Mejora de la Seguridad y el Confort en Vehículos Autónomos mediante Control Combinado de Seguimiento de Trayectoria y Balanceo
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Resumen
Gracias a los recientes avances en tecnologías de computación y comunicación, los sistemas de conducción automatizada han pasado de ser un concepto futurista a una realidad concreta. Entre las ventajas de los vehículos inteligentes destacan mejoras significativas en la seguridad y comodidad de los pasajeros, así como una mayor eficiencia energética. Por estas razones, la tecnología de vehículos sin conductor ha captado el interés de la comunidad académica y la industria, quienes ven en ella un área de gran potencial.
Uno de los aspectos críticos en los sistemas de automatización de la conducción es el control de seguimiento de trayectoria, un tema central en la investigación actual. El control de seguimiento de trayectoria, o “trajectory tracking”, se enfoca en desarrollar leyes de control de dirección y velocidad que permitan guiar al vehículo a lo largo de una trayectoria de referencia, asegurando que se alcancen puntos específicos en tiempos determinados. Este enfoque difiere del control de seguimiento de trazado, o “path tracking”, que se centra únicamente en el control de la dirección del vehículo para mantenerlo en una ruta, sin considerar el tiempo de llegada a cada destino.
Dado que los accidentes por vuelco tienen una tasa de mortalidad aproximadamente diez veces mayor que otros tipos de colisiones, es importante considerar la estabilidad de balanceo al diseñar controladores que afecten la dinámica lateral del vehículo. Para lograrlo, se pueden incorporar suspensiones activas o semiactivas, así como barras estabilizadoras activas, que generan un momento antivuelco para reducir el balanceo del vehículo y mejorar su estabilidad.
Aunque existen estudios que abordan por separado el control de seguimiento de trayectoria y la estabilidad de balanceo, es común que ambos sistemas se diseñen sin considerar su acoplamiento mecánico, lo cual puede comprometer la seguridad general del vehículo. Además, la naturaleza no lineal de la dinámica del vehículo presenta desafíos adicionales para el diseño de una ley de control que garantice un comportamiento robusto del sistema, lo que hace necesaria la implementación de técnicas avanzadas, como el control con ganancias de parámetros variables lineales.
En este trabajo, se propone un sistema de control de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO, multiple-input multiple-output) y variante en el tiempo, diseñado “offline” y que integra el control de seguimiento de trayectoria y la estabilidad de balanceo en un marco unificado. Este enfoque permite abordar ambos aspectos de manera conjunta para mejorar tanto el rendimiento como la seguridad del vehículo autónomo en condiciones de operación complejas.
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