Robust two-degrees of freedom linear quadratic gaussian position control for the front axle actuator of a steer-by-wire system
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Date
2023-02-17
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Abstract
The Steer-by-Wire (SbW) system is a key technology for highly automated driving. For automated lateral vehicle guidance, the precise position control of the SbW Front Axle Actuator is an essential prerequisite. This contribution presents the modeling, control design, nominal performance, and stability analysis as well as the robustness analysis of the position control for the SbW Front Axle Actuator. Based on a nonlinear model of the plant a simplified linear system model is derived. This model yields the basis for the design of a Two-Degrees of Freedom Linear Quadratic Gaussian Control (2DOF LQG control), which allows an independent design of the command and the disturbance response. Besides an evaluation of the nominal control behavior, μ-analysis is applied to assess the robustness of performance and stability. Finally, real vehicle tests for different driving maneuvers are presented to verify simulation results.
Die Steer-by-Wire (SbW) Lenkung ist eine Schlüsseltechnologie für hochautomatisiertes Fahren. Für die automatisierte Fahrzeugquerführung ist dabei eine präzise Positionsregelung des SbW Vorderachsaktuators wesentliche Voraussetzung. Dieser Beitrag beschreibt die Modellbildung, Reglersynthese, Analyse der nominalen Regelgüte und Stabilität sowie die Robustheitsanalyse einer Positionsregelung für den SbW Vorderachsaktuator. Ausgehend von einem nichtlinearen Modell der Regelstrecke wird ein vereinfachtes lineares Systemmodell entwickelt. Dieses bildet die Grundlage für den Entwurf einer Zwei-Freiheitsgrade Linear Quadratisch Gaußschen Positionsregelung (2DOF LQG Regelung), welche es ermöglicht, das Führungs- und das Störverhalten unabhängig voneinander einzustellen. Neben der Evaluation der nominalen Regelgüte erfolgt eine μ-Analyse, um die Robustheit der Regelgüte und Stabilität zu bewerten. Abschließend werden reale Fahrversuche mit verschiedenen Fahrmanövern vorgestellt, um die Ergebnisse aus der Simulation zu verifizieren.
Die Steer-by-Wire (SbW) Lenkung ist eine Schlüsseltechnologie für hochautomatisiertes Fahren. Für die automatisierte Fahrzeugquerführung ist dabei eine präzise Positionsregelung des SbW Vorderachsaktuators wesentliche Voraussetzung. Dieser Beitrag beschreibt die Modellbildung, Reglersynthese, Analyse der nominalen Regelgüte und Stabilität sowie die Robustheitsanalyse einer Positionsregelung für den SbW Vorderachsaktuator. Ausgehend von einem nichtlinearen Modell der Regelstrecke wird ein vereinfachtes lineares Systemmodell entwickelt. Dieses bildet die Grundlage für den Entwurf einer Zwei-Freiheitsgrade Linear Quadratisch Gaußschen Positionsregelung (2DOF LQG Regelung), welche es ermöglicht, das Führungs- und das Störverhalten unabhängig voneinander einzustellen. Neben der Evaluation der nominalen Regelgüte erfolgt eine μ-Analyse, um die Robustheit der Regelgüte und Stabilität zu bewerten. Abschließend werden reale Fahrversuche mit verschiedenen Fahrmanövern vorgestellt, um die Ergebnisse aus der Simulation zu verifizieren.