Download SIMULACIÓN DEL CONTROL DE UN VEHÍCULO AUTOMÓVIL

SIMULACIÓN DE CONDUCCIÓN
DE UN VEHÍCULO AUTOMÓVIL
ABRAHAM PRIETO GARCÍA
ƒ Objetivo: Simulación dinámica y
representación de un vehículo real
Ventajas de un simulador
„
„
„
„
„
Ensayo de mecanismos sin construirlos
Variación de parámetros
Optimización
Respuesta en situaciones críticas
Entrenamiento del conductor
Punto de partida: Antecedentes
„
Librería en Fortran 77
„
Modelo del sistema
mecánico
„
„
„
DIM=159
NRT=161
NIN=10
„
Formulación dinámica
„
Integración numérica
Partes del proyecto
„
Simulación del sistema mecánico
„
„
„
„
„
Representación Gráfica
„
„
„
Modelo de neumático
Modelo motor
Modelo cambio automático
Modelo freno
Librerías OpenGL
Software para la creación de entornos
Control de la simulación
„
„
Interacción usuario-simulador
DirectX
Simulación del sistema mecánico
Posición y
velocidad inicial
Ecuaciones de
Lagrange:(DAE)
Lagrange aumentado
proyecciones ortogonales
(ODE)
Regla trapezoidal
Newton Raphson
Φ(q ) = 0
& (q ) ⋅ q& = 0
Φ
M&q& + Φ qt ⋅ λ = Q
Φ=0
M&q& + Φ qt αΦ + Φ qt λ* = Q
Δt 2 t
Mq n +1 +
Φ q n +1 (α Φ n +1 + λ n +1 ) −
4
Δt 2
Δt 2
Q n +1 +
M &q̂& n = 0
4
4
Modelo de neumático
„
Dos efectos dinámicos
„ Rozamiento
„ Reacción
neumático-suelo
a la compresión del
neumático
Rozamiento neumático-suelo
„
„
„
Fuerza lateral y momento autoalineante
Pacejka (1986)
Fórmula mágica
y (x ) = D sen[C arctg{Bx − E (Bx − arctg (Bx ) )}]
Reacción a la compresión
Modelo de muelles
„
Muelle vertical
„ Reacción
vertical
„ Suelo plano
„
Tres muelles
Muelle normal al
suelo
„ Detecta obstáculos
„
Modelo de motor
ƒPar plena admisión
ƒPar admisión nula
•Datos del motor
CHRYSLER 150-Automático
• 96 Nm a 1000 rpm.
• Par máximo:137 Nm
a 3000 rpm.
• Punto de par nulo.
• Velocidad máxima
teórica 200 Km/h.
(1000,96)
(3000,137)
(6000,0)
−10 3
−6 2
=
−
9
.
94
⋅
10
r
−
3
.
28
⋅
10
r +0.0465⋅ r +53.7
Mmax
Modelo de cambio de marchas
„
Par resultante (Acelerador)
Mresultante=f Mmax + Mcontrapresion(1-f)
„
Relación de reducción
w
rueda
_______
=
ρ
wmotor
„
Fuerza en la rueda
Mmotorwmotor= Mruedawrueda
Frueda
M
rueda
= ________
rrueda
M
motor
_________
=
rrueda ρ
Curvas de fuerza/velocidad
ρ1=9.1
ρ2=5.4
ρ3=3.6
Modelo de cambio automático
„
Parámetros
reales
„
„
„
Rpm
Par resistente
Parámetros del
modelo
„
„
Rpm
Aceleración
Modelo de freno
„
„
„
Freno a las cuatro ruedas
Problema a bajas velocidades
Curva suavizada
Representación gráfica
„
OpenGL y Direct3D
El entorno OpenGL
„
Representación sencilla del prototipo
„
Representación entorno de pruebas
„
Creación de un generador de entornos
„
„
Genera el suelo que lee la librería de cálculo
„
Proporciona la representación del entorno gráfico
Representación y cálculo obtienen el suelo del
mismo fichero
El entorno OpenGL
„
Representación sencilla del prototipo
„
Representación entorno de pruebas
„
Creación de un generador de entornos
„
„
Genera el suelo que lee la librería de cálculo
„
Proporciona la representación del entorno gráfico
Representación y cálculo obtienen el suelo del
mismo fichero
El entorno OpenGL
„
Representación sencilla del prototipo
„
Representación entorno de pruebas
„
Creación de un generador de entornos
„
„
Genera el suelo que lee la librería de cálculo
„
Proporciona la representación del entorno gráfico
Representación y cálculo obtienen el suelo del
mismo fichero
Generador de entornos
ƒ Entorno: Malla bidimensional compuesta
por cuadrados
„
Fichero patrón
„
Se definen los
cuadrados de la
malla mediante 3
puntos y 3 valores
para el color.
„
Mapa de alturas
„ Proporciona
la
altura y la
normal de cada
cuadrado
Generador de entornos
ƒ Entorno: Malla bidimensional compuesta
por cuadrados
„
Fichero patrón
„
Se definen los
cuadrados de la
malla mediante 3
puntos y 3 valores
para el color.
„
Mapa de alturas
„ Proporciona
la
altura y la
normal de cada
cuadrado
Representación gráfica
„
Posición de las cámaras
„
Tiempo real / tiempo de proceso
„ Fotogramas
por segundo
Interacción usuario/simulador
„
Teclado
„
DirectInput
„
Volante y pedales
Esquema del programa
Función principal
Freno
Mapa de alturas
Cargar entorno
Motor
Neumático
Librería
de calculo
Creación de entornos
Inicialización
Acelerador
Fichero Patrón
Bucle de proceso
Representación
gráfica
Volante y pedales
Conclusiones
„
„
„
„
„
Desarrollo de una simulación en tiempo
real
Desarrollo del software de entornos
Programación modular: Flexibilidad
Comunicación eficaz Fortran-C++
Interacción realista usuario-programa