ZusammenfassungEs wird davon ausgegangen, dass autonomes Fahren die Schlüsseltechnologie für unser zukünftiges Verkehrssystem ist. Studien haben jedoch gezeigt, dass das Auftreten von Kinetose, d. h. Bewegungskrankheit, beim autonomen Fahren deutlich höher ist als bei herkömmlichen Fahrzeugen. Da insbesondere vertikaldynamische Schwingungen (Huben) im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis ca. 1 Hz als besonders störend empfunden werden, können aktive Feder-Dämpfer-Systeme Abhilfe schaffen. Die am Institut für Fluidsystemtechnik der TU Darmstadt entwickelte aktive Luftfeder kombiniert die Vorteile der Luftfeder, die sich aufgrund der Trennung der Funktionen "Last tragen" und "Energie speichern" ergeben, wie beispielsweise die Möglichkeit einer Niveauregulierung, mit denen eines aktiven Systems. Die aktive Kraftstellung erfolgt durch eine Verstellung der tragenden (druckeffektiven) Fläche der Luftfeder im Betrieb mit einer Stellfrequenz von über 5 Hz. Realisiert wird dies über eine Verstellung des Luftfederabrollkolbendurchmessers mit vier radial verstellbaren Segmenten. Hierfür wurde ein kompakter hydraulischer Linearaktor entwickelt, der in den Luftfederabrollkolben integriert ist. In diesem Beitrag wird zunächst das Konzept der aktiven Luftfeder beschrieben und der Funktionsprototyp vorgestellt. Danach wird auf die allgemeine optimale vertikaldynamische Auslegung eines aktiven Systems am Beispiel eines Viertelfahrzeug-Modells eingegangen und Einflüsse einzelner Systemgrößen wie Stellkraft und Stellfrequenz diskutiert. Im nächsten Schritt wird eine einfache Modellbildung des Gesamtsystems im Hinblick auf den H 2 -optimalen Reglerentwurf durchgeführt und die Eignung des Aktorkonzepts zum Einsatz in einem aktiven Fahrwerk sowie die Robustheit des Reglers exemplarisch gezeigt. Um das System optimal zur Minderung von Schwingungen, die Kinetose verursachen und den Fahrkomfort verschlechtern, abzustimmen, werden frequenz-spezifische Bewertungsfilter gemäß der VDI-Richtline 2057 bei der Regelerauslegung eingesetzt. Abschließend wird die Funktionsfähigkeit der aktiven Luftfeder in Hardware-in-the-Loop-Experimenten, bei denen der Funktionsprototyp in einer Echtzeitsimulationsumgebung mit einem virtuellen Viertelfahrzeug gekoppelt wird, gezeigt.

Narrow tolerances are commonly used to control uncertainty in the production of technicalcomponents. However, narrow tolerances lead to financial expense and limit flexibility. In this paperthe concept of a resilient process chain is presented. This concept covers the product life cycle phases ofproduction and usage. It is enabled by the digitalization in mechanical engineering and offers access tovariable process windows instead of rigid tolerances. First steps of this concept are then applied to the TU Darmstadt active air spring. The active air spring can be used to increase the driving comfort in avehicle or, for instance, to minimize kinetosis during autonomous driving. The focus hereby is toidentify possible production influences on the behaviour of the components usage. For this purpose, theactuator of the active air spring is specifically manufactured with typical uncertainty of high precisionmachining of the bore and characterized experimentally in a test rig. The results show an influenceof the production on the efficiency of the actuator. The measurements are fundamental to establish aresilient process chain on the active air spring.

No abstract

This paper presents two new technologies in order to optimize the operation of a con-ventional spring-damper-system. Therefore, the function structure such as the energy flow of a con-ventional system is investigated and optimized. The first resulting technology is the fluid dynamicabsorber (FDA) which is still a passive solution and improves the energy flow of the conventionalspring-damper-system with the help of an absorber with a hydraulic transmission. The second tech-nology is the active air spring damper (AASD) which is an active variant of a spring-damper-systemand optimizes the energy flow by using electrical energy. We use a quarter car model to examine theperformance of our technologies and compare them in the conflict diagram where driving comfort vs.driving safety is shown within the scope of uncertainty. The FDA improves the driving safety at almostthe same comfort. The driving comfort is improved by using the AASD. We also examine the systembehavior at uncertain loads. The results show that they are capable of controlling this uncertainty.

By combining the established development method according to VDI guideline 2206 and the new approach of resilience, resilient product development makes it possible to control uncertainty in the early development phases. Based on the uncertainty that can occur in a classical product development process, such as uncertainty due to (i) the transition from function to building structure, (ii) interaction of modules and (iii) planning uncertainty, we first discuss the limits of existing product development guidelines and introduce the concept of resilience. The basic idea is that a resilient process can control uncertainty through the four resilience functions (i) monitoring, (ii) responding, (iii) learning and (iv) anticipating. We apply this new approach to the product development of the actuators of the active airspring of the TU Darmstadt. The active air spring can be used to increase driving comfort in a vehicle or, for example, to minimize kinetosis during autonomous driving.