Control de la dinámica de vehículos eléctricos con motores en las ruedas

Abstract

En los últimos años, las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) han estado produciendo efectos cada vez más severos sobre el clima. Parte de la comunidad científica, afirma que es necesario comenzar a frenar el calentamiento global de inmediato con el fin de evitar consecuencias devastadoras en un futuro no muy lejano. Como segundo mayor contribuyente de emisiones GEI se encuentra el sector del transporte, en especial, el tráfico rodado. Esto, unido a los recientes descubrimientos sobre los efectos perjudiciales del diésel sobre la salud humana, ha desembocado en un creciente desarrollo de la movilidad eléctrica para poner fin a la comercialización de los vehículos de combustión interna. En términos de seguridad activa, los coches eléctricos poseen una mayor versatilidad, ya que puede actuarse directamente sobre el par de sus motores a diferencia de los vehículos de combustión interna en los que se suele recurrir al sistema de frenos debido a que la actuación sobre el par motor no es tan directa. Además, existen vehículos eléctricos que disponen de un motor por cada rueda que, frente a los que cuentan con un solo motor o uno por cada eje, permiten alcanzar un control más preciso al poder modificar concretamente el par de cada rueda. En este proyecto se pretende evaluar, comparar y depurar distintos algoritmos para los sistemas de tracción y estabilidad de un vehículo eléctrico con motores en rueda. Para ello, se hará uso del vehículo FOX, un modelo real desarrollado como proyecto de investigación en la Universidad de Sevilla. Se utilizarán diversas estrategias de control que han sido aplicadas en otros sectores industriales como el control PID o control basado en lógica difusa, haciendo uso de una unidad de control electrónico (ECU), que determinará el voltaje necesario para conseguir el par establecido por el control para cada rueda. Todas las estrategias de control seleccionadas han sido sometidas a pruebas mediante el uso de un simulador, pero no todas han sido implementadas en el modelo real del FOX por lo que será necesario desarrollar el código que permita dicha implementación. En general, casi todas ellas pretenden establecer un control sobre la velocidad angular (para ajustar la trayectoria del vehículo) y sobre el ángulo de deslizamiento (con el fin de evitar el deslizamiento lateral). Para la realización de las pruebas de conducción se va a desarrollar un software de supervisión (SCADA) que nos permita monitorizar el estado del vehículo (baterías, motores, velocidades, aceleraciones...) y realizar ajustes sobre el sistema de estabilidad y tracción (cambio de estrategia de control, modificación de parámetros y selección de motores sobre los que se actúa) En las pruebas de conducción se realizarán diferentes maniobras que fuercen situaciones en las que sea necesaria la actuación de los sistemas de tracción y estabilidad. En primer lugar, se hará uso del software de supervisión desarrollado para conseguir ajustar de forma óptima todas las estrategias de control y evaluar su impacto. Tras esto, con los controladores ajustados se realizarán otra batería de pruebas para compararlas entre ellas tanto in situ como posteriormente mediante un análisis más exhaustivo de los datos proporcionados por la ECU. Por último, cabe mencionar que este proyecto ha sido desarrollado junto a Isidro Raya Ramos. Las pruebas realizadas sobre tres de los seis controladores seleccionados son expuestas por él en [16].

In recent years, greenhouse gas (GHG) emissions have been producing increasingly severe effects on the climate. Part of the scientific community, affirms that it is necessary to stop global warming immediately in order to avoid devastating consequences in a near future. The second largest producer of GHG emissions is the transport sector, especially road traffic. This added to the recent discoveries about the damaging effects of diesel on human health, has led to an increasing development of electric mobility to end the commercialization of internal combustion vehicles. In terms of active safety, electric cars have greater versatility, since they can act directly on the torque of their engines, unlike internal combustion vehicles where the braking system is usually used because the action on their torque is not so direct. In addition, there are electric vehicles that have one engine for each wheel that, compared to those with only one engine or one for each axle, allow a more precise control because of the ability to modify the torque of each wheel. The main objective of this project is to evaluate, compare and debug different algorithms for traction and stability systems of an electric vehicle with motors on their wheels. For this purpose, the FOX vehicle, a real model developed as a research project of the University of Seville, will be used. Some of the control strategies that are going to be used have been applied in other industrial sectors such as PID control or control based on fuzzy logic. The FOX use an electronic control unit (ECU) to calculate the voltage that is needed to have the torque calculated by the control in each wheel. All the selected control strategies have been tested using a simulator, but not all of them have been implemented in the real FOX model, so it will be necessary to develop the code that allows such implementation. In general, almost all of them intend to establish an angular velocity control (to fix the trajectory of the vehicle) and sliding angle control (in order to avoid lateral sliding). To carry out the driving tests, a SCADA software will be developed to allow monitoring the vehicle's condition (batteries, motors, speeds, accelerations ...) and make changes in the stability and traction system (change the control strategy, modify their parameters and activate the engines that are going to be used). In the driving tests, the pilot will force situations in which the action of the traction and stability systems are necessary. Firstly, the SCADA software will be used to optimally set up all the control strategies and evaluate their impact. After this, another set of tests will be carried out in which the different strategies will be used switching between them. This will allow us to compare them both in situ and later through a more exhaustive analysis of the data provided by the ECU. Finally, it is worth mentioning that this project has been developed with Isidro Raya Ramos. The tests carried out on three of the six selected controllers are analysed by him in [16].