Fachgebiet LRS

Autonomes Zweirad

Mit Hinblick auf die Entwicklung in der heutigen Mobilität entstehen neue Aspekte und Herausforderungen in der Modellierung und Regelung der Zweiradfahrzeuge. In diesem Sinne sind neue fortgeschrittene mathematische Modelle sowie entsprechende modelbasierte Regelungsmethoden in zweierlei Hinsicht interessant. Zum einen zur Entwicklung moderner Fahrerassistentsysteme für bestehende Fahrzeuge wie E-Bikes, Roller und Motorräder, und zum anderen für die Entwicklung neuartige Fahrzeuge für die Zukunft der Mobilität, insbesondere Elektromobilität (Siehe beispielsweise C1).

In unserem Projekt befassen wir uns mit verschiedenen Aspekten der Modellierung, Trajektorieplanung sowie Stabilisierung und Trajektoriefolgeregelung der Zweiradfahrzeuge sowohl von der theoretischen als auch von der praktischen Seite.

 

Modellierung der Zweiradfahrzeuge (im speziellen Fall des Fahrrads) ist im Allgemeinen herausfordernd, unter anderem aufgrund der nicht-holonomischen Beschränkungen. Es werden einerseits einfache und für die Regelung einsetzbare Modelle und andererseits genaue und umfassende Modelle benötigt. Im Meisten der verfügbarer Literatur werden lineare Modelle verwendet, die das Verhalten des Fahrzeugs nur in einem beschränkten Bereich des Zustandsraums, beispielsweise für konstante Geschwindigkeiten, abbilden. Ein Teil unseres Projekts beschäftigt sich daher mit der Herleitung eines umfassenden Models, das für Zwecke des Beobachter- bzw. Reglerentwurfs geeignet ist. Das Model wird in Port-Hamiltonischer Struktur gebildet, die sich für Entwurf passivitätsbasierter Beobachter und Regler eignet, die bekanntermaßen inhärente Robustheit aufweisen. Das Model ist durch gewöhnliche Differentialgleichungen dargestellt und beinhaltet die nicht-holonomischen Beschränkungen und kann ohne weiteres für Trajektorieplanung und Optimierung verwendet werden.

Im praktischen Teil des Projekts wird zunächst ein Fahrrad mit Sensorik, Aktuatorik und entsprechender Elektronik ausgerüstet. Elektromotoren werden für den Antrieb und Lenkung benutzt. Als ein weiterer Aktuator wird ein CMG eingesetzt, das direkte Drehmomente auf das Fahrradrahmen einbringen und somit das stehende Fahrrad stabilisieren kann. Dies geht natürlich einher mit Schwierigkeiten für die Regelung wie beispielsweise Eingangs- und Zustandsbeschränkungen.

 



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