Controle preditivo aplicado à fase de aproximação na formação de comboios veiculares
[thesis]
Flávio Batista
A Deus e aos meus Orixás, que sempre me trouxeram a luz, nos momentos de escuridão, força e resiliência, nos momentos difíceis. A paciência e resiliência de minha querida esposa, Gabriela, em estar comigo nesta árdua e gratificante jornada. As minhas amadas filhas, Malu e Luna, que mesmo sem compreender minhas ausências e meu temperamento ansioso, sempre conseguiram me dar apoio e carinho. A toda minha família, com as cobranças de minha ausência e apoio para me manter nos trilhos. Especialmente
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... à minha mãe, Dn. Daise Valente Bento Batista, e irmãos, Fábio e Fabíola, que apesar da perda do meu pai, Sr. José Batista Filho, conseguimos nos manter unidos e lúcidos, o que certamente me ajudou a continuar em minha pesquisa. Ao meu orientador, Fabrizio Leonardi, pelos diversos direcionamentos dados, sempre disponível as minhas requisições, compreensivo e aos constantes auxílios prestados. Ao meu grande amigo, meu pai nas salas de aula, Flávio Augusto Barrella, que sempre me incentivou e apoiou, para a realização deste Mestrado. Ao amigo e revisor de texto oficial, Danilo Lima, que me auxiliou a aprimorar minha escrita, com muito tempo e paciência. Ao colega e professor, André de Souza Mendes, por ceder os materiais de seu doutorado, pelas conversas, sugestões e orientações nesta empreitada. Ao meu estimado e ciumento primo, um irmão mais novo que não tive, Diego Valente de Alencar Gomes, que muito me ajudou a "tocar" a vida e a família, nestes conturbados anos que decidi realizar meu mestrado. Sem sua ajuda, não teria chegado aonde cheguei. A todos os Feianos, que direta ou indiretamente, me auxiliaram em algum ponto desta jornada. A toda e qualquer pessoa, que tenha tido trocas de energias, experiências, ideias, informações, que tenha conhecido pessoalmente, virtualmente e, talvez, apenas o nome citado em minhas referências. Muitíssimo Obrigado! "Se eu vi mais longe, foi por estar de pé sobre os ombros de gigantes" Isaac Newton RESUMO A automação veicular, possui diversos desenvolvimentos que compõe o chamado sistema avançado de assistência ao condutor, (ADAS -Advanced Driver Assistance System), e caminham para a direção autônoma. Um elemento crucial à evolução do ADAS, é o controle da dinâmica longitudinal veícular, realizada pelo sistema de controle de cruzeiro adaptativo (ACC -Adaptive Cruise Control), amplamente utilizado em veículos de passeio e comerciais, com intuito de aumentar a segurança, conforto e economia de combustível à viagem. Sua função é, manter determinada velocidade de cruzeiro e, na presença de veículo lento a frente, adaptar sua velocidade, controlando a distância entre os veículos e formar um comboio com segurança, evitando acidentes e erros de condução. Existem três momentos básicos com o ACC, velocidade de cruzeiro (controle de velocidade), comboio formado (controle de distância) e a fase de aproximação de formação de comboio, no qual ocorrem trocas entre estes controladores. A revisão da literatura indica, que esse gerenciamento de controladores pode ser feito de diversas formas, visando requisitos diversos. O presente trabalho, desenvolve um controlador preditivo baseado em modelo (MPC -Model Predictive Control) para um ACC, com requisitos de consumo de combustível, segurança e conforto em viagem, incluídos explicitamente na fase de projeto e não apenas constatados a posteriori, utilizando-se das propriedades do método de Controle Ótimo, intrínsecas ao MPC. Aplicando em sua formulação, as equações levantadas, referentes a consumo, segurança e conforto. Com atenção a fase de aproximação, o MPC proposto, foi simulado e analisado perante outros dois métodos com este foco, obtendo um bom desempenho em consumo, segurança e conforto, respeitando as restrições impostas em projeto e sem negligenciar um requisito em prol de outro. O controlador concebido, também foi posto à prova em outros cenários, com situações comuns de acontecer em uma rodovia. O algoritmo do MPC, foi refinado durante todas estas simulações, obtendo comportamento que satisfez as restrições de projeto na maioria das situações impostas. No entanto, ocorreram eventos de instabilidades para a segurança do sistema veícular, por parte do algoritmo idealizado, expondo frentes de pesquisa para a continuidade deste trabalho. Por fim, os resultados apresentados pelo MPC projetado, foram alcançados, inserindo na fase de projeto os requisitos de consumo, segurança e conforto, obtendo boa performance, quando comparado as técnicas estudadas. Palavras-chave: Fase de Aproximação. Estratégia de chaveamento de controladores. Formação de Comboio. Controle de cruzeiro adaptativo. Controle ótimo. Controle preditivo baseado em modelo.
doi:10.31414/em.2022.d.131520
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