Modellbasierte Anti-Blockier-Regelung für ein Kraftfahrzeug mit konventionellem hydraulischem Bremssystem

Abstract

Die Anti-Blockier-Regelung eines Kraftfahrzeugs verhindert unerwünschte Radblockierung während eines Bremsvorgangs. Wegen seiner Robustheit wird das Prinzip des schaltenden Anti-Blockier-Reglers, beruhend auf logischen Umschaltungen, in Fahrzeugen mit konventionellem hydraulischem Bremssystem weit verbreitet eingesetzt. Eine Herausforderung stellt die Wahl geeigneter Regler- und Aktuatorparameter zur Gewährleistung der Existenz und Stabilität eines ABS-Grenzzyklus dar. Hierzu werden in dieser Arbeit Bedingungen durch Anwendung der Poincare-Abbildung hergeleitet. Darüber hinaus werden sowohl die Umschaltbedingungen, als auch die Berechnungen der Sollbremsmomente des schaltenden Anti-Blockier-Reglers so ausgelegt, dass der ABS-Grenzzyklus trotz Einschränkungen des realen Bremsaktuators weiterhin annähernd zu erreichen ist. Für eine performante Anti-Blockier-Regelung ist eine genaue und robuste Information über die nicht direkt gemessenen Fahrzustände erforderlich. Hierfür wird ein nichtlinearer Beobachter mit schaltender Struktur entwickelt, dessen Beobachterkoeffizienten je nach Fahrsituation durch die Schaltsignale gewählt werden können. Die Leistungsfähigkeit und die Robustheit des vorgeschlagenen Regelungskonzeptes werden anhand der Messergebnisse an einem Testfahrzeug demonstriert.

Anti-lock control of a vehicle prevents wheel lock-up during an emergency braking operation. Because of their robustness, anti-lock control methods based on logical switching are widely used in the conventional hydraulic brake system. The selection of proper controller/actuator parameters is a key challenge in the application of these controllers in order to ensure the existence and stability of an ABS limit cycle. For this purpose, parameter selection conditions are derived in this work by the use of the Poincare map. In addition, both the logical switching conditions and the calculations of the target braking torques of the anti-lock controller are designed in such a way that the ABS limit cycle can still be approximately achieved despite the restrictions of the real brake actuator. Since precise and robust information about the not directly measured vehicle states is required for a high performance anti-lock control design, a switched nonlinear observer is introduced, whose observer coefficients can be selected through the switching signals depending on the driving situation. The performance and robustness of the proposed control concept are demonstrated by means of experimental results on a test vehicle.