Estrategias de control conmutado robusto para mitigar volcadura y derrape en vehículos con ruedas

Abstract

"En esta tesis se estudian los problemas de volcadura no lanzada, derrape lateral, así como un tipo de volcadura lanzada inducida por derrape lateral, bajo un enfoque de estabilidad robusta entrada-salida que utiliza una representación conmutada para la dinámica de un vehículo de 4 ruedas. Se introduce un criterio de medición del riesgo de derrape y de volcadura que se utiliza como la salida del sistema conmutado para propósitos de control. La conmutación se obtiene en función de la existencia del riesgo en la maniobra del conductor; si el riesgo es inminente se aplican acciones de frenado y tracción/propulsión diferenciales para mitigar el riesgo, por lo que el control no es invasivo. El problema de control se formula como el diseño de acciones de frenado y aceleración que garanticen que el vehículo se encuentra en un régimen seguro de manejo. El objetivo de control se complica por la presencia de incertidumbre de modelado en el sistema, la cual depende del tipo de terreno, de la suspensión, del tipo de llanta y del tipo de vehículo entre los más relevantes. La ley de control que se acciona bajo riesgo inminente, se modifica con el uso de un sistema predictivo de riesgo para mejorar el desempeño y se establecen las condiciones suficientes para garantizar la estabilidad del sistema. En resumen, esta tesis se enfoca en el estudio de condiciones de estabilidad y en el diseño de estrategias de conmutación estabilizantes para los casos en donde existe o no predicción del riesgo de la maniobra."

"This Thesis studies the tripped rollover and lateral skid problems as well as a kind of nontripped rollover induced by lateral skid. The input-output robust stability of the system is established using a piecewise linear description of the wheeled vehicle and the definition of a rollover and skid indexes. The skid index is proposed based on the well-known friction ellipse along with some considerations regarding vertical dynamics of the system. The rollover and skid risks are evaluated continuously using measurements of vehicle’s side slip, yaw and roll angles and they are used to define the switching criterion to guarantee the stability of the system. The proposed control is not invasive since braking and traction/propulsion actions are only performed if an imminent risk is detected. The control problem is formulated as the synthesis of braking and accelerating actions that guarantee stability in spite of model uncertainty, parameter variations, fast switching actions and bounded control inputs. The model uncertainty arises from an imperfect description of the vehicle dynamics, and estimation mismatches of the vehicle parameters depending on the type of terrain, the type of tire, the vehicle suspension among others. In order to further improve the performance of the control, predictive actions on drivers maneuvering is included using a first order linear model. The resulted predictive switched robust linear controller proves to be sufficient to mitigate both rollover and skid and displays less conservative control actions since the control is performed only if a risk is foreseen within a designer-fixed time horizon."