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Mobile Maschinen 1/2015

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NACHRICHTEN I SERIE 03

NACHRICHTEN I SERIE 03 Kraftstoffeinsparpotenzial des „Grünen Radladers“ im Y-Ladespiel 04 Virtueller „Grüner Radlader“ am HiL-Prüfstand für die Softwareentwicklung verhindert durch den Eingriff in die Stellgrößen der Subsysteme ein Abwürgen oder Überdrehen [6]. Mit Hilfe der Systemsimulation wird das Kraftstoff-Einsparpotenzial des Antriebsstranges in Kombination mit der Betriebsstrategie abgeschätzt. Detaillierte und verifizierte Modelle der Subsysteme bilden deren Funktionalität und Verlustverhalten realitätsnah ab. Auf Basis der im Jahr 2006 im Forschungsprojekt ANSKO [7, 8] erarbeiteten Ladezyklen wird der Kraftstoffbedarf simulativ ermittelt und mit den dort untersuchten konventionellen Lösungen verglichen. Bild 03 zeigt beispielhaft Simulationsergebnisse des Kraftstoffbedarfs für das Y-Ladespiel verschiedener Antriebsarchitekturen sowie die Verteilung der Betriebspunkte des Dieselmotors im „Grünen Radlader“. Im Vergleich zu Systemen mit hydrostatischem Getriebe und Load-Sensing-Arbeitshydraulik ergeben sich Kraftstoffeinsparungen von bis zu 22 %. Im Vergleich zu Maschinen mit hydrodynamischem Wandler fällt die Einsparung noch höher aus. Der Effizienzgewinn resultiert neben den optimierten Antriebskomponenten auch aus dem kleineren Hubraum und der abgesenkten Betriebsdrehzahl des Motors [9]. Steuerungsentwicklung und Erprobung Die in der Systemsimulation entwickelten Algorithmen der Betriebsstrategie bilden nur einen Teil der in der Maschinensteuerung umzusetzenden Funktionalität. Darüber hinaus müssen Funktionen für das Bereitstellen von Kalibrier- und Kommunikationsroutinen, das Abfangen von Fehlerfällen, die Ansteuerung und Überwachung von Nebenverbrauchern und die Maschinen-Bediener-Interaktion implementiert werden. Komplexität und Umfang der Steuerungssoftware steigen dadurch wesentlich. Um einen effizienten Software- Entwicklungsprozess zu gewährleisten und Fehler frühzeitig zu erkennen und zu beheben, kommt ein am IFD ent-wickelter HiL- Prüfstand (Hardware-in-the-Loop) zum Einsatz (Bild 04). Echtzeitfähige Simulationsmodelle bilden dabei die Maschine virtuell nach [10], Signalaufbereitungsmodule integrieren reale Hardware wie Controller und Peripheriegeräte in die Simulation. So ist es möglich, die Software auf dem eingesetzten Controller vor Fertigstellung des realen Prototypen im Labor zu testen. Die automatisierte Durchführung programmierter Testfälle ermöglicht ein effizientes Prüfen neuer Softwarestände. Parallel zu Entwicklung und Test der Maschinensoftware fanden ausführliche Prüfstandsuntersuchungen verschiedener Teilsysteme auf dem Verspannungsprüfstand des Instituts für Maschinenelemente und Maschinengestaltung (IME) der RWTH Aachen statt. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf den dynamischen Eigenschaften und dem Verlustverhalten des Leistungsverzweigungsgetriebes, dessen Versuchsaufbau in Bild 05 dargestellt ist. Die Ergebnisse bestätigen die gute Abbildung des Verlustverhaltens durch das erarbeitete Simulationsmodell. Dieses bildet die Grundlage zur simulativen Verbrauchsabschätzung in der Gesamtfahrzeugsimulation. Das Verstellverhalten des Getriebes hat wesentlichen Einfluss auf die Fahrzeugdynamik. Die am Prüfstand ermittelte Charakteristik fließt in die Steuerungsentwicklung ein. Neben dem Getriebe konnte Hardware-in-the-Loop Simulation gewährleistet eine effiziente Steuerungsentwicklung dort auch das Hybridmodul in Betrieb genommen und die Funktionalität sicher gestellt werden. Auch hier dienen erste Messergebnisse zur Validierung der erarbeiteten Simulationsmodelle. Nach erfolgreichem Test der Komponenten in Prüfstandsversuchen erfolgte die Komplettierung der Demonstratormaschine durch die Firma Liebherr. Die Projektpartner nahmen anschließend unter Koordination des IFD die Subsysteme schrittweise in Betrieb. Neben der Schnittstellenprüfung stand die Sicherstellung grundlegender Kommunikationsund Steuerungsfunktionen im Vordergrund. Aktuell erfolgt die Gesamtabstimmung der Maschine in einer Kiesgrube nahe Dresden (siehe Aufmacherbild). Unter realistischen Einsatzbedingungen kann so 12 Mobile Maschinen 1/2015

SERIE I NACHRICHTEN 05 Erprobung des Leistungsverzweigungsgetriebes am Verspannprüfstand des IME das Zusammenspiel der Subsysteme auch unter dem Aspekt des Bedienverhaltens des Demonstrators untersucht und weiterentwickelt werden. Professionelle Baumaschinenführer überprüfen und bewerten regelmäßig Funktionalität und Bedienbarkeit des „Grünen Radladers“, um die Entwicklung einer praxisnahen Maschine zu gewährleisten. Zusätzlich zu den Arbeiten im Kieswerk erfolgt ein weiterer Optimierungslauf auf dem Prüfstand des IME in Aachen. Reproduzierbare Lastbedingungen vereinfachen die Abstimmung der Steuerungsparameter des Leistungsmanagements. Im Fokus stehen das Zusammenspiel zwischen Motor, Hybridsystem und Fahrantrieb. Am Ende des Projektes weisen Vergleichsfahrten unter Praxisbedingungen mit professionellen Maschinenführern das erzielbare Kraftstoffeinsparpotenzial gegenüber konventionellen Maschinen nach. Literatur [1] Mutschler, S., Müller, M., Möller, D., Panizzolo, F.: HVT – The power-split transmissions for wheel loaders. In: Antriebstechnisches Kolloquium 2013, ATK 2013, Aachen, Germany, 2013 [2] Rahmfeld, R., Ivantysynova, M., Weber, J.: Displacement controlled wheel loader – a simple and clever solution. In: 4. Internationales Fluditechnisches Kolloquium, 4. IFK, Dresden, Germany, 2004 [3] Bauer, F., Feld, D., Grün, S.: Doppelkolbenspeicher – Innovativer Hydraulikspeicher für mobile Arbeitsmaschinen. In: 3. Fachtagung Hybridantriebe für mobile Arbeitsmaschinen, Karlsruhe, Germany, 2011 [4] Schönfeld, S., Günther, M.: Verbundprojekt TEAM: Mehr Motor mit weniger Diesel? In: Mobile Maschinen 3/2014, 2014 [5] Bach, M., Jacobs, G., Schneider, M., Weber, J.: Energieeffizienter hybridisierter Antriebsstrang für Radlader, In: ATZ offhighway, Springer Automotive Media, Wiesbaden, pp. 38-49, 2014 [6] Schneider, M., Koch, O., Weber, J.: Green Wheel Loader - Operating Strategy of an Energy Efficient Hybrid Drive Train, SAE Technical Paper 2014-01-2400, 2014 [7] Kohmäscher, T., Murrenhoff, H., Jähne, H., Helduser, S., Deiters, H., Harms, H.-H.: Untersuchung und Weiterentwicklung von Antriebsstrangkonzepten mobiler Arbeitsmaschinen – Entwicklung eines Softwaretools, Abschlussbericht, Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA, Frankfurt am Main, 2007 [8] Deiters, H.: Standardisierung von Lastzyklen zur Beurteilung der Effizienz mobiler Arbeitsmaschinen, Dissertation TU Braunschweig, Braunschweig, 2009 [9] Schneider, M., Koch, O., Weber, J., Bach, M., Jacobs, G.: Green Wheel Loader – Development of an energy efficient drive and control system. In: 9. Internationales Fluidtechnisches Kolloquium, 9. IFK, Aachen, Germany, 2014 [10] Koch, O., Richter, S., Weber, J., Eichler, A.: Process-Efficient Real-Time Simulation to test the functionality of Drive and Control Systems. In: 17. ITI Symposium, Dresden, 4. bis 5. November 2014 Veranstaltung zum Projektabschluss Am 23. April 2015 werden die Ergebnisse des BMBF-Verbundprojektes TEAM in einer öffentlichen Veranstaltung in Dresden vorgestellt. Neben interessanten Fachvorträgen zu allen fünf Themenschwerpunkten des Projektes kann man neben dem „Grünen Radlader“ auch die übrigen entstandenen Demonstratoren live im Einsatz erleben. Weitere Informationen sowie den Link zur Anmeldung finden Interessenten unter: Danksagung Das Verbundforschungsprojekt TEAM wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes „Forschung für die Produktion von morgen“ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT), betreut. www.team-mobilemaschinen.de Mobile Maschinen 1/2015 13

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