Optimierung der Betriebsführung mobiler Arbeitsmaschinen: Ansatz für ein Gesamtmaschinenmanagement: Fid-Bau Portal

Optimierung der Betriebsführung mobiler Arbeitsmaschinen: Ansatz für ein Gesamtmaschinenmanagement

Bliesener, Maurice

Hersteller von mobilen Arbeitsmaschinen wie Baggern, Traktoren, Gabelstaplern oder Universalgeräteträgern beweisen eine große Kreativität, wenn es darum geht, die Effizienz ihrer Fahrzeuge zu steigern. Innovative Technologien wie diesel-elektrische Hybridisierung und hydrostatische Rekuperation beim Nutzsenken des Arbeitsgeräts gehören mittlerweile zum Stand der Technik und werden von prototypischen Anwendungen bis hin zur Serienreife entwickelt. Parallel zu diesen konzeptionellen Neuerungen wird eine anwendungsorientierte Betriebsführung als Schlüsselfaktor zur weiteren Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Maschine erkannt. In der vorliegenden Arbeit wird diese Idee aufgegriffen. Zunächst wird ein dynamisches Dieselmotormodell entwickelt. Es bildet die Interaktion zwischen Motorsteuergerät und Triebwerk sowie ihre Auswirkungen auf das transiente Drehzahl- und Verbrauchsverhalten des Motors ab. Anschließend wird ein dynamischer Optimierungsansatz für die Gesamtmaschine entwickelt. Neu ist hierbei die Allgemeingültigkeit des Ansatzes, der die schrittweise Integration aller Teilsysteme wie Fahrantrieb, Lenkung, Bremse und Arbeitshydraulik ermöglicht. Der Kern des Ansatzes besteht in der Berücksichtigung des dynamischen Komponentenverhaltens bei der Lösung der mehrstufigen Optimierungsaufgabe zur Maximierung des Wirkungsgrades und Bestimmung einer verbrauchsminimalen Betriebsführung. Mit dieser Arbeit wird eine Systematik zur Identifikation bestehender Optimierungspotenziale entwickelt und der Ansatz eines dynamischen Gesamtmaschinenmanagements exemplarisch unter Einbeziehung des transienten Betriebsverhaltens des Dieselmotors vorgestellt.

The manufacturers of heavy duty machines like excavators, tractors, forklifts or flexible carrier vehicles show an enormous creativity, focussing the enhancement in the efficiency of their machines. Innovative technologies implemented in modern hybrid electrical vehicles (HEV) or the recuperation of hydrostatic energy by refilling a hydraulic accumulator when lowering the working equipment is state of the art and currently developed to production maturity. In addition to these developments the manufacturers recognize, that application specific machine guidance is a key factor for further improvements of their machines efficiency. That idea is followed up in this doctoral thesis. At the beginning a dynamic diesel engine model is developed and implemented. It allows the simulation of the effects on the fuel consumption and rotational speed behaviour, caused by the interaction of the engines controller and the engines drive. Afterwards a methodology for deriving optimized dynamic machine guidance is developed. In contrast to other approaches, the machine is considered as one global unit. So there arent separate assemblies that are isolated optimized on their own, rather all subsystem like the power train, the working hydraulics system, the steering and the brake can be commonly regarded and integrated in the optimization process. The thesis shows the methodology for developing optimized machine guidance, including the transient component behaviour, when solving the dynamic optimization task. Finally the methodology is verified in a simulation environment, with the integration of the developed and validated dynamic engine model.