Fahrzeug Systemdynamik und Regelungstechnik für Straßenfahrzeuge

Automatisiertes Fahren und Elektromobilität sind zwei Schlüsseltechnologien für die Zukunft des Straßenverkehrs. Das Institut entwickelt vielfältige innovative Ansätze für mechatronische X-by-Wire-Fahrwerke, die auf die gleichzeitige Verbesserung von Energieeffizienz, Fahrsicherheit und Komfort abzielen. Hier finden Sie die aktuellen Straßenverkehrsprojekte der Abteilung Fahrzeug Systemdynamik und Regelungstechnik

AI For Mobility (AFM)

Dieses Projekt wurde mit dem Ziel ins Leben gerufen, ein Serienfahrzeug so zu modifizieren und auszustatten, dass es als Testplattform für neuartige Steuerungssystemfunktionen genutzt werden kann. Um einen automatisierten Betrieb zu ermöglichen, wurde ein Drive-by-Wire-Kit in das Fahrzeug eingebaut. Er ermöglicht es, definierte und reproduzierbare Manöver zu fahren und so die implementierten KI-basierten Steuerungsalgorithmen systematisch zu analysieren. Darüber hinaus nutzt der AFM die Vorteile einer semi-aktiven Federungstechnologie, was es zu einer geeigneten Testplattform für Anwendungen der Vertikaldynamiksteuerung macht.

AFM-Experimente an einem Vertikaldynamik-Prüfstand für KI-basierte Steuerungsalgorithmen

Die semiaktive Aufhängung der Testplattform AI For Mobility (AFM) ermöglicht die Echtzeitkontrolle der vertikalen Dynamik des Fahrzeugs. Dies ermöglicht die Anpassung an unterschiedliche Fahrbahnanregungen und kritische Fahrsituationen und optimiert sowohl die Fahrsicherheit als auch den Fahrkomfort. Um einen KI-basierten Dämpferregler zu entwerfen, ist ein originalgetreues Modell der Vertikaldynamik erforderlich. Es kann sowohl für den modellbasierten Reglerentwurf als auch für lernende (KI-)Steuerungsmethoden verwendet werden.

KIFAHR: KI-basierte Vertikaldynamik-Steuerung

Im Automobilbereich besteht das Ziel der Vertikaldynamik-Konstruktion darin, die Fahrwerksaufhängung des Fahrzeugs so zu optimieren, dass bestimmte Ziele wie Fahrkomfort und Fahrzeugstabilität erreicht werden. Das Hauptziel ist die gleichzeitige Maximierung des Fahrkomforts für die Fahrzeuginsassen und der Straßenhaftung der Reifen. Um einen höheren Automatisierungsgrad beim Reglerentwurf zu erreichen, sind neuartige Regelungsansätze erforderlich. Dabei sollten verschiedene Einflussfaktoren wie variable Lasten, unterschiedliche Fahrbahnoberflächen, Reifentypen, Reifendrücke und Wetterbedingungen berücksichtigt werden.

eFMI: Funktionale Mock-up-Schnittstelle für eingebettete Systeme

Der eFMI Standard (Functional Mock-Up Interface für eingebettete Systeme) ermöglicht einen standardisierten Arbeitsablauf für die Anwendung von physikalischen Modellen, wie Modelica-Modellen, in Algorithmen auf eingebetteter Hardware. Ein typisches Beispiel ist der Entwurf von modellbasierten Reglern, wie z.B. einem Regler mit inverser nonlinearer Dynamic im feedforward Pfad.

AICloud: Entwicklung eines KI-basierten virtuellen Sensors mit Hilfe einer Cloud Computing-Plattform

Im Rahmen des AICloud-Projekts forscht das Institut zusammen mit der EFS TechHub GmbH an innovativen KI-basierten Sensor-Algorithmen unter Verwendung einer Cloud-Plattform. Ziel des Projekts ist die Implementierung einer Cloud-Umgebung, die als  SDK/AICloud bezeichnet wird, in der die Datenverarbeitung und das rechenintensive Training künstlicher neuronaler Netze durchgeführt werden können.

VSDC – Vehicle System Dynamics

Der Blog vsdc.de der Abteilung für Fahrzeug Systemdynamik und Regelungstechnik bietet einen spannenden Einblick in die neuesten Forschungsthemen. Neben den Beiträgen zur Forschung an modell- und KI-basierten Regelungssystemen für das DLR Forschungsfahrzeug AI For Mobility (AFM), gibt es in einer Zeitreise die Entwicklung des DLR ROboMObils der letzten zehn Jahre, sowie eine Übersicht über die neusten wissenschaftlichen Veröffentlichungen zu entdecken.

Bewegungsplanung

Die oberste Schicht der skalierbaren Fahrdynamikregelungsarchitektur bildet eine generische Anwendungsschicht, welche interaktives Fahren, Fernsteuerung des Fahrzeugs und semi- oder voll autonomes Fahren beinhaltet. Für Letzteres wird die Bewegungsplanung als Komponente benötigt. Auf diesem Gebiet umfassen die Forschungsaktivitäten hauptsächlich bildbasierte Regelung und Agenten mit künstlicher Intelligenz (artificial intelligence agents), online Bahnplanung, Pfadfolgeregelung und kooperative Fahrzeugfolgeregelung.

Fahrdynamikregelung

Die integrierte Fahrwerksregelung überaktuierter X-by-Wire-Architekturen (wie beim ROboMObil), bei der Lenkwinkel, Antriebs- und Bremsmoment jedes Rades individuell vorgegeben werden können, ist ein zentrales Forschungsthema am Institut. Diese Architekturen bieten einzigartige Möglichkeiten wie die Erhöhung der Manövrierbarkeit, eine Verbesserung der Stabilität und optimierte Energieeffizienz.

Aktuatorregelung

Die unterste Schicht der skalierbaren Architektur der Fahrdynamikregelung bezieht sich auf die Aktuatoren. Sie umfasst die physikalische Ausführung der Steuerbefehle der übergeordneten Bewegungsschicht. Die Forschungsaktivitäten des Instituts haben sich auf Echtzeitmodellierung und Codegenerierung mithilfe von Modelica und des Functional Mockup Interface (FMI)- Standards im Rahmen von mehreren Kooperationsforschungsprojekten zusammen mit Industriepartnern (hauptsächlich Robert Bosch GmbH) konzentriert.

ROboMObil

Das ROMO ist ein einzigartiges Forschungsfahrzeug des DLR. Es dient als Technologie-Demonstrator und Forschungsplattform für Raumfahrt- und Verkehrs-Projekte rund um die Themen autonomes Fahren, Fahrdynamik, Steuerungstechnik sowie künstliche Intelligenz. Das erste robotische Elektrofahrzeug weltweit kann sich um die eigene Achse drehen, sich seitwärts und schräg fortbewegen. Möglich machen das sogenannte Radroboter mit 10 Elektromotoren.

Kontakt

Dr. Jonathan Brembeck

Abteilungsleiter
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Institut für Fahrzeugkonzepte
Fahrzeug Systemdynamik und Regelungstechnik
Münchener Straße 20, 82234 Oberpfaffenhofen-Wessling