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PRIMER INFORME DE

INVESTIGACIN

Estado del Arte

Marcoantonio Alamo Viera [email protected]

Descripcin breve Este primer informe realiza un repaso breve del conocimiento referido a los sistemas de

suspensin, como su clasificacin, modelado y control.

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Proyecto de Investigacin

Contenido

1. INTRODUCCIN .................................................................................................. 3 2. HISTORIA .............................................................................................................. 4

2.1 TIPOS DE SUSPENSIN ............................................................................... 8

2.1.1 El sistema de suspensin pasiva ................................................................... 8 2.1.2 El sistema de suspensin activa .................................................................... 9 2.1.3 El sistema de suspensin semiactiva ............................................................ 9

3. MODELO MATEMTICO ................................................................................ 10 3.1 FUNCIN DE TRANSFERENCIA DEL SISTEMA.................................... 12

3.2 ECUACIONES DE ESTADO DEL SISTEMA ............................................. 13 4. SIMULACIN Y RESULTADOS ...................................................................... 14 5. ESTRATEGIAS DE CONTROL ........................................................................ 18

5.1 ESTRATEGIAS DE CONTROL CONVENCIONAL .................................. 18 5.1.1 El control PID ............................................................................................. 19

5.1.2 El control ptimo ........................................................................................ 19 5.1.3 El control Robusto ...................................................................................... 19

5.1.4 El control adaptativo ................................................................................... 19

5.2 ESTRATEGIAS DE CONTROL INTELIGENTE ........................................ 19 6. APLICACIONES ................................................................................................. 20 7. PERSPECTIVA A FUTURO .............................................................................. 20 8. CONCLUSIONES ................................................................................................ 20 9. REFERENCIAS ................................................................................................... 21

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Lista de Figuras

FIGURA 1 - BALLESTA PRIMITIVA. ......................................................................... 4

FIGURA 2 - BALLESTAS COMO ELEMENTO ELSTICO. .................................... 4

FIGURA 3 - AMORTIGUADOR DE FRICCIN. ........................................................ 5

FIGURA 4 - AMORTIGUADOR HIDRULICO TELESCPICO ACTUAL. ........... 5

FIGURA 5 - (A) FLUJO DE ACEITE A TRAVS DEL PASO PERMANENTE; (B)

FLUJO DE ACEITE A TRAVS DE LAS VLVULAS DE APERTURA POR

PRESIN. ................................................................................................................. 6

FIGURA 6 - REACCIONES DEL FLUIDO DENTRO DEL AMORTIGUADOR. ..... 7

FIGURA 7 - ESQUEMA DE UN SISTEMA DE SUSPENSIN PASIVA. ................. 8

FIGURA 8 - ESQUEMA DE UN SISTEMA DE SUSPENSIN ACTIVA. ................. 9

FIGURA 9 - ESQUEMA DE UN SISTEMA DE SUSPENSIN SEMIACTIVA. ..... 10

FIGURA 10 - ESQUEMA DE UN MODELO DE UN CUARTO DE VEHCULO. .. 11

FIGURA 11 - DIAGRAMA DE BLOQUES DEL MODELO DE UN SISTEMA DE

SUSPENSIN EN SIMULINK. ............................................................................. 14

FIGURA 12 - GRFICAS DE SIMULACIN DEL DESPLAZAMIENTO,

VELOCIDAD Y FUERZA EFECTUADA CON SIMULINK. ............................. 16

FIGURA 13 - DIAGRAMA DE BLOQUES DE LAS FUNCIONES DE

TRANSFERENCIA DEL SISTEMA DE SUSPENSIN. ..................................... 16

FIGURA 14 - SIMULACIN DEL SISTEMA DE SUSPENSIN CON FUNCIONES

DE TRANSFERENCIA. ......................................................................................... 17

FIGURA 15 - RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL SISTEMA. ............................. 18

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SISTEMAS DE SUSPENSIN: Una revisi n general y rientaci n al cntrl remt

por

Marcoantonio Alamo Viera

1. INTRODUCCIN

La maniobrabilidad y el confort son los beneficios ms importantes que brinda un sistema de suspensin vehicular; ya que por un lado, el movimiento vertical de la rueda es regulado y se asegura el contacto entre el neumtico y el terreno. Por otro lado, se asla el chasis de las irregularidades del terreno, disminuyendo notablemente la fuerza transmitida al conductor.

De esta manera, la suspensin pasiva requiere un compromiso para poder cumplir con las dos caractersticas ya mencionadas, pues para mantener una buena maniobrabilidad en la direccin se requiere una rigidez intermedia que adems evita la reduccin de la carrera de trabajo al incrementar la carga del vehculo; mientras que el confort lo proporciona una suspensin suave. En respuesta a este compromiso, muchas veces complicado de resolver, surgen los sistemas de suspensin activa y semiactiva que tienen propiedades multi-objetivo (Sharp and Hassan, 1986).

No obstante, estas dos soluciones resultan un poco ms difciles de implementar, siendo la suspensin activa la que presenta mayor complejidad, ya que incorpora sensores, actuadores y controladores que significan una demanda superior en costos y energa. Por esta razn la suspensin semiactiva es preferida en la industria vehicular pues no incluye actuadores, sino que posee amortiguadores regulables que (Lou et al., 1994) (Lee and Choi, 2000) (Choi et al., 2002) (Sassi et al., 2005). Sin embargo, se ha comprobado que la actuacin de la suspensin activa tiene una ventaja sobre la suspensin semiactiva, pues permite mejora la respuesta de la suspensin en todo el rango de frecuencias (Dong et al., 2010).

El modelado y el control de sistemas de suspensin activa y semiactiva son en la actualidad el mvil de una profunda labor cientfica e investigadora, la cual se refleja en las recientes publicaciones sobre la integracin de estos dos sistemas de control de un vehculo (Yu et al., 2008), los sistemas de control adaptativo de la suspensin (Cao et al., 2008), las estrategias de control semiactivo (Dong et al., 2010), revisiones sobre aspectos concretos y generales de estos sistemas (Xue et al., 2011) (Hurel et al., 2013), de estrategias de control de suspensin (Amer et al., 2011) y otras aplicaciones no vehiculares (Korkmaz, 2011). Es importante mencionar que casi todas las investigaciones estn basadas en el modelo lineal de un cuarto de vehculo, ya que permite tener una buena representacin de la dinmica del sistema y en consecuencia mayores facilidades para el diseo de la estrategia de control. (Alexandru and Alexandru, 2011). No obstante, con la finalidad de obtener mejores resultados se han desarrollado modelos no lineales (mecnicos, hidrulicos, etc.) y nuevas tcnicas de simulacin de sistemas multi-cuerpo (Krger et al., 2002) (Samin et al., 2007).

Dada la importancia del modelado y simulacin para el estudio de la dinmica vehicular, es que este trabajo se orienta principalmente a obtencin de una versin mejorada de prototipos virtuales que puedan conectarse remotamente con prototipos reales, que en la fase de desarrollo permitan la obtencin de parmetros de simulacin ms certeros, validar resultados y sobre todo optimizarlos. De esta manera, la aplicacin conjunta de simulacin, protocolos de

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comunicacin e implementacin del hardware adecuado, permitirn por ejemplo, simular la calidad de un terreno y el confort y calidad de conduccin (Haibo and Jianwei, 2009), o generar animaciones en tiempo real de la respuesta dinmica de un sistema de suspensin (Lee, 2004).

Un simulador para conducir es una herramienta muy utilizada para estudiar el comportamiento de los conductores en situaciones crticas (Reichelt et al., 1997), probar la dinmica del prototipo antes de construirlo y presenta tres ventajas importantes con respecto a las pruebas que podran realizar en autos reales: la repetitividad, seguridad y control de todos los parmetros del vehculo en estudio. Estos simuladores datan de los aos 70 cuando General Motors y Virginia Polytechnic Institute and State University realizaron un trabajo de simulacin de conduccin (Gruening et al., 1998). Desde entonces, ha sido un tema de investigacin no solo de inters acadmico sino tambin para aplicaciones industriales (Freeman et al., 1990) (Lee et al, 1998) (Salaani et al, 1997).

2. HISTORIA

PASADO

- Hasta 1898 las primeras suspensiones eran simples ballestas.

Figura 1 - Ballesta primitiva.

Aunque an se siguen empleando pero solo como elemento elstico en conjunto con

modernos amortiguadores telescpicos. No obstante su uso se restringe a vehculos

pesados, tales como camiones, camionetas todo terreno e incluso algn vehculo

deportivo de renombre como el Chevrolet Corvette.

Figura 2 - Ballestas como elemento elstico.

- Entre 1898 y 1899 se comienzan a instalar los primeros amortiguadores que consistan

en dos brazos simples unidos por un tornillo con un disco de friccin entre ellos. Lo que

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se consegua era regular la resistencia apretando o aflojando el tornillo. Este modelo se

empieza a fabricar a partir de invenciones para bicicletas y como respuesta a la

necesidad de amortiguar las oscilaciones que creaban las ballestas.

Lgicamente este tipo de amortiguadores no duraban mucho tiempo funcionando y de

hecho no lo hacan eficientemente.

Figura 3 - Amortiguador de friccin.

Desventajas de los amortiguadores de friccin frente a los amortiguadores hidrulicos:

El amortiguador permanece bloqueado si no se supera la fuerza de friccin,

quedando el automvil prcticamente sin suspensin.

Su fuerza amortiguadora disminuye en lugar de aumentar con la velocidad, que es

lo deseable.

Su eficiencia y comportamiento se ve alterado por el desgaste.

Se requiere de mayor mantenimiento y cambio de piezas por desgaste peridico.

Es por estas razones que los amortiguadores de friccin en locomocin ya no se utilizan.

PRESENTE

- En la industria se ha impuesto el uso de amortiguadores hidrulicos, cuya fuerza de

amortiguacin se incrementa en cuanto aumenta la velocidad.

- Han existido varios tipo de amortiguadores hidrulicos entre los que se pueden

mencionar los giratorios y los de pistn; sin embargo, su uso no es tan marcado como el

de los de tipo telescpico.

Figura 4 - Amortiguador hidrulico telescpico actual.

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Este tipo de amortiguadores est constituido por un pistn que trabaja dentro de un

cilindro con aceite. Sobre el pistn existen una serie de orificios y unas vlvulas pre

comprimidas que permiten el paso de aceite de una parte a otra del pistn cuando la

presin supera un valor establecido.

El paso permanente que aseguran los orificios fijos (excepto cuando se trata de un

amortiguador monotubo regulable, para los que la regulacin suele consistir en la

variacin del tamao del orificio) que permiten el flujo del caudal.

Por otro lado, las vlvulas de apertura funcionan cuando se ejerce una determinada

presin sobre ellas. La apertura de la vlvula se incrementa en funcin del aumento de

presin que se ejerza.

(a) (b)

Figura 5 - (a) Flujo de aceite a travs del paso permanente; (b) Flujo de aceite a travs de las vlvulas de apertura por presin.

Actualmente se est dando mucha cabida a un nuevo tipo de amortiguador, del cual se pretende

hacer un estudio ms profundo en los informes posteriores; sin embargo, a continuacin se

explica un poco su funcionamiento y porqu est revolucionando el campo de la suspensin:

AMORTIGUADORES MAGNETORREOLGICOS

El americano Willis Winslow trabaja durante los aos 40 en fluidos que cambian sus propiedades

reolgicas (la reologa es el estudio de los principios fsicos que regulan el movimiento de los

fluidos) si se les aplica una corriente elctrica.

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En la misma poca, otro americano llamado Jacob Rainbow parece ser el primero que estudia

fluidos controlables mediante un campo magntico. Las propiedades de los fluidos

electroreolgicos y magnetoreolgicos son distintas; por lo que se refiera a la aplicacin

industrial en el automvil, los magnetoreolgicos tienen la ventaja de que pueden funcionar a

mayor temperatura y presin. Adems, los electroreolgicos necesitan una tensin mayor y son

ms sensibles a la contaminacin.

El fluido que utiliza el sistema MagneRide es una suspensin no coloidal, con partculas de hierro

con un tamao de algunas micras en un hidrocarburo sinttico; lo fabrica Lord Corporation. Sin

la presencia de un campo magntico, las partculas de hierro estn dispersas al azar en el seno

del fluido. A medida que aumenta el campo magntico, el fluido se vuelve fibroso y su estructura

llega a ser casi plstica. En la pgina de Lord Corporation se puede ver un vdeo muy ilustrativo

sobre cmo cambia el fluido ante un campo magntico.

Las reacciones del fluido al pasar por las los orificios del amortiguador cambian con la diferencia

de viscosidad. Cuando no est magnetizado, hay una gran diferencia de velocidad entre las

partculas que estn prximas a las pareces del orificio, y las que fluyen rodeadas de otras

partculas de fluido.

Figura 6 - Reacciones del fluido dentro del amortiguador.

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2.1 TIPOS DE SUSPENSIN

Los sistemas de suspensin se clasifican teniendo en cuenta el tipo de control que ejercen sus

parmetros. De esta manera tenemos: la suspensin pasiva, cuyos parmetros son

predeterminados, no es regulable automticamente. La suspensin activa, por su parte, cuenta

con un actuador que adiciona la energa necesaria para que la respuesta pueda cambiar

dependiendo de las distintas condiciones superficiales del terreno. Finalmente, la suspensin

semiactiva permite la regulacin del coeficiente de amortiguacin (rigidez) sin la necesidad de

contar con un actuador que inyecte energa al sistema, lo cual lo convierte en el sistema

suspensin ms empleado actualmente.

2.1.1 El sistema de suspensin pasiva

Este tipo de sistema de suspensin no recibe algn tipo de estmulo energtico externo. Simplemente almacena energa en los resortes y la disipan mediante amortiguadores convencionales. Adems, como ya se mencion antes, sus parmetros son fijos y responden al compromiso entre las propiedades de la carga, el confort y el terreno de trabajo. En la Figura 7 se muestra un sistema de suspensin pasiva en donde 2 es la masa suspendida (chasis), 1 es la masa no suspendida (neumtico), 2 es la rigidez de la suspensin, 1 es la rigidez del neumtico, 2 es el coeficiente de amortiguamiento de la suspensin y 1 es el coeficiente de amortiguamiento del neumtico.

Figura 7 - Esquema de un sistema de suspensin pasiva.

Es en este tipo de suspensin en que se presentan problemas relacionados con la maniobrabilidad y el confort, especialmente cuando se modifica el coeficiente de amortiguamiento (Sharp and Hassan, 1986); as como problemas en la disminucin de la carrera de trabajo de la suspensin al aumentar la carga esttica.

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2.1.2 El sistema de suspensin activa

A diferencia del anterior, el sistema de suspensin activa requiere de una fuerza externa que provienen de un actuador que adems se encarga de almacenar y disipar la energa. Otra diferencia est en que sus parmetros s pueden ser regulados mediante el empleo de sensores y controladores. En la Figura 8 se muestra un esquema de este tipo de sistema de suspensin.

Figura 8 - Esquema de un sistema de suspensin activa.

Siendo la fuerza que entrega el actuador, la principal caracterstica de los sistemas de suspensin activa, no es ilgico pensar que ha sido tema de investigacin en este campo, pudindose mencionar la existencia de diferentes clases de actuadores: neumticos (Bhandari and Subramanian, 2010) electromecnicos (Gysen et al, 2009) y ectro-hidrulicos (Xinjie and Shengjin, 2009).

2.1.3 El sistema de suspensin semiactiva

La suspensin semiactiva tiene una caracterstica peculiar: cuenta con amortiguadores cuyo coeficiente de amortiguamiento puede ser modificado a travs de algn tipo de control externo. Por lo general se suele reconocer que este tipo de suspensiones controlan:

Las frecuencias bajas con elementos activos Las frecuencias altas con elementos activos

Entonces, en cuanto al esquema, se diferencia del sistema activo en el hecho de que ya no cuenta con un actuador, sino simplemente un amortiguador regulable. Este nuevo esquema se aprecia en la Figura 9:

10


Figura 9 - Esquema de un sistema de suspensin semiactiva.

Como variables para el control de la suspensin semiactiva suele considerarse: la relacin de posicin (Fischer and Isermann, 2004), la cada de presin en una trayectoria (resistencia hidrulica) (Redfield, 1990), el producto entre la velocidad relativa de la suspensin y la velocidad absoluta de la masa suspendida (Zhang et al., 2009).

Por otro lado, las no-linealidades de los amortiguadores semiactivos generan un ruido audible

conocido como chattering que es el reflejo de un comportamiento discontinuo de la fuerza. Este

ruido se puede eliminar a partir de modificaciones del algoritmo de control (Miller and Nobles,

1990) (Chen et al., 2008). Asimismo, la suspensin semiactiva es empleada usualmente en

vehculos ligeros y su rendimiento en trenes es comparable al de una suspensin activa (Shiao

et al., 2010).

3. MODELO MATEMTICO

En casi todas las publicaciones referidas al estudio y diseo de sistemas de suspensin activa suele utilizarse el modelo de un cuarto de vehculo (Hrovat, 1990), el cual representa adecuadamente el problema del control de las variaciones de carga sobre las ruedas del vehculo y las fuerzas que aparecen en el sistema de suspensin, tal como se muestra en la Figura 10

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Figura 10 - Esquema de un modelo de un cuarto de vehculo.

Todas las variables utilizadas para desarrollar el modelo matemtico se describen en la siguiente tabla:

Tabla 1 - Variables Modelo de un cuarto de vehculo.

Smbolo Descripcin Unidades

Irregularidades del camino m

1 Desplazamiento vertical del

neumtico m

2 Desplazamiento vertical del

chasis m

Fuerza del actuador N

01 02 Fuerzas iniciales de los

resortes N

Se conoce que los resortes tienen las siguientes fuerzas iniciales cuando el sistema se encuentra en la posicin de equilibrio:

(1) 01 = (2 + 1) ; 02 = 2 Donde g corresponde a la aceleracin de la gravedad. Aplicando la Segunda Ley de Newton a las masas suspendida (chasis) y no suspendida (neumtico) que se muestran en la Figura 10, se obtiene:

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(2) 22 = 2(2 1) (02 + 2(2 1)) 2

(3) 11 = + 2(2 1) + (02 + 2(2 1)) 1

1(1 ) (01 + 1(1 ))

Luego se simplifican las ecuaciones (2) y (3) considerando (1). De esta manera se logran eliminar las fuerzas gravitacionales:

(4) 22 = 2(2 1) (2(2 1))

(5) 11 = + 2(2 1) + (2(2 1)) 1(1 )

(1(1 ))

3.1 FUNCIN DE TRANSFERENCIA DEL SISTEMA

Para obtener la funcin de transferencia, primero se debe aplicar la transformada de Laplace a las ecuaciones (4) y (5) que se obtuvieron en el apartado anterior. De esta manera, si se consideran las condiciones iniciales igual a 0, tenemos:

(6) (22 + 2 + 2)2() (2 + 2)1() = 0

(7) (12 + a + )1() (2 + 2)2() (1 + 1)() =

0 Donde a = 1 + 2 y = 1 + 2. Expresando de forma matricial el sistema de ecuaciones resulta:

(8) [1

2 + a + (2 + 2)

(2 + 2) 22 + 2 + 2

] [1()

2()] =

[(1 + 1)()

0]

Posteriormente, aplicando la regla de Cramer, es posible determinar 1() y 2(), resultando:

(9)

1() =

[1

2 + a + (1 + 1)()

(2 + 2) 0]

[1

2 + a + (2 + 2)

(2 + 2) 22 + 2 + 2

]

(10)

2() =

[(1 + 1)() (2 + 2)

0 22 + 2 + 2

]

[1

2 + a + (2 + 2)

(2 + 2) 22 + 2 + 2

]

Finalmente, considerando las irregularidades del terreno como entrada del sistema y los desplazamientos verticales, tanto del chasis como del neumtico, se obtienen las siguientes funciones de transferencia del sistema:

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(11) Funcin de transferencia de la masa suspendida:

1r

= 12

2 + (12 + 21) + 1212

4 + 3 + 2 + (12 + 21) + 12

(12) Funcin de transferencia de la masa no suspendida:

2r

= ((1 + 1)(2

2 + (2 + 2)))

124 + 3 + 2 + (12 + 21) + 12

Donde:

(13) = 21 + 22 + 12 (14) = 12 + 22 + 12 + 12

3.2 ECUACIONES DE ESTADO DEL SISTEMA

Para determinar el sistema de ecuaciones de estado, primero se define:

Estados: =

[ 2 1

21

1 ]

Entradas: = [

]

Salidas: = [2 1

2]

Donde cada trmino: (2 1) es la deflexin de la suspensin, 2 es la velocidad vertical del

chasis, (1 ) es la deflexin del neumtico, es la velocidad vertical del camino, 1 es la

velocidad vertical del neumtico y 2 es la aceleracin vertical del chasis. Las ecuaciones diferenciales que gobiernan la dinmica del sistema, bajo la representacin en matrices de estados, quedan:

() = () + ()

() = () + ()

Siendo las matrices A, B, C y D:

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=

[

0 1 0 1

22

22

022

0 0 0 121

21

11

1 + 2

1 ]

=

[

0 0

01

21 011

1

1]

; = [

1 0 0 0

22

22

022

]

= [

0 0

01

2

]

4. SIMULACIN Y RESULTADOS

El modelo matemtico del sistema de suspensin efectuado con el programa Simulink se muestra en la Figura 10 Es importante mencionar que las grficas de respuesta han sido obtenidas para una suspensin pasiva, es decir, aquella en la que la fuerza del actuador es nula ( = 0). Esto facilita la validacin del modelo fsico-matemtico.

Figura 11 - Diagrama de bloques del modelo de un sistema de suspensin en Simulink.

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A continuacin se presentan los valores que se han empleado para realizar la simulacin del modelo en la Tabla 2:

Tabla 2 - Valores utilizados en la simulacin.

Smbolo Valor Unidad

1 40 kg

2 250 kg

1 125000 N/m

2 28000 N/m

1 100 N.s/m

2 2000 N.s/m

En Figura 12 se puede observar las grficas correspondientes al desplazamiento, velocidad y fuerza tanto de la masa suspendida (chasis) como de la masa no suspendida (neumtico):

(a) Masa suspendida

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(b) Masa no suspendida

Figura 12 - Grficas de simulacin del desplazamiento, velocidad y fuerza efectuada con Simulink.

Como era de esperar, se nota claramente que la velocidad del chasis es considerablemente

menor que la del neumtico. Asimismo se nota el mximo pico fuerza producida en la masa no

suspendida supera en unos 10kN al que se produce en la masa suspendida.

Por otro lado, se realiz la simulacin de las funciones de transferencia obtenidas

anteriormente.

Figura 13 - Diagrama de bloques de las funciones de transferencia del sistema de suspensin.

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Las funciones de transferencia que se obtuvieron son:

- Para la masa suspendida

MS =

25000 s^3 + 3.145e07 s^2 + 2.528e08 s + 3.5e09

-----------------------------------------------------------

10000 s^4 + 605000 s^3 + 3.957e07 s^2 + 2.528e08 s + 3.5e09

- Para la masa no suspendida

MnS =

200000 s^2 + 2.528e08 s + 3.5e09

-----------------------------------------------------------

10000 s^4 + 605000 s^3 + 3.957e07 s^2 + 2.528e08 s + 3.5e09

De esta manera, se pudo representar el desplazamiento del chasis (masa suspendida) y del

neumtico (masa no suspendida) frente a una seal de tipo onda cuadrada, en la Figura 14. Para

la simulacin se emplearon los valores presentados en la Tabla 1.

Figura 14 - Simulacin del sistema de suspensin con funciones de transferencia.

Asimismo, en la Figura 15 se muestra la ganancia para la respuesta en frecuencia obtenida a

partir de la representacin en espacios de estados del sistema.

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Figura 15 - Respuesta en frecuencia del sistema.

En esta figura se puede observar que un primer modo de vibracin corresponde a una frecuencia

de 1.45 Hz. Esto representa el movimiento de ambas masas en fase, donde el sistema se

comporta como si los dos resortes funcionaran en serie.

Por otra parte, el segundo modo de vibracin ocurre a una frecuencia de 9.08 Hz debido al

movimiento de las masas en fases opuestas. Esto equivale a que los dos resortes funcionen en

paralelo.

5. ESTRATEGIAS DE CONTROL

Ahora se aumenta ms consideraciones a las que ya se han mencionado antes: las no linealidades como la friccin de Coulomb, la histresis, saturaciones, etc. Entonces surge como solucin a este problema: la seleccin adecuada de las metodologas de control ya sea convencional o inteligente. En las prximas lneas se mencionarn las ms empleadas hasta el momento:

5.1 ESTRATEGIAS DE CONTROL CONVENCIONAL

Se basan en el modelo matemtico del sistema.

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5.1.1 El control PID

Su principal ventaja es que da una respuesta y compensacin rpida de la seal de error ante disturbios. Por otra parte su sintonizacin puede ser realizada por aproximaciones tericas (Kumar, 2008). Asimismo se ha propuesto ya el uso de controladores con doble realimentacin: una interna para el control de fuerza y otra externa para el control de la carrera de la suspensin (Ekoru et al, 2011).

5.1.2 El control ptimo

Este tipo de control implica la optimizacin de un sistema sin perder de vista las restricciones dadas por las ecuaciones de estado. Es recomendado para sistemas cuyo comportamiento no es del todo conocido. Dentro de este tipo de control existe: el lineal cuadrtico (LQ) que utiliza una funcin cuadrtica para optimizar, el lineal cuadrtico gaussiano que incluye al anterior un filtro Kalman, y el predictivo que se puede implementar para un modelo basado en redes neuronales para predecir la aceleracin vertical del vehculo.

5.1.3 El control Robusto

Asegura notablemente un buen rechazo al ruido, ya que considera las incertidumbres en el modelo matemtico del sistema para separarlo de los disturbios.

5.1.4 El control adaptativo

Este tipo de control permite ajustar automticamente sus parmetros, lo cual asegura un funcionamiento ptimo, baja influencia de perturbaciones y vibraciones. Suele utilizarse cundo el medio ambiente de trabajo es cambiante (Venugopal et al., 2002). Dentro de esta categora suele reconocerse a los controladores auto-ajustables que consideran la carga dinmica y la deflexin en la suspensin para calcular los parmetros de cambio (Koch et al., 2011). Tambin est dentro de este grupo, los reguladores con modelo de referencia que permiten la reduccin de las perturbaciones y la vibracin del sistema a niveles prcticamente ideales (Sunwoo et al., 1990). Existen otras estrategias de control convencionales que podran mencionarse tales como: El control Skyhook y Groundhook, y el control por modos deslizantes.

5.2 ESTRATEGIAS DE CONTROL INTELIGENTE

Se utilizan cuando el problema se torna mucho ms complejo, especialmente en el caso de

sistemas multivariables. Por ejemplo en el caso del sistema de suspensin de un vehculo real,

el cual es no lineal, no conocido por completo y con imprecisiones (Cao et al., 2008). Dentro de

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esta categora, las ms aplicadas son la lgica borrosa, las redes neuronales y los algoritmos

evolutivos y bio-inspirados.

6. APLICACIONES

Son muchos los campos de aplicacin de los sistemas de suspensin, sin embargo, se puede notar una fuerte influencia en los sistemas de robtica mvil y las estructuras tanto mecnica como aeroespaciales y civiles. Tambin son empleados en los simuladores de conduccin, como The Virtual Test Track, ms conocido por sus siglas en ingls VTT (Lee, 2004). En los robots mviles enllantados o de cadenas, su importancia radica en la facilidad que proporcionan los sistemas de suspensin activa o semiactiva a mejora la movilidad en terrenos naturales o artificiales de difcil acceso (Zanella et al., 2001). Por otro lado, las vibraciones que producen las estructuras mecnicas en movimiento, generalmente mquinas o motores de grandes dimensiones, pueden ser reducidas mediante el control de sistemas de suspensin activa o semiactiva (Olsson, 2006). Otra aplicacin podra ser en la activacin o desactivacin de cilindros de un motor con la finalidad de reducir el consumo de combustible, para atenuar las vibraciones y ruidos que puedan generarse. De la misma manera, el control de este tipo de sistemas de suspensin ha funcionado exitosamente en reducir las vibraciones del pantgrafo de un tren de alta velocidad (Allotta et al., 2008). Muchas otras aplicaciones podrn mencionarse, pero el control de estos sistemas en las construcciones civiles con la finalidad de absorber o eliminar las vibraciones causadas por sismos, vientos u otros factores externos, es destacable (Christenson, 2001).

7. PERSPECTIVA A FUTURO

Considerando la importancia de esta aplicacin VTT, se propone la implementacin de un

sistema de control remoto de un sistema de suspensin semiactiva, es decir, que en lugar de

utilizar una comunicacin serial tipo bus emplee una conexin remota. Adems se realizar el

estudio de los componentes actuales ms adecuados para el desarrollo del nuevo prototipo y

sistema de control; as como el HIL que mejor se ajuste a conseguir una reduccin en el tiempo

de retardo y ampliar su utilidad a otras reas como el poder conectarse remotamente con un

prototipo mvil que pueda desplazarse fcilmente por un terreno accidentado, lo cual nos

permitir realizar un mapeo de las caractersticas del suelo a partir de las lecturas de seales de

los sensores colocados en sistema de suspensin del prototipo.

8. CONCLUSIONES

Se han distinguido las caractersticas de los sistemas de suspensin atendiendo a su forma de regulacin: pasiva, activa y semiactiva. Asimismo, el modelado y simulacin de los sistemas de suspensin resulta fundamental para el anlisis de la dinmica vehicular y el diseo de controladores. Por otro lado, las lneas de investigacin son prometedoras en el desarrollo de modelos ms reales que incluyan las no linealidades del neumtico en la dinmica vehicular.

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Finalmente se concluye que es posible implementar el control remoto de un sistema de suspensin semiactivo, basado en un prototipo ya desarrollado pero que usa comunicacin serial y componentes obsoletas. Adems, es posible ampliar su campo de aplicacin o utilidad.

9. REFERENCIAS

Alexandru, C., Alexandru, P., (2011). A comparative analysis between the vehicles passive and active suspensions. International Journal Of Mechanics 5 (4), 371378.

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