Design of active control systems on a 4WD light electric vehicle using smart wheels

Reduction of pollution, implementation of intelligent systems and the increment of safety are some of the main concerns in the automotive sector in Europe. To give an answer to these concerns, project GreenFun is proposed as an innovative 4WD Light Electric Quadricycle prototype, endowed with many innovative features aimed to make it eco-friendly and safe. The present work focuses on the development of several subsystems in the Green- Fun ; the most relevant are the active control systems based on the measurements given by the Smart Wheels designed by Politecnico di Milano. Mounted on the GreenFun , each one of these wheels is capable of measuring in real time all torques and forces acting on it, information that is sent via serial communication to the central controller where all control strategies reside. Inside the controller some mathematical treatment is made to put the four wheels variables on a global reference system suitable for control purposes. Once all the sensed variables are in proper way, well known active control techniques based on these measurements are designed and implemented aiming to improve the performance, handling and safety of the vehicle. The Electronic di erential, allows the wheels to rotate with di erent speed while the car is turning. Optimal distribution of brake and driving forces, exclusive for 4WD vehicles, enables them to maximize the total longitudinal force while the vehicle is braking or accelerating. TCS prevents over-slipping and consequent traction loss of the car.

La riduzione dell'inquinamento, l'implementazione di sistemi intelligenti e l'incremento della sicurezza, sono alcune delle principali tematiche del settore automobilistico in Europa. Il progetto GreenFun prova a dare una concerta risposta a queste problematiche; GreenFun e un quadriciclo leggero elettrico a quattro ruote motrici equipaggiato con sistemi elettronici e di controllo innovativi. Questo veicolo vuole essere al contempo eco-compatibile, piacevole da guidare e sicuro. Il presente lavoro di tesi si concentra sullo sviluppo di vari sottosistemi elettronici del prototipo; il pi u rilevante e il sistema di controllo attivo basato sui dati provenienti dalle ruote intelligenti, progettate dal Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, in grado di misurare in tempo reale le forze scambiate con il suolo. I dati provenienti dalle ruote vengono trasmessi via seriale all'unit a di controllo che le decodi ca opportunamente e riporta le forze nel corretto sistema di riferimento globale, prima di utilizzarle per implementare le strategie di controllo. Una volta interpretate correttamente le variabili misurate esse sono utilizzate nel controllo attivo progettato e realizzato per incrementare il rendimento del veicolo, la sua guidabilit a, la tenuta di strada e in generale la sicurezza. Il di erenziale elettronico introdotto nel sistema di controllo permette di mantenere la corretta velocit a di rotazione (e la coppia motrice) su tutte e quattro le ruote durante la percorrenza in curva. La gestione della distribuzione ottimale della coppia motrice o frenante tra asse anteriore e posteriore permette di massimizzare le forze longitudinali che agiscono sul veicolo sia in fase di accelerazione che di frenatura. Finalmente, il sistema di controllo della trazione (TCS) impedisce la perdita di aderenza delle ruote.