dc.description.abstract
In der vorliegenden Arbeit wird ein Fahrermodell entwickelt, dass das Verhalten des Fahrers im Hinblick auf die Geschwindigkeitswahl während einer Fahrt auf einer geraden, unebenen Fahrbahn abbilden soll. Der Fahrer bewertet die zukünftigen Fahrbahnunebenheiten und wählt aufgrund dieser die Fahrgeschwindigkeit. Bei der Geschwindigkeitswahl muss der Fahrer stets einen Kompromiss zwischen verschiedenen Kriterien eingehen. Zum einen möchte er die Fahrt als komfortabel empfinden, zum anderen ist es dem Fahrer aber auch wichtig, möglichst zügig voranzukommen, da das Gelangen von A nach B in der Regel der primäre Grund für eine Fahrt ist. In der Realität sind noch weitere Aspekte, wie die Fahrsicherheit und keine Schäden am Fahrzeug zu verursachen, für die Wahl der Fahrgeschwindigkeit wichtig, auf die im Zuge dieser Arbeit jedoch nicht eingegangen wird. Abhängig vom Fahrstil sieht der optimale Kompromiss zwischen Fahrkomfort und zügigem Vorankommen für die verschiedenen Fahrertypen unterschiedlich aus. Um das Verhalten des Fahrers bei der Wahl der Fahrgeschwindigkeit aufgrund dem gewünschten Fahrkomfort und dem Bestreben zügig Voranzukommen abbilden zu können, wird im Zuge dieser Arbeit ein kombiniertes Fahrermodell für die Vertikal- und Längsdynamik entwickelt, mit dem die Vertikalschwingungsanregung eines Fahrzeugs während einer Fahrt auf einer geraden, unebenen Fahrbahn betrachtet werden kann. Dieses Modell wird im Anschluss dazu verwendet, die Auswirkungen der Schwingungsanregung während einer Fahrt auf einer Fahrbahn, die Unebenheiten in Form von Einzelhindernissen aufweist, auf den Fahrkomfort zu betrachten. Ziel ist es, einen Geschwindigkeitsverlauf für das Überfahren der Einzelhindernisse zu ermitteln, der in Abhängigkeit des Fahrstils des Fahrers im Hinblick auf den gewünschten Fahrkomfort und dem Bedürfnis zügig voranzukommen optimal ist. Das Fahren mit einem Fahrzeug entspricht einem Regelvorgang, bei dem der Fahrer den Regler und das Fahrzeug die Regelstrecke darstellt. Deshalb ist die Modellierung des Fahrzeugs sowie des Fahrers erforderlich. Das Fahrzeug wird mithilfe eines vereinfachten mechanischen Modells beschrieben, das wesentliche dynamischen Eigenschaften des schwingungsfähigen Systems Fahrzeug in vertikaler Richtung abbildet. Für den Regler Fahrer wird ein sogenannter Model Predictive Control Ansatz gewählt, da dieser Regelalgorithmus eine Modellierung des Verhaltens des Fahrers beim Fahren eines Fahrzeugs mit Vorausschauen ermöglicht. Bei diesem Regelansatz wird die Stellgröße anhand des, über einen bestimmten Horizont, der in die Zukunft ragt, vorhergesagten Systemverhaltens gewählt. Die Regelziele werden in einer Gütefunktion definiert, die über den besagten Horizont aufgestellt wird. Die Stellgrößenänderung wird durch Lösen einer Optimierungsaufgabe, bei der die aufgestellte Gütefunktion minimiert wird, ermittelt. Dieses Regelverfahren ermöglicht bei der Stellgrößenwahl vorausschauend zukünftig auftretende Störungen und Vorhersagen über den Systemzustand zu berücksichtigen. Damit kann das Verhalten des Fahrers abgebildet werden, der aufgrund der zukünftigen Fahrbahnunebenheiten, die den Störgrößen entsprechen, die Fahrgeschwindigkeit, die der Stellgröße entspricht, wählt. Das erstellte Fahrermodell wird anschließend angewendet, um die Anregung von Vertikalschwingungen auf einer geraden Fahrbahn, die Unebenheiten in Form von Einzelhindernissen aufweist, zu betrachten. Das Unebenheitsprofil der Fahrbahn wird dabei mittels einer vom Weg abhängigen Funktion vorgegeben. Bei der Schwingungsanregung durch Fahrbahnunebenheiten spielt die Fahrgeschwindigkeit eine wichtige Rolle. Im Zuge dieser Arbeit wird auf die Auswirkungen dieser auf den Fahrkomfort näher eingegangen. Es wird ein Fahrgeschwindigkeitsverlauf beim Überfahren der Einzelhindernisse ermittelt, so dass der Fahrkomfort hinsichtlich der vom Fahrer gewünschten Kriterien optimiert wird. Damit das Überfahren der Einzelhindernisse als komfortabel empfunden wird, darf in erster Linie die Vertikalschwingbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus aber auch die Längsbeschleunigung bzw. -verzögerung nicht zu groß ausfallen. Gleichzeitig wird das Bestreben des Fahrers möglichst zügig voranzukommen berücksichtigt. Diese Optimierungskriterien stellen die Regelziele der Gütefunktion dar. Da die Vorstellungen des Fahrers hinsichtlich Fahrkomfort und zügigem Vorankommen vom persönlichen Fahrstil abhängen, werden in dieser Arbeit exemplarisch zwei Fahrstile betrachtet, nämlich der des "gemütlichen" und der des "sportlichen" Fahrers. Entsprechend dem Fahrstil, werden die einzelnen Regelziele in der Gütefunktion unterschiedlich gewichtet. Es wird die Fahrt über unterschiedliche Einzelhindernisse, die verschiedene Geometrien und Anregungsfrequenzen aufweisen, simuliert. Anschließend werden die Simulationsergebnisse diskutiert.
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