Dr.-Ing. Tilman Bünte DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik, Oberpfaffenhofen

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1 DLR.de Folie 1 Mechatronisches Fahrwerk Dr.-Ing. Tilman Bünte DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik, Oberpfaffenhofen

2 DLR.de Folie 2 Mechatronisches Fahrwerk (Next Generation Car) Ziele Sicheres, effizientes und komfortables mechatronisches Fahrwerk auf Basis leichter Radroboter mit innovativen Antrieben und Integrierter Fahrwerkregelung für die Realisierung neuartiger Assistenzfunktionen Forschungsthemen Entwicklungsmethoden und -tools: o Methoden und Werkzeuge zur Sicherstellung der funktionalen Sicherheit. o Multidisziplinäre Modellbildung und Simulation des Fahrwerks und Gesamtfahrzeugs. o Bewegungssimulation für sichere Erprobung. Transfer von Methoden und Lösungen aus Robotik sowie Luft- und Raumfahrt Funktionsintegrierter Leichtbau und fortschrittliche Werkstoff-systeme

3 DLR.de Folie 3 NGC-Forschungsplattform ROboMObil 14 Aktuatoren: 4 Radnabenmotoren 4 Lenkaktuatoren 4 Semiaktive Dämpfer 2 Bremsaktuatoren Technische Daten: Lenkwinkelbereich -25 bis 95 Leistung 4x16 kw max. Geschwindigkeit 100km/h max. Reichweite 100 km Gewicht ~1000 kg

4 DLR.de Folie 4 Architektur Robotische Fahrzeugsteuerung Fahrzeugintelligenz Umgebungssensorik / Kommunikation Fahrdynamiksensoren Bewegungsbeschränkungen Aktuatorbeschränkungen Kraftbeschränkungen Fahrdynamikregelung Stellgrößenverteilung ( Control Allocation ) GeoVDC Generalisierte Kräfte Kinematische Bewegungsanforderung Fahrzeug Anwendungsschicht Aktuator Sollwerte Aktuator Istwerte Fahrdynamikregelung Mechatronisches Fahrwerk Dienst : Horizontale Bewegungsanforderung (3 Stellgrößenverteilung DOF) robust umsetzen ( Control Allocation )

5 DLR.de Folie 5 Integrierte Fahrwerkregelung DEMO: Querdynamikregelung Stabilisierung Fahrversuche sh. folgende Folien Schlupfregelung für hybrides Bremssystem Verkürzung des Bremswegs bei maximaler Rekuperation durch modellbasierte Radschlupfregelung Robustheit gegen Veränderung des Straßenzustands Flexibler MPC-Regelungsansatz für verschiedene Bremssystemarchitekturen Vertikaldynamikregelung Semi-Aktive Dämpfung (Kooperation KW Automotive) Fahrsicherheit & Fahrkomfort mit elektrohydraulischen Dämpfer FPGA Technologie (Reaktionszeiten von ca. 10 ms) Erweiterter modellbasierter Zustandsschätzer Fortschrittliche modellbasierte Regler

6 DLR.de Folie 6 Fahrdynamik Gesamtfahrzeugregelung Doppelter Spurwechsel Aktive Schwimmwinkel und Gierratenstabilisierung Überlagerung von Torque Vectoring und aktiven Lenkeingriffen am Einzelrad Zentrale Reglung des Gesamtfahrzeugs mittels inverser Modelle und Beobachter Hierarchische Reglerstruktur von Gesamtfahrzeug über Antriebs- und Schlupfregelung bis zur Aktuatorebene

7 DLR.de Folie 7 Fehlertolerante Regelung (FTC) durch rekonfigurierte Stellgrößenverteilung Zentrale, hierarchische Fehlerdiagnose (FDI) Modellbasierte FDI für fahrdynamische Sensoren und Aktuatoren FTC durch optimierungsbasierte Rekonfiguration FDI Rekonf.

8 DLR.de Folie 8 Modellbildung, Simulation und Bewertung Fahrmanöverbibliothek Stationäre Kreisfahrt Kontinuierliches Sinuslenken Sinuslenken - Eine Periode Lenkwinkelsprung NHTSA Fishhook Bremsen in der Kurve Doppelter Spurwechsel Bewertungskriterien (automatisch ermittelt) Fahrstabilität Effizienz / Verluste Komfort [N] chassis.w heel_1.tireforces.f_z chassis.w heel_2.tireforces.f_z chassis.w heel_3.tireforces.f_z chassis.w heel_4.tireforces.f_z

9 DLR.de Folie 9 Pfadfolgeregelung (PFC), Baustein zu automatisiertem Fahren Automatische Bahnfolgeregelung auf vorgegebener Trajektorie in begrenztem Korridor Fahrer kommandiert die Fahrgeschwindigkeit auf der Bahn (rot) Zusätzlich lassen sich Querabweichung und Orientierung überlagert in festgelegten Grenzen einstellen (grün)

10 DLR.de Folie 10 Demo: Automatisches Folgefahren (VFC) mit dem ROboMObil VFC s goals: determine appropriate control actions for a highly-actuated electric vehicle, the ROMO, such that the path of a target vehicle is followed, while a safe inter-vehicle separation is imposed. Further, car2car communications should be exploited as a privileged source of information for collecting the states of the target vehicle Method: a combination of a non-linear guidance law and a modelpredictive methods was explored; this framework also enables us to pursue secondary performance goals, such as minimization of the vehicle s energy consumption during the pursuit Results: the VFC was successfully tested in a hardware-in-the-loop environment, extended with real car2car communications. up to 10% energy saving were obtained during transient maneuvers

11 DLR.de Folie 11 Demo: Automatisches Folgefahren (VFC) mit dem ROboMObil

12 DLR.de Folie 12 Kontakt Dr.-Ing. Tilman Bünte 08153/