Peter Pfeffer

Combination of map-based and adaptive feedforward control algorithms for active engine mounts:

Active engine mounts significantly contribute to ensure the comfort in vehicles with emission-reducing engine technologies, e.g., cylinder-on-demand (COD), downsizing or turbochargers. To control active engine mounts, either adaptive or non-adaptive feedforward control is commonly employed. Since both approaches have previously been treated separately, this study proposes methods to connect them in terms of multiple-input-multiple-output Newton/FxLMS adaptive filters with self-trained, grid-based look-up tables. The look-up tables are incorporated as parameter-maps or parallel-maps, respectively. By combining the two feedforward control strategies, their inherent advantages, i.e., the adaptivity of adaptive filtering and the direct impact as well as the tracking behavior of map-based feedforward control, are utilized. The proposed control structures are illustrated by simulation and experimentally demonstrated in a vehicle with a V8-COD engine. While both methods significantly reduce the convergence time of the adaptive filter, the parallel implementation additionally improves the tracking behavior during fast engine run-ups.

Akustik und Schwingungen

In den letzten Jahren hat die „Technische Akustik und Schwingungstechnik“ innerhalb der Fahrzeugentwicklung zunehmend an Bedeutung gewonnen und einen deutlichen Fortschritt erlebt. An Klangbild und Lautstarke von Gerauschen sowie Vibrationsfrequenz und -starke im Automobil werden die unterschiedlichsten Anforderungen gestellt und in Folge dessen verschiedenste Problemlosungen schon wahrend der Fahrzeugentwicklung erarbeitet. So sollen als unangenehm empfundene Gerausche moglichst leise sein, Warngerausche hingegen laut genug, um bestimmte Sicherheitskriterien zu erfullen. Zusatzlich werden besonders in der automobilen Mittel- und Oberklasse Gerausche so „designed“, dass sie den Kundenerwartungen entsprechen. Ahnliches gilt auch fur fuhlbare Vibrationen. Mit standigem Kontakt zum Lenkrad spurt der Fahrzeuglenker die am Lenkrad auftretenden Vibrationen. Die schwingungstechnische Auslegung des Lenkrades inklusive der Anbauteile sowie der Karosserie stellt hinsichtlich des Schwingungskomforts eines Fahrzeugs eine bedeutende Aufgabe dar. Das Erleben der akustischen und schwingungstechnischen Wertigkeit beeinflusst in zunehmendem Mase die Kaufentscheidung.

Ausblick – Zukunft der Lenkung im Automobil

Die Herausgeber sind der festen Uberzeugung, dass trotz aller sich verscharfenden Randbedingungen bezuglich des Automobils auch im Jahr 2025 und daruber hinaus noch individuell gefahren bzw. gelenkt wird und dass die Fahrfreude weiterhin einen zentralen Stellenwert geniest. In diesem Sinne werden die heute bekannten Lenksysteme, Lenkungstechnologien und Lenkfunktionalitaten weiter im Fokus der Entwicklungsabteilungen von Fahrzeugherstellern und Lenksystementwicklern stehen, um auch in Zukunft dem Fahrer bzw. Kunden ein markentypisch gewunschtes Fahr- und Lenkverhalten zu gewahrleisten. Abschliesend nehmen die Herausgeber zu unterschiedlichen Aspekten im Automobilbau, welche in Verbindung mit den Lenksystemen und dem Lenkverhalten stehen, eine Einschatzung vor.

Lenkgefühl, Interaktion Fahrer – Fahrzeug

Das Lenkgefuhl ist das subjektive Empfinden des Fahrers beim Lenken eines Fahrzeugs. Dieses Lenkgefuhl resultiert aus der Empfindung und der Beurteilung des Fahrers vom Lenkverhalten bzw. des Fahrverhaltens des Fahrzeugs, es entsteht aus der Interaktion Fahrer-Fahrzeug. Als Fahrverhalten bezeichnet man allgemein die Reaktion des Fahrzeugs auf Fahrereingaben und auf Storungen wie beispielsweise Seitenwind oder Strasenunebenheiten. Das Lenkverhalten ist ein Teilbereich des Fahrverhaltens und beschreibt die Reaktion des Fahrzeugs auf Lenkeingaben und Storungen. Die Optimierung des Lenkgefuhls ist eine zentrale Aufgabe in der Fahrdynamikentwicklung. Zwar begann man schon Ende der 30er Jahre des vorigen Jahrhunderts, das Handling und insbesondere das Eigenlenkverhalten von Personenwagen quantitativ zu erfassen (Olley 1938), dennoch wurde und wird das so genannte Lenkgefuhl fast ausschlieslich subjektiv von erfahrenen Testfahrern bewertet und optimiert. Ein Grund dafur war und ist bis heute, dass das Lenkgefuhl eng mit dem Fahrverhalten bzw. den Handlingeigenschaften eines Fahrzeugs gekoppelt ist. Die Objektivierung des Lenkgefuhls, getrieben durch den anhaltenden Trend einer immer starkeren Nutzung von Digitalen Prototypen, hat stark an Bedeutung gewonnen. Obwohl in der letzten Zeit schon einige Bewertungskriterien erarbeitet wurden, kann immer noch trefflich uber das Thema diskutiert werden, zum einen, weil es unterschiedliche Auslegungsphilosophien gibt, zum anderen weil die Grenzen zwischen authentischem und artifiziellem Lenkgefuhl, insbesondere auch in Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen nicht klar sind.

Anforderungen an die Lenkung – ein Überblick

Bei der Kaufentscheidung fur ein neues Auto kommt dem subjektiven Fahreindruck des Kunden ein hoher Stellenwert zu. Dabei ubt das Fahrwerk einen entscheidenden Einfluss auf das Fahrverhalten aus. Im Rahmen der Fahrwerksentwicklung wird besonderes Augenmerk auf die Fahrdynamik, den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit gelegt. Einen ausschlaggebenden Teil der Fahrdynamik wird dabei durch das Lenkverhalten bestimmt, welches wiederum masgeblich durch das Lenksystem gepragt wird. Die Hauptaufgabe des Lenksystems besteht darin, den vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel in eine adaquate Fahrtrichtungsanderung umzusetzen. Durch die vom Fahrer eingeleitete Lenkwinkelanderung werden die Rader eingeschlagen, wodurch sich die Fahrtkursanderung ergibt. Dabei muss fur den Fahrer die Fahrzeugreaktion eindeutig vorhersehbar sein.

Elektrohydraulische Lenksysteme (EPHS)

Aus der Anforderung nach energiesparenden Lenksystemen, die unabhangig vom Verbrennungsmotor bedarfsgerecht gesteuert werden konnen, haben sich Anfang der 90er Jahre elektrohydraulische Lenksysteme entwickelt. Diese Systeme sind sukzessiv in ihrer Leistung erweitert worden.

Advanced Vehicle Control : Proceedings of the 13th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC'16), September 13-16, 2016, Munich, Germany

This paper considers a novel approach to active rollover prevention, incorporating online estimation of the driver’s intended path. The problem is formulated as one of minimizing lateral deviation from the intended path subject to friction and rollover limits. A recently published control allocation and moderation method is developed to be applicable to the rollover problem in such a way that speed is optimally reduced. Furthermore, a new Time-To-Rollover (TTR) metric, based on driving intention prediction, is incorporated into the system concept. Finally, mediation provides a general approach to designing a cooperative system, coordinating between the human driver and the onboard autonomous safety system to reduce the sensitivity of vehicle response to any sudden or emergency driver actions.This work evaluates the intrinsic contribution of the yaw rate reference to the overall handling performance of an electric vehicle with torque vectoring control in terms of minimum-time manoeuvring. A range of yaw rate references are compared through optimal control simulations incorporating closed-loop controller dynamics. Results show yaw rate reference has a significant effect on manoeuvre time.

Advanced Vehicle Control AVEC’16: Proceedings of the 13th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC’ 16), Munich, Germany, 13–16 September 2016

This paper considers a novel approach to active rollover prevention, incorporating online estimation of the driver’s intended path. The problem is formulated as one of minimizing lateral deviation from the intended path subject to friction and rollover limits. A recently published control allocation and moderation method is developed to be applicable to the rollover problem in such a way that speed is optimally reduced. Furthermore, a new Time-To-Rollover (TTR) metric, based on driving intention prediction, is incorporated into the system concept. Finally, mediation provides a general approach to designing a cooperative system, coordinating between the human driver and the onboard autonomous safety system to reduce the sensitivity of vehicle response to any sudden or emergency driver actions.This work evaluates the intrinsic contribution of the yaw rate reference to the overall handling performance of an electric vehicle with torque vectoring control in terms of minimum-time manoeuvring. A range of yaw rate references are compared through optimal control simulations incorporating closed-loop controller dynamics. Results show yaw rate reference has a significant effect on manoeuvre time.

Simulation and Modelling of Steering Ripple and Shudder

Vehicle dynamics simulation is very common nowadays at any stage of chassis development which saves development time and cost. An Advanced Steering System Model has been developed and implemented in virtual environment to simulate steering characteristics and handling performance. In the vehicle measurement, it was found that the steering friction decreases when driven on an uneven road. As steering friction is an important steering characteristics related to steering centre feel, the Advanced Steering System Model should be able to produce accurate results for such phenomenon. The objective of this study is to validate the Advanced Steering System Model at different levels of road excitation. A steering system test bench was built up to realize the hardware-in-the-loop tests. In order to investigate the influence of the road excitation to the steering system friction, left and right rack forces were recorded on the test bench when the vehicle was driven on an uneven road. These two signals were imposed to the steering rack force to simulate the random road excitation in vehicle measurements. The measurements were used to validate the Advanced Steering Model. The Advanced Steering Model comprises mechanical module and power assist module. The advanced friction element in the mechanical module consists of an Exponential-Spring-Friction-Element and a parallel Maxwell-Element. It represents the frequency and amplitude dependency of the steering system accurately with appropriately identified parameters. The current parameters for the friction model were identified implicitly in this paper. The imposed noise was generated on a predefined uneven road. Further effort should be made to characterize this effect with constant frequency and amplitude force inputs on the test bench. The Advanced Steering Model is capable of representing the system response to the random road excitation, typically the friction reduction of the system due to the random noise input.

Lenksäule und Lenkzwischenwelle

Lenksaule und Lenkzwischenwelle stellen in ihrer Grundfunktion die mechanische Kopplung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe her. Hierbei werden Lenkrad und Torsionsstab des Lenkgetriebes so miteinander gekoppelt, dass die am Lenkrad eingeleitete Drehbewegung quasi verlustfrei und ohne Spiel ubertragen wird. Ebenso werden die vom Lenkgetriebe ausgehenden Drehmomente an das Lenkrad ubertragen. Somit werden durch die Koppelglieder Lenksaule und Lenkzwischenwelle das Fahrverhalten und der fuhlbare Kontakt zur Fahrbahn wesentlich beeinflusst. Neben dieser mechanischen Grundfunktion werden an beide Baugruppen heute vielfaltige Anforderungen gestellt. Bei der Betrachtung der hier vorgestellten Komponenten, vom Fahrer hin zur Vorderachse, ubernimmt die Lenksaule primar die Lagerung des oberen Lenkstrangs, bestehend aus einer ein- oder mehrteiligen Welle mit Schnittstellen zum Lenkrad und zur Lenkzwischenwelle. Ein solches Konstruktionselement wird als starre Lenksaule bezeichnet, die lediglich die Lenkfunktion ubertragt, aber keine Anpassung der Lenkradposition erlaubt. Diese Systeme sind inzwischen selten und aufgrund ihrer erheblichen Defizite nur noch in sehr wenigen Segmenten vertreten. Eine Ausnahme bilden hier z. B. die Rennsportfahrzeuge, da hier leistungsorientiert auf Komforteigenschaften verzichtet wird.