Implementierung eines Lateraldynamik-Beobachters für das NGT-Versuchsfahrwerk

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Beobachterentwicklung für die Lateraldynamik eines Schienenfahrzeugfahrwerkes. Das verwendete Fahrwerk entspricht dem am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelten Versuchsfahrwerks aus dem Projekt Next Generation Train (NGT). Die Konfiguration dieses Versuchsfahrwerkes als Einzelradfahrwerk ohne Drehzahlkopplung erfordert den Einsatz einer Regelung, um einen sicheren und komfortablen Betrieb auch bei hohen Geschwindigkeiten zu gewährleisten. Für diese Regelung werden Informationen über die aktuellen lateralen Verschiebungen der Radträger benötigt, welche auf dem Prüfstand des NGT-Versuchsfahrwerkes gemessen werden können, in der realen Anwendung jedoch nicht zur Verfügung stehen. Ein Zustandsbeobachter kann bei richtiger Auslegung aus den Messinformationen die Zustände eines Systems rekonstruiert. In dieser Arbeit wird zuerst ein Modell des NGT-Versuchsfahrwerks für die Lateraldynamik hergeleitet und dessen Beobachtbarkeit analysiert. Im Weiteren werden vier verschiedene Beobachteransätze zunächst implementiert und anschließend in Simulationen sowie anhand von Messdaten des realen Fahrwerkes untersucht und verglichen: ein Linearer Luenberger-Beobachter, ein linear-quadratischer Schätzer, ein nichtlinearer Simulator mit einer optimierten Korrektur und ein Extended Kalman-Filter. Eine Gegenüberstellung der Ergebnisse zeigt, dass für das vorhandene System das Extended Kalman-Filter der vielversprechendste Ansatz hinsichtlich Schätzgüte und Robustheit gegenüber Parameterfehlern ist.