New approaches to enhance active steering system functionalities

Die Anforderungen hinsichtlich der Fahrsicherheit bei hohen Geschwindigkeiten sowie der Wendigkeit auf Landstraßen und innenstädtischen Straßen sind in der Regel mit Kompromissen verbunden. Das Ziel, diese Kompromisse zu kompensieren und damit unterschiedliche Fahrdynamikeigenschaften -je nach Fahrsituation und Fahrzeugparameter- in einem einzigen Kraftfahrzeug zu erzeugen, kann mit der Hilfe von aktiven Lenksystemen wie BMW-Aktivlenkung realisiert werden. Eine mittlerweile verbreitete Art die Lenkungseigenschaften und das Lenkgefühl zu verbessern (und somit die Fahrdynamik zu optimieren) wurde mit EPS (Electric Power Steering) Systeme realisiert. Ein Meilenstein von aktiven Lenksystemen sind AFS (Active Front Steering) und die Steer-by-Wire-Lenkung, die den vom Fahrer aufgebrachten Lenkwinkel überlagern können. Somit bieten diese aktiven Lenksysteme viele zusätzliche wünschenswerte Lenkungseigenschaften. In dieser Arbeit werden neue Methoden untersucht, mit denen die Potenziale der aktiven Lenksysteme möglichst intensiv genutzt werden können. Diese dargestellten Methoden sind je nach ihrer Funktionalität und Umsetzbarkeit bewertet. Ferner sind die Echtzeitmessungen detailliert erläutert.The requirements in regard to both driving safety at high speeds as well as maneuverability on country roads and in urban environments usually result in a compromise. The aim to compensate these compromises and enable different steering abilities depending on the driving situation can be realized with active steering systems like BMW Active Front Steering. A more conventional way to enhance the steering features (hence optimize the vehicle dynamics) and steering feeling has been realized with EPS (Electric Power Steering) Systems. EPS enabled controlling of the steering torque not only in accordance with vehicle speed, but also on driving conditions like for example oversteering and understeering. The effective implementation of this feedback on the steering wheel helps the driver to control the vehicle more easily. Another milestone of the steering systems after an active steering system such as AFS (Active Front Steering), is the steer-by-wire steering system, which has no mechanical connection between the steering wheel and tires. These active steering systems offer many additional desirable steering properties. In this thesis, the potentials of using some new methods have been introduced. This implementation took place using a steer-by-wire steering system. Furthermore initial real-time experimental results are presented in detail

Trajektorienplanung zur Kollisionsvermeidung im Straßenverkehr

In kritischen Situationen sind viele Fahrer von PKWs mit der Fahrzeugführungsaufgabe überfordert. Die Unfallzahlen konnten bis 2013 auch durch die Einführung von aktiven Fahrerassistenzsystemen wie ABS, ASR und ESC gesenkt werden. In den folgenden Jahren ist ein leichter Anstieg zu verzeichnen. Um die Unfallzahlen wieder zu senken, werden neue Fahrerassistenzsysteme benötigt, die neben fahrdynamischen Größen auch Informationen über das Fahrzeugumfeld miteinbeziehen. Dies kann durch assistierende Funktionen, welche der Fahrer im Fehlerfall übersteuern kann, und/oder durch automatisierte Fahrfunktionen realisiert werden. Die Arbeit beschreibt und vergleicht vier verschiedene Verfahren zur Fahrzeugführung, die zur Kollisionsvermeidung im Straßenverkehr eingesetzt werden können. Das Bahnfolgeverfahren verwendet eine analytische Funktion zur Beschreibung der Ausweichbahn und eine Folgeregelung zur Führung des Fahrzeugs entlang der Bahn. Es ist ein einfaches Konzept, welches mit wenig Rechenleistung auskommt, sich aber nicht an viele verschiedene Situationen anpassen lässt. Deshalb wird das Online-Trajektorienoptimierungsverfahren entwickelt. Zur Berechnung der Ausweichtrajektorien wird ein Gütemaß minimiert, welches Anteile zur Kollisionsvermeidung und zur Minimierung fahrdynamischer Reaktionen enthält. Die Realisierung der fortlaufend neu geplanten Trajektorie wird mit einer unterlagerten Geschwindigkeits- und Kurswinkelregelung durchgeführt. Das modellprädiktive Planungs- und Regelungsverfahren löst analog zum Online-Trajektorienoptimierungsverfahrens in jedem Abtastschritt ein Optimierungsproblem. Die kollisionsfreie Trajektorie wird zusätzlich an die Dynamikgleichungen eines Einspurmodells angepasst. Das Optimierungsproblem ist daher ein Optimalsteuerungsproblem, dessen Lösung neben der optimalen Trajektorie auch die zugehörigen Stellgrößen enthält. Die bisher getrennt behandelten Probleme, Trajektorienplanung und Folgeregelung, werden also in einem Schritt gelöst. Der Nachteil dieses Verfahrens ist der nochmals höhere Rechenaufwand im Vergleich zum Online-Trajektorienoptimierungsverfahren. Durch die Beschränkung auf konstante Stellgrößen während der Prädiktion und eine grobe Stellgrößendiskretisierung weist das modellprädiktive Trajektorienscharverfahren eine deutlich niedrigere Rechenlast auf. Die Vorteile der modellprädiktiven simultanen Planung und Regelung bleiben erhalten, jedoch können auf Grund des kurzen Prädiktionshorizontes weiter entfernte Hindernisse nicht in der Planung berücksichtigt werden. Durch die adaptive Wahl der Diskretisierung wird auch im stationären Zustand eine hohe Regelungsgüte erreicht. Der abschließende Vergleich durch eine Nutzwertanalyse zeigt, dass die vier Verfahren, in Abhängigkeit des Anwendungsfalles, unterschiedlich gut geeignet sind