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Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zur robusten Radschlupfregelung für Antiblockiersysteme

Vogt, Patrick (2021)
Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zur robusten Radschlupfregelung für Antiblockiersysteme.
Technische Universität Darmstadt
Ph.D. Thesis, Bibliographie

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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.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2021
Creators: Vogt, Patrick
Type of entry: Bibliographie
Title: Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zur robusten Radschlupfregelung für Antiblockiersysteme
Language: German
Referees: Konigorski, Prof. Dr. Ulrich ; Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan
Date: 21 May 2021
Place of Publication: Berlin
Publisher: epubli GmbH
Collation: XVI, 153 Seiten
Refereed: 16 December 2020
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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.

Additional Information:

ULB-Bestand: Sign. HS 187/257, Magazin

Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik > Control Systems and Mechatronics
Date Deposited: 25 May 2021 07:33
Last Modified: 01 Mar 2024 10:55
PPN:
Referees: Konigorski, Prof. Dr. Ulrich ; Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 16 December 2020
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