Dissertação
{pt_PT=Traction control of a Formula Student prototype} {} EVALUATED
{pt=O controlo do escorregamento dos pneus é essencial em protótipos de competição automóvel, tal como num veículo Formula Student. Com um motor elétrico por cada cubo de roda, o futuro protótipo da FST Lisboa - que terá configurações autónoma e pilotada - apresenta uma oportunidade para controlar diretamente o estado dos quatro pneus e melhorar o desempenho dinâmico do veículo. Um sistema de controlo de tração deve tolerar não linearidades e ser robusto a mudanças ou incertezas paramétricas de forma a melhorar o desempenho dinâmico do veículo. Para cumprir esses requisitos propõe-se uma arquitetura de controlo em cascata, baseada em controlo proporcional e na dinâmica de pneus, capaz de satisfazer simultaneamente requisitos de desempenho em termos longitudinais e laterais. Uma componente de realimentação é utilizada para seguir referências de velocidade longitudinal, enquanto que uma componente antecipativa melhora o desempenho em curva, seguindo referências de razão de guinada. Ambas as componentes melhoram a capacidade do veículo de acelerar, desacelerar e guinar, evitando a tendência natural de perder a tração em pneus com menor carga vertical devido a transferências de massa. Um módulo de distribuição de potência garante que os limites de potência elétrica em aceleração e desaceleração são cumpridos. Sugere-se uma heurística para sintonizar os parâmetros resultantes dos controladores de tração. Posteriormente, a sensibilidade dos controladores a variações e incertezas paramétricas é estudada, avaliando a sua robustez. Finalmente, os controladores de tração são validados em pistas genéricas, com um grau de complexidade superior às usadas para sintonizar os controladores., en=Controlling tire slip is crucial for race cars performance, such as Formula Student prototypes. With four independent wheel-hub electric motors, the future prototype from FST Lisboa - with both driverless and person-driven configurations - provides an opportunity to directly control the state of the four tires and improve dynamic performance. A traction control system must handle nonlinearities and be robust to parametric changes or uncertainties to improve dynamic vehicle behaviour. To fulfil these requirements, a cascade control architecture based on proportional control and tire dynamics is proposed, being able to simultaneously fulfil longitudinal and lateral dynamics requirements. A feedback component is employed to track the longitudinal speed and fulfil tire and electric motor constraints, while a feedforward term is used to track the yaw rate and achieve torque vectoring in turns. Both components improve the vehicle ability to accelerate, decelerate and turn, mitigating the natural tendency to break traction in vertically unloaded tires due to mass transfers. A power distribution module corrects the individual torque commands to enforce electrical power limits in acceleration and deceleration. A heuristic method is suggested to tune the traction control parameters. The sensitivity of the resulting traction controllers is studied for varying traction conditions and vehicle parameters, assessing the proposed solution's robustness. Finally, the traction controllers are validated on generic race tracks, with a higher degree of complexity from the benchmarks used for tuning.}
setembro 27, 2021, 15:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Auxiliar
