Application of optimization methods to controller design for active suspensions

Anwendung von Optimierungsmethoden zur Reglerauslegung für aktive Radaufhängungen

  • By offering good ride safety and ride comfort to passenger cars, active suspensions have attracted more and more attentions of investigators. Numerous approaches of designing controller for active suspension systems have been introduced mostly restricted to linear time-invariant systems. In this dissertation, optimization methods are applied to a special three degree-of-freedom spatial car model with active suspensions to define an optimal controller. The optimal control law with state-feedback and disturbance-feed forward parts is derived by extending the linear-quadratic regulator (LQR) control to linear systems with measurable disturbances and combining it with a multi-criterion optimization (MCO) procedure. This allows to reduce the number of design variables of the MCO problem significantly. The approach is applied also to gain-scheduling control of the linear-parameter varying spatial car model. The effectiveness of the designed controller with respect to ride safety and ride comfort of the car in yaw motion is demonstratedBy offering good ride safety and ride comfort to passenger cars, active suspensions have attracted more and more attentions of investigators. Numerous approaches of designing controller for active suspension systems have been introduced mostly restricted to linear time-invariant systems. In this dissertation, optimization methods are applied to a special three degree-of-freedom spatial car model with active suspensions to define an optimal controller. The optimal control law with state-feedback and disturbance-feed forward parts is derived by extending the linear-quadratic regulator (LQR) control to linear systems with measurable disturbances and combining it with a multi-criterion optimization (MCO) procedure. This allows to reduce the number of design variables of the MCO problem significantly. The approach is applied also to gain-scheduling control of the linear-parameter varying spatial car model. The effectiveness of the designed controller with respect to ride safety and ride comfort of the car in yaw motion is demonstrated through the simulation of double-lane-change maneuvers, where the paths are found by an optimization procedure.show moreshow less
  • Für die gleichzeitige Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahrkomfort werden zunehmend aktive Radaufhängungen diskutiert. Numerische Verfahren, welche bei der Auslegung von Reglern für aktive Radaufhängungen herangezogen werden können, sind größtenteils auf lineare zeit-invariante Systeme beschränkt. In der vorliegenden Dissertation werden Optimierungsmethoden auf ein spezielles räumliches Pkw-Modell mit drei Freiheitsgraden und aktiver Radaufhängung angewendet, um einen optimalen Regler auszulegen. Das optimale Regelgesetz mit Zustandsrückführung und Störgrößenaufschaltung ist abgeleitet von einem weiterentwickelten linear-quadratischen Regler (LQR) für lineare Systeme mit messbaren Störungen, welcher mit Mehrkriterien-Optimierungsverfahren (MCO) verknüpft wird. Dadurch wird die Anzahl der Entwurfsvariablen des MCO-Problems merklich reduziert. Dieser Ansatz wird ebenso auf eine Regelung mit variablen Verstärkungsfaktoren in Verbindung mit einem linearen, parameterabhängigen räumlichen Fahrzeugmodell angewendet. Die Leistungsfähigkeit desFür die gleichzeitige Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahrkomfort werden zunehmend aktive Radaufhängungen diskutiert. Numerische Verfahren, welche bei der Auslegung von Reglern für aktive Radaufhängungen herangezogen werden können, sind größtenteils auf lineare zeit-invariante Systeme beschränkt. In der vorliegenden Dissertation werden Optimierungsmethoden auf ein spezielles räumliches Pkw-Modell mit drei Freiheitsgraden und aktiver Radaufhängung angewendet, um einen optimalen Regler auszulegen. Das optimale Regelgesetz mit Zustandsrückführung und Störgrößenaufschaltung ist abgeleitet von einem weiterentwickelten linear-quadratischen Regler (LQR) für lineare Systeme mit messbaren Störungen, welcher mit Mehrkriterien-Optimierungsverfahren (MCO) verknüpft wird. Dadurch wird die Anzahl der Entwurfsvariablen des MCO-Problems merklich reduziert. Dieser Ansatz wird ebenso auf eine Regelung mit variablen Verstärkungsfaktoren in Verbindung mit einem linearen, parameterabhängigen räumlichen Fahrzeugmodell angewendet. Die Leistungsfähigkeit des Reglers bezüglich Fahrsicherheit und Fahrkomfort wird anhand von Spurwechsel-Fahrmanövern demonstriert, wobei die Bahnkurven durch eine Optimierung gefunden werden.show moreshow less

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Metadaten
Author: Nguyen, Tuan-Anh
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-261
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Bestle, Dieter
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2006
Date of final exam:2006/10/06
Release Date:2006/10/25
Tag:Fahrzeugbau; Radaufhängung; Regler
Regulator; Suspensions; Vehicle
GND Keyword:Fahrwerk; Optimierung; Reglerentwurf
Institutes:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Technische Mechanik und Fahrzeugdynamik
Institution name at the time of publication:Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen (eBTU) / LS Technische Mechanik und Fahrzeugdynamik