Ermittlung von Fahrwerksbelastungen aus CAN-Daten

Während der Fahrzeugentwicklung werden i. d. R. mehrere Fahrzeuge im Dauerfahrversuch mit einer hohen Ziellaufleistung erprobt. Ein Belastungsabgleich zwischen dem Dauerfahr und Prüfstandversuch ist u. a. für Analysezwecke notwendig. Aufgrund der Kosten und des Zeitaufwands ist die Ausrüstung mit Messtechnik im Dauerfahrversuch allerdings praktisch kaum möglich. Deshalb ist es gewünscht, im Fahrzeugdauerlauf mit den Daten aus fahrzeugeigenen Sensoren die Fahrwerksbelastungen zu ermitteln. Im Rahmen der Dissertation wurden Algorithmen entwickelt, mit denen die Radnabenkräfte und –momente rechnerisch aus CAN-Daten abgeschätzt werden. Zunächst wurden 20 Signale, die für die Lastermittlung verwendet werden, aus mehr als 1000 CAN-Signalen ausgewählt. Mit einer Schädigungsfrequenzanalyse wurde belegt, dass der meistschädigende Frequenzbereich für die Fahrwerksbauteile vom Frequenzbereich der ausgewählten CAN-Signale abgedeckt wird. Somit ist eine rechnerische Fahrwerksbelastungsabschätzung aus den CAN-Daten möglich. Die ausgewählten CAN-Signale beinhalten allerdings nicht alle notwendigen physikalischen Informationen zur Abschätzung der Fahrwerksbelastungen. Beispielsweise sind im CAN-Bus kaum relevante Informationen für die Fahrzeugvertikaldynamik verfügbar. Als notwendige Ergänzungen der Modellierung werden physikalische Parameter, wie z. B. Fahrzeugmasse, Dämpferkennung, etc. eingeführt. Auch für die Parameterermittlung wurden Algorithmen entwickelt, mit denen die Parameter aus den CAN-Daten und externer Sensorik in der Entwicklungsphase rückwirkend abgeleitet werden können. Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Hintergründe sind die Fahrwerksbelastungen methodisch jeweils auf zwei Frequenzbänder aufgeteilt. Für den niederfrequenten Anteil, welcher der Fahrzeugdynamik zugrunde liegt, wurden physikalische Methoden entwickelt. Aus vereinfachten Modellen des Antriebsstrangs sowie der Quer- und Vertikaldynamik lassen sich die niederfrequenten Radnabenkräfte und -momente zuverlässig abschätzen. Die Ermittlung der hochfrequenten Fahrwerksbelastungen, die hauptsächlich aus der Fahrbahnunebenheit resultieren, basiert auf einer empirischen Methode, welche auf die Radgeschwindigkeiten zurückgreift. Um die komplizierten physikalischen Zusammenhänge zwischen der Radgeschwindigkeit und dem Fahrwerksschwingungsverhalten zu beschreiben, werden empirische Übertragungsfunktionen für die Längs- und Vertikaldynamik erstellt. In der Längsrichtung lässt sich eine empirische Übertragungsfunktion aus der Radgeschwindigkeit und der hochfrequenten Längskraft ableiten. Ein Zwei-Schritt-Verfahren wurde für die Vertikalrichtung entwickelt. Zunächst wird eine empirische Übertragungsfunktion aus der Raddrehgeschwindigkeit und der Radvertikalbeschleunigung abgeleitet. Schließlich wird mithilfe eines Vertikalschwingungsmodells aus der Radvertikalbeschleunigung die Radvertikalkraft ermittelt. Die Prognosegüte der Algorithmen wird durch diverse Auswertungen untersucht. Im Fall einer optimalen Parametrierung, welche mit demselben Fahrzeug auf derselben Strecke ermittelt wird, lassen sich gute bis sehr gute Belastungsabschätzungen realisieren. Mit der Parameterermittlung auf einer anderen Strecke mit demselben Fahrzeug und die Übernahme von Parametersätzen aus ähnlichen Fahrzeugen auf der gleichen Strecke ergeben sich immer noch gute Ergebnisse. Lediglich bei der Übernahme von fahrzeugfremden Parametersätzen sind nur noch relative Aussagen zulässig.