Ein modellgestütztes Konzept zur fahrbahnadaptiven Fahrwerksregelung

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist der Entwurf eines Regelungskonzeptes für ein Fahrzeug mit vollaktiver Federung. Es gilt hierbei, Fahrkomfort und -sicherheit über die Grenzen der passiven Fahrwerksauslegung hinaus zu steigern. Kerngedanke der Arbeit ist die explizite Berücksichtigung von zeitvarianten Fahrbahneigenschaften beim modellgestützten Entwurf.

Die Unebenheit der Fahrbahn kann als stochastisches Signal mit überlagert auftretenden Einzelhindernissen modelliert werden. Da sich diese beiden Anteile in ihrer Charakteristik stark unterscheiden, soll ihnenmit zwei unterschiedlichen, parallelen Regelungskonzepten begegnet werden. Für den stochastischen Anteil wird ein neues approximatives Entwurfsmodell niedriger Ordnung vorgestellt. Dies ermöglicht dessen Berücksichtigung beim Entwurf eines quadratisch optimalen Reglers. Zur Schätzung der Fahrzeug- und Unebenheitszustände wird ein Kalman-Filter am um das Modell der Unebenheit erweiterten Streckenmodell entworfen. Zur Berechnung von Regler und Filter werden die unbekannten und zeitvarianten Parameter des Unebenheitsmodells benötigt, weshalb ein Recursive-Least-Squares-Algorithmus zur Online-Identifikation eingesetzt wird. Dies ermöglicht die Adaption von Regler und Filter auf die aktuelle Unebenheitsbeschaffenheit. Für zusätzlich auftretende Einzelhindernisse wird eine fahrbahnadaptive Detektion vorgestellt, was eine Separation der Einzelhindernisse vom stochastischen Unebenheitsverlauf ermöglicht. Die negativen Auswirkungen der Einzelhindernisse werden im Anschluss mittels modellgestützter Störgrößenaufschaltung gemindert. Hierzu werden neue Bewertungskriterien vorgeschlagen.

Ein Entwurf in Zwei-Freiheitsgrade-Struktur ermöglicht es, das vertikaldynamische Fahrzeugverhalten in Bezug auf Anregungen durch Unebenheiten einerseits und durch die Horizontaldynamik andererseits separat voneinander einzustellen. Für letzteres wird eine geeignete Steuerung vorgestellt. Weiterhin wird gezeigt, wie die Robustheit der Kalman-Filterung gegenüber Parameterunsicherheiten erhöht werden kann und ein neuer Umgang mit nichtlinearer Dämpfercharakteristik motiviert, welcher ohne Approximation einen linearen Filterentwurf ermöglicht.

Um das Konzept zu validieren, wird zuerst ein Viertelfahrzeugversuchsstand herangezogen. Anschließend wird ein passiver Versuchsfahrzeuganhänger vorgestellt, um das fahrbahnadaptive Filter mit Parameteridentifikation und Einzelhindernisdetektion auf realer Straße in Betrieb nehmen zu können. Nach der Kalibrierung am Versuchsstand werden Messergebnisse realer Fahrbahnen vorgestellt. Eine statistische Auswertung der identifizierten Fahrbahnparameter bestätigt die Notwendigkeit der Online-Identifikation und ermöglicht nachfolgenden Arbeiten eine realitätsnahe Wahl dieser Parameter bei der Simulation.