Untersuchungen der Ackerschlepperfahrdynamik bei höheren Geschwindigkeiten und Kurvenfahrt anhand eines MKS-Modells
Final Report Abstract
Im DFG-Forschungsvorhaben "Ackerschlepperfahrdynamik" wurde das Hohenheimer Reifenmodell für großvolumige Ackerschlepperreifen weiterentwickelt und in ein Mehrkörpersimulationsmodell integriert. Mit diesem Modell konnten fahrdynamische Untersuchungen zur Verbesserung des Fahrverhaltens und der Fahrsicherheit schnellfahrender Ackerschlepper durchgeführt werden. Da die Reifen das Fahrverhalten wesentlich beeinflussen, war die Weiterentwicklung des Reifenmodells zur möglichst genauen Beschreibung der Reifeneigenschaften bzw. des Übertragungsverhaltens in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung ein besonderer Schwerpunkt des Forschungsvorhabens. Das Reifenmodell wurde in MATLAB/Simulink erstellt und kann an jedes beliebige Mehrkörpersimulationsprogramm angekoppelt werden. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde das Programm SIMPACK eingesetzt. Die hybride Struktur des Hohenheimer Reifenmodells ermöglicht die Berechnung des Übertragungsverhaltens der Reifen bei einer verhältnismäßig geringen Parameteranzahl. Es wird eine hohe Genauigkeit bei kurzen Rechenzeiten erreicht. Da die empirisch ermittelten Parameter jedoch nur für einen bestimmten Bereich gültig sind, ist der Parameterbestimmungsaufwand relativ hoch. Für die Ermittlung der Modellparameter wurden ein Flachbandprüfstand und eine Einzelradmesseinrichtung eingesetzt. Für die Verifizierung des Reifenmodells wurden Modelle der beiden Prüfstände erstellt, so dass die bei verschiedenen quasistationären und dynamischen Versuchen aufgezeichneten Daten mit Simulationsergebnissen verglichen werden konnten. Nach der Verifizierung wurde das Reifenmodell an ein Mehrkörpersimulationsmodell eines Ackerschleppers angekoppelt. Um die Genauigkeit des Gesamtmodells zu überprüfen, wurden verschiedene Fahrversuche mit dem Ackerschlepper auf einer Fahrzeugteststrecke durchgeführt. Dabei wurden fahrdynamische Größen wie zum Beispiel die Kräfte an den Hinterrädem und am rechten Vorderrad, die zweidimensionale Fahrgeschwindigkeit, die Drehraten des Fahrzeugs und verschiedene Beschleunigungen gemessen. Es konnte eine gute Übereinstimmung der Simulationsergebnisse mit den Messungen nachgewiesen werden. Das Gesamtfahrzeugmodell konnte nach dieser Validierung daher für Untersuchungen der Fahrdynamik eingesetzt werden. Der Schwerpunkt der Untersuchungen zur Fahrdynamik wurde auf die Verringerung des Wankwinkels des Fahrzeugs gelegt, denn durch die Pendelachse können bei Ackerschleppern große Wankwinkel auftreten. Ob sich durch eine Wankmomentabstützung an der Vorderachse Verbesserungen ergeben, wurde im Rahmen dieser Forschungsarbeit näher untersucht und die Schlussfolgerung gezogen, dass eine Wankmomentabstützung an der Vorderachse zwar die Schwingungen an der Hinterachse kaum beeinfiusst, jedoch insbesondere in kritischen Situationen erheblich zur Erhöhung der Fahrsicherheit beiträgt. Eine weitere untersuchte Verbesserungsmaßnahme ist eine Wankwinkelstabilisierung mittels Anbaugerät im Heckkraftheber. Das Fahrzeugmodell wurde durch ein Heckkrafthebermodell mit zwei Stabilisierungszylindem erweitert. Diese verlagem das Anbaugerät abhängig vom Lenkwinkel, der Fahrgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung zum Kurveninneren hin. Es konnte hierbei in allen Fahrsituationen eine deufiiche Reduzierung des Wankwinkels festgestellt werden, so dass dieses neue Verfahren eine Möglichkeit zur Verbessemng der Fahrsicherheit darstellt. Weiterhin wurden Bremseingriffe an einzelnen Rädem untersucht. Es zeigt sich, dass auch durch Abbremsen des kurvenäußeren Vorderrades bei Kurvenfahrt mit hoher Gierrate der Wankwinkel reduziert und die Fahrsicherheit erhöht werden kann.
Publications
- Ferhadbegovic, B., H.D. Kutzbach und S. Böttinger: Driving Dynamics Simulation of Agricultural Tractors using the Hohenheim Tyre Model. Proceedings of the 7th International Stuttgart Symposium, Stuttgart, 20.-21. März 2007, S. 311-326.
- Ferhadbegovic, B., S. Böttinger und H.D. Kutzbach: A Multi Body Model ofan Agricultural Tractor for Driving Dynamics Analysis. Proceedings ofthe XXth North American Conference of ISTVS, Fairbanks, Alaska, Juni 2007.
- Ferhadbegovic, B.: Rückstellmomentberechnung bei landwirtschaftlichen Reifen auf festem Boden. Landtechnik 62 (2007) H.4, S.l 12-113
- Ferhadbegovic, B.: Entwicklung und Applikation eines dynamischen Reifenmodells zur Fahrdynamiksimulation von Ackerschleppern. Dissertation Universität Stuttgart 2008. Forschungsbericht Agrartechnik der VDI-MEG.
- Böttinger, S., B. Ferhadbegovic, H. Schulze Zumkley, H.D. Kutzbach: Handling Analysis of Agricultural Tractors Using Multibody Simulation. AgEng2008 Intemational Conference on Agricultural Engineering, 23.-25.06.2008, Hersonissos, Griechenland.
- Ferhadbegovic, B. und H.D. Kutzbach: Dynamic Longitudinal Model for Agricultural Tyres. Proceedings ofthe 15th Intemational Conference of ISTVS, Hayama, Japan, 25.-29. September 2005.
- Ferhadbegovic, B., Ch. Brinkmann, H.D. Kutzbach und S. Böttinger: Das Hohenheimer Reifenmodell - ein dynamisches dreidimensionales Modeil für Fahrdynamiksimulation, Agrartechnische Forschung 13 (2007), H.l, S.1-14.
- Ferhadbegovic, B., Ch. Brinkmann, H.D. Kutzbach und S. Böttinger: Hohenheim Tyre Model - A Dynamic Model for Agricultural Tyres. Proceedings ofthe 16th CIGR Worid Congress, Bonn, 3.-7. September 2006.
- Ferhadbegovic, B., Ch. Brinkmann, H.D. Kutzbach und S. Böttinger: Hohenheim Tyre Model - A Transient Model for Driving Dynamics Simulation. Proceedings ofthe 10th European Conference of ISTVS, Budapest, Ungam, 3.-6. October 2006.
- Ferhadbegovic, B., S. Böttinger und H.D. Kutzbach: Handling Analysis of Agricultural Tractors Using Multibody Simulation. VDI Tagung Landtechnik, Hannover, 9.-10. November 2007, VDI-Berichte Nr. 2001, S. 103-108.
- Ferhadbegovic, B., S. Böttinger und H.D. Kutzbach: Mehrkörpersimulation in der Fahrdynamik von Ackerschleppern, Tagungsband der 27. GIL Jahrestagung, Stuttgart, 05.-07. März 2007, S.71-74.
