Modellistica e controllo della stabilità di un quadriciclo elettrico basculante

In this thesis we deal with the problem of modeling and design a controller for a four-wheeled electric tilting vehicle with an innovative structure, using the peculiarity of having two independent electric motors. We start from the development of a control-oriented model which characterizes the system’s dynamics, without showing a too complex structure. The model is analyzed with the purpose of using it to synthetize a stability control system for the vehicle. The actuation system consists of generating two different torque with the motors, to obtain an effect on the yaw and roll dynamic of the vehicle. Using the pole placement strategy, we design a controller that has the aim to enhance the performances of the vehicle while the pilot is entering or exiting a turn. The synthetized control system is analyzed in simulation to remark pro and cons. The study presents the particularity of examine a new type of vehicle, by creating a model of it and designing a control system that, using a new kind of actuation system, deals with the vehicle dynamics. The controller allows the system to enter a turn more quickly (the maneuver is completed in the 56 % of the time needed by the open loop system), enhancing the potentiality of the vehicle even for less experienced pilots.

Il tema affrontato è la modellistica e il controllo di un veicolo elettrico leggero basculante dalla ciclistica innovativa, sfruttando la peculiarità di avere due motori elettrici indipendenti. Si inizia dallo sviluppo di un modello orientato al controllo che caratterizzi con buona precisione le dinamiche del sistema fisico, senza presentare una struttura eccessivamente complessa. Il modello sviluppato viene quindi analizzato e caratterizzato con il fine di utilizzarlo per sintetizzare un sistema di controllo della stabilità per il veicolo. Il sistema di attuazione utilizzato consiste nel far generare dai motori coppie differenti, ottenendo un effetto sull’ imbardata e sul rollio del veicolo. Utilizzando la strategia di assegnamento degli autovalori viene ricavato un controllore che avrà il fine di innalzare le prestazioni del sistema nelle dinamiche di ingresso e uscita dalle curve. Il controllo sintetizzato viene analizzato per sottolinearne vantaggi e limiti, mediante delle prove in simulazione. Lo studio effettuato presenta la particolarità di esaminare un veicolo di nuova concezione, creandone un modello e ricavando un sistema di controllo che, utilizzando un sistema di attuazione particolare, interviene sulle sue dinamiche. Mediante l’ introduzione di un sistema di controllo si ottiene una discesa in curva più rapida (la manovra viene completata nel 56 % del tempo necessario al sistema libero), aumentando le potenzialità del veicolo anche per i piloti meno esperti.