State observers based on detailed multibody models applied to an automobile

Abstract

Resumen [Resumo] Un sistema multicorpo é un conxunto de corpos ríxidos ou flexibles que están unidos a través de pares cinemáticos. A dinámica de sistemas multicorpo é unha disciplina na que se estudan métodos computacionais eficientes para resolver as ecuacións da dinámica destes sistemas. Se o cálculo da dinámica se executa máis rápido que o movemento do mecanismo, a simulación resultante pode ser sincronizada con elementos externos reais, abrindo un abanico de novas posibilidades, como o seu emprego en simuladores, ou en observadores de estados. Un observador de estados é unha ferramenta matemática na que se combina o modelo dinámico dun sistema con información procedente de sensores para obter máis elou mellor información sobre o sistema. Empréganse cando se quere coñecer unha magnitude que non se pode medir directamente por razóns económicas ou técnicas. Nesta tese, desenvólvense observadores de estados baseados en modelos multicorpo. Próbanse primeiro en simulación con modelos simples de mecanismos planos, estudando a precisión alcanzada e o custo computacional. Finalmente, o método que ten unha mellor relación entre a precisión e custo computacional aplícase ao caso dun vehículo automóbil.

[Resumen] Un sistema multicuerpo es un conjunto de sólidos rígidos o flexibles que están unidos por medio de pares cinemáticos. La dinámica de sistemas multicuerpo es una disciplina en la que se estudian métodos computacionales eficientes para resolver las ecuaciones de la dinámica de estos sistemas. Si el cálculo de la dinámica se ejecuta más rápido que el movimiento del mecanismo, la simulación resultante se puede sincronizar con elementos externos reales, abriendo un abanico de nuevas posibilidades, como su empleo en simuladores, o en observadores de estados. Un observador de estados es una herramienta matemática en la que se combina el modelo dinámico de un sistema con información procedente de sensores para obtener más y/o mejor información acerca del sistema. Se emplean cuando se desea conocer una magnitud que no puede ser medida directamente por motivos económicos o técnicos. En esta tesis, se desarrollan y prueban observadores de estados basados en modelos multicuerpo. Se prueban primero mediante simulación con modelos sencillos de mecanismos planos, estudiando la precisión que alcanzan y su coste computacional. Finalmente, el método que presenta una mejor relación entre precisión y coste computacional se implementa para el caso de un vehículo automóvil.

[Abstract] A multibody system is a set of rigid or flexible bodies that are linked via joints. Mulltibody dynamics is a discipline in which efficient computational methods are studied to solve the equations of the dynamics of these systems. If the calculation of dynamics runs faster than the motion of the mechanism, the resulting simulation can be synchronized with real external elements, opening a range of new possibilities, such as its use in simulators, or in state observers. A state observer is a mathematical tool in whieh the dynamic model of a system is combined with information from sensors to obtain more and/or bettcr information about the system. Thcy are used when the desired magnitude cannot be directly measured due to economical or tcchnical reasons. In this thesis, multibody-based state observers are developed and tested. They are tested first in simulation with simple models of flat mechanisms, studying their achieved accuracy and computational costo Finally, the method which has a better relationship between accuracy and computational cost is implemented for an automobile.