Optimal vehicle dynamics control and state estimation for a low cost GNSS-based collision avoidance system

• Optimale Fahrdynamikregelung und Zustandsschätzung für ein Low-Cost GNSS-basiertes Kollisionsvermeidungssystem

Katriniok, Alexander; Abel, Dirk (Thesis advisor)

Als Ms. gedr.. - Düsseldorf : VDI-Verl. (2014)
Doktorarbeit

In: Fortschritt-Berichte VDI / Reihe 8, Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik 1230
Seite(n)/Artikel-Nr.: X, 198 S. : Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Kurzfassung

Der Kontext dieser wissenschaftlichen Arbeit ist die Erforschung und experimentelle Evaluierung eines auf einem Satellitennavigationssystem (GNSS, Global Navigation Satellite System) basierendem Kollisionsvermeidungssystem für Personenkraftwagen im Rahmen des öffentlich geförderten Forschungsprojekts Galileo above. Während die Kollisionsvermeidung eine Vielzahl an Forschungsthemen umfasst, fokussiert sich die vorliegende Dissertation dabei auf die Schwerpunkte der Navigation, Fahrzustandsschätzung und Fahrzeugführung im fahrdynamischen Grenzbereich. Ziel der wissenschaftlichen Arbeit ist dabei, autonome Ausweichmanöver auf Basis eines low-cost GNSS-Empfängers (absolute horizontale Positionsgenauigkeit von ca. 4 m) und Inertialsensorik darstellen zu können. In Vorarbeiten kommen dagegen meist hochgenaue, kostenintensive Navigationssysteme (absolute horizontale Positionsgenauigkeit im Bereich weniger Zentimeter) zum Einsatz. Zur Lösung der Navigationsaufgabe wird ein Ansatz präsentiert, der auf Basis von Relativpositionierung für Ausweichmanöver mit hohen Horizontalbeschleunigungen von mehr als 7 m/s^2 geeignet ist. Die Fahrzustandsschätzung ermittelt die Fahrzustände (insbesondere die longitudinale und laterale Schwerpunktgeschwindigkeit), die mit konventionellen Sensoren nicht direkt messbar jedoch zur Umsetzung des verwendeten Regelungskonzepts notwendig sind. Der entworfene Schätzer ist dabei so ausgelegt, dass sowohl die fahrdynamischen Größen im Grenzbereich adäquat ermittelt werden als auch eine Adaption an Unsicherheiten im Rad-Straße-Kontakt stattfinden kann. Zur autonomen Fahrzeugführung im Grenzbereich wird ein modellprädiktiver Regelungsansatz verfolgt, da zum einen die Ausweichbahn bzw. -trajektorie a prioi bekannt ist, zum anderen aber auch Aktorbeschränkungen und die Haftreibungsgrenze zwischen Rad und Straße explizit berücksichtigt werden sollen. Neben der Diskussion der methodischen Ansätze werden die erzielten experimentellen Ergebnisse vorgestellt und evaluiert.