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Kooperative Fahrzeugführungsregelung für assistiertes bis hochautomatisiertes Fahren
Walter, Marcus
Mobilität ist ein Grundbedürfnis des Menschen, welches sowohl in der heutigen Zeit als auch in Zukunft eine zentrale Rolle in der Gesellschaft einnimmt. Die individuelle Mobilität noch komfortabler und sicherer zu gestalten, ist Aufgabe der Fahrerassistenz.
Um die steigende Anzahl automatisierter Assistenzsysteme und die Wechselwirkung untereinander beherrschen zu können, bedarf es einer intelligenten Strukturierung dieser Systeme. Dazu wird in dieser Arbeit ein Regelungskonzept vorgestellt, das sämtliche physikalisch sinnvolle Bewegungsvorgaben sowohl im Parkier- als auch Fahrbereich umsetzen kann. Diese Vorgaben, die die Querbewegung des Fahrzeuges beschreiben, können von einer überlagerten Trajektorienplanung und –folgeregelung bereitgestellt werden, was sich im Stand der Technik als zielführend erwiesen hat.
Unter Berücksichtigung unbekannter Fahrzeugparameter sowie äußerer Störungen die auf das Fahrzeug wirken, wird mittels Methoden der robusten Regelungstechnik ein Fahrzeugführungsregler entworfen, der sich der Lenkaktuatorik zur Umsetzung der Stellgrößen bedient. Da durch den wachsenden Wirkbereich von automatisierten Fahrfunktionen Wechselwirkungen mit unterlagerten Fahrdynamikreglern auftreten können, wird der Nachweis von robuster Güte im Fahrdynamikregelsystemverbund erbracht.
Ferner muss bei automatisierten Fahrfunktionen eine kooperative Fahrzeugführung ermöglicht werden, weshalb die Regelungsstruktur um eine skalierbare Nachgiebigkeit gegenüber Fahrereingaben erweitert wird.
Da Lenkungsreibung die Regelgüte negativ beeinflusst, wird mittels eines neuartigen Schätzers die Reibung im Lenksystem gelernt und kompensatorisch im Regler berücksichtigt.
Weiterhin wird eine Fahrzeugführungsregelung mittels Antrieb und Bremse entworfen. Es wird untersucht, inwieweit diese als redundanter Bestandteil für automatisierte Fahrfunktionen eingesetzt werden kann.
Die Validierung der entwickelten Algorithmen wird prototypisch durch Fahrmanöver mit einem realen Versuchsfahrzeug erbracht.
Mobility is a basic requirement of the human being, which plays a central role in society both today and in the future. Making individual mobility even more comfortable and safer is the task of driver assistance systems.
To handle the increasing amount of automated assistance systems and the interactions among each other, an intelligent structuring of these systems is needed. For this purpose, a control structure is introduced in this thesis which realizes all feasible physical motion specifications ranging from parking to driving maneuvers. The reference which describes the lateral motion of the vehicle can be provided by an overlaid trajectory planning and a tracking control. This method has been proven to be effective as state of the art.
Considering the unknown vehicle parameters as well as external disturbances acting on the vehicle, a vehicle guidance controller is introduced using methods of robust control. The control signal is realized by the steering actuator. Because of the increasing operating range of automated driving systems, interactions with underlaid driving dynamic systems can occur. Hence the analysis of robust performance is being proved. Furthermore a cooperative vehicle guidance has to be enabled even by an automated driving system thus the control structure has to be extended by an adjustable compliance in accordance to the drivers input.
Since the steering friction negatively influences the control performance, the steering systems friction will be observed by a novel estimator as well as compensated by the controller. Furthermore a vehicle guidance controller using the engine and brakes will be introduced. To which extent this can be used as a redundancy for automated driving is being investigated.
The validation of the developed algorithms is prototypically proven by driving maneuvers with a real test vehicle.
