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Stability Investigation of Car-trailer Combinations based on Time-Frequency Analysis

Zhang, Ning :
Stability Investigation of Car-trailer Combinations based on Time-Frequency Analysis.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Stability Investigation of Car-trailer Combinations based on Time-Frequency Analysis
Language: English
Abstract:

Stability investigation of car-trailer combinations (CTCs) based on time-frequency analysis (TFA) is the focus of this thesis. A state-of-the-art survey shows that very few research activities were performed to study the influence of the coupling between the vertical dynamics and horizontal dynamics, particularly for the system stability analysis. Based on the theoretical foundation of the stability analysis for CTCs, a time-frequency analysis based parameter identification method (TFA-based PIM) is proposed, in which a linear single-track model (STM), a Moving-Time-Windowed-Fast Fourier transform (MTWFFT) analysis method and an evaluation algorithm for the instantaneous cornering stiffness and the instantaneous effective axle load are integrated. It aims to study the time varying vehicle dynamics characteristics under harmonic conditions. With this PIM, vehicle dynamics parameters can be estimated continuously in time domain with a high accuracy in case a suitable model representing the system (here is a linear STM) is available. Also, they can be cross-checked by the phases of the obtained complex values of the general parameters involved here. For the analysis of the impact of the nonlinearity-induced harmonic dynamic axle load on the dynamic stability of CTCs, a complex driving dynamics simulation model of a CTC validated in the horizontal plane is utilized. With the PIM, the system characteristics of the simulation model are adjusted aiming for those delivered from the CTC applied in the road tests. To simulate the influence of the harmonic wheel load oscillations, a synthetic force generator is applied, which is synchronized to the phase of the yaw rate with a defined phase shift. Hence, the sensitivity analysis of the influence of the harmonic amplitude or phase of this force on the system dynamic stability is performed with a simulation model validated in the horizontal plane. Through this variation, the change of the system dynamic critical speed is actually determined and so is the reason why the temporal changes of the system dynamic stability can be explained by the fluctuations in the amplitude and/or the phase of the superimposed harmonic dynamic axle load.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Der Schwerpunkt dieser Doktorarbeit liegt auf der Untersuchung der Stabilität von Fahrzeuggespannen, speziell auf Pkw mit Anhänger. Die Recherche zum Stand der Technik zeigt, dass kaum Forschungsaktivitäten durchgeführt wurden, um den Einfluss der Kopplung zwischen der Vertikaldynamik und der Horizontaldynamik auf die Stabilität von Fahrzeuggespannen unter Berücksichtigung zu analysieren. Basierend auf der theoretischen Grundlage der Stabilitätsanalyse wird ein auf der Zeit-Frequenz-Analyse basierendes Parameteridentifikationsverfahren (TFA-basierte PIV) vorgeschlagen, in dem ein lineares Einspurmodell, eine Analysemethode mit Moving-Time-Windowed-Fast-Fourier-Transformation (MTWFFT) und ein Algorithmus für die Auswertung der momentanen Schräglaufsteifigkeit und der momentanen effektiven Achslasten integriert sind. Damit gelingt es, die zeitlich variierende fahrdynamische Kennwerte unter harmonischen Bedingungen zu untersuchen. Mit dem PIV können die fahrdynamischen Parameter zeitkontinuierlich mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, sofern das gewählte Modell (hier das lineare Einspurmodell) zur Beschreibung geeignet ist. Dies ist wiederum über die Phasenlage der hier allgemein als komplex angenommenen Parameter überprüfbar. Für die Analyse der Beeinflussung der von der Nichtlinearität verursachten harmonischen dynamischen Achslasten auf die dynamische Stabilität des Gespannes wird ein komplexes Fahrdynamikmodell für ein Fahrzeuggespann eingesetzt, dessen Eigenschaften über die PIV mit denen des im Versuch eingesetzten Fahrzeuggespanns abgeglichen sind. Zur Simulation von Einflüssen der harmonischen Radlastschwankung wird ein synthetischer Kraftgenerator verwendet, der zur Gierratenphase mit einer definierten Phasenverschiebung synchronisiert ist. So lässt sich die Sensitivität der harmonischen Amplitude oder Phase dieser Kraft auf die dynamische Stabilität des Systems mit einem validierten Simulationsmodell in der horizontalen Ebene bestimmen. Bei dieser Variation wird tatsächlich eine Veränderung der kritischen Geschwindigkeit festgestellt, weshalb Schwankungen von Amplitude und/oder Phase von überlagerten Harmonischen der Radlasten als Erklärung für zeitliche Veränderungen der Gespannstabilität dienen können.German
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Dynamic stability, Car-trailer combinations, Time-frequency analysis, Parameter identification method, Nonlinear dynamics, Time varying harmonic oscillation of axle load
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Dynamische Stabilität, Pkw-Anhänger-Gespannen, Zeit-Frequenz-Analyse, Parameteridentifikationsverfahren, nichtlineare Dynamik, zeitlich variierende harmonische AchslastschwankungGerman
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Automotive Engineering (FZD)
Date Deposited: 11 Aug 2015 10:13
Last Modified: 25 Sep 2015 07:13
Related URLs:
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-49278
Referees: Winner, Prof. Dr. Hermann and Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan
Refereed: 7 July 2015
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4927
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