Vogt, Patrick (2021)
Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zur robusten Radschlupfregelung für Antiblockiersysteme.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Bibliographie
Dies ist die neueste Version dieses Eintrags.
Kurzbeschreibung (Abstract)
Die Regelung des gebremsten Rades eines gummibereiften Fahrzeugs stellt seit vier Jahrzehnten Generationen von Ingenieuren vor schwierige Herausforderungen und es wurden bereits zahlreiche Ansätze dazu erdacht und implementiert. Eine wesentliche Herausforderung der Regelstrecke ist die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit skalierte Dynamik, wenn der Radschlupf als relative Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Fahrzeug und Radaufstandspunkt geregelt werden soll, sowie die hohe Nichtlinearität der Reifenkraftschlusskennlinie in Abhängigkeit des Schlupfes. In der tatsächlichen Implementierung kommt darüber hinaus noch der Abtastcharakter der Regelung auf einem digitalen Mikrocontroller hinzu, der im Rahmen dieser Arbeit systematisch in den Entwurf mit einbezogen werden soll. Dazu wird zuerst ein physikalisches Modell des Fahrzeugs einschließlich der Bremsenaktorik aufgestellt und dieses anschließend mittels Strukturmaßen untersucht sowie Schlüsse für die notwendige Reglerstruktur aus dieser Untersuchung abgeleitet. In dieser Arbeit wird ein modellbasierter Ansatz zur Regelung des Radschlupfes vorgeschlagen, der aus einer Zwei-Freiheitsgrade-Struktur mit nichtlinearer modellbasierter Vorsteuerung und einer robust entworfenen Rückführung mittels Gain-Scheduling besteht. Für die Vorsteuerung wird ein Ansatz über die exakte Eingangs-/Ausgangslinearisierung gewählt, mit dem sich das nichtlineare System bezogen auf das Ein-/Ausgangsverhalten wie ein lineares System regeln lässt. Für die Rückführung wird ein Gain-Scheduling über die Schedulingparameter Fahrzeuggeschwindigkeit und Radschlupf durchgeführt, um den durch die hohe Parameterunsicherheit in der Reifenkennline und die reziproke Abhängigkeit der Systemdynamik von der Geschwindigkeit variablen Parameterbereich in kleinere Unsicherheitsbereiche zu unterteilen, für die anschließend ein linearer Regler mit fester Struktur über die Methode der robusten Polbereichsvorgabe entworfen wird. Basierend auf diesem Schlupfregler wird in einem zweiten Schritt ein Algorithmus verwendet, der in der Lage ist, das Maximum der Reibwertkennlinie einzuregeln, um den verfügbaren Kraftschluss bestmöglich auszunutzen, das sog. Extremum Seeking. Der gesamte Reglerentwurf erfolgt dabei rein zeitdiskret, um die charakteristischen Effekte der Diskretisierung bei einer digitalen Regelung behandeln zu können. Die vorgeschlagene Reglerstruktur wird dabei in Simulationen für unterschiedliche Reibwerte der modellbasierten Vorsteuerung und der realen Strecke untersucht und dabei gezeigt, dass die Regelung mit Extremwertsuche auch in der Lage ist, das Maximum zu finden, wenn die Reibwertkurve ihr Maximum verändert.
| Typ des Eintrags: | Dissertation |
|---|---|
| Erschienen: | 2021 |
| Autor(en): | Vogt, Patrick |
| Art des Eintrags: | Bibliographie |
| Titel: | Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zur robusten Radschlupfregelung für Antiblockiersysteme |
| Sprache: | Deutsch |
| Referenten: | Konigorski, Prof. Dr. Ulrich ; Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan |
| Publikationsjahr: | 21 Mai 2021 |
| Ort: | Berlin |
| Verlag: | epubli GmbH |
| Kollation: | XVI, 153 Seiten |
| Datum der mündlichen Prüfung: | 16 Dezember 2020 |
| Zugehörige Links: | |
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Die Regelung des gebremsten Rades eines gummibereiften Fahrzeugs stellt seit vier Jahrzehnten Generationen von Ingenieuren vor schwierige Herausforderungen und es wurden bereits zahlreiche Ansätze dazu erdacht und implementiert. Eine wesentliche Herausforderung der Regelstrecke ist die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit skalierte Dynamik, wenn der Radschlupf als relative Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Fahrzeug und Radaufstandspunkt geregelt werden soll, sowie die hohe Nichtlinearität der Reifenkraftschlusskennlinie in Abhängigkeit des Schlupfes. In der tatsächlichen Implementierung kommt darüber hinaus noch der Abtastcharakter der Regelung auf einem digitalen Mikrocontroller hinzu, der im Rahmen dieser Arbeit systematisch in den Entwurf mit einbezogen werden soll. Dazu wird zuerst ein physikalisches Modell des Fahrzeugs einschließlich der Bremsenaktorik aufgestellt und dieses anschließend mittels Strukturmaßen untersucht sowie Schlüsse für die notwendige Reglerstruktur aus dieser Untersuchung abgeleitet. In dieser Arbeit wird ein modellbasierter Ansatz zur Regelung des Radschlupfes vorgeschlagen, der aus einer Zwei-Freiheitsgrade-Struktur mit nichtlinearer modellbasierter Vorsteuerung und einer robust entworfenen Rückführung mittels Gain-Scheduling besteht. Für die Vorsteuerung wird ein Ansatz über die exakte Eingangs-/Ausgangslinearisierung gewählt, mit dem sich das nichtlineare System bezogen auf das Ein-/Ausgangsverhalten wie ein lineares System regeln lässt. Für die Rückführung wird ein Gain-Scheduling über die Schedulingparameter Fahrzeuggeschwindigkeit und Radschlupf durchgeführt, um den durch die hohe Parameterunsicherheit in der Reifenkennline und die reziproke Abhängigkeit der Systemdynamik von der Geschwindigkeit variablen Parameterbereich in kleinere Unsicherheitsbereiche zu unterteilen, für die anschließend ein linearer Regler mit fester Struktur über die Methode der robusten Polbereichsvorgabe entworfen wird. Basierend auf diesem Schlupfregler wird in einem zweiten Schritt ein Algorithmus verwendet, der in der Lage ist, das Maximum der Reibwertkennlinie einzuregeln, um den verfügbaren Kraftschluss bestmöglich auszunutzen, das sog. Extremum Seeking. Der gesamte Reglerentwurf erfolgt dabei rein zeitdiskret, um die charakteristischen Effekte der Diskretisierung bei einer digitalen Regelung behandeln zu können. Die vorgeschlagene Reglerstruktur wird dabei in Simulationen für unterschiedliche Reibwerte der modellbasierten Vorsteuerung und der realen Strecke untersucht und dabei gezeigt, dass die Regelung mit Extremwertsuche auch in der Lage ist, das Maximum zu finden, wenn die Reibwertkurve ihr Maximum verändert. |
| Zusätzliche Informationen: | ULB-Bestand: Sign. HS 187/257, Magazin |
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik > Regelungstechnik und Mechatronik |
| Hinterlegungsdatum: | 25 Mai 2021 07:33 |
| Letzte Änderung: | 01 Mär 2024 10:55 |
| PPN: | |
| Referenten: | Konigorski, Prof. Dr. Ulrich ; Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan |
| Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 16 Dezember 2020 |
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Verfügbare Versionen dieses Eintrags
-
Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zur robusten Radschlupfregelung für Antiblockiersysteme. (deposited 09 Mär 2022 13:26)
- Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zur robusten Radschlupfregelung für Antiblockiersysteme. (deposited 25 Mai 2021 07:33) [Gegenwärtig angezeigt]
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