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https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/847839| Título: | Estimação de estados para aplicações em controle de veículos militares |
| Autor(es): | Barros, Leandro Silva |
| Orientador(es): | Lopes, Elias Dias Rossi Sousa, Daniel Henrique Braz de Sousa |
| Palavras-chave: | Estimação de estados Dinâmica veicular Veículos militares |
| Áreas de conhecimento da DGPM: | Engenharia mecânica |
| Data do documento: | 2025 |
| Editor: | Instituto Militar de Engenharia (IME) |
| Descrição: | As inovações tecnológicas nos veículos militares têm sido determinantes para aprimorar a eficiência, a segurança e a capacidade operacional em ambientes complexos. Avanços como a automação de sistemas de navegação, controle de tração e estabilidade, além da implementação de veículos autônomos em missões críticas, têm transformado o setor da mobilidade militar. Os estimadores de estados surgem como elementos fundamentais, possibilitando o monitoramento preciso de variáveis críticas que frequentemente não podem ser acessadas diretamente por sensores. Esses estimadores fornecem informações em tempo real para os controladores dos veículos, otimizando a resposta dinâmica, especialmente em condições de alta variabilidade, e sua integração é essencial para o desenvolvimento de sistemas de controle avançados. Nesse contexto, este trabalho visa desenvolver um estimador de estados aplicável a veículos militares. O projeto do estimador fundamenta-se em três abordagens de estimação: o filtro de partículas, o filtro de Kalman estendido e a estimação de estados por horizonte móvel. Nas simulações computacionais, utiliza-se a fórmula mágica de Pacejka como modelo para os pneus. Para a modelagem do veículo, é empregado um modelo simplificado de um quarto de carro para a dinâmica longitudinal, enquanto o modelo bicicleta é utilizado para a dinâmica lateral. Os estudos iniciam-se com dados simulados de um veículo leve circulando em uma superfície de baixa aderência. Em seguida, em ambiente laboratorial, um veículo em escala é utilizado para testes simulados e experimentais, onde se desenvolve um estimador em estrutura hierárquica que realiza a estimação de parâmetros e estados do veículo em análise. Por último, o estimador é aplicado ao modelo matemático de um veículo militar, após a realização de testes experimentais com o veículo. Ao concluir o trabalho, observa-se que o estimador de estados apresentou um desempenho satisfatório em relação aos cenários simulados que envolvem o coeficiente de atrito entre o pneu e a superfície. Além disso, a adoção de uma estratégia de estimação em uma estrutura hierárquica foi eficaz para superar os desafios relacionados à baixa observabilidade e à limitação dos sensores durante os testes experimentais. Por fim, o estimador demonstrou sua eficácia na aplicação em um veículo militar, abordando os três métodos de estimação analisados, evidenciando sua capacidade de estimar com precisão e robustez os estados da dinâmica longitudinal do veículo Unimog em tempo real. |
| Abstract: | Technological innovations in military vehicles have been crucial in enhancing efficiency, safety, and operational capabilities in complex environments. Advances such as the automation of navigation systems, traction and stability control, as well as the implementation of autonomous vehicles in critical missions, have transformed the military mobility sector. State estimators emerge as key elements, enabling precise monitoring of critical variables that often cannot be directly accessed by sensors. These estimators provide real-time information to vehicle controllers, optimizing the dynamic response, especially under highly variable conditions, and their integration is essential for the development of advanced control systems. In this context, this work aims to develop a state estimator applicable to military vehicles. The design of the estimator is based on three estimation approaches: the particle filter, the extended Kalman filter, and moving horizon state estimation. In the computational simulations, Pacejka’s magic formula is used as a tire model. For vehicle modeling, a simplified quarter-car model is employed for longitudinal dynamics, while the bicycle model is utilized for lateral dynamics. The studies begin with simulated data of a light vehicle operating on a low-friction surface. Subsequently, in a laboratory setting, a scaled vehicle is used for both simulated and experimental tests, where a hierarchical structure estimator is developed to estimate the parameters and states of the vehicle under analysis. Finally, the estimator is applied to the mathematical model of a military vehicle after conducting experimental tests with the vehicle. Upon completion of the work, it is observed that the state estimator showed satisfactory performance in the simulated scenarios involving the tire-surface friction coefficient. Moreover, adopting an estimation strategy within a hierarchical structure was effective in overcoming challenges related to low observability and sensor limitations during experimental tests. Lastly, the estimator demonstrated its effectiveness when applied to a military vehicle, addressing the three analyzed estimation methods and highlighting its ability to accurately and robustly estimate the longitudinal dynamics states of the Unimog vehicle in real time. |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/847839 |
| Tipo: | Dissertação |
| Aparece nas coleções: | Engenharia Naval: Coleção de Dissertações |
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