Invariante Systemanregung

Ein Schwerpunkt unserer Methodenentwicklung zur Systemsimulation ist die invariante Systemanregung. Dabei werden sowohl Identifikationsverfahren und Optimalsteuerungsverfahren als auch die geeignete Modellierungsmethoden für den mechanischen Außenkontakt entwickelt und angewandt.

Invariante Anregungen

Zur computergestützten Simulation von dynamischen Systemen benötigt man einerseits ein mathematisches Modell des realen Systems und andererseits ein Anregungsmodell (inkl. entsprechender Anregungssignale), das die Schnittstelle des dynamischen Systems zu seiner Außenwelt geeignet beschreibt.

Im Umfeld der Fahrzeug-Simulation ist ein typisches Anregungsmodell das Reifenmodell zusammen mit  einem digitalen Straßenprofil. Genauso könnte man aber auch das Fahrzeug-Modell direkt mit gemessenen Radnabenkräften und -momenten anregen, d.h. auf Straßenprofil und Reifenmodell verzichten.

 

Reifenmodell und Straßenprofil 

Zwischen beiden Ansätzen gibt es jedoch einen fundamentalen Unterschied: Reifenmodell und Straßenprofil zusammen definieren ein sog. invariantes Anregungsmodell, d.h. die Anregung hängt nicht vom zu simulierenden System - vom Fahrzeug-Modell - ab, sondern kann zur Simulation verschiedener Fahrzeug-Varianten (mit gleichem Reifen) verwendet werden. Gemessene Radkräfte und -momente hängen jedoch sehr stark vom entsprechenden Fahrzeugtyp des Messfahrzeugs ab; sie sind nicht invariant, sondern systemabhängig und können nur zur Anregung eines Fahrzeug-Modells des Messfahrzeugs verwendet werden.

Invariante Anregungsmodelle sind aus Kosten- und Zeitgründen sehr wünschenswert, Messfahrten mit vielen Fahrzeugvarianten sind aufwändig und kostspielig. Auf der anderen Seite ist das entsprechende invariante Anregungsmodell oft nicht verfügbar.

I6D-Methode

Hierzu wurde in den vergangenen Jahren am ITWM die sogenannte I6D-Methode entwickelt und zum Patent angemeldet. Auf Grundlage von verhältnismäßig einfach zu messenden Radkräften und -momenten sowie Aufbaubewegungen an einem (!) Referenzfahrzeug wird durch Einführung eines 6D-Reifen-Ersatz-Modells ein 6D-Straßenprofil identifiziert. Es wird ein spezieller Subsystem-Ansatz verwendet, der auf ein mathematisches Optimalsteuerungsproblem führt, das mit entsprechenden Algorithmen effizient und ohne Iterationen gelöst werden kann. Als Anregungsmodell wird nun das Paar bestehend aus eingeführtem Reifen-Ersatz-Modell und identifiziertem Straßenprofil definiert. Dieses Paar besitzt gewisse Invarianz-Eigenschaften und kann zur Simulation anderer, d.h. vom Messfahrzeug verschiedener, Varianten verwendet werden.

Die I6D-Methode ist zwar primär entwickelt zur Berechnung invarianter Anregungsmodelle für die Fahrzeug-Simulation, sie kann aber auch auf analoge Problemstellungen zur Berechnung von invarianten Anregungsmodellen anderer dynamischer Systeme übertragen werden.