Vorwort | 6 |
Autorenverzeichnis | 8 |
Inhaltsverzeichnis | 10 |
1 Das mechatronische Kraftfahrzeug | 17 |
1.1 Zur Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen und Fahrdynamik-Regelungen | 17 |
1.2 Mechatronische Systeme | 19 |
1.2.1 Integrierte mechatronische Systeme | 21 |
1.2.2 Funktionen mechatronischer Systeme | 23 |
1.2.3 Integrationsformen von Prozess und Elektronik | 26 |
1.2.4 Entwurfsmethodik für mechatronische Systeme | 29 |
1.2.5 Rechnergestützter Entwurf von mechatronischen Systemen | 31 |
1.3 Mechatronische Komponenten im Kraftfahrzeug – eine kurze Übersicht | 33 |
1.3.1 Mechatronische Radaufhängungen | 34 |
1.3.2 Mechatronische Bremssysteme | 36 |
1.3.3 Mechatronische Lenksysteme | 38 |
2 Modelle zur Beschreibung des Fahrzeugverhaltens | 43 |
2.1 Modellierung technischer Systeme | 43 |
2.3 Ausprägungen von Fahrzeugmodellen | 47 |
2.4 Gesamtfahrzeugmodelle | 49 |
2.5 Modellierung von Antriebsstrang und Bremse | 50 |
2.6 Reifenmodelle | 51 |
2.6.1 Reifenmodell nach Burckhardt | 53 |
2.6.2 Reifenmodell nach Pacejka | 56 |
2.6.4 Dynamik des Kraftaufbaus | 57 |
2.7 Dynamikgleichungen des Zweispurmodells | 58 |
2.8 Zusammenfassung | 61 |
3 Modellierung, Analyse und Simulation der Fahrzeugquerdynamik | 63 |
3.1 Modellbildung des lineares Einspurmodelles | 63 |
3.1.1 Kinetik | 64 |
3.1.2 Kinematik | 67 |
3.1.3 Querschlupf und Querkräfte | 70 |
3.1.4 Bewegungsgleichungen | 74 |
3.2 Analyse des linearen Einspurmodells | 79 |
3.2.1 Übertragungsfunktionen | 79 |
Literatur | 86 |
4 Objektorientierte Modellbildung des fahrdynamischen Verhaltens mit MODELICA | 87 |
4.1 Modular-hierarchische Strukturierung | 88 |
4.1.1 Verknüpfungen | 89 |
4.1.2 Modellaggregation | 89 |
4.1.3 Objektdiagramme | 89 |
4.2 Grundzüge objektorientierter Modellierung physikalischer Systeme mit MODELICA | 90 |
4.2.1 Objekte und Klassen | 91 |
4.2.2 Schnittstellen und Verknüpfungen | 92 |
4.2.3 Kapselung | 93 |
4.2.4 Hierarchie | 93 |
4.3 Physikalische Modellbildung am Beispiel des Kraftfahrzeugs | 94 |
4.3.1 Fahrwerk | 96 |
4.3.2 Reifen/Räder | 98 |
4.3.3 Antrieb und Bremssystem | 100 |
4.3.4 Bewertung der Modellierung mit MODELICA | 101 |
4.4 Modellparametrierung und -validierung | 102 |
4.5 Zusammenfassung und Ausblick | 104 |
5 Anwendungsorientierte Übersicht kommerzieller Fahrzeug-Simulations-Systeme | 109 |
5.1 Mehrkörper-Simulation (MKS) | 109 |
5.1.1 Übergang vom MKS-Modell zum systemdynamischen Modell | 112 |
5.2 Systemdynamische Fahrzeugmodelle | 113 |
5.3 Modellbasierter Entwicklungsprozess | 118 |
5.4 Software-in-the-Loop-Simulation | 120 |
5.4.1 Anwendungsbeispiel: IDSPlus Fahrwerk im Opel Astra | 121 |
5.4.2 SiL-Simulation des ICC-Systems | 122 |
5.5 Hardware-in-the-Loop-Simulation | 124 |
5.6 Testautomatisierung | 128 |
Literatur | 131 |
6 Domänenübergreifende Modellbildung eines aktiv gefederten Nutzfahrzeugs (CAMel-View TestRig) | 133 |
6.1 Versuchsträger: Ein passiv gefedertes Nutzfahrzeug auf UNIMOG-Basis | 133 |
6.2 Entwurfsziel: Aktives Fahrwerk für ein geländegängiges Nutzfahrzeug | 134 |
6.2.1 Prinzip der aktiven Federung | 135 |
6.2.2 Flügelzellenaktorik | 135 |
6.2.3 Informationsverarbeitung und Sensorik | 136 |
6.3 Entwurfsprozess: Modellbasierter Entwurf mechatronischer Systeme | 137 |
6.3.1 Modellphase | 137 |
6.3.2 Prüfstandsphase | 138 |
6.3.3 Prototypenphase | 139 |
6.4 Entwurfsumgebung: CAMeL-View TestRig – ein durchgängiges Werkzeug für den Entwurf mechatronischer Systeme | 139 |
6.4.1 Objektorientierte Modellbildung mechatronischer Systeme mit CAMeL-View | 140 |
6.4.2 Vom physikalisch-topologischen zum mathematischen Modell | 143 |
6.4.3 CAMeL-View TestRig-Prüfstands- und -Prototypenhardware | 145 |
6.5 Entwurfsprozess: Modell-, Prüfstands- und Prototypenphase | 147 |
6.5.1 Modellphase: Modellbildung des aktiv gefederten Nutzfahrzeugs | 147 |
6.5.2 Validierung des Fahrzeugmodells | 148 |
6.5.4 Simulationsuntersuchungen am virtuellen Prototypen | 149 |
6.5.5 Prüfstandsphase: Komponententest | 150 |
6.5.6 Prototypenphase: Einsatz im Fahrversuch | 151 |
6.6 Zusammenfassung und Ausblick | 152 |
7 Bremsregelungen für mechatronische Bremsen | 153 |
7.1 Konventionelles Antiblockiersystem | 155 |
7.2 Grundzüge des Antiblockiersystems mit neuem Ansatz | 157 |
7.2.1 Aufbau des Regelsystems | 157 |
7.2.2 Versuchsfahrzeug | 159 |
7.2.3 Elektrohydraulische Bremse (EHB) | 160 |
7.3 Funktionen des Antiblockiersystems mit neuem Ansatz | 162 |
7.3.1 Radschlupfregelung | 162 |
7.3.2 Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit | 171 |
7.3.3 Ermittlung des optimalen Bremsschlupfs und Bremsschlupfvorgabe | 175 |
7.4 Vergleich von ABS mit konventionellem bzw. neuem Ansatz | 179 |
7.4.1 Konventionelles Antiblockiersystem | 180 |
7.4.2 Antiblockiersystem mit neuem Ansatz | 181 |
7.5 Zusammenfassung | 183 |
8 Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) | 185 |
8.1 Regelkonzept des ESP | 187 |
8.2 Komponenten des ESP | 190 |
8.3 Anforderungen an das ESP | 190 |
8.4 Struktur des ESP-Reglers | 192 |
8.4.1 Fahrdynamikregler | 193 |
8.4.2 Bremsschlupfregler | 208 |
8.4.3 Antriebsschlupfregler | 213 |
8.5 Überwachung des ESP-Systems | 218 |
8.5.1 Anforderungen an die Sicherheit | 219 |
8.5.2 Auswirkungen von Komponentenausfällen | 220 |
8.5.3 Basiselemente des ESP-Sicherheitskonzepts | 221 |
8.5.4 Wiedergutprüfung nach Systemabschaltung | 227 |
Literatur | 227 |
9 Mechatronische Lenksysteme: Modellbildung und Funktionalität des Active Front Steering | 229 |
9.1 Systemüberblick des Active Front Steering | 229 |
9.2 Lenkassistenzfunktionen des Active Front Steering | 230 |
9.3 Systemkomponenten des Active Front Steering | 234 |
9.4 Mathematische Modellbildung, Parameterschätzung und Validierung | 237 |
9.5 Grundzüge des technischen Sicherheitskonzeptes | 247 |
9.6 Modellbasierte Überwachungsmaßnahmen | 248 |
9.7 Zusammenfassung | 251 |
Literatur | 252 |
10 Integrierte Querdynamikregelung mit ESP, AFS und aktiven Fahrwerksystemen | 253 |
10.1 Überblick über aktive Systeme zur Beeinflussung der Fahrzeugquerbewegung | 254 |
10.1.1 ESP | 254 |
10.1.2 Aktive Vorderachslenkung AFS | 256 |
10.1.3 Aktive Fahrwerksysteme | 258 |
10.1.4 Der Reifen als Übertragungsglied | 259 |
10.2 Bewertung von Querdynamikeingriffen anhand des Giermoments | 260 |
10.3 Funktions- und Regelungsstruktur von VDM | 262 |
10.4 Anwendung im Fahrversuch | 264 |
10.5 Schlussfolgerung | 266 |
11 Semiaktive Stoßdämpfer und aktive Radaufhängungen | 269 |
11.1 Übersicht aktiver Stoßdämpfer und aktiver Radaufhängungen | 269 |
11.2 CDC-System und Weiterentwicklung zur Mechatronik | 270 |
11.3 Funktionsvernetzung am Beispiel CDC und ARS | 275 |
11.4 Zusammenfassung | 280 |
12 Elektronisch geregelte Luftfedersysteme | 281 |
12.1 Luftfedersysteme | 281 |
12.2 Einsatzfelder von Luftfedersystemen | 284 |
12.3 Bauformen der Luftfedern und Luftfederdämpfereinheiten | 284 |
12.4 Luftversorgung | 288 |
12.5 Luftfederdämpfungssystem | 292 |
12.6 Steuergerät und Regelung | 296 |
12.7 Zusammenfassung | 298 |
13 Automatisches Spurfahren auf Autobahnen | 301 |
13.1 Systemüberblick | 302 |
13.1.1 Systemfunktion | 302 |
13.1.2 Funktionaler Systemaufbau und Verarbeitungsablauf | 302 |
13.1.3 Systemkomponenten | 304 |
13.1.4 Fahrzeugintegration und Mensch-Maschine-Schnittstelle | 306 |
13.2 Fahrzeugquerführung | 307 |
13.2.1 Reglerstruktur | 307 |
13.2.2 Stabilitätsuntersuchungen | 312 |
13.2.3 Kennlinien und Sprungantworten | 314 |
13.2.4 Praktisches Reglerverhalten | 317 |
13.3 Leistungsbewertung des ALD-Systems | 317 |
Zusammenfassung | 321 |
14 Parkassistent | 323 |
14.1 Systemkonzept | 324 |
14.2 Positionsbestimmung | 326 |
14.3 Bahnplanung | 328 |
14.4 Bahnregelung | 330 |
14.5 Mensch-Maschine-Schnittstelle | 333 |
14.6 Experimentelle Ergebnisse | 335 |
14.7 Zusammenfassung | 337 |
Literatur | 338 |
15 Systemvernetzung und Funktionseigenentwicklung im Fahrwerk – Neue Herausforderung für Hersteller und Zulieferer | 339 |
15.1 Fahrwerksysteme – Ein Überblick | 340 |
15.2 Funktionale Architekturen der Fahrwerksvernetzung | 351 |
15.3 Geschäftsmodelle für Funktionseigenentwicklung beim OEM | 355 |
15.4 Zusammenfassung | 359 |
Literatur | 360 |
16 Vernetzung von Längs-, Quer- und Vertikaldynamik-Regelung | 361 |
16.1 Querregelkreis und Fahrer | 363 |
16.2 Wechselwirkung Längs- und Querdynamik | 366 |
16.3 Wechselwirkung Quer- und Wankdynamik | 368 |
16.4 Fahrdynamischer Systemverbund | 371 |
16.5 Entwicklungsmethodik für einen fahrdynamischen Systemverbund | 376 |
16.6 Zusammenfassung und Ausblick | 378 |
17 Entwicklungsumgebung mit echtzeitfähigen Gesamtfahrzeugmodellen für sicherheitsrelevante Fahrerassistenzsysteme | 381 |
17.1 Besondere Betrachtung des Fahrers im Regelkreis | 381 |
17.2 Laboraufbau und HIL-Simulationsmodell | 383 |
17.3 Stabilisierung des Fahrzeugs durch Gierraten- Regelung mit aktivem Lenkeingriff | 386 |
17.4 Beispiel Ausweichassistent | 389 |
17.5 Zusammenfassung und Ausblick | 390 |
18 Modellgestützte Überwachung und Fehlerdiagnose für Kraftfahrzeuge | 393 |
18.1 Wissensbasierte Fehlererkennung und Fehlerdiagnose | 395 |
18.2 Modellgestützte Methoden zur Fehlererkennung | 396 |
18.2.1 Mathematische Prozessmodelle und Fehlermodellierung | 398 |
18.2.2 Fehlererkennung mit Parameterschätzmethoden | 401 |
18.2.3 Fehlererkennung mit Paritätsgleichungen | 402 |
18.2.4 Fehlererkennung mit Beobachtern | 403 |
18.2.5 Fehlererkennung mit Signalmodellen | 404 |
18.2.6 Vergleich der verschiedenen Methoden | 405 |
18.2.7 Kombination verschiedener Methoden zur Fehlererkennung | 406 |
18.2.8 Symptomerkennung | 407 |
18.3 Methoden zur Fehlerdiagnose | 410 |
18.3.1 Arten der Merkmale und Symptome | 410 |
18.3.2 Einheitliche Darstellung der Symptome | 411 |
18.3.3 Klassifikationsverfahren | 411 |
18.3.4 Inferenzverfahren | 412 |
18.4 Elektromechanische Aktoren | 415 |
18.4.1 Elektrische Drosselklappe | 415 |
18.4.2 Elektromagnet (Magnetventil) | 416 |
18.5 Modellgestützte Fehlerdiagnose am Fahrwerk | 417 |
18.5.1 Fehlerdiagnose an Radaufhängungen | 417 |
18.5.2 Aktive Radaufhängung | 419 |
18.6 Schlussfolgerungen | 419 |
Literatur | 420 |
19 Fehlererkennung und -diagnose für Fahrdynamiksensoren mit querdynamischen Modellen | 423 |
19.1 Symptomgenerierung in der unteren Ebene | 425 |
19.1.1 Geometrische Modelle | 425 |
19.1.2 Geometrische Modelle mit Raddrehzahldifferenz | 425 |
19.1.3 Geometrische Modelle mit Vorderradeinschlag | 428 |
19.1.4 Paritätsgleichungen | 429 |
19.1.5 Fehlererkennung der ABS Radgeschwindigkeitssignale | 430 |
19.2 Diagnosesystem in der mittleren Ebene | 432 |
19.2.1 Einsatz von Fuzzy-Logik zur Diagnose | 432 |
19.3 Experimentelle Ergebnisse der Fehlererkennung und -diagnose | 435 |
19.4 Rekonfiguration in der oberen Ebene | 444 |
19.5 Zusammenfassung | 445 |
20 Diagnose und Sensor-Fehlertoleranz aktiver Fahrwerke | 447 |
20.1 Diagnose und Sensor-Fehlertoleranz für eine elektrohydraulische Radaufhängung | 447 |
20.1.1 Modellbildung der elektrohydraulischen Radaufhängung | 448 |
20.1.2 Parameterschätzung | 450 |
20.1.3 Modellierung mit semi-physikalischen Modellen | 451 |
20.1.4 System zur Diagnose und Sensor-Fehlertoleranz | 453 |
20.1.6 Prozessfehlererkennung | 455 |
20.1.7 Sensorfehler-Toleranz | 456 |
20.2 Diagnose und Sensor-Fehlertoleranz für einen aktiven Stabilisator | 457 |
20.2.1 Modellbildung des aktiven Stabilisators | 459 |
20.2.2 Parameterschätzung | 460 |
20.2.3 Modellierung mit semi-physikalischen Modellen | 461 |
20.2.4 Erkennung und Diagnose von Sensorfehlern | 464 |
20.3 Zusammenfassung | 466 |
Literatur | 467 |
Sachwortverzeichnis | 469 |