Serientaugliche quadratisch optimale Regelung für

Transkript

1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Lehrstuhl für Regelungstechnik Serientaugliche quadratisch optimale Regelung für semiaktive Pkw-Fahrwerke Andreas F. Unger Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Prüfer der Dissertation: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Lienkamp 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Boris Lohmann 2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Roppenecker, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-NUrnberg Die Dissertation wurde am bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am angenommen.

2 INHALTSVERZEICHNIS Seite Abbildungsverzeichnis v Tabellenverzeichnis ix Glossar x Kapitel I: Einleitung Umfang der Dissertation Aufbau der Dissertation 5 Kapitel 2: Semiaktive Fahrwerkssysteme Modellierung der Fahrbahnanregung Bauformen von Fahrwerksdämpfern Modellierung von Fahrwerken Das Vollfahrzeugmodell Das Viertelfahrzeugmodell Stabilitälsanalyse von semiaktiven Fahrwerken Beurteilungskriterien für Sicherheit und Komfort Das Komfortmaß nach Hennecke Bremswegverkürzung als Maß für Fahrsicherheit Stand der Technik 30 i

3 2.6.1 Methoden zur Regelung semiaktiver Fahrwerke Dokumentierte Realisierungen semiaktiver Fahrwerksregler Zustandsbeobachter ftir semiaktive Fahrwerke Modellierung von semiaktiven Dämpfern 38 Kapitel 3: Testumgebung Konfiguration des Versuchsfahrzeugs Datenverarbeitung Sensorkonfiguration Konfiguration des Hydropulsprüfstands Dämpfermodellierung und Parameteridentifikation Ursachen ftir das nichtlineare Dämpferverhalten Das nichtlineare Dämpfermodelt Identifikation der Parameter Validierung des Dämpfermodells Variation der Modellparameter Fahrzeiigmodellierung und Parameteridentifikation Nichtlineare Fahrwerkskomponenten Identifikation der Modellparameter Validierung des Fahrzeugmodells 58 Kapitel 4: Beobachterentwurf Stochastische Systembeschreibung Das stationäre Kalman-Bucy-Filter Auswahl der Sensorkonfiguration 64 ii

4 4.3.1 Maß zur Bewertung der Schätzgüte Sensorkonfiguration für das Vollfahrzeugmodell Kompensation niederfrequenter Störungen Lösungsansätze Erweiterung des Straßenmodells Implementierung Diskussion der Ergebnisse 80 Kapitel 5: Reglerauswahl Problemformulierung Semiaktive Reglerkonzepte Skyhook-Regler Kombinierter Skyhook- / Groundhook-Regler Clipped Optimal Control (COC) Hybride modellprädiktive Regelung Extended Clipped Optimal Control (ECOC) Experimentelle Untersuchung Reglerparametrierung ' Experimentelle Reglerbewertung Diskussion der Ergebnisse 97 Kapitel 6: Reglerimplementierung Clipped Optimal Control im Gesamtfahrzeug Methoden zur Bestimmung des Dämpferventilstroms Statische Invertierung 101 iii

5 6.2.2 Dynamische Vorsteiterung Skyhook-basiertes Referenzsystem Signalbasierte Zustandsgrößenschätzung Skyhook-Regelungdes Vollfahrzeugs III 6.4 Messergebnisse Variation der Auftaumasse Diskussion der Ergebnisse 120 Kapitel 7: LQ-basierte Dämpferregelung im Serieneinsatz Simulative Untersuchung von Parametervariationen Abschätzung des Parameterraums Simulative Auswertung Berücksichtigung der Abstimmbarkeit Schaltende Reglerstruktur Weitere Möglichkeiten zur Beeinflussung des Fahrverhallens Übertragbarkeit auf andere Fahrzeuge Aspekte von Global Chassis Control Diskussion der Ergebnisse 147 Kapitel S: Zusammenfassung und Ausblick 148 Literaturverzeichnis 151 Anhang A: Zustandsraumdarstellung des Vollfahrzeugmodells 167 iv