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Title: Controle ótimo de um veículo elétrico de competição em eficiência energética
Authors: Sanchez, R. B.
Advisor: Leonardi, Fabrizio
Issue Date: 2015
Abstract: Este trabalho propõe uma metodologia de controle em malha aberta para condução de um veículo automotivo com tração elétrica em provas de eficiência energética. A atuação ótima da tensão do motor é obtida por meio da solução de um problema de controle ótimo que inclui restrições físicas e das exigências da prova. O modelo do veículo representa a dinâmica longitudinal de um ponto material para uma pista que pode ter inclinação variável ao longo da posição. A influência das curvas é considerada de forma indireta pela adição de uma restrição da máxima aceleração centrípeta tolerada pelo pneu. Os parâmetros do modelo foram baseados no veículo de competição Jarvis Mark II da equipe de eficiência energética da FATEC de Santo André/SP. A metodologia consiste em formular e transformar o problema de controle ótimo de energia mínima num problema de otimização paramétrica não linear discreto para solução por programas comerciais. A metodologia foi aplicada em pistas elementares e nota-se, por exemplo, que a estratégia ótima inclui soluções não triviais tais como a redução da velocidade nos aclives e acelerações nos declives apenas por meio da ação da força peso. A metodologia foi aplicada também às condições da Maratona Universitária de Eficiência Energética no kartódromo Ayrton Senna, porém as análises das pistas elementares não foram sempre válidas, invalidando a criação de um conjunto de regras gerais. Além do problema de condução a metodologia foi usada para se avaliar a influência da massa do conjunto, do raio da roda do veículo, e do coeficiente de resistência ao rolamento na solução de controle ótimo. Os resultados sugerem que tanto as questões de projeto como a estratégia de condução são muito relevantes para a problemática do consumo energético, porém percebe-se com isso que o procedimento proposto não pode ser facilmente convertido num conjunto de regras de condução, ou seja, para garantir a máxima eficiência energética é importante formular e resolver um problema de controle ótimo. Embora existam recomendações típicas do traçado de condução, recomenda-se investigar a solução ótima simultânea do problema de condução e de traçado.
This work proposes a control methodology in open loop for driving a motor vehicle with electric traction in energy efficiency competitions. The optimal pattern of the motor voltage is obtained by solving an optimal control problem that includes physical constraints and requirements of the competition. The vehicle model is related to the longitudinal dynamics of a particle in a track that can have variable slope along the position. The influence of a cornering is considered indirectly by adding a constraint of the maximum centripetal acceleration tolerated by the tire. The model parameters were based on Jarvis Mark II competition vehicle of the energy efficiency team of FATEC Santo André/SP. The methodology is to formulate and transform the optimal control problem of minimum energy in a parametric nonlinear optimization problem for solution by a solver. The methodology was applied in elementary tracks and is noted for example that the optimal strategy includes non-trivial solutions such as allowing velocity reduction during positive slopes and accelerating through the action of the weight force during negative slopes. The methodology was also applied to the conditions of the University Marathon on Energy Efficiency in the Ayrton Senna karting track, but the analysis of basic tracks were not always valid, invalidating the creation of a set of general rules. Besides the problem of driving, the methodology was used to evaluate the influence of the total mass, of the wheel radius, and of the rolling resistance coefficient to the optimal control solution. The results suggest that both the design and driving strategy are very relevant to the energy consumption, but realizes that the proposed procedure may not be easily converted into a set of driving rules, i.e. to ensure maximum energy efficiency is important to formulate and solve an optimal control problem. Although there are typical recommendations of the driving route, it is recommended to investigate the optimal simultaneous solution of the problem of driving and path
Keywords: Veiculos eletricos
Eficiência energética
Simulação numérica tridimensional
Publisher: Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/608
Appears in Collections:Teses e Dissertações

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