Fahrdynamikregelung

Die integrierte Fahrwerksregelung überaktuierter X-by-Wire-Architekturen (wie beim ROboMObil), bei der Lenkwinkel, Antriebs- und Bremsmoment jedes Rades individuell vorgegeben werden können, ist ein zentrales Forschungsthema am Institut. Diese Architekturen bieten einzigartige Möglichkeiten wie die Erhöhung der Manövrierbarkeit, eine Verbesserung der Stabilität und optimierte Energieeffizienz. Jedoch stellen sie die Fahrdynamikregelung vor Herausforderungen, etwa das Zusammenspiel der vielen Aktuatoren zum Erfüllen einer Bewegungsvorgabe. Die Bewegungsausführungsschicht in der skalierbaren Architektur zur Steuerung der Fahrzeugdynamik wird unter der Anforderung entwickelt, diese Herausforderungen zu bewältigen. Das Hauptziel seiner Kernfunktion, dem Fahrdynamikregler (Vehicle Dynamics Controller – VDC), ist es, den Regelungsaufwand auf die Aktuatoren zu verteilen (Stellgrößenverteilung), so dass die von der Fahrzeugapplikationsschicht erzeugte kinematische Bewegungsanforderung genau realisiert wird. Zusätzlich werden weitere Anforderungen wie Fahrstabilität und optimierte Energieeffizienz erfüllt. Der VDC verwendet eine quasi entkoppelte Darstellung der Querdynamik des Fahrzeugs, um den Schwimmwinkel und die Gierrate des Fahrzeugs unabhängig steuern zu können. Das Einschwingverhalten wurde mit Hilfe eines inversen Fahrzeugmodells weiter verbessert. Darüber hinaus wurden echtzeitfähige, optimierungsbasierte Ansätze untersucht, bei denen die Stellgrößenverteilung eine Minimierung von Energieverlusten und Reifenschlupf zum Ziel hat. Der entworfene VDC wurde in die zentrale Steuereinheit des ROboMObils implementiert und in mehreren Testkampagnen auf verschiedenen Straßenbelägen auf Fahrzeugteststrecken in ganz Deutschland unter kritischen und unkritischen Fahrmanövern gründlich validiert. Zudem wurde MPC in Kombination mit inverser modellbasierter Stellgrößenverteilung in einer separaten Studie untersucht. Modelle mit unterschiedlichen Detaillierungsgraden für Fahrdynamik und Komponenten bilden die Grundlage für alle Aktivitäten im Automobilbereich. Modelica-Bibliotheken in den Bereichen Fahrdynamik, Fahrermodelle, Antriebsstrang und Fahrzeugregelung standen in den letzten Jahrzehnten im Fokus der Entwicklung. Aktuelle Beiträge befassen sich unter anderem mit der Vertikaldynamik und detaillierten Stabilisator Modellen, mit denen Fahrmanöver sowie Geräusch-, Schwingungs- und Belastungs-Szenarien simuliert werden können.