Zur Steuerung und Regelung des Allradantriebs bei Traktoren:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 14]
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| adam_text | Titel: Zur Steuerung und Regelung des Allradantriebs bei Traktoren
Autor: Grad, Karl
Jahr: 1997
SCHRITT- m MW^U ßERICHTEmW^^H Dipl.-Ing. Karl Grad, Ruderting Zur Steuerung und Regelung des Allradantriebs bei Traktoren Reihe 14 : Landtechnik/ Lebensmitteltechnik Nr. 82
V 1 Einleitung .............................................1 2 Aufgabenstellung und Zielsetzung......... 4 2.1 Gegenstand der Untersuchungen ..............................4 2.2 Analyse und rechnerische Modellierung von Allradantriebskonzepten .... 5 2.3 Entwurf und Darstellung eines alternativen Allradantriebskonzeptes an einem Versuchstraktor...................................5 2.4 Vergleichende experimentelle Untersuchungen ....................6 3 Stand der Technik.......................................7 3.1 Ordnungsprinzip für Zwischenachs-Verteilergetriebe ................7 3.2 Konstruktionsstand bei allradgetriebenen Traktoren.................9 3.2.1 Fahrzeugkonzepte ........................................9 3.2.2 Ausgeführte Allradantriebskonzepte bei Traktoren................. 11 3.2.2.1 Zwischenachs-Verteilergetriebe bei Traktoren ................... 11 3.2.2.2 Angetriebene Lenkachsen bei Standardtraktoren .................. 11 3.2.2.3 Steuerungskonzepte für Zwischenachs-Verteilergetriebe und Achsgetriebe 16 3.3 Allradantrieb bei sonstigen Radfahrzeugen...................... 18 3.3.1 Zwischenachs-Verteilergetriebe und Steuerungskonzepte beim Pkw..... 18 3.3.2 Zwischenachs-Verteilergetriebe und Steuerungskonzepte bei Nutzfahrzeugen......................................... 20 3.4 Anforderungen an den Traktor-Allradantrieb..................... 21 3.4.1 Beurteilungskriterien und allgemeine Anforderungen............... 21 3.4.2 Auslegungsdaten für den Traktor-Allradantrieb................... 24 3.4.2.1 Allgemeine Einsatzdaten des Allradantriebes bei Traktoren .......... 24 3.4.2.2 Verteilung der Antriebsmomente............................. 25 3.4.2.3 Lastkollektive für den Traktor-Antriebsstrang.................... 28 3.4.3 Kinematische Anforderungen an den Traktor-Allradantrieb........... 29 3.4.3.1 Kinematische Anforderungen aus Rollradienänderungen an den Reifen . . 30 3.4.3.2 Kinematische Anforderungen
aus der Kurvenfahrt................. 32 3.4.3.3 Kinematische Anforderungen aus Fahrbahnunebenheiten ............ 36 3.4.3.4 Dynamik der kinematischen Anforderungen ..................... 36 4 Stand der Forschung beim Traktor-Allradantrieb...............38 4.1 Grundlagen der Fahrmechanik............................... 38 4.1.1 Kräfte am Rad ......................................... 38 4.1.2 Kräfte, Leistungen und Fahrwerkswirkungsgrad am Allradtraktor ......41
VI 4.1.3 Abrollkinematik der Räder ................................. 43 4.2 Untersuchungen zu Standardtraktoren mit starrer Achskopplung .......44 4.2.1 Nullschlupf-Definition .................................... 45 4.2.2 Wirkungsgradverhalten.................................... 45 4.2.3 Zugkraft und Zugleistung.................................. 46 4.2.4 Reifenverschleiß ........................................ 48 4.2.5 Boden- und Pflanzenschonung ..............................48 4.2.6 Verhalten bei Kurvenfahrt ................................. 49 4.3 Untersuchungen an Zugtraktoren mit Knick- oder Allradlenkung....... 49 4.4 Untersuchungen zu Traktoren mit alternativen Allradantriebskonzepten . . 51 4.4.1 Allradantrieb mit Freilaufkupplung ........................... 51 4.4.2 Allradantrieb mit Zwischenachsdifferential...................... 54 4.4.3 Sonstige Allradantriebskonzepte ............................. 58 5 Rechnerische Modellierung der Kurvenfahrt des allradgetriebenen Traktors .............................................60 5.1 Bisherige Arbeiten....................................... 60 5.2 Modellbildung.......................................... 61 5.2.1 Gleichgewicht der Kräfte und Drehmomente bei Kurvenfahrt......... 61 5.2.2 Modellierung der Triebkräfte und Seitenkräfte ................... 62 5.2.3 Kinematik der Kurvenfahrt................................. 63 5.2.4 Parameter und Zielgrößen des Rechenmodells.................... 67 5.2.5 Programmablauf und Lösung des Gleichungssystems............... 68 5.3 Ergebnisse der Modellierung................................ 69 5.3.1 Erläuterung der Ergebnisse für Basisfahrzeug.................... 69 5.3.2 Einfluß des Radeinschlagwinkels am kurveninneren Rad ............72 5.3.3 Einfluß der Fahrbahnart................................... 74 5.3.4 Einfluß des Sperrwertes des Vorderachsdifferentials ............... 74 5.3.5 Einfluß der Achslastverteilung
..............................74 5.3.6 Einfluß der Zugkraft ..................................... 75 6 Entwurf eines Zwischenachs-Verteilergetriebes mit stufenlos verstellbarer Übersetzung ......................77 6.1 Systembeschreibung...................................... 78 6.1.1 Mechanischer Aufbau .................................... 78 6.1.2 Hydraulischer Aufbau .................................... 79 6.1.3 Aufbau der Elektronik, Vorgehensweise bei der Programmentwicklung .. 82
84 84 85 88 90 90 90 94 95 95 98 98 99 103 104 106 110 110 110 112 112 115 116 116 117 118 119 119 119 119 124 125 126 VII Auslegung und Modellierung des Betriebsverhaltens des hydrostatischen Überlagerungsgetriebes................................... Mechanisches Betriebsverhalten ............................ Hydraulisches Betriebsverhalten ............................ Wirkungsgradbilanzierung ................................ Steuerung und Regelung der Übersetzung des Zwischenachs- Verteilergetriebes....................................... Algorithmen zur Regelung des Traktor-Allradantriebes ............ Mögliche Steuer- und Regelstrategien ........................ Am Versuchstraktor ausgeführte Regelstrategie ................. Beschreibung des Reglers und der Regelstrecke ................. Wirkungsplan der Regelung ............................... Regler .............................................. Stellgrößenmodell ...................................... Regelstrecke.......................................... Dynamik der Regelung................................... Regelgenauigkeit....................................... Regleroptimierung...................................... Versuchsdurchführung.................................. Versuchsaufbau........................................ Beschreibung des Versuchstraktors .......................... Meßwerterfassungssystem................................. Meßgrößen und Sensoren................................. Meßwerterfassung und -Verarbeitung ......................... Versuchsplanung und Versuchsdurchführung ................... Untersuchte Parameter, Betriebs- und Fahrzustände............... Verhältnis der Radumfangsgeschwindigkeiten................... Meßabweichungen...................................... Versuchsergebnisse .................................... Allradantrieb mit starrer Achskopplung ....................... Versuche zur
Geradeausfahrt............................... Verteilung der Drehmomente und Leistungen bei Straßenfahrt ohne Zugkraft......................................... Blindleistungen im Antriebsstrang........................... Verluste im Antriebsstrang............................... Einfluß von Fahrbahnart und Schlupf.........................
VIII 8.1.2 Versuche zur Kurvenfahrt................................. 128 8.1.2.1 Verteilung der Antriebsmomente............................ 129 8.1.2.2 Einfluß von Fahrbahnart und Schlupf......................... 132 8.1.2.3 Kurvenfahrt mit gesperrten Achsdifferentialen .................. 133 8.1.2.4 Kurvenfahrt mit Lenkbremse............................... 136 8.1.3 Betriebsverhalten beim Pflügen............................. 136 8.1.3.1 Einfluß der Ballastierung auf Achslasten und Achsdrehmomente...... 137 8.1.3.2 Einfluß der Differentialsperre auf die Größe der Radantriebsmomente .. 139 8.1.4 Verbesserungspotential durch elektronische Antriebsstrangsteuerungen . . 141 8.2 Allradantrieb mit geregelter Drehmomentverteilung............... 141 8.2.1 Nachweis der Funktion................................... 141 8.2.1.1 Geradeausfahrt mit geregeltem Vorderachsantrieb................ 142 8.2.1.2 Antreiben und Bremsen .................................. 144 8.2.1.3 Vorwärts-und Rückwärtsfahrt.............................. 147 8.2.1.4 Einfluß der Achslasten................................... 148 8.2.2 Kurvenfahrt mit geregeltem Vorderachsantrieb .................. 150 8.2.2.1 Aufteilung der Drehmomente .............................. 150 8.2.2.2 Einfluß der Achslastverteilung ............................. 154 8.2.3 Betriebskenndaten des Überlagerungsgetriebes .................. 155 8.2.3.1 Drehzahlverhältnisse am Überlagerungsgetriebe ................. 155 8.2.3.2 Abtriebsleistung am Hydraulikmotor ......................... 158 8.2.3.3 Drehzahlregelung für kurzzeitigen starren Antrieb .............. 161 8.3 Regelungstechnische Analyse .............................. 163 8.3.1 Definition eines Gütekriteriums............................. 163 8.3.2 Untersuchungen zum stationären Verhalten der Regelung........... 164 8.3.3 Untersuchungen zum dynamischen Verhalten der Regelung ......... 166 8.3.3.1
Führungsgrößenänderungen................................ 167 8.3.3.2 Störgrößenänderungen ................................... 169 8.3.4 Hinweise zur Gestaltung eines adaptiven Reglers ................ 173 8.3.5 Untersuchungen zur Systemstruktur.......................... 174 8.4 Gegenüberstellung von Messung und Rechnung ................. 176 9 Zusammenfassung und Ausblick........................... 178 Anhang 1 Grunddaten der rechnerischen Modellierung .............. 182 Anhang 2 Schnittbild des hydrostatischen Überlagerungsgetriebes ....... 183
IX Anhang 3 Antrieb der Hydraulikpampe am Versuchstraktor .......... 184 Anhang 4 Ausstattungsmerkmale des Versuchstraktors ............... 184 Anhang 5 Konzept der automatischen Allrad- und Differentialsperrenschaltung am Versuchstraktor.......................... 186 Anhang 6 Reifendaten des Versuchstraktors ....................... 187 Literaturverzeichnis.......................................... 188
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