Mit einem virtuellen Testfahrer könnten in Zukunft Objektivität und Reproduzierbarkeit von Fahrversuchen gesteigert werden. Eine derartige Technologie ist zur simulativen und experimentellen Erprobung eines Fahrzeugs gleichermaßen geeignet und bietet - verglichen mit einem 'menschlichen' Testfahrer - zusätzlich den Vorteil, in beliebigfacher Ausführung gleichzeitig an verschiedenen Orten zur Verfügung zu stehen. Die Durchführung von Fahrversuchen und Simulationsuntersuchungen im Grenzbereich stellt eine besondere Herausforderung an das spurführende Regelsystem dar, das den Fokus der durchgeführten Betrachtungen bildet. Durch die bekannte Sättigungscharakteristik der Kraftübertragung von Gummireifen ergibt sich im querdynamischen Grenzbereich ein nichtlineares Fahrzeugverhalten. Diesem wird hier - anders als in vorbekannten Arbeiten zum Thema automatische Spurführung - mittels entsprechender Modellbildung und Applikation nichtlinearer Entwurfsverfahren Rechnung getragen. Anhand von Simulationsuntersuchungen wird gezeigt, dass die Spurführungsaufgabe im Grenzbereich von unterschiedlichen regelungstechnischen Ansätzen (exakte Linearisierung, verschiedene modellprädiktive Verfahren, Sliding-Mode-Regler) mit ähnlich gutem Erfolg gelöst werden kann. Durch die Gegenüberstellung von Simulationsergebnissen und Fahrversuchen, die von einem erfahrenen Rennfahrer mit einem Formelfahrzeug auf einer Rundstrecke absolviert wurden, kann die Leistungsfähigkeit des virtuellen Testfahrers demonstriert werden. Die experimentelle Erprobung des Regelsystems erfolgt mit einem autonom fahrenden Versuchsträger im Modellmaßstab anhand gängiger Testmanöver, z.B. Slalom und doppelter Fahrspurwechsel. Die Relevanz der dabei gewonnen Erkenntnisse bezüglich Fahrversuchen im Maßstab 1:1 wird anhand ähnlichkeitstheoretischer Betrachtungen sichergestellt.
The application of a virtual test driver could improve objectivity and reproducibility of road trials in the future. A suchlike technology is suitable not only for simulative but also for experimental testing of a vehicle. Unlike a human test driver, the virtual driver can be made available simultaneously at different places all over the world. Performing driving tests and simulative investigations at the stability limit is an extremely challenging task for the lateral dynamics control system, which is the main focus of the investigations presented in this paper. Due to the well known saturation characteristics regarding tire forces in the road plane, vehicle lateral dynamics becomes nonlinear when the maximum tire forces are accessed. In contrast to former publications considering automated vehicle guidance, here these nonlinearities are taken into account within the plant modelling and the controller design procedure. Simulation results prove, that trajectory guidance at the stability limit can be solved successfully by different nonlinear controller design approaches, namely exact linearization, nonlinear model predictive control and sliding mode design. To demonstrate the capability of the virtual driver, test runs with a formula race car, performed by an experienced race driver, are compared to appropriate simulation results. A model scale X by wire prototype is used for the experimental evaluation of the proposed control system, whereas popular standard test maneuvers, like double lane change and Slalom are completed. The application of similarity theoretical methods ensures the gained results to be valid regarding full scale vehicles as well.
Ein virtueller Testfahrer für den querdynamischen Grenzbereich
2009
178 Seiten, Bilder, Tabellen, 113 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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