Intelligentes Fuzzylogik-Verfahren für die Fahrzeugdynamikregelung

Stipendiatin/Stipendiat: Andrei Aksjonov

Das heutige Alltagsleben ist nicht ohne persönliches Fahrzeug vorstellbar, Städte größer werden und Geschäfte sich weiterverbreiten. Es erlaubt Menschen lange Entfernungen zur Arbeit oder zu Treffen mit den Geschäftspartnern zu fahren. Die Leute fahren jeden Tag in andere Städte oder sogar in andere Länder. Die Menschen können nicht mehr auf Fahrzeuge verzichten. Sie helfen uns die Zeit zu sparen. Dank den Fahrzeugen, kann man auf dem Land leben und jeden Tag zum Arbeiten in die Stadt fahren.

Mit Wechsel der Weltbevölkerung hat auch die Fahrzeugnachfrage zugenommen. Innerhalb von wenigen vergangenen Jahrzehnten hat die Zahl der Verbrennungsmotoren (Internal Combustion Engine (ICE)) auf den Straßen dramatisch zugenommen. Eine zunehmende PKW-Nachfrage erhöht die Anzahl der Verkehrsunfälle auf der ganzen Welt.

Moderne elektronische Systeme und entsprechende Regelalgorithmen können die Fahrerreaktion und -fähigkeiten berücksichtigen, um die gefährlichen Verkehrssituationen zu vermeiden.  Außerdem besteht die Notwendigkeit, neue Typen von umweltfreundlichen Transport zu erschaffen.

Ziele der Automobilindustrie im 21. Jahrhundert sind umweltfreundliche und sichere Fahrzeuge. Eine Alternative ist das Elektrofahrzeug (EF), wo der Verbrennungsmotor mit dem Elektromotorsystem ersetzt ist. EF produzieren nicht nur weniger Schadstoffe, sondern auch weniger Lärm. Eine Art von Elektrofahrzeug hat vier individuelle Elektro-Radnabenmotoren. Dieser Typ des EF ist eine gute Lösung für die Mobilität der Zukunft.

Die EF-Batterien sind nach wie vor teuerste Teil des Systems. Der größte Nachteil der kommerziellen EF ist ihre kurze Reichweite aufgrund der geringen Ladekapazität und dem Mangel an entwickelter Infrastruktur.

Elektro-Radnabenmotoren ermöglichen jedes Rad getrennt zu regeln. Die Nutzbremse oder Rekuperationsbremse gewinnt beim Bremsen eines Kraftfahrzeugs Bewegungsenergie als elektrische Energie zurück. Erreicht wird dies bei Elektrozeugen dadurch, dass der Antriebs-Elektromotor als Elektrischer Generator fungiert; durch die mechanische Leistungsaufnahme wird der Bremseffekt erzielt. Im Gegensatz zur reinen Widerstandsbremse geht die aus der Bewegungsenergie zurückgewonnene elektrische Energie bei der Nutzbremse nicht verloren. Die Nutzbremse ist eine der vielversprechenden Möglichkeiten, um die EF Effizienz zu steigern.

Aufgrund seiner leistungsstarken Funktionen der Fahrsicherheit und Fahrkomfort müssen die Antiblockiersysteme (ABS) und Elektronisches Stabilitätsprogramme (ESP) für alle Fahrzeuge vorgesehen werden.

Das ABS vermeidet die Radblockierung (minimiert de Reifenschlupf) und ermöglicht die Fahrzeuglenkbarkeit. Bei starken Bremsen verkleinert die Reibung zwischen den Straßen- und Autoreifen. Es führt zum Räder Blockieren. Mit blockierten Räder ist die Lenkung unmöglich und die Transportsteuerung ist verloren. Deshalb, ist es sehr wichtig Verrutschen zu vermeiden, die Fahrzeugkontrolle und das Auto halten so schnell wie möglich während des starken Bremsvorgangs.

Das ESP regelt das Giermoment des Fahrzeugs, um den Verlust der Fahrstabilität zu vermeiden.  Ebenso die ABS Steuerung, Gierdynamik Regelung (ESP) ist auch ein wesentlicher Bestandteil der Sicherheit und Fahrerassistenz.

Die Geschichte eines ABS geht zurück bis 1978, als das System zum ersten Mal eingeführt wurde. Seitdem, haben viele Universitäten und unabhängige Forschungs- und Entwicklungszentren in Zusammenarbeit mit den Fahrzeugherstellern an einem ABS-Algorithmus Design gearbeitet. Obwohl viele Methoden und Algorithmen bereits entwickelt wurden, geht die Forschung noch weiter.

Eine effiziente ABS Leistung ist abhängig von der Oberfläche der Straße. Jede Oberfläche (trocken, nass, vereist) hat ihren eigenen optimalen Bremsschlupf. Um die Variable genau zu steuern muss der Reifen-Fahrbahn-Kraftschlussbeiwert in Echtzeit bekannt sein.

Eine Integration von ABS und ESP löst die Probleme der Robustheit und Bremsleistung. Das Simulationsergebnis beweist die energieeffiziente und maximalle Nutzbremsung. Diese Integration bietet eine effiziente und sichere Gerade- und Kurvenbremsung sowie Bremsung auf die Fahrbahnen mit dem ungleichen Kraftschluss für linke und rechte Räder (μ-Split-Bremsung) an. Das verhindert auch Fahrzeugschleudern und Radblockieren.

Die Elektro-Radnabenmotoren können unabhängig voneinander geregelt werden. Dies eröffnet die Möglichkeit sehr schnell, effizient und präzise den Algorithmus Fahrzeugdynamikregelung zu erstellen. Die Fuzzylogik-Regelung (Fuzzy Logic Controller (FLC)) ist ein perfekter Kandidat für schnelle multivariable nichtlineare Systemsteuerung, wie ABS und ESP Nutzbremse. In dieser Verbindung hat die Forschung die folgenden Ziele:

  • Die Anwendbarkeit des FLC Algorithmus für die vier individuellen Elektro-Radnabenmotoren;
  • Die Robustheit der Regelung auf unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen und Kurven zu untersuchen;
  • Die EF Sicherheitsverbesserung;
  • Die elektrische Energie-Nutzbremse: On-Board-Ladegerät;
  • Die EF Fahrkomfort und energieeffiziente Bremsleistung;
  • Die Ermäßigung von EF Bremspartikelemission;
  • Den Zustandsbeobachter im Controller mit konventionellen Fahrzeugsensoren zu entwickeln.

Förderzeitraum:
08.02.2016 - 07.11.2016

Institut:
Technische Universität Ilmenau
Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik

Betreuer:
Prof. Dr. Klaus Augsburg

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URL: http://www.skoda-auto.de/

Publikationen: