Caso de éxito: Simulación sistemas mecatrónicos

Modelado de sistemas de frenado inteligente

La simulación multidominio permite incluir en un único modelo los distintos aspectos de un sistema complejo como es el caso de un producto mecatrónico: mecánica, hidráulica, actuadores eléctricos, termodinámica, electrónica, software de control, … El uso de este tipo de modelos a lo largo del proceso de diseño y desarrollo de producto es una metodología muy utilizada especialmente para productos complejos y en mercados con ciclos cortos de desarrollo.   

Con la simulación se pueden evaluar múltiples alternativas de diseño de forma rápida, verificar de forma virtual las especificaciones y detectar potenciales fallos del diseño en etapas iniciales del proyecto. Los modelos evolucionan con la información disponible a lo largo del proceso de diseño y pueden utilizarse también en fases más avanzadas del desarrollo del producto mecatrónico. Por ejemplo, cuando todas las funcionalidades han sido implementadas en la electrónica de control, antes de conectarla  al sistema electromecánico, esta se verifican de forma rápida, segura y exhaustiva aplicando la técnica denominada Hardware-in-the-Loop (HIL), que combina electrónica real con modelo de simulación del resto del sistema.

 Las necesidades del sector de automoción hacen que éste sea uno de los líderes en el uso de “model-based design”. Los grandes fabricantes y los proveedores de primer nivel (Tier 1) incluyen estas metodologías en sus procesos de diseño y desarrollo que implican nuevos productos de elevada complejidad, alta responsabilidad y con un ciclo muy corto. En particular, el ITAINNOVA trabaja desde hace más de 20 años en el desarrollo de modelos de simulación multidominio para sistemas de frenado por vacío de un importante Tier 1 de nivel global y, en paralelo con los desarrollos más avanzados de la empresa, se ha evolucionado hacia sistemas de ABS/ESP, frenado electrohidráulico y freno eléctrico de parking (EPB).

 Fruto de esta colaboración, el ITAINNOVA ha desarrollado modelos de sistema de frenado con un alto nivel de fidelidad (comprobado con ensayos experimentales), en los que se combinan los dominios mecánico, neumático, térmico, electromagnético e hidráulico, y su interacción con el control y con el resto del vehículo. La base de los modelos son las ecuaciones diferenciales básicas de los distintos dominios, pero el ITAINNOVA junto a la empresa ha desarrollado metodologías que permiten mejorar su precisión con la incorporación de resultados de simulaciones de detalle de elementos finitos y CFD, así como de ensayos sobre componentes

 Los modelos han sido utilizados en múltiples aplicaciones entre las que destacan la verificación virtual de productos completamente nuevos antes de la fabricación de prototipos, el análisis de sensibilidad del funcionamiento ante modificaciones, ante variaciones de parámetros del sistema y ante fallos, el análisis de problemas y la propuesta de mejoras en ruido y vibraciones, la generación de modelos para HIL (verificación de la electrónica de control en tiempo real), …

 Como herramienta general de simulación de sistemas, el ITAINNOVA utiliza el software Matlab/SIMULINK, aunque para productos ya asentados en la empresa, se han realizado aplicaciones personalizadas en entorno Windows que permiten que un mayor número de técnicos acceda a los beneficios de la simulación dinámica multidominio en el diseño de nuevos modelos dentro de una gama de productos.