[en] DEVELOPMENT OF A ROBUST AND FAULT TOLERANT INTEGRATED CONTROL SYSTEM TO IMPROVE THE STABILITY OF ROAD VEHICLES IN CRITICAL DRIVING SCENARIOS

• Main Author: ABEL ARRIETA CASTRO
• Other Authors: HANS INGO WEBER
• Language: en
• Published: MAXWELL 2018
• Subjects: [pt] MODELO MULTICORPO DO VEICULO; [en] MULTIBODY VEHICLE MODEL; [pt] ABS; [en] ABS; [pt] ESP; [en] ESP; [pt] 4WS; [en] 4WS; [pt] CONTROLE INTEGRADO; [en] INTEGRATED CONTROL SYSTEM; [pt] CENARIOS CRITICOS DE CONDUCAO; [en] CRITICAL DRIVING SCENARIOS
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=33168@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=33168@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.33168

[pt] Atualmente, as novas tecnologias estão estendendo os limites físicos dos veículos automotivos em busca de mais segurança e comforto. Novas aplicações, como por exemplo veículos autônomos, exigem sistemas de controle capazes de garantir a estabilidade do veículo durante a condução autônoma ou em cenários perigosos. Na maioria dos carros modernos, os sistemas de controle atuam de forma independente, ou seja, não há coordenação ou compartilhamento de dados entre eles, pois poderiam produzir conflitos entre esses controladores. Desse modo, nenhuma melhoria na estabilidade do veículo é alcançada ou inclusive, piores cenários podem ser produzidos. Para superar esses problemas, uma abordagem integrada é projetada neste trabalho. Esta integração, definida como sistema de controle integrado (IC), usa uma regra para coordenar o programa eletrônico de estabilidade (ESP em inglês) e o sistema de direção de quatro rodas (4WS em inglês). O ESP realiza uma frenagem seletiva dependendo do estado atual do veículo. Esta condição é estimada pela diferença entre a taxa de guinada desejada, obtida usando um modelo linear do veículo, e a taxa de guinada real. Adicionalmente, as pressões de frenagem em cada roda são calculadas pelo sistema de travagem antibloqueio (ABS em inglês). Neste trabalho, uma lógica de comutação on-off e um modelo hidráulico de primeira ordem são empregadas para modelar o sistema ABS. Para projetar o 4WS, usou-se uma estratégia por alimentação direta que considera o ângulo de esterçamento das roas frontais. Finalmente, para testar as vantagens do sistema IC proposto nesta tese contra o enfoque não integrado, realizaram-se simulações considerando um modelo não-linear do veículo em cenários críticos de condução. O modelo do veículo foi derivado empregando a abordagem multicorpos e o princípio de Jourdain, e depois é validado usando um conjunto de dados experimentais obtidos por sensores montados em um carro a escala. === [en] Nowadays new technologies are pushing the road vehicle limits further. Promising applications, e.g. self-driving cars, requires control systems that are able to ensure the vehicle s stability during autonomous driving or under dangerous scenarios. In most of modern cars, the control systems actuates independently, i.e. there is no coordination or data sharing between them. This approach can produce conflicts between these standalone controllers, thereby no improvements on the vehicle s stability are achieved or even a worse scenario can be produced. In order to overcome these problems, an integrated approach is designed in this work. This integration, defined as Integrated control system (IC), use a rule to coordinate the Electronic stability program (ESP) and the Four-wheel steering system (4WS). The ESP performs a selective braking depending of the current state of the vehicle. This condition is estimated by the difference between the desired yaw rate, obtained using a linear vehicle model, and the actual yaw rate. In addition, the braking pressures at each wheel are computed by the Anti-lock braking system (ABS). In this work, an on-off switching logic and a firstorder hydraulic model are employed to model the ABS system. To model the 4WS, a simple feed-forward control strategy that consider the front steering as input is used. Finally, in order to test the advantages of the IC system against the non-integrated one, simulations considering a nonlinear vehicle model under critical driving scenarios were performed. The vehicle model was derived employing the multibody approach and the Jourdain s principle, and then it is validated using a set of experimental data obtained by sensors mounted on a scaled car.