Stability control systems for tilting vehicles

This thesis deals with the design of semi-active and active stability control systems for two-wheeled vehicles. The thesis is divided into three parts: the first part is devoted to introduce two-wheeled vehicles dynamics, together with the actuators and sensors commonly installed on production motorcycles; the second part is focused on the design of algorithms to control out-of-plane dynamics in order to enhance the stability of the vehicle; finally, the third part deals with an active electronic stability control system for two-wheeled vehicles. The thesis will show how the longitudinal, vertical and lateral dynamics are coupled in two-wheeled vehicles and how this coupling can be exploited by a control algorithm to improve stability. The control design problems considered in the second part correspond to two different actuators. Namely: 1. stability control systems based on a semi-active steering damper, in particular based on an electro-hydraulic steering damper; 2. stability control systems based on semi-active suspensions, in particular based on Magneto-Rheological suspensions; In the third part, brake and drive-by-wire systems will be used to actively control the stability of the motorcycle while cornering, in an Electronic Stability Control like application.

Questa tesi affronta il problema di progetto di sistemi di controllo semi-attivo e attivo della stabilità per veicoli a due ruote. La tesi divisa in tre parti: la prima parte è dedicata a presentare le dinamiche tipiche dei veicoli a due ruote e gli attuatori ed i sensori comunemente installati sulle moto di produzione; la seconda parte è incentrata, invece, sulla progettazione di algoritmi di controllo di un ammortizzatore di sterzo semi-attivo e sospensioni semi-attive al fine di migliorare la stabilità del veicolo; infine, la terza parte tratta il progetto di un sistema attivo di controllo elettronico della stabilità per un veicolo a due ruote. La tesi mostra come le dinamiche longitudinale, verticale e laterale sono accoppiate tra loro e come questo accoppiamento possa essere sfruttato per migliorare la stabilit`a dei veicoli a due ruote. I problemi di controllo considerati nella prima parte corrispondono a due diversi attuatori. Vale a dire: 1. sistema di controllo della stabilità per un ammortizzatore di sterzo semiattivo, in particolare considerando un ammortizzatore di sterzo elettroidraulico; 2. sistema di controllo della stabilità per sospensioni semi-attive, in particolare considerando sospensioni magneto-reologiche (MR). Nella seconda parte, freni attivi e farfalla a controllo elettronico saranno utilizzati per controllare attivamente la stabilità della moto in piega, in un'applicazione simile all’ESC delle automobili.