Modellierung und Regelung eines Force-Feedback Aktuators für Steer-by-Wire Systeme

Abstract

In einem Steer-by-Wire System wird die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Spurstange durch ein komplexes mechatronisches System bestehend aus Recheneinheiten, Sensoren und Aktoren ersetzt. Im Wesentlichen besteht dieses System aus einer inneren Force-Feedback-Regelschleife am Lenkrad und einer Positions- oder/und Kraftregelung an der Vorderradachse. Um dem Fahrer ein gewünschtes Fahrgefühl zu garantieren und dem Fahrzeug ein definiertes Lenkverhalten zu verleihen sind beide Systeme geeignet miteinander verkoppelt. Diese Arbeit beschäftigt sich vornehmlich mit dem Kraft-(Momenten) Regelkreis. Die hier vorliegende Arbeit leistet hierzu die folgenden drei Beiträge: Der erste Beitrag besteht in der detaillierten nichtlinearen Modellierung des Aktuators. Besonderes Augenmerk gilt dabei der Modellierung und Validierung von Reibeffekten, wobei zwischen einem lastmomentenabhängigen und einem drehzahlabhängigen Anteil unterschieden wird. Die Kompensation von Aktuator-Nichtlinearitäten und die Robustheit in Bezug auf die Fahrerunsicherheit stellen die grundlegenden Herausforderungen der Reglerauslegung dar. Die Lösung dieses Problems mit Hilfe eines "`Sliding mode"' Reglers stellt den zweiten Beitrag dieser Arbeit dar. Der dritte Beitrag schließlich ist durch eine Zustandsregelung unter Verwendung eines "`Sliding mode"' Beobachters gegeben. Dabei kann gezeigt werden, dass zur Beobachtung des Abtriebsmomentes infolge der Unsicherheiten bzgl. der Fahrerimpedanz, die Messung der abtriebsseitigen Position unbedingt erforderlich ist.