Fahrdynamikmodelle

FahrdynamikModelle sind mathematische Darstellungen des Bewegungsverhaltens von Straßenfahrzeugen unter Einwirkung von Antriebs-, Brems- und Lenkkräften. Sie dienen der Simulation, dem Entwurf von Regelungen und der Analyse von Fahrverhalten, Stabilität sowie Sicherheit. Ziel ist es, das dynamische Verhalten eines Fahrzeugs unter unterschiedlichen Straßenbedingungen und Lastzuständen vorherzusagen.

In der Regel modellieren FahrdynamikModelle das Fahrzeug als starren Körper mit longitudinaler, lateraler und Gierdynamik. Typische Zustandsgrößen umfassen u (Längsgeschwindigkeit), v (Quergeschwindigkeit) und r (Gierwinkelgeschwindigkeit) sowie Position x, y und Orientierung ψ. Die Steuereingaben umfassen Lenkwinkel, Motor- bzw. Bremsmomente und gegebenenfalls Getriebe- oder Antriebseigenschaften. Die Modelle berücksichtigen Kräfte an den Reifen sowie Trägheits- und Massenparametern des Fahrzeugs.

Klassifikation und Typen reichen von kinematischen bis hin zu dynamischen Modellen. Kinematische Modelle beschreiben Bewegungen ohne Trägheit, während dynamische Modelle Trägheit, Massenverteilungen und Reifenkräfte berücksichtigen. Ein verbreitetes reduziertes dynamisches Modell ist das Fahrradmodell, das Vorder- und Hinterachse durch eine einzige Achse ersetzt und sich auf 2-DOF oder 3-DOF konzentriert. Für realistische Reifenkräfte kommen Tire-Modelle wie die Pacejka-Formel zum Einsatz, teilweise ergänzt durch mehrgelenkte oder mehrkörpersysteme.

Anwendungsfelder umfassen Fahrzeugsimulation, Regelungstechnik wie Stabilitäts- und Fahrdynamikregelsysteme, autonome Fahrsysteme, Fahrerassistenzsysteme sowie Fahrzeug-Entwicklung und -Validierung. Verschiedene Ansätze kombinieren physikalische Modelle mit datengetriebenen Methoden, um Parameter zu schätzen und Modelle an reale Fahrdaten anzupassen.