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Untersuchungen zum dynamischen Verhalten vollgefederter System-Traktoren in Kombination mit am gefederten Aufbau angekoppelten Anbaugeräten und die Möglichkeiten der Schwingungsbeeinflussung durch das Fahrwerk

Sieting, Maximilian

FG Konstruktion von Maschinensystemen

Systemtraktoren, die sich unter anderem durch eine Rahmenbauweise auszeichnen und zum Teil mit einem vollgefederten Fahrwerk ausgestattet sind, nutzen eine Heckgeräteanbindung, die starr mit der Hinterradachse verbunden ist. Ein am Fachgebiet „Konstruktion von Maschinensystemen“ der Technischen Universität Berlin entwickelter Versuchstraktor weist im Vergleich dazu einen am gefederten Rahmen angebrachten Heckkraftheber auf. Obwohl die Vorteile des im Fahrzeug implementierten, hydropneumatischen, semiaktiven Fahrwerks bezüglich der Fahrsicherheit und des Fahrkomforts in vorherigen Arbeiten belegt wurden, blieb eine Untersuchung des Fahrzeugs bezüglich dessen Verwendbarkeit als Arbeitsgerät bisher unbeachtet. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Analyse des vertikaldynamischen Verhaltens dieses Fahrzeugkonzeptes durchzuführen, um Aussagen über dessen Eignung als Arbeitsgeräteträger treffen zu können. Im Speziellen werden der Einfluss von Heckanbaumassen und die Beeinflussbarkeit der Fahrzeugdynamik durch das hydropneumatische, semiaktive Fahrwerk betrachtet. Es werden die Kinematik des hydraulischen Heckkrafthebers und die Wirkung des Bodenkontakts eines Pfluges auf den Versuchstraktor untersucht. Die Vertikaldynamik des Fahrzeugs wird dabei hinsichtlich der Fahrsicherheit, des Fahrkomforts und des Rad-Boden-Kontakts bewertet. Die effektive Aufbaubeschleunigung und der dynamische Radlastvariationskoeffizient sind dabei die im Vordergrund stehenden Bewertungsgrößen. Die Untersuchungen fußen auf Daten, die zum einen anhand eines numerischen Mehrkörper-Simulationsmodells und zum anderen anhand von Messungen am Versuchstraktor auf einem Fahrbahnsimulator gewonnen wurden. Die Ergebnisse der Untersuchungen belegen die Vorzüge des Fahrwerkskonzepts gegenüber Traktoren mit starrer Hinterachse, hinsichtlich der Fahrsicherheit und des Fahrkomforts. Diese Aussage kann dabei auch auf das Fahrzeug mit Heckanbaumassen übertragen werden. Die Eignung des Fahrzeugkonzeptes als Arbeitsgeräteträger kann zwar prinzipiell gezeigt werden, allerdings werden technische und funktionale Grenzen sichtbar. Neben der Bewertung des Versuchsfahrzeugs mit passivem Fahrwerk wird auch ein erweiterter Ansatz für die Regelung des semiaktiven Fahrwerks, mit dem Ziel einer Verringerung der Aufbaubeschleunigungen, vorgestellt und untersucht. Die auf Grundlage der Simulation gewonnen Ergebnisse lassen die Vermutung zu, dass das erweiterte Regelungskonzept die Aufbaubeschleunigungen etwas effektiver reduziert als das einfache Skyhook-Basiskonzept. Darüber hinaus schein das Potential der erweiterten Regelung beim Fahrzeug mit steigender Aufbauträgheit zuzunehmen.
System tractors, which are characterized by a frame design and that are partly equipped with a full suspended chassis, use a rear mounted three-point linkage connection that is rigidly connected to the rear axle. In comparison, a test tractor developed at the Department „Konstruktion von Maschinensystemen“ at the “Technische Universität Berlin” uses a rear mounted three-point linkage connected to the spring-loaded frame. Although the advantages of the hydropneumatic, semi-active chassis implemented in the tractor in terms of driving safety and driving comfort have been proven in previous work, an examination of the vehicle with regard to its usability as an agriculture machine has so far been ignored. The aim of this work is to carry out an analysis of the vertical dynamic behavior of this tractor concept in order to be able to make statements about its suitability as a tool carrier. In particular, the influence of rear attached weights and the effects on the vehicle dynamics by the hydropneumatic, semi-active chassis are considered. The kinematics of the hydraulic rear mounted three-point linkage and the effects of the ground contact of a plough on the test tractor are investigated. The vertical dynamics of the tractor are evaluated with regard to driving safety, driving comfort and wheel-to-ground contact. The effective chassis acceleration and the dynamic wheel load variation coefficient are the main evaluation parameter. The investigations are based on data obtained on the basis of a numerical multi-body simulation model and measurements on the test tractor on a road simulator. The results of the investigations show the advantages of the chassis concept compared to tractors with a rigid rear axle in terms of driving safety and driving comfort. This statement can also be transferred to the tractor with rear attachments. The suitability of the tractor concept as a tool carrier can be shown, but technical and functional limits and limitations become visible. The suitability of the tractor concept as a tool carrier can be shown, but technical and functional limits and limitations become visible. In addition to the valuation of the test tractor with a passive chassis, an extended approach for the control of the semi-active chassis, in order to reduce the frame accelerations, will also be presented and investigated. The results obtained on the basis of the simulation allow the assumption that the extended control concept reduces the frame accelerations somewhat more effectively than the simple Skyhook basic concept. In addition, the potential of the extended control seems to increase with increasing body inertia of the vehicle.