Kraftfahrzeugführung: Modelle, Simulation, Regelung ; mit 34 Tabellen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Hanser
2008
|
| Schriftenreihe: | Fahrzeugtechnik
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Beschreibung für Leser Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. 344 - 352 |
| Beschreibung: | 359 S. Ill., graph. Darst. 23 cm |
| ISBN: | 9783446406711 |
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ULRICH KRAMER
KRAFTFAHRZEUG
FUEHRUNG MODELLE - SIMULATION - REGELUNG MIT 373 BILDERN UND 34 TABELLEN
HANSER
IMAGE 2
7
INHALTSVERZEICHNIS
EINFUEHRUNG 11
1.1 UEBERSICHT 11
1.2 REGLER-MENSCH-MODELLE 11
1.2.1 MANUELLE REGELUNG 11
1.2.2 MENSCHEN ALS REGLER 13
1.2.3 BESCHREIBUNGSFUNKTIONEN 14
1.2.4 SCHNITTFREQUENZMODELLE 16
1.2.5 OPTIMALTHEORETISCHE MODELLE 17
1.2.6 REGLER-MENSCH-MODELLE FUER DIE FAHRERMODELLIERUNG 18
1.2.7 KRITIK DES ANSATZES DER REGLER-MENSCH-MODELLE 19
1.3 DIMENSIONEN DER KRAFTFAHRZEUGFUEHRUNG 21
MODELLBILDUNGSMETHODEN 23
2.1 MODELLBASIERTER SYSTEMENTWURF 23
2.2 MODELLBILDUNG: BEISPIEL QUERDYNAMIK 24
2.2.1 EINFUEHRUNG 24
2.2.2 DISKRETISIERUNG 25
2.2.3 PROGRAMMIERUNG 27
2.2.3.1 TEXTUELLE PROGRAMMEINGABE 27 2.2.3.2 GRAPHISCHE PROGRAMM
EINGABE 31
2.2.4 SIMULATIONSEXPERIMENTE UND ERGEBNISDARSTELLUNG 38
2.2.4.1 ZEITKONTINUIERLICHES MODELL DER FAHRZEUG-QUERDYNAMIK 38
2.2.4.2 ZEITDISKRETES MODELL DER FAHRZEUG-QUERDYNAMIK 40
2.2.5 ANALYSE UND INTERPRETATION 42
2.2.5.1 STATIONAERES VERHALTEN 42
2.2.5.2 INSTATIONAERES VERHALTEN 44
2.2.5.3 INTERPRETATION IN BEZUG AUF DIE FAHRZEUGFUEHRUNG 47
2.3 GRAPHISCHE MODELLENTWICKLUNG 48
2.3.1 IKONISCHE MODELLIERUNG 49
2.3.2 SIGNALFLUSSMODELLIERUNG 52
2.3.3 ENERGIEFLUSSMODELLIERUNG 55
2.3.4 GRAPHISCHE ANALYSE VON ENERGIEFLUSSMODELLEN 56
2.3.5 MOEGLICHKEITEN UND GRENZEN GRAPHISCHER MODELLE 57
2.3.5.1 ABLAUF DER GRAPHISCHEN MODELLBILDUNG 57
2.3.5.2 VOR-UND NACHTEILE DER GRAPHISCHEN MODELLBILDUNG 58
2.3.5.3 MODELLBILDUNG MIT BONDGRAPHEN 60
LAENGSFUEHRUNG 63
3.1 MODELL DER LAENGSDYNAMIK 63
3.1.1 KOMPONENTEN DES ANTRIEBSSTRANGS 63
3.1.2 LAENGSDYNAMIKANFORDERUNGEN 65
3.1.3 STRATEGIEN BEI DER GESCHWINDIGKEITS WAHL 70
3.2 GESCHWINDIGKEITSANPASSUNG 71
3.2.1 KONSTANTHALTEN DER GESCHWINDIGKEIT.... 71 3.2.2 ANPASSUNG AN DIE
STRASSENNEIGUNG 73
3.2.3 ANPASSUNG AN DEN STRASSENVERLAUF 75
3.3 ABSTANDSHALTUNG 76
3.3.1 KINEMATIK DES FAHRZEUGFOLGE PROBLEMS 77
3.3.2 ABSTANDSHALTUNG DURCH LINEARE ZUSTANDSREGELUNG 77
3.3.3 LUENBERGER-BEOBACHTER FUER DIE ABSTANDSHALTUNG 79
3.3.4 KOLONNENFAHRT BEI LINEARER ZUSTANDSREGELUNG 81
3.3.5 MIKROSKOPISCHES FAHRZEUGFOLGE MODELL DER VERKEHRSTHEORIE 82
3.3.6 ABSTANDSHALTUNG MIT UNSCHARFEM REGLER (FUZZY CONTROL) 84
3.4 BREMSEN 87
3.4.1 KONTINUIERLICHES LINEARES BREMS MODELL 89
3.4.2 DISKONTINUIERLICHES NICHTLINEARES BREMSMODELL 89
3.4.3 MESSSTOERUNGEN 91
QUERFUEHRUNG 93
4.1 FAHRKINEMATIK 94
4.1.1 FAHRKINEMATISCHES FUNDAMENTAL SYSTEM 94
4.1.2 FAHRKINEMATIK ALS REGELSTRECKE 96
4.1.3 PROPORTIONALREGELUNG 97
4.1.4 LINEARISIERTE FAHRKINEMATIK 99
4.1.5 DYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN DER PROPORTIONALREGELUNG 101
4.2 FAHRDYNAMIK 102
4.2.1 FAHRDYNAMISCHES FUNDAMENTALSYSTEM. 102 4.2.2 LINEARISIERTE
FAHRDYNAMIK 103
4.2.2.1 LINEARE FAHRDYNAMIK OHNE VORAUSSCHAU 103
4.2.2.2 INTERPRETATION DER FAHRDYNAMIK OHNE VORAUSSCHAU 104
4.2.2.3 LINEARE FAHRDYNAMIK MIT VORAUSSCHAU 105
4.3 NICHTMODELLBASIERTE LINEARE REGELUNG 107
4.3.1 EINFACHER PID-REGLER 107
4.3.2 PID-REGLER MIT STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 108
4.3.3 PARAMETEREMPFINDLICHKEIT 108
4.4 MODELLBASIERTE LINEARE REGELUNG OHNE VORAUSSCHAU 110
4.4.1 ZUSTANDSGEREGELTE SPURHALTUNG MIT POLVORGABE 110
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
4.4.2 POLVORGABE FUER REGELUNGSNORMALFORM 112
4.4.3 FESTWERTREGELUNG MIT ZUSTANDSREGLER ... 113 4.4.4 ERWEITERTER
ZUSTANDSREGLER 114
4.4.5 OPTIMALER ZUSTANDSREGLER 116
4.4.6 KRUEMMUNGSSCHAETZUNG DURCH ZUSTANDSBEOBACHTER 117
4.4.7 OPTIMALER ZUSTANDSREGLER MIT ERWEITERTEM OPTIMALEM BEOBACHTER 119
4.5 MODELLBASIERTE LINEARE REGELUNG MIT VORAUSSCHAU 124
4.5.1 ERWEITERUNG DES FAHRDYNAMIKMODELLS FUER STOERBEOBACHTER 126
4.5.2 SIMULATIONSEXPERIMENTE 127
4.6 MODELLBASIERTE NICHTLINEARE REGELUNG 131
4.6.1 FOLGEREGELUNG MIT REDUZIERTEM FAHRKINEMATIK-MODELL 131
4.6.2 KOMPENSATIONSREGELUNG MIT FAHR KINEMATISCHEM FUNDAMENTALSYSTEM
134
4.6.3 FAHRKINEMATISCHE REGELUNG BEIM DOPPELTEN SPURWECHSEL 136
4.6.4 REGLER FUER FAHRKINEMATIK IN POLARKOORDINATEN 137
VEKTATION 140
5.1 EINFUEHRUNG 140
5.2 GESCHWINDIGKEITS-VEKTORFELDER 140
5.2.1 BILDUNG VON BEWEGUNGSINVARIANTEN 143
5.2.2 BEWEGUNGSINVARIANTEN IM GESCHWINDIGKEITSVEKTORFELD 145
5.2.3 ANALYSE VORGEGEBENER AUSWERTUNGS FENSTER 147
5.3 VISUELLE ORIENTIERUNG BEIM AUTOFAHREN 149
5.3.1 AUGENBEWEGUNGEN UND VISUELLE WAHRNEHMUNG 149
5.3.2 KRAFTFAHRZEUGFUEHRUNG UND AUGENBEWEGUNGEN 151
5.3.3 LANDS TANGENTENPUNKT 153
5.3.4 ERGEBNISSE AUS SIMULATOR EXPERIMENTEN 155
5.4 DYNAMIK DER BEWEGUNGSWAHRNEHMUNG 158
5.4.1 BEWEGUNGSEMPFINDEN 158
5.4.2 SENSORDYNAMIK BEI ROTATORISCHEN BEWEGUNGEN 160
5.4.2.1 AUFBAU DES SEMIZIRKULAEREN KANALS 160
5.4.2.2 DYNAMISCHE MODELLE DES SEMIZIRKULAEREN KANALS 160
5.4.2.3 FREQUENZGAENGE UND SPRUNGANTWORTEN 162
5.4.3 SENSORDYNAMIK BEI TRANSLATORISCHEN BEWEGUNGEN 163
5.4.3.1 AUFBAU DES OTOLITHISCHEN SYSTEMS 163
5.4.3.2 DYNAMISCHE MODELLE DES OTOLITHISCHEN SYSTEMS 165
5.4.3.3 FREQUENZGAENGE UND SPRUNGANTWORTEN 165
5.4.4 VERARBEITUNG DER SENSORSIGNALE 166
5.4.4.1 BESTIMMUNG DER VERTIKALEN 168
5.4.4.2 BESTIMMUNG VON VERSCHIEBUNG UND GESCHWINDIGKEIT 168
5.4.4.3 BEOBACHTERKONZEPTE ZUR RAUMORIENTIERUNG 169
5.5 MODELLIERUNG DES BEWEGUNGSEMPFINDENS 170
5.5.1 FAHRZEUG-REFERENZBEWEGUNG 170
5.5.1.1 VERLAUF DER TESTSTRECKE 172
5.5.1.2 SENSORISCHE ERFASSUNG DER REFERENZBEWEGUNG 172
5.5.1.3 ZEITVERLAEUFE DER BEWEGUNGS WAHRNEHMUNG 173
5.5.2 BEWEGUNGSEMPFINDEN BEI AUSGEWAEHLTEN FAHRMANOEVERN 174
5.5.3 AUSWIRKUNGEN VON WAHRNEHMUNGS DISSOZIATIONEN 177
5.5.3.1 BEOBACHTERMODELL FUER ERWEITERTE QUERDYNAMIK 177
5.5.3.2 NACHBILDUNG UNERFUELLTER ERWARTUNGEN 178
FAHRERASSISTENZSYSTEME 181
6.1 HINTERGRUND 181
6.2 GRUNDLAGEN 184
6.2.1 AKTIVE SICHERHEIT 184
6.2.2 FAHRERASSISTENZSYSTEME FUER DIE AKTIVE SICHERHEIT 187
6.2.3 ZUVERLAESSIGKEITSTECHNISCHE ANALYSE 189
6.2.3.1 ANALYSE MIT PETRI-NETZEN 189
6.2.3.2 KLASSIFIZIERUNG VON FAHRER UNTERSTUETZUNGSSYSTEMEN 190
6.2.3.3 ANALYSE VON WARNSYSTEMEN 192
6.3 STABILISIERUNGSASSISTENZ 193
6.3.1 VORBEMERKUNGEN ZUR STABILISIERUNG 193
6.3.2 LAENGSFUEHRUNGSASSISTENZ 195
6.3.2.1 ANTIBLOCKIERSYSTEM 195
6.3.2.2 ANTRIEBSSCHLUPFREGELUNG 200
6.3.3 QUERFUEHRUNGSASSISTENZ 204
6.3.3.1 FAHRDYNAMIKREGELUNG 204
6.3.3.2 SPURHALTUNGSREGELUNG 207
6.4 LENKUNGSASSISTENZ 211
6.4.1 NOTBREMSASSISTENT 211
6.4.2 STOP-AND-GO-ASSISTENT 213
6.4.3 FAHRGESCHWINDIGKEITSASSISTENT 214
6.4.4 SPURWECHSELASSISTENT 216
6.4.5 KOLLISIONSVERMEIDUNGSASSISTENT 219
6.4.6 PARKMANOEVERASSISTENT 220
6.5 ORGANISATIONSASSISTENZ 223
6.6 ANMERKUNGEN ZUR AUTOMATISIERUNG 225
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 229
7. 1 ANWENDUNGEN DER KRAFTFAHRZEUG FUEHRUNGSMODELLE 229
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
9
7.1.1 DESIGN-DRIVER-MODELLE 229
7.1.2 GROBMODELLIERUNG 231
7.1.3 PRAEZISIONSMODELLE 232
7.2 KRAFTFAHRZEUGFLIHRUNG UND KYBERNETIK 235
7.2.1 VISIONEN 235
7.2.2 URSPRUENGE DER KYBERNETIK 235
7.2.3 KYBERNETISCHE SYSTEMTHEORIE 237
7.2.4 KRAFTFAHRZEUGFLIHRUNG ALS KOMPLEXES SYSTEM 238
7.2.5 MODELLIERUNG KOMPLEXER SYSTEME 239
7.2.6 SKIZZIERUNG EINER THEORIE DER KRAFTFAHRZEUGFUEHRUNG 241
7.2.7 SCHLUSSFOLGERUNGEN 243
ANHANG A: MATHEMATISCHE HILFSMITTEL 245
A.L RECHENOPERATIONEN MIT VEKTOREN UND MATRIZEN 245
A.L.L VEKTOREN 245
A.1.2 MATRIZEN 246
A.L.3 EIGENWERTE QUADRATISCHER MATRIZEN 248
A.2 GEWOEHNLICHE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 249
A.2.1 LINEARE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 249
A.2.1.1 LOESUNG LINEARER DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 250
A.2.1.2 ANREGUNG MIT SPEZIELLEN EINGANGSFUNKTIONEN 251
A.2.1.3 EINGANGS-AUSGANGSDARSTELLUNG LINEARER SYSTEME... 252 A.2.1.4
REGULAERE ZUSTANDSTRANSFORMATIONEN 252
A.2.1.5 FUNKTIONALTRANS FORMATIONEN 253
A.2.2 NICHTLINEARE DIFFERENTIAL GLEICHUNGEN 255
A.3 PARTIELLE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 255
A.3.1 LOESUNG PARTIELLER DIFFERENTIAL GLEICHUNGEN 1. ORDNUNG 256
A.3.2 EIGENSCHAFTEN VON KURVENINTEGRALEN 256 A.3.3 INTERPRETATION DER
LOESUNGEN 257
ANHANG B: MODELLBILDUNG 258
B.L SKRIPTBEFEHLE 258
B.L.L MATLAB 258
B.1.2 SCILAB 262
B.1.3 SIDOPS+ (20-SIM) 262
B.2 STRUKTURBILDER 263
B.2.1 LINEARE ELEMENTE 263
B.2.2 UMFORMUNGSREGELN 265
B.3 BONDGRAPHEN 267
B.3.1 EIGENSCHAFTEN VON BONDGRAPHEN 267
B.3.1.1 DEFINITIONEN 267
B.3.1.2 KAUSALITAET VON BONDGRAPHEN.... 268 B.3.1.3 KNOTENSAETZE 270
B.3.1.4 VEREINFACHUNGSREGELN 271
B.3.2 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN ENERGIEUND SIGNALFLUSSDIAGRAMMEN 272
B.3.2.1 SIGNALFLUSSDARSTELLUNG DER BONDGRAPHENELEMENTE 272
B.3.2.2 BEISPIELE 274
B.3.3 BONDGRAPHEN DER EBENEN BEWEGUNGEN STARRER KOERPER 276
B.3.3.1 GEOMETRISCHER ANSATZ 276
B.3.3.2 MODELLIERUNG MIT VEKTORBONDS 277
ANHANG C: FAHRKINEMATISCHE GRUNDLAGEN 282
C.L RAEUMLICHE KINEMATIK 282
C.L.L LAGE UND ORIENTIERUNG 282
C. 1.2 GESCHWINDIGKEIT UND BESCHLEUNIGUNG 283
C.2 FAHRZEUG-REFERENZBEWEGUNGEN 284
C.2.1 ERZEUGENDENSYSTEM 284
C.2.2 GESCHWINDIGKEIT UND BESCHLEUNIGUNG IN BEWEGTEN KOORDINATEN 284
C.3 EBENE FAHRKINEMATIK 285
C. 3.1 ERZEUGENDENSYSTEM EBENER BAHNEN 285
C.3.2 EBENE KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 286 C.3.2.1 TRANSLATION 286
C.3.2.2 ROTATION 286
C.3.3 DIFFERENTIELLE TRANSFORMATION VORGEGEBENER KONTUREN 288
C.3.3.1 PARTIELLE ABLEITUNG NACH DEM KURVENPARAMETER R 288
C.3.3.2 PARTIELLE ABLEITUNG NACH DEM KURVENPARAMETER I 289
C.3.4 FUNDAMENTALSYSTEM DER EBENEN FAHRKINEMATIK 290
C.3.5 INTEGRATION DES FUNDAMENTALSYSTEMS 291
ANHANG D: HORIZONTALDYNAMIK DES KRAFTFAHRZEUGS 293
D.L ACKERMANN-MODELL 293
D.2 MODELLIERUNG DER EBENEN FAHRDYNAMIK 294
D.2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 294
D.2.2 NICHTLINEARES EINSPURMODELL 295
D.2.3 LINEARES EINSPURMODELL 296
D.3 EINFACHES MODELLBEISPIEL 298
D.3.1 MODELLE DER RADDYNAMIK 298
D.3.1.1 LAENGSDYNAMIK DES REIFENS 298
D.3.1.2 QUERDYNAMIK DES REIFENS 301
D.3.1.3 GESAMTMODELL DER REIFEN DYNAMIK 302
D.3.2 DYNAMIK DES FAHRZEUGAUFBAUS 302
D.3.3 GESAMTMODELL DES FAHRZEUGS 303
D.3.3.1 BONDGRAPHENMODELL 303
D.3.3.2 MODIFIZIERTES GESAMT MODELL 304
D.3.4 SIMULATIONSEXPERIMENTE 305
D.4 MODELLBILDUNG MIT VEKTORBONDGRAPHEN 308
D.4.1 EINSPURMODELL 308
D.4.2 ZWEISPURMODELL 312
IMAGE 5
10
INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG E: REGELUNGSSYSTEME 314
E.L DARSTELLUNGEN IM ZEIT- UND FREQUENZBEREICH... 314 E.1.1 SIGNALE 314
E.L.1.1 DEFINITIONEN 314
E. 1.1.2 LAPLACE- UND FOURIERTRANSFORMATION 315
E.L.1.3 SIGNALOPERATIONEN 315
E.1.2 LINEARE UEBERTRAGUNGSSYSTEME 316
E.L .2.1 LINEARITAET 316
E.L.2.2 UEBERTRAGUNGSVERHALTEN IM ZEITBEREICH 317
E.L.2.3 UEBERTRAGUNGSVERHALTEN IM FREQUENZBEREICH 317
E.L.2.4 ZUSTANDSDARSTELLUNGEN 319
E. 1.2.5 STEUERBARKEIT UND BEOBACHTBARKEIT 321
E.2 STABILITAET DYNAMISCHER SYSTEME 322
E.2.1 ERSTE METHODE VON LJAPUNOV 322
E.2.1.1 KONZEPT DER STABILITAET LINEARER SYSTEME 322
E.2.1.2 KONZEPT DER STABILITAET NICHTLINEARER SYSTEME 322
E.2.1.3 METHODE DER LOKALEN LINEARISIERUNG 323
E.2.1.4 ERSTE METHODE FUER RUHELAGEN... 323 E.2.2 ZWEITE METHODE VON
LJAPUNOV 324
E.2.2.1 LJAPUNOV-FUNKTION 324
E.2.2.2 STABILITAETS-SAETZE 324
E.2.2.3 STABILITAET IM GROSSEN 324
E.2.2.4 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN ERSTER UND ZWEITER METHODE VON LJAPUNOV 325
E.2.3 STABILITAETSSAETZE FLLR LINEARE REGELUNGSSYSTEME 325
E.2.3.1 HURWITZ-POLYNOME 325
E.2.3.2 STABILITAETSSAETZE VON CREMER-LEONHARD-MICHAILOV... 326 E.2.3.3
NYQUIST-KRITERIUM 326
E.3 LINEARE REGLER 327
E.3.1 NICHTMODELLBASIERTE REGLER 327
E.3.1.1 PID-REGLER 327
E.3.1.2 EINSTELLREGELN 328
E.3.2 MODELLBASIERTE REGLER 328
E.3.2.1 ENTWURF FUER NICHTPARAMETRISCHE STRECKENMODELLE 329
E.3.2.2 ENTWURF FUER PARAMETRISCHE STRECKENMODELLE 329
E.4 ZUSTANDSREGLER UND ZUSTANDSBEOBACHTER 330 E.4.1 ZUSTANDSREGLER 330
E.4.1.1 EINFACHER ZUSTANDSREGLER MIT POLVORGABE 330
E.4.1.2 ZUSTANDSREGLER FUER FESTWERTREGELUNG 332
E.4.1.3 ERWEITERTER ZUSTANDSREGLER 332 E.4.2 ZUSTANDSBEOBACHTER 334
E.4.2.1 LUENBERGER-BEOBACHTER 334
E.4.2.2 STOERBEOBACHTER 336
E.4.2.3 ZUSTANDSREGLER MIT BEOBACHTER 336
E.4.3 WEITERFUHRENDE KONZEPTE DER ZUSTANDSREGELUNG 337
E.4.3.1 RICCATI-ZUSTANDSREGLER 338
E.4.3.2 KAIMAN-BEOBACHTER 338
E.4.3.3 BUTTERWORTH-KONFIGURATION 339 E.5 NICHTLINEARE REGLER 339
E.5.1 NICHTMODELLBASIERTE REGLER: FUZZY-REGLER 339
E.5.2 MODELLBASIERTE REGLER 341
E.5.2.1 EINGANGS-ZUSTANDSLINEARISIERUNG 341
E.5.2.2 EINGANGS-AUSGANGSLINEARISIERUNG 342
LITERATUR 344
SACHWORTVERZEICHNIS 353
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| adam_txt |
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ULRICH KRAMER
KRAFTFAHRZEUG
FUEHRUNG MODELLE - SIMULATION - REGELUNG MIT 373 BILDERN UND 34 TABELLEN
HANSER
IMAGE 2
7
INHALTSVERZEICHNIS
EINFUEHRUNG 11
1.1 UEBERSICHT 11
1.2 REGLER-MENSCH-MODELLE 11
1.2.1 MANUELLE REGELUNG 11
1.2.2 MENSCHEN ALS REGLER 13
1.2.3 BESCHREIBUNGSFUNKTIONEN 14
1.2.4 SCHNITTFREQUENZMODELLE 16
1.2.5 OPTIMALTHEORETISCHE MODELLE 17
1.2.6 REGLER-MENSCH-MODELLE FUER DIE FAHRERMODELLIERUNG 18
1.2.7 KRITIK DES ANSATZES DER REGLER-MENSCH-MODELLE 19
1.3 DIMENSIONEN DER KRAFTFAHRZEUGFUEHRUNG 21
MODELLBILDUNGSMETHODEN 23
2.1 MODELLBASIERTER SYSTEMENTWURF 23
2.2 MODELLBILDUNG: BEISPIEL QUERDYNAMIK 24
2.2.1 EINFUEHRUNG 24
2.2.2 DISKRETISIERUNG 25
2.2.3 PROGRAMMIERUNG 27
2.2.3.1 TEXTUELLE PROGRAMMEINGABE 27 2.2.3.2 GRAPHISCHE PROGRAMM
EINGABE 31
2.2.4 SIMULATIONSEXPERIMENTE UND ERGEBNISDARSTELLUNG 38
2.2.4.1 ZEITKONTINUIERLICHES MODELL DER FAHRZEUG-QUERDYNAMIK 38
2.2.4.2 ZEITDISKRETES MODELL DER FAHRZEUG-QUERDYNAMIK 40
2.2.5 ANALYSE UND INTERPRETATION 42
2.2.5.1 STATIONAERES VERHALTEN 42
2.2.5.2 INSTATIONAERES VERHALTEN 44
2.2.5.3 INTERPRETATION IN BEZUG AUF DIE FAHRZEUGFUEHRUNG 47
2.3 GRAPHISCHE MODELLENTWICKLUNG 48
2.3.1 IKONISCHE MODELLIERUNG 49
2.3.2 SIGNALFLUSSMODELLIERUNG 52
2.3.3 ENERGIEFLUSSMODELLIERUNG 55
2.3.4 GRAPHISCHE ANALYSE VON ENERGIEFLUSSMODELLEN 56
2.3.5 MOEGLICHKEITEN UND GRENZEN GRAPHISCHER MODELLE 57
2.3.5.1 ABLAUF DER GRAPHISCHEN MODELLBILDUNG 57
2.3.5.2 VOR-UND NACHTEILE DER GRAPHISCHEN MODELLBILDUNG 58
2.3.5.3 MODELLBILDUNG MIT BONDGRAPHEN 60
LAENGSFUEHRUNG 63
3.1 MODELL DER LAENGSDYNAMIK 63
3.1.1 KOMPONENTEN DES ANTRIEBSSTRANGS 63
3.1.2 LAENGSDYNAMIKANFORDERUNGEN 65
3.1.3 STRATEGIEN BEI DER GESCHWINDIGKEITS WAHL 70
3.2 GESCHWINDIGKEITSANPASSUNG 71
3.2.1 KONSTANTHALTEN DER GESCHWINDIGKEIT. 71 3.2.2 ANPASSUNG AN DIE
STRASSENNEIGUNG 73
3.2.3 ANPASSUNG AN DEN STRASSENVERLAUF 75
3.3 ABSTANDSHALTUNG 76
3.3.1 KINEMATIK DES FAHRZEUGFOLGE PROBLEMS 77
3.3.2 ABSTANDSHALTUNG DURCH LINEARE ZUSTANDSREGELUNG 77
3.3.3 LUENBERGER-BEOBACHTER FUER DIE ABSTANDSHALTUNG 79
3.3.4 KOLONNENFAHRT BEI LINEARER ZUSTANDSREGELUNG 81
3.3.5 MIKROSKOPISCHES FAHRZEUGFOLGE MODELL DER VERKEHRSTHEORIE 82
3.3.6 ABSTANDSHALTUNG MIT UNSCHARFEM REGLER (FUZZY CONTROL) 84
3.4 BREMSEN 87
3.4.1 KONTINUIERLICHES LINEARES BREMS MODELL 89
3.4.2 DISKONTINUIERLICHES NICHTLINEARES BREMSMODELL 89
3.4.3 MESSSTOERUNGEN 91
QUERFUEHRUNG 93
4.1 FAHRKINEMATIK 94
4.1.1 FAHRKINEMATISCHES FUNDAMENTAL SYSTEM 94
4.1.2 FAHRKINEMATIK ALS REGELSTRECKE 96
4.1.3 PROPORTIONALREGELUNG 97
4.1.4 LINEARISIERTE FAHRKINEMATIK 99
4.1.5 DYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN DER PROPORTIONALREGELUNG 101
4.2 FAHRDYNAMIK 102
4.2.1 FAHRDYNAMISCHES FUNDAMENTALSYSTEM. 102 4.2.2 LINEARISIERTE
FAHRDYNAMIK 103
4.2.2.1 LINEARE FAHRDYNAMIK OHNE VORAUSSCHAU 103
4.2.2.2 INTERPRETATION DER FAHRDYNAMIK OHNE VORAUSSCHAU 104
4.2.2.3 LINEARE FAHRDYNAMIK MIT VORAUSSCHAU 105
4.3 NICHTMODELLBASIERTE LINEARE REGELUNG 107
4.3.1 EINFACHER PID-REGLER 107
4.3.2 PID-REGLER MIT STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 108
4.3.3 PARAMETEREMPFINDLICHKEIT 108
4.4 MODELLBASIERTE LINEARE REGELUNG OHNE VORAUSSCHAU 110
4.4.1 ZUSTANDSGEREGELTE SPURHALTUNG MIT POLVORGABE 110
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
4.4.2 POLVORGABE FUER REGELUNGSNORMALFORM 112
4.4.3 FESTWERTREGELUNG MIT ZUSTANDSREGLER . 113 4.4.4 ERWEITERTER
ZUSTANDSREGLER 114
4.4.5 OPTIMALER ZUSTANDSREGLER 116
4.4.6 KRUEMMUNGSSCHAETZUNG DURCH ZUSTANDSBEOBACHTER 117
4.4.7 OPTIMALER ZUSTANDSREGLER MIT ERWEITERTEM OPTIMALEM BEOBACHTER 119
4.5 MODELLBASIERTE LINEARE REGELUNG MIT VORAUSSCHAU 124
4.5.1 ERWEITERUNG DES FAHRDYNAMIKMODELLS FUER STOERBEOBACHTER 126
4.5.2 SIMULATIONSEXPERIMENTE 127
4.6 MODELLBASIERTE NICHTLINEARE REGELUNG 131
4.6.1 FOLGEREGELUNG MIT REDUZIERTEM FAHRKINEMATIK-MODELL 131
4.6.2 KOMPENSATIONSREGELUNG MIT FAHR KINEMATISCHEM FUNDAMENTALSYSTEM
134
4.6.3 FAHRKINEMATISCHE REGELUNG BEIM DOPPELTEN SPURWECHSEL 136
4.6.4 REGLER FUER FAHRKINEMATIK IN POLARKOORDINATEN 137
VEKTATION 140
5.1 EINFUEHRUNG 140
5.2 GESCHWINDIGKEITS-VEKTORFELDER 140
5.2.1 BILDUNG VON BEWEGUNGSINVARIANTEN 143
5.2.2 BEWEGUNGSINVARIANTEN IM GESCHWINDIGKEITSVEKTORFELD 145
5.2.3 ANALYSE VORGEGEBENER AUSWERTUNGS FENSTER 147
5.3 VISUELLE ORIENTIERUNG BEIM AUTOFAHREN 149
5.3.1 AUGENBEWEGUNGEN UND VISUELLE WAHRNEHMUNG 149
5.3.2 KRAFTFAHRZEUGFUEHRUNG UND AUGENBEWEGUNGEN 151
5.3.3 LANDS TANGENTENPUNKT 153
5.3.4 ERGEBNISSE AUS SIMULATOR EXPERIMENTEN 155
5.4 DYNAMIK DER BEWEGUNGSWAHRNEHMUNG 158
5.4.1 BEWEGUNGSEMPFINDEN 158
5.4.2 SENSORDYNAMIK BEI ROTATORISCHEN BEWEGUNGEN 160
5.4.2.1 AUFBAU DES SEMIZIRKULAEREN KANALS 160
5.4.2.2 DYNAMISCHE MODELLE DES SEMIZIRKULAEREN KANALS 160
5.4.2.3 FREQUENZGAENGE UND SPRUNGANTWORTEN 162
5.4.3 SENSORDYNAMIK BEI TRANSLATORISCHEN BEWEGUNGEN 163
5.4.3.1 AUFBAU DES OTOLITHISCHEN SYSTEMS 163
5.4.3.2 DYNAMISCHE MODELLE DES OTOLITHISCHEN SYSTEMS 165
5.4.3.3 FREQUENZGAENGE UND SPRUNGANTWORTEN 165
5.4.4 VERARBEITUNG DER SENSORSIGNALE 166
5.4.4.1 BESTIMMUNG DER VERTIKALEN 168
5.4.4.2 BESTIMMUNG VON VERSCHIEBUNG UND GESCHWINDIGKEIT 168
5.4.4.3 BEOBACHTERKONZEPTE ZUR RAUMORIENTIERUNG 169
5.5 MODELLIERUNG DES BEWEGUNGSEMPFINDENS 170
5.5.1 FAHRZEUG-REFERENZBEWEGUNG 170
5.5.1.1 VERLAUF DER TESTSTRECKE 172
5.5.1.2 SENSORISCHE ERFASSUNG DER REFERENZBEWEGUNG 172
5.5.1.3 ZEITVERLAEUFE DER BEWEGUNGS WAHRNEHMUNG 173
5.5.2 BEWEGUNGSEMPFINDEN BEI AUSGEWAEHLTEN FAHRMANOEVERN 174
5.5.3 AUSWIRKUNGEN VON WAHRNEHMUNGS DISSOZIATIONEN 177
5.5.3.1 BEOBACHTERMODELL FUER ERWEITERTE QUERDYNAMIK 177
5.5.3.2 NACHBILDUNG UNERFUELLTER ERWARTUNGEN 178
FAHRERASSISTENZSYSTEME 181
6.1 HINTERGRUND 181
6.2 GRUNDLAGEN 184
6.2.1 AKTIVE SICHERHEIT 184
6.2.2 FAHRERASSISTENZSYSTEME FUER DIE AKTIVE SICHERHEIT 187
6.2.3 ZUVERLAESSIGKEITSTECHNISCHE ANALYSE 189
6.2.3.1 ANALYSE MIT PETRI-NETZEN 189
6.2.3.2 KLASSIFIZIERUNG VON FAHRER UNTERSTUETZUNGSSYSTEMEN 190
6.2.3.3 ANALYSE VON WARNSYSTEMEN 192
6.3 STABILISIERUNGSASSISTENZ 193
6.3.1 VORBEMERKUNGEN ZUR STABILISIERUNG 193
6.3.2 LAENGSFUEHRUNGSASSISTENZ 195
6.3.2.1 ANTIBLOCKIERSYSTEM 195
6.3.2.2 ANTRIEBSSCHLUPFREGELUNG 200
6.3.3 QUERFUEHRUNGSASSISTENZ 204
6.3.3.1 FAHRDYNAMIKREGELUNG 204
6.3.3.2 SPURHALTUNGSREGELUNG 207
6.4 LENKUNGSASSISTENZ 211
6.4.1 NOTBREMSASSISTENT 211
6.4.2 STOP-AND-GO-ASSISTENT 213
6.4.3 FAHRGESCHWINDIGKEITSASSISTENT 214
6.4.4 SPURWECHSELASSISTENT 216
6.4.5 KOLLISIONSVERMEIDUNGSASSISTENT 219
6.4.6 PARKMANOEVERASSISTENT 220
6.5 ORGANISATIONSASSISTENZ 223
6.6 ANMERKUNGEN ZUR AUTOMATISIERUNG 225
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 229
7. 1 ANWENDUNGEN DER KRAFTFAHRZEUG FUEHRUNGSMODELLE 229
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
9
7.1.1 DESIGN-DRIVER-MODELLE 229
7.1.2 GROBMODELLIERUNG 231
7.1.3 PRAEZISIONSMODELLE 232
7.2 KRAFTFAHRZEUGFLIHRUNG UND KYBERNETIK 235
7.2.1 VISIONEN 235
7.2.2 URSPRUENGE DER KYBERNETIK 235
7.2.3 KYBERNETISCHE SYSTEMTHEORIE 237
7.2.4 KRAFTFAHRZEUGFLIHRUNG ALS KOMPLEXES SYSTEM 238
7.2.5 MODELLIERUNG KOMPLEXER SYSTEME 239
7.2.6 SKIZZIERUNG EINER THEORIE DER KRAFTFAHRZEUGFUEHRUNG 241
7.2.7 SCHLUSSFOLGERUNGEN 243
ANHANG A: MATHEMATISCHE HILFSMITTEL 245
A.L RECHENOPERATIONEN MIT VEKTOREN UND MATRIZEN 245
A.L.L VEKTOREN 245
A.1.2 MATRIZEN 246
A.L.3 EIGENWERTE QUADRATISCHER MATRIZEN 248
A.2 GEWOEHNLICHE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 249
A.2.1 LINEARE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 249
A.2.1.1 LOESUNG LINEARER DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 250
A.2.1.2 ANREGUNG MIT SPEZIELLEN EINGANGSFUNKTIONEN 251
A.2.1.3 EINGANGS-AUSGANGSDARSTELLUNG LINEARER SYSTEME. 252 A.2.1.4
REGULAERE ZUSTANDSTRANSFORMATIONEN 252
A.2.1.5 FUNKTIONALTRANS FORMATIONEN 253
A.2.2 NICHTLINEARE DIFFERENTIAL GLEICHUNGEN 255
A.3 PARTIELLE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 255
A.3.1 LOESUNG PARTIELLER DIFFERENTIAL GLEICHUNGEN 1. ORDNUNG 256
A.3.2 EIGENSCHAFTEN VON KURVENINTEGRALEN 256 A.3.3 INTERPRETATION DER
LOESUNGEN 257
ANHANG B: MODELLBILDUNG 258
B.L SKRIPTBEFEHLE 258
B.L.L MATLAB 258
B.1.2 SCILAB 262
B.1.3 SIDOPS+ (20-SIM) 262
B.2 STRUKTURBILDER 263
B.2.1 LINEARE ELEMENTE 263
B.2.2 UMFORMUNGSREGELN 265
B.3 BONDGRAPHEN 267
B.3.1 EIGENSCHAFTEN VON BONDGRAPHEN 267
B.3.1.1 DEFINITIONEN 267
B.3.1.2 KAUSALITAET VON BONDGRAPHEN. 268 B.3.1.3 KNOTENSAETZE 270
B.3.1.4 VEREINFACHUNGSREGELN 271
B.3.2 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN ENERGIEUND SIGNALFLUSSDIAGRAMMEN 272
B.3.2.1 SIGNALFLUSSDARSTELLUNG DER BONDGRAPHENELEMENTE 272
B.3.2.2 BEISPIELE 274
B.3.3 BONDGRAPHEN DER EBENEN BEWEGUNGEN STARRER KOERPER 276
B.3.3.1 GEOMETRISCHER ANSATZ 276
B.3.3.2 MODELLIERUNG MIT VEKTORBONDS 277
ANHANG C: FAHRKINEMATISCHE GRUNDLAGEN 282
C.L RAEUMLICHE KINEMATIK 282
C.L.L LAGE UND ORIENTIERUNG 282
C. 1.2 GESCHWINDIGKEIT UND BESCHLEUNIGUNG 283
C.2 FAHRZEUG-REFERENZBEWEGUNGEN 284
C.2.1 ERZEUGENDENSYSTEM 284
C.2.2 GESCHWINDIGKEIT UND BESCHLEUNIGUNG IN BEWEGTEN KOORDINATEN 284
C.3 EBENE FAHRKINEMATIK 285
C. 3.1 ERZEUGENDENSYSTEM EBENER BAHNEN 285
C.3.2 EBENE KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 286 C.3.2.1 TRANSLATION 286
C.3.2.2 ROTATION 286
C.3.3 DIFFERENTIELLE TRANSFORMATION VORGEGEBENER KONTUREN 288
C.3.3.1 PARTIELLE ABLEITUNG NACH DEM KURVENPARAMETER R 288
C.3.3.2 PARTIELLE ABLEITUNG NACH DEM KURVENPARAMETER I 289
C.3.4 FUNDAMENTALSYSTEM DER EBENEN FAHRKINEMATIK 290
C.3.5 INTEGRATION DES FUNDAMENTALSYSTEMS 291
ANHANG D: HORIZONTALDYNAMIK DES KRAFTFAHRZEUGS 293
D.L ACKERMANN-MODELL 293
D.2 MODELLIERUNG DER EBENEN FAHRDYNAMIK 294
D.2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 294
D.2.2 NICHTLINEARES EINSPURMODELL 295
D.2.3 LINEARES EINSPURMODELL 296
D.3 EINFACHES MODELLBEISPIEL 298
D.3.1 MODELLE DER RADDYNAMIK 298
D.3.1.1 LAENGSDYNAMIK DES REIFENS 298
D.3.1.2 QUERDYNAMIK DES REIFENS 301
D.3.1.3 GESAMTMODELL DER REIFEN DYNAMIK 302
D.3.2 DYNAMIK DES FAHRZEUGAUFBAUS 302
D.3.3 GESAMTMODELL DES FAHRZEUGS 303
D.3.3.1 BONDGRAPHENMODELL 303
D.3.3.2 MODIFIZIERTES GESAMT MODELL 304
D.3.4 SIMULATIONSEXPERIMENTE 305
D.4 MODELLBILDUNG MIT VEKTORBONDGRAPHEN 308
D.4.1 EINSPURMODELL 308
D.4.2 ZWEISPURMODELL 312
IMAGE 5
10
INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG E: REGELUNGSSYSTEME 314
E.L DARSTELLUNGEN IM ZEIT- UND FREQUENZBEREICH. 314 E.1.1 SIGNALE 314
E.L.1.1 DEFINITIONEN 314
E. 1.1.2 LAPLACE- UND FOURIERTRANSFORMATION 315
E.L.1.3 SIGNALOPERATIONEN 315
E.1.2 LINEARE UEBERTRAGUNGSSYSTEME 316
E.L .2.1 LINEARITAET 316
E.L.2.2 UEBERTRAGUNGSVERHALTEN IM ZEITBEREICH 317
E.L.2.3 UEBERTRAGUNGSVERHALTEN IM FREQUENZBEREICH 317
E.L.2.4 ZUSTANDSDARSTELLUNGEN 319
E. 1.2.5 STEUERBARKEIT UND BEOBACHTBARKEIT 321
E.2 STABILITAET DYNAMISCHER SYSTEME 322
E.2.1 ERSTE METHODE VON LJAPUNOV 322
E.2.1.1 KONZEPT DER STABILITAET LINEARER SYSTEME 322
E.2.1.2 KONZEPT DER STABILITAET NICHTLINEARER SYSTEME 322
E.2.1.3 METHODE DER LOKALEN LINEARISIERUNG 323
E.2.1.4 ERSTE METHODE FUER RUHELAGEN. 323 E.2.2 ZWEITE METHODE VON
LJAPUNOV 324
E.2.2.1 LJAPUNOV-FUNKTION 324
E.2.2.2 STABILITAETS-SAETZE 324
E.2.2.3 STABILITAET IM GROSSEN 324
E.2.2.4 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN ERSTER UND ZWEITER METHODE VON LJAPUNOV 325
E.2.3 STABILITAETSSAETZE FLLR LINEARE REGELUNGSSYSTEME 325
E.2.3.1 HURWITZ-POLYNOME 325
E.2.3.2 STABILITAETSSAETZE VON CREMER-LEONHARD-MICHAILOV. 326 E.2.3.3
NYQUIST-KRITERIUM 326
E.3 LINEARE REGLER 327
E.3.1 NICHTMODELLBASIERTE REGLER 327
E.3.1.1 PID-REGLER 327
E.3.1.2 EINSTELLREGELN 328
E.3.2 MODELLBASIERTE REGLER 328
E.3.2.1 ENTWURF FUER NICHTPARAMETRISCHE STRECKENMODELLE 329
E.3.2.2 ENTWURF FUER PARAMETRISCHE STRECKENMODELLE 329
E.4 ZUSTANDSREGLER UND ZUSTANDSBEOBACHTER 330 E.4.1 ZUSTANDSREGLER 330
E.4.1.1 EINFACHER ZUSTANDSREGLER MIT POLVORGABE 330
E.4.1.2 ZUSTANDSREGLER FUER FESTWERTREGELUNG 332
E.4.1.3 ERWEITERTER ZUSTANDSREGLER 332 E.4.2 ZUSTANDSBEOBACHTER 334
E.4.2.1 LUENBERGER-BEOBACHTER 334
E.4.2.2 STOERBEOBACHTER 336
E.4.2.3 ZUSTANDSREGLER MIT BEOBACHTER 336
E.4.3 WEITERFUHRENDE KONZEPTE DER ZUSTANDSREGELUNG 337
E.4.3.1 RICCATI-ZUSTANDSREGLER 338
E.4.3.2 KAIMAN-BEOBACHTER 338
E.4.3.3 BUTTERWORTH-KONFIGURATION 339 E.5 NICHTLINEARE REGLER 339
E.5.1 NICHTMODELLBASIERTE REGLER: FUZZY-REGLER 339
E.5.2 MODELLBASIERTE REGLER 341
E.5.2.1 EINGANGS-ZUSTANDSLINEARISIERUNG 341
E.5.2.2 EINGANGS-AUSGANGSLINEARISIERUNG 342
LITERATUR 344
SACHWORTVERZEICHNIS 353 |
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