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M. Kozek, A. Schirrer:
"Aktive Schwingungsreduktion an Schienenfahrzeugstrukturen - Phase 2";
Report for Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft; Report No. Endbericht, 2007; 47 pages.

In diesem Projekt wird der Einfluss nichtlinearer Aktoreffekte auf ein Regelsystem zur aktiven Schwingungsd
¨ampfung von Schienenfahrzeugwagenk¨asten untersucht. Das entsprechende Regelkonzept wurde
bereits in einem Vorg¨angerprojekt (Projekt FFG-Nr:809091 im Rahmen der zweiten Ausschreibung
f¨ur das Projekt ,,Innovatives System Bahn (ISB)" des BMVIT) aufgestellt und analysiert.
Ein solches aktives Schwingungsd¨ampfungssystem bietet mehrere Vorteile: Einerseits ist durch die
Reduktion der Strukturschwingungen des Wagenkastens ein besserer Fahrkomfort f¨ur die Passagiere
erzielbar. Andererseits bietet sich damit die M¨oglichkeit, Eigenschaften wie Eigenfrequenzen und
modale D¨ampfungen auf elektronischem Wege zu beeinflussen, womit einfache und vor allem leichte
mechanische Rohbauten m¨oglich werden. F¨ur den Schienenfahrzeughersteller ergeben sich damit Kostenvorteile
durch einen geringeren Fertigungsaufwand, f¨ur den Schienenfahrzeugbetreiber reduzieren
sich die Energiekosten da sich die notwendige Antriebsenergie durch Verminderung der Fahrzeugeigenmasse
reduziert. Dies ist vor allem f¨ur Metrofahrzeuge mit einer großen Anzahl von Anfahr- und Bremsvorg¨angen pro Zeiteinheit g¨unstig.
Im Rahmen des Vorg¨angerprojektes wurden die prinzipiellen Aspekte eines solchen aktiven Schwingungsd
¨ampfungskonzeptes beleuchtet. Verschiedene Reglerentwurfsverfahren wurden erprobt und eine
optimale Entwurfsmethodik festgelegt. Neben einer Analyse des geschlossenen Kreises in Simulationsstudien
wurde außerdem ein Pr¨ufstand zum Nachweis der aktiven Schwingungsd¨ampfung in Form eines
1:10 Labormodells einer schweren Metro aufgebaut [1], [5], [6], [7], [9], [13], [14], [25], [26], [29], [30].
Damit konnte der experimentelle Nachweis der Funktionalit¨at des aktiven Schwingungsd¨ampfungskonzeptes
erbracht werden [12]. Bisher wurden in der Simulation die Stellgr¨oßen jedoch unmittelbar als
ideale Kr¨afte modelliert. Da als Stellglieder Piezo-Stapelaktoren zum Einsatz kommen sollen, h¨angt
die sich einstellende Kraft jedoch nicht nur von der angelegten Spannung, sondern auch vom aktuellen
Dehnungszustand des Piezos und damit dem Schwingungszustand des Metrofahrzeugwagenkastens ab,
wobei die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung zus¨atzlich hysteresebehaftet ist. In diesem Projekt
soll deshalb ein Piezomodell erstellt werden, dass die nichtlinearen Materialeffekte ber¨ucksichtigt.
Damit kann der Einfluss der Hysterese auf das Regelsystem untersucht werden. Dieses Modell soll
anhand eines Experiments eines realen Aktors validiert werden.
Weiters wird erst durch die Verwendung des nichtlinearen Aktormodells eine m¨oglichst reale Mehrk
¨orper-Simulation eines Metrofahrzeuges m¨oglich. Mit den so erzielten Ergebnissen kann dann f¨ur das
Modell eines konkreten Aktors die notwendige Anzahl an Stellgliedern bestimmt werden, wodurch
eine m¨oglichst genaue Absch¨atzung der Kosten f¨ur das Regelsystem und damit des wirtschaftlichen
Nutzens f¨ur den Schienenfahrzeughersteller m¨oglich wird.