In recent years the diffusion of electric vehicles and X-by-Wire systems has promoted the development of a new autonomous driving system. The integration of sensors on motorcycles and cars allows for vehicle control without driver intervention, offering greater comfort and safety. While studies on this subject are already in an advanced state for cars, this is not the case for motorcycles. Riding on two wheels introduces numerous limitations and issues caused by the vehicle’s dynamic instability. This thesis deals with the development of a longitudinal control system for an electric sports motorcycle equipped with a Brake-By-Wire (BBW) system on the front wheel. Starting from a strategy known in literature, the static and dynamic behavior of the brake is identified and, based on the parameters found, a cascaded position-pressure control is designed. A reference filter is introduced to slow down the system in the initial braking phases, reducing the fluid hammer effect. Once the low-level control of the BBW is completed, an architecture for speed control is proposed. First a simple model that approximately describes the system dynamics is defined. Subsequently the model parameters are identified and by compensating for the modeled friction forces we characterize a control strategy that allows us to design a Proportional-Integral (PI) controller on a linear dynamic system. A torque allocator is constructed to distribute the braking torque between the electric motor and the BBW brake. Finally, the proposed control architecture is tested on the track. In the end a traction controller is integrated to limit the rear wheel slip. Two different control architectures are compared: the first requires the identification of the static relationship only, while the second also requires the dynamic relationship between torque and slip. The simulation validation and initial experimental tests confirm the experimental feasibility of the developed traction control schemes.

Negli ultimi anni la diffusione di veicoli elettrici e sistemi X-by-Wire ha promosso lo sviluppo di un nuovo sistema di guida autonoma. L’integrazione di sensori su moto e macchine permette il controllo del veicolo senza l’intervento del pilota, offrendo maggior comfort e sicurezza. Se per le auto gli studi effettuati su questo argomento risultano già in uno stato avanzato, per le motociclette non è così. La guida su due ruote introduce numerose limitazioni e problematiche causate dall’instabilità dinamica del veicolo. Questa tesi tratta lo sviluppo di un sistema di controllo longitudinale su una moto sportiva elettrica sulla quale è stato montato un freno Brake-By-Wire (BBW) alla ruota anteriore. Partendo da una strategia nota in letteratura viene identificato il comportamento statico e dinamico del freno e, sulla base dei parametri trovati, viene progettato un controllo in cascata posizione-pressione. Un filtro sul riferimento viene introdotto per rallentare il sistema nelle fasi iniziali di frenata, riducendo il colpo d’ariete. Completato il controllo di basso livello del BBW viene proposta un’architettura per il controllo di velocità. Viene innanzitutto definito un modello semplice che descrive in maniera approssimata la dinamica del sistema. Successivamente vengono identificati i parametri del modello e, tramite la compensazione delle forze di attrito modellate, caratterizziamo una strategia di controllo che ci permette di progettare un regolatore Proporzionale- Integrale (PI) su una dinamica lineare. Un allocatore di coppia viene costruito per ripartire la coppia frenante tra motore elettrico e freno BBW. Infine l’architettura di controllo proposta viene testata in pista. In conclusione viene integrato un controllore di trazione al fine di limitare lo slittamento della ruota posteriore. Vengono confrontanti due diverse architetture di controllo: la prima necessita dell’identificazione della sola relazione statica, la seconda anche della relazione dinamica tra coppia e slittamento. La validazione in simulazione e i primi test sperimentali confermano la portabilità sperimentale degli schemi di controllo di trazione sviluppati.

Controllo longitudinale per un veicolo autonomo elettrico a due ruote

MASTROVITO, NICOLA
2023/2024

Abstract

In recent years the diffusion of electric vehicles and X-by-Wire systems has promoted the development of a new autonomous driving system. The integration of sensors on motorcycles and cars allows for vehicle control without driver intervention, offering greater comfort and safety. While studies on this subject are already in an advanced state for cars, this is not the case for motorcycles. Riding on two wheels introduces numerous limitations and issues caused by the vehicle’s dynamic instability. This thesis deals with the development of a longitudinal control system for an electric sports motorcycle equipped with a Brake-By-Wire (BBW) system on the front wheel. Starting from a strategy known in literature, the static and dynamic behavior of the brake is identified and, based on the parameters found, a cascaded position-pressure control is designed. A reference filter is introduced to slow down the system in the initial braking phases, reducing the fluid hammer effect. Once the low-level control of the BBW is completed, an architecture for speed control is proposed. First a simple model that approximately describes the system dynamics is defined. Subsequently the model parameters are identified and by compensating for the modeled friction forces we characterize a control strategy that allows us to design a Proportional-Integral (PI) controller on a linear dynamic system. A torque allocator is constructed to distribute the braking torque between the electric motor and the BBW brake. Finally, the proposed control architecture is tested on the track. In the end a traction controller is integrated to limit the rear wheel slip. Two different control architectures are compared: the first requires the identification of the static relationship only, while the second also requires the dynamic relationship between torque and slip. The simulation validation and initial experimental tests confirm the experimental feasibility of the developed traction control schemes.
RADRIZZANI, STEFANO
SAVARESI, SERGIO MATTEO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
16-lug-2024
2023/2024
Negli ultimi anni la diffusione di veicoli elettrici e sistemi X-by-Wire ha promosso lo sviluppo di un nuovo sistema di guida autonoma. L’integrazione di sensori su moto e macchine permette il controllo del veicolo senza l’intervento del pilota, offrendo maggior comfort e sicurezza. Se per le auto gli studi effettuati su questo argomento risultano già in uno stato avanzato, per le motociclette non è così. La guida su due ruote introduce numerose limitazioni e problematiche causate dall’instabilità dinamica del veicolo. Questa tesi tratta lo sviluppo di un sistema di controllo longitudinale su una moto sportiva elettrica sulla quale è stato montato un freno Brake-By-Wire (BBW) alla ruota anteriore. Partendo da una strategia nota in letteratura viene identificato il comportamento statico e dinamico del freno e, sulla base dei parametri trovati, viene progettato un controllo in cascata posizione-pressione. Un filtro sul riferimento viene introdotto per rallentare il sistema nelle fasi iniziali di frenata, riducendo il colpo d’ariete. Completato il controllo di basso livello del BBW viene proposta un’architettura per il controllo di velocità. Viene innanzitutto definito un modello semplice che descrive in maniera approssimata la dinamica del sistema. Successivamente vengono identificati i parametri del modello e, tramite la compensazione delle forze di attrito modellate, caratterizziamo una strategia di controllo che ci permette di progettare un regolatore Proporzionale- Integrale (PI) su una dinamica lineare. Un allocatore di coppia viene costruito per ripartire la coppia frenante tra motore elettrico e freno BBW. Infine l’architettura di controllo proposta viene testata in pista. In conclusione viene integrato un controllore di trazione al fine di limitare lo slittamento della ruota posteriore. Vengono confrontanti due diverse architetture di controllo: la prima necessita dell’identificazione della sola relazione statica, la seconda anche della relazione dinamica tra coppia e slittamento. La validazione in simulazione e i primi test sperimentali confermano la portabilità sperimentale degli schemi di controllo di trazione sviluppati.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/223131