Fahrdynamikregelung für fehlertolerante X-By-Wire-Antriebstopologien

Diese Arbeit behandelt die systemtheoretische Analyse und modellbasierte Regelung von Fahrzeugen in X-By-Wire-Struktur mit verschiedenen Antriebstopologien. Auf verschiedene Reifen verteilte elektrische Maschinen zum Antreiben und Lenken des Fahrzeugs werden dabei als verteilte Redundanz interpretiert, um die Nachteile paralleler Redundanz zu umgehen. Im Normalbetrieb können die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs dadurch gezielt verändert und verbessert werden. Auf Basis eines Fahrzeugmodells in Deskriptorform wird dazu eine ganzheitliche Fahrdynamikregelung entworfen, die auch die Regelung der elektrischen Maschinen einbeziehen kann. Durch die verteilte Redundanz erhalten verschiedene Fahrzeugkonfigurationen die Eigenschaft der differentiellen Flachheit, was einen besonders strukturierten 2-Freiheitsgrade Entwurf ermöglicht. Darauf aufbauend kann zum einen das Wunschverhalten des Fahrzeugs, insbesondere der Horizontaldynamik, in physikalischen Grenzen vollig frei vorgegeben und modelliert werden. Zum anderen wird eine systematische Analyse und ein methodischer Entwurf des Störverhaltens möglich. Auf Basis einer einfachen Reifenkraftschätzung und nichtlinearer Stabilitätstheorie wird Robustheit gegenüber charakteristischen Unsicherheiten wie unbekannten Reifenmodellparametern oder geometrischen Parametern des Fahrzeugschwerpunkts garantiert. Treten Aktorfehler auf oder werden Signal- bzw. Versorgungsleitungen zu den Aktoren unterbrochen, muss auf Basis der verteilten Redundanz funktionale Sicherheit für das Gesamtsystem garantiert werden. Ausgehend vom Deskriptormodell des Fahrzeugs wird eine einfache Rekonfiguration der Regelung möglich, um die Wirkung verschiedener Fehler zu kompensieren. Das Gesamtkonzept ist auf viele verschiedene Aktorkonfigurationen anwendbar und wie gezeigt wird abhängig von den verwendeten Aktoren in verschiedenem Maße fehlertolerant