Gegenstand dieser Arbeit ist der Reglerentwurf für die Schwingungsisolation semiaktiver und aktiver Fahrzeugsitze in vertikaler Richtung. Ziel der Regelung ist, den Fahrer möglichst von den Schwingungen der Kabine zu isolieren und gleichzeitig große Auslenkungen des Sitzes zu verhindern. Hierzu werden zwei verschiedene Ansätze untersucht. Zum einen werden Regler für einen speziellen semiaktiven Sitz entworfen, bei dem als Stellglied die standardmäßig vorhandene Luftfeder, erweitert um ein zu-bzw. abschaltbares Zusatzvolumen, verwendet wird. Zum anderen wird ein neuer, allgemeiner Ansatz zur Regelung aktiver Fahrzeugsitze vorgestellt. Grundlegend für die angestellten Betrachungen ist ein mathematisches Modell des Sitzes. Zum Entwurf der modellbasierten Regler werden vereinfachte Sitzmodelle verwendet. Daneben wird in dieser Arbeit ein komplexes modulares, physikalisches Modell des Fahrzeugsitzes erstellt, das der Validierung der Regler durch Simulation dient. Den ersten Schwerpunkt der Arbeit stellt der Entwurf von Reglern für den semiaktiven Sitz mit schaltender Luftfeder auf Basis eines Fuzzy-Ansatzes sowie beruhend auf künstlichen neuronalen Netzen dar. Zusätzlich zu Simulationen wird die Wirksamkeit der Regler auch durch entsprechende Labormessungen überprüft. Den zweiten Schwerpunkt der Arbeit bildet die Untersuchung eines neuen, von der verwendeten Aktorik unabhängigen Regelungskonzeptes. Dessen wesentlicher Vorteil ist die Möglichkeit, die Schwingungsisolation des geregelten Sitzes gezielt und unabhängig von dessen Reaktion auf andere Störungen einzustellen. Zentrales Element dieses Regelungskonzeptes ist das Modell eines idealen Sitzes, welches in Echtzeit aus der gemessenen Beschleunigung der Fahrzeugkabine eine Solltrajektorie für das Verhalten des realen Sitzes generiert. Durch Steuerung und Folgeregelung wird der Sitz entlang dieser Trajektorie bewegt. Da die Schwingungsisolation durch die vom ldealmodell generierte Sollbahn bstimmt wird, kann der Regler auf gute Störunterdrückung ausgelegt werden. Dadurch kann eine sehr gute Schwingungsisolation bei gleichzeitig kleinsten Ausfederbewegungen bei Pedalbetätigung oder Aufstehen des Fahrers erreicht werden. Simulationsstudien mit einer Reihe verschiedener Stellglieder sowie Labormessungen an einem Sitz mit hydraulischem Aktor und einem mit pneumatischem Stellglied belegen die Wirksamkeit dieses neuen Regelungskonzeptes.
Subject of this thesis is the controller design for semi-active and active driver seats. The goal is to isolate the driver as good as possible from vertical vibrations of the cabin an to reduce the maximum stroke of the seat. Therefor two different approaches are taken. The first considers the controller design for a specific semi-active seat containing an air spring with switchable auxiliary volume as actuator. The other focus of the work is a new general controller design, that is independent of the used actuator. The controllers designes are based on fundamental models of the seat. A detailed physical model of the seat which is developed in this thesis is used to test the designed controllers in simulation. A fuzzy controller and a controller based on an artificial neural network are proposed for the control of the semiactive seat with switchable air spring. Results of simulations and measurements are presented to show the characteristics of the controlled seat. The second main part of this thesis presents the design and the analysis of a new control method for active driver seats. Its main feature is that the vibration isolation of the conlrolled seat and the reaction of the seat to other disturbances can be set up independently. The core of this new control scheme is the model of an ideal seat. It takes measured values of the cabin acceleration and calculates the ideal movement for the real seat thereof in real time. Using feedforward and feedback control the seat is moved along this iedal trajectory. Since the vibration isolation of the controlled seal is set by the ideal model the design of the feedback controller can focus on the achievement of a good disturbance reaction of the control loop. Thus it is possihle to achieve good vibration isolation and at the same time almost no movement of the seat when the driver pushes a pedal or stands up. The effectiveness of this concept is proven by simulation studies with different actuators. Experiments carried out with active seats using hydraulic actuators or pneumatic actuators respectively confirm the postulated advantages of the new controller concept.
Beiträge zur Regelung aktiver und semiaktiver Fahrzeugsitze
2008
175 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
(+26 S. Anh.)
Theses
German
Aktor , Folgeregelung , Folgeregler , Fuzzy-Logik , Fuzzy-Regelung , Fuzzy-Regler , hydraulisches System , Kraftfahrzeugsitz , künstliche Intelligenz , lernende Regelung , mathematisches Modell , Modellierung , neuronales Netz , Regelungsentwurf , Reglerentwurf , Schwingungsisolation , Simulationsmodell , Sitzfederung , Steuerung und Regelung , Steuerungs- und Regelungsalgorithmus , Steuerungs- und Regelungssystem , Störungsunterdrückung , Störverhalten
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