Design and control of actuators for modern vehicles

The drive-by-wire paradigm of modern vehicles led to the replacement of traditional mechanical actuators with electronically controlled ones. In this thesis, some specific cases have been analyzed, where the peculiar nature of the actuator and its application call for a deeper study. In particular, new tuning methods and actuator design procedures have been investigated and developed to improve the efficiency and comfort of modern mobility. The design and the control of such actuators reveal some challenges and opportunities for performance improvements. More in detail, the control challenges that these actuators pose can arise from different needs. Some of them are so strongly entangled with the vehicle and the related control strategies, that both the actuator design and the control problem must be addressed at the same time. On the contrary, some others are independent from the actual application and their goal is to track some variables as fast and as precisely as possible, no matter the vehicle control logic that generated the reference. For these actuators, the development of a control strategy is an almost solved problem while one scientifically relevant challenge is the automatic and data-driven calibration of such strategies. Moreover, other actuators consider innovative architectures that substitute the traditional ones, opening the way for different vehicle control strategy paradigms, with respect to traditional ones.

Il paradigma drive-by-wire dei veicoli moderni ha portato alla sostituzione dei tradizionali attuatori meccanici con attuatori a controllo elettronico. In questa tesi sono stati analizzati alcuni casi specifici, dove la peculiarità dell'attuatore e la sua applicazione richiedono uno studio più approfondito. In particolare, sono stati studiati e sviluppati nuovi metodi di calibrazione e procedure di progettazione degli attuatori per migliorare l'efficienza e il comfort della mobilità moderna. Il design e il controllo di tali attuatori rivelano alcune sfide e opportunità per il miglioramento delle prestazioni. Più in dettaglio, le sfide di controllo che questi attuatori pongono possono derivare da esigenze diverse. Alcuni di essi sono così fortemente legati al veicolo e alle relative strategie di controllo, che sia il progetto dell'attuatore che il problema del controllo devono essere affrontati allo stesso tempo. Al contrario, alcuni altri sono indipendenti dall'applicazione effettiva e il loro obiettivo è quello di regolare alcune variabili il più velocemente e precisamente possibile, indipendentemente dalla logica di controllo del veicolo che ha generato il riferimento. Per questi attuatori lo sviluppo di una strategia di controllo è un problema quasi risolto, mentre una sfida scientificamente rilevante è la calibrazione automatica e guidata dai dati di tali strategie. Inoltre, altri attuatori considerano architetture innovative che sostituiscono quelle tradizionali, aprendo la strada a paradigmi di strategia di controllo del veicolo diversi, rispetto a quelli tradizionali.