Energy-aware dynamic control for multi-actuated electric vehicles

I veicoli elettrificati si stanno diffondendo ad un ritmo notevole, risultato di politiche nazionali favorevoli, infrastrutture in espansione e progressi tecnici nell'ambito dei sistemi di accumulo dell'energia e dei controlli di veicolo. Senza dubbio i mezzi elettrici con azionamenti multipli si prestano a controlli dinamici più sofisticati, che proiettano maneggevolezza, stabilità, sicurezza ed efficienza energetica del veicolo ad un livello superiore. Indubbiamente, lo sviluppo di algoritmi di controllo dinamici per autovetture si basa largamente su modellazione e simulazione. Perciò, si effettua una approfondita analisi delle tecniche di modellazione fondamentali, spaziando dal multibody fino alla formulazione massa-molla atta a descrivere corpi deformabili. Un veicolo generico viene quindi replicato mediante le diverse tecniche di modellazione e le implementazioni sono messe a confronto attraverso tre manovre significative. Ciò permette di valutare accuratezza, predisposizione ad impieghi in tempo reale e contesti di applicazione più adatti di ciascuna formulazione. Successivamente, un veicolo multi-attuato e con quattro motori elettrici nelle ruote è studiato dal punto di vista dell'efficienza energetica. Tre sistemi di attuazione, ossia torque vectoring, distribuzione del momento di antirollio tramite sospensioni attive e sterzo posteriore, oltre ad una strategia di ripartizione longitudinale della coppia dei motori elettrici, sono esaminate attraverso simulazioni usando un modello di veicolo ad alta fedeltà e sperimentalmente validato. Nello specifico, le potenzialità di risparmio energetico delle attuazioni singole e combinate sono valutate nel corso di una serie di manovre a rampa di sterzo eseguite per diverse condizioni di velocità, aderenza e carico dei motori. L'analisi rivela buone capacità di risparmio energetico del torque vectoring e dello sterzo posteriore a basse e medie accelerazioni laterali e notevoli potenzialità di risparmio di potenza della distribuzione del momento di antirollio alle accelerazioni laterali medio-alte. Inoltre, in caso di carico addizionale ai motori, la ripartizione longitudinale della coppia può accrescere notevolmente l'efficienza. In seguito, il controllo predittivo basato su modello non lineare è applicato al torque vectoring e al controllo di distribuzione del momento di antirollio di un veicolo elettrico con quattro motori indipendenti e sospensioni attive. La funzione di costo è volta a minimizzare le perdite di potenza e, al contempo, migliorare la risposta del veicolo sia in condizioni stazionarie, sia transitorie. Le potenzialità della strategia di controllo sono valutate su due manovre, rampa di sterzo e doppio colpo di sterzo, con e senza la distribuzione attiva del momento di antirollio a supporto del torque vectoring. I risultati mostrano notevoli miglioramenti apportati dall'integrazione del contributo delle sospensioni attive e del torque vectoring in termini di risparmio energetico e stabilizzazione del veicolo.