Modellbasierter Regelungsentwurf für aktive Sekundärfederstufen von Schienenfahrzeugen

Abstract

Der Schienenverkehr stellt als ressourcenschonendes Beförderungsmittel einen großen Hoffnungsträger im Kontext nachhaltiger Mobilitätskonzepte dar. Die Attraktivität der Bahn im Personenverkehr ist jedoch abhängig von den Annehmlichkeiten, die sich für die Fahrgäste ergeben - etwa dem Fahrkomfort. Eine Möglichkeit, den Fahrkomfort zu erhöhen, besteht in der Verwendung aktiver Fahrwerkselemente. Vor diesem Hintergrund umfasst diese Arbeit den modellbasierten Regelungsentwurf einer aktiven Sekundärfederstufe von Schienenfahrzeugen. Hauptziel der neu entwickelten Regelung ist es, einen Kontakt zwischen dem Wagenkasten und den lateralen Endanschlägen der Fahrwerke zu vermeiden, um so den Komfort zu verbessern. Zudem soll die Regelung den benötigten Stellaufwand berücksichtigen sowie bekannte Informationen über den Verlauf des Gleises ausnutzen. Aus einem vorliegenden Mehrkörpermodell wird zunächst ein analytisches Systemmodell abgeleitet, auf dessen Basis anschließend die idealisierte Synthese zwei verschiedener Regelungsentwürfe erfolgt: Eine Zustandsregelung basierend auf der Riccati-Synthese sowie ein modellprädiktiver Regelungsansatz. Die erarbeiteten Lösungsvorschläge werden abschließend in anspruchsvollen Fahrsimulationen mit Gleiswechsel getestet und bezüglich der definierten Anforderungen bewertet. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass beide Regelungsansätze den Komfort beim diskreten Ereignis des Gleiswechsels verbessern, wobei die modellprädiktive Regelung dieses Ziel unter geringerem Stellaufwand erreicht.