Automóvil, Ingeniería Eléctrica, Tren de poder - Dinámica de Fuerzas

Modelo matemático de un vehículo. Simulación en Matlab/Simulink

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A continuación, mostraremos cómo las ecuaciones para las fuerzas que actúan en el vehículo se combinan en un modelo matemático que se puede usar para la simulación. Dicho modelo estará en capacidad de determinar cómo responde el vehículo como un todo a diferentes entradas. En nuestro caso, el modelo de vehículo solo modela el comportamiento longitudinal. Tenga en cuenta que el modelo del vehículo no incluye un modelo del tren de potencia (powertrain). En su lugar, el tren de potencia utilizará la salida del modelo del vehículo como entrada, y se presentará más adelante. La salida del modelo matemático del vehículo, que vamos a presentar a continuación, será la fuerza de tracción requerida del tren de potencia en una situación de conducción específica.

Las entradas (inputs) al modelo matemático del vehículo serán la velocidad del vehículo, la aceleración del vehículo y el ángulo de inclinación del camino, ya que describen la situación de conducción. El ángulo de inclinación del camino puede, por supuesto, expresarse como el gradiente de la carretera si así se prefiere. También hay otros parámetros que influyen en el diseño del modelo. Los más importantes son la masa del vehículo, el área frontal del vehículo y los coeficientes de fricción y resistencia. Estos se denominan parámetros del modelo del vehículo y, por lo general. se establecen una vez y son constantes al analizar ese vehículo en particular, independientemente de la situación de conducción analizada, mientras que las variables de entrada pueden variar constantemente cuando el vehículo está conduciendo.

La ecuación principal del modelo de vehículo es, por supuesto, la ecuación presentada anteriormente para la fuerza de tracción requerida que es igual a la suma de la resistencia aerodinámica, resistencia a la rodadura, fuerza de gradiente y fuerza neta requerida.

Cada una de las cuatro fuerzas se puede determinar con las ecuaciones obtenidas en presentaciones anteriores y que se muestran a continuación. Estas ecuaciones muestran que necesitamos las tres variables de entrada mencionadas anteriormente, para poder calcular el valor de cada una de las cuatro fuerzas.

Ahora veremos cómo se ve el modelo del vehículo en el modelado QSS Simulink.

El bloque modelo de vehículo QSS se ve así:

Se pueden reconocer de inmediato las tres entradas mencionadas con anterioridad. Sin embargo, el modelo tiene tres salidas en lugar de solo una. Se puede ver que dos de ellos son solo la velocidad del vehículo y la aceleración del vehículo, que son las mismas que dos de las entradas. Estos solo se envían como salidas, ya que hace que sea más fácil construir el modelo de simulación de esta manera.

Podemos configurar los parámetros del modelo en la ventana de diálogo, que abrimos haciendo doble clic en el modelo. En esta ventana, podemos ver qué valores predeterminados tienen los parámetros del modelo. Si necesitamos otros valores, solo debemos ingresarlos y presionar el botón Apply o Ok.

También podemos abrir el bloque del modelo de vehículo QSS para ver qué hay dentro. Si miramos el modelo, encontramos que calcula la fuerza de tracción como la suma de otras cuatro fuerzas, como lo hemos venido tratando en nuestras ecuaciones.

De igual manera, cada una de las cuatro fuerzas se calcula en el subsistema correspondiente a las cuatro funciones que definimos. Estos cuatro subsistemas también usan las tres entradas del modelo de vehículo como sus entradas. Observe también que la velocidad y la aceleración del vehículo no se modifican dentro del modelo del vehículo, sino que solo se transmiten a la salida. Así que podemos concluir señalando que el modelo de vehículo QSS es simplemente una implementación en Simulink de las ecuaciones de fuerza que hemos discutido con anterioridad.

Fuente: Vehicle model del curso Section 1: Vehicles and powertrains

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Revisión hecha por: Larry Francis Obando – Technical Specialist – Educational Content Writer

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