Stabilisation of electric vehicle-trailer system using active torque vectoring

The addition of a trailer to a vehicle introduces significant changes to its dynamic behaviour. As a consequence, the response of the vehicle to driver inputs and external excitation differ, and are in turn functions of the parameters of the system. The lateral response of the system is of significant interest as unfavourable conditions may lead to instability in the system. The instability introduced may cause the vehicle to stray from the intended path, and in extreme situations may even cause the vehicle to topple over. This instability may be introduced by means of manoeuvres performed by the driver, like a lane change, or may even be triggered by external factors such as lateral forces arising as a result of wind. This phenomenon has been studied in-depth, and numerous active systems have been proposed. However, the systems in use exploit brake distribution in the wheels of the vehicle. Electric vehicles with independent motors provide the opportunity of achieving the same through torque vectoring. In this thesis, the lateral dynamics of a vehicle-trailer system is analysed using a mathematical model and a feedback-loop control system is proposed as an active driver assistance system. This will permit stabilisation of the system by means of torque vectoring for an independent motor two-wheel drive electric vehicle. Further, a scale model has been developed in order to implement the controller and serve as a proof of concept.

L'aggiunta di un rimorchio a un veicolo introduce cambiamenti significativi nel suo comportamento dinamico. Di conseguenza, la risposta del veicolo agli input del conducente e all'eccitazione esterna differiscono, e sono a loro volta funzioni dei parametri del sistema. La risposta laterale del sistema è di notevole interesse in quanto condizioni sfavorevoli possono portare all'instabilità del sistema. L'instabilità introdotta può causare lo spostamento del veicolo dalla traiettoria prevista e, in situazioni estreme, può persino causare il ribaltamento del veicolo. Tale instabilità può essere introdotta mediante manovre effettuate dal conducente, come un cambio di corsia, o può anche essere innescata da fattori esterni come le forze laterali che si generano a causa del vento. Questo fenomeno è stato studiato a fondo e sono stati proposti numerosi sistemi attivi. Tuttavia, i sistemi in uso sfruttano la distribuzione dei freni nelle ruote del veicolo. I veicoli elettrici con motori indipendenti offrono l'opportunità di ottenere lo stesso attraverso il vettoriamento della coppia. In questa tesi si analizza la dinamica laterale di un sistema di auto-rimorchio utilizzando un modello matematico e si propone un sistema di controllo feedback-loop come sistema attivo di assistenza alla guida. Questo permetterà di stabilizzare il sistema attraverso il vettoriamento di coppia per un veicolo elettrico a due ruote motrici a motore indipendente. Inoltre, è stato sviluppato un modello in scala per implementare il controllore e servire come prova di concetto.