Control Tolerante a Fallas en una Suspensión Automotriz Semi-Activa

Resumen

Un nuevo controlador tolerante a fallas (FTC por sus siglas en inglés, Fault Tolerant Controller) activo es propuesto para una suspensión automotriz semi-activa, considerando un modelo de un cuarto de vehículo. El diseño está compuesto por: (1) un controlador no-lineal robusto utilizado para aislar las vibraciones en el vehículo causadas por perturbaciones externas y (2) un mecanismo de compensación usado para acomodar fallas aditivas en la fuerza de amortiguamiento. El mecanismo de compensación utiliza un módulo de detección y estimación de fallas robusto, basado en ecuaciones de paridad, para reconstruir la falla; esta información permite calcular la señal de compensación por medio de un modelo inverso del amortiguador para reducir el efecto de la falla en la dinámica vertical de la suspensión. Mientras que el controlador no-lineal, basado en la técnica de control de parámetros variantes lineales (LPV por sus siglas en inglés, Linear Parameter-Varying) está diseñado para aumentar el confort del pasajero y mantener el contacto llanta-suelo. Ante una falla en la fuerza de amortiguamiento, el FTC activo debe asegurar los desempeños de confort y seguridad utilizando la interacción entre el controlador LPV y el compensador. Resultados de simulación en CarSimTM muestran la efectividad del FTC activo respecto a un FTC pasivo y un amortiguador no controlado; el FTC pasivo depende del diseño para su capacidad tolerante, mientras que el FTC activo propuesto mejoró un 50.4% en confort y un 42.4% en agarre de superficie cuando ocurre una falla, en contraste con el amortiguador no-controlado que pierde totalmente su efectividad.

Abstract

A new active Fault Tolerant Controller (FTC) is proposed for an automotive semi-active suspension, by considering a quarter of vehicle model. The design is composed by: (1) a robust non-linear controller used to isolate vibrations into the vehicle caused by external disturbances and (2) a mechanism of compensation used to accommodate additive faults in the damping force. The compensation mechanism uses a robust fault detector, based on parity space, to estimate the fault; this information allows the computation of the compensation signal by using the inverse dynamics of a damper model to reduce the fault effect into the vertical dynamics of the suspension. The non-linear controller, based on the Linear Parameter-Varying (LPV) control theory, is designed to increase the passengers comfort and ensure the wheel-road contact. When a fault occurs in the damping force, the active FTC must hold the performances of comfort and road holding by using the interaction between the LPV controller and the compensatory module. Simulation results in CarSimTM show the effectiveness of the proposed active FTC versus a passive FTC and an uncontrolled damper; the passive FTC needs to include all faults into its design for having a good fault-tolerant capability, while the proposed active FTC improves a 50.4% in comfort and 42.4% in road holding when a fault occurs, in contrast with the uncontrolled damper that loses completely its effectiveness.

Referencias no citadas

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