Modelado y simulación de la dinámica de vehículos en Simulink
La dinámica de los vehículos es una rama importante de la ingeniería automotriz y mecánica, que se centra en el comportamiento de los automóviles, camiones, autobuses y diferentes máquinas que permitan aprovechar la energía mecánica para transporte, ya sea de objetos, animales o personas. En el camp...
- Autores:
-
Aguirre Ospina, Santiago
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/15430
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- Palabra clave:
- 370 - Educación
Programación (Administración)
Vehículos
Simulación por computadores digitales
Dinámica
Automóvil
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Modelado
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Matlab
Simulink
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La dinámica de los vehículos es una rama importante de la ingeniería automotriz y mecánica, que se centra en el comportamiento de los automóviles, camiones, autobuses y diferentes máquinas que permitan aprovechar la energía mecánica para transporte, ya sea de objetos, animales o personas. En el campo de la ingeniería mecánica, el estudio de los vehículos está ligado al análisis dinámico o de movimiento, además de tener relevancia en el diseño de los componentes y la evaluación de las cargas a las que un automóvil puede someterse. Así se pueden obtener investigaciones relacionadas con metodologías, técnicas y tecnologías para mejorar el control de los sistemas de un automóvil. En la historia, la humanidad ha desarrollado muchas herramientas y artefactos que han facilitado realizar acciones para satisfacer diferentes necesidades como alimentación, refugio, protección y transporte. Las primeras herramientas del humano fueron piedras afiladas que querían servir de dispositivo de caza para suplir de alimento a las comunidades del Mesolítico y Neolítico. A mediados del siglo XVIII, se da a conocer en Inglaterra la invención de la máquina de vapor, lo cual representó un avance tecnológico de suma importancia para la industria. La generación de energía a partir del agua impulsó el desarrollo de diferentes tipos de máquinas tales como locomotoras y barcos. En la segunda mitad del siglo XIX se desarrolla el motor de combustión interna, una máquina capaz de convertir la energía química proveniente de un combustible en energía mecánica, lo que representó una ventaja respecto a la máquina de vapor porque se pudo obtener mayor potencia a la salida del motor según su tamaño. En el año 1886, el ingeniero alemán Karl Benz presenta una patente para un coche cuyo motor era de combustión interna, lo anterior representa la invención del primer vehículo impulsado por un combustible. Desde la invención del primer automóvil, se han presentado avances en las tecnologías empleadas para fabricar este medio de transporte para mejorar la eficiencia, autonomía, seguridad y otros enfoques automotrices. Hoy existe una amplia gama de vehículos diseñados para diferentes propósitos y ambientes. |
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1. Romero Piedrahita, C. A. (1995), Dinámica de tracción del automóvil, Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia. 2. Gillespie, T. D. (1992), Fundamentals of Vehicle Dynamics, Society of Automotive Engineers (SAE), EEUU. 3. Mathworks, Vehículos virtuales, disponible en línea: https://la.mathworks.com/solutions/automotive/virtual-vehicle.html 4. Pérez M. A. & Pérez A. & Pérez E., (2007). “Introducción a los sistemas de control y modelo matemático para sistemas lineales invariantes en el tiempo”, Universidad Nacional de San Juan. 5. Driggs-Campbell, K., Shia, V., & Bajcsy, R. (2015). Improved driver modeling for human-in-the-loop vehicular control. 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 6. Chai, C., & Li, G. (2020). Human-in-the-loop techniques in machine learning, Department of Computer Science, Tsighua University. 7. Mechanical Simulation Corporation, CarSim, disponible en línea: https://www.carsim.com/ 8. Hexagon AB, Adams Car, disponible en línea: https://www.mscsoftware.com/product/adams-car 9. Gamma Technologies, GT-SUITE, disponible en línea: https://www.gtisoft.com/ 10. Siemens, Simcenter Amesim, disponible en línea: https://plm.sw.siemens.com/en- US/simcenter/systems-simulation/amesim/ 11. MathWorks, Simscape Driveline, disponible en línea: https://www.mathworks.com/help/physmod/sdl/index.html 12. Guzmán Castaño, C. M. (2013). Diseño de un programa para modelado, simulación y análisis de la dinámica de tracción de automóviles. Universidad Tecnológica de Pereira. 13. Matailo Zhunio C. X. & Pacheco García A. F. (2021), Modelado del tren de potencia de un vehículo liviano ciclo Otto mediante Driveline/Simscape para el análisis de desempeño en la ciudad de Cuenca, Universidad Politécnica Salesiana, sede Cuenca. 14. Berrío Cataño A. F. & Patiño Vélez C. (2011). Diseño y simulación de un sistema de frenado automático para un automóvil, Institución universitaria de Envigado, facultad de ingenierías. 15. Polanco Aguilar, A. P. (2009). Modelo computacional de la suspensión de un automóvil para el análisis dinámico de sus propiedades inerciales, Universidad de los Andes, Facultad de ingeniería. 16. Mérida Delgado., M. (2014). Análisis de un convertidor de par. Universidad de Zaragoza. 17. López Ansoleaga., J. (2015). Sistema de transmisión para vehículo de tracción trasera y motor delantero. Escuela universitaria de ingeniería técnica industrial de Bilbao. 18. Quintas Freiría., D. (2019). Estudio y análisis de un mecanismo diferencial. Escola Técnica Superior de Náutica E Máquinas. 19. Halderman, J. (2023). Manual Drivetrains and Axles (9a ed.). Pearson Education. 20. Gill, B. A. S., Sehdev, M., & Singh, H. (2018). Four-Wheel Drive system: Architecture, basic vehicle dynamics and traction. International journal of current engineering and technology, 8(02). https://doi.org/10.14741/ijcet/v.8.2.28 21. Crolla, D. (2009). Automotive engineering: Powertrain, chassis system and vehicle body. Butterworth-Heinemann. 22. Forero Carrillo, M. P. (2021). Desarrollo de chasis y carrocería de un vehículo eléctrico para recolección de cacao. Universidad autónoma de Bucaramanga. 23. Chaudhuri, A. B. (2020). Flowchart and algorithm basics: The art of programming. Mercury Learning & Information. 24. Hernández Yáñez, L. (2014). Apuntes de clase de la asignatura “Fundamentos de la programación”. http://www.fdi.ucm.es/profesor/luis/Fp/FP.pdf 25. González Martínez, K. N. (2021). Análisis de la industria vehicular en los años 2015 - 2020. Universidad Antonio Nariño. 26. Revista Motor. (2017). Top 5 de los carros más vendido en Colombia. MOTOR. https://www.motor.com.co/industria/Top-5-de-los-carros-mas-vendidos-en- Colombia-20171204-0003.html 27. Paredes, A. (2019). Autos más vendidos en 2018 en Colombia. Autofact. https://www.autofact.com.co/blog/comprar-carro/mercado/carros-mas-vendidos- 2018 28. Restrepo Mantilla, O. J. (2020). Top 100: Los carros más vendidos de Colombia en 2019. El carro colombiano. https://www.elcarrocolombiano.com/industria/top-100- los-carros-mas-vendidos-de-colombia-en-2019/ 29. Asociación Nacional de Movilidad Sostenible ANDEMOS. (2020). Informe interactivo sector automotor – Matriculas Nuevas Vehículos diciembre 2020. https://lookerstudio.google.com/u/0/reporting/ceb8deeb-3b00-4e08-8536- 5a0f2ebb5cf2/page/PuSqB 30. Asociación Nacional de Movilidad Sostenible ANDEMOS. (2021). Informe interactivo sector automotor – Matriculas Nuevas Vehículos diciembre 2021. https://lookerstudio.google.com/u/0/reporting/ceb8deeb-3b00-4e08-8536- 5a0f2ebb5cf2/page/p_nrgyo3j0rc 31. Asociación Nacional de Movilidad Sostenible ANDEMOS. (2022). Informe interactivo sector automotor – Matriculas Nuevas Vehículos diciembre 2022. https://lookerstudio.google.com/u/0/reporting/ceb8deeb-3b00-4e08-8536- 5a0f2ebb5cf2/page/qQE0B 32. Guía de Tasaciones GT. (2005). Manual de Reparación Peugeot 307: Información técnica para las reparaciones, reglajes y mantenimiento del automóvil. 33. Objetivos de Desarrollo Sostenible. (s/f). UNDP. Recuperado el 14 de mayo de 2023, de https://www.undp.org/es/sustainable-development-goals 34. MathWorks, Generic Engine, disponible en línea: https://la.mathworks.com/help/sdl/ref/genericengine.html 35. Romero Piedrahita, C. A., Quintero Riaza, H. F. & Calle Trujillo, G. (2000). Análisis del comportamiento dinámico de un vehículo. Scientia et Technica N°12. Universidad Tecnológica de Pereira. 36. Beer, F. P., Johnston Jr. E. R. & Cornwell P. J. (2010). Dinámica: Mecánica Vectorial Para Ingenieros. McGraw-Hill Companies. |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessMejía Calderón, Luz AdrianaAguirre Ospina, Santiago2024-11-12T14:11:11Z2024-11-12T14:11:11Z2023https://hdl.handle.net/11059/15430Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeLa dinámica de los vehículos es una rama importante de la ingeniería automotriz y mecánica, que se centra en el comportamiento de los automóviles, camiones, autobuses y diferentes máquinas que permitan aprovechar la energía mecánica para transporte, ya sea de objetos, animales o personas. En el campo de la ingeniería mecánica, el estudio de los vehículos está ligado al análisis dinámico o de movimiento, además de tener relevancia en el diseño de los componentes y la evaluación de las cargas a las que un automóvil puede someterse. Así se pueden obtener investigaciones relacionadas con metodologías, técnicas y tecnologías para mejorar el control de los sistemas de un automóvil. En la historia, la humanidad ha desarrollado muchas herramientas y artefactos que han facilitado realizar acciones para satisfacer diferentes necesidades como alimentación, refugio, protección y transporte. Las primeras herramientas del humano fueron piedras afiladas que querían servir de dispositivo de caza para suplir de alimento a las comunidades del Mesolítico y Neolítico. A mediados del siglo XVIII, se da a conocer en Inglaterra la invención de la máquina de vapor, lo cual representó un avance tecnológico de suma importancia para la industria. La generación de energía a partir del agua impulsó el desarrollo de diferentes tipos de máquinas tales como locomotoras y barcos. En la segunda mitad del siglo XIX se desarrolla el motor de combustión interna, una máquina capaz de convertir la energía química proveniente de un combustible en energía mecánica, lo que representó una ventaja respecto a la máquina de vapor porque se pudo obtener mayor potencia a la salida del motor según su tamaño. En el año 1886, el ingeniero alemán Karl Benz presenta una patente para un coche cuyo motor era de combustión interna, lo anterior representa la invención del primer vehículo impulsado por un combustible. Desde la invención del primer automóvil, se han presentado avances en las tecnologías empleadas para fabricar este medio de transporte para mejorar la eficiencia, autonomía, seguridad y otros enfoques automotrices. Hoy existe una amplia gama de vehículos diseñados para diferentes propósitos y ambientes.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 11 2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 12 2.1. OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 12 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 12 3. MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 13 3.1. CARACTERÍSTICA EXTERNA DEL MOTOR ............................................ 13 3.2. DINÁMICA DE TRACCIÓN DEL AUTOMÓVIL ....................................... 14 3.2.1. Fuerzas sobre el automóvil .......................................................................... 15 3.2.2. Fuerza de tracción ........................................................................................ 15 3.2.3. Resistencia del camino .................................................................................. 19 3.2.4. Ecuación de movimiento del automóvil ...................................................... 21 3.2.4.1.Reacciones normales del camino ................................................................ 22 3.2.5. Pasaporte dinámico del automóvil .............................................................. 23 3.2.5.1.Despegue y arranque del vehículo ............................................................. 24 3.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE VEHÍCULOS ............................................... 25 3.4. SIMULADORES DE VEHÍCULOS ................................................................. 26 3.5. MATLAB & Simulink ....................................................................................... 27 3.5.1. MATLAB ....................................................................................................... 27 3.5.2. Simulink ......................................................................................................... 27 3.5.2.1.Simscape Driveline ...................................................................................... 28 4. METODOLOGÍA Y EXPERIMENTOS ............................................................ 29 4.1.MODELADO ....................................................................................................... 29 4.1.1. Composición de un automóvil ..................................................................... 30 4.1.1.1.Sistema motriz ............................................................................................. 30 4.1.1.2.Sistema de transmisión ............................................................................... 31 4.1.1.3.Sistema receptor .......................................................................................... 33 4.1.1.4.Sistema de sustentación .............................................................................. 34 4.1.2. Construcción del modelo .............................................................................. 35 4.2.DISEÑO DE LA INTERFAZ DE USUARIO ................................................... 36 4.3.CONSTRUCCIÓN DE LA BASE DE DATOS ................................................ 40 4.4.SIMULACIÓN .................................................................................................... 42 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................... 45 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 58 REFERENCIAS ......................................................................................................... 60 ANEXOS ..................................................................................................................... 63PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)65 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería MecánicaFacultad de Ingeniería MecánicaPereira370 - EducaciónProgramación (Administración)VehículosSimulación por computadores digitalesDinámicaAutomóvilDinámica de tracciónModeladoSimulaciónVehículosMatlabSimulinkHerramienta computacionalProgramaciónSimscape DrivelineModelado y simulación de la dinámica de vehículos en SimulinkTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis1. Romero Piedrahita, C. A. (1995), Dinámica de tracción del automóvil, Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia.2. Gillespie, T. D. (1992), Fundamentals of Vehicle Dynamics, Society of Automotive Engineers (SAE), EEUU.3. Mathworks, Vehículos virtuales, disponible en línea: https://la.mathworks.com/solutions/automotive/virtual-vehicle.html4. Pérez M. A. & Pérez A. & Pérez E., (2007). “Introducción a los sistemas de control y modelo matemático para sistemas lineales invariantes en el tiempo”, Universidad Nacional de San Juan.5. Driggs-Campbell, K., Shia, V., & Bajcsy, R. (2015). Improved driver modeling for human-in-the-loop vehicular control. 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA).6. Chai, C., & Li, G. (2020). Human-in-the-loop techniques in machine learning, Department of Computer Science, Tsighua University.7. Mechanical Simulation Corporation, CarSim, disponible en línea: https://www.carsim.com/8. Hexagon AB, Adams Car, disponible en línea: https://www.mscsoftware.com/product/adams-car9. Gamma Technologies, GT-SUITE, disponible en línea: https://www.gtisoft.com/10. Siemens, Simcenter Amesim, disponible en línea: https://plm.sw.siemens.com/en- US/simcenter/systems-simulation/amesim/11. MathWorks, Simscape Driveline, disponible en línea: https://www.mathworks.com/help/physmod/sdl/index.html12. Guzmán Castaño, C. M. (2013). Diseño de un programa para modelado, simulación y análisis de la dinámica de tracción de automóviles. Universidad Tecnológica de Pereira.13. Matailo Zhunio C. X. & Pacheco García A. F. (2021), Modelado del tren de potencia de un vehículo liviano ciclo Otto mediante Driveline/Simscape para el análisis de desempeño en la ciudad de Cuenca, Universidad Politécnica Salesiana, sede Cuenca.14. Berrío Cataño A. F. & Patiño Vélez C. (2011). Diseño y simulación de un sistema de frenado automático para un automóvil, Institución universitaria de Envigado, facultad de ingenierías.15. Polanco Aguilar, A. P. (2009). Modelo computacional de la suspensión de un automóvil para el análisis dinámico de sus propiedades inerciales, Universidad de los Andes, Facultad de ingeniería.16. Mérida Delgado., M. (2014). Análisis de un convertidor de par. Universidad de Zaragoza.17. López Ansoleaga., J. (2015). Sistema de transmisión para vehículo de tracción trasera y motor delantero. Escuela universitaria de ingeniería técnica industrial de Bilbao.18. Quintas Freiría., D. (2019). Estudio y análisis de un mecanismo diferencial. Escola Técnica Superior de Náutica E Máquinas.19. Halderman, J. (2023). Manual Drivetrains and Axles (9a ed.). Pearson Education.20. Gill, B. A. S., Sehdev, M., & Singh, H. (2018). Four-Wheel Drive system: Architecture, basic vehicle dynamics and traction. International journal of current engineering and technology, 8(02). https://doi.org/10.14741/ijcet/v.8.2.2821. Crolla, D. (2009). Automotive engineering: Powertrain, chassis system and vehicle body. Butterworth-Heinemann.22. Forero Carrillo, M. P. (2021). Desarrollo de chasis y carrocería de un vehículo eléctrico para recolección de cacao. Universidad autónoma de Bucaramanga.23. Chaudhuri, A. B. (2020). Flowchart and algorithm basics: The art of programming. Mercury Learning & Information.24. Hernández Yáñez, L. (2014). Apuntes de clase de la asignatura “Fundamentos de la programación”. http://www.fdi.ucm.es/profesor/luis/Fp/FP.pdf25. González Martínez, K. N. (2021). Análisis de la industria vehicular en los años 2015 - 2020. Universidad Antonio Nariño.26. Revista Motor. (2017). Top 5 de los carros más vendido en Colombia. MOTOR. https://www.motor.com.co/industria/Top-5-de-los-carros-mas-vendidos-en- Colombia-20171204-0003.html27. Paredes, A. (2019). 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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