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Main Title: Trajektorienplanung und -folgeregelung für assistiertes bis hochautomatisiertes Fahren
Translated Title: Trajectory planning and trajectory tracking control for assisted and highly automated driving
Author(s): Rathgeber, Christian
Referee(s): Müller, Steffen
Lohmann, Boris
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Automatisierte Fahrfunktionen halten im modernen Fahrzeug zunehmend Einzug und übernehmen immer größere Wirkbereiche. Dabei ist die Bewegungsplanung und –umsetzung neben der Umfelderfassung ein wichtiger Bestandteil. Die zu beherrschenden Fahrmanöver stellen große Ansprüche an die Methoden zur Steuerung, Beobachtung und Regelung und die regelungstechnische Behandlung gewinnt so zunehmend an Bedeutung. Im Stand der Technik haben sich zur Behandlung dieser Probleme insbesondere trajektorienbasierte Verfahren als zielführend erwiesen, da damit dem zeitveränderlichen Verhalten der Strecke und der Fahrzeugumgebung Rechnung getragen werden kann. Ausgehend von dieser Erkenntnis wird in der Arbeit ein ganzheitliches Konzept zur Trajektorienplanung und -folgeregelung vorgestellt. Um unterschiedlichste Fahrfunktionen (von Komfort- bis Sicherheitsfunktionen) bedienen zu können, ist es notwendig die Führungs- und Stördynamik des Fahrzeugverhaltens zu entkoppeln. Aus diesem Grund wird auf die bewährte Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zurückgegriffen. Mittels einer Trajektorienplanung wird das Führungsübertragungsverhalten des Systems definiert. Eine unterlagerte Trajektorienfolgeregelung übernimmt die Störunterdrückung und sichert die Umsetzung der geplanten Trajektorie. Zur Realisierung auf einem heutigen Seriensteuergerät mit der verbundenen begrenzten Rechenkapazität wird die Planung in zwei Teilprobleme unterteilt: Eine überlagerte Grobplanung gibt den Zielbereich des zu fahrenden Manövers vor, während innerhalb einer lokalen Planung basierend auf den Prinzipien der Optimalsteuerung in Echtzeit optimale Solltrajektorien berechnet werden, die die jeweiligen fahrdynamischen Begrenzungen sowie umliegende Objekte berücksichtigen. Die geplante Trajektorie wird von einer Trajektorienfolgeregelung robust gegenüber äußeren Störungen stabilisiert. Dabei wird auf die Methoden der robusten Regelung zurückgegriffen, um den gesamten Betriebsbereich des Fahrzeugs abdecken zu können. Die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems wird prototypisch anhand eines Versuchsfahrzeugs in realitätsnahen Szenarien unter Beweis gestellt.
Automated driving functions are getting more and more important. Thereby the motion planning and control are the main components alongside the environment recognition. The driving maneuvers that have to be handled make great demands on the control methods and therefore the control theoretical examination is gaining importance. In the state of the art for this class of problems especially trajectory based approaches have proved to be effective. Based on this finding, a holistic approach for trajectory planning and trajectory tracking control is presented in this work. To realize different driving functions (from comfort to safety functions) it is necessary to decouple the command response from disturbance attenuation of the vehicle. For this reason the well-known two degrees of freedom structure is used. With a trajectory planning the command response of the system is defined. An underlying trajectory tracking control is responsible for the realization of the planned movement. The implementation on a current production ECU with the associated limited computing capacity requires to divide the planning into two subproblems: a semi-global planning defines the target area, while a local trajectory planning based on optimal control theory calculates the exact form of the trajectory. The algorithm is running in real-time and considers the dynamic driving limits of the vehicle and surrounding objects. The planned trajectory is robustly stabilized against disturbances. In order to cover the entire operating range of the vehicle, the controller is based on the methods of robust control. The overall system performance is demonstrated prototypically in realistic driving scenarios.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5913
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5506
Exam Date: 27-Jul-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 30-Sep-2016
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Trajektorienplanung
Trajektorienfolgeregelung
assistiertes Fahren
teilautomatisiertes Fahren
hochautomatisiertes Fahren
trajectory planning
trajectory tracking control
assisted driving
partly automated driving
highly automated driving
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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