Analisi e sviluppo di un sistema di controllo per la stabilità di veicoli elettrici sovra-attuati

According to the Global status report on road safety of the World Health Organization, the total number of road traffic deaths worldwide is 1.25 million per year, showing that road transport is the most dangerous means. A huge help to this problem is provided by active safety systems of vehicles such as the Anti-lock Braking System (ABS) and the Electronic Stability Control (ESC), which aims to restore the stability of the vehicle in emergency situations. The aim of the thesis is to develop an electronic stability control for an electric vehicle in two different configurations: equipped with 4 independent electric motors, each one controlling the torque of a wheel, and equipped with 2 independent electric motors, each one controlling the torque of a single axle of the car; the depicted configurations lead to an over-actuated problem. In the first part of the thesis are described: the vehicle of the thesis, the manoeuvre and the validations regulated by an European law, and the models used in the control design. The second part presents a stability control that has the objective of tracking a reference yaw rate for both configurations examinated. The structure of the ESCs developed is composed of a reference generator which gives rise to the variable to be chased and manages the activation of the control; an high-level controller that transforms the reference signal into a desired yaw moment; the slip manages the required yaw moment generation allocating optimally the slips; the slip control that follows the required slips. Then an innovative control will be presented that tracks a fictitious reference variable generated by the combination of the yaw rate references and the sideslip angle. The results, obtained through CarMaker, demonstrate the effectiveness of the controls developed for the different configurations; the mixed control will highlight improvements in the yaw rate control in each tested condition. Even though the ESCs do not require the knowledge of the friction coefficient, the tests will be carried out and passed in every condition of adhesion.

Secondo il Global status report on road safety del World Health Organization sulla sicurezza stradale, in tutto il mondo il numero totale di decessi è pari a 1.25 milioni l’anno, dimostrando che il trasporto su strada è il mezzo più pericoloso. Un grande aiuto a questo problema è fornito dai sistemi per la sicurezza attiva dei veicoli quali l'Anti-lock Braking System (ABS) e l'Electronic Stability Control (ESC); l'obiettivo di quest'ultimo è quello di ripristinare la stabilità del veicolo nelle situazioni di emergenza. Lo scopo della tesi consiste nello sviluppare un controllo di stabilità per un veicolo elettrico in due diverse configurazioni: equipaggiato di 4 motori elettrici indipendenti, ognuno dei quali comanda la coppia di una ruota, ed equipaggiato di 2 motori elettrici indipendenti, ognuno dei quali comanda la coppia di un singolo asse della macchina; le configurazioni descritte rendono il problema sovra-attuato. Nella prima parte del lavoro sono stati descritti: il veicolo oggetto della tesi, la manovra e la procedura di validazione normate a livello europeo, ed i modelli utilizzati per il design del controllore. Nella seconda parte è stato proposto il controllo di stabilità con l'obiettivo di inseguire uno yaw rate di riferimento per entrambe le configurazioni in esame. La struttura degli ESC sviluppati è composta da: un generatore di riferimento che da' origine alla variabile da inseguire e gestisce l'attivazione del controllo; un controllore di alto livello che trasforma il segnale di riferimento in un momento imbardante desiderato; l'allocatore di slip che gestisce la generazione del momento richiesto distribuendo in maniera ottimale gli slittamenti; il controllo di slip che insegue gli slittamenti richiesti. Successivamente è stato presentato un controllo innovativo che insegue una variabile di riferimento fittizia generata dalla combinazione dei riferimenti di yaw rate e dell'angolo di deriva. I risultati, ottenuti tramite CarMaker, dimostrano l'efficacia dei controlli sviluppati per le diverse configurazioni; il controllo mixed mette in evidenza dei miglioramenti rispetto al controllo di yaw rate in ogni condizione testata. Sebbene i controlli non richiedano la conoscenza del coefficiente d'attrito, i test sono stati eseguiti e superati in ogni condizione di aderenza.