Beispiele mechatronischer Systeme

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9 Beispiele mechatronischer Systeme
Die in Bild 9.19 dargestellte konventionelle Regelungstopologie benötigt zahlreiche Parameter,
die von der Getriebeübersetzung und von verschiedenen Betriebspunkten des Motors abhängig
sind, so dass daraus ein erheblicher Parametrierungsaufwand resultiert. Um hohen Komfort
dennoch mit einem sportlichen Beschleunigungsvermögen zu verbinden, erfordert die
Applikation dieser Struktur zahlreiche zeitaufwendige Testfahrten zur Lösung jenes Zielkonflikts.
Aufgrund weiter steigender Anforderungen an das Fahrverhalten, kurzfristigen Änderungen
von Antriebsstrangkomponenten im Entwicklungsprozess sowie zunehmender Variantenvielfalt
stößt diese Art der Fahrverhaltensapplikation an ihre Grenzen. Hinzu kommen
stetig weitere Funktionen, um den Verbrauch und die Emissionen von Verbrennungsmotoren
zu senken und somit die gesetzlichen Vorgaben einzuhalten. Der Aufwand für die Parametrierung
von Regelungen im Steuergerät muss daher dauerhaft reduziert werden, damit bei
steigender Zahl von Funktionalitäten die Applikation beherrschbar bleibt. Modellbasierte Regelungsansätze
besitzen hierfür das notwendige Potential und helfen so, Zeit und Kosten zu
sparen [Sch10]. Zudem verlagern sie einen Teil der Arbeit vom Fahrzeug an den Schreibtisch,
wodurch Testzeiten reduziert werden können. Darüber hinaus bietet ein Beobachteransatz
(vgl. Abschnitt 8.3.2) die Möglichkeit, frühzeitig auf radseitige Größen zuzugreifen und in die
Regelungsstruktur einzubinden.
Bild 9.20 Schema der Antriebsstrangregelung auf Basis einer Zustandsschätzung mit prädiktiver
Kompensation der Totzeit
Eine mögliche Struktur für eine modellbasierte Regelung ist in Bild 9.20 gezeigt. Als Regelgröße
wird die Drehzahldifferenz zwischen Motor- und Raddrehzahl verwendet. Durch den Einsatz
eines Beobachters ist es möglich, die Totzeit zu kompensieren, indem die aktuelle Regelgröße
ausgehend vom letzten Messzeitpunkt unter Zuhilfenahme der Eingangsgröße prädiziert
wird. Der Beobachterabgleich findet dann statt, sobald die Messgrößen vorliegen. Diese dynamische
Simulation erlaubt die vollständige Kompensation der Totzeit und ermöglicht es,
prädiktiv auf den anliegenden Fahrerwunsch zu reagieren, womit der sehr parametrierungsaufwendige
Führungsformer (vgl. Bild 9.19) entfallen kann.
Für transiente Vorgänge liefert bereits ein P-Regler sehr gute Ergebnisse. Zur Umsetzung am
Serienfahrzeug sind allerdings verschiedene Modifikationen der Struktur sinnvoll. Zum einen
sollte bei Auftreten von größeren Abweichungen zwischen Mess- und Modellgrößen die Rückführung
des Beobachterfehlers über einen zusätzlichen D-Anteil im Regler mit entsprechendem
phasendrehenden Element in Erwägung gezogen werden. Zum anderen ist es aufgrund