Modellgestützte Verfahren zur Überwachung des Fahrzustands eines PKW:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
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| adam_text | Titel: Modellgestützte Verfahren zur Überwachung des Fahrzustands eines PKW
Autor: Würtenberger, Michael
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Michael Würtenberger, Unterhaching Modellgestützte Verfahren zur Überwachung des Fahrzustands eines PKW Reihe 12 : Verkehrstechnik/ Fahrzeugtechnik Nr. 314
V Inhalt Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Abkürzungen............... IX 1 Einführung...................................................... 1 2 Aspekte zur Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen................... 5 2.1 Literaturübersicht und Stand der Technik.......................... 5 2.2 Regelkreis Fahrer -Fahrzeug................................... 7 2.3 Beschreibung und Diskussion der Fahrversuche..................... 10 3 Modellbildung .................................................. 12 3.1 Theoretische Modellbildung zur Simulation......................... 12 3.1.1 Koordinatensysteme .................................. 13 3.1.2 Kinematik des Fahrzeugs .............................. 17 3.1.3 Fahrwerkmodell ..................................... 20 a) Beschreibung der Kraftübertragung .................... 21 b) Übersetzung von Rad zu Dämpfer und Feder............. 23 c) Beschreibung der Geometrieänderungen ................ 26 3.1.4 Lenkungsmodell ..................................... 27 3.1.5 Radmodell ......................................... 30 3.1.6 Reifenmodell ....................................... 32 a) Statisches Reifenverhalten .......................... 33 b) Dynamisches Reifenverhalten ........................ 39 3.1.7 Gravitationskräfte .................................... 41 3.1.8 Aerodynamik ....................................... 42 3.1.9 Zusammenfassen der Teilmodelle zum Simulationsmodell....... 44 3.2 Lineare Fahrzeugmodelle zur Überwachung und Identifikation........... 45 3.2.1 Einspurmodell....................................... 45 3.2.2 Zweispurmodell...................................... 49 a) Starres Radlastmodell.............................. 49 b) Dynamisches Radlastmodell ......................... 50 3.3 Nichtlineare Fahrzeugmodelle zur Überwachung und Identifikation ....... 52 3.3.1 Nichtlineares Einspurmodell............................. 53 3.3.2
Fahrzeughybridmodell................................. 54 3.3.3 Neuronales Fahrzeugmodell ............................ 58 3.4 Zusammenfassung.......................................... 60
VI 4 Identifikation und Modellvalidierung .................................. 61 4.1 Eingesetzte Verfahren zur Identifikation........................... 61 4.1.1 Parameterschätzung mittels der Least-Squares (LS) - Verfahren . . 62 4.1.2 Parameterschätzung durch Ausgangsfehleroptimierung......... 64 4.2 Identifikation von Teilmodellen.................................. 64 4.2.1 Identifikation des Wankmodells .......................... 65 4.2.2 Identifikation des Einspurmodells......................... 68 4.2.3 Identifikation des Fahrzeughybridmodells ................... 71 4.2.4 Identifikation des Fahrzeugmodells auf der Basis eines DMLP .... 73 4.3 Verifizierung des theoretischen Fahrzeugmodells zur Simulation ......... 75 4.3.1 Vergleich statischer / stationärer Kenngrößen................ 76 4.3.2 Vergleich des dynamischen Fahrverhaltens ................. 77 4.3.3 Vergleich von Kursfahrten .............................. 78 4.4 Zusammenfassung.......................................... 79 5 Sensorik - Sensorfusion........................................... 81 5.1 Sensorausstattung .......................................... 81 5.2 Redundanz - Sensorredundanz................................. 83 5.3 Sensorfusion .............................................. 85 5.3.1 Vorüberlegungen .................................... 86 5.3.2 Konzeption......................................... 87 5.3.3 Implementierung..................................... 89 a) Klassifikation des Fahrzustands....................... 89 b) Verfahren zur Korrektur der Sensorsignale............... 92 c) Berechnung der Übergrundgeschwindigkeit .............. 93 5.3.4 Ergebnisse......................................... 97 5.4 Zusammenfassung.......................................... 98 6 Überwachung von Komponenten am Beispiel des Reifendrucks............ 100 6.1 Theoretische Vorüberlegungen ................................ 101 6.2
Signalanalyse............................................. 107 6.2.1 Meßtechnik........................................ 107 6.2.2 Störquellen........................................ 108 6.2.3 Signalvorverarbeitung zu Störunterdrückung................ 111 6.2.4 Berechnung der virtuellen Übertragungsfunktion ............. 112 6.3 Merkmalgenerierung........................................ 113 6.4 Klassifikation der Merkmale durch ein Neuro-Fuzzy-Netz ............. 115 6.4.1 Struktur des Neuro-Fuzzy-Netzes........................ 116
VII 6.4.2 Ergebnisse der Klassifikation........................... 116 6.5 Zusammenfassung......................................... 120 7 Überwachung des querdynamischen Gesamtverhaltens.................. 121 7.1 Definition von querdynamisch kritischen Fahrzuständen .............. 121 7.2 Mathematische Formulierung eines kritischen Fahrzustands ........... 122 7.3 Konzept zur Überwachung des Fahrzustands...................... 124 7.4 Erkennung kritischer Fahrzustände durch modellbasierte Verfahren...... 124 7.4.1 Symptomgenerierung durch Parameterschätzung ............ 125 7.4.2 Symptomgewinnung durch Paritätsraumentwürfe ............ 133 a) Grundlagen des allgemeinen Paritätsraums ............. 134 b) Zeitdiskreter Paritätsraumentwurf..................... 135 c) Zeitkontinuierlicher Paritätsraumentwurf................ 137 d) Bilinearer Paritätsraumentwurf....................... 138 e) Experimentelle Ergebnisse ......................... 141 7.4.3 Symptomgenerierung durch das DMLP-Referenzmodell ....... 144 7.5 Zusammenfassung......................................... 147 8 Zusammenfassung............................................... 150 Anhang A Parametrisierung der Modelle...................................... 153 A.1 Schwerpunktlage und Massen der Testfahrzeuge................... 153 A.2 Trägheitsmomente des Aufbaus ............................... 153 A.3 Kenngrößen der Radaufhängung .............................. 155 A. 4 Reifenparametrisierung...................................... 156 B Grundlagen der Neuro-Fuzzy-Klassifikation ........................... 159 B. 1 Fuzzifizierung ............................................ 159 B.2 Prämissenauswertung ...................................... 160 B.3 Aktivierung, Aggregation und Defuzzifizierung ..................... 161 B.4 Netzwerktopologie ......................................... 161 B.4.1 Initialisierung der Gaußschen Aktivierungsfunktionen
......... 162 B.4.2 Extraktion der Wissensbasis ........................... 163 B.4.3 Optimierung der Wissensbasis ......................... 164
VIII C Beschreibung des Testfahrzeugs ................................... 165 C.1 Technische Daten ......................................... 165 C.2 Sensorik ................................................ 165 C.2.1 Kreiselplattform .................................... 165 C.2.2 Lenkradwinkel ..................................... 166 C.2.3 Aufbaubeschleunigungen ............................. 166 C.2.4 Federwege........................................ 166 C.2.5 Referenzgeschwindigkeit.............................. 166 C.2.6 Interne Fahrzeugmeßgrößen........................... 166 C.3 Datenverarbeitung ......................................... 167 C.3.1 Meßdatenaufnahme ................................. 167 C.3.2 Meßdatenweiterverarbeitung........................... 167 Literaturverzeichnis........................................ ies
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