Anwenderbericht Management Center Innsbruck

Fahrzeugdynamik eines Teleskopladers

Erfahren Sie, wie der Einsatz von Systemsimulationssoftware langwierige und kostspielige Versuchsreihen verhindert und frühzeitige Aussagen zum dynamischen Verhalten des Fahrzeugs ermöglicht.

Aufgabe

Strukturbelastungen beherrschen und den Fahrkomfort verbessern

Teleskoplader sind straßen- und geländegängige Universalmaschinen zum Transportieren von Lasten und Schüttgut bis auf Höhen über 10 Meter. Sie finden zunehmend Anwendung in der Landwirtschaft und Baustoffindustrie bei der Logistik stapel- und schüttbarer Güter auf Straßen und im Gelände, wenn hohe Reichweiten gefordert sind. Teleskoplader sind luftbereift und besitzen einen teleskopierbaren Ausleger, an den verschiedene Geräte, z.B. Hubgabeln oder Schaufeln angebaut werden können. Da weder Radaufhängung noch Stoßdämpfer vorhanden sind, kommt den Reifen nahezu allein die Aufgabe zu, Bodenunebenheiten zu absorbieren und Fahrzeugschwingungen zu dämpfen. Doch bei Fahrten auf unebener Strecke kann es zu Schwingungen bei etwa 3 Hz kommen, die den Fahrkomfort einschränken und zu Materialermüdung führen. Um bei kürzer werdenden Innovationszyklen langwierige und kostspielige Versuchsreihen einzusparen, müssen Ingenieure bereits in den frühen Stadien der Produktentwicklung das dynamische Verhalten der Fahrzeuge verstehen und untersuchen, welche Einflüsse zu diesen Nick- bzw. Hubbewegungen führen und wie sich diese Schwingungen künftig vermeiden lassen. Nur so können sie frühzeitig Strukturbelastungen beherrschen und den Fahrkomfort des Bedieners verbessern.

Bildquelle: Liebherr

Lösung

Systemsimulation erleichtert Verständnis von Phänomenen im Zeit- und Frequenzbereich

In der Mechatronik stehen der Systemgedanke und die fachübergreifende Zusammenarbeit aller Ingenieurdisziplinen im Vordergrund. Systemsimulation ermöglicht es, das dynamische Verhalten komplexer physikalisch-technischer Systeme zu erfassen und das Verständnis für Phänomene im Zeit- und Frequenzbereich zu fördern. Durch hohen wissenschaftlichen Anspruch bei starkem Praxisbezug unterstützt die Systemsimulation die Vernetzung zwischen Bildungseinrichtungen und Industrie mittels gemeinsamer Forschungsprojekte und dem Transfer von Wissen und Absolventen. Um die Fahrdynamik des Teleskopladers zu analysieren, fiel die Wahl auf das in Industrie und Wissenschaft bewährte Simulationswerkzeug SimulationX der ESI ITI GmbH, bei dem neben intuitiver Handhabung, hoher Ergebnisgüte und umfassender Ergebnisauswertung vor allem die Integration in bestehende Toolketten im Fokus stehen. 

Die Software verfügt über zahlreiche Schnittstellen zur CAD- und FEM-Welt, besitzt ausgereifte Modellbibliotheken und kann selbst echtzeitfähige Modelle zur Entwicklung von Reglern und eingebetteter Software auf HiL-Plattformen liefern. Zur kinematischen und hydraulischen Simulation des Mehrkörpersystems Teleskoplader (MKS-Simulation) stehen alle erforderlichen Modellelemente zur Verfügung. Die zugrunde liegende, offene Sprache Modelica dient dem Beschreiben von Simulationsmodellen diskontinuierlicher Systeme, welche sich typischerweise als Schaltplan beschreiben lassen. In Ingenieursausbildung oder Produktentwicklung ermöglicht diese Sprache eine objektorientierte, auf physikalischen Schnittstellen und algebraischen Differentialgleichungen basierende, flexible Beschreibung des Aufbaus, Verhaltens und Visualisierung fachbereichsübergreifender Simulationsmodelle.

Nutzen

Mit multiphysikalischer Systemsimulation Fahrzeugdynamik beherrschen

Im Rahmen des Projektes wurden mit Hilfe von SimulationX geeignete Hypothesen der Modellbildung entwickelt, evaluiert und optimiert. Alle Projektpartner sind sich einig darüber, große Fortschritte sowohl im theoretischen Verstehen als auch im praktischen Umgang mit der Fahrzeugdynamik des Teleskopladers erzielt zu haben. Sie sind sich des großen Potentials der multiphysikalischen Systemsimulation für industrielle Anwendungen und für die studentische Ausbildung sicher. Auf Basis der Projekterfahrung entschieden sowohl Liebherr Werk Telfs (LWT) als auch das Management Center Innsbruck (MCI), dass SimulationX ein für die jeweiligen Anwendungsbereiche geeignetes Softwaretool ist: in der F&E und Produktentwicklung bzw. bei Lehrveranstaltungen zur Mehrkörpersystemsimulation. Der einfache Wechsel zwischen Zeit- und Frequenzbereich, Änderbarkeit der Konfiguration und Parameterwerte zur Laufzeit sowie der einfache CAD-Import und mitbewegte virtuelle Kameras sind besonders hervorzuhebende Merkmale des Tools. ESI ITIs langjähriges Engagement im Bereich mobiler Arbeitsmaschinen und die daraus resultierenden branchenspezifischen Kenntnisse trugen ebenso entscheidend zum Projekterfolg bei wie die gut abgestimmte Unterstützung durch alle Kooperationspartner ESI ITI, LWT und MCI.

Simulation bei der Entwicklung mobiler Arbeitsmaschinen

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