Echtzeit-Strategieplanung für vorausschauendes automatisiertes Fahren

Im Rahmen der Arbeit wird ein Fahrerassistenzsystem für vorausschauendes automatisiertes Fahren entwickelt. Es umfasst die Längs- und Querführung des Fahrzeugs sowie die Steuerung der relevanten Triebstrangkomponenten. Dabei werden Vorausschauinformationen über die Fahrzeugumgebung ausgewertet, um ein energie- und komfortoptimales Fahrverhalten zu erreichen

Entwicklung einer funktionalen Referenzarchitektur für Assistenzsysteme zur energetischen Optimierung des Fahrzeugbetriebs

Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung einer funktionalen Referenzarchitektur für Assistenzsysteme zur energetischen Optimierung des Fahrzeugbetriebs. Dabei steht die Fragestellung im Vordergrund, wie die funktionale Referenzarchitektur beschaffen sein kann, um ein breite Anwendbarkeit sowie Robustheit gegenüber Änderungen aufzuweisen. Der Anwendungsbereich der Referenzarchitektur umfasst dabei Systeme, die mittels Vorausschau die verfügbaren Freiheitsgrade im Fahrzugbetrieb so steuern, dass die Fahraufgabe kostenminimal absolviert werden kann. Der hergeleitete Architekturentwurf sieht eine grundsätzliche Systemstrukturierung in drei Ebenen vor, in die die Funktionen zur vorausschaubasierten Planung von energieeffizienten Routen, Fahrweisen und Betriebsweisen bzw. Betriebsstrategien verortet werden. Während die Missionsebene (oberste Ebene) die Optimierungsfunktionen für einen fernen Vorausschauhorizont aufnimmt, werden die Optimierungsfunktionen für die nahen und mittleren Horizonte der Verhaltensebene (unterste Ebene) zugeordnet. Die Koordination bzw. Arbitierung der Optimierungsfunktionen der untersten Ebene erfolgt mittels einer vorausschaubasierten Planung in der mittleren Koordinationsebene, kombiniert mit einer ergebnisorientierten und nachgelagerten Arbitierung der Optimierungsergebnisse. Anhand einer qualitativen Architekturbewertung wird dargelegt, wie die verwendeten Architekturprinzipien und -ansätze die Erfüllung der geforderten Qualitätsmerkmale Funktionalität, Änderbarkeit und Testbarkeit unterstützen. Als Ergebnis dieser Arbeit liegt erstmalig eine Referenzarchitektur für Systeme zur energetischen Optimierung des Fahrzeugbetriebs vor, die auf eine breite Anwendbarkeit abzielt und explizit das Qualitätsmerkmal der Änderbarkeit adressiert. Die Referenzarchitektur fasst dabei für den betrachteten Anwendungsbereich geeignete Konzepte, Entscheidungen und Lösungen zusammen und zeigt den Erkenntnisweg, der zum Ergebnis geführt hat, explizit auf

Optimale Regelung eines prädiktiven Energiemanagements von Hybridfahrzeugen

Diese Arbeit verbindet die aktuellen Trends der Automobilindustrie (E-Mobilität, autonomes Fahren und das vernetzte Fahrzeug) in einem Entwurf für ein Fahrerassistenzsystem für Hybridfahrzeuge, das die Geschwindigkeitsregelung als auch die Regelung des Energiemanagements optimal übernimmt

Echtzeit-Strategieplanung für vorausschauendes automatisiertes Fahren

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Fahrerassistenzsystem für vorausschauendes automatisiertes Fahren entwickelt. Es umfasst die Längs- und Querführung des Fahrzeugs sowie die Steuerung der relevanten Triebstrangkomponenten. Dabei werden Vorausschauinformationen über die Fahrzeugumgebung ausgewertet, um ein energie- und komfortoptimales Fahrverhalten zu erreichen. Für die echtzeitfähige optimale Regelung wird ein Stabilisierungsansatz hergeleitet, der die Regelungsaufgabe auf eine Strategie- und eine Stabilisierungsebene verteilt. Er verbindet die für eine genaue Strategieplanung notwendige lange Zykluszeit mit einer hochfrequenten, optimalen Störungskompensation. Zur Planung auf Strategie- und Stabilisierungsebene wird ein dreistufiges Verfahren entworfen. Es setzt sich aus einer regelbasierten Einschränkung des Suchraums, einer Initialschätzung mittels Dynamischer Programmierung und einer lokalen Suche nach der Optimaltrajektorie zusammen; die Suche wird zusätzlich durch Heuristiken und bestehendes Vorwissen gesteuert. Es wird eine Methodik hergeleitet, um das System hinsichtlich Regelgüte und Berechnungsaufwand optimal auszulegen. Die Einflüsse von Stabilisierungsansatz sowie Horizont und Genauigkeit der Trajektorienplanung werden dafür simulativ ausgewertet. Zur Simulation der vorausschauenden Regelung wird ein Ansatz entwickelt, der es ermöglicht, in Versuchsfahrten gemessene Fahrzeug- und Umgebungsdaten mit einem reaktiven Fahrzeugmodell zu kombinieren. Die Funktionsweise des Assistenzsystems im realen Fahrbetrieb wird am Beispiel verschiedener Fahrsituationen exemplarisch diskutiert

Vorausschauende Restreichweitenberechnung in Elektrofahrzeugen - Senkung von Unsicherheiten und Reichweitenschwankungen durch rechtzeitige Berücksichtigung prädizierbarer Antriebs- und Nebenverbrauchseinflüsse

Die Einführung von Elektrofahrzeugen hat großen Einfluss auf die Senkung der $\text{CO}_2$-Flottendurchschnittswerte von Automobilherstellern. Um Elektrofahrzeuge wirtschaftlich für die breite Masse zugänglich zu machen, sind weitere Anstrengungen zur Senkung der Herstellungskosten und der Steigerung der Reichweite notwendig. Eine Möglichkeit zur Steigerung der im Alltag nutzbaren Reichweite liegt darin, die technisch realisierbare Reichweite durch eine nachvollziehbare und zuverlässige Restreichweitenanzeige für den Fahrer besser nutzbar zu machen. Die Funktionsweise historienbasierter Reichweitenalgorithmen wird diskutiert und es wird erläutert, weshalb diese aufgrund ihrer konzeptbedingten Einschränkungen für eine zuverlässige Reichweitenanzeige, insbesondere für eine konkrete Aussage über die Erreichbarkeit von Fahrzielen, ungeeignet sind. In dieser Arbeit werden Konzepte zur vorausschauenden Berechnung der Restreichweite und der verbleibenden Energiemenge am Zielort untersucht. Dazu werden Verfahren und Algorithmen zur Berechnung des Antriebsverbrauchs vorgestellt und durch Simulationen untersucht. Die eingesetzten rekursiven Verfahren der Regressionsanalyse sind rechnerisch effizient und erlauben eine schnelle und zuverlässige Prädiktion des Antriebsverbrauchs entlang der Strecke. Aufgrund ihrer Lernfähigkeit sind sie mit minimalem Applikationsaufwand für den Einsatz in einer Vielzahl von Derivaten geeignet. Voraussichtliche Reichweitenänderungen durch die Zustandsänderung von Nebenverbrauchern können rechnerisch effizient ermittelt werden. Durch die vorausschauende Restreichweitenberechnung konnte mit dem vorgestellten Verfahren eine verbesserte Genauigkeit der Reichweitenanzeige erzielt werden, die auf Basis objektiver Bewertungskriterien quantifiziert wurde. Auch Schwankungen in der Restreichweitenanzeige während der Fahrt konnten deutlich reduziert werden