Konzeptvalidierung einer aktiven Luftfederung im Kontext autonomer Fahrzeuge

Im Rahmen dieser Arbeit wird gezeigt, dass sich aktiv geregelte Feder-Dämpfer-Systeme anbieten, um die steigenden Anforderungen an den Fahrkomfort beim autonomen Fahren zu erfüllen. Durch eine Entkopplung des Fahrgastraums von der Straßenanregung werden der Fahrkomfort gesteigert und das Auftreten von Kinetose verringert. Mit der aktiven Luftfeder der TU Darmstadt – einer Synthese aus Luftfeder und aktiver Federung – wird ein derartiges System konzipiert, entwickelt und ein Funktionsprototyp im Versuch validiert. Der Grundgedanke ist, die Vorteile einer konventionellen Luftfederung mit denen eines aktiven Systems zu kombinieren. Die aktive Luftfeder ist teiltragend und die Kraftstellung erfolgt durch eine Verstellung der tragenden (druckeffektiven) Fläche der Luftfeder im Betrieb mit hydraulischen Aktoren. Diese sind in die Abrollkolben der Luftfeder integriert und arbeiten mit einer Eckfrequenz von ca. 5 Hz. Ausgehend von der Frage nach der optimalen vertikaldynamischen Schwingungsminderung, wird zunächst ein Verfahren erarbeitet, um Vertikaldynamiksysteme bereits in einer frühen Phase der Entwicklung im Spannungsfeld zwischen Funktion und Aufwand bewerten zu können. Hierfür wird die Maximierung von Fahrkomfort und Fahrsicherheit als mathematisches Optimierungsproblem – der Minimierung der H2-Norm der Übertragungsfunktionen der Aufbaubeschleunigung und der Radlastschwankung – formuliert. Basierend auf den theoretischen Voruntersuchungen wird ein Prototyp der aktiven Luftfeder entwickelt. Um diesen unter möglichst realistischen Bedingungen im Experiment zu untersuchen, werden Hardware-in-the-Loop-Versuche durchgeführt. Es wird gezeigt, dass der Fahrkomfort bei der Fahrt auf einer Bundesstraße mit 100 km/h bei verbesserter Fahrsicherheit um ca. 35 % gesteigert wird.