Estratégia de controle de estabilidade que incorpora o efeito de saturação de pneus com um digital twin model

Abstract

Maximizar e otimizar a aderência de veículos tanto de competição como veículos comerciais para reduzir o tempo de volta dentro de um circuito ou melhorar a capacidade de manobrabilidade e segurança são altamente desejáveis na industria de desenvolvimento de veículos. Para maximizar a aderência de um veículo sabe-se que os coeficientes de aderencia dos pneus são características fundamentais e definem a capacidade e limites de um pneu. Esse trabalho teve como objetivo investigar e desenvolver uma estratégia de controle de estabilidade capaz de aumentar a aderência a partir de dados de saturação dos coeficientes de atrito. Além disso, a estratégia foi testada e estudada junto a um modelo matemático capaz de avaliar diferentes comportamentos dinâmicos e a influência da estratégia de controle implementada. Para o modelo matemático será utilizado um programa de simulação veícular multi corpos e transiente (AVL VSM R1.6) junto a uma implementação da estratégia criada em MATLAB/Simulink. Com a estratégia de controle baseada na capacidade de tração dos pneus, temos que o nível de saturação de cada um dos pneus definem a deficiência do pneu em gerar forças a partir de linearização das forças e relevância de escorregamentos (slip), com isso o objetivo de distribuição de torque em cada uma das rodas pode ser atingido. A aplicação tem como principal objetivo o uso de arquiteturas de tração emergentes atualmente, como híbridos, elétricos e com tração independente em cada uma das rodas e capaz de ser utilizada em condições transientes como foi apresentado nesse trabalho.

Maximizing the grip of vehicles in motorsport and commercial use is desired to reduce the lap time or increase the handling capability and safety are highly desired in the automotive industry for the vehicle development. In order to maximize the grip, the tire friction coefficient is the key to understand the capability or limitations of the tires. This thesis has the target to investigate and develop a vehicle stability control strategy capable to optimize the grip based on tire saturation analysis. Besides that, the strategy will be tested with a digital twin model in order to evaluate the behavior of the controller together with the dynamic behavior of the vehicle using a multi-body simulation software besides the MATLAB/Simulink Strategy development. The main strategy is based on the traction capability of the tires, using the saturation level, which defines the deficit of the tires to generate forces based on the linearity of the forces and slips. Using this observer, it is possible to define the torque bias at each wheel and control the torque distribution. The application is suitable for the emerging architectures of drivetrain like hybrids, full electric with independent traction at the wheels and capable to manage transient behaviors has be shown on this work.