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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Regelverfahrens
für ein die Fahrdynamik eines Fahrzeugs beeinflussende
aktive Fahrzeugkomponente unter Verwendung eines Fahrzeug-Modellierungssystems.
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In
Fahrzeugen werden eine große Anzahl von aktiven Fahrzeugkomponenten,
wie Fahrstabilitäts- oder Dämpferregelungen, Überlagerungslenkungen,
aktive Stabilisatoren, aktive Hinterachskinematiken und Torque Vectoring
(Drehmomentverteilung zwischen den Rädern) eingesetzt.
Diese Fahrzeugkomponenten werden jeweils mit eigenen Reglern ausgestattet,
bei denen die Regelkonzepte, die zugehörigen Regelparameter
und Regelvorgänge in Abhängigkeit von zahlreichen
Parametern, Messgrößen und Vorgaben nach komplizierten
Algorithmen berechnet und umgesetzt werden.
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Bei
der Entwicklung solcher Fahrzeugkomponenten entstehen daher immer
komplexere Systeme, bei denen die Funktionsweise einzelner Systemkomponenten
mehr oder weniger stark voneinander abhängen, so dass zur
Auslegung und Abstimmung solcher Fahrzeugkomponenten neben Simulationen des
Gesamtsystems mittels eines virtuellen Fahrzeugs auch Fahrversuche
mittels eines Versuchsträgers unerlässlich sind.
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1 zeigt
die übliche Herangehensweise zur Auslegung und Abstimmung
aktiver Fahrzeugkomponenten, die mehrere Iterationsschleifen erfordert.
Zunächst erfolgt eine Bestimmung des Regelkonzepts für
eine aktive Fahrzeugkomponente mit Hilfe einer Simulation in einer
ersten Iterationsschleife, ohne dass jedoch genaue Kenntnisse über
das gewünschte Fahrverhalten vorliegen. Dies kann dazu führen,
dass nach Fahrversuchen mittels eines Versuchsträgers in
einer zweiten Iterationsschleife eine reine Parameteränderung
der Reglerparameter nicht mehr ausreichend ist, um das gewünschte
Fahrverhalten mit dem einmal gewählten Reglerkonzept einstellen
zu können. Daher muss eine neue Iterationsschleife, also
eine dritte Iterationsschleife mit einer weiteren Simulation und
einem neuen Reglerkonzept durchlaufen werden, um anschließend
in einer vierten Iterationsschleife mit dem Versuchsträger
zu prüfen, ob das gewünschte Fahrverhalten erreicht
wurde.
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Selbst
wenn ein in einer ersten Iterationsschleife ein geeignetes Regelkonzept
bestimmt wurde, erfolgt die Bestimmung der Reglerparameter dennoch
durch eine Vielzahl von Iterationen. Denn zuerst werden zahlreiche
Varianten in der Simulation gerechnet und ein Regler vorausgelegt.
Anschließend werden Versuchsfahrten mit einem Versuchsträger
durchgeführt, die aufgrund subjektiver Bewertung des Fahrverhaltens
des Versuchsträgers Änderungen an dessen Fahrverhalten
erfordern, die durch geeignete Änderungen der Reglerparameter
umgesetzt werden müssen und somit weitere Iterationsschritte
erfordern.
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Eine
solche Art der Auslegung und Abstimmung von aktiven Fahrzeugkomponenten
ist zeitaufwendig und daher mit hohen Kosten verbunden.
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Aus
der
DE 102 96 801
T5 ist ein Fahrzeug-Kraftübertragungs-Modellierungssystem
mit einem Kraftübertragungs-Modell, einem Fahrzeug-Modell,
einem Sitz-Modell, einem Fahrer-Modell und einem ein neuronales
Netzwerk beinhaltendes Korrelationselement bekannt, mit dem ein
verbessertes Messen, Modellieren und Steuern der Schaltqualität von
automatischen Schaltgetrieben ermöglicht werden soll. Zu
Erstellung des Korrelationselements werden in einem Fahrzeug relevante
Daten mit einer subjektiven Schalt-Bewertung aufgezeichnet und darauf
ein neuronales Netzwerk mit Fahrzeugmesswerten als eine Eingabe-Ebene
und mit den subjektiven Bewertungen als eine Ausgabe-Ebene angewendet,
so dass ein Korrelationsmodell in Form eines Algorithmus zur Verfügung
steht, der bei der Eingabe von Systemparametern einen vorhergesagten
Wert der Schaltqualität-Bewertung ausgibt.
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Dieses
Modell kann auch in einem Fahrzeugentwicklungsprozess verwendet
werden, wenn das neuronale Netzwerk in einer Kalibrierungsphase
trainiert wurde, so dass dessen Antwortverhalten dem Verhalten eines
reales Systems entspricht. Mit einem solchen trainierten neuronalen
Netzwerk können die Auswirkungen von Veränderungen
am Fahrzeug auf die Schaltqualität bestimmt werden, um
die Konstruktion anzupassen und damit die Schaltqualität
zu verbessern.
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Ein
solches Vorgehen erfordert ebenso einen hohen Aufwand, um das neuronale
Netzwerk zu kalibrieren und verursacht damit auch hohe Entwicklungskosten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Erstellung eines Regelverfahrens
für ein die Fahrdynamik eines Fahrzeugs beeinflussende aktive
Fahrzeugkomponente anzugeben, das zu einem einfacheren Abstimmungsprozess
führt und insbesondere die Anzahlt von Iterationen im Entwicklungsprozess,
also die Anzahl der Simulationen und der Fahrversuche reduziert.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1.
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Bei
einem solchen Verfahren zur Erstellung eines Regelverfahrens für
ein die Fahrdynamik eines Fahrzeugs beeinflussende aktive Fahrzeugkomponente werden
unter Verwendung eines Fahrzeug-Modellierungssystems folgende Verfahrensschritte
durchgeführt:
- a) Simulation von wenigstens
einem definierten Fahrzeugmanöver mittels des Fahrzeug-Modellierungssystems
auf der Basis eines ersten zeitlichen Stellverlaufs wenigstens einer
Stellgröße für die Fahrzeugkomponente,
- b) Erzeugung von das Simulationsergebnis charakterisierenden
Kennwerten,
- c) Bewertung der Kennwerte auf der Basis einer vorgegebenen
Korrelation mit einer subjektiven Bewertung des definierten Fahrzeugmanövers,
- d) Erzeugung von wenigstens einer Bewertungszahl als Ergebnis
der Bewertung, und
- e) Optimierung des zeitlichen Stellverlaufs der wenigstens einen
Stellgröße hinsichtlich der wenigstens einen Bewertungszahl
für das definierte Fahrzeugmanöver durch iteratives
Durchlaufen der Verfahrensschritte a) bis e) auf der Basis des jeweils
geänderten zeitlichen Stellverlaufs der wenigstens einen
Stellgröße.
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Mit
diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann bereits
in einer sehr frühen Entwicklungsphase des Reglerkonzepts
in der Simulation und unter Verwendung einer Korrelation zwischen
definierten Fahrzeugmanövern und deren subjektiven Bewertungen
auf das gewünschte Fahrverhalten hin entwickelt werden,
da bereits in der Simulation das Fahrverhalten ohne Durchführung
eines Fahrversuchs hinsichtlich des gewünschten Fahrverhaltens
beurteilt werden kann. Das Wissen aus solchen Fahrversuche mit Versuchsträgern
wird dadurch bereits in einer solchen frühen Entwicklungsphase
zur Verfügung gestellt.
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Ferner
hat sich als besonders effektiv die Optimierungsphase auf der Basis
der Korrelation zwischen objektiven und subjektiven Daten als Gütekriterium erwiesen,
da hierdurch ein idealer zeitlicher Stellverlauf der Stellgröße
generiert werden kann.
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Darüber
hinaus führt die Ermittlung der für die Beurteilung
mittels der objektiv-subjektiv-Korrelation relevanten Kennwerte
zu einer deutlichen Reduzierung an Stellgrößen
zur Abstimmung von aktiven Fahrzeugkomponenten. Daher kann das Fahrverhalten
Top-Down durch wenige Parameter vorgegeben werden.
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Insgesamt
führt das erfindungsgemäße Verfahren
zu einer deutlichen Kostensenkung aufgrund der Reduzierung der Anzahl
von Fahrversuchen und der Anzahl von Simulationen.
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Idealerweise
wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung aus dem
optimierten zeitlichen Stellverlauf der wenigstens einen Stellgröße
für die Fahrzeugkomponente eine Reglerstruktur abgeleitet,
die für diesen optimierten zeitlichen Stellverlauf eine
ideale Struktur darstellt. Vorzugsweise werden die Reglerparameter
einer solchen ermittelten idealen Reglerstruktur mit den erfindungsgemäßen
Verfahrensschritten a) bis e) optimiert, indem mit einer ersten
Einstellung der Reglerparameter in Verfahrensschritt a) gestartet
wird.
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Schließlich
werden bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mehrere
Fahrzeugmanöver in einem Manöverkatalog abgelegt,
so kann nach Fahrzeugkategorien und Fahrstilen, wie bspw. sportlich
und agil oder komfortabel differenziert werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines herkömmlichen Abstimmungsprozesses,
und
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2 eine
schematische Darstellung eines Auslegungs- und Abstimmungsprozesses
einer aktiven Fahrzeugkomponente.
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1 wurde
bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben.
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Im
Folgenden wird das Verfahren zur Auslegung und Abstimmung einer
aktiven Fahrzeugkomponente mittels Simulation anhand eines vereinfachten
Ablaufdiagramms nach 2 erläutert.
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Solche
aktiven Fahrzeugkomponenten sind bspw. Fahrstabilitäts-
oder Dämpferregelungen (ABC), Überlagerungslenkungen,
aktive Stabilisatoren, aktive Hinterachskinematiken und Torque Vectoring
(Drehmomentverteilung zwischen den Rädern), für
die jeweils im Entwicklungsprozess ein Reglerkonzept mit den zugehörigen
Reglerparametern entwickelt werden muss. Zu solchen aktiven Fahrzeugkomponenten
zählen auch Antiblockiersysteme (ABS), Antriebsschlupfregelungen
(ASR) und Bremsassistenten.
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Nach 2 wird
in einem ersten Schritt S1 ein Fahrzeug modelliert, das mit einer
aktiven Fahrzeugkomponente, bspw. einer Überlagerungslenkung
ausgestattet ist und für das ein Reglerkonzept entwickelt
werden soll. In diesem Schritt S1 wird ein erster zeitlicher Stellverlauf
einer Stellgröße für die Überlagerungslenkung
vorgegeben. Natürlich ist es auch möglich, den
Simulationsprozess mit mehreren Stellgrößen zu
beginnen.
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In
einem nächsten Schritt S2 wird aus einem Manöverkatalog
ein definiertes Fahrmanöver ausgewählt, in Falle
einer Überlagerungslenkung könnte dies bspw. ein
abruptes Lenkmanöver nach links sein, wobei Differenzierungen
nach Fahrzeugkategorie, bspw. Reiselimousine oder Sportwagen und
auch nach Fahrstil, bspw. Agilität oder Komfort möglich sind.
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Im
darauffolgenden Schritt S3 zur Simulation der Fahrdynamik werden
auf der Basis von aus dem Manöverkatalog erhaltenen Daten
geschätzte Istwerte oder theoretische Sollwerte der Fahrdynamik
des Fahrzeugs durch Simulation bestimmt, die das Fahrzeugverhalten
im Falle des abrupten Lenkmanövers darstellen sollen. Vorteilhaft
ist hierbei, dass das Zusammenspiel verschiedenen Komponenten im
Fahrzeug und deren Einfluss aufeinander erfasst und simuliert werden
kann.
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Aus
diesen Daten werden Kennwerte selektiert, die im nächsten
Schritt S4 für eine Bewertung auf der Basis einer subjektiven
Bewertung der Fahrsituation herangezogen wird. Aus Fahrversuchen wurden
diese Kennwerte so bestimmt, dass diese mit ursächlich
sind für die jeweilige subjektive Bewertung der definierten
Fahrsituation, also stark mit den Wahrnehmungsmerkmalen des den
Fahrversuch durchführenden Fahrers korrelieren.
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Das
Ergebnis der in Schritt S4 durchgeführten Bewertung wird
mittels eines Algorithmus in Schritt S5 in Bewertungszahlen ausgedrückt,
die in einem anschließenden Schritt S6 die Basis für
eine Optimierung bilden. In dieser Optimierung wird hinsichtlich
eines „Fahrdynamik-Wunschverhaltens”, das sich
in den Bewertungszahlen ausdrückt, optimiert, indem der
zeitliche Stellverlauf der Stellgröße geändert
wird, wie dies in Schritt S7 schematisch dargestellt ist. Mit einem
solchen geänderten Stellverlauf wird nun in den Schritten
S1, S2 und S3 eine erneute Simulation durchgeführt.
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Der
Vorteil dieser Vorgehensweise liegt in einer deutlich niedrigen
Zahl von Verstellparametern zu Abstimmung von aktiven Fahrzeugkomponenten. Bei
einem wie in 1 dargestellten üblichen
Abstimmungs- und Auslegungsprozess kann eine Vielzahl von Parametern
bzw. Stellgrößen, wie bspw. Lagerhärten,
Federwege, Dämpferkennlinien und Achsgeometrien verwendet
werden, um ein gewünschtes Fahrverhalten zu erzielen. Mit
Hilfe der Optimierung in Schritt S6 können solche Kombinationen
gerechnet bzw. simuliert werden und bezüglich des gewünschten
Verhaltens mit Hilfe der objektiv-subjektiv-Korrelation in Schritt
S4 bewertet werden.
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Ist
mit Schritt S7 ein optimierter zeitlicher Stellverlauf der Stellgröße
erreicht, wird in einem Schritt S8 die passende Reglerstruktur,
also das Reglerkonzept für die Überlagerungslenkung
erstellt. Um die optimalen Reglerparameter zu ermitteln, wird erneut
eine Simulation mit einer Optimierung in Schritt S6 durchgeführt,
bei der die Optimierung auf der Basis der bestimmten Reglerstruktur
erfolgt. In Schritt S6 werden daher Reglerparameter bestimmt, deren
zeitlicher Verlauf gemäß Schritt S7 als Eingangsdaten
für die Simulation in den Schritten S1, S2 und S3 dienen.
Die Simulation und die Optimierung werden so oft durchlaufen, bis
das gewünschte Fahrverhalten als Ergebnis, das optimal
hinsichtlich der objektiv-subjektiv-Korrelation gemäß Schritt
S4 ist, vorliegt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann auf alle Fahrzeugtypen
angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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