Bifurcation analysis of a torque vectoring control system for a road vehicle

Due to its intrinsic complexity, few studies on vehicle dynamics take global stability into account when designing automated driver assistance control systems for road vehicles. This work investigates the global stability of a torque vectoring control system applied to a road vehicle. The study examines the nonlinear dynamics of a two-dimensional vehicle model and evaluates how the control system influences stability under different tyre configurations. Through bifurcation analysis, the transitions between stable and unstable behaviours are highlighted, as well as the impact of the control system. Numerical results show that an appropriately tuned torque vectoring control can enhance structural stability and expand the basin of attraction of the desired equilibrium. A methodology based on numerical continuation and phase portrait analysis is proposed to guide the design of control laws, predict system instability, and assess the control system’s robustness against external disturbances.

A causa della sua complessità intrinseca, pochi studi sulla dinamica dei veicoli considerano la stabilità globale nella progettazione dei sistemi di controllo per l’assistenza automatizzata alla guida (sistemi ADAS) per veicoli stradali. Questo lavoro analizza la stabilità globale di un sistema di controllo basato sulla vettorizzazione di coppia applicato a un veicolo stradale. Lo studio esamina la dinamica non lineare di un modello bidimensionale del veicolo e valuta l’influenza del sistema di controllo sulla stabilità per diverse configurazioni di pneumatici. Attraverso l’analisi delle biforcazioni, vengono evidenziate le transizioni tra comportamenti stabili e instabili, nonché l’impatto del sistema di controllo. I risultati numerici mostrano che una regolazione adeguata del controllo della vettorizzazione di coppia può migliorare la stabilità strutturale ed espandere il bacino di attrazione dell’equilibrio desiderato. Viene proposta una metodologia basata sulla continuazione numerica e sull’analisi dei ritratti di fase per guidare la progettazione delle leggi di controllo, prevedere l’instabilità del sistema e valutare la robustezza del sistema di controllo nei confronti di disturbi esterni.