Beim Entwurf eines Lenkreglers zur automatischen Spurführung wird das charakteristische Sättigungsverhalten der Seitenkraftkennlinien bei großen Schräglaufwinkeln im Streckenmodell berücksichtigt. Es zeigt sich, dass bei dem aus mathematischer Sicht optimalen modellprädiktiven Regler eine Vielzahl von Reglerparametern auf heuristischem Wege festgelegt werden muss. Daher wird hier, nach dem Prinzip der exakten Linearisierung, ein Rückführgesetz vorgeschlagen, dessen Leistungsfähigkeit dem modellprädiktiven Regler gleichkommt, das dabei aber nur einen Bruchteil der Rechenzeit und lediglich zwei Reglerparameter mit physikalisch anschaulicher Bedeutung benötigt. Die Position des fahrzeugfesten Spurführungs-Referenzpunktes hat erheblichen Einfluss auf das Stabilitätsverhalten im Grenzbereich. Dies kann durch mathematische Stabilitätsanalyse und anhand von Simulationen stabilitätskritischer Fahrmanöver demonstriert werden. Simulationsuntersuchungen mit einem Formelrennfahrzeug und Messfahrten mit einem X-by-wire Versuchsträger im Modellmaßstab, der am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart (IVK) aufgebaut wurde, belegen die Fähigkeit des hier vorgestellten Regelsystems zur hochpräzisen Spurführung im querdynamischen Grenzbereich. Dabei beträgt die maximale seitliche Abweichung von der Soll-Trajektorie nur wenige Prozent der Fahrzeugbreite.
The well known nonlinear shape of the vehicle's side force characteristics is considered to design a steering controller for automatic guidance. When applying nonlinear model predictive control, which should be the best possible controller from a mathematical point of view, it turns out that a large number of controller parameters has to be defined using heuristic methods. In this paper, however, exact linearization technique is used to determine a feedback law that matches the performance of the model predictive controller with a much lower amount of computing time and only two controller parameters. The position of the vehicle fixed reference point for automatic guidance significantly affects the stability properties of the control loop, which can be proven by means of mathematical stability analysis and simulation results concerning test maneuvers at the stability limit. The capability of performing precise automatic guidance at the lateral dynamics stability limit is shown by means of a race car simulation model and a 1 : 5 scaled x-by-wire experimental prototype. During these simulations and test runs, the maximum lateral deviation from the desired trajectory was within a few percent of the vehicle width.
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