Echtzeitfähige Schätzung dynamischer Zustände im Sattelzug

Moderne PKW sind umfangreich mit Sensorik sowie darauf basierenden Fahrassistenzsystemen ausgestattet und entwickeln sich stetig weiter hin zu autonomen Fahrzeugen. Eine ähnliche Si- tuation ist bei der Zugmaschine von Sattelzügen zu vernehmen. Eine genauere Betrachtung des Sattelaufliegers offenbart, dass dieser lediglich in einem sehr geringen Maße mit elektronischen Komponenten ausgestattet ist. Dies hat zur Folge, dass aufgrund fehlender fahrdynamischer und sicherheitsrelevanter Informationen der Sattelauflieger sich potenziell zum Hindernis bei der Ent- wicklung autonom fahrender Sattelzüge entwickeln kann. Um dem vorzubeugen, werden in dieser Arbeit Ansätze erarbeitet, mit denen auf Grundlage von heute im Sattelauflieger serienmäßig verfügbarer Sensorik zusätzliche Informationen über fahrdynamische Zustände des Aufliegers generiert werden können. Da die direkte messtechnische Erfassung einiger Zustände teilweise nur mit enormem technischen Aufwand realisierbar ist, kommen für diese häufig Schätzverfahren in Betracht. Grundsätzlich eignen sich zur Schätzung dynamischer Zustände verschiedene Methoden. In der Fahrzeugtechnik wurden in der Vergangenheit überwiegend modellbasierte Ansätze herangezogen. Diese haben zur Eigenschaft, dass sie physikalisch interpretierbar sind, erfordern gleichzeitig jedoch ein tiefgreifen- des Systemverständnis. In der jüngeren Vergangenheit kommen vermehrt datenbasierte Methoden zum Einsatz, motiviert durch die erfolgreiche Anwendung in anderen Forschungsgebieten wie der Bildverarbeitung, der Signalverarbeitung und der Robotik. Datenbasierte Methoden sind in der Lage, komplexe Zusammenhänge auf Grundlage von Messdaten zu erlernen, ohne dass eine detaillierte physikalische Kenntnis über das zugrundeliegende System erforderlich wäre. Darunter leidet die Interpretierbarkeit des Lösungswegs. Im Fokus dieser Arbeit stehen die Analyse und der Vergleich von modell- und datenbasierten Methoden zur echtzeitfähigen Schätzung des Knick- winkels und der Reifenquerkräfte im Sattelauflieger. Die Ansätze bedienen sicher keiner über den Serienstandard hinausgehender Sensoren und erfordern keine Kommunikation zur Zugmaschine. Die gewählten Zielgrößen liefern erweiterte Kenntnisse über den dynamischen Fahrzustand sowie den Lasteintrag auf das Fahrwerk und dienen zur Überwachung des Verschleißzustands sicherheits- relevanter Fahrwerkskomponenten. In einem ersten Schritt erfolgen die Untersuchungen in der Simulation. Dafür und für den modellbasierten Ansatz wird ein Sattelzugquerdynamikmodell ent- wickelt und in Anpassung an ein Versuchsfahrzeug parametriert. In einem zweiten Schritt werden die Erkenntnisse aus der Simulation auf das Versuchsfahrzeug übertragen und in experimentellen Versuchsfahrten auf einer Teststrecke sowie im öffentlichen Straßenverkehr validiert.Modern passenger cars are extensively equipped with sensors as well as driver assistance systems based on them and are constantly developing towards autonomous vehicles. A similar situation can be found in the truck unit of truck-semitrailer combinations. However, if the semitrailer is examined more closely, it can be seen that it is hardly equipped with electronic components. As a result, the semitrailer can potentially become an obstacle in the development of autonomously driving truck-semitrailer combinations due to missing dynamic and safety relevant information. In order to prevent this, in the present work approaches are being developed that can be used to generate additional information about the dynamic states of the semitrailer. These are solely based on sensors that are available as standard in a semitrailer today. As the direct measurement of some states can only be realized with enormous technical effort, state estimation methods are often considered. In general, various methods are suitable for estimating dynamic states. In the past, model-based approaches were mainly used in vehicle technology. These have the property that they can be interpreted physically, but at the same time require a profound understanding of the system. More recently, data-based methods have been increasingly used, motivated by their successful application in other research areas such as image processing, signal processing, and robotics. Data-based methods are able to learn complex physical relationships based on measured data without requiring detailed knowledge of the underlying system. As an outcome, the interpretability of the approach suffers. The focus of this work is the analysis and comparison of model-based and data-based methods for real-time estimation of the hitch angle and the lateral tire forces in a semitrailer which supports condition monitoring of safety relevant chassis components. These do not require additional beyond serial sensors or communication to the truck. The chosen target variables provide extended knowledge about the dynamic state and the impact on the chassis. In a first step, the investigations are carried out in simulations. For this and for the model-based approach, a truck-semitrailer lateral dynamics model is developed and parameterized in adaptation to a test vehicle. In a second step, the findings from the simulation are transferred to the test vehicle and validated in experimental test drives on a test track as well as in public road traffic

Mehrobjekt-Zustandsschätzung mit verteilten Sensorträgern am Beispiel der Umfeldwahrnehmung im Straßenverkehr

Umfeldwahrnehmung im automobilen Kontext kann als Zustandsschätzproblem mit mengenwertigem Systemzustand betrachtet werden. Basierend auf FISST wird eine SLAM-ähnliche Methodik gewählt, welche explizit die Unsicherheit bei der Lokalisierung des Sensorträgers berücksichtigt. Diese wird auf die PHD-, JIPDA- und MEMBER-Filteransätze angewandt. Hierbei ist eine Modifikation des Standardmessmodells nötig, um zu implementierbaren Korrekturgleichungen zu gelangen

Regelverfahren für Stromrichter zur Stromeinspeisung der Grundschwingung und Harmonischen im Mit- und Gegensystem am nicht-idealen Niederspannungsnetz

Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag für Stromregelverfahren von Netzstromrichtern. Für den dreiphasigen Fall wird die Aufgabe gestellt, beliebige Stromsollwertvorgaben im Mit- und Gegensystem für die Grundschwingung und Harmonischen umzusetzen. Die Stromeinprägung von Harmonischen durch den Stromrichter verfolgt dabei das Ziel, Störungen in den Spannungsverläufen des Netzes zu eliminieren. Innerhalb des geschlossenen Stromregelkreises werden die Bestandteile der Netzspannungen und Ströme mit der Methode des Kalman Filters bestimmt. Aufgrund der Verwendung von Streckenmodellen unter gleichzeitiger Einbeziehung stochastischer Prozesse verfügt das Kalman Filter über Vorteile, die für eine schnelle einphasige Stromregelung mit einer zusätzlichen Einprägung von harmonischen Komponenten im Netzstrom am nicht-idealen Niederspannungsnetz genutzt werden sollen. Durch die einphasige Behandlung des dreiphasigen Systems ist das Verfahren gleichzeitig auch auf einphasige Anwendungen übertragbar

Ein Beitrag zum modellbasierten Regelungsentwurf elektropneumatischer Applikationen

Diese Arbeit beschäftigt sich mit verallgemeinerten Herangehensweisen für Zustandsschätzung und modellbasiertem Regelungsentwurf am Beispiel pneumatischer Applikationen. Als Ergebnis der physikalischen Streckenmodellierung resultiert ein leicht erweiterbares, parameterlineares aber dennoch nichtlineares Zustandsraummodell welches auf Analogiebetrachtungen zu passiven Bauelementen der Elektrotechnik basiert. Es werden verschiedene Methoden zur Schätzung der für die Regelung notwendigen Zustandsgrößen für Strecken mit Modellfehlern vorgestellt, geprüft und bewertet. Durch die Verwendung einer Zustandstransformation lässt sich das System in E/A-Darstellung mit integralem Streckenanteil überführen. Damit ist es auch mit groben Modellierungsfehlern machbar, die Forderung nach stationärer Genauigkeit zu erfüllen. Damit das entwickelte Regelungskonzept auch an Strecken mit Totzeiteffekten verwendet werden kann, wird auch die Anwendbarkeit einiger in der Literatur existierender Methoden zur Modellierung von Totzeiten im Zeitbereich entsprechend geprüft und beurteilt.Auch im Buchhandel erhältlich: Ein Beitrag zum modellbasierten Regelungsentwurf elektropneumatischer Applikationen / Christian Busch Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2014. - XVI, 228 S. ISBN 978-3-86360-098-3 URN urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014000090 Preis (Druckausgabe): 16,10

Mehrobjekt-Zustandsschätzung mit verteilten Sensorträgern am Beispiel der Umfeldwahrnehmung im Straßenverkehr

Umfeldwahrnehmung im automobilen Kontext kann als Zustandsschätzproblem mit mengenwertigem Systemzustand betrachtet werden. Basierend auf FISST wird eine SLAM-ähnliche Methodik gewählt, welche explizit die Unsicherheit bei der Lokalisierung des Sensorträgers berücksichtigt. Diese wird auf die PHD-, JIPDA- und MEMBER-Filteransätze angewandt. Hierbei ist eine Modifikation des Standardmessmodells nötig, um zu implementierbaren Korrekturgleichungen zu gelangen

Intervallbeobachter für lineare parametervariante Systeme und deren Anwendung auf die Asynchronmaschine

Diese Arbeit widmet sich der Entwicklung zweier neuer Methoden zur Bestimmung von Zustandsmengen für lineare parametervariante Systeme. Erzeugt werden diese Zustandsmengen in Form von Intervallvektoren durch Intervallbeobachter auf Basis von unbekannten, aber beschränkten Unsicherheiten der Ein-/ Ausgangsgrößen und der Parameter. In Kombination mit einem neuartigen Intervallmodell des Wechselrichters wird die Wirksamkeit der Methoden am Beispiel der Asynchronmaschine gezeigt

Integrierte Multi-Sensor-Fusion für die simultane Lokalisierung und Kartenerstellung für mobile Robotersysteme

In this work, probabilistic methods for combining multiple sensors utilizing multi-sensor fusion for robust and precise localization and mapping in heterogeneous outdoor environments are presented. Aspects of increasing the reliability of landmark recognition are highlighted, as well as the integration of additional absolute and relative sensors using advanced filtering techniques

Entwicklung eines biotechnologischen Referenzsystemes

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Modellierung des Wachstums und der Einschlusskörperbildung des Bakteriums Photorhabdus luminescens

Das Bakterium Photorhabdus luminescens wird zusammen mit den Nematoden (Fadenwürmer) der Gattung Heterorhabditis ssp. erfolgreich zur Bekämpfung von im Boden lebenden Schadinsekten eingesetzt. Bei deren Produktion im industriellen Maßstab dienen Kulturen des Bakteriums als Vorkultur. Aufgrund starker symbiotischer Beziehungen beeinflusst der Zustand der Bakterienvorkultur stark die Entwicklung der Nematoden und damit die Ausbeute der Produktion. Während des Wachstums von P. luminescens bilden sich kristalline, aus Proteinen aufgebaute Einschlusskörper. Die Menge an gebildeten Einschlusskörpern und die Bakteriendichte sind wesentliche, die Nematodenentwicklung beeinflussende Faktoren. Mit Hilfe von mathematischen Wachstumsmodellen sind geeignete Prozessführungsstrategien realisierbar. Diese überführen die Bakterienkultur in einen definierten Zustand zum Zeitpunkt der Nematodeninokulation. So können schwankende Ausbeuten im Produktionsprozess vermieden werden und eine weitere Untersuchung der symbiotischen Beziehung zwischen Bakterien und Nematoden wird hierdurch ermöglicht. Eine Voraussetzung für die Implementierung dieser Strategien ist eine detaillierte Information über die internen Zustände des Prozesses (Substratkonzentrationen, Biomasse, Einschlusskörperprotein, etc), die aber bei biotechnologischen Prozessen meist schwer online zu erlangen sind. Auf der Basis von neu eingesetzten bioanalytischen Verfahren zur Quantifizierung des Einschlusskörperproteins wurden erweiterte mathematische Modelle für das Wachstum des Bakteriums P. luminescens entwickelt. Diese Modelle ermöglichen, sowohl die Populationsentwicklung als auch die Produktion von Einschlusskörperproteinen in Abhängigkeit von den zugefütterten Substraten zu beschreiben. Die neu entwickelten Wachstumsmodelle dienen als Grundlage für den Entwurf eines Zustandsschätzverfahrens, welches für unterschiedliche Abtastzeiten und große Modellunsicherheiten geignet ist. In dieser Arbeit wird ein Software-Sensor beschrieben, der auf der Zustandsschätzung auf einem bewegtem Zeithorizont basiert (Moving Horizon Estimation, MHE). Dieses Verfahren wird erfolgreich zur Schätzung der Biomasse und des zellinternen Einschlusskörperproteins bei der Kultivierung des Bakteriums Photorhabdus luminescens eingesetzt