Koordination aktiver Fahrwerk-Regelsysteme zur Beeinflussung der Querdynamik mittels Verspannungslenkung

Abstract

Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Beitrag zur Systemvernetzung und Verknüpfung von aktiven Fahrwerk-Regelsystemen geleistet. Seit der Einführung von elektronisch geregelten Systemen im Fahrwerk hat sich die Fahrwerktechnologie stark verändert. Mit jeder neuen Fahrzeuggeneration werden neue Fahrsicherheits-, Fahrkomfort- und Assistenzsysteme in das Fahrzeug integriert. Aufgrund der Vielzahl an aktiven Regelsystemen kann es zu funktionalen Überschneidungen zwischen den einzelnen Systemen kommen. Diese Überschneidungen sind einerseits der Grund dafür, dass neue Synergiepotentiale überhaupt entstehen können, und andererseits auch die Ursache dafür, dass störende Wechselwirkungen vorkommen können. Die Aufgabe ist daher, eine effiziente Koordinations- Regelung zu erarbeiten, die die einzelnen Subsystemregelungen koordiniert und dadurch ein verbessertes Gesamtfahrverhalten erreicht. Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Systemen sollen durch die Koordinations-Regelung vermieden werden. Zusätzliche Randbedingung ist die Beibehaltung der Modularität der einzelnen Subsystemregelungen. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung werden Modellgleichungen zur Systemanalyse und zum Reglerentwurf aufgestellt, eine komplexe Gesamtfahrzeugsimulation mit allen relevanten Fahrwerk-Regelsystemen aufgebaut sowie ein geeignetes Versuchsfahrzeug verwendet, um anhand von definierten Bewertungsverfahren und Fahreigenschaftskriterien die entwickelten Regelalgorithmen objektiv beurteilen zu können. Ein spezielles Verfahren zur Beurteilung von neuartigen Funktionen und Regelkonzepten mit Hilfe einer Optimierungsumgebung wird verwendet, um das gesamte Potential der aktiven Regelsysteme im Systemverbund zu untersuchen. Das Zusammenspiel dieser Werkzeuge und Methoden ist notwendig, um die Möglichkeiten der Fahrdynamik-Systemvernetzung detailliert untersuchen zu können. Die Ergebnisse der hier beschriebenen Koordinations-Regelung werden anhand von simulationstechnischen Untersuchungen und vorwiegend anhand von Fahrversuchsdaten gezeigt. Dabei wurden die Ansätze und Algorithmen prototypisch im Versuchsfahrzeug umgesetzt und anhand vielfältiger Fahrversuche erprobt. Die Koordinationsansätze und Vernetzungspotentiale werden speziell am Beispiel aktive Federung und Fahrdynamikregelung entwickelt und aufgezeigt. Die aktive Federung bietet ein sehr großes Potential zur Systemvernetzung. Mit einer aktiven Federung können beispielsweise die Radaufstandskräfte so beeinflusst werden, dass das Fahrzeug eine Lenkbewegung ausführt. Mit Hilfe dieser Lenkbewegungen können neuartige Funktionen entwickelt werden und ein spürbarer Kundenmehrwert wird dadurch erreicht. Die Serientauglichkeit spielt bei der Entwicklung der Ansätze eine große Rolle. Notwendige Koordinationsbedarfe mit anderen Regelsystemen und Funktionen sowie entsprechende Lösungsansätze zur Konfliktvermeidung werden daher aufgezeigt und ein modulares Konzept zur Koordination vorgestellt. Das Ergebnis der modularen Koordinations-Regelung ist eine Steigerung von Fahrsicherheit, Fahrkomfort und Fahrspaß. Die Bewertung dieser Funktionen und Konzepte erfolgt anhand objektiver Kriterien und Verfahren.

This doctoral thesis contributes to the field of system integration and coordination of active chassis control systems. The development of chassis technology has changed since electronic controlled systems are integrated into the vehicle. Each new generation of vehicles offers new driving safety, ride comfort and driver assistance systems. Due to the increasing number of active control systems, a functional overlap between the single systems is possible. On the one hand, this functional overlap can lead to new benefits, while on the other hand, there can be negative interactions. The task is therefore to develop an efficient coordination concept to control the corresponding subsystems and to achieve an improved vehicle behaviour. Interactions between the subsystems must be avoided by the coordination control. Additional constraints are to maintain the modularity of the single subsystems. Connected model equations for system analysis and for control design are derived, a complex vehicle simulation including all active control systems is built up and a sufficiently equipped test vehicle is applied to solve this task by making use of special objective evaluation methods to develop control strategies. A specific procedure to evaluate new applications and control algorithms by means of an optimisation environment is used to analyse the full potential of the control systems within an integrated chassis control concept. The interplay of these tools and methods is necessary to analyse the vehicle dynamics system integration. The results of the coordination control are shown by using simulation studies and mainly test vehicle measurements. The coordination concepts were realised in the test vehicle and verified by numerous driving tests. These coordination concepts are developed and presented regarding active suspension systems and vehicle dynamics control. Active suspension systems offer large benefits due to system integration. By applying a controlled change of the vertical forces using an active suspension system, the vehicle can be affected to perform a steering motion. These steering motions can be used to develop new functions and a significant benefit for the driver will be achieved. The suitability for production application is important in the development of the coordination control. Therefore, coordination requirements with respect to other control systems and algorithms and corresponding solutions to avoid negative interactions are shown. The applications are integrated within a modular coordination concept. The result of the coordination control is the increase of vehicle safety, comfort and handling qualities. The applications and concepts are evaluated by using objective methods.