Failure-Compensating Control Method for a Four-Wheel Independently Driven Articulated Vehicle

Bei Knicklenker-Fahrzeugen wird die Querdynamik des Fahrzeuges durch Verschwenken der beiden Fahrzeughälften zueinander beeinflusst. Hierzu kommt üblicherweise ein Lenkaktor zum Einsatz, der eine Kraft bzw. ein Drehmoment zwischen den beiden Fahrzeughälften erzeugt und so die Knickbewegung hervorruft.
Auf einen Lenkaktor kann verzichtet werden, wenn das Fahrzeug über vier einzeln angetriebene Räder verfügt. Eine geeignete Fahrdynamikregelung kann durch entsprechendes Verteilen der Antriebsmomente auf die einzelnen Räder sowohl die Geschwindigkeit als auch den Knickwinkel des lenkaktorlosen Fahrzeuges einstellen. ... mehrAufgrund hoher Sicherheitsanforderungen an Lenksysteme müssen diese auch dann funktionsfähig sein, wenn es zum Ausfall einer Aktorik-Komponente kommt. Aus diesem Grund besteht bei einem derartig angesteuerten Knicklenker die Anforderung an den Regelungsansatz, dass er auch bei plötzlichem Ausfall eines Antriebs eine sichere Fahrzeugführung ermöglicht. Zu dieser Fragestellung wurden im Rahmen des Projektes SmartLoad bei den Projektpartnern KIT-FAST und Schaeffler (SHARE am KIT) Untersuchungen durchgeführt.
In diesem Video werden Messfahrten eines allradangetriebenen lenkaktorlosen Knicklenker-Demonstratorfahrzeuges im Maßstab 1:5 dokumentiert. Es werden ein Referenzansatz sowie ein fehlerkompensierender Regelungsansatz untersucht und das jeweilige Verhalten des Fahrzeuges beim Vorliegen bzw. plötzlichen Auftreten eines Antriebsfehlers verglichen. Die Fahrzeugversuche zeigen, dass die fehlerkompensierende Regelungsmethode im Gegensatz zum Referenz-Ansatz die Regelungsziele auch dann erfüllt, wenn ein Antrieb ausgefallen ist.
Eine Beschreibung der verwendeten Regelungsansätze und eine tiefergehende Analyse ist unter folgender Quelle nachzulesen: https://doi.org/10.1109/ojits.2023.3252399.

In articulated vehicles, the lateral movement of the vehicle is influenced by pivoting the two sections of the vehicle. A steering actuator is usually used for this purpose that generates a force or a torque between the two sections of the vehicle and thus causes the articulation movement.
The steering actuator can be dispensed with if the vehicle has four individually driven wheels. A suitable vehicle dynamics control system can adjust both the speed and the articulation angle of the steering actuator-less vehicle by distributing the drive torques appropriately to the individual wheels. ... mehrDue to the high safety requirements for steering systems, they must be functional even if an actuator component fails. For this reason, there is a requirement for the control approach of the actuator-less vehicle to enable safe vehicle guidance even in the event of a sudden failure of an actuator. Investigations into this issue were carried out by the project partners KIT-FAST and Schaeffler (SHARE at KIT) as part of the SmartLoad project.
In this video, test drives of an all-wheel driven steering actuator-less articulated demonstrator vehicle on a scale of 1:5 are documented. A reference approach as well as a failure-compensating control approach are investigated and the respective behavior of the vehicle in the presence and sudden occurrence of a drive failure is compared. The vehicle tests show that, in contrast to the reference approach, the failure-compensating control method meets the control objectives even in the event of a drive failure.
A description of the control approaches used and a more detailed analysis of the results are available at https://doi.org/10.1109/ojits.2023.3252399.