Für die Entwicklung und Erprobung neuer Assistenzfunktionen am Fahrrad und neuer Komponenten fürs Fahrrad sind sichere und reproduzierbare Messungen unerlässlich. Daher wird in der folgenden Arbeit eine Testplattform in Form eines selbstfahrenden Fahrrades entwickelt. Durch Verwendung dieser Testplattform können kritische Fahrmanöver ohne Gefährdung eines Fahrers absolviert werden und sich wiederholende Testabläufe können automatisiert und reproduzierbar durchgeführt werden. Zunächst wird ein Prototyp aufgebaut und zwei Modelle für Simulation und Reglerentwurf hergeleitet. Diese Modelle basieren auf Modellen, die aus der Literatur bekannt sind, jedoch wird statt eines Lenkmoments eine Lenkrate als Stellgröße verwendet. Anschließend werden für die Ermittlung der Fahrrad-Zustandsgrößen, welche nicht direkt messbar sind, verschiedene Kalibriermethoden und Zustandsschätzer entwickelt. Für den Zustandsschätzer, welcher Fahrradorientierung und -geschwindigkeit schätzt, wird hierbei eine einfache, serienmäßig am Fahrrad verbaute Sensorkonfiguration verwendet, sodass dieser auch für Serienanwendungen genutzt werden kann. Ein weiterer Teil dieser Arbeit besteht in der Entwicklung eines Querdynamikreglers. Dieser muss das Fahrrad stabilisieren können und einer vorgegebenen Sollgierrate folgen können. Um den Einfluss der Lenkdynamik zu reduzieren, werden nur lenkratenbasierte Regler entwickelt. Zunächst wird ein LQI-Regler entworfen und um Kerbfilter zur Dämpfung von Resonanzen im Antriebsstrang erweitert. Um auf Sollwertänderungen bereits im Voraus reagieren zu können wird dieser anschließend zu einem Optimal Preview Regler mit Integralanteil (OPI-Regler) erweitert. Diesem wird anstelle einer Sollgierrate eine vorausschauende Trajektorie derselben vorgegeben. Um die Anforderungen an die Testplattform umzusetzen, wird ein neues Konzept zur Pfadfolgeregelung entwickelt und am Fahrrad getestet. Hierbei wird der OPI-Regler zur Querdynamikregelung mit Methoden der Pursuit-Pfadfolgeregelung und Polynomen fünfter Ordnung zur Erzeugung von Sollgierratentrajektorien kombiniert. Das resultierende Gesamtsystem liefert sowohl in Simulationen als auch in Experimenten sehr gute Ergebnisse und kann Strecken mit minimalen Kurvenradien von 1.8 m zuverlässig und ohne große Oszillationen folgen.
Entwicklung einer selbstfahrenden Testplattform zur Untersuchung der Fahrraddynamik
2024
7633 KB , IX, 134 pages
Sonstige
Elektronische Ressource
Deutsch
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