Fahrdynamik-Tests an Landmaschinen

Das Kölner Labor für Baumaschinen (KLB) ist ein integraler Bestandteil des Studiengangs für Mobile Arbeitsmaschinen an der Fachhochschule Köln. Es beschäftigt sich in zahlreichen Forschungs- und Industrieprojekten unter anderem mit der Untersuchung und Optimierung der Fahrdynamik, Fahrsicherheit und dem Fahrkomfort bei mobilen Arbeitsmaschinen.

Hierzu verfügt das KLB unter anderem über zwei Sechs-Komponenten-Messräder der Firma Kistler, die über das Förderprogramm FHInvest des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) beschafft wurden.

Am Beispiel von Fahrversuchen mit dem in Abb. 1 dargestellten Traktor soll gezeigt werden, welche Möglichkeiten der Einsatz dieser Messräder und weiterer Sensoren in Verbindung mit der Software catman AP von HBM zur Untersuchung der Fahrdynamik bei mobilen Arbeitsmaschinen bietet.

Ziel dieser Fahrversuche war die Ermittlung von Reifenparametern des Traktors bei unterschiedlichen Betriebszuständen. Diese Parameter werden für die Durchführung von Simulationen benötigt. Gerade bei großvolumigen, landwirtschaftlichen Reifen ist deren Ermittlung an entsprechenden Prüfständen mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Daher wurde ein Vorgehen gewählt, mit dem die relevanten Reifenparameter direkt am Fahrzeug, während einfacher Fahrversuche, ermittelt werden können.

Messtechnik und Software

Für eine umfassende Untersuchung der Fahrdynamik ist der Einsatz unterschiedlichster Sensorik und der entsprechenden Software zur Erfassung und Analyse der Messdaten notwendig. Der schematische Aufbau der hierzu eingesetzten Messtechnik ist in Abb. 2 dargestellt. Bei den Tests kamen die HBM Messtechnik-Software catman, das HBM Messverstärkersystem QuantumX und folgende Sensoren zum Einsatz:

  • Analoge Sensoren zur Messung von Kraft, Weg und Dehnung
  • Zwei Kistler Radkraftsensoren für Radlasten bis 24t
  • CAN Inertial Navigationssystem
  • CAN Geschwindigkeitssensoren
  • Videokamera

Die Messdatenerfassungssoftware catman unterstützt neben dem QuantumX Messverstärkersystem zusätzlich die Möglichkeit, Messdaten von den Kistler Radkraftsensoren synchron über eine Ethernet-Schnittstelle und Videodaten über eine USB- oder Ethernet Schnittstelle zu erfassen.

Da in der Traktorkabine kein Platz für die Unterbringung der erforderlichen Messtechnik vorhanden ist, wurde diese in einem Schaltschrank auf der rechten Fahrzeugseite untergebracht (Abb. 3). In diesem sind die QuantumX Messverstärker, die für die Messräder erforderliche Bordelektronik sowie die Spannungsversorgung eingebaut. Die Bedienung der gesamten Messtechnik erfolgt über einen im Fahrerhaus eingebauten Mess-PC. Auf diesen kann während der Fahrversuche über eine Remote-Desktop-Verbindung von einer zweiten Person außerhalb des Traktors zugegriffen werden.

Um die Durchführung der Fahrversuche zu überwachen, wurde die Möglichkeit genutzt, Messdaten mithilfe der Software catman während der Versuchsdurchführung zu visualisieren. Ein Beispiel hierfür ist in Abb. 4 für die wesentlichen Parameter eines Messrades zusammen mit einer Videoaufzeichnung dargestellt. Diese Funktion bietet die Möglichkeit, die Versuche aus sicherem Abstand genauer zu analysieren.

Versuchsdurchführung

Mit der dargestellten Messtechnik wurden drei unterschiedliche Fahrversuche durchgeführt, wobei der Reifendruck, die Fahrgeschwindigkeit und die Balastung des Traktors verändert wurden:

  • Einseitiges Überfahren eines Hindernisses zur Untersuchung der vertikalen Steifigkeit der Reifen bei einer rampenförmigen Anregung
  • Bremsversuche zur Untersuchung der Längskräfte in Abhängigkeit des gemessenen Schlupfes
  • Untersuchung des Schräglaufwinkels und der Seitensteifigkeit bei quasi-stationärer Kreisfahrt mit steigender Querbeschleunigung

Durch die Fahrversuche konnten die für die Simulation erforderlichen Reifenparameter sowie die Bewegungsgrößen des Fahrzeugs erfolgreich gemessen werden. In Abb.5. sind beispielhaft die Verläufe der Seitenkraft über dem Schräglaufwinkel für unterschiedliche Radlasten am Traktorhinterrad dargestellt.

Mit Hilfe der eingesetzten HBM Messtechnik und der Software catman war es auf einfache Weise möglich, eine synchrone Messdatenerfassung für unterschiedliche Sensorik inklusive der Kistler Radkraftsensoren einzurichten und zu betreiben.

Der Kunde

Kölner Labor für Baumaschinen (KLB) der Hochschule Köln

  • M.Eng. Johannes Grüter
  • M.Sc. Dipl.Ing. (FH) Andreas Bogala
  • Prof. Dr.-Ing. Alfred Ulrich
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