Modelado de los sistemas de suspensión, dirección y tren motriz de un automóvil y su respuesta en estado estacionario en Bond Graph

Abstract

This research work proposes a procedure for determining the steady state response of a car. The mathematical model of an automobile is a class of nonlinear system. The automobile s model in this work, consists only of the elements the powertain, direction (there is no distinction between mechanical or hidraulic because the fluids model are not in consideration), automobile body (chasis), suspensions and tires. In order to find a solution to the proposed problem a procedure for building a Bond Graph model of a car in 3D is presented. Bond Graph is a highly structured modeling technique that allows analyzing different kinds of physical systems in a unique way. Also, the proposed procedure to obtain the Bond Graph model of a car 3D is based on the procedure used on [Silva, 2007] and [Boer, 2002], where screw bond graph are used. Screw bond graphs are the ones that allow a coordinates change from two dimensions to three dimensions, which can describe the position and orientation of a relative to a point of reference in three dimensions space. The main result of this thesis is a procedure to determine the steady state response of a car. The procedure is based on a Bond Graph model in a Derivative Causality (BGD) assignment of the storage elements of the system. The BGD does not have physical meaning, but the Bond Graph Theory can provide important information about the system, for example, the observability and controllability properties of the system.

Este trabajo de investigación propone un procedimiento para determinar la respuesta de estado estacionario de un automóvil. El modelo matemático de un automóvil es una clase de sistema no lineal. El modelo del automóvil utilizado en este trabajo, consta únicamente de los elementos que conforman el tren motriz, la dirección (no se hace distinción entre la mecánica o la hidráulica porque no se toma en cuenta el modelado de fluidos), el cuerpo del automóvil (chasis), las suspensiones y los neumáticos. Para encontrar una solución al problema propuesto es presentado un procedimiento para construir un modelo de Bond Graph de un automóvil en tres dimensiones (3D). Bond Graph es una teoría de modelado altamente estructurada que permite analizar diferentes tipos de sistemas físicos en una forma única. Además, el procedimiento propuesto para obtener el modelo de Bond Graph de un automóvil en 3D está basado en el procedimiento utilizado en [Silva, 2007] y en [Boer, 2002] donde se utilizan los bond graphs de giro. Los bond graphs de giro son aquellos que permiten hacer un cambio de coordenadas de dos dimensiones a tres dimensiones, lo cual puede describir la posición y orientación de un cuerpo respecto a un punto de referencia en un espacio de tres dimensiones. El principal resultado de esta tesis es un procedimiento para obtener el estado estacionario de las variables de estado de un automóvil basado en un modelo de Bond Graph en una asignación de Causalidad Derivativa (BGD) de los elementos de almacenamiento del sistema. El BGD no tiene significado físico, pero la teoría de Bond Graph puede dar información importante del sistema, por ejemplo, las propiedades de observabilidad y controlabilidad del sistema.