Am Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau (IMS) der TU Darmstadt wurde das Prüfstandskonzept "Car-in-the-Loop" entworfen, das die Optimierung mechatronischer Systeme auf Gesamtfahrzeugebene durch die Abbildung der Längs-, Lenk- und Vertikaldynamik unter Laborbedingungen ermöglicht. Einleitend mit einer genauen Beschreibung der Eigenschaften und Parameter des Prüfstands-Prototypen wird zuerst auf die Modellbildung des Drehfreiheitsgrades, der die Längsdynamik abbildet, eingegangen. Hierbei kann das System als Dreimassenschwinger abstrahiert werden. Als Massen bzw. Drehträgheiten werden der elektrische Antriebsmotor des auf dem Prototypen montierten Viertelfahrzeugs, die Radnabe inklusive Bremsscheibe und der elektrische Bremsmotor betrachtet. Diese sind mit Gelenkwellen verbunden, die eine nicht vernachlässigbare Elastizität aufweisen. Die Simulation des Prototypen wird um eine Regelung der Drehgeschwindigkeit der Radnabe erweitert. Als Aktor wird dafür der elektrische Bremsmotor verwendet. Da es sich hierbei um ein ungefesseltes System mit verhältnismäßig wenig Dämpfung handelt und Aktor- und Sensorposition nicht kollokiert sind, muss auf modellbasierte Regelungsmethoden, wie zum Beispiel eine Zustandsrückführung mit Polvorgabe, zurückgegriffen werden, um das System mit einer ausreichenden Dynamik stabil zu regeln. In diesem Zusammenhang werden die Auswirkungen der Platzierung der Pole auf die Eigenschaften des Systems diskutiert. Entscheidend für das dynamische Verhalten des Gesamtsystems ist darüber hinaus die Störgrößenkompensation. Die entscheidende Störgröße ist das vom Fahrer geforderte Motormoment. Dieses wird durch den, nicht in die Drehgeschwindigkeitsregelung integrierten, elektrischen Antriebsmotor abgegeben und ist auch bei einem reellen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor durch kennfeldbasierte Methoden beobachtbar. Es wird in der Simulation eine Methode der Störgrößenkompensation implementiert.

    The Institute for Mechatronic Systems in Mechanical Engineering (IMS) has developed a concept for a test rig, which enables optimization of mechatronic systems on vehicle level with the simulation of longitudinal, steering and vertical dynamics for a complete vehicle under laboratory conditions. Beginning with an explanation of the test rig concept the paper discusses the control strategy for the rotational speed of the wheel hub of the quarter-car mounted on the test rig based on a simulation. The following issues have to be considered. The shaft connecting the electric motor to the wheel hub has an elasticity, which cannot be neglected. As the actor and sensor position are not collocated and this is an unrestrained system, a model based control approach, for instance state feedback with pole placement, is required to achieve a satisfying dynamic behavior. In this context the effect of the placement of the poles on the longitudinal dynamics is evaluated. Another factor, which has influence on the longitudinal dynamics, is the engine torque of the vehicle, which is regarded as a disturbance. For this reason a disturbance feed forward strategy will be explained.


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    Title :

    Regelung des Drehfreiheitsgrades eines neuartigen Gesamtfahrzeugprüfstands


    Contributors:


    Publication date :

    2011


    Size :

    11 Seiten, 11 Bilder, 1 Tabelle, 3 Quellen




    Type of media :

    Conference paper


    Type of material :

    Print


    Language :

    German