Development framework for a racing-oriented torque vectoring algorithm and controller proposal

Resumen

La electrificación ha cambiado drásticamente la forma en que se diseñan los automóviles. El chasis del vehículo ha cambiado sustancialmente para contener las baterías y los motores eléctricos se pueden colocar prácticamente en línea con cada eje. Además, gracias al contenido tamaño de los motores eléctricos es posible colocar los motores de modo que cada uno acciona directamente cada rueda. El accionamiento independiente de cada una de las ruedas del vehículo aporta ventajas significativas en términos de maniobrabilidad y estabilidad. El sistema Torque Vectoring trata del algoritmo que utiliza estos motores independientes para modificar el giro del vehículo, con el mencionado propósito de mejorar la maniobrabilidad y estabilidad. En esta tesis doctoral se diseña un algoritmo de Torque Vectoring para un auto de carreras, siguiendo el marco de desarrollo en forma de V, ampliamente utilizado en la industria automotriz. Los vehículos de competición difieren en muchos aspectos de los de carretera: generalmente tienen una suspensión más rígida, un centro de gravedad más bajo, neumáticos con agarre, etc. También presentan un comportamiento más neutral en comparación el de carácter subvirador con el que se diseñan los vehículos de pasajeros. De esta manera, el eje delantero puede generar una mayor fuerza lateral, el vehículo puede aumentar su aceleración lateral y, por lo tanto, el automóvil puede tomar las curvas más rápido. Sin embargo, esta disminución en el gradiente de subviraje también puede suponer una disminución en su margen de estabilidad, por lo que el coche puede volverse más complicado de conducir. El algoritmo de Torque Vectoring que se diseña en este trabajo se basa en vehículo que presenta un equilibrio cercano al neutro (por lo tanto, con un pequeño margen para aumentar su aceleración lateral en estado estacionario), con el objetivo de mantener este equilibrio de forma consistente y evitar que el vehículo se vuelva inestable. Además, dado que el algoritmo deberá funcionar en armonía con el conductor (especialmente dado que el vehículo presumiblemente será conducido al límite), el algoritmo se diseña y se prueba en un simulador de conducción. A lo largo de este proceso se prueban varios controladores y se comparan entre ellos para seleccionar el más adecuado.