Multi-input lateral dynamics control of an electric vehicle

This thesis focuses on lateral dynamics control of an electric vehicle with 4 in-wheel motors (IWMs). The controller uses rear steering and torque vectoring as the active systems to improve vehicle lateral dynamics. The aim of the controller is to improve the yaw rate while reducing the vehicle sideslip angle. The controller should be able to handle non-linearity while being stable and able to run in real-time. We implement a feedforward controller and an integral terminal sliding mode controller (ITSMC). The actuator inputs are first derived using the linearised single track model (LSTM) and then tested with the nonlinear 14 DOF model using VI-CarRealTime (VI-CRT) software. The reference values for the controller are calculated using a logistic function. The parameters for the logistic function are fitted to the yaw rate-steering wheel angle curve of the passive vehicle. The fitted parameters are then scaled to obtain the desired improvement in the reference values as compared to the passive vehicle. The ITSMC is able to track the reference yaw rate while improving the sideslip angle response of the active vehicle. The ITSMC relies on real time knowledge of sideslip angle which cannot be measured in the real vehicle. The sideslip angle is thus estimated by adding an extended Kalman filter (EKF) to the control loop. The controller performance with and without EKF is found to be similar for moderate and high lateral accelerations.

Questa tesi si concentra sul controllo della dinamica laterale di un veicolo elettrico con 4 motori posizionati all’interno delle singole ruote (IWM). Il controllore utilizza lo sterzo posteriore ed il torque vectoring come sistemi attivi per migliorare la dinamica laterale del veicolo. Lo scopo del controllore è quello di migliorare la risposta della velocità di imbardata in combinazione con la riduzione dell’angolo di assetto. Il controllore dovrebbe essere in grado di gestire la non linearità rimanendo stabile e funzionando in real-time. Nella tesi sono implementati un controllore feedforward ed un controllore sliding mode integrale terminale (ITSMC). Gli ingressi degli attuatori sono prima ottenuti utilizzando il modello di veicolo monotraccia linearizzato (LSTM) e poi testati con il modello non lineare a 14 gradi di libertà utilizzando VI-CarRealTime (VI-CRT). Le quantità di riferimento per il controllore sono definite tramite una funzione logistica. I parametri di questa funzione logistica sono tarati sulla curva che lega velocità di imbardata ed angolo di sterzo per il veicolo passivo. Successivamente questi parametri vengono scalati per ottenere il miglioramento desiderato delle quantità di riferimento rispetto a quelle assunte dal veicolo passivo. Il controllore ITSMC è in grado di seguire il riferimento della velocità di imbardata e contemporaneamente migliorare la risposta dell’angolo di assetto per il veicolo attivo. Il controllore ITSMC si affida alla conoscenza in tempo reale dell’angolo di assetto, che non può essere misurato in un veicolo di serie. L’angolo di assetto è quindi stimato tramite l’aggiunta al circuito di controllo di un filtro di Kalman esteso (EKF). Le prestazioni del controllore con l’aggiunta dell’EKF sono simili a quelle del controllore senza EKF per accelerazioni laterali moderate o elevate.