Modellbasierte Online-Identifikation der Längsdynamik am NGT Versuchsfahrwerk

Abstract

Die vorliegende Arbeit illustriert die Entwicklung eines Beobachters für die Längsdynamik des Next Generation Train (NGT) Versuchsfahrwerks. Die zentrale Aufgabe des Beobachters ist die optimale Schätzung der Tangentialkräfte, welche während eines Brems und Anfahrvorgangs, eine Beurteilung des Kraftschlussbeiwerts zwischen Rad und Schiene ermöglichen. Anhand dieser Informationen soll das Kraftschlusspotential im Betrieb voll ausgeschöpft und somit unerwünschte Bremswegverlängerungen durch das aktive Verhindern von blockierenden Rädern vermieden werden. In dieser Arbeit werden, nach der Identifizierung der Rollwiderstände der Räder und des äquivalenten Trägheitsmoments der Rolle, zunächst drei mögliche Sensorkonfigurationen aufgezeigt und ihre zugehörigen Bewegungsgleichungen hergeleitet. Aufbauend auf diesen Bewegungsgleichungen werden, als Alternative zu dem in der Anwendung häufig eingesetzten Kalman-Filter, weitere nichtlineare Beobachteransätze vorgestellt. Der First- und Second-Order Sliding-Mode-Beobachter bringen zusätzlich den Vorteil der Rekonstruktion von unbekannten Störungen. Des Weiteren wird mittels des robusten Second-Order Sliding Mode-Beobachters zuerst die Tauglichkeit der Sensorkonfigurationen für die Beobachtung der Tangentialkräfte in der Simulation und mit Prüfstanddaten getestet und anschließend die vielversprechendste Konfiguration verwendet, um die Beobachter miteinander zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der dritten Sensorkonfiguration die Tangentialkräfte gut rekonstruierbar sind und dass, der Second-Order Sliding-Mode-Beobachter die beste Schätzgüte liefert.