Protokoll - Projektwettbewerb

Konzepte der Regelungstechnik ?

A. Mack, C. Kuckuck

Zusammenfassung: Dieses Protokoll fasst die Vorgehensweise zur Lsung der Problemstellungim Rahmen des Projektwettbewerbs Konzepte der Regelungstechnik zusammen.

1. AUFGABE

Es ist ein Regler fr ein Einspurmodell zu entwerfen, sodass dieses eine vorgegebene Strecke durchfhrt, ohne dievorgegebene Strecke zu verlassen.

2. LSUNGSSKIZZE

Im ersten Schritt wird ein linearer Geschwindigkeitsreglerauf Basis von Gleichung (4.3) entworfen. Als Geschwindig-keitssollwerte werden 2 Werte genutzt. Der kleinere gibtdie Geschwindigkeit in den Kurven an und ist auf denWert 6 festgelegt. Mit diesem konservativen Ansatz kn-nen alle Kurven durchfahrne werden. Der Grere ist dieSollwertvorgabe fr die Geraden und ist auf 299 festgelegt,was zu maximaler Beschleunigung auf den Geraden fhrt.Der Geschwindigkeitsregler liefert Vorgabewerte fr diebentigten Brems bzw. Beschleunigungskrfte. Ist dessenAusgang negativ handelt es sich um einen Bremsvorgang,ist er positiv wird beschleunigt. Bei negativem Ausgangwird der Wert direkt in eine Bremskraft umgesetzt. Bei po-sitivem Ausgang wird der Anforderungswert auf Basis deraktuellen Geschwindigkeit mittels einer Lookup-table ineinen passenden Gang und eine passende Gaspedalstellungumgesetzt. Die festgelegten Schaltpunkte liegen jeweils imLeistungsmaximum des Motormodells.

Um zu ermitteln wann gebremst, das heit die Sollge-schwindigkeit angepasst werden muss, wird fortlaufendder aktuell bentigte Bremsweg berechnet. Wenn diesergrer als der Abstand zur nchsten Kurve ist, wird derBremsvorgang eingeleitet. Durch die Bremskraftverteilung = 0.5, wird am vorderen und am hinteren Rad gleichstark gebremst.

Um den bentigten Lenkwinkel zu berechnen, wird einLenkungsregler auf Basis der Gleichungen (4.1)/(4.2) ent-worfen. Der Regler generiert aus einem Sollwert soll denntigen Lenkwinkel . Hierfr wird ein linearer Reglergenutzt, wobei der Regler fr verschiedene Werte 2 AP 2 berechnet und entsprechend dem aktuellenWert umgeschaltet wird.

Als Solltrajektorie dient die Mittellinie der Strecke. DieWerte fr soll werden aus der Tangente an die Mittelliniein jedem Punkt berechnet. Der jeweils nchste Sollwertwird aktiviert, wenn das Fahrzeug einen vorgegebenen Ab-stand zum nchsten Solltrajektoriendiskretisierungspunktunterschreitet. Auf den Geraden wird mittels der Abstnde

? Institute for Systems Theory and Automatic Control, Universityof Stuttgart, Germany. http://www.ist.uni-stuttgart.de

zur linken und rechten Streckengrenze in Richtung Fahr-bahnmitte zurck gelenkt. Dies ist ntig, da die alleinigeNutzung von Psi zur Lenkwinkelbestimmung ber die ge-samte Strecke zu einer groen aufsummierten Abweichungvon der Mittellinie fhrt.

3. ERGEBNIS

Das Fahrzeug durchfhrt die Strecke in 80 Sekunden ohnesie zu verlassen (vgl. Abbildung 1).

-50 0 50-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

finish/start

x

y

Abbildung 1. Ergebnis der Simulation - rot: Istbahn - grn:Sollbahn

4. VERBESSERUNGSPOTENTIAL

Um die Strecke schneller zu absolvieren knnte die Solllinieinsofern verbessert werden, dass die Kurven geschnittenwerden. Auerdem knnte die Geschwindigkeit in den Kur-ven so berechnet werden, dass das Fahrzeug gerade nichtrutscht. Sie lge hher als die festgesetzte Geschwindigkeitvon 6. Die Mglichkeit die genannten Verbesserungen inden bestehenden Regler einzupegen sind bereits vorhan-den, so knnten z.B. optimierte Kurvengeschwindigkeitenleicht als Geschwindigkeitssollwerte integriert werden.

LITERATUR

[1] Handbook - Project Competition Concepts of Auto-matic Control A State Feedback Controller for theSingle-Track Model