Estimation of tire-ground interaction forces in four-wheel vehicles and their influences during maneuvers in extreme conditions

Autor(es)

Rafael de Angelis Cordeiro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
• Data de defesa: 2017-09-28

Membros da banca

Paulo Augusto Valente Ferreira; Jose Reginaldo Hughes Carvalho; Guilherme Augusto Silva Pereira; Rafael Santos Mendes; Alim Pedro de Castro Gonçalves

• Orientador: Alessandro Correa Victorino; José Raul Carreira Azinheira; Paulo Augusto Valente Ferreira; Ely Carneiro de Paiva

Resumo

Veículos terrestres inteligentes têm recebido uma atenção especial da comunidade de robótica nos últimos anos. Suas aplicações são vastas, incluindo: novas tecnologias de segurança adotadas por veículos comerciais ao redor do mundo; maquinários agrícolas autônomos; robôs para exploração de outros planetas, entre outras. Apesar desta variedade de aplicações, o princípio de locomoção é o mesmo: a interação entre o veículo e o solo. Esta tese de doutorado interessa-se nas interações entre o veículo, seus pneus, e o solo. Mais precisamente, interessa-se em como medir as forças de interação e em descrever seus efeitos no comportamento do veículo, especialmente em condições extremas, que podem ser consequências da falta de aderência, das irregularidades do terreno, da velocidade excessiva, de curvas fechadas, etc. Para responder a estas questões, o problema é abordado a partir de uma ótica de controle aplicado. Primeiramente, o sistema a ser controlado - o veículo - é modelado através de equações diferenciais. Algumas hipóteses são introduzidas, e uma abordagem analítica de sua dinâmica é usada para criar diversos modelos veiculares com diferentes níveis de complexidade. Estratégias de controle devem detectar a dinâmica do sistema com acurácia. Algumas variáveis são difíceis de medir ou necessitam sensores caros. As variáveis mais difíceis de serem mensuradas são, exatamente, as forças na interface pneu-solo. Aqui, uma nova estrutura de observadores em cascata com interconexões em atraso é apresentada para estimar, com precisão, as forças que atuam nos pneus. Os resultados obtidos são comparados com dados reais adquiridos por uma plataforma veicular. Como meta da estratégia de controle, o veículo deve realizar uma manobra com precisão. Para determinar a forma como o veículo deve se comportar, análises típicas para sistemas não lineares em modelos no espaço de estados foram realizadas. Tais análises consideram: o diferencial de forças de tração; as forças combinadas no pneu; a distribuição de forças verticais; e as condições de aderência. As análises fornecem condições de curva, incluindo curvas normais e em derrapagem, quando o veículo é submetido a diferentes configurações de velocidade e esterçamento. Tais condições são usadas para sintetizar controladores em ambiente de simulação. Os resultados mostram que os controladores são capazes de estabilizar o veículo em curva, inclusive para os casos de curva em derrapagem (AU)

• Processo FAPESP: 14/06610-8 - Controle de trajetória de um veículo robótico de quatro rodas em condições adversas de terreno
• Beneficiário: Rafael de Angelis Cordeiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado