Projeto e Implementação de estratégias de controle de estabilidade veicular em ambiente virtual : abordagem com avaliações objetivas e subjetivas

Abstract

O Controle Eletrônico de Estabilidade (ESC) consolidou-se como uma das funções essenciais para segurança ativa de veículos, sendo obrigatório em diversos países. O desenvolvimento dessa função envolve a modelagem, projeto e a calibração de controladores avançados capazes de regular as principais variáveis associadas à estabilidade direcional: a taxa de guinada e o ângulo de deslizamento lateral. A virtualização desse processo no setor automotivo torna-se estratégica para a redução de custos e do tempo de desenvolvimento. Esta pesquisa explora o desenvolvimento e a calibração de um sistema de controle ele trônico de estabilidade (ESC) baseado em modelo, aplicando as técnicas de controle ótimo State-Dependent Riccati Equation (SDRE) e Model Predictive Control (MPC). O estudo foi conduzido integralmente em ambiente virtual de alta fidelidade com o software VI-CarRealTime (VI-CRT), acoplado ao MATLAB/Simulink e validado subjetivamente em simulador automotivo Driver-in-the-Loop (DiL). Os métodos propostos abrangeram desde a modelagem dinâmica veicular até a avaliação de desempenho, considerando tanto métricas objetivas quanto percepções humanas. Inicialmente, foram desenvolvidos modelos teóricos de 2 graus de liberdade (2-DOF) em versões Linear Invariante no Tempo (LTI) e Linear Variante no Tempo (LTV), derivados do modelo de alta fidelidade VI-CRT. A correlação entre os modelos e os dados experimentais confirmou a superioridade do VI-CRT como planta virtual e a eficiência do modelo LTV como base simplificada orientada ao controle. A partir disso, implementaram-se e calibraram-se controladores SDRE e MPC para estabilização do veículo sob manobras homologativas do tipo Sine With Dwell (SWD). O MPC apresentou excelente rastreamento e suavidade de atuação, enquanto o SDRE se destacou pela robustez e menor custo computacional, sendo mais adequado a aplicações em tempo real. A etapa de avaliação subjetiva em simulador DiL demonstrou que a cali bração do ESC depende fortemente das características dos pneus. Os testes revelaram que calibrações universais podem comprometer o equilíbrio entre segurança e conforto, sendo necessário ajustar os parâmetros conforme o tipo de pneu e a sensibilidade desejada. Assim, o trabalho comprovou que a integração entre modelagem numérica, controle baseado em modelo e validação subjetiva constitui um processo eficiente para o desenvolvimento de sistemas de estabilidade veicular, reduzindo a necessidade de testes físicos e fortalecendo a engenharia virtual como ferramenta central na concepção de veículos modernos.