Sviluppo di algoritmi di controllo e modelli real-time di un sistema sterzante per un electric power-assisted demo

Negli ultimi anni, con l’avvento di nuove tecnologie, sono stati introdotti e perfezionati i sistemi sterzanti, di cui è dotato un autoveicolo, in modo da garantire al conducente una guida sempre più semplice e confortevole.
Questo ha fatto si che i componenti elettromeccanici, adibiti al controllo e al supporto dell’intero sistema, aumentassero sia in numero che in complessità, richiedendo, pertanto, requisiti sempre più stringenti in termini di affidabilità.
In particolare, il sistema Electric Power Steering (EPS) consente di agevolare il guidatore nella manovra di sterzata, fornendo una coppia che si contrappone a quella resistente che si avverte allo sterzo, mediante l’ausilio di un motore BLDC, particolarmente adatto allo scopo, controllato in corrente.
L’EPS deve garantire sensibilità, precisione e maneggevolezza durante la marcia, ed ha il compito di intervenire solo quando necessario.
Per ottenere tali prestazioni sono stati implementati diversi sistemi di controllo, ognuno caratterizzato da un diverso grado di complessità e precisione.
Nel presente lavoro di tesi è stato realizzato un dimostratore delle capacità di una centralina, costituita esclusivamente da componenti STMicroelectronics, che riuscisse in maniera semplice a controllare un motore BLDC, allo scopo di fornire la coppia di supporto necessaria alle manovre che un utente imposta mediante una pratica interfaccia grafica.
In particolar modo verrà posta maggior attenzione nello sviluppo dei modelli della coppia resistente avvertita allo sterzo, quindi la coppia in condizioni stazionarie (velocità nulla) e la coppia di auto-allineamento, e nella realizzazione dell’interfaccia grafica, mentre, per non risultare eccessivamente dispersivi, non si spiegherà in dettaglio la realizzazione su microcontrollore di tali sistemi.
La tesi è strutturata in quattro capitoli.
Nel primo capitolo verranno trattati i vari sistemi sterzanti sviluppati ed i vari tipi di servosterzo esistenti: da quello idraulico al sistema steer-by-wire, passando per l’EPS, con i requisiti di sicurezza che devono soddisfare.
Nel secondo capitolo verrà analizzata la struttura della centralina EPS implementata da STMicroelectronics ed i componenti che la costituiscono: il microcontrollore Leopard, il fet-driver L9906, il power-supply L9758, l’inverter ed il motore BLDC.
Verranno trattati anche gli altri elementi che sono stati necessari per la realizzazione del dimostratore implementato, come il microcontrollore MONACO, e saranno elencati, con le loro caratteristiche, i messaggi scambiati dalle varie periferiche.
Il terzo capitolo è dedicato alla descrizione dell’aspetto e delle funzionalità implementate nell’interfaccia grafica (GUI).
Verrà visto nello specifico come avviene la comunicazione con il MONACO e com’è stato gestito il mutithreading, necessario per non perdere informazioni.
Infine, nel quarto capitolo verranno analizzate le equazioni matematiche dei modelli proposti, nonché descritta in dettaglio la loro realizzazione.
In questo capitolo saranno anche visualizzati i risultati ottenuti mediante il confronto con il simulatore di dinamica dei veicoli veDYNA e la verifica del sistema di controllo avvenuta mediante dSPACE.