Aplicación de la dinámica multicuerpo en tiempo real a la simulación y el control de automóviles

Abstract

La dinámica de sistemas multicuerpo permite realizar modelos detallados de sistemas mecánicos complejos, como puede ser un vehículo automóvil, Las formulaciones desarrolladas durante los últimos años permiten llevar a cabo simulaciones muy eficientes, que incluso hacen posible calcular el movimiento por debajo del tiempo real. Por este motivo, la dinámica multicuerpo es una herramienta cada vez más util, tanto en el diseño del automóvil como en el de sus sistemas de control. En esta tesis se presenta, como ejemplo de aplicación, el desarrollo de un simulador de conducción de bajo coste y su empleo en el diseño de controladores del vehículo simulado. La formulación empleada en el presente trabajo es una formulación aumentada de Lagrange de índice 3 con proyecciones en velocidades y aceleraciones, con la regla trapezoidal como integrador, y que ha demostrado ser robusta y eficiente. El vehículo a simular es un prototipo formado por un chasis de tubos y elementos tomados de vehículos comerciales, construido en el Laboratorio. Se modeliza y se caracterizan las fuerzas que actúan sobre él: suspensión, contacto con el suelo, fuerzas de aceleración y frenado, colisiones, etc. A partir del modelo, se desarrolla un simulador de conducción que permite evaluar la factibilidad de las maniobras a seguir por los controladores, y comparar su realización con las llevadas a cabo por un conductor humano. Se trata de un simulador de bajo coste, que toma sus inputs de un volante y unos pedales del tipo de los empleados en los juegos de ordenador. La salida gráifca se puede realizar a través de la pantalla del ordenador, o mediante unas gafas de realidad virtual. Se han desarrollado varios entornos para la simulación; un barrio de Ferrol, el Circuito de Cataluña para simular varios vehículos como demostración de eficiencia, y un entorno con obstáculos (rampas, escaleras, etc) en el que poder realizar maniobras bruscas para comprobar la robustez del mod