DE102011104270A1 - Method for controlling driving dynamics of e.g. passenger car, involves evaluating stability of current dynamics state of vehicle, and performing stabilization measurement when evaluated stability is not sufficient - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrdynamikregelung eines Straßenfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, vorzugsweise eines Gespanns.The present invention relates to a method for driving dynamics control of a road vehicle, in particular a utility vehicle, preferably a team.
In der jüngsten Vergangenheit wurden Fahrzeugregelsysteme entwickelt, die fahrdynamisch instabile Zustände frühzeitig erkennen und durch gezielten Bremseingriff an einzelnen Rädern das Fahrzeug stabilisieren. Das Grundprinzip dabei ist das folgende in
Bei der praktischen Durchführung der Sollwerterzeugung werden unterschiedliche Wege bestritten. Aus dem Artikel „
Aus dem Artikel „
Gemeinsam an den o. g. Methoden ist, dass die Berechnung der Sollwerte mit Hilfe fest eingestellter Konstanten geschieht, die aus Fahrersuchen gewonnen werden. Bei Personenwagen ist diese Vorgehensweise gerechtfertigt, weil die physikalischen Größen der Fahrzeuge innerhalb einer Baureihe wenig variieren: der Radstand ist gleich, die Nutzlast ist gegenüber dem Leergewicht relativ klein und damit kann die Schwerpunktlage nur in einem engen Bereich verschoben werden. Die relative Unsicherheit wird durch die Reifeneigenschaften verursacht: je nach Ausführungsart, Abnutzungszustand und Innendruck kann die Schräglaufsteifigkeit stark variieren.Together to the o. G. Methods is that the calculation of the setpoints is done using fixed set constants, which are obtained from driver searches. For passenger cars, this approach is justified because the physical sizes of vehicles within a series vary little: the wheelbase is the same, the payload is compared to the tare weight relatively small and thus the center of gravity can be moved only within a narrow range. The relative uncertainty is caused by the tire properties: depending on the design, wear condition and internal pressure, the skew stiffness can vary widely.
Bei schweren Nutzfahrzeugen stellt sich die Situation anders dar. Die Abmessungen innerhalb einer Baureihe können stark unterschiedlich sein: Die Radstandsvarianten bei aktuellen Baureihen liegen zwischen 3.6 und 6.3 m. Auch die Unterschiede zwischen leer und beladen sind gravierend: ein Solo-LKW mit 18 t zulässigem Gesamtgewicht wiegt leer weniger als 7 Tonnen, wobei der Traganteil der Hinterachse besonders stark variiert. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Behandlung von Fahrzeugzügen: es ist offensichtlich, dass sich das Verhalten eines Solofahrzeuges vom Verhalten eines Sattelzuges schon wegen der Zunahme der Freiheitsgrade unterscheiden muss. Dieser Umstand wird auch in dem Artikel „
Es wird nun eine Möglichkeit gesucht, für die praktische Anwendung ausreichend genaue Sollwerte der Fahrzeugbewegung zu ermitteln. Die Zielsetzung dabei ist, eine einzige Konfiguration von Soft- und Hardware für alle Fahrzeugvarianten zu verwenden und damit das Programmieren am Bandende in der Produktion oder eine mögliche Teilevielfalt zu vermeiden. Die für die Fahrdynamikregelung bereits vorhandene Sensorik soll ausreichen, nämlich insbesondere Lenkradwinkel sowie Gierwinkelgeschwindigkeit und Querbeschleunigung (bei Auflieger- bzw. Anhängerbetrieb am Zugfahrzeug).Now a possibility is sought to determine for the practical application sufficiently accurate setpoint values of the vehicle movement. The objective here is to use a single configuration of software and hardware for all vehicle variants and thus to avoid programming at the end of the tape in production or a possible variety of parts. The already existing for the vehicle dynamics control sensor should be sufficient, namely in particular steering wheel angle and yaw rate and lateral acceleration (in semi-trailer or trailer operation on towing vehicle).
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich somit mit dem Problem, für die Fahrdynamikregelung von Straßenfahrzeugen eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere für Nutzfahrzeuge eignet, die in unterschiedlichen Varianten angeboten werden. Insbesondere soll eine vereinfachte Parametrierung der Steuergeräte realisiert werden.The present invention thus addresses the problem of providing an improved or at least another embodiment for the vehicle dynamics control of road vehicles especially suitable for commercial vehicles, which are offered in different variants. In particular, a simplified parameterization of the control units should be realized.
Dieses Problem wird bei der vorliegenden Erfindung insbesondere durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved in the present invention, in particular by the subject of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht bspw. auf dem allgemeinen Gedanken, die Parametrierung während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs dynamisch und automatisch durchzuführen, in dem mittels der vorhandenen Sensorik permanent die Fahrzustände erfasst und die Reaktionen des Fahrzeugs auf Zustandsänderungen überwacht und ausgewertet werden. Hierüber lassen sich die in einem vorhandenen Rechenmodell des Fahrzeugs enthaltenen Parameter auffinden.The invention is based, for example, on the general idea of dynamically and automatically carrying out the parameterization during the driving operation of the vehicle, in which the driving conditions are constantly detected by means of the existing sensor system and the reactions of the vehicle are monitored and evaluated for changes in state. This can be used to find the parameters contained in an existing computer model of the vehicle.
Bspw. können Istwerte für Parameter, die mit der Fahrdynamik des Fahrzeugs korrelieren, erfasst werden. Die erfassten Parameter können dann in Abhängigkeit der Varianz der zugehörigen Istwerte in stationäre Parameter, die mit einem stationären Zustand des Fahrzeugs korrelieren, und in instationäre Parameter, die mit instationären Vorgängen des Fahrzeugs korrelieren, unterteilt werden. Eine größere Varianz spricht dabei für instationäre Parameter, während eine kleinere Varianz für stationäre Parameter spricht. Bspw. kann für die Varianz ein Grenzbereich vorbestimmt werden, unterhalb dem die erfassten Parameter als stationäre Parameter oberhalb dem die erfassten Parameter als instationäre Parameter interpretiert werden.For example. Actual values for parameters that correlate with the driving dynamics of the vehicle can be recorded. The detected parameters can then be subdivided into stationary parameters which correlate with a stationary state of the vehicle and into non-stationary parameters which correlate with transient processes of the vehicle as a function of the variance of the associated actual values. A larger variance speaks for unsteady parameters, while a smaller variance speaks for stationary parameters. For example. For the variance, it is possible to predetermine a limit range below which the detected parameters are interpreted as stationary parameters above which the detected parameters are transient parameters.
Anhand der stationären Parameter lassen sich nun Sollwerte für den aktuellen Fahrdynamikzustand des Fahrzeugs ermitteln. Anhand der instationären Parameter lassen sich Istwerte für den aktuellen Fahrdynamikzustand des Fahrzeugs ermitteln. Ferner lässt sich eine Stabilität des aktuellen Fahrdynamikzustand des Fahrzeugs durch einen Soll-Ist-Vergleich der ermittelten Werte für den aktuellen Fahrdynamikzustand ermitteln. Die so ermittelte Stabilität kann nun bewertet werden. Falls die ermittelte Stabilität als nicht ausreichend bewertet wird, kann dann automatisch eine geeignete Stabilisierungsmaßnahme durchgeführt werden.Based on the stationary parameters, setpoint values for the current vehicle dynamics state of the vehicle can now be determined. Actual values for the current vehicle dynamics state of the vehicle can be determined on the basis of the transient parameters. Furthermore, a stability of the current vehicle dynamics state of the vehicle can be determined by a desired-actual comparison of the determined values for the current vehicle dynamics state. The determined stability can now be evaluated. If the determined stability is assessed as insufficient, a suitable stabilization measure can then be carried out automatically.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann bei der Auswertung der instationären Parameter ein Hochpassfilter verwendet werden. Bspw. lassen sich über den Hochpassfilter stationäre Parameter von instationären Parametern trennen.According to an advantageous embodiment, a high-pass filter can be used in the evaluation of the transient parameters. For example. Via the high-pass filter, stationary parameters can be separated from transient parameters.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann bei der Bewertung der ermittelten Stabilität berücksichtigt werden, ob sich das Fahrzeug noch in einem fahrdynamisch linearen Bereich befindet. Solange nämlich der aktuelle Fahrdynamikzustand innerhalb eines derartigen linearen Bereichs liegt, kann davon ausgegangen werden, dass der aktuelle Fahrdynamikzustand hinreichend stabil ist. Sobald jedoch der Fahrdynamikzustand den linearen Bereich verlässt, wird das Fahrzeug instabil.According to another embodiment, it can be considered in the evaluation of the determined stability, whether the vehicle is still in a linear dynamic range. As long as the current driving dynamics state is within such a linear range, it can be assumed that the current driving dynamics state is sufficiently stable. However, as soon as the driving dynamics state leaves the linear range, the vehicle becomes unstable.
Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann die Ermittlung der aktuellen Stabilität hinsichtlich der ermittelten und ausgewerteten Istwerte der Parameter rekursiv erfolgen. Hierdurch lässt sich die auszuwertende bzw. zu speichernde Datenmenge signifikant reduzieren, wodurch sich das Verfahren innerhalb einer entsprechenden Steuereinrichtung einfacher realisieren lässt. Im Prinzip kann bei dieser rekursiven Methode eine Aufteilung in alte und neue Werte erfolgen.According to another expedient embodiment, the determination of the current stability with respect to the determined and evaluated actual values of the parameters can be performed recursively. As a result, the amount of data to be evaluated or stored can be significantly reduced, as a result of which the method can be implemented more simply within a corresponding control device. In principle, this recursive method can be split into old and new values.
Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Funktion des „Vergessens” realisiert werden. Insbesondere ist es dabei möglich, bei der Ermittlung der aktuellen Stabilität die ermittelten und ausgewerteten Istwerte der Parameter hinsichtlich ihres Erfassungszeitpunkts zu gewichten. Dabei besitzen zweckmäßig die Istwerte mit zunehmendem Alter eine abnehmende Gewichtung. Hierdurch schwindet der Einfluss der Istwerte mit ihrem Alter. Durch diese Funktionalität ist die Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs insbesondere lernfähig und kann sich an sich zeitlich ändernde Randbedingungen anpassen.In another variant of the method according to the invention, a function of "forgetting" can be realized. In particular, in determining the current stability, it is possible to weight the determined and evaluated actual values of the parameters with regard to their acquisition time. The actual values have expediently a decreasing weighting with increasing age. This reduces the influence of the actual values with their age. Through this functionality, the vehicle dynamics control of the vehicle is particularly adaptive and can adapt to time-varying boundary conditions.
Zweckmäßig kann als Fahrdynamikzustand eine Gierrate des Fahrzeugs ermittelt werden, also die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Fahrzeugs um eine vertikale Hochachse. Die Stabilität des Fahrzeugs lässt sich bspw. anhand eines Schwimmwinkels ermitteln bzw. anhand des Schwimmwinkels beurteilen. Der Schwimmwinkel ist dabei der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs im Fahrzeugschwerpunkt und der Fahrzeuglängsachse.Appropriately, a yaw rate of the vehicle can be determined as the driving dynamics state, ie the angular velocity of a rotation of the vehicle about a vertical vertical axis. The stability of the vehicle can be determined, for example, on the basis of a float angle or assessed on the basis of the float angle. The float angle is the angle between the direction of movement of the vehicle in the vehicle's center of gravity and the vehicle's longitudinal axis.
Als geeignete Stabilisierungsmaßnahme kann bspw. ein Bremseingriff an wenigstens einem Fahrzeugrad durchgeführt werden. Dieser Bremseingriff ist dabei gezielt asymmetrisch, so dass sich ein stabilisierendes ausgleichendes Moment ergibt, das insbesondere um die vertikale Hochachse des Fahrzeugs wirkt und zu einer Reduzierung des Schwimmwinkels führen soll.As a suitable stabilization measure, for example, a braking intervention on at least one vehicle wheel can be performed. This braking intervention is specifically asymmetrical, so that there is a stabilizing balancing moment, which acts in particular around the vertical vertical axis of the vehicle and should lead to a reduction of the slip angle.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung nochmals anhand von Beispielen und insbesondere in Verbindung mit Zeichnungen näher erläutert. In the following, the present invention will be explained in more detail by means of examples and in particular in conjunction with drawings.
Im Einzelnen zeigen die ZeichnungenIn detail, the drawings show
Nachfolgend wird anhand der
ZusammenfassungSummary
Grundfunktionalität der elektronischen Fahrdynamik-Stabilisierungssystems ist der stabilisierende, radselektive Bremseingriff, um exzessives Über- oder Untersteuern des Fahrzeuges zu verhindern. Um einen instabilen Fahrzustand zu erkennen, wird gemäß
Des Weiteren wird der Schwimmwinkel des Fahrzeuges mit Hilfe eines Beobachters ermittelt, bei unplausibel hohen Werten wird ebenfalls interveniert. Ein geeigneter Beobachter ist z. B. der Luenberger-Beobachter, was weiter unten näher erläutert wird. Furthermore, the slip angle of the vehicle is determined with the help of an observer, with implausibly high values is also intervened. A suitable observer is z. As the Luenberger observers, which will be explained in more detail below.
Um rechnerische Werte zu bekommen, müssen neben dem Berechnungsalgorithmus fahrzeugspezifische Parameter zur Verfügung stehen. Wenn sich die Fahrzeugeigenschaften in engen Grenzen bewegen, können die Parameter aus Versuchsdaten gewonnen und in die Steuergeräte gespeichert werden. Bei stark variierenden Fahrzeugeigenschaften empfiehlt sich eine automatische Anpassung der Parameter.In order to obtain mathematical values, vehicle-specific parameters must be available in addition to the calculation algorithm. If the vehicle characteristics are within narrow limits, the parameters may be obtained from experimental data and stored in the controllers. If the vehicle characteristics vary greatly, it is advisable to adjust the parameters automatically.
Nachfolgend wird erläutert, wie eine Parametererkennung unter Betriebsbedingungen mit hinreichender Genauigkeit, Schnelligkeit und Stabilität möglich ist. In der Wahl der Methoden und Algorithmen wird die praktische Realisierbarkeit stets berücksichtigt. Eine Betrachtung bzgl. Rechnerleistung und Speicherbedarf soll in einem weiteren Schritt erfolgen.The following explains how parameter recognition is possible under operating conditions with sufficient accuracy, speed and stability. In the choice of methods and algorithms the practical feasibility is always considered. A consideration with regard to computer performance and memory requirements should be made in a further step.
Um die Methode zu testen, wurden Messdaten aus Fahrdynamikmessungen mit einer Sattelzugmaschine, CAN-Aufzeichnungen vom Dauerlauf verschiedener Versuchsfahrzeuge sowie simulierte Daten eines 6×2-Fahrzeuges benutzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Parameter der Fahrzeuge nach relativ kurzer Zeit so genau erkannt werden, dass eine parallel laufende Simulation die fahrdynamischen Zustandsgrößen bereits mit geringen Abweichungen reproduzieren kann. Eine genauere Zeitangabe ist allerdings an dieser Stelle kaum sinnvoll, weil der Prozess nicht zeitsondern ereignisabhängig ist.In order to test the method, measurement data from vehicle dynamics measurements with a tractor, CAN records from the continuous running of various test vehicles and simulated data of a 6 × 2 vehicle were used. The results show that the parameters of the vehicles are detected so accurately after a relatively short time that a simulation running in parallel can reproduce the vehicle dynamic state variables even with small deviations. However, a more precise time specification makes little sense at this point because the process is not time-dependent but event-dependent.
Die IdentifikationsmethodeThe identification method
Die hier gewählte Methode, Parameter eines dynamischen Systems zu identifizieren, wird kurz vorgestellt: Es ist zunächst erforderlich, ein einfaches Modell des zu identifizierenden Systems mit einer linearen oder linearisierten (Differential-)Gleichung bzw. eines Gleichungssystems zu beschreiben. Die Gleichung enthält konstante Parameter und Variables, die im vorliegenden Fall Größen der Fahrzeugbewegung sind. Die Parameter dieser Gleichung werden gesucht.The method chosen here to identify parameters of a dynamic system is briefly presented: It is first necessary to describe a simple model of the system to be identified with a linear or linearized (differential) equation or a system of equations. The equation contains constant parameters and variables, which in the present case are quantities of the vehicle movement. The parameters of this equation are searched.
Unter Versuchsbedingungen oder im realen Betrieb werden die Variablen in schneller Abfolge zu diskreten Zeitpunkten gemessen. Da jede Messung die Gleichung erfüllt, würde prinzipiell eine Anzahl von Messungen, die der Anzahl der unbekannten Parameter entspricht, genügen. In Wirklichkeit werden die Messungen durch Störungen, Ungenauigkeiten sowie von nicht modellierten Effekten überlagert. Deshalb werden die Messungen fortlaufend in großer Anzahl gemacht. Dadurch ergibt sich ein überbestimmtes Gleichungssystem, das ebenfalls fortlaufend ausgewertet wird. Dafür wird die Methode der kleinsten Fehlerquadrate benutzt. Dieses Verfahren ergibt als Ausgleichsrechnung die beste Näherung der Parameter und ermittelt die Streuung des gesamten Gleichungssystems sowie der Parameter. Die Identifikationsgleichung für n Parametern hat folgende Form: Under experimental conditions or in real operation, the variables are measured in rapid succession at discrete times. Since each measurement satisfies the equation, in principle a number of measurements corresponding to the number of unknown parameters would suffice. In reality, the measurements are superimposed by perturbations, inaccuracies and unmodeled effects. Therefore, the measurements are continuously made in large numbers. This results in an over-determined system of equations, which is also evaluated continuously. For this, the least squares method is used. This method yields the best approximation of the parameters as a compensation calculation and determines the variance of the entire equation system as well as the parameters. The identification equation for n parameters has the following form:
Die vektorielle Schreibweise in der zweiten Zeile soll darauf hinweisen, dass der Skalar auf der linken Seite und der Zeilenvektor die veränderlichen Messgrößen, während der Spaltenvektor die konstanten Parameter beinhalten. Durch eine Vielzahl von k der Messungen entsteht der Messvektor b und die Messmatrix A: The vectorial notation in the second line should indicate that the scalar on the left side and the row vector contain the variable measures, while the column vector contains the constant parameters. By a multiplicity of k of the measurements the measuring vector b and the measuring matrix A arise:
Die Lösung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate lautet:
Gewichtung spaltenweise: Weighting column by column:
Die Messgrößen können, auf Grund der verwendeten physikalischen Einheiten, völlig unterschiedliche Größenordnungen annehmen. Die Folge ist, zum einen, dass bei der Gleichungslösung numerische Ungenauigkeiten auftreten, zum anderen, dass die einzelnen Parameter mit stark unterschiedlicher Genauigkeit berechnet werden. Eine Abhilfe bietet die Möglichkeit, die Einzelgrößen nach ihrer Varianz zu gewichten. Dies bedeutet einfach, dass die Messgrößen in eine veränderten Maßeinheit umgerechnet werden, die von der Größe her besser zu einander passen. Die Ergebnisse müssen dann ggf. auf die ursprüngliche Einheit zurückgerechnet werden.The measured variables can assume completely different orders of magnitude due to the physical units used. The result is, on the one hand, that numerical inaccuracies occur in the equation solution and, on the other hand, that the individual parameters are calculated with very different accuracy. One remedy is the possibility of weighting the individual variables according to their variance. This simply means that the measured quantities are converted into a different unit of measurement, which matches the size better. The results may need to be recalculated to the original unit.
In einer nichtrekursiven Anwendung kann die Varianz der Messgrößen exakt berechnet und gebraucht werden. In der rekursiven Anwendung müssen die Gewichtungsfaktoren für die Messgrößen schon vor der Rechnung festgelegt sein. Sie können aus Voruntersuchungen in der Praxis ermittelt werden.In a non-recursive application, the variance of the measured quantities can be calculated and used exactly. In the recursive application, the weighting factors for the measured quantities must be determined before the calculation. They can be determined from preliminary examinations in practice.
Gewichtung zeilenweise:Weighting line by line:
Um Ausreißer weitgehend auszuschließen, können die Einzelmessungen gewichtet werden. In der rekursiven Version wird geprüft, wie gut die neue Messung zu den bisher berechneten Parametern passt. Ausgehend von der Gleichung
Nun werden beide Seiten, bzw. alle Messgrößen mit dem Gewichtungsfaktor multipliziert:
Fehlerkontrolleerror control
Um die Qualität der Identifikation zu verfolgen, können folgende Auswertungen gemacht werden. Der Vektor der Fehler berechnet sich, als
Der mittlere quadratische Fehler istThe mean square error is
Das Bestimmtheitsmaß R2, unter der Annahme, dass der Mittelwert des Messvektors b Null ist: The coefficient of determination R 2 , assuming that the mean value of the measurement vector b is zero:
Schließlich die Varianz der Parameter:
Bevor jedoch die für die Berechnung unerlässliche Inversion der Matrix AT·A durchgeführt wird, sollte kontrolliert werden, ob diese Operation durchführbar ist und das Ergebnis die nötige Relevanz besitzt. Als Indikator wird die Kondition der Matrix benutzt, die mathematisch als Produkt der Normen der Original- und der invertierten Matrix definiert ist und auch als Quotient der größten und kleinsten Eigenwert dieser Matrix ausgedrückt werden kann: However, before the inversion of the matrix A T · A, which is essential for the calculation, is carried out, it should be checked whether this operation is feasible and the result has the necessary relevance. As an indicator the condition of the matrix is used, which is defined mathematically as the product of the norms of the original and the inverted matrix and can also be expressed as a quotient of the largest and smallest eigenvalues of this matrix:
Die Kondition der Matrix ist im Idealfall eins, sonst größer; die Grenze der Verwendbarkeit muss noch an praktischen Beispielen untersucht werden. Die Ermittlung der Größe wird im verwendeten Programmpaket angeboten. Im Weiteren, wenn die Software selbst erstellt wird, kann die Funktion mit Hilfe einer Diagonal-/Dreieckzerlegung der Matrix realisiert werden. Dies kann bspw. wie folgt realisiert werden:The condition of the matrix is ideally one, otherwise larger; the limit of usability still needs to be studied in practical examples. The determination of the size is offered in the program package used. Furthermore, if the software itself is created, the function can be realized by means of a diagonal / triangle decomposition of the matrix. This can be realized, for example, as follows:
Gleichungsberechnung mit einer symmetrischen MatrixEquation calculation with a symmetric matrix
Eine symmetrische, positiv definite Matrix lässt sich folgendermaßen zerlegen:
U ist eine obere („upper”) Dreiecksmatrix mit 1-en auf der Hauptdiagonale, D ist eine Diagonalmatrix. Die Multiplikation (am Beispiel einer 4×4-Matrix); U is an upper triangular matrix with 1s on the main diagonal, D is a diagonal matrix. The multiplication (using the example of a 4 × 4 matrix);
Der Berechnungsvorschrift, allgemein: wobei die Indizes von hinten nach vorn durchlaufen werden. Die Diagonalmatrix besteht aus den Eigenwerten der Matrix A, so dass die gesuchte Konditionszahl ist. Die Lösung des Gleichungssystems geschieht folgendermaßen:
Es werden beim Rückwärtseinsetzen zwei Hilfsvektoren v und w definiert:
Rekursive VersionRecursive version
Um die Messungen fortlaufend auswerten zu können, jedoch die einzelnen Messergebnisse nicht aufheben zu müssen, können die „kondensierten” Daten aufgefrischt werden. Es genügt die Matrix AT·A und der Vektor AT·b zu speichern. Die neue Matrix, bzw. neuer Vektor ergeben sich, wenn die neue Messung, wie folgt, hinzu addiert wird.
Auch der mittlere quadratische Fehler lässt sich rekursiv errechnen: The mean square error can also be calculated recursively:
Dafür muss lediglich der Skalar bT·b gespeichert und aktualisiert werden:
Mit zunehmender Messzeit werden die Beträge der Matrizenelemente immer größer, so dass die im Speicher maximal darstellbare Größe überschritten wird. Um dieses zu verhindern, können die Beträge sowohl der gespeicherten Größen als auch der Neuzugänge mit einer stets abnehmenden Zahl < 1 multipliziert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, lediglich die Altwerte zu verringern. Damit werden die neueren Messungen stärker gewichtet, während die alten sukzessive „vergessen” werden. Diese zweite Vorgehensweise ist besonders dann nützlich, wenn mit zunehmender Zeit das Kriterium der Auswahl verschärft wird, also nur noch „gute” Messungen gespeichert werden.As the measuring time increases, the amounts of the matrix elements become larger and larger so that the maximum amount that can be represented in the memory is exceeded. To prevent this, the amounts of both the stored quantities and the new receipts can be multiplied by an ever decreasing number <1. Another possibility is to reduce only the old values. Thus, the newer measurements are weighted more, while the old ones are successively "forgotten". This second approach is particularly useful when increasing the time the criterion of selection is tightened, so only "good" measurements are stored.
Ableitungen, FilterungDerivatives, filtering
Zur Auswertung von dynamischen Vorgängen ist es erforderlich, Ableitungen, auch höhere, gemessener Zeitverläufe heran zu ziehen. Im Interesse der weiteren Verwendbarkeit müssen diese frei von Störwelligkeit, und synchron zur Originalgröße sowie zu einander sein. Diese Anforderungen werden mit Hilfe eines Zustandsfilters erfüllt. Eine detaillierte Beschreibung wird im Folgenden wiedergegeben.For the evaluation of dynamic processes, it is necessary to use derivatives, even higher, measured time courses. In the interests of further usability, they must be free from spurious ripple, and synchronous with the original size as well as with each other. These requirements are fulfilled with the aid of a condition filter. A detailed description will be given below.
Tiefpassfilter und Differenzierer 4. Ordnung mit Butterworth-CharakteristikLow pass filter and 4th order differentiator with Butterworth characteristics
In den vorliegenden Auswertungen werden Ableitungen von Messdaten benötigt. Diese sind jedoch mit Rauschanteil überlagert, so dass eine direkte Ableitung zu unbrauchbaren Ergebnissen führt. Bei höheren Ableitungen tritt das Problem in zunehmendem Maß auf.In the present analyzes derivations of measured data are required. However, these are superimposed with noise, so that a direct derivation leads to useless results. With higher derivatives, the problem is increasing.
Um dennoch brauchbare Zeitverläufe der Ableitungen zu gewinnen, wird das Zustandsfilter und Differenzierer eingesetzt. Die Grundidee besteht in der Tatsache, dass ein tiefpaß-gefilteres Signal von der o. g. Störwelligkeit befreit ist. Je höher die Filterordnung, desto mehr praktisch brauchbare Ableitungen können gebildet werden.In order to still obtain useful time courses of the derivatives, the state filter and differentiator is used. The basic idea is the fact that a low-pass filtered signal from the o. G. Interference is freed. The higher the filter order, the more practically useful derivatives can be formed.
Es wird ein Zustandsmodell aufgestellt, wobei die erste Zustandsgröße die Ausgangsgröße – also das gefilterte Signal – ist, die weiteren Zustandsgrößen sind die Ableitungen in zunehmender Ordnung.A state model is set up, whereby the first state variable is the output variable - thus the filtered signal -, the further state variables are the derivatives in increasing order.
Die formale Zustandsraum-Darstellung lautet:
Detailliert in der Regelungsnormalform: Detailed in the regulatory normal form:
Die Übertragungsfunktion der Matrizengleichung mit der Ausgangsgröße y = x1 ist, wie aus der letzten Zeile direkt erkennbar: The transfer function of the matrix equation with the output variable y = x 1 , as can be seen directly from the last line:
Die Matrizenelemente α41 bis α44 müssen so ausgelegt werden, dass die Übertragungsfunktion die gewünschte Charakteristik besitzt. Das Butterworth-Filter 4. Grades besitzt Pole, die auf einem Halbkreis zum Nullpunkt auf der komplexen Zahlenebene in der negativen Hälfte liegen, symmetrisch zur reellen Achse. Die Winkeln zur reellen Achse sind gleich verteilt, d. h. 22.5 und 67.5 Grad, der Radius des Halbkreises – also der Abstand zum Nullpunkt – ist die Eckfrequenz des Filters ω0. Die in
Die Auslegung geschieht in mehreren Schritten. Zunächst wird der Nenner der Übertragungsfunktion mit Hilfe der vorzugebenden Eigenwerte der Matrix λ1...λ4 in folgende Form geschrieben:
Aus dem Koeffizientenvergleich ergeben sich unmittelbar
Nun werden die konjugiert komplexen Eigenwertpaare dementsprechend bestimmt:
In die Gleichungen eingesetzt:
Die Übertragungsfunktion des Filters: The transfer function of the filter:
Der Frequenzgang des Filters beschreibt die Amplitude- und Phasenbeziehung zwischen Ein- und Ausgangssignals, wenn der Eingang harmonisch ist. Die quantitative Ermittlung geschieht, indem in der Übertragungsfunktion der Laplace-Operator durch jω ersetzt wird.The frequency response of the filter describes the amplitude and phase relationship between the input and output signals when the input is harmonic. The quantitative determination is done by replacing the Laplace operator with jω in the transfer function.
Die restlichen Schritte werden numerisch berechnet. Die Darstellung in Diagrammform erfolgt in
Das linke untere Diagramm zeigt das Bode-Diagramm, das linke obere Diagramm zeigt die Verstärkung in doppellogarithmischer Darstellung, und das rechte Diagramm zeigt die Phase in einfachlogarithmischer Darstellung.The lower left diagram shows the Bode diagram, the upper left diagram shows the reinforcement in double logarithmic representation, and the right diagram shows the phase in simple logarithmic representation.
Die Berechnung der gefilterten Funktion und der Ableitungen wird mit Hilfe der bilinearen Transformation durchgeführt: mit F = P–1·Q und g = P–1·b vereinfacht sich die Berechnung zu The calculation of the filtered function and the derivatives is done by means of the bilinear transformation: with F = P -1 · Q and g = P -1 · b, the calculation becomes easier
Die Matrizen sind: The matrices are:
Die Matrix P wird vor dem Einsatz numerisch invertiert.The matrix P is inverted numerically before use.
Besonderheiten in der vorliegenden Anwendung:Special features in the present application:
Im realen Fahrbetrieb treten auch Zustände auf, die für die Parameteridentifikation nicht brauchbar sind. Zum einen ist es der Stillstand und die sehr langsame Fahrt, sowie die Fahrt (beinahe) geradeaus, selten aber auch Stabilitätsverlust, also Eingriffsfall für die Regelung. Die möglichen Fälle werden im Flussdiagramm gemäß
Wie oben angedeutet, müssen für die Trennung der Betriebszustände unterschiedliche Kriterien angewandt werden. Geschwindigkeit und Bahnradius können anhand Einzelwerte ermittelt werden. Um jedoch Varianz und Korrelation auswerten zu können, muss ein Intervall betrachtet werden. Diese Überlegung führt dann zur folgenden Vorgehensweise: Gemäß
Das lineare Einspurmodell, Übertragungsfunktionen The linear single-track model, transfer functions
Ein einfaches, und für den vorliegenden Fall hinreichend genaues Modell der Fahrzeug-Querdynamik ist das in
- • Dynamisches Gleichgewicht in Querrichtung und um die Hochachse (aus Fahrzeugmasse m, Trägheitsmoment um die Hochachse Jz Querbeschleunigung αy, Reifenseitenkräfte vorn und hinten FV und FH sowie Abstände der Vorder- und Hinterachse zum Schwerpunkt IV und IH):
may = Fy + FH JZΨ .. = FVlV – FHlH - • Kinematische Beziehungen zwischen Schwimmwinkel β, Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ., Lenkwinkelund Schräglaufwinkeln der Vorder- und Hinterachse αV, αH:
- • Reifen-Seitenkraft aus Schräglaufsteifigkeit und Schräglaufwinkel an Vorder- und Hinterachse:
FV = cV·αV FH = cH·αH - • Die Querbeschleunigung lässt sich aus Fahrgeschwindigkeit, Gierwinkelgeschwindigkeit sowie aus der Ableitung des Schwimmwinkels berechnen:
αy = ν(ψ . + β .) (x)
- Dynamic equilibrium in the transverse direction and about the vertical axis (from vehicle mass m, moment of inertia about the vertical axis J z lateral acceleration α y , front and rear tire lateral forces FV and FH and distances of the front and rear axle to the center of gravity IV and IH):
ma y = F y + F H J Z Ψ .. = F V I V - F H I H - • Kinematic relationships between slip angle β, yaw rate Ψ., Steering angle and slip angles of the front and rear axles α V , α H :
- • Tire side force from skew stiffness and slip angle at front and rear axle:
F V = c V · α V F H = c H · α H - • The lateral acceleration can be calculated from the driving speed, yaw rate and the derivative of the slip angle:
α y = ν (ψ. + β.) (x)
Die Gleichungen entsprechend geordnet erhält man das Differentialgleichungssystem. Die Koeffizienten enthalten die Fahrgeschwindigkeit auf unterschiedliche Art: The equations are ordered according to the system of differential equations. The coefficients contain the driving speed in different ways:
Durch Eliminieren des Schwimmwinkels, bzw. Verwendung der Gleichung (x) kann die Übertragungsfunktion vom Lenkradwinkel zur Gierwinkelgeschwindigkeit bzw. Querbeschleunigung ausgedrückt werden. Die Abhängigkeit der Parameter von der Geschwindigkeit aufgelöst, diese wird explizit angegeben.By eliminating the slip angle, or using equation (x), the transfer function can be expressed from the steering wheel angle to the yaw angular velocity or lateral acceleration. The dependence of the parameters on the velocity resolved, this is specified explicitly.
Was übrig bleibt, ist die stationäre Gierverstärkung Gstat, die Geschwindigkeit ν, sowie fünf konstante Koeffizienten, die in Verbindung mit der komplexen Veränderlichen der Laplace-Transformation s, die den Grad der Ableitung indiziert, das dynamische Verhalten beschreiben.What remains is the stationary yaw gain G stat , the velocity ν, as well as five constant coefficients, which in combination with the complex variables of the Laplace transform s, which indicates the degree of the derivative, describe the dynamic behavior.
Die stationäre Gierverstärkung des Lenkradwinkels ergibt sich aus der Geschwindigkeit, der Lenkübersetzung, dem Radstand und aus dem Eigenlenkgradienten. Da die physikalischen Größen in der Identifikation nicht voneinander getrennt werden können, werden die Parameter q1 und q2 benutzt. The stationary yaw gain of the steering wheel angle results from the speed, the steering ratio, the wheelbase and the Eigenlenkgradienten. Since the physical quantities in the identification can not be separated, the parameters q 1 and q 2 are used.
Daraus lässt sich die Identifikationsgleichung für die Parameter der stationären Gierverstärkung ausdrücken.From this it is possible to express the identification equation for the parameters of the stationary yaw gain.
Es ist zu erkennen, dass der Lenkwinkel bei stationärer Fahrt aus einer bahnkrümmungsproportionalen und einer querbeschleunigungsproportionalen Anteil zusammensetztIt can be seen that the steering angle during steady-state driving consists of a path-curvature proportional and a lateral acceleration-proportional component
Die stationäre Gierverstärkung ist also eine über der Fahrgeschwindigkeit nichtlinear verlaufende Größe. Daraus folgt, dass für die Identifizierbarkeit mindestens zwei Geschwindigkeiten erforderlich sind, Messprozeduren mit konstanter Geschwindigkeit sind für die Bestimmung dieser Parameter ungeeignet.The steady yaw gain is therefore a quantity that is non-linear over the travel speed. It follows that at least two speeds are required for identifiability, constant speed measurement procedures are not suitable for determining these parameters.
Sobald die stationäre Verstärkung mit hinreichender Genauigkeit bekannt ist, wird diese zur Berechnung der dynamischen Größen verwendet. Die Identifikationsgleichung ergibt sich nach Umstellung aus Gleichung (Y) Once the stationary gain is known with sufficient accuracy, it will be used to calculate the dynamic quantities. The equation of identification results after conversion from equation (Y)
Die physikalischen Inhalte der einzelnen Parameter sind: The physical contents of the individual parameters are:
Während die Zählerkonstante einfach der Schwimmwinkelgradient des Fahrzeuges ist, setzen sich die Kennerkonstanten auf komplexer Art zusammen.While the meter constant is simply the float angle gradient of the vehicle, the tag constants are complexed together.
Zur Identifikation der noch fehlenden Zählerkonstanten der Querbeschleunigung werden die bereits ermittelten verwendet: To identify the missing counter constants of the lateral acceleration, the already determined ones are used:
Die physikalischen Inhalte können hier auf einfache Formen gebracht werden: The physical contents can be reduced to simple forms:
Praktische EignungPractical suitability
Um die praktische Verwendbarkeit der theoretisch hergeleiteten Formeln zu prüfen, wurden Daten aus Fahrdynamikmessungen herangezogen. Auf dem Prüfgelände in Pagenburg wurden an einer Axor Sattelzugmaschine leer, mit beladenem Auflieger sowie mit einem Belastungsgestell als Solofahrzeug bei verschiedenen Testprozeduren und bei praxisähnlicher Überlandfahrt auf dem Dauerlaufkurs fahrdynamisch relevante Messdaten aufgenommen. Das Fahrzeug war umfangreich mit Messaufnehmern ausgestattet, so dass auch Größen zugänglich sind, die in einem Serienfahrzeug nicht zur Verfügung stehen.In order to test the practical applicability of the theoretically derived formulas, data from vehicle dynamics measurements were used. At the proving grounds in Pagenburg, driving-dynamically relevant measurement data were taken on an Axor tractor unit empty, with a loaded semi-trailer and with a load frame as a solo vehicle in various test procedures and in practice-like overland travel. The vehicle was extensively equipped with sensors, so that even sizes are available that are not available in a production vehicle.
Außerdem wurden einige Fahrdynamik-Simulationen durchgeführt um die Eignung des Systems in Verbindung mit weiteren Varianten (z. B. 6 × 2) sowie bei Niedrigreibwert zu prüfen.In addition, some driving dynamics simulations were carried out to test the suitability of the system in conjunction with other variants (eg 6 × 2) as well as at low friction coefficient.
Stationäre Parameter, NullpunktabweichungStationary parameters, zero offset
Für die Prüfung der stationären Parameter erschien zunächst der Fahrmanöver „stationäre Kreisfahrt” am besten geeignet. Hier wird die Geschwindigkeit auf einem konstanten Radius von 80 m langsam erhöht, eine dynamische Lenkanregung kommt nicht vor. Es wurde jedoch festgestellt, dass die ermittelten Parameter bei Links- und Rechtskreis deutlich von einander unterscheiden. Die Auswertung des Zusammenhanges zwischen Lenkradwinkel und Radlenkwinkel, der zunächst direkt vermutet wurde, zeigt gemäß
Die Konsequenz für die Identifikationsgleichung ist, dass die Nullpunktabweichung seitenweise, also nach links und nach rechts, separat erfasst werden muss. Die Identifikationsgleichung erweitert sich damit zu The consequence of the equation of identification is that the zero deviation has to be recorded separately page by page, ie to the left and to the right. The identification equation thus expands
Stationäre Parameter, DatenspeicherungStationary parameters, data storage
In Zusammenhang mit der Speicherung der Messdaten, also der Matrix AT·A und des Vektors AT·b muss noch folgende Besonderheit berücksichtigt werden. In der Identifikationsgleichung taucht einmal der Quotient, einmal das Produkt der Gierwinkel- und der Fahrgeschwindigkeit auf. Es ist offensichtlich, dass Messungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten vorliegen müssen, andernfalls bleibt die Matrix singulär. Geometrisch ausgedrückt: zur Konstruktion der Parabel der Gierverstärkung über der Geschwindigkeit steht – außer dem Nullpunkt – nur ein Punkt zur Verfügung.In connection with the storage of the measured data, that is to say the matrix A T · A and the vector A T · b, the following special feature still has to be taken into account. The quotient equation, once the product of the yaw angle and the driving speed, appears once in the equation of identification. It is obvious that measurements must be made at different speeds, otherwise the matrix will remain singular. Geometrically expressed: to construct the yaw gain parabola above the velocity, only one point is available except the zero point.
Wenn nun die bereits beschriebene Möglichkeit des exponentiellen Vergessens genutzt wird, und das Fahrzeug über längere Zeit mit nahezu konstanter Geschwindigkeit fährt, z. B. auf der Autobahn, verdrängen die neuen Messungen ältere, die bei geringerer Geschwindigkeit gemacht waren. Die Folge ist, dass die Matrix erst an Kondition, dann an Rang verliert und unbrauchbar wird. Um diesen unerwünschten Effekt zu vermeiden, müssen die Messungen in Geschwindigkeitsbereiche eingeteilt (z. B. drei) in separaten Matrizen gespeichert werden. Die auszuwertende Gesamtmatrix wird additiv zusammengesetzt.Now, if the already described possibility of exponential forgetting is used, and the vehicle runs for a long time at a nearly constant speed, z. On the highway, the new measurements displace older ones made at lower speeds. The result is that the matrix first loses stamina, then rank, and becomes unusable. To avoid this undesirable effect, the measurements must be divided into speed ranges (eg, three) stored in separate matrices. The total matrix to be evaluated is added together.
Instationäre Parameter, Hochpassfilterung Instationary parameters, high-pass filtering
Wie in der Identifikationsgleichung für Parameter der Dynamik zeigt, gelingt man zu den Parametern, in dem die linke Seite die Differenz des Lenkwinkels unter stationären und allgemeinen (also auch instationären) Bedingungen berechnet. Eine Nullpunktabweichung zwischen diesen Größen führt zum Fehler, sie ist aber vorhanden und um den Nulldurchgang nicht bestimmbar. Eine Verbesserung der Genauigkeit wird dadurch erreicht, dass die Größen durch ein einfaches Hochpassfilter geleitet werden. Das Hochpassfilter besitzt die Eigenschaft, den Stationäranteil stets zu Null werden zu lassen und damit diesen aus den Gleichungen auszublenden.As shown in the equation of identification for parameters of the dynamics, one succeeds to the parameters, in which the left side calculates the difference of the steering angle under stationary and general (thus also transient) conditions. A zero deviation between these variables leads to the error, but it is present and can not be determined around the zero crossing. An improvement in accuracy is achieved by passing the quantities through a simple high-pass filter. The high-pass filter has the property of always leaving the station portion to zero and thus to hide it from the equations.
QuerbeschleunigungsmessungLateral acceleration measurement
Eine Schwierigkeit in der Messung – und der nachfolgenden Auswertung – der Querbeschleunigung stellt der Umstand dar, dass infolge Wankbewegung die Ausrichtung des Sensors vom Horizontalen abweicht. Dabei wird nicht nur um die Winkelkomponente reduzierte Größe, sondern auch noch die Komponente der Erdbeschleunigung erfasst. In den verwendeten Messungen wurde dieser Effekt mit Hilfe der zusätzlich installierten Messtechnik bereinigt, es wurde die sog. horizontierte Querbeschleunigung gespeichert.A difficulty in the measurement - and the subsequent evaluation - the lateral acceleration represents the fact that due to roll movement, the orientation of the sensor deviates from the horizontal. Not only the angle component reduced size, but also the component of the gravitational acceleration is detected. In the measurements used, this effect was corrected with the help of the additionally installed measuring technology, the so-called horizontal lateral acceleration was stored.
Unter Serienbedingungen könnte die Verwendung eines modifizierten Sensors Abhilfe herbeiführen. Die Idee ist, gemäß
Der Betrag der resultierenden Beschleunigung: The amount of resulting acceleration:
Der Winkel zwischen der resultierenden Beschleunigung und der Symmetrieachse der Sensoren: The angle between the resulting acceleration and the symmetry axis of the sensors:
Die Querbeschleunigung: The lateral acceleration:
Der Winkel zwischen dem Vertikalen und der Sensorenachse: The angle between the vertical and the sensor axis:
Die hier als bekannt vorausgesetzte Erdbeschleunigung wird in der Realität durch die Vertikalanregung der Fahrbahn überlagert sein, die ausgefiltert werden muss.In reality, the gravitational acceleration assumed here is superimposed by the vertical excitation of the roadway, which must be filtered out.
Auswertungen, ErgebnisseEvaluations, results
Zur Prüfung des Verfahrens wird der Vorgang, wie er sich auf dem Dauerlaufkurs ergeben würde, folgendermaßen simuliert:
Zunächst werden die Größen, wie Zeit, Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung und Gierwinkelgeschwindigkeit aus den Messungen eingelesen, gefiltert und in Segmente aufgeteilt, wie bereits beschrieben. Anschließend werden die Segmente sequentiell verarbeitet. Zu erst werden sie auf Korrelation und Stationarität geprüft, um festzustellen, ob sie relevant sind, und sich für die Bestimmung von Parameter der stationären oder instationären Vorgänge eignen. Die so sortierten Messwerte werden dann in die jeweilige, anfangs leere Speichermatrix abgelegt und fortlaufend ausgewertet.To check the procedure, the procedure as it would result on the continuous course is simulated as follows:
First, the quantities such as time, vehicle speed, lateral acceleration and yaw angular velocity are read in from the measurements, filtered and divided into segments, as already described. Subsequently, the segments are processed sequentially. First, they are tested for correlation and stationarity to determine if they are relevant and suitable for determining parameters of steady-state or transient events. The measured values sorted in this way are then stored in the respective initially empty memory matrix and continuously evaluated.
Der Vorgang wird mit den Daten für stationäre Vorgänge begonnen. Sobald diese vorliegen, wird die Berechnung der Parameter für dynamische Vorgänge bzgl. Gierwinkelgeschwindigkeit gestartet. Nach erfolgter Berechnung können dann die Parameter für dynamische Vorgänge bzgl. Querbeschleunigung ermittelt werden. Zuletzt startet die Berechnung der aktuellen rechnerischen Werte für Gierwinkelgeschwindigkeit und Querbeschleunigung. Mit fortschreitender Zeit wird die Datenbasis ggf. bis zur Sättigung aufgefüllt, die Parameter konvergieren zu ihren Optima.
Die Versuchsstrecke „Dauerlaufkurs Süd” wird in
In den Diagrammen der
Der Start erfolgt am Kreisel mit niedriger Geschwindigkeit. Bereits in der Beschleunigungsphase und kurz danach werden einige Kurven (Krümmungsradien zw. 50 und 500 m) durchfahren. Es ist zu erkennen, dass sowohl stationäre, als auch dynamische Zustände auftreten, so dass Messdaten für die Identifikationsgleichungen gesammelt werden.The start takes place at the gyro at low speed. Already in the acceleration phase and shortly thereafter, some curves (radii of curvature between 50 and 500 m) are passed through. It can be seen that both stationary and dynamic states occur, so that measurement data for the identification equations are collected.
In den Diagrammen der
Im unteren Bild ist die Korrelation innerhalb der Datenblöcke aufgetragen. Bleibt diese unter dem Wert von 0.9, wird der Block als unbrauchbar verworfen. Ebenso fallen Messungen aus, wenn der Bahnradius über 500 m liegt.The lower image shows the correlation within the data blocks. If this remains below the value of 0.9, the block is discarded as unusable. Likewise, measurements are taken if the orbit radius is over 500 m.
Die Diagramme der
In den Diagrammen der
Die zwei Nennerkonstanten, die die Eigendynamik des Fahrzeuges beschreiben, haben schon beim Erscheinen den wahren Wert gut angenähert.The two denominator constants, which describe the momentum of the vehicle, already approximated the true value when it appeared.
Die restlichen Parameter, nämlich die zwei Nennerkoeffizienten zur Beschreibung der Querbeschleunigungs-Dynamik werden in den Diagrammen der
In den Diagrammen der
Die gemessenen und simulierten Werte der Gierwinkelgeschwindigkeit stimmen sehr gut überein. In der stärker verrauschten Querbeschleunigung sind zwar mancherorts Abweichungen zu entdecken; die zu Grunde liegenden Parameter werden in der praktischen Anwendung in dem Beobachter zur Schwimmwinkelberechnung verwendet.The measured and simulated values of the yaw rate coincide very well. In the more noisy lateral acceleration, deviations are to be discovered in some places; the underlying parameters are used in the practical application in the observer for the float angle calculation.
Um die Funktion zu prüfen wurde ein in
Die Messdaten wurden zu einer Matrix in einem „.mat”-file zusammengeführt, die in der Simulation den Dateneingang darstellt. In dem Block „zusdaten” werden die für die Auswertungen erforderlichen zusätzlichen Daten – Produkte und Quotienten – erzeugt. Danach werden im Block „filtall_sub” die Verläufe Tiefpass-gefiltert und die Ableitungen gebildet. Für die Auswertungen der dynamischen Vorgänge werden sie noch Hochpassgefiltert. Der Block „param_sub” bildet den Kern des Systems. Her werden die Messdaten sortiert, gesammelt und ausgewertet. Die nun vorliegenden Parameter werden, zusammen mit den Messdaten, an die weiteren Blöcke weitergeleitet. Im „simu_sub” erfolgt die Sollgrößenberechnung der Gierwinkelgeschwindigkeit, im Block „beob_sub” die Schätzung des nicht messbaren Schwimmwinkels. In dieser Version werden noch zur Kontrolle die Sollgröße der Querbeschleunigung und die im Beobachter rekonstruierte Gierwinkelgeschwindigkeit ermittelt, die in der „echten” Anwendung nicht benötigt werden.The measurement data was merged into a matrix in a ".mat" file, which represents the data input in the simulation. The additional data block - products and quotients - are generated in the block "Add data". Then in the block "filtall_sub" the curves are low-pass filtered and the derivatives are formed. For the evaluations of the dynamic processes they are still high-pass filtered. The block "param_sub" forms the core of the system. The measurement data are sorted, collected and evaluated. The now available parameters, together with the measurement data, are sent to the forwarded further blocks. In the "simu_sub", the setpoint calculation of the yaw angular velocity takes place, in the block "beob_sub" the estimation of the non-measurable slip angle. In this version, the setpoint of the lateral acceleration and the yaw angular velocity reconstructed in the observer, which are not needed in the "real" application, are determined as control.
Simulationsimulation
Die Übertragungsfunktion allgemein: The transfer function in general:
Die Ansätze: The approaches:
Die Ansätze eingesetzt und umgeordnet: The approaches used and rearranged:
Die Matlab/Octave Funktion: The Matlab / Octave function:
Der Luenberger-Beobachter The Luenberger observer
In vielen Fallen wird der gesamte Zustandsvektor x benötigt, aber nicht alle Zustandsvariablen sind mit vertretbarem Aufwand messbar. Im Folgenden wird die Gesamtheit aller Meßgrößen mit y bezeichnet. Dann gilt die Meßgleichung:
Problem: wie kann man aus dem Meßvektor y und dem Steuervektor u den gesamten Zustandsvektor näherungsweise erhalten?Problem: how can one approximate the entire state vector from the measuring vector y and the control vector u?
Problemlösung nach D. G. Luenberger (1964–66) ist in
L ist so zu wählen, dass für t → ∞ x ^(t) → x(t) strebt. x ^ heißt dann Schätzwert von x. Gleichung des Luenberger-Beobachters: L is to be chosen such that for t → ∞ x ^ (t) → x (t) strives. x ^ is then called the estimated value of x. Equation of the Luenberger observer:
Frei wählbar ist L.Freely selectable is L.
Auslegung des Beobachters:Interpretation of the observer:
Man schreibt die Eigenwerte des Beobachters, d. h. der Matrix (A – L·C) vor, und zwar links von den Eigenwerten des beobachteten Systems, damit die Beobachtervorgänge schneller abklingen als die Systemvorgänge. Man wählt L so, dass Q = (A – L·C) diese Eigenwerte besitzt (Polvorgabe).One writes the eigenvalues of the observer, d. H. of the matrix (A - L · C) to the left of the eigenvalues of the observed system so that the observer operations decay faster than the system operations. Choose L such that Q = (A - L · C) has these eigenvalues (pole specification).
Im vorliegenden Fall sind die Zustandsgrößen der Schwimmwinkel und die Gierwinkelgeschwindigkeit:der Messvektor besteht aus der Querbeschleunigung und der Gierwinkelgeschwindigkeit:Des Weiteren besteht der Zusammenhang
Andererseits gilt dem Zustandsgleichungssystem entsprechend:
Also kann die Querbeschleunigung aus den Zustands- und Eingangsgrößen ausgedrückt werden: So the lateral acceleration can be expressed from the state and input quantities:
Damit ergeben sich die Matrizen C und D zuThis results in the matrices C and D too
Die hier erforderliche 2×2-Matrix Q lässt sich mit vorgegebener Eigenfrequenz ω und Dämpfung D wie folgt definieren: The 2 × 2 matrix Q required here can be defined with given natural frequency ω and damping D as follows:
Da die Berechnung mit einer Frequenz von 25 Hz mit dem Euler-Einschrittverfahren erfolgt, soll der Eigenwert möglichst weit unterhalb dieser Frequenz liegen. Die Matrix L ergibt sich dann zu
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- Hecker, F.; Jundt, O.; Leimbach, K.-D.; Faye, I.; Schramm, H.: Fahrdynamikregelung für Sattelzüge, 6. Fachtagung Reifen – Fahrwerk – Fahrbahn Hannover 1007, VDI-Berichte 1350 [0006] Hecker, F .; Jundt, O .; Leimbach, K.-D .; Faye, I .; Schramm, H .: Vehicle dynamics control for semitrailer tractors, 6th technical conference Tires - Chassis - Road Hannover 1007, VDI reports 1350 [0006]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R230 | Request for early publication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
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Effective date: 20150101 |