Combined rear wheel steering and camber control for high perfomance sports cars

In the last few years the automotive industry has pushed the limits of handling even further due to the development of innovative actuator technologies (in-wheel motors, active suspensions, steer by wire, brake by wire) together with sophisticated control algorithms (torque vectoring, electronic stability control, rear wheel steering). This thesis focuses on the development of an algorithm aimed at controlling another innovative actuator that enables to simultaneously regulate the rear toe and the rear camber angles of a high performance sports car. The goal is to improve the handling performance of the vehicle by increasing its lateral stability and augmenting its traction capabilities. These requirements are met through the proposed combined toe/camber control scheme composed by two independent controllers and an allocator. Toe and camber independent controllers provide, respectively, a toe and camber reference able to improve the performance of the vehicle by themselves. The allocator, based on the driving scenario, smartly allocates the two actuation variables with the purpose of maximizing the lateral force produced by each tire at any time instant. The control strategy is tested on a static human in the loop simulator placed in an immersive ultra-wide 180° screen and equipped with real actuators in order to give a realistic driving feeling to the driver. The performance boost is evaluated in different driving scenarios. The results show that on fast turns there is a significant enhancement of the lateral stability that enables the vehicle to follow the same trajectory at higher speed; whereas on a hairpin curve, the results show an improved stability and manoeuvrability all along the curve and a higher longitudinal acceleration during traction. Concluding, the driver feedback confirmed the results obtained on the experimental data, by means of a more agile vehicle in all turn phases and a higher stability (in terms of longitudinal traction) in both braking and throttle application manoeuvres.

Negli ultimi anni il settore automobilistico ha spinto sempre più in là i limiti prestazionali dei veicoli grazie allo sviluppo di attuatori innovativi (in-wheel motors, sospensioni attive, steer by wire, brake by wire) insieme a tecniche di controllo avanzate (torque vectoring, electronic stability control, rear wheel steering). Questa tesi propone lo sviluppo di un algoritmo volto a controllare un altro attuatore innovativo capace di regolare simultaneamente l’angolo posteriore di camber e di toe di una auto sportiva ad alte prestazioni. L’obiettivo è quello di migliorare le prestazioni del veicolo aumentando la sua stabilità laterale e la sua trazione. Questi obiettivi vengono soddisfatti mediante il controllo combinato proposto, il quale è costituito da due controllori indipendenti di toe e di camber e da un allocatore. I due controlli indipendenti di toe e di camber forniscono rispettivamente un segnale di riferimento di toe e di camber capaci singolarmente di aumentare le prestazioni del veicolo. L’allocatore, basandosi sulla situazione di guida, assegna in maniera intelligente le due variabili di controllo con lo scopo di massimizzare la forza laterale prodotta da ogni gomma in ogni istante di tempo. Questa strategia di controllo è stata testata insieme a un pilota professionista, mediante l’utilizzo di un simulatore statico posizionato davanti a uno schermo ultra wide a 180° ed equipaggiato con attuatori reali in modo da rendere realistica la situazione di guida al pilota. L’aumento di prestazioni è stato valutato in diversi scenari di guida. I risultati mostrano che nelle curve veloci c’è un cospicuo aumento della stabilità laterale che permette al veicolo di seguire le stesse traiettorie a velocità maggiore; mentre nei tornanti, i risultati mostrano una maggior stabilità e manovrabilità lungo tutta la curva e una maggiore accelerazione in trazione in uscita curva. In conclusione, il pilota ha confermato i risultati ottenuti sottolineando l’aumento di agilità in tutte le fasi della curva e una migliore stabilità sia in frenata che in accelerazione.