Modelo de simulación de un sistema de control para un vehículo con dirección en las cuatro ruedas

Los sistemas de dirección en las cuatro ruedas son un método efectivo para solucionar diversos problemas dinámicos de los vehículos automóviles. Desde la reducción del radio de giro mínimo, muy extendido en grandes vehículos de carga, hasta el control del giro de todas las ruedas en conjunto con los sistemas de control de estabilidad y tracción para garantizar la estabilidad y la adherencia en vehículos de altas prestaciones. En este trabajo se estudia el efecto de la dirección en las cuatro ruedas en la dinámica de un automóvil, utilizando un modelo de vehículo que permite simular el comportamiento del mismo. El objetivo último del proyecto es elaborar un modelo conjunto de vehículo y conductor que, en una trayectoria dada, sea capaz de replicar de manera representativa las fuerzas generadas y desplazamientos del mismo. Existen diferentes estrategias para controlar el giro de las ruedas traseras en un sistema de dirección a las cuatro ruedas. Si bien el control más simple es un giro de las ruedas traseras proporcional al giro de las ruedas delanteras, existen leyes de control de mayor complejidad que tienen en cuenta multitud de parámetros del vehículo, como la velocidad de guiñada o la aceleración lateral, para determinar el giro adecuado en cada eje. El modelo creado permite comparar las prestaciones del vehículo con diferentes leyes de control de la dirección en las cuatro ruedas. Las simulaciones son llevadas a cabo en entornos similares con el mismo modelo de conductor, y por lo tanto es posible analizar el impacto sobre la dinámica del vehículo de un sistema de control frente a otros. Por este motivo, el trabajo permite realizar una primera aproximación para seleccionar la ley de control óptima, que posteriormente deberá ser validada mediante ensayos. Para desarrollar el modelo de simulación es necesario determinar el vehículo que se desea simular. Se ha decidido seleccionar el monoplaza de Formula Student construido por los alumnos miembros de UPMRacing por la gran cantidad de información y datos disponibles sobre el mismo, que son de gran ayuda a la hora de definir el modelo vehículo. Cabe destacar que el diseño del vehículo, así como los parámetros de los elementos que lo componen, son propiedad de UPMRacing, y que en este trabajo se ha utilizado dicho monoplaza simplemente como referencia para desarrollar un modelo de simulación. Este proyecto incluye el desarrollo de un modelo sencillo que permite realizar una primera aproximación del efecto de la dirección en las cuatro ruedas, además del diseño de un modelo de conductor que simula el pilotaje del monoplaza en una competición de Formula Student. Como objetivo final se ha creado un modelo completo del vehículo que incluye los desplazamientos de la suspensión y la dirección, mediante el cual es posible simular su comportamiento dinámico. Los resultados de las simulaciones muestran que ciertas leyes de control del sistema de dirección en las cuatro ruedas pueden aumentar de manera apreciable las prestaciones del vehículo y mejorar los resultados obtenidos en algunos de los eventos en los que compite el monoplaza