Ein Beitrag zur Entwicklung eines zentralen Fahrwerkreglers

Peters, Yannik GND

Diese Dissertation leistet einen Beitrag zur Entwicklung eines zentralen Fahrwerkreglers für Sportwagen. Seit der Einführung des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) wurden zahlreiche Fahrwerkregelsysteme in Zusammenarbeit mit verschiedenen Unternehmen der Automobilindustrie entwickelt. Bis heute hat die Entwicklung von Regelsystemen in Kooperation mit einer Vielzahl von verschiedenen Zulieferern eine Variantenvielfalt zur Folge, welche den Aufbau eines synergetischen Regelsystemverbunds erschwert.</br> Im Fokus der Implementierung neuer Systeme stand bisher primär die Vermeidung von negativen Wechselwirkungen. Erst in den letzten Jahren wurden Untersuchungen mit dem Ziel einer intelligenten Vernetzung von Fahrwerkregelsystemen zur Nutzung möglicher Synergieeffekte und zur Beschleunigung des Entwicklungs- und insbesondere Abstimmungsprozesses gestartet.</br> Vorangegangene Untersuchungen konnten nachweisen, dass sich durch die Verwendung eines zentralen Fahrwerkreglers Entwicklungskosten sparen lassen, ohne die Fahrdynamik negativ zu beeinträchtigen. Teilweise konnte parallel zu den reduzierten Kosten auch eine Verbesserung des Fahrverhaltens durch eine umfassende Vernetzung erzielt werden. Dabei wurde der Schwerpunkt insbesondere auf das Fahrverhalten im linearen Bereich gelegt und weniger auf das für Sportwagen relevante Verhalten im Grenzbereich eingegangen.</br> Darüber hinaus war die Untersuchung von Algorithmen zur intelligenten Verteilung der Stellgrößenanforderungen auf die einzelnen Fahrwerksysteme nicht im Fokus. Basierend auf diesen offenen Fragestellungen befasst sich die vorliegende Untersuchung mit den Potentialen einer zentralen Arbitrierungseinheit, die auch das Verhalten im Grenzbereich berücksichtigt und mögliche Applikationsschnittstellen zur Gewährleistung eines unverändert umfangreichen Applikationsspielraums beinhaltet.</br> Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurde ein Control Allocation (Stellgrößenarbitrierung) Algorithmus entwickelt und anhand der Simulation repräsentativer Fahrmanöver mittels eines Mehrkörperfahrzeugsmodells beurteilt.</br> Die Simulationsergebnisse zeigen, dass durch die Verkettung der Lösung eines quadratischen Optimierungsproblems zur Stellgrößenarbitrierung in Kombination mit einem abstimmbaren Referenzfahrzeug die bereits in anderen Untersuchungen nachgewiesenen Vorteile mit einem unverändert großen Applikationsspielraum verbunden werden können.</br> Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass die zentrale Fahrwerkregelung auch im nichtlinearen Bereich durch eine hinreichende Güte des in der Control Allocation hinterlegten Modells dazu in der Lage ist, das Fahrverhalten positiv zu beeinflussen. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass zumindest aus einer simulativen Betrachtung heraus eine zentrale Fahrwerkregelung auch für Sportwagen geeignet ist und die erwarteten Vorteile mit sich bringt.</br> Neben der rein objektiven Betrachtung zeigten Untersuchungen im virtuellen Fahrerplatz, dass der zentrale Fahrwerkregler sich auch positiv auf die subjektive Wahrnehmung des Fahrverhaltens auswirkt. In wie weit das reale Fahrverhalten, insbesondere im nicht linearen Bereich, positiv beeinflusst werden kann, werden reale Fahrzeugversuche zeigen.

This doctoral thesis contributes to the development of a central chassis control system for sports cars. Since the triumph of ESP, numerous chassis control systems have been developed and are now recieved from various suppliers. This rapid increase in control systems has resulted in a control system structure, which makes it more difficult to exploit synergies.</br> When implementing new systems, the focus was primarily on avoiding negative interactions. Only in recent years studies have been started with the aim of intelligently networking chassis control systems. This could lead to the exploitation of possible synergy effects and to an acceleration of the development and especially the tuning process.</br> Previous investigations have shown that the use of a central chassis controller can lead to reduced development costs without adversely affecting vehicle dynamics.</br> Moreover, in some cases it was also possible to achieve an improvement in driving behavior through comprehensive networking.</br> The main focus was on the linear range and less on the behaviour relevant for sports cars at the limits. In addition, the investigation of algorithms for the intelligent control allocation was not in the focus. Based on these open questions, the present study deals with the potentials of a central control allocation unit, which also takes into account the behaviour at the limits and includes possible calibration interfaces to ensure an unchanged extensive calibration scope. To answer this question, a control allocation algorithm was developed and tested via simulation and evaluation of representative driving maneuvers with a multi-body vehicle model.</br> The simulation results show that the advantages already proven in other investigations can be combined with an unchanged large scope of calibration by chaining multiple quadratic optimizations for the control allocation in combination with a tunable reference vehicle. In addition, it is possible to demonstrated that the central chassis control is also able to influence the driving behaviour positively in the non-linear range by a sufficient quality of the model deposited in the control allocation.</br> The results obtained show that, at least within the simulation environment, a central chassis control system is also suitable for sports cars and has the often mentioned advantages.</br> In addition to the purely objective examination, investigations in the virtual driver's seat showed that the central chassis controller had a positive effect on the subjective perception of driving behaviour as well. To what extent driving behaviour can be influenced positively in reality, especially in the non-linear range, real vehicle tests have yet to show.

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Peters, Y., 2020. Ein Beitrag zur Entwicklung eines zentralen Fahrwerkreglers. https://doi.org/10.17185/duepublico/71433
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