ISBN 978-3-8439-1170-2

978-3-8439-1170-2, Reihe Ingenieurwissenschaften

Thomas Weiskircher
Modulare, zentrale Fahrdynamikregelung mit nichtlinearer Fahrzustandsschätzung

241 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2013), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Neben den steigenden Anforderungen an Energieverbrauch und gesetzlich geregelten Emissionen von Straßenfahrzeugen muss sich die Automobilentwicklung durch die fortschreitende Automatisierung der Fahrfunktionen und der Unterstützung des Fahrers bei der Fahrzeugführung gleich mehreren Herausforderungen zur gleichen Zeit stellen. Um den Anforderungen an das Fahrerlebnis und die Fahrqualität zu genügen, wurde daher im Rahmen dieser Arbeit der Entwurf eines modularen, zentralen Regelkonzepts für die Regelung der ebenen Fahrzeugbewegung behandelt. Als Hauptziele werden neben einer vereinfachten Applikation und einer hohen Sicherheit und Entlastung des Fahrers in kritischen Situationen, auch eine hohe Variabilität bei der Gestaltung der Fahrzeugcharakteristik und der Kombination mit Funktionen zum automatisierten Fahren definiert. Die Einführung global im Fahrzeugschwerpunkt angreifender Kräfte und Momente als Stellgrößen führt zum Entwurf einer Trajektorienfolgeregelung mit dem nichtlinearen, ebenen Fahrzeugmodell. Ein überlagertes Interface zum Regelsystem ermittelt die Referenztrajektorie für die Regelung und als unterste Ebene wird ein Modul mit Schnittstelle zur verbauten Aktuatorik eingeführt, welches dafür sorgt, dass die aus dem Trajektorienfolgeregler stammenden, globalen Stellgrößen durch die Aktuatorik optimal umgesetzt werden.

Als nachteilig zeigen sich im vorgestellten Regelkonzept die erforderlichen Kenntnisse über den aktuellen Fahrzustand. Daher wird eine entsprechende Fahrzustandsschätzung erarbeitet. Werden die Fahrzeugaktuatorik und die Vertikaldynamik aus einem komplexen Fahrzeugmodell herausgelöst und als virtuelle Sensorik definiert, bleibt lediglich die ebene Fahrzeugbewegung übrig. Letztere wird als Basismodell einer Sensorfusion, welche als Unscented Kalman Filter formuliert wurde, eingesetzt. Eine Erweiterung des Modells um die Lenkgeometrie und ein nichtlineares Reifenmodell ermöglicht die Schätzung der Fahrzeugbewegung und der Reifenhaftreibungsbeiwerte bei ausreichender Anregung der Reifenkräfte. Es kann gezeigt werden, dass speziell die Zahnstangenkraft Informationen liefert, um die Reifenhaftreibungsbeiwerte zu ermitteln, wenn keine ausreichenden Radlängskräfte vorhanden sind. Die Funktion des Fahrzustandsschätzers konnte am komplexen Simulatiosmodell als auch am realen Versuchsfahrzeug nachgewiesen werden.