Seminaraufgabe SoSe 2021: Einspurmodell Gruppe I

Autoren: Mohamed Omar Kharrat, Niclas Thon

Einleitung

In dieser Projektarbeit des Studiengangs "Business and Systems Engineering" im Modul System Design, soll ein lineares Einspurmodell anhand des V-Modells und mithilfe des Programms MATLAB / Simulink modelliert sowie simuliert werden.

Vorgehensweise nach V-Modell

Das V-Modell ist eine Vorgehensweise um Software zu entwickeln. Für diese Projektarbeit wurde diese Vorgehensweise genutzt, um abstrakte physikalische Gleichungen des Einspurmodells in Simulink zu modellieren.

Abb 1: V-Modell nach Seminaraufgabe

Anforderungsdefinition

Für die Anforderungen des Projektes ist ein Lastenheft erstellt worden, welches die weiteren Punkte beinhaltet.

1. Aufgabenstellung
2. Aufbau
3. Modellbeschreibung
4. Software / Werkzeuge
5. Programmierung
6. Dokumentation

Abb 2: Ausschnitt Lastenheft

Funktionaler/Technischer Systementwurf

Der technische Systementwurf nach Abbildung 3, beschreibt die Zusammengehörigkeit der Komponenten im Modell

Abb 3: Technischer Systementwurf

Komponentenspezifikation

• Manoeverwahl

$\delta_f = Lenkwinkel~aus~der~Parameterdatei$

Durch die Auswahl des $\delta_f$ kann der Benutzer den Lenkwinkel und die Lenkrichtung bestimmen. Außerdem ist es möglich über die Variable "manoever" eine Slalomfahrt auszuwählen.

• Eingangswerte

$KFC_x = Geschwindigkeit$
Es wird eine konstante Geschwindigkeit gewählt.

• Achsschwimmwinkel

$l_h = l - l_v$
$\beta = \frac{-l_h}{l \cdot \delta_v}$
$\beta_v = \beta + \frac{l_v \cdot K\psi'}{KvC_x}$
$\beta_h = \beta - \frac{l_h \cdot K\psi'}{KvC_x}$

• Reifen

$\alpha_v = \delta_v - \beta_v$

$\alpha_h = \delta_h - \beta_h$

$RFy_v = c_v \cdot \alpha_v$

$RFy_h = c_h \cdot \alpha_h$

$RFy_h = KFy_h$

$RFy_v = KFy_v$

• Karosserie

$KFC_x = \delta_v \cdot RFy_v + \delta_h \cdot RFy_h$

$KFC_y = RFy_h + RFy_v$

$K\psi'' = \frac{(L_v \cdot KFy_v + l_h \cdot KFy_h)}{J_{zz}}$

$K\psi' = K\psi'' \cdot \frac{1}{s}$

$KaC_y = \frac{KFy_v + KFy_h}{m}$

$KaC_x = 0$

• Auswertung

Die folgenden Parameter sollen aus Ausgänge im Score der Simulation dargestellt werden:

• $KaC_y$ und $KaC_x$
  
• $KFC_y$ und $KFC_x$
  
• $\psi'$
  
• $\beta$, $\beta_v$ und $\beta_h$
  
• $\alpha_v$ und $\alpha_h$
  
  

Entwicklung

In diesem Abschnitt wird die Erstellung des Simulationsmodells mit Simulink anhand der vorher definierten Komponentenspezifikation erläutert.

In Abbildung 4 ist die Komponente Manöver dargestellt. In dieser wird der Fahrlenkwinkel $\delta_f$ durch die Parameterdatei eingelesen und $\delta_v$ sowie $\delta_h$ werden ausgegeben. Letzterer ist laut Spezifikation gleich null zu setzen.

Abb 4: Manöver Komponente

Der detaillierte Aufbau der zuvor erwähnten Komposten befindet sich in Abbildung 5. Wo durch Auswahl verschiedener Manöver, dass Lenkverhalten bestimmt werden kann.

Abb 5: Manöverauswahl

In Abbildung 6 ist das gesamte Modell dargestellt. Innerhalb der Subkomponenten Reifen, Achsschwimmwinkel und Karosserie werden die Berechnungen durchgeführt.

Abb 6: Modell

In der Komponente Reifen, kann der Zusammenhang und die Verknüpfungen der einzelnen Parameter aus der Komponentenspezifikation betrachtet werden.

Abb 7: Berechnung in der Komponente Reifen

Die Ergebnisse werden in einem Scope in Simulink nach der Spezifikation dargestellt.

Abb 8: Auswertung

Zusammenfassung

Was ist das Ergbnis? Das Ergebnis dieses Artikels ist eine Vorlage, mit der Nutzer des Wikis schnell und leicht eigene Artikel verwirklichen können. Diese Vorlage ist Bestandteil der Anleitungen aus den How-To's.

Ausblick

Was kann/muss noch verbessert werden?