Identificazione sperimentale del modello dinamico da coppia motore a slittamento pneumatico orientato allo sviluppo di un sistema controllo di trazione per motoveicoli ad alte prestazioni

The control of the longitudinal dynamics can play a key role for safety and performance issues in a sport motorbike. Even though many motorcycles are already equipped with a traction control system, the scientific literature is poor of studies about the application of such systems on two-wheeled vehicles. This thesis will deal with the problem of describing the engine-to-slip dynamics in order to design a slip regulator. This investigation will be carried out primarily by experimental tests designed to obtain specific information about several characteristics of the frequency response of the system. First the main disturbances that affect the variables required to estimate the slip will be analysed, then some techniques to remove their effect will be proposed and a method to obtain an estimation of the longitudinal speed of the vehicle will be shown. A chapter will be devoted to the presentation of the tests employed to identify the dynamics of the system on a straight. Two models will be determined, one describing the effect of the electronic throttle valve on the slip and one describing the effect of the spark advance. These two models will be compared to point out their different properties and a control strategy to best exploit both the actuators will be proposed. Some tests in closed-loop were made to validate the models and their effectiveness is shown. The last part of the thesis will be devoted to the analysis of the effect of the roll angle on the considered system. This analysis was never made before and it revealed essential especially when dual compound tyres are used. An experimental test was conducted to catch the dc-gain variations as a function of the lean angle. Then the simulations obtained with the identified model are compared with the data logged during a lap, moreover the results obtained in closed-loop, adapting the regulator designed for zero-roll angle condition, show the quality of the identification process.

In un motoveicolo ad alte prestazioni, il controllo della dinamica longitudinale può svolgere un ruolo fondamentale in termini di sicurezza e performance. Nonostante ad oggi sistemi di controllo di trazione siano disponibili su diverse motociclette in commercio, la letteratura scientifica è povera di studi sull'applicazione di questi sistemi nei veicoli a due ruote. Questa tesi affronta il problema di descrivere la dinamica da richiesta di coppia motore a slittamento dello pneumatico posteriore in modo adeguato ai fini di progettare un controllo di slittamento. L'indagine verrà effettuata principalmente attraverso test sperimentali ideati per ottenere informazioni specifiche su diverse caratteristiche della risposta in frequenza. Inizialmente verranno analizzati i principali disturbi che influenzano le variabili necessarie alla stima dello slittamento e si proporranno delle tecniche per eliminare quasi del tutto il loro effetto. Successivamente si presenteranno i diversi test che sono stati effettuati e i risultati del processo di identificazione sul rettilineo. Verranno determinati due modelli, in modo da descrivere l'effetto di entrambi gli attuatore disponibili (anticipo di accensione e valvola gas) sullo slittamento. I due modelli verranno confrontati così da cogliere le diverse caratteristiche dei sistemi di attuazione e verrà proposta una strategia di controllo per impiegare al meglio i due attuatori. I due modelli verranno validati attraverso altri test in anello chiuso e verrà mostrata la loro bontà ai fini del progetto di un controllo di slittamento. Infine verrà analizzato l'effetto della variazione dell'angolo di rollio sul sistema considerato eseguendo ulteriori test sperimentali. Questa analisi non è stata mai condotta in precedenza e si dimostra fondamentale soprattutto in caso di uso di pneumatici bi-mescola. Le simulazioni condotte con il modello ottenuto sono state quindi confrontate con i dati raccolti durante un giro di pista ed è stata dimostrata la validità del modello attraverso i risultati ottenuti in anello chiuso adattando il regolatore progettato sul rettilineo in base alle variazioni identificate.