Puff, M. (2011)
Entwicklung von Regelstrategien für Luftfederdämpfer zur Optimierung der Fahrdynamik unter Beachtung von Sicherheit und Komfort.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Dissertation werden die Ergebnisse des Forschungsvorhabens „Entwicklung von Regelstrategien für Luftfederdämpfer zur Optimierung der Fahrdynamik“ dargestellt. Allgemein ist bekannt, dass über Luftfederdämpfer (LFD) mittels eines Verstellventils eine Spreizung der Steifigkeit bis um den Faktor 20 möglich [23] ist. Bisher wurden keine Untersuchungen zur Beeinflussung der Fahrdynamik über LFD veröffentlicht. In dieser Arbeit wird das zur Verfügung stehende Potential der Steifigkeitserhöhung eines Luftfederdämpfers gezielt zur Beeinflussung der Fahrdynamik genutzt. Ein virtuelles, luftgefedertes und luftgedämpftes Versuchsfahrzeug wird in der objektorientierten Sprache Modelica abgebildet. Bis auf das Reifenmodell und die kennlinienbasierte Achselastokinematik wird das gesamte Fahrzeug über rein physikalische Modelle beschrieben und ist somit universell parametrisierbar, d.h. auf verschiedene Fahrzeugplattformen anwendbar. Die nach der Modellbildung entwickelten Regelstrategien basieren auf der Aufteilung des Wankmoments zwischen Vorder- und Hinterachse. Mit Hilfe eines Lenkwinkelsprungs wird gezeigt, dass im Zeitraum 1s bis 5s nach dem Sprung eine gezielte Beeinflussung des Eigenlenkverhaltens zwischen Untersteuern und agil möglich ist. Es wird deutlich, dass eine trägheitsbedingte Totzeit der Größenordnung 1s bei einer LFD-Regelung vorliegt. Auch wird gezeigt, dass der mögliche Arbeitsbereich einer Regelung im Querbeschleunigungsbereich zwischen 0.4g und 0.8g und somit unterhalb des Arbeitsbereichs des ESP liegt. In weiteren Closed-Loop- Fahrversuchen (z.B. Ausweichversuch, Rundkurs auf einer Grand-Prix-Strecke) wird deutlich, dass mit Hilfe der LFD-Regelung die Möglichkeit besteht, das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs derart zu beeinflussen, dass bei gleicher Fahrzeuggeschwindigkeit geringere Lenkwinkel und gleichzeitig geringere Regelabweichungen zur Sollbahn erreicht werden können. Es werden die Beeinflussung von Fahrsicherheit und Fahrkomfort durch die Fahrdynamik- regelung untersucht. Als Fahrmanöver wird hierfür ein Ausweichversuch mit realer Fahrbahn als Fußpunktanregung gewählt. Wie zu erwarten zeigt sich, dass Sicherheit und Komfort bei kleinen LFD-Ventilflächen negativ beeinflusst werden. Im Rahmen einer Optimierung werden Bypassventile in den Luftfederdämpfer integriert, um den Zielkonflikt der Abstimmung zwischen Dynamik, Sicherheit und Komfort zu mildern. Abschließend wird anhand von Versuchen an einem Hardware-in-the-Loop Prüfstand die Echtzeitfähigkeit der Regelung in Verbindung mit einem realen Federbein aufgezeigt. Die den Versuchsaufbau beinhaltende gesamte Mess-, Regel- und Aktuatorikkette dient gleichzeitig als Vorbereitung für einen Wechsel vom Prüfstand in ein Versuchsfahrzeug.

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