Die Entwicklung und der Test von Fahrdynamikregelsystemen im Labor stützt sich zunehmend auf Hardware- und Software-in-the-loop-Umgebungen, bei denen die entwickelten Komponenten mit Simulationsmodellen von Fahrzeug, Fahrer und Straße gekoppelt werden. Zur detailgetreuen Berechnung des Fahrzeugsverhaltens ist ein Modell erforderlich, das neben der räumlichen Bewegung auch die nichtlineare Fahrwerkskinematik und die nichtlineare Reifendynamik berücksichtigt. Für die dabei benötigte Komplexitätsstufe ist das Fahrdynamikprogramm ve-Dyna auf moderner PC- und geeigneter Prüfstandshardware echtzeitfähig. Als Fahrermodell hat sich der ve-Dyna Advanced Driver bewährt, der sich aus einer Antizipationsebene zur Berechnung von Fahrzeugsollbahn und -sollgeschwindigkeit sowie einer Stabilisierungsebene mit einem präzisen nichtlinearen Positionsregler für die Fahrzeugführung zusammensetzt. Im vorliegenden Artikel wird ein Konzept für ein komplexes Trassenmodell vorgestellt, das in der ve-Dyna Advanced Road realisiert ist. Anschließend werden zwei Anwendungen des Straßenmodells vorgestellt. Mit Ausgleichssplinefunktionen ist es möglich, hoch aufgelöste Messdaten von Raumkoordinaten und Neigung realer Straßenzüge hinreichend genau zu approximieren und auf ein für die Echtzeitsimulation brauchbares Format zu reduzieren. Zur Vervollständigung des Modells ist die Angabe von Trasseneigenschaften, wie Fahrbahnbreite oder -qualität, und Straßenverhältnissen, wie Oberflächen- oder Witterungsbedingungen, möglich. Dazu wird die glatte Fläche aus erzeugenden Geraden additiv mit einem stückweise linearen Querprofil überlagert. Neben der echtzeitfähigen Fahrdynamiksimulation ist die schnelle Auswertung des Straßenmodells auch für andere Anwendungen von Bedeutung. Ein Beispiel ist die Bestimmung näherungsweise zeitoptimaler Bahntrajektorien eines Rennfahrzeugs für vorgegebene Rennkurse mittels numerischer Optimierung. Im Hinblick auf den Rechenzeitbedarf für die Optimierung ist es dabei unabdingbar, die Anzahl der freien Parameter auf eine begrenzte Zahl von charakteristischen Punkten des Kurses zu reduzieren, während die Auswertungen von Krümmungs- und Geschwindigkeitsprofil sowie die Berechnung der Rundenzeit auf einem wesentlich feineren Gitter stattfinden. Für den 5,792 km langen Formel-1-Kurs in Monza wurde eine näherungsweise zeitoptimale Raceline berechnet. Zur Diskretisierung der Fahrzeugtrajektorie wurden 56 Stützpunkte benutzt.
Realistische Strassenmodellierung für die Fahrdynamiksimulation in Echtzeit
Realistic road modelling for the real time simulation of vehicle movement dynamics
Automobiltechnische Zeitschrift - ATZ ; 106 , 2 ; 118-125
2004
8 Seiten, 7 Bilder, 10 Quellen
Article (Journal)
German
Modellmethode , rechnerunterstütztes Konstruieren , Rechnersimulation , Fahrstraße , Fahrdynamik , Echtzeitbetrieb , mathematisches Modell , Oberflächenbeschaffenheit , Simulationsmodell , Simulationsprogramm , Anwendung im Fahrzeugbau , Anwendung in der Elektrotechnik und Elektronik , elektronische Regelung , Regelungssystem , Regelungssystementwurf , Fahrverhalten , Fahrwerk (Fahrzeug) , Optimierungssimulation , Simulation von Vorgängen , Trajektorie , Bewegungsbahn , Anwendung in der Wehrtechnik , Fahrgeschwindigkeit , Nichtlinearität , Rennwagen , Rennstrecke
Realistische Strassenmodellierung fuer die Fahrdynamiksimulation in Echtzeit
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