Systemdynamik und Regelung von Fahrzeugen

1 Einführung.- 1.1 Übersicht, Stand der Technik.- 1.2 Grundaufgaben.- 1.3 Literaturübersicht.- 1.4 Notation, Schreibweise für Formeln.- 2 Modellbildung.- 2.1 Grundsätzliches zur Modellbildung.- 2.2 Modellbildung beim Kraftfahrzeug.- 2.2.1 Modelle zum Fahrverhalten.- 2.2.2 Vertikalmodelle.- 2.3 Modellbildung bei Magnetschwebebahnen.- 2.4 Modellbildung für Rad-Schiene-Fahrzeuge.- 2.5 Ersatzmodelle von Systemkomponenten.- 2.5.1 Aufhängungssysteme.- 2.5.2 Reibung zwischen Systemteilen.- 2.5.3 Stoßdämpfer.- 2.5.4 Modelle für Federn.- 2.5.5 Aktive Stellglieder.- 2.6 Kraftübertragung zum Fahrweg.- 2.6.1 Reifenmodelle.- 2.6.2 Kontaktkräfte zwischen Rad und Schiene.- 2.6.3 Kraftübertragung Magnet-Schiene.- 2.7 Bewegungswiderstände.- 2.7.1 Rollwiderstand und Luftkräfte beim Kfz.- 2.7.2 Bewegungswiderstände bei der Eisenbahn.- 2.8 Datenbeschaffung, Parameterbestimmung.- 3 Bewegungsgleichungen.- 3.1 Aufstellung der Bewegungsgleichungen.- 3.1.1 Kinematik, allgemeine Überlegungen.- 3.1.2 Kinematik von Mehrkörpersystemen.- 3.1.3 Dynamik.- 3.2 Linearisierung der Bewegungsgleichungen.- 3.2.1 Linearisierung des Endsystems.- 3.2.2 Linearisierung in der Kinematik.- 3.3 Beispiele.- 4 Lineare Systemanalyse.- 4.1 Einführung in die Zustandsform.- 4.2 Transitionsmatrix und ihre Berechnung.- 4.3 Stabilität und Abklingverhalten.- 4.4 Steuerbarkeit, Beobachtbarkeit.- 4.5 Zustandsdarstellung und Frequenzgang.- 4.6 Beispiele.- 5 Analyse stochastischer Fahrzeugschwingungen.- 5.1 Beschreibung zufälliger Störungen.- 5.2 Störmodelle für Fahrwegunebenheiten.- 5.3 Analyse im Zeitbereich.- 5.3.1 Numerische Simulation.- 5.3.2 Kovarianzanalyse.- 5.4 Berechnung im Frequenzbereich.- 5.5 Bewertung von Fahrzeugschwingungen.- 5.5.1 Fahrsicherheit.- 5.5.2 Fahrkomfort.- 5.6 Beispiele.- 6 Auslegungs- und Reglerentwurfsverfahren.- 6.1 Einige prinzipielle Überlegungen zu aktiven Systemen.- 6.2 Entwurf durch Polvorgabe.- 6.2.1 Bestimmung der Verstärkungen.- 6.2.2 Wahl der Eigenwerte.- 6.3 Quadratische Synthese (Riccati-Entwurf).- 6.4 Zustandsschätzung.- 6.4.1 Aufgabenstellung.- 6.4.2 Struktur des Zustandsschätzers (Beobachters).- 6.4.3 Übergang zum Kalman-Bucy-Filter.- 6.4.4 Regelungssysteme mit Zustandsschätzung.- 6.4.5 Zustandsbeobachter reduzierter Ordnung.- 6.4.6 Optimalfilter bei korreliertem Rauschen.- 6.5 Beispiele.- 7 Digitale Regelung.- 7.1 Einführung.- 7.2 Diskretisierung der Zustandsgleichungen.- 7.3 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit.- 7.4 Reglerentwurf.- 7.4.1 Verfahren der Polvorgabe, Eingrößenfall.- 7.4.2 Das Verfahren der quadratischen Synthese.- 7.5 Diskreter Zustandsbeobachter.- 7.6 Das diskrete Kalman-Filter.- 7.7 Beispiel.- 8 Software zur Systemdynamik.- 8.1 Entwicklungstendenzen.- 8.2 Entwicklungsschritte der Systemdynamik-Software.- 8.2.1 Vom Analogrechner zu den Simulationssprachen.- 8.2.2 Software zur Unterstützung der Modellbildung.- 8.2.3 Regler-Analyse-Synthese-Pakete.- 8.2.4 Neuere Entwicklungen.- 8.3 Simulation mit Mehrkörperprogrammen.- 8.3.1 Vorbemerkungen zu Mehrkörperprogrammen.- 8.3.2 MKS-spezifische Methodik und Terminologie.- 8.3.3 Anforderungen an fahrzeugorientierte MKS-Programme.