Diseño de un Controlador Tolerante a Fallos en la Dirección mediante Vectorización de Torque para Vehículos Eléctricos - Melendez Useros, Miguel; Jiménez Salas, Manuel; Viadero Monasterio, Fernando; Consuegra Tajuelo, Javier Martin; López Boada, Beatriz; López Boada, María Jesús (Anales de Ingeniería Mecánica, 2025)
La seguridad en vehículos automóviles es un tema de creciente importancia especialmente ante el creciente desarrollo de sistemas electrónicos y de control avanzados, impulsados por el aumento del uso de los vehículos eléctricos y automatizados. Sin embargo, a medida que estos sistemas se vuelven más complejos por el incremento en la cantidad de componentes, la probabilidad de fallos también aumenta. Los potenciales fallos de funcionamiento en los actuadores, como el de dirección, pueden degradar el desempeño del vehículo, llegando incluso a comprometer la estabilidad y seguridad del mismo y por tanto de los pasajeros que lo ocupan. En este contexto, el presente trabajo propone el diseño de un controlador tolerante a fallos basado en la dinámica lateral de un vehículo, capaz de corregir la trayectoria del vehículo cuando este se desvíe debido a un mal funcionamiento en el sistema de dirección. El controlador diseñado en condiciones normales se encarga del control de la dirección del vehículo mediante el actuador de dirección convencional. En el momento en el que se detecte un fallo en dicho actuador, el sistema activa una estrategia de control basada en la vectorización de par. El controlador proporciona el momento total que se debe aplicar sobre el eje vertical del vehículo y a través de acciones coordinadas de frenado y/o aceleración, aprovechando las características de un vehículo eléctrico, en el cual es posible distribuir el par de manera independiente a cada una de las ruedas del vehículo. De esta manera, el controlador actúa de forma adaptable, manteniendo el control del vehículo y corrigiendo su trayectoria al redistribuir el par entre las ruedas, incluso cuando el sistema de dirección no funciona en condiciones óptimas. El controlador es diseñado robusto frente a las perturbaciones y mediante teoría de Lyapunov y utilizando una estrategia de politopos para tener en cuenta las no-linealidades del sistema como son la velocidad y las rigideces a deriva de los neumáticos. Estas últimas, aunque no se pueden medir, se tienen en cuenta para el diseño del controlador. La estabilidad del sistema en bucle cerrado es estudiada tanto para las situaciones en los que se producen fallos, como en los que el sistema funciona correctamente. Además, el controlador requiere únicamente información fácilmente obtenible mediante los sensores que se encuentran en vehículo comerciales, facilitando de esta manera su implementación en vehículos reales. Con el fin de validar la metodología propuesta, se realizan simulaciones utilizando el software de simulación de dinámica vehicular CarSim. Este programa permite modelar con precisión el comportamiento del vehículo en diversas condiciones de conducción. A través de estas simulaciones, realizadas en escenarios de conducción extrema donde una falla en el actuador podría afectar gravemente la estabilidad del vehículo, se exploran a fondo los límites operativos de la metodología propuesta