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TU Berlin

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Nichtlineare Regelungstrategien im automobilen Antriebsstrang

Die steigende Leistungsfähigkeit von Getriebesteuergeräten und die verfügbare Menge an Ressourcen lassen unter Umständen die Implementierung anspruchsvoller nichtlinearer Regelungsstrategien zu.

"Läßt sich durch den Einsatz dieser Methoden eine signifikate Verbesserung des gesamten Getriebeverhaltens erreichen?"

Das ist die Frage, die im Rahmen dieses Forschungsprojektes beantwortet werden soll.

Zu diesem Zweck soll der Prüfling (bspw. automatisiertes Schaltgetriebe, Doppelkupplunsggetriebe) mit dem zugehörigen Anfahrelement zu erst modelliert werden und dann eine analytische Auslegung der Regler erfolgen. Diese Vorgehensweise soll eine Vorabvalidierung ermöglichen und Anhaltspunkte dafür geben, welche Verfahren im nächsten Schritt auf einem Rapid-prototyping-Steuergerät implementiert werden sollen.
Im Anschluss an die Implementierung werden die Regler am realen Prüfling getestet, der zu diesem Zweck am fachgebietseigenen Prüfplatz betrieben wird.

Untersuchungen zum Stabilitätsverhalten, zur Regelgüte, zur Störgrößenunterdrückung und zur Robustheit sollen eine verlässliche Entscheidungsgrundlage für den Einsatz moderner nichtlinearer Regelungsstrategien liefern. 

Nach der Prüfstandsphase wird das Konzept am realen Fahrzeug verifiziert.

Mögliche Regelungsstrategien

Für die Regelung des Kupplungs- und des Gangstellersystems sollen mehrere nichtlineare Regelungsstrategien untersucht und verglichen
werden:

Flachheitsbasierte Ansatz

Differentiell flache Systeme besitzen eine Reihe von interessanten Eigenschaften, die besonders für die Regelung von nichtlinearen Systemen von Vorteil sind. Ist es möglich für ein nichtlineares System einen flachen Ausgang anzugeben, so kann das System nicht nur einfach geregelt werden, sondern es ist darüber hinaus möglich die Systembewegung unter Berücksichtigung der Systembeschränkungen zu planen.

Sliding-mode-Regelung

Bei der Sliding-mode-Regelung werden in die Rückführstruktur des Regelkreises gezielt nichtlineare Funktionen integriert, zwischen denen dann zustandsabhängig umgeschaltet wird. Wo diese Umschaltung der Rückführungsstruktur vorgenommen wird, wird an Hand einer Schaltoberfläche S(x) entschieden. Eine der entscheidenden Merkmale dieser Schaltfunktion ist die Tatsache, dass die Trajektorien der Rückführteilsysteme in Richtung der Schaltoberfläche S(x) zeigen. Erreicht das System die Schaltoberfläche und ist ein unendlich schnelles Umschalten zwischen den Systemzuständen möglich, dann bewegt sich das System auf der Schaltoberfläche in die Ruhelage.
Ein unendlich schnelles Umschalten der Rückführungsstruktur ist in der Realität nicht möglich, so dass die Bewegung in der Umgebung der Schaltoberfläche durch ein so genanntes „chattering"-Verhalten geprägt ist. Dieses Verhalten belastet die Stellaktuatorik stark, könnte aber bei der Regelung von elektro-hydraulischen Stellgliedern, wie sie in Getriebesystemen häufig eingesetzt werden, eventuell einen sanfteren Übergang zwischen Haft- und Gleitzustand ermöglichen.
 
Gain-scheduling

Gain-sheduling wird seit den 1960-ziger Jahren erfolgreich für die Regelung von Flugzeugen und Raketen eingesetzt und basiert auf einer Einteilung des Zustandsraums in Teilbereiche, in denen sich das Systemverhalten durch lineare Funktionen approximieren lässt. Für diese Teilbereiche werden lineare Regler mit den klassischen Reglerentwurfs- und Syntheseverfahren entworfen. Anders als bei der Strukturvariablen und bei der Sliding-Mode-Regelung erfolgt keine „harte" Umschaltung der Reglerstruktur, vielmehr wird durch eine möglichst glatte Funktion ein stetiger Übergang zwischen den Teilreglern erreicht.

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