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Nichtlineare H∞-Regelung der Fahrzeuglängsdynamik
Dr. Lothar Ganzelmeier Technische Universität Braunschweig Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Eckhard Schnieder Zusammenfassung der Dissertation Elektronische Systeme sind bereits heute maßgeblich verantwortlich für die Sicherheit und Leistungsfähigkeit moderner Kraftfahrzeuge. Insbesondere Assistenzsysteme, die den Fahrer während der Fahrt unterstützen, tragen einen wesentlichen Anteil hierzu bei. Die Längsführung eines Fahrzeuges über den gesamten Geschwindigkeitsbereich stellt hierbei eine Kernfunktionalität zukünftiger Fahrerassistenzsysteme dar. Die stark variierenden Fahrzeugparameter (Bsp: Masse) sowie das hochgradig nichtlineare Verhalten der Fahrzeuglängsdynamik (Bsp: Windwiderstand, Motormoment) führen diesbezüglich zu großen Herausforderungen für jeden Reglerentwurf. Da das übliche Vorgehen der linearen Reglersynthese mit einer vorangestellten Linearisierung des Modells immer auch mit einem Verlust der Modellgüte sowie mit einer nur lokalen Gültigkeit einhergeht, wird ein neuer nichtlinearer Ansatz zur Synthetisierung eines Fahrzeuglängsreglers verfolgt. Die variierenden Fahrzeugparameter werden im Entwurf bereits als unstrukturierte Modellunsicherheiten betrachtet, während gleichzeitig die Nichtlinearitäten im Rahmen der Modellbildung berücksichtigt und anschließend in voller Güte in den Reglerentwurf eingebracht werden. Das angewandte Regelverfahren für nichtlineare Strecken basiert auf einem nichtlinearen H∞-Entwurf. Die Robustheit des resultierenden Längsdynamikreglers wird unter Berücksichtigung von variierenden Fahrzeugparametern sowohl durch simulative als auch praktische Versuchsergebnisse, bei denen lediglich ein Regler für die gesamte Fahrzeugdynamik eines Ganges eingesetzt wird, nachgewiesen. Es wird gezeigt, dass durch das nichtlineare Entwurfsverfahren die variable Fahrzeugdynamik sowie vorhandene Nichtlinearitäten bereits im Entwurf berücksichtigt werden können und so ein erheblicher Gewinn an Performance zu erzielen ist. Prinzipiell ist das Entwurfsverfahren anwendungsneutral zu sehen, indem es überall dort eingesetzt werden kann, wo lineare Verfahren bisher nicht leistungsfähig genug und nichtlineare Verfahren nicht ausreichend robust waren. Im Bewusstsein, dass nahezu alle Systeme von Natur aus nichtlineares Verhalten aufweisen, erschließt sich für dieses Regelungsverfahren ein großes Anwendungsfeld. Mit Hilfe der vorliegenden Arbeiten können nicht nur im Fahrzeug neue Anwendungsbereiche erschlossen werden, die bisher regelungstechnisch nicht beherrschbar waren. Darüber hinaus ist es erstmals möglich Regelungen zu entwerfen, die nicht mehr für das einzelne Fahrzeug appliziert werden müssen, sondern durch den Entwurf eine Übertragbarkeit auf verschiedene Fahrzeugtypen gewährleisten. Auf der Grundlage der vorliegenden Arbeit hat der Bewerber, zusammen mit einem ehemaligen Institutskollegen, die VEHICO GmbH gegründet. Dort fließen die in der Arbeit gewonnen Erkenntnisse unmittelbar in eigene Produkte zum autonomen Fahren von Versuchsfahrzeugen und in Ingenieursdienstleistungen im Bereich moderner Regelungs- und Assistenzsysteme im Kraftfahrzeug ein. < zurück |
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