Analisi e sviluppo di un controllo di slittamento longitudinale per veicoli elettrici con motori indipendenti

The electric vehicles are having a phase of growing global diffusion, thus bringing big interest in research. An interesting opportunity is given from the accuracy of the electric motors that are able to provide fast and precise torque erogation. This advantage can be exploited in the most important vehicle control system: the ABS. The aim of the thesis, developed in collaboration with an industrial partner, is to design a longitudinal slip control for the considered electric vehicle, working both in traction and braking conditions. The regulation is made using only the four independent electric motors mounted on the chassis, in order to highlight pro and cons of these components. The path followed during this project starts with a first analysis phase of the experimental setup, followed by experiments led on the vehicle with the aim of identification of its main dynamics, so as to allow the creation of different models employed during the tuning and test phases. After that, two longitudinal slip control techniques are analyzed: an invariant and easy to tune PI and a non-linear control more complex but potentially able to guarantee excellent performance. These methods are tuned without considering the contribution of the transmission connected to the electrical motors, which is later introduced, bringing the necessity for a new regulators parameters choice. Finally, the controllers are implemented on the full-vehicle model, where several comparisons have been made. The study carried out the differences between the two regulators, highlighting the superiority of non-linear control, which is able to guarantee robustness and excellent performance in various vehicle operating conditions. Moreover, through comparisons made with and without consideration of the transmission, it is possible to see how this component affects the performance of wheel dynamics controls.

I veicoli elettrici stanno attraversando una fase di diffusione crescente a livello globale, suscitando così un grande interesse nell'ambito della ricerca. Un'opportunità interessante è data dall'accuratezza dei motori elettrici, i quali sono in grado di fornire un'erogazione veloce e precisa della coppia. Questo vantaggio può essere sfruttato nel più importante sistema di controllo della dinamica longitudinale dei veicoli: l'ABS. L'obiettivo della tesi, sviluppata in collaborazione con un partner aziendale, è quello di creare un controllo dello slittamento longitudinale per il veicolo elettrico in analisi, funzionante sia in trazione che in frenata. La regolazione viene effettuata utilizzando unicamente i quattro motori elettrici indipendenti montati sul telaio, in modo da evidenziare pregi e difetti di questi componenti. Il percorso seguito durante questo progetto inizia con una prima fase di analisi del setup sperimentale, seguita da esperimenti condotti sul veicolo reale con l'obiettivo di identificarne le principali dinamiche, che hanno permesso di creare diversi modelli utilizzati durante la fase di taratura e test del controllo sviluppato. Successivamente sono state analizzate due tecniche di regolazione dello slittamento longitudinale: un PI invariante e semplice da tarare e un controllo non lineare complesso ma potenzialmente in grado di garantire ottime prestazioni. Queste sono state tarate senza considerare il contributo della trasmissione connessa ai motori elettrici, che è stata introdotta in seguito, portando alla necessità di una nuova scelta di parametri per i controllori considerati. Infine, i due regolatori sono stati implementati sul modello del veicolo completo, dove sono stati condotti diversi confronti. Dallo studio effettuato sono state evidenziate le differenze tra i due regolatori, mostrando la superiorità del controllo non lineare, il quale è in grado di garantire robustezza e ottime prestazioni in diverse condizioni di funzionamento del veicolo. Inoltre, mediante le comparazioni effettuate con e senza contributo della trasmissione, si è visto come questo componente influisca sulle prestazioni dei controlli delle dinamiche delle ruote.