LIM. Técnicas. Proyecto de fin de carrera. Ingeniería Industrial. Autor: Emilio Sanjurjo Maroño Tutores: Daniel Dopico Dopico Roland Pastorino

Documentos relacionados
PROYECTO FIN DE CARRERA INGENIERÍA INDUSTRIAL. EPS FERROL

Aplicación de la Dinámica Multicuerpo en Tiempo Real a la Simulación y el Control de Automóviles

ENTORNO DE SIMULACIÓN Y CONTROL DE UN ROBOT VELOCISTA

Cinemática: parte de la Física que estudia el movimiento de los cuerpos.

Examen de TEORIA DE MAQUINAS Junio 07 Nombre...

INDICE 1. Desigualdades 2. Relaciones, Funciones, Graficas 3. La Línea Recta 4. Introducción al Cálculo. Límites

2015, Año del Generalísimo José María Morelos y Pavón

Sistema mecánico de dirección a las cuatro ruedas para vehículos automóviles

CINEMÁTICA: MOVIMIENTO CIRCULAR, CONCEPTOS BÁSICOS Y GRÁFICAS

2 o Bachillerato. Conceptos básicos

Trabajo Práctico n 2. Robotización de un Puente Grúa. Presentación. Restricciones. Curso 2011

Magnitudes y Unidades. Cálculo Vectorial.

CASO DE ESTUDIO. GENERACIÓN DE TRAYECTORIAS SEGURAS

CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE ESTÁTICA

Resumen de Física. Cinemática. Juan C. Moreno-Marín, Antonio Hernandez Escuela Politécnica - Universidad de Alicante

CAPÍTULO 2. RESISTENCIAS PASIVAS

TEMARIO DEL EXAMEN DE EVALUACIÓN INTEGRAL PARA EL PROCESO DE ADMISIÓN Para facultades de Ingeniería y Arquitectura

Modelos multicuerpo de automóviles para plataformas de hardware in the loop. David Vilela Freire

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA PLAN GLOBAL FÍSICA BÁSICA I

FÍSICA Y QUÍMICA 1º Bachillerato Ejercicios: Cinemática

Solución: a) Módulo: en cualquier instante, el módulo del vector de posición es igual al radio de la trayectoria: r

SILABUS DE LABORATORIO DE MECANISMOS DE TRANSMISIÓN

Números reales. Valor absoluto. Desigualdades. Distancias entre la recta real. Intervalos y entornos.

DEFINICIONES Y CONCEPTOS (SISTEMAS DE PERCEPCIÓN - DTE) Curso

Restricciones (Constraints)

INTERACCIÓN RUEDA - CARRIL

Análisis de Mallas a Tierra Aplicación: Transmisión Distribución Industrial - Generación 1

Describe el movimiento sin atender a las causas que lo producen. Utilizaremos partículas puntuales

Equilibrio de fuerzas Σ F z = 0. Σ M y = 0 Σ M x = 0 Σ M z = 0. Equilibrio de momentos. Segunda ley de Newton (masa)

Práctico 2: Mecánica lagrangeana

Contenido. Prefacio... Acerca de los autores...

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Bahía Blanca Ingeniería Mecánica. Mecánica Racional. Ejercicio de Mecánica Vectorial y Analítica

6 DINAMICA DEL CUERPO RIGIDO

Guía para oportunidades extraordinarias de Física 2

Especialidad Mecánica Automotriz Profesor: Sr. Carlos Villalobos M. Curso o Nivel: 4º

UNIDAD I. EL MUNDO EN QUE VIVIMOS

CONCEPTO DE CINEMÁTICA: es el estudio del movimiento sin atender a las causas que lo producen

Examen de Física-1, 1 Ingeniería Química Examen final. Septiembre de 2014 Problemas (Dos puntos por problema).

Dinámica. Carrera: MTM Participantes Representante de las academias de ingeniería Mecatrónica de los Institutos Tecnológicos.

1. El movimiento circular uniforme (MCU)

Docente: Angel Arrieta Jiménez

b) Si los tres vectores corresponden a los lados de un triangulo, la proyección escalar de (AxB) sobre C es diferente de cero.

TEMARIO PRUEBA DE SÍNTESIS FISICA NIVEL SEPTIMO

CINEMÁTICA. MILTON ALFREDO SEPÚLVEDA ROULLETT Física I

1. El vector de posición de una partícula, en unidades del SI, queda determinado por la expresión: r (t)=3t i +(t 2 2 t) j.

CFGS CONSTRUCCION METALICA MODULO 246 DISEÑO DE CONSTRUCCIONES METALICAS

IX. Análisis dinámico de fuerzas

240AU024 - Sistema de Dirección, Suspensión y Frenado

Trabajo Práctico de Aula N 7 Dinámica de un cuerpo rígido

Procesos de Fabricación I. Guía 1 1 SISTEMAS DE CONTROL HIDRÁULICO Y NEUMÁTICO

10 cm longitud 30 m. Calcular: (a) la velocidad en el pie del plano inclinado si

Resistencia de Materiales 1A. Profesor Herbert Yépez Castillo

Resistencia de Materiales 1A. Profesor Herbert Yépez Castillo

ELECTROMECÁNICA DE VEHÍCULOS. MÓDULO: CIRCUITOS DE FLUIDOS SUSPENSIÓN Y DIRECCIÓN. CURSO: 1º.

FUERZAS CENTRALES. Física 2º Bachillerato

Formulario PSU Parte común y optativa de Física

RECUPERACIÓN DE LA ASIGNATURA : FÍSICA Y QUÍMICA 1º BACHILLERATO CUADERNILLO 1

XII. LAS LEYES DE LA DINÁMICA

Técnico Profesional FÍSICA

PRESTACIONES EN VEHÍCULOS

1RA PRÁCTICA CALIFICADA (CINEMÁTICA DE UNA PARTÍCULA Y CUERPO RÍGIDO)

y cualquier par (x, y) puede escalarse, multiplicarse por un número real s, para obtener otro vector (sx, sy).

MATEMÁTICAS 2º DE BACHILLERATO

Examen de TEORIA DE MAQUINAS Diciembre 99 Nombre...

CINEMÁTICA 1. Sistema de referencia. 2. Trayectoria. 3. Velocidad. 4. Aceleración. 5. Movimientos simples. 6. Composición de movimientos.

LISTA DE SÍMBOLOS. Capítulo 2 EJEMPLOS Y TEORIA DE LAS VIBRACIONES PARAMÉTRICAS 2.1 Introducción T - Periodo Ω - Frecuencia a- parámetro b- parámetro

CINEMATICA. es la letra griega delta y se utiliza para expresar la variación.

2.004 MODELISMO, DINÁMICA Y CONTROL II Primavera Boletín de problemas 3

Dirección. E.I.I. Valladolid / José A. López p 1

SIMULACION Y ANALISIS DE PIEZAS CON SOLIDWORKS Y CATIA V5

2.004 MODELISMO, DINÁMICA Y CONTROL II Primavera Soluciones del boletín de problemas 6

INTRODUCCIÓN A LA AEROELASTICIDAD

Tablas de Engranajes

Ejercicios de Física. Dinámica. J. C. Moreno Marín y S. Heredia Avalos, DFISTS Escuela Politécnica Superior Universidad de Alicante

UNIDAD II Ecuaciones diferenciales con variables separables

Lazos de Control. Procesamiento COMPARADOR. Pulsos de control TECLADO CONTROL. Señales de realimentación CORRECTOR MOTOR (L.C.) TACODÍNAMO CARRO GUÍA

TSTC. Dpt. Teoría de la Señal, Telemática y Comunicaciones Tema 1 INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA

CINEMÁTICA: ESTUDIO DEL MOVIMIENTO. Cinemática es la parte de la Física que estudia la descripción del movimiento de los cuerpos.

JORGE LOPERA. CAMACHO Alvaro, DIAZ Luis, ZARATE Sergio,

TEORÍA DE MECANISMOS ANÁLISIS DE MECANISMOS POR ORDENADOR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

TEMA 4. Geometría, cinemática y dinámica

Péndulo de torsión y momentos de inercia

Cálculo en varias variables

Cuál es la misión de un neumático? La respuesta es fácil, el neumático tiene dos misiones que cumplir:

Mecánica del Cuerpo Rígido

Tema 2: Vectores libres

CINEMÁTICA: se encarga del estudio de los movimientos de los cuerpos sin atender a las causas que lo originan.

2008 CRF50F. Colores Rojo Extreme (con placa porta-números y tapas laterales Blancas)

Mecánica para Ingenieros: Cinemática. 1. La Mecánica como ciencia

Dinamica de rotacion. Torque. Momentum Angular. Aplicaciones.

1. Los números reales. 2. Representación. 3. Densidad de los números racionales. 4. Propiedades de los números reales

Ing ROBERTO MOLINA CUEVA FÍSICA 1

Guia N 6 - Primer cuatrimestre de 2007 Sólidos rígidos planos. Energía potencial y mecánica.

TURBINAS DE VAPOR. Pedro Fernández Díez pfernandezdiez.es

18 Experimentos aleatorios. Sucesos y espacio muestral. Frecuencia y probabilidad de un suceso.

Elementos que Influyen en el Dimensionamiento: Inercia, Carga, Par y Velocidad. Herramientas y Aplicación Ejemplo

Examen de TEORIA DE MAQUINAS Junio 95 Nombre...

GEOLOGIA y GEOTECNIA GEOLOGIA Y GEOTECNIA. τ xy = σ xy σ ij = σ ji BIBLIOGRAFIA. Fundamentos de Ingeniería geotécnica. Braja Das. Cap.

Transcripción:

Proyecto de fin de carrera Modelo Multicuerpo de Automóvil para su Aplicación en Técnicas de Estimación de Estados Ingeniería Industrial Autor: Emilio Sanjurjo Maroño Tutores: Daniel Dopico Dopico Roland Pastorino LIM Julio, 011

Índice 1.Introducción.Modelización 3.Formulación dinámica 4.Fuerzas del modelo 5.Validación del modelo 6.Software utilizado 7.Conclusiones Fig. 1: vista general del simulador LIM

1. Introducción Simulación Se realizan modelos: simplificaciones Discrepancias entre salidas de la simulación y las del prototipo real Estimador de estados Interacción entre modelo y prototipo de vehículo Corrección del estado del modelo Sensores virtuales, aplicados al desarrollo de controladores Fig. : esquema de una simulación Fig. 3: esquema de un estimador de estados LIM 3

1. Introducción Prototipo de vehículo Desarrollo propio Chasis multitubular de acero Motor y caja de cambios de Talbot Hórizon Sensores: Ángulos girados por las ruedas Presión de frenos Par transmitido a las ruedas... Sistemas by-wire: Acelerador, freno, dirección Fig. 4: prototipo de vehículo Fig. 5: sistema de acelerador by-wire Fig. 6: sistema de freno by-wire Fig. 7: sistema dirección by-wire LIM 4

. Modelización Situación en el espacio de los sólidos: sistemas de coordenadas Coordenadas mixtas: coordenadas cartesianas de puntos y vectores, y ángulos y distancias Sólidos modelizados con 4 elementos (puntos y/o vectores), para definir un triedro Puede haber puntos y vectores adicionales Definición de pares cinemáticos Se comparten elementos En caso necesario, restricciones adicionales Nº variables 168 Nº restricciones efectivas 154 Nº grados de libertad 14 Fig. 8: modelo multicuerpo Tab.1: características del modelo LIM 5

. Modelización Caracterización de las propiedades físicas Masa Posición del centro de masas Tensor de inercia Fig. 10: mangueta trasera derecha Fig. 9: chasis Fig. 11: rueda trasera derecha LIM 6

3. Formulación n dinámica Método de Lagrange aumentado con proyecciones ortogonales [1] Mq ΦαΦ Φλ Q t t + q + q = λ = λ + αφ i+ 1 i i+ 1 n n n Integración con regla trapezoidal implícita de paso simple Resolución del sistema por el método de Newton Raphson ( ) f q Δ qi+ 1 = f( q) q i Δt 4 t t [ fq ( )] = ( Mq + ΦαΦ q + Φλ q Q) fq ( ) Δt Δt = M+ C+ q 4 ΦαΦ + K Q K = q en donde, y i t ( q q ) Q C = q Proyecciones ortogonales en velocidad y aceleración Δt Δt t Δt Δt * Δt t M+ C+ ( ΦαΦ q q + K) = + + 4 q M C K 4 q ΦαΦ q 4 Δt Δt Δt Δt Δt M+ C+ ΦαΦ + K q= M+ C+ K q Φα Φq + Φ 4 4 4 t * t ( ) q q q ( q t ) [1] J. Cuadrado, R. Gutiérrez, M. A. Naya, and P. Morer. A comparison in terms of accuracy and efficiency between a MBS dynamic formulation with stress analysis and a non-linear FEA code. Int. Journal for Numerical Methods in Engineering, 51(9):1033 105, 001. LIM 7 t

4. Fuerzas del modelo Fuerzas gravitatorias Fuerza vertical y hacia abajo, aplicada en el centro de masas de cada sólido Par a las ruedas traseras Valor medido por el sensor de par instalado en la rueda del prototipo Fuerzas de las suspensiones Fuerza de muelle y amortiguador lineales Constante del muelle determinada experimentalmente Constante del amortiguador estimada a partir de resultados de simulación Fig. 1: elemento de suspensión LIM 8

4. Fuerzas del modelo Par de frenado: Par de deslizamiento: T μp ρda deslizamiento = Par de bloqueo: Parámetro de bloqueo: Par de frenado: ( ) T = K ν ν + C ν bloqueo bloqueo 0 bloqueo κ= e ν ν crítica ( ) T =κ T + 1 κ T freno bloqueo deslizamiento 1 Parámetro de bloqueo 0.8 0.6 0.4 0. 0-6 -4-0 4 6 Velocidad angular Fig. 13: parámetro de bloqueo frente a la velocidad angular Fig. 14: área de contacto disco-pastilla LIM 9

4. Fuerzas del modelo Fuerza normal del los neumáticos Fn = k(r d) amort c r c n n Cálculo de la distancia del centro de la rueda al plano d = nx+ ny+ nz+ D x y z nx + ny + nz Posición del punto de contacto r = r + α v + α v p 0 01 01 0 0 Fig 15: cálculo del punto de contacto Condiciones para que el punto esté dentro del triángulo α 0 α α 01 0 0 + α 1 01 0 Fig 16: punto de contacto en el plano del suelo LIM 10

4. Fuerzas del modelo Fuerzas tangenciales: Modelo TMeasy [] con curvas linealizadas Vectores Pseudodeslizamientos Pseudodeslizamiento generalizado u = u n; u = n u x eje y x ( v r ) vy Ω x D s x = ; sy = rd Ω + vn rd Ω + vn s s y N N x s= ( sx ) ( sy ) sˆ + = + ˆ x s y Fig. 18: vectores utilizados para el modelo de neumático Fig. 19: variación de la fuerza con el pseudodeslizamiento Fig. 17: deformación del neumático [] W. Hirschberg, G. Rill, H. Weinfurter. Tire model TMeasy. Vehicle System Dynamics, 45: S1, 101-119, 007. LIM 11

4. Fuerzas del modelo Fuerzas tangenciales: Modelo TMeasy [] con curvas linealizadas Fuerzas dinámicas: fuerza de muelle-amortiguador F F 1 F s + x = c x + d x D N x x e x e x e s s r ˆ D Ω sx + vn F F 1 F s + y = c y + d y D N y y e y e y e s s r ˆ D Ω sy + vn Ecuación diferencial del neumático F F v d + x = ( v r Ω) v c x, donde v = r Ω sˆ + v s s * F F * * v ˆ Tydy + y e = vy vtycyy e, donde vty = rd Ω sy + vn s s * * * Tx x e x D Tx x e Tx D x N Fig. 0: representación de la deformación del neumático [] W. Hirschberg, G. Rill, H. Weinfurter. Tire model TMeasy. Vehicle System Dynamics, 45: S1, 101-119, 007. LIM 1

5. Validación n del modelo Condiciones de ensayo Maniobra en línea recta a baja velocidad Velocidad máxima: 3 km/h Distancia recorrida: 63 m Caracterización del suelo Fig. 1: pista de pruebas Fig. : puntos del levantamiento topográfico y mallado final LIM 13

5. Validación n del modelo Entradas del modelo calculadas a partir de varias repeticiones de una maniobra de referencia Tratamiento de datos Filtrado, eliminación del offset, escalado, etc Promediado de las 7 repeticiones Cálculo del intervalo de confianza al 95% Variables de entrada al modelo Par aplicado a las ruedas traseras Presión de freno n 1 S n 1 x t (1 α/), x+ t(1 α/) n S n Par (Nm) 100 50 0-50 -100-150 Par (Nm) 100 50 0-50 -100-150 Intervalo confianza 95% Media muestral -00 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 Tiempo (s) Fig. 3: par en las ruedas traseras -00 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 Tiempo (s) Fig. 4: entrada de par del modelo LIM 14

5. Validación n del modelo LIM 15

5. Validación n del modelo Resultados de la simulación 5 Velocidad (km/h) 0 15 10 5 0 Int confianza 95% Media muestral Simulación Aceleración (m/s ) 1 0-1 - Int confianza 95% Media muestral Simulación -5 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 Tiempo (s) Fig. 5: velocidad de la rueda delantera izquierda -3 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 Tiempo (s) Fig. 6: aceleración longitudinal Ángulo ( ) 3 1 0-1 - Int. confiaza 95% Media muestral Simulación -3 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 Tiempo (s) Fig. 7: ángulo de balanceo Velocidad angular ( /s) 3 1 0-1 - Int confianza 95% Media muestral Simulación -3 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 Tiempo (s) Fig. 8: velocidad de balanceo LIM 16

6. Software utilizado Software de simulación dinámica: MBSLIMF90 Biblioteca de sistemas multicuerpo desarrollada por el LIM Tiene funciones que permiten definir y simular máquinas y mecanismos Librería de detección de colisiones desarrollada por el LIM Software de visualización: OpenSceneGraph (OSG) Biblioteca de código libre que facilita la comunicación entre la aplicación 3D y la tarjeta gráfica, a través de OpenGL Fig. 9: secuencia de tratamiento de imágenes 3D LIM 17

7. Conclusiones Desarrollo un modelo detallado de automóvil capaz de ejecutarse en tiempo real Identificación de los parámetros del modelo Geometría Distribución de masas Constantes elásticas de los muelles de suspensión Programación de un modelo de neumático con capacidad para funcionar a velocidad nula y para detenerse completamente, incluso en superficies con fuerte pendiente Simulador base para implementar un estimador de estados Realización de un detallado levantamiento topográfico para caracterizar el suelo sobre el que se realizan las maniobras LIM 18

7. Conclusiones Este trabajo se ha utilizado para escribir parte del siguiente artículo: R. Pastorino, D. Dopico, E. Sanjurjo, M. A. Naya. Validation of a Multibody Model for an X-by-wire Vehicle Prototype Through Field Testing. Proceedings of the ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics, Brussels, Belgium, 011 Futuras mejoras Implementación de resistencia aerodinámica Implementación de la resistencia a la rodadura en los neumáticos Caracterización de parámetros de neumáticos, frenos y suspensiones Realización de otros tipos de maniobras, incluyendo dinámica lateral, altas velocidades, etc LIM 19