Sviluppo e validazione di algoritmi di controllo di un motore BLDC per sistemi Brake-by-Wire

Braking is a highly critical and dangerous action for a driver, as it can potentially result in a loss of vehicle control. However, the spread of Brake-by-Wire systems has facilitated the propagation of different control systems that are paramount in terms of ensuring safety and enhancing performance. This technology has made it possible to integrate electronic systems capable of receiving and processing information provided by dedicated sensors with traditional mechanical components. Specifically, this thesis focuses on the design and implementation of control systems for a Brake-by-Wire hydraulic actuator, with particular emphasis on the control algorithms for the electric motor. Conversely to previous literature, the application at hand is characterized by high actuation capability - in terms of motor current (100 Arms , peak of 150 A) - making the electrical control loop particularly challenging. In facts, according to the proposed cascaded control architecture, addressing the electrical, mechanical and hydraulic domain, a poor current modulation leads to undesired braking pressure response. First, the current controller has been designed with an ad-hoc reset mechanism for the integrator state to cope with overshoot occurring at each rotor tick. Experimental data are used to derive models describing the input/output dynamics of each layer, and the corresponding controllers are designed and validated. Eventually, different pressure control strategies have been analyzed and compared in order to highlight several critical aspects of the application, ensuring compliance with rigorous static and dynamic specifications.

La frenata è un’azione estremamente critica e pericolosa per il conducente, in quanto può potenzialmente comportare la perdita di controllo del veicolo. Tuttavia, la diffusione dei sistemi Brake-by-Wire ha facilitato la diffusione di diversi sistemi di controllo che sono fondamentali per garantire la sicurezza e migliorare le prestazioni. Questa tecnologia ha permesso di integrare sistemi elettronici in grado di ricevere ed elaborare le informazioni fornite da sensori dedicati con componenti meccanici tradizionali. Nello specifico, questa tesi si concentra sulla progettazione e sull’implementazione di sistemi di controllo per un attuatore idraulico Brake-by-Wire, con particolare attenzione agli algoritmi di controllo del motore elettrico. Rispetto alla letteratura precedente, l’applicazione in questione è caratterizzata da un’elevata capacità di attuazione - in termini di corrente del motore (100 Arms , picco di 150 A) - che rende l’anello di controllo elettrico particolarmente impegnativo. Infatti, secondo l’architettura di controllo in cascata proposta, che riguarda il dominio elettrico, meccanico e idraulico, una scarsa modulazione della corrente porta a una risposta indesiderata della pressione necessaria per la frenata. In primo luogo, il controllore di corrente è stato progettato con un meccanismo di reset ad hoc per lo stato dell’integratore, per far fronte all’overshoot che si verifica a ogni tick del rotore. I dati sperimentali sono stati utilizzati per ricavare modelli che descrivono le dinamiche di ingresso/uscita di ogni anello, e i controllori corrispondenti sono stati progettati e convalidati. Infine, sono state analizzate e confrontate diverse strategie di controllo pressione per evidenziare diversi aspetti critici dell’applicazione, garantendo la conformità a rigorose specifiche statiche e dinamiche.