Safety and performance slip control design for tilting vehicles

This Thesis deals with the control of the longitudinal dynamics in two-wheeled vehicles, moved by the intent of enhancing safety and driving performances, that are strongly related in these kind of vehicles. Three parts naturally enclose the main topics that have been studied. In the first part the analytic modeling of vehicle longitudinal dynamics is addressed: a complete nonlinear analytic model is derived; reduced order models, useful in a control-oriented perspective, are also deducted. Dynamic performances and features of these models are compared and described, to better understand their ability in describing vehicle dynamics. The second part of the Thesis is devoted to the control of the longitudinal dynamic during traction maneuver: the proposed control system is made by three different subsystems (the Traction, the Wheelie and the Launch control) each devoted to solve a specific subproblems that are encountered in the control of longitudinal dynamics in two-wheeled vehicles. Detailed discussion of system identification, control tuning and reference generation are provided. The effectiveness of the overall system has been experimentally validated on a real vehicle. The Thesis is concluded with the original analysis and redesign of several actuation and sensing systems employed in the above solution. In particular, the estimation of vehicle roll angle, rear wheel slip, vehicle speed and wheelie detection algorithm are addressed. Moreover an high performance and adaptive control of an electronic throttle body, that is needed for engine torque regulation, is developed.

Questa tesi affronta il problema del controllo della dinamica longitudinale per veicoli a due ruote, con lo scopo di migliorare la sicurezza e le prestazioni di guida, obiettivi strettamente correlati in questi veicoli. Il lavoro naturalmente suddiviso in tre parti. Nella prima parte affrontata la modellistica della dinamica longitudinale: stato sviluppato un modello analitico completo, non lineare; parallelamente vengono introdotti modelli pi semplici di ordine ridotto, che meglio si prestano alla sintesi dei sistemi di controllo/stima. Le caratteristiche dinamiche dei modelli presentati sono analizzate e comparate per meglio comprenderne le potenzialit e i limiti. La seconda parte della Tesi riguarda il controllo della dinamica longitudinale, durante la manovra di trazione: proposto un sistema di controllo declinato in tre sottosistemi (il sistema di controllo Trazione, di controllo di Impennata e di controllo di Partenza), ciascuno dedicato alla soluzione di un sottoproblema specifico, che si incontra nello sivluppo di sistemi di controllo di dinamica longitudinalie in veicoli a due ruote. I sistemi di controllo sono descritti in ogni dettaglio, dalla identificazione dinamica, alla taratura del sistema di controllo fino alla generazione del riferimento. E’ mostrata l’efficacia del sistema di controllo proposto, attaraverso un’ampia validazione sperimentale condotta un veicolo reale. la tesi si conclude con l’analisi e il riprogetto (ove necessario) di alcuni sistemi di attuazione e misura/stima, necessari per il corretto funzionamento dei sistemi di controllo di dinamica longitudinale. In particolare sono affrontati la stima dell’angolo di rollio, dello slittamento di ruota, della velocit del veicolo e un algortimo per il rilevamento dell’impennata. Inoltre sviluppato un controllo adattativo ad alte prestazioni per un corpo farfallato elettronico, necessario per la regolazione della coppia erogata dal motore.