Fahrdynamikregelung für Nutzfahrzeuge - Entwurf und Simulation modellbasierter Fahrdynamikregelsysteme

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1 Fahrdynamikregelung für Nutzfahrzeuge - Entwurf und Simulation modellbasierter Fahrdynamikregelsysteme Thorsten Hüfner Technische Universität Ilmenau Folie 1

2 Forschungsschwerpunkte Aktorik und Antriebstechnik Magnettechnik (z.b. Elektromagnete, Schrittmotoren, Magnetlager und Magnetführungen, Reluktanzmotoren, magnetische Messtechnik, ), Piezotechnik (Aktoren, Linear- und Rotationsmotoren) Dynamik und Regelung mechatronischer Systeme Dynamik und Schwingungstechnik (Maschinendynamik, Strukturdynamik, Nichtlineare Schwingungen, Aktive Schwingungsreduktion, Steuerung und Regelung (Anwendung klassischer und neuer Konzepte) Bahn- und Trajektorienplanung (Fahrerassistenzsysteme zum hoch automatisierten Fahren, Flurförderfahrzeuge) Anwendungen Gründung des Lehrstuhls: 1978 Fahrzeugtechnik (Fahrerassistenzsysteme zum hoch automatisierten Fahren, Fahrdynamikregelung bei Elektrofahrzeugen, Kombination autonomes Fahren und Feinpositionieren von Werkzeugen mit Flurförderfahrzeugen) Antriebstechnik, Fertigungstechnik, Präzisionsgerätetechnik, Medizingerätetechnik, Folie 2

3 Motivation und Projektzielsetzung Motivation Fahrdynamikregelungen bei Elektronutzfahrzeugen: bisher nur für bestimmte Fahrsituationen realisiert (Anfahren, Bremsen) an konkrete Fahrzeugrealisierung gebunden und spezifisch implementiert Erfahrungen weitgehend in Nischenmärkten (Flurförderzeuge) Ziel: Entwicklung einer modellbasierten elektronischen Fahrdynamikregelung für elektromotorisch angetriebene Fahrsysteme Zur: Steuerung des Antriebssystems bei unterschiedlichen Fahrzeugrealisierungen, schnellen Entwicklung konkreter Fahrzeugkonstellationen, Nutzung fahrzeugspezifischer Optimierungspotentiale, Verwendung modularer Lösungskomponenten. Verbesserung von Handling, Fahrsicherheit sowie Energieeffizienz. Folie 3

4 Projektpartner: Projektzusammensetzung und Herausforderungen Firma aus dem Bereich Steuerungs- / Regelungstechnik: Steuerungshardware Sensorintegration Firma aus dem Bereich Batterieladetechnik / Metallbau: Aufbau Versuchsträger Antriebskomponenten (aus Vorprojekt) Herausforderungen: Identifikation der Fahrzeugparameter Verifikation der Simulationsmodelle über Fahrversuche Ableiten eines allgemeingültigen Ansatzes für eine Fahrdynamikregelung die Sicherheit und Effizienz vereint Folie 4

5 Projektinhalte und Ergebnisse Aufbau einer modularen Simulation mit Matlab, bestehend aus: Konfigurierbarem Simulationsmodell des Fahrzeugs (Zweispurmodell), Umgebungsmodellierung für spezifische Anwendungsszenarien, Zeitdiskretem modelbasierten Fahrdynamikregler (Nachbildung der eingesetzten Steuerungshardware), Modell der Antriebskomponenten und Modell des Energiespeichers. Fahrer (entspricht hier dem Einsatzszenario) Beschleunigungswunsch (Gaspedalstellung) Entwicklung der Basis für den modellbasierten Entwurf von Fahrdynamikregelungen Orientierung am ESP, Erweiterung um Torque- Vectoring Stabilisierungsregelung mit Fahrmodell Lenkwinkel Sollströme der Motoren 1-n Ladezustand Fahrzutand (Beschleunigung in x&y, Drehrate um z) Struktur der Simulation Fahrzeugmodell Antriebsmomente 1-n Antriebsmodell Motorströme 1-n Modell Energiespeicher Folie 5

6 Projektinhalte und Exemplarisch, am Beispiel des aufgebauten Versuchsträgers, identifizierte Modellparameter. Exemplarischer Entwurf einer Fahrdynamikregelung mit Hilfe der erstellten Simulationsumgebung Antriebsregeler (PI-Regler) mit übergeordnetem Stabilisierungsregeler (Zustandsregler mit Beobachter). Erprobung dieser Fahrdynamikregelung mit dem Versuchsträger: Verifikation der Identifikation der Modellparameter, Ergebnisse Simulationsergebnisse hinsichtlich Aussagen zu Handling, Fahrsicherheit und Energieeffizienz überprüft. Aufgebauter Versuchsträger mit Messhardware Fazit: Steigerung der Sicherheit bei gleichzeitiger Optimierung der Effizienz nicht realisierbar mehr Energie zur Stabilisierung benötigt als zurückgewonnen wird Kompromiss nötig! Folie 6

7 Wir bieten: Was wir bieten und was wir suchen Entwicklungs- und Methodenkompetenz auf den Gebieten: Fahrzeugdynamik: Modellbildung, modellbasierte Analyse und Entwurf Parameteridentifikation von Fahrdynamikmodellen, Entwicklung von Reglern zur Fahrzeugführung und Fahrzeugstabilisierung, Ansteuerung und Regelung von elektrischen Antrieben, Auftragsforschung und Entwicklungsdienstleistung im Bereich Fahrzeugmechatronik, Aktorik und Antriebstechnik, Dynamik und Regelung mechatronischer Systeme Wir suchen: Kooperationspartner (Industrie, Forschungseinrichtungen) für gemeinsame Fördermittelanträge Forschungs- und Dienstleistungsaufträge im obigen Bereich, z.b. im Themenfeld Elektromobilität, Fahrerassistenz, Fahrdynamiksysteme Folie 7

8 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Folie 8

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