Diseño de controladores para vehículo eléctrico con cuatro motores en rueda

Abstract

En la actualidad, cada vez se apuesta más por la tecnología que nos facilite la conducción, de forma segura y con objetivo principal el de respetar al medio ambiente. Debido a esto surge el concepto de movilidad sostenible, en el campo de la automoción. Dentro de dicha movilidad, se encuentra la de tipo eléctrico, que actualmente participa en el mercado como última novedad, junto con las tecnologías de vehículos híbridos.Los motores eléctricos, ya sea en sistemas híbridos como en puramente electrificados, proporcionan grandes ventajas en los transportes actuales; tanto en aspectos técnicos como medioambientales. En este trabajo, nos encontramos en el segundo caso, donde un vehículo con cuatro motores eléctricos incorporados proporciona una alta versatilidad, tanto para desarrollar algoritmos que permitan dotar de seguridad adicional a la conducción, como en la forma de garantizar una correcta gestión de la energía disponible, minimizando los recursos necesarios del medio ambiente. El objetivo del trabajo consiste en el diseño de un controlador de estabilidad que mejore la respuesta dinámica del coche-prototipo FOX, orientado a mejorar resultados en competición, incluyendo la implementación en el vehículo real. Además se incluyen resultados del uso de otro algoritmo usado también para controlar el comportamiento y la seguridad presentada durante la conducción del coche. Los algoritmos presentados a continuación consiguen mejorar el comportamiento del vehículo usando un control vectorial, es decir, actuando sobre el par aplicado en cada rueda, de forma independiente y relativa al par deseado por el conductor en cada instante. El primer controlador a estudiar conseguirá, mediante el uso de diferentes ganancias reguladoras, corregir efectos indeseados durante la conducción. Entre ellos, que el coche gire muy poco o demasiado, o que las ruedas deslicen. Estos problemas serán tratados con un control sobre velocidad angular en yaw y sobre el deslizamiento de las ruedas. El segundo consistirá en un control con objetivos similares al anterior, actuando sobre la velocidad angular del vehículo y limitando el par calculado según el nivel de tracción disponible en las ruedas. Además, para completar la parte de implementación en el coche real, las pruebas de simulación serán adaptadas a la realidad realizando estimaciones de referencias necesarias para el control, con los sensores disponibles en el vehículo.

Nowadays, more and more people are committed to the technology that facilitates driving, in a safe way and with the main objective of respecting the environment. Due to this emerges the concept of sustainable mobility in the automotive industry. Within this mobility, there is the electric type, which currently participates in the market as the latest innovation, along with technologies of hybrid vehicles. Electric motors, whether in hybrid or purely electrified systems, provide great advantages in current transport ; both in technical and environmental aspects. In this work, we are in the second case, where a vehicle with four built-in electric motors provides a high versatility, both to develop algorithms that provide additional safety to the driving, as well as to ensure a correct energy management, minimizing the necessary resources of the environment. The objective of this work is to design a stability controller that improves the dynamic response of the prototype FOX car, aimed at improving results in competition, including implementation in the real vehicle. In addition, results of other algorithm to correct the dynamics and safety in the driving are included. The algorithms presented below are able to improve the performance of the vehicle using a vector control, which consist in acting on the torque applied to each wheel, independently and relative to the torque desired by the driver at each instant. First controller will archieve, through the use of different regulatory gains, to correct some unwanted effects while driving. Among them, let the car to turn inappropriately or let the wheels to slide. These problems are treated with a control on yawrate and on wheel slip. The second will consist of a control with previous objectives, acting on the yawrate of the vehicle and limiting the calculation according to the available level of traction in the wheels. In addition, to complete the implementation part in the real car, the simulation tests will be adapted to the reality making necessary reference estimates for the control, with the sensors available in the vehicle.