Analysis and development of an adaptive traction control system

The objective of this thesis is to develop and analyze an adaptive traction control (TC) system for a rear-wheel-drive (RWD) vehicle equipped with smart tyres. These particular tyres are equipped with sensors that provide real-time information on tyre temperature, pressure, and tyre model, enabling the control system to dynamically adjust its parameters based on tyre-road interaction conditions. The study begins with a detailed analysis of the longitudinal traction dynamics, including the modeling of the actuation system and transmission. A nonlinear model of the actuator is identified with the aim of capturing the dynamics of the engine, incorporating rate limitations, delay effects and saturation phenomena of the actuated torque. This model serves as the foundation for the design and evaluation of the TC system. The core of the work focuses on the implementation of a nonlinear traction control logic. The control law is derived to ensure slip regulation while optimizing longitudinal acceleration and vehicle stability. Furthermore, a strategy is developed to make the controller adaptive, utilizing the information provided by smart tyres to dynamically adjust its parameters and optimize traction performance under varying tyre and road grip conditions. The effectiveness of the proposed adaptive traction control system has been validated through simulations under different tyre conditions, considering variations in pressure, temperature, and tyre model, as well as different road surfaces. The results demonstrate that the integration of data coming from smart tyres allows for significant improvements in both acceleration performance and vehicle stability compared to conventional traction control strategies.

L'obiettivo di questa tesi è lo sviluppo e l'analisi di un sistema di controllo in trazione (TC) adattivo per un veicolo a trazione posteriore (RWD) equipaggiato con smart tyres. Questo particolare tipo di pneumatico è dotato di sensori che sono in grado di fornire informazioni in tempo reale su temperatura, pressione e modello di pneumatico, consentendo al sistema di controllo di adattare dinamicamente i propri parametri in base alle condizioni di interazione pneumatico-strada. Lo studio ha come base di partenza un'analisi dettagliata della dinamica longitudinale della trazione, includendo la modellazione del sistema di attuazione e della trasmissione. Viene sviluppato un modello non lineare dell'attuatore per catturare le dinamiche del motore, integrando limitazioni su pendenza massima, ritardi e fenomeni di saturazione della coppia erogata. Questo modello costituisce la base per la progettazione e la valutazione del sistema di controllo in trazione. Il nucleo del lavoro si concentra sull'implementazione di una logica di controllo di trazione non lineare. La legge di controllo è sviluppata per garantire la regolazione dello slittamento ottimizzando al contempo l'accelerazione longitudinale e la stabilità del veicolo. Inoltre, è stata sviluppata una strategia per rendere il controllore adattivo, sfruttando le informazioni fornite dagli smart tyres per regolare dinamicamente i suoi parametri e ottimizzare le prestazioni di trazione in condizioni variabili di pneumatico e grip stradale. L'efficacia del sistema di controllo della trazione adattivo proposto è stata validata attraverso simulazioni condotte utilizzando diversi modelli di pneumatico, variazioni di pressione e temperatura, e differenti livelli di aderenza stradale. I risultati dimostrano che l'integrazione dei dati provenienti dagli smart tyres consente un significativo miglioramento sia delle prestazioni di accelerazione che della stabilità del veicolo rispetto alle strategie di controllo di trazione convenzionali.