Vergleich von EKF und UKF zur Fahrzustandsschätzung anhand des Zweiradmodells

Abstract

Diese Diplomarbeit handelt vom Thema Zustandsbeobachtung der Querdynamik eines Automobils. Als Fahrzeugmodell wird ein ebenes Zweiradmodell verwendet, bei dem die beiden Spuren des Autos auf eine Spur in der Symmetrieebene des Fahrzeugs zusammengefasst werden. Betrachtet wird ein fünfdimensionales Zustandsraumsystem mit der Längs- und Quergeschwindigkeit des Schwerpunkts, der Gierrate und den beiden Radwinkelgeschwindigkeiten als Zustandsgrößen. Als Eingangsgrößen fungieren der Lenkwinkel des Vorderrades, Antriebs- und Bremsmoment. Ziel dieser Arbeit ist ein Vergleich unterschiedlicher Zustandsbeobachter in Bezug auf deren Aufbau, Funktionsweise und Fähigkeiten. Verglichen werden sollen dabei drei unterschiedliche diskrete Kalman Filter, Linearer Kalman Filter, Extended Kalman Filter und Unscented Kalman Filter, bei unterschiedlichen Fahrmanövern und bei unterschiedlichen Abtastzeiten.

This diploma thesis deals with the topic of state observation of the lateral dynamics of an automobile. A planar two-wheel vehicle model is used, where the two tracks of the car are grouped together on a single track in the plane of symmetry of the vehicle. A five dimensional state space system is considered. The state variables are the longitudinal and lateral velocity of the center of gravity, the yaw rate and the wheel angular velocities. The steering angle of the front wheel and the drive and braking torque act as input variables. The aim of this thesis is a comparison of different state observers in terms of their structure and functionality. This analysis compares three different discrete Kalman Filters, Linear Kalman Filter, Extended Kalman Filter and Unscented Kalman Filter, by means of different maneuvers and different sampling times.