RICERCA ITALIANA     

Uno studio in particolare si è dedicato alla risoluzione di queste problematiche, e proprio nell'ambito dei Prin un gruppo di ricercatori guidato dal professor Luigi Glielmo dell'Università degli Studi del Sannio di Benevento ha condotto la ricerca dal titolo "Controllo di sistemi evoluti di trasmissione, sospensione, sterzata e frenata per la gestione della dinamica veicolo". Il progetto ha visto l'integrazione di cinque Atenei (unità operative):

- Università degli Studi del Sannio
- Politecnico di Torino - Università degli Studi di Pavia - Università degli Studi di Bologna - Università di Modena e Reggio Emilia

Il compito dei sistemi di controllo di un veicolo è pilotare i vari sottosistemi del veicolo stesso o, in altra prospettiva, le tre dinamiche (longitudinale, laterale, verticale)

- la dinamica longitudinale, caratterizzata dal moto di avanzamento del veicolo e dal beccheggio, e controllata con il motore, i freni, il cambio e la frizione. Diversi sono i sistemi commerciali sviluppati: L'ABS (Antilock Breaking System)è un sistema di sicurezza che evita il bloccaggio delle ruote dei veicoli in fase di frenata e il TSC (Traction Control System) è un sistema elettronico preposto al controllo della trazione del veicolo, ne sono due esempi.

- la dinamica laterale, eccitata in curva, caratterizzata dai moti di rollio e imbardata, influenzata da fattori come il vento laterale e l'aderenza dei pneumatici. L'analisi di questa dinamica è interessante dal punto di vista della sicurezza di guida e il comfort dei passeggeri. I sistemi commerciali di recupero della stabilità del moto di imbardata, Vehicle Dynamics Controller (VDC) o Electronic Stability Program (ESP), sono attuati mediante azioni sterzanti o, più spesso, attivando la frenatura di singole ruote. Recenti ricerche condotte in ambito accademico hanno messo in evidenza il potenziale miglioramento delle prestazioni ottenibili mediante l'uso combinato del sistema di frenatura e di quello di sterzatura.

- la dinamica verticale, caratterizzata dai moti di sussulto determinati dall'interazione delle quattro sospensioni con le disomogeneità della strada. Sia in ambito accademico che industriale si stanno studiando gli effetti dell'uso delle sospensioni come sistemi di controllo per tale dinamica, dal momento che esse, oltre a controbilanciare le forze dovute a sterzate, accelerazioni o frenate e a cambiamenti di carico, devono isolare il compartimento passeggeri dalle irregolarità della strada, per garantire un certo comfort. Le sospensioni semi-attive sono al momento le uniche che riescono a fornire un buon compromesso tra costi e prestazioni.

Le fasi del progetto sono state tre, MODELLISTICA, CONTROLLO e SPERIMENTAZIONE in coerenza con il classico schema di controllo presentato in figura 1.

Modellistica

La fase di definizione del modello risulta essere molto importante, è infatti necessario sviluppare sia modelli di dettaglio del veicolo in modo da evidenziare tutte le problematiche da affrontare e sia dei modelli semplificati da implementare all’interno del controllore in modo che possano essere allo stesso tempo di semplice applicazione e affidabili per lo scopo preposto. I modelli matematici progettati sono stati: dinamica laterale del veicolo; sospensioni semi-attive; comportamento dinamico longitudinale del veicolo; sistema di trasmissione (inclusa la frizione, i suoi attuatori e il cambio) e del guidatore; utenti della strada, al fine di progettare dei sistemi di supervisione per evitare collisioni.
Oltre ai modelli di dettaglio, sono stati individuati eanche realizzati modelli semplificati, per catturare le dinamiche fondamentali dei sistemi in esame, utili per la successiva fase di progettazione dei sistemi di controllo, e modelli funzionanti in "real-time", per le successive fasi di testing dei sistemi di controllo.

Controllo

Per quanto concerne la realizzazione dei sistemi di controllo è necessario prima di tutto ricordare che già in commercio esistono diversi componenti di ausilio alla guida che sono presenti sui veicoli commerciali.
La comparsa dei primi sistemi risale agli anni Ottanta. Il primo sistema introdotto è stato l’ABS (Antilock Breaking System), nel 1978, che regola il bloccaggio delle ruote con l’obiettivo di garantire la stabilità del veicolo in fase di frenata su superfici sdrucciolevoli. Infatti, il bloccaggio delle ruote ha principalmente due conseguenze negative:

- l’aumento dello spazio di frenata
- la drastica diminuzione della forza laterale che il pneumatico può esercitare.

Analogamente all’ABS, il TCS (Traction Control System) agisce sulla dinamica longitudinale del veicolo. L’obiettivo del TCS è massimizzare la forza di trazione tra la ruota e la strada in fase di accelerazione e in presenza di superfici scivolose. Ci sono principalmente due tipi di TCS: uno agisce solo sulla coppia motore, mentre l’altro combina l’utilizzo di coppia motore e freni alle ruote motrici.

La dinamica laterale del veicolo è, in parte, controllata dall’ESP (Electronic Stability Program - acronimo coniato dalla Bosch), che risale al 1995 ed è basato sull’utilizzo dei freni, con lo scopo di impedire le perdite di stabilità della vettura. L’ESP richiede sensori per la misura dell’angolo di sterzata, della velocità di imbardata, dell’accelerazione trasversale e del numero di giri delle ruote. La logica di funzionamento dell’ESP (o delle versioni simili) consiste nel determinare, in base alla sterzata del pilota, il comportamento desiderato del veicolo e intervenire sui quattro freni in modo da stabilizzare il veicolo.
Lo scopo del progetto è stato quello di migliorare o di trovare delle alternative maggiormente performanti ai sistemi di sicurezza attiva suddetti. In particolare, sono stati progettati controllori innovativi per sospensioni semi-attive, per stabilizzatore del moto di imbardata (Torino), per il miglioramento dell'innesto della frizione (Sannio), e per quest'ultimo, sono stati determinati i profili ottimi di coppie al fine di ottenere le prestazioni desiderate (Modena); sistema di supervisione e controllo automatizzato di frenata in presenza di ostacoli per evitare i crash (Pavia).

Sperimentazione

L’obiettivo principale in questa fase è stato integrare i diversi sistemi di controllo realizzati precedentemente in un unico sistema veicolo complessivo, che è stato sottoposto a testing "real time" di tipo "Software in the Loop" e, successivamente, "Hardware in the loop" su piattaforma dSpace.
Superata tale fase,sono stati progettati gli algoritmi di controllo longitudinale sulla vettura Maserati strumentata messa a disposizione dall’Università di Bologna.
Il Politecnico di Torino ha messo a disposizione una vettura appositamente strumentata per il controllo verticale e laterale.