Avances en Ingeniería del Automóvil
Acceso abierto

abstracto

Distribución de control coordinado jerárquico y verificación experimental para vehículos terrestres no tripulados de seis ruedas

Rajan Prasad1, Yue Ma, Yu Wang, Huimin Zhang

En los últimos años, la tracción independiente en todas las ruedas ha sido la forma más prometedora de configuración de tracción en vehículos terrestres no tripulados. Considerando las dificultades en la asignación de control para este tipo de vehículos, este artículo presenta una estrategia de coordinación de control jerárquica con tres capas para distribuir el control en tiempo real de manera efectiva y precisa. En la capa superior, se propone un método híbrido de análisis de instrucciones, que convierte los comandos del panel de control en requisitos de fuerza motriz y velocidad de guiñada de dirección objetivo, respectivamente, para priorizar el comando de dirección para mantener la trayectoria en función de las propiedades del motor. Posteriormente, se emplea un controlador de modo deslizante para convertir la tasa de guiñada objetivo en el momento de guiñada requerido. La capa de estimación de estado recibe datos de los sensores y estima diferentes propiedades/parámetros requeridos en otras capas. La capa de control de nivel inferior recibe comandos de la capa superior y asigna el control respectivo a las ruedas. El problema de asignación de control se ha formulado como un problema de optimización y luego se ha convertido en un problema de programación cuadrática, en el que se ha adoptado un método de barrera modificado novedoso con la combinación de dimensión de ecuación reducida para minimizar el esfuerzo computacional y la complejidad para la implementación en el plataforma integrada. Se han realizado simulaciones por computadora y experimentos de campo, que verifican el desempeño de la estrategia propuesta. El vehículo terrestre no tripulado (UGV), una plataforma de vehículos sin conductor, se ve favorecido en muchas situaciones prácticas que son peligrosas, difíciles o inconvenientes para la presencia de conductores humanos a bordo. Los componentes generales de un UGV son una variedad de sensores para obtener información del entorno circundante, una unidad de control para procesarla y tomar una decisión, y un sistema de comunicación inalámbrica para monitorear. El UGV se puede utilizar en una variedad de aplicaciones para usos civiles o militares, como manipulación de explosivos, detección de bombas y minas terrestres, fines de vigilancia y reconocimiento, vehículos de combate, vehículos agrícolas, vehículos mineros, automatización de fabricación y producción, etc. UGV también se está utilizando en búsquedas y operaciones en
áreas de desastre para minimizar las bajas humanas.
En los últimos años, el efecto del calentamiento global, el aumento del nivel de contaminación y la escasez de energía no renovable han provocado que la industria del automóvil se desplace hacia la investigación y el desarrollo del vehículo eléctrico (EV) como vehículo del futuro. Además, las regulaciones de energía limpia y cero emisiones han catalizado el desvío hacia este sector. El avance de la investigación en curso en el campo de la tecnología de baterías, impulsores de motor y controladores, y otros accesorios de apoyo han llevado a un aumento en la cantidad de vehículos eléctricos que se producen día a día en contraste con las tasas de producción anteriores. Los vehículos eléctricos han sido un tema central de investigación debido a sus numerosos beneficios sobre los vehículos de combustible convencional en términos de contaminación, vibración, sostenibilidad, etc. Con la demanda de optimizar el tamaño total del vehículo y las pérdidas de potencia, apareció la arquitectura de tracción independiente en las cuatro ruedas (AWID), un EV puro con una configuración de conducción del vehículo novedosa, eliminando el uso del sistema de transmisión convencional, transmisiones diferenciales, asistido por el desarrollo de sofisticados estrategia de línea de transmisión y se espera que sea una configuración de transmisión popular en el futuro.1–4 La configuración de tracción en todas las ruedas es posible gracias a la capacidad del motor para generar el par deseado de manera aguda y precisa con facilidad de medición. De hecho, el primer vehículo en la luna, el Lunar Rover5, tenía motores en las ruedas con la novedosa configuración de AWID. Con el avance en las tecnologías de accionamiento y motor, los UGV se están diseñando con motores eléctricos para un funcionamiento silencioso, menos señales de calor, etc. La transmisión por motor en las ruedas tiene numerosas ventajas sobre la transmisión por eje convencional. Puede hacer que la estructura del vehículo sea compacta al minimizar el espacio de suspensión y producir capacidad de manejo todo terreno debido al mecanismo de dirección diferencial (dirección deslizante). Con el in-WID, el vehículo se puede usar en una variedad de aplicaciones con maniobras intensas, ya que puede combinar las funciones de ABS (sistema de frenos antibloqueo) y TCS (sistema de control de tracción). Tales características de tracción en las ruedas lo hacen muy adecuado para su uso en el área de defensa.