Integrated control of active steering and electronic differentials in four wheel drive and steering vehicles

摘要

La tesi presenta nuovi risultati nel progetto integrato di sistemi di controllo per veicoli dotati di sterzatura attiva dell’asse anteriore e posteriore oppure veicoli dotati di differenziale elettronico e sterzatura attiva dell’asse anteriore. L’integrazione della sterzatura attiva dell’asse anteriore in veicoli autonomi dotati di visione artificiale è stata anch’essa analizzata.ududPer i veicoli con quattro ruote sterzanti si è mostrato che la dinamica della velocità laterale e quella di imbardata possono essere disaccoppiate asintoticamenteudrispetto ai relativi ingressi di riferimento senza dover ricorrere all’utilizzo di misure di accelerazione laterale, velocità laterale oppure osservatori per tali grandezze. Nella progettazione del controllo dei due angoli di sterzo si sono utilizzati due regolatori proporzionali integrali sulla misura d’errore della velocità di imbardata in aggiunta ad un ulteriore segnale di riferimento relativo alla velocità laterale. Il controllo proposto, oltre a disaccoppiare asintoticamente le dinamiche di sterzo, sopprime i tipici comportamenti oscillanti presenti nel modello semplificato della dinamica di sterzo del veicolo assegnando autovalori stabili e reali.ududPer veicoli dotati di differenziale elettronico, posto sia sull’asse anteriore che posteriore, si è proposta una legge di controllo in grado di integrare tale sistemaudcon la sterzatura attiva dell’angolo di sterzo anteriore con l’obiettivo di migliorare la dinamica del veicolo, sopprimendo le oscillazioni ed allargando la banda passante per la dinamica della velocità di imbardata, ridurre il lavoro del pilota sull’asse di sterzo anteriore e migliorare la sicurezza del veicolo. La strategia di controllo dei differenziali non è limitata alla regolazione della differenza di velocità delle ruote sullo stesso assale ma è integrata con la sterzatura anteriore al fine di generare un momento di imbardata (un controllore proporzionale integrale sullaudvelocità di imbardata) in grado di migliorare la dinamica del veicolo riducendone le oscillazioni. L’analisi di stabilità è stata effettuata utilizzando sia la teoria delle perturbazioni singolari che Lyapunov.ududSi è inoltre proposto uno schema di integrazione della sterzatura attiva sull’asse anteriore in veicoli autonomi dotati di sistema di visione artificiale. Un sistemabasato su due controllori PID nidificati è stato proggettato per l’inseguimento di traiettorie stradali con un raggio di curvatura che cresce linearmente. In tale controllo un regolatore proporzionale-integrale all’errore di inseguimento della velocità di imbardata garantisce il miglioramento della dinamica del veicolo. Un secondo anello di controllo proporzionale-integrale-derivativo allo spostamento laterale rispetto alla linea di mezzeria, misurato dal sistema di visione, fornisce il riferimento per la velocità di imbardata all’anello di controllo interno.ududPer tutti i controlli proposti, al fine di validare i risultati ottenuti ed esplorareudla robustezza e le prestazioni ottenute, si sono realizzate molte simulazioni nell’ ambiente di sviluppo offerto dal CarSim il quale include accurati modelli dinamiciuddi autoveicoli.