Verfahren zur Zustandsschätzung im LKW-Trailer

verfasst von

Simon Friedrich Gerhard Ehlers

betreut von

Tobias Ortmaier

Abstract

Ein großer Anteil des bodengebundenen Güterverkehrs wird mit Sattelzügen durchgeführt, die sich jeweils aus einer Zugmaschine und einem Sattelauflieger zusammensetzen. Der Einsatz von Assistenzsystemen bis hin zum autonomen Fahren in diesen Verkehrsträgern verspricht mehr Sicherheit im Straßenverkehr und erhöhte Wirtschaftlichkeit. Allerdings ist der Sattelauflieger hinsichtlich der verbauten Sensorik und der Rechenkapazität nur spärlich ausgestattet. Ferner ist die Kommunikation zwischen der Zugmaschine und dem Auflieger auf die nötigsten Informationen (hauptsächlich für die Bremsung) beschränkt. Somit ist der Sattelauflieger im aktuellen Stand nicht auf die zukünftigen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Anforderungen nach mehr Sicherheit und erhöhter ökonomischer Effizienz vorbereitet. Für (autonome) Assistenzsysteme werden Zustandsinformationen über den Sattelzug benötigt. Hierbei spielen fahrdynamische Informationen über den Sattelauflieger eine wichtige Rolle, da das Fahrverhalten und somit die Fahrsicherheit von dem Beladungszustand maßgeblich beeinflusst werden. Da eine direkte Messung der relevanten fahrdynamischen Zustände häufig wirtschaftlich nicht abbildbar und/oder technisch zu aufwendig ist, bietet sich eine Schätzung der Zustände als Alternative an. Grundsätzlich lassen sich Verfahren zur Zustandsschätzung in modellbasierte und datengetriebene Methoden kategorisieren. Modellbasierte Methoden basieren auf der Modellierung physikalischer Zusammenhänge und erfordern ein hohes Systemverständnis, gewähren jedoch physikalische Interpretierbarkeit und sind in einem großen (Zustands-)Bereich gültig. Datengetriebene Ansätze lernen das Systemverhalten und sind in der Lage, komplexe Systemzusammenhänge ohne großes Modellverständnis abzubilden. Allerdings wird dafür eine umfangreiche Datenbasis benötigt und die Gültigkeit der datengetriebenen Methode ist auf die im Datensatz vorkommende Domäne beschränkt. Die Kombination aus modellbasierten und datengetriebenen Methoden, eine sogenannte hybride Zustandsschätzung, verspricht die Vereinigung der Vorteile beider Ansätze. In dieser Arbeit werden verschiedene modellbasierte, datengetriebene und hybride Verfahren zur Zustandsschätzung unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen im Sattelauflieger entwickelt. Die geschätzten sicherheitsrelevanten Zielgrößen sind hierbei der Lenk- und Knickwinkel sowie die lateralen und vertikalen Reifenkräfte im Sattelauflieger. Alle Verfahren werden hinsichtlich ihrer Schätzgüte, der Rechenauslastung auf einer Echtzeithardware und ihrer Robustheit gegenüber Parametervariationen am Fahrzeugreifen (Fahrbahnnässe und veränderter Reifensatz) untersucht, wobei sich in allen Kategorien ein hybrides Verfahren als vorteilhaft erweist.

Organisationseinheit(en)

Institut für Mechatronische Systeme
Identifikation & Regelung

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

143

Publikationsdatum

05.11.2024

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/18100 (Zugang: Offen)