179 research outputs found
Tractor Engines and Transmission
No full textZugleistungsversuche der DLG beweisen erneut die hohe Energieeffizienz stufenloser Traktorgetriebe. Neue Ansätze (Studien) gelten der stufenlosen Regelung von Allradantrieben. Die Emissionsverordnung EU Stufe V (Tafel) reglementiert erstmalig alle Leistungsklassen der Verbrennungsmotoren. Aufgrund der jetzt limitierten Partikelanzahl wird im Leistungsbereich zwischen 19 und 560 kW der allgemeine Einsatz von Dieselpartikelfiltern erwartet. Traktor-Dieselmotoren nähern sich insgesamt technisch denen großer Lkw-Motoren an, auch bezüglich der effektiven Mitteldrücke. ZF hat ein neues Stufengetriebe mit 6-fach-Lastschaltung eingeführt (Getriebeplan) und seine stufenlosen Baureihen weiterentwickelt. Das CVT von ARGO, Konzept VDS, hat Serienstand erreicht (Getriebeplan). John Deere präsentierte einen batteriegetriebenen 140 kW-Traktor als Studie.DLG's performance tests demonstrate again the outstanding efficiency of tractor CVT's. New approaches (study phase) are addressing continuously working 4WD control systems. For the first time, the Emission Regulation EU Stage V includes all performance classes of internal combustion engines. Due to the now limited number of particles in the power range between 19 and 560 kW, a general use of diesel particulate filters is expected. Technologies of tractor Diesel engines are more and more identical with those of large truck engines, also regarding mean effective pressures. ZF has introduced a new stepped transmission with 6 power shifted speeds (transmission map), also improved its CVT portfolio. The CVT of ARGO (design base VDS) is ready for series production (transmission map). John Deere presented a battery driven 140 kW tractor as a study
Francois Ludger Diard poetry notebook and Mobile scrapbook, W.0025
No full textAbstract: Notebook of this Mobile, Alabama, native's poetry and a scrapbook of newspaper clippings and letters relating to his work.Scope and Content Note: This collection contains a notebook of Diard's poetry and a scrapbook of newspaper clippings and letters relating to his work. Diard annotated many of the poems collected in this 200-page notebook, noting when they were written and/or published. The majority of the notebook contains clippings of poetry published by local newspapers during World War I. Most of these poems are patriotic, praising the sacrifices of Alabama servicemen. Toward the back of the volume are several letters to Diard from the vice-president of the
Mobile Register, Erwin Craighead, soliciting poems for an anthology of Mobile literati.The Mobile scrapbook contains newspaper items clipped from the
Mobile Register, the
Mobile Times, and other Mobile newspapers. The articles were published between 1849 and 1945, with most of the articles published between 1929 and 1945. While most of the items address city events and Mobile's literary community, other items include obituaries and state and national news briefs. Approximately one-quarter of the articles clipped are copies of Erwin Craighead's column "Dropped Stitches From Mobile's Past."Biographical/Historical Note: Francois Ludger Diard, son of Charles August R. and Sarah Antonia Ludgere Diard, was born on 29 October 1883 in Mobile, Alabama. He was the author of many poems, including "We Have Kept the Faith," a response to "We Shall Not Sleep, Tho Poppies Grow in Flanders Fields" written by Lieutenant Colonel Dr. John McRae of Canada while the second battle of Ypres, Belgium, was in progress. He also wrote
The Tree: Being the Strange Case of Charles R. S. Boyington about the 1835 Mobile murder of Nathaniel Frost by Charles Boyington. Diard died in Mobile on 25 March 1955
Development and analysis of innovative operational strategies for fuel cell trucks
No full textNeben batterieelektrischen Lkw werden in der aktuellen Forschung und Entwicklung auch Brennstoffzellen-Lkw als Alternative oder Ergänzung zum emissionsfreien Güterverkehr untersucht. Die elektrischen Leistungsquellen und-senken von Brennstoffzellen-Lkw sind jedoch äußerst komplex und stellen damit eine hohe Herausforderung dar. Mit Zielen, wie der Reduzierung von Wasserstoffverbrauch und Komponentenalterung, koordiniert die Energiemanagement-Strategie die Aufteilung der elektrischen Leistung auf Systemebene. Zusammen mit einer zeitoptimalen Fahrweise des Lkw werden diese Ziele in einer Betriebsstrategie auf Fahrzeugebene verfolgt. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung und Analyse von innovativen Betriebsstrategien, bei denen unter anderem auch Streckeninformationen genutzt werden, um die Rentabilität des Brennstoffzellen-Lkw zu steigern. Der Antriebsstrang des Brennstoffzellen-Lkw wird näher untersucht, indem die Funktionsweise und die wichtigsten Stressmechanismen des Brennstoffzellensystems und der Batterie genauer erläutert werden. Mit den regelbasierten sowie optimierungsbasierten Verfahren werden für die Betriebsstrategien Ansätze fokussiert, die bereits eine hohe Erfolgsquote bei Implementierungen in Echtzeitsystemen aufweisen. Zur Betrachtung der Vielzahl an Rand- und Nebenbedingungen im Rahmen der Optimierung, wird das direkte Lösungsverfahren für die nichtlineare, dynamische Optimierung angewendet. Um dabei die Eigenschaften von Betriebsstrategie-Verfahren, wie Komplexität, Rechenaufwand und Ausnutzung von Streckeninformationen, zu berücksichtigen, werden im Rahmen dieser Arbeit drei Verfahren von unterschiedlicher Komplexität entwickelt, analysiert und bewertet. Diese beinhalten eine regelbasierte Energiemanagement-Strategie sowie zwei prädiktive Betriebsstrategien. Die beiden prädiktiven Ansätze setzen sich jeweils aus einer Planung auf Basis statischer Streckeninformationen, einer zeitoptimalen Steuerung sowie untergeordneten Funktionen für Geschwindigkeitsregelung und Energiemanagement zusammen. Dazu nutzt erstere zwei modellprädiktive Regler, während das zweite Vorgehen einen PI-Regler und eine regelbasierte Energiemanagement-Strategie implementiert. Die Verfahren werden für unterschiedlich anspruchsvolle Strecken mittels Simulation analysiert und mit einer Referenzstrategie aus der Literatur verglichen. Je anspruchsvoller die Strecke ist, desto größer ist das Einsparpotential von Wasserstoff durch die beiden prädiktiven Verfahren. Der modellprädiktive Ansatz zeichnet sich durch eine deutliche Reduktion des Lastgradienten der Brennstoffzelle gegenüber den anderen Verfahren aus. Zur quantifizierten Bewertung der Verfahren wird eine Nutzwertanalyse durchgeführt, die für eine spezifische Gewichtung der Zielkriterien zeigt, dass die prädiktive Betriebsstrategie mit regelbasierter Energiemanagement Strategie den besten Kompromiss aus Wasserstoffverbrauch, Komponentenalterung, Komplexität und online Rechenaufwand darstellt. Durch den Einsatz dieser Strategie lassen sich gegenüber der Referenzstrategie 11% Wasserstoff einsparen und die Stressmechanismen der Brennstoffzelle um 40% reduzieren.In addition to battery-electric trucks, fuel cell trucks are also being investigated in current research and development as an alternative or supplement to emission-free freight transport. However, the various power sources and sinks of fuel cell trucks represent an enormous complexity and thus, a high challenge that must be overcome by energy management strategies at the system level. With objectives such as reducing hydrogen consumption and component aging, the energy management strategy coordinates the distribution of electrical power at the system level. Alongside a time-optimal driving style of the truck, these objectives are pursued within a vehicle-level operational strategy. The aim of this work is to develop and analyse a holistic operational strategy using route information to increase the profitability of the fuel cell truck. For this purpose, the fuel cell truck’s powertrain is examined in more detail by explaining the mode of operation and the most influential stress mechanisms of the fuel cell system as well as the battery. With the rule-based and optimization-based methods, the focus is on methods for the operating strategies that already have a high success rate in real-time system implementations. In order to take into account the large number of boundary conditions and constraints of a fuel cell truck in the context of an optimization, the direct solution method for non-linear, dynamic optimization is applied. In order not to neglect the characteristics of operational strategy methods, such as complexity, computational effort and utilization of route information, three methods of varying degrees of complexity are developed, analysed and evaluated in this thesis. These include a rule-based energy management strategy and two predictive operating strategies. The predictive operating strategies are composed of a planning of reference trajectories based on static route information and a time-optimal control as well as subordinate functions for speed control and energy management strategy. For this purpose, the former, model predictive approach uses two model predictive controllers, while the latter approach implements a PI controller and a rule-based energy management strategy. The three methods are analysed for different demanding routes by means of simulation and compared with a reference strategy from the literature. The more demanding the route, the greater the hydrogen savings potential of the two predictive methods. The model predictive approach is characterised by a significant reduction of the load gradient of the fuel cell compared to the other methods. For the quantified evaluation of the procedures, a utility analysis is carried out, which shows for a specific weighting of the target criteria that the predictive operating strategy with rule-based energy management strategy represents the best compromise between hydrogen consumption, component ageing, complexity and online computing effort. Finally, by using this strategy, 11% hydrogen can be saved compared to the reference strategy and the stress mechanisms of the fuel cell can be reduced by 40%
Hydrostatisches Antriebssystem mit gemeinsamer Versorgung von Fahr- und Arbeitshydraulik
No full textAufgrund der steigenden Energiekosten und der immer strengeren Emissionsregelungen lastet u. a. auf der Baumaschinenbranche ein hoher Innovationsdruck hinsichtlich der Erarbeitung geeigneter Antriebskonzepte zum Zweck der Effizienzsteigerung. Darüber hinaus stellen sich die Hersteller der Herausforderung, immer kompaktere Maschinen zu entwickeln. Ein hydrostatischer Antrieb mit einer gemeinsamen Versorgung der Fahr- und Arbeitshydraulik wird nun entwickelt, um die oben genannten Ziele zu erreichen. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie ein hydrostatischer Antrieb mit gemeinsamer Versorgung die dynamischen Anforderungen einer mobilen Arbeitsmaschine erfüllen und gleich-zeitig hohe Effizienz hinsichtlich der Komponenten und des Energieverbrauchs erzielen kann. Um diese Frage zu beantworten, wird zunächst die optimale Topologie des neuen Antriebskonzepts erarbeitet. Anschießend werden Betriebs- und Regelungsstrategien entwickelt, um in dem neuen Konzept sowohl hohe Dynamik als auch Effizienz im Vergleich zu serienproduzierten Maschinen zu erreichen. Da der Wirkungsgrad eines hydrostatischen Antriebs stark von den Anwendungsfäll-en abhängt, wird die Systemeffizienz bei verschiedenen Arbeitszyklen mit der des konventionellen Antriebs verglichen. Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wird im ersten Schritt ein Überblick über die hydraulischen Grundschaltungen und Regelungen der hydraulischen Komponenten gegeben. Der Stand der Technik dient als Grundlage für die Konzeptionierung sowie die Entwicklung der Betriebs- und Regelungsstrategie. Zunächst wird der neue Antrieb auf Basis der Sekundärregelung am veränderbaren Drucknetz entwickelt, anschließend erfolgt dessen simulativer Funktions-nachweis mithilfe eines vereinfachten Simulationsmodells. Die Kernparameter der Regler und der Regelungsstrategie werden entsprechend der Simulationsergebnisse optimiert, bevor das Antriebs-konzept auf den Prüfstand gebracht wird. Der Fokus der experimentellen Untersuchung liegt in der Bewertung und Optimierung des dynamischen Verhaltens des gesamten Systems. Nach der Validierung auf dem Prüfstand wird eine energetische Bewertung in der Simulationsumgebung durchgeführt. Es wird nachgewiesen, dass das neue Antriebskonzept, je nach Arbeitszyklus, ein energetisches Einsparpotenzial von 1 ~ 8 % im Vergleich zur Beispielmaschine besitzt. In Bezug auf den praktischen Nutzen werden abschließend notwendige Anpassungen der Komponenten und Weiterentwicklungen der Betriebs- und Regelungsstrategien zur Umsetzung ermittelt.Due to the increased fuel prices and ever stricter emission regulations, the construction machine manufacturers are under great pressure to develop suitable drive train concepts for the purpose of increasing efficiency. On the other hand, the manufacturers are facing the challenge of building compact machines. A hydrostatic drive with a combined supply for both traction and working hydraulics has been developed to achieve the above mentioned goals. This doctoral thesis analyses if a hydrostatic drive with combined supply can meet the dynamic requirements of a mobile working machine and achieve high efficiency in terms of components and energy consumption at the same time. In order to answer this question, the study begins with developing the optimal topology of the new drive concept. Subsequently, operating and control strategies are developed for excellent dynamic properties and high efficiency. Since the efficiency of a hydrostatic drive is highly dependent on its application case, different duty cycles are consi-dered by the comparison of the new and the conventional drive train concepts. To achieve the above goals, an overview of basic hydraulic circuits and controls of the hydraulic components are given in the first step. The state of the art serves as a basis for the conceptional design, component selection and the development of operation and control strategies. The new hydrostatic drive is developed on the basis of secondary control system with variable operating pressure. A function verification is carried out using a simplified simulation model. Core parameters of the controllers and the control strategy are optimized according to the simulation results, before the drive concept is validated on the test bench. The focus of the experimental investigation is on evaluating and optimizing the dynamic behavior of the entire system. After the validation, an energetic evaluation is carried out in the simulation environment. It is proved that the new drive concept has an energetic saving potential of 1 ~ 8% in comparison to the reference system, depending on the duty cycle. Finally, necessary adaptations of the components and further developments of the operating and control strategies for implementation in real machines are discussed
Vorgehen zur Optimierung einer elektrohydraulischen Bedarfsstromsteuerung durch Erweiterung der Systemfreiheitsgrade
No full textDie elektrohydraulische Bedarfsstromsteuerung (EBSS) ist eine Alternative zu konventionellen hydrostatischen Antriebssystemen in mobilen Arbeitsmaschinen und bietet Potenzial zur energetischen Optimierung. Diese Arbeit entwickelt eine systematische Methodik zur gezielten Erweiterung der Steuerungsfreiheitsgrade in einem EBSS-System, um Drosselverluste zu minimieren, Rekuperation und Regeneration zu ermöglichen und damit die Energieeffizienz zu steigern. Zentrale Modifikationskonzepte umfassen getrennte Steuerkanten, die Einführung zusätzlicher Druckniveaus sowie die Erhöhung der Wirkflächen bei linearen Aktoren. Die vorgeschlagene Steuerstrategie basiert auf einem mehrzieligen Optimierungsansatz und gewährleistet trotz gesteigerter Systemkomplexität eine vergleichbare Bedienbarkeit zu konventionellen hydrostatischen Antriebssystemen.
Am Beispiel eines Radladers wird eine Systemmodifikation einem Referenzsystem gegenübergestellt. Die Simulationsergebnisse zeigen für das betrachtete Arbeitsspiel – Y-Zyklus – eine Energieeinsparung von 13,7 %. Aufgrund der erhöhten Anzahl an Komponenten steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit der Ventiltechnik sowohl in der Sicherheits- als auch Zuverlässigkeitsfunktion. Dies macht zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Die Analyse der Lebenszykluskosten verdeutlicht, dass die gesteigerten Investitionskosten derzeit eine wirtschaftliche Umsetzung für Maschinenhersteller nicht rechtfertigen, obwohl signifikante Betriebskostensenkungen möglich sind
Development of a CO2e quantification method and of solutions for reducing the greenhouse gas emissions of construction machines
No full textThis work focuses on the development of a quantification method for GHG (CO2e) emissions from construction machines. The method considers CO2e reduction potentials in the time past-present–future, through influencing factors from six pillars: Machine efficiency, process efficiency, energy source, operating efficiency, material efficiency and CCS. In addition, transformation solutions are proposed to reduce GHG emissions from construction machines like liquid methane, fuel cell drive or CCS
A vehicle self-sufficient Evaporative Cooling System for Heavy Duty Vehicles with energy-efficient PEM Fuel Cell Drive
No full textDie Einhaltung der Solltemperaturgrenzen bei der Kühlung von Brennstoffzellensystemen (BZ) in Fern-Lkw stellt eine große Herausforderung dar. Gegenüber einem Lkw mit Verbrennungskraftmaschine wird bei einem BZ-Lkw nur ein sehr geringer Anteil der anfallenden Abwärme über das Abgas abgeführt. Die BZ-Abwärme muss fast vollständig über das Kühlsystem abgeführt werden. Der Wärmetransport an die Umgebung wird dabei erschwert, da das Temperaturniveau, bei dem die hohen BZ-Abwärmemengen anfallen, sehr niedrig ist. Bei hohen Umgebungstemperaturen und Lastanforderungen ist die Kühlleistung des konventionellen Flüssigkeitsumlaufkühlsystems unzureichend. Zur Bestimmung der benötigten Kühlleistung unter den typischen Fahrleistungsanforderungen eines Fern-Lkw wird ein Kühlsystemsimulationsmodell entwickelt, das anhand von Prüfstandsversuchen sowie einem prototypischen Fahrzeugaufbau validiert wird. Dieses wird über eine Co-Simulation in ein Gesamtfahrzeugsimulationsmodell integriert. Als Analyseergebnis wird festgestellt, dass bei einer Umgebungstemperatur von 35 °C eine zusätzliche Kühlleistung von 162 kW und bei 45 °C von 238 kW benötigt wird. Ein Lösungsweg ist der Einsatz eines fahrzeugautarken Verdunstungskühlungssystems, welches das konventionelle Kühlsystem erweitert. Die Arbeit hat das Ziel, ein solches System exemplarisch am Projektfahrzeug FC-Truck zu konzipieren und ganzheitlich zu untersuchen. Beim Einsatz der Verdunstungskühlung wird die hohe Energieaufnahme des Wassers beim Phasenwechsel vom flüssigen in den gasförmigen Zustand ausgenutzt. Die technische Umsetzung erfolgt durch die Anordnung mehrerer Sprühdüsen an der Fahrzeugfront, die Flüssigwasser in die Kühlluft einspritzen und die Kühleroberfläche benetzen. Auf der Kühleroberfläche verdunstet das Wasser bei simultaner Wärmeaufnahme und führt so zu einer Kühlleistungssteigerung. Das entworfene System umfasst darüber hinaus ein fahrzeugautarkes Wasserrückgewinnungssystem. Dieses gewinnt von den BZ produziertes Wasser zurück, indem es das Abgas mit einem Luft-Abgas-Wärmeübertrager unter die Taupunkttemperatur kühlt. Das entstehende Kondensat wird in einem Tank gesammelt. Das wesentliche Funktionsprinzip des Verdunstungskühlungssystems besteht in der Entkopplung der Wasserrückgewinnung von der Erhöhung der Kühlleistung durch Besprühen der Kühleroberfläche mit Wasser. Dies erfolgt durch Zwischenspeicherung und Wasserbereitstellung aus dem Tanksystem. Während der Fahrt wird kontinuierlich Wasser gewonnen. Das konventionelle Kühlsystem sowie das Verdunstungskühlungssystem werden auf einer typischen Benchmarkstrecke (Neumarkter Rundstrecke) und einer Passauffahrt (Brennerpass) unter üblichen Einsatzrandbedingungen eines Fern-Lkw untersucht. Bei Einsatz des Verdunstungskühlungssystems können bei beiden Fahrzyklen kritische Temperaturbereiche vollständig ausgeschlossen werden. Gegenüber dem konventionellen Kühlsystem kann die Zeitdauer der kritischen Kühlmitteltemperaturüberschreitungen bei einer Umgebungstemperatur von 35 °C auf der Neumarkter Rundstrecke um 2,2 % und bei 45 °C um 24,3 % reduziert werden. Bei der Brennerpass-Auffahrt wird bei einer Umgebungstemperatur von 45 °C die Zeitdauer kritischer Kühlmitteltemperaturüberschreitungen um 35,2 % und bei 35 °C um 17,6 % gesenkt. Der Wasserstoffverbrauch kann dabei auf der Neumarkter Rundstrecke um bis zu 10 % reduziert werden, bei der Brennerpass Auffahrt um bis zu 16,5 %. Im Weiteren kann durch den Einsatz des Verdunstungskühlungssystems die erzielbare Fahrgeschwindigkeit bei 35 °C bei der Brennerpass-Auffahrt um bis zu 21 km/h erhöht werden. Im Ergebnis stellt der Einsatz eines Verdunstungskühlungssystems sicher, dass Lkw mit PEM-Brennstoffzellenantrieb die für die Klasse der schweren Fern-Lkw erforderlichen Fahrleistungen erreichen. Mit einem konventionellen Kühlsystem ist dies nicht möglich.Keeping the target coolant temperature for cooling Fuel Cell Systems (FC) in heavy-duty long-haul trucks is a major challenge. Compared to a truck with an Internal Combustion Engine, only a very small part of the waste heat generated by the FC is dissipated via the exhaust gas. The FC waste heat must be dissipated almost entirely by the cooling system. The heat transfer to the environment is made more difficult because the temperature level at which the high amounts of FC waste heat are generated is very low. At high ambient temperatures and load conditions, the cooling power of the Conventional Liquid Cooling System is not sufficient. To quantify the required cooling power under typical driving power demands of a heavy-duty long-haul truck, a cooling system simulation model is developed and validated using test bench experiments as well as a prototype truck. The simulation model is integrated into a whole vehicle simulation model via Co-simulation. As an analysis result, it is identified that an additional cooling power of 162 kW is required at an ambient temperature of 35°C and 238 kW at 45°C. One possible way for solving this problem is the use of a Spray Cooling System with Onboard Water Recovery that extends the Conventional Cooling System. The aim of this work is to design such a system using the FC-Truck project vehicle as an example and to investigate it holistically. When using Spray Cooling, the high energy absorption of water during the phase change from the liquid to the gaseous state is used. The technical implementation is achieved by arranging several spray nozzles at the front of the truck, which spray liquid water into the cooling air and on the heat exchangers surface. On the heat exchanger surface, the water evaporates while simultaneously absorbing heat, leading to an increased cooling power. The designed system also includes an Onboard Water Recovery System. This recovers water produced by the FC by cooling the exhaust gas below the dew point temperature with an air-exhaust-heat exchanger. The resulting liquid water is stored in a tank. The main operating principle of the Spray Cooling System is to decouple the water recovery from the increase in cooling power by spraying water on the heat exchangers surface. This is done by intermediate storing and water supply from the tank system. Water is continuously recovered while the vehicle is in operation. The Conventional Cooling System and the Spray Cooling System are analysed on a typical route (Neumarkter Rundstrecke) and a pass route (Brennerpass) under normal operating conditions for a heavy-duty long-haul truck. When the Spray Cooling System is used, critical temperature ranges can be completely avoided in both driving cycles. Compared with the Conventional Cooling System, the duration of critical coolant temperature exceedances can be reduced by 2,2 % at an ambient temperature of 35°C on the Neumarkter Rundstrecke and by 24,3 % at 45 °C. For the Brennerpass, at an ambient temperature of 45 °C, the duration of critical coolant temperature exceedances is reduced by 35.2 % and at 35°C by 17.6 %. Hydrogen consumption can also be reduced by up to 10 % on the Neumarkter Rundstrecke and by up to 16.5 % on the Brennerpass. Furthermore, the use of the Spray Cooling System can increase the achievable vehicle driving speed at 35 °C by up to 21 km/h on the Brennerpass. As a result, the use of a Spray Cooling System ensures that heay-duty long-haul trucks with PEM-FC powertrains can achieve the driving performance required for the heavy-duty long-haul truck class, which is not possible by using a Conventional Cooling System.\pa
Individual, intelligent energy management for hybrid commercial vehicles
No full textHybridfahrzeuge können insbesondere im Schwerlastverkehr dazu beitragen, die seitens der EU vorgegebenen Ziele zur CO2-Flottenreduktion zu erreichen. Aufgrund des Kompromisses zwischen Emissionsreduktion bei weiterhin hoher Reichweite ist eine große Kundenakzeptanz solcher Fahrzeuge zu erwarten. Um das Potential der Hybridantriebe möglichst weit ausnutzen zu können, sind geeignete, intelligente Energiemanagementstrategien erforderlich. Heute werden hierfür meist regelbasierte oder lokal optimierende Verfahren verwendet. In der Wissenschaft gibt es jedoch auch erste Ansätze, die auf Maschinellen Lernverfahren beruhen. Solche Lernverfahren zeigen in anderen Anwendungen bereits hervorragende Ergebnisse, sodass ihr Potential auch für das Energiemanagement im Hybridfahrzeug untersucht werden sollte. Neben der Wahl des Algorithmus und seiner Parametrierung haben die verwendeten Trainingsdaten einen wesentlichen Einfluss auf die erlernten Strategien. In den bisher veröffentlichten Ansätzen werden einzelne aufgezeichnete Messfahrten, deren Repräsentativität zu hinterfragen ist, oder standardisierte Fahrprofile verwendet, die wiederum sehr allgemein gehalten sind und vom tatsächlichen Fahrzeugeinsatz abweichen können. Methoden zur Erzeugung einsatzindividueller, synthetischer Fahrprofile sind vorhanden, wurden bisher aber nicht als Trainingsdaten verwendet. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb untersucht, ob einsatzindividuelle, synthetische Fahrprofile in Simulationsmodellen für das Training solcher Maschineller Lernverfahren zum Energiemanagement geeignet sind und welche Vorteile sich gegenüber einem Training mit standardisierten Profilen ergeben. Als Beispielanwendung wird ein hybrider Kühlsattelzug betrachtet, der aus einer konventionellen Zugmaschine und einem elektrifizierten Kühlsattelauflieger besteht. Es werden zwei Varianten hinsichtlich der vorhandenen Ladeinfrastruktur betrachtet. Aus einer Literaturrecherche heraus wird der TD3-Algorithmus als Lernverfahren gewählt. Für die Erzeugung der einsatzindividuellen synthetischen Fahrprofile aus einer vorliegenden Messdatenbasis wird eine bestehende Methode adaptiert. Das Training erfolgt einerseits mit den einsatzindividuellen und andererseits mit standardisierten Profilen. Als weitere Varianten werden mittels der Dynamischen Programmierung global optimierte Lösungen sowie daraus abgeleitete regelbasierte Steuerstrategien betrachtet. Außerdem wird zur Abschätzung des Kraftstoffeinsparpotentials ein konventionelles Fahrzeug simuliert. Die verschiedenen Steuerstrategien werden hinsichtlich ihres Gesamtkraftstoffverbrauchs und der Betriebskosten verglichen. Es zeigt sich, dass die einsatzindividuell trainierten Reinforcement Learning-Agenten zum Energiemanagement sowohl hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs wie auch der Betriebskosten deutlich bessere Ergebnisse liefern als die standardisiert trainierten. Von der optimierten Lösung weichen die einsatzindividuellen Agenten um etwa 2 % ab. Gegenüber der konventionellen Fahrt können ohne Ladeinfrastruktur etwa 6 % Kraftstoff eingespart werden, mit Infrastruktur durchschnittlich 13 %. Die regelbasierten Strategien liefern noch bessere Ergebnisse, sie sind jedoch schlechter auf andere Streckenlängen und elektrische Systeme übertragbar.Hybrid vehicles can contribute to achieve the EU's CO2 fleet reduction targets, especially in heavy-duty transport. Due to the trade-off between emission reduction and maintaining a high range, a high level of customer acceptance is to be expected. In order to exploit the potential of hybrid drives as much as possible, suitable, intelligent energy management strategies are required. Today, rule-based or locally optimising methods are mostly used for this purpose. In science, however, there are also initial approaches based on machine learning methods. Such learning methods already show excellent results in other applications, so that their potential should also be investigated for energy management in hybrid vehicles. In addition to the choice of algorithm and its parameterisation, the training data used has a significant influence on the strategies learned. In the approaches published so far, individual recorded test drives, the representativeness of which must be questioned, or standardised driving profiles are used, which in turn are very general and can deviate from actual vehicle use. Methods for generating mission-specific, synthetic driving profiles are available, but have not yet been used as training data. This thesis therefore investigates whether mission-specific, synthetic driving profiles in simulation models are suitable for training such machine learning methods for energy management and which advantages arise compared to training with standardised profiles. As example application, a hybrid refrigerated truck-trailer combination consisting of a conventional truck and an electrified refrigerated semitrailer is considered. Two variants are examined with regard to the existing charging infrastructure. Based on a literature research, the TD3 algorithm is chosen as the learning method. An existing method is adapted for the generation of individual synthetic driving profiles from an available measurement database. The training is carried out on the one hand with the individual profiles and on the other hand with standardised profiles. As further variants, by dynamic programming globally optimised solutions and rule-based control strategies derived from them are considered. In addition, a conventional vehicle is simulated to estimate the fuel saving potential. The different control strategies are compared with regard to their overall fuel consumption and operating costs. It can be seen that the mission-specific trained reinforcement learning agents for energy management deliver significantly better results than the standardised trained ones, both in terms of fuel consumption and operating costs. The mission-specific agents deviate from the optimised solution by about 2 %. Compared to conventional driving, fuel savings of about 6 % can be achieved without charging infrastructure, and an average of 13 % with infrastructure. The rule-based strategies deliver even better results, but they are less transferable to other route lengths and electric systems
Assistenzsystem für einen teilautomatisierten Ladeprozess bei Forwardern
No full textDie komplexe Bedienung eines Forwarders in der forstlichen Arbeitsumgebung stellt hohe Anforderungen an den Maschinenbediener. Vor allem ungeübte Bediener können diese während ihrer Lernphase nicht erfüllen und weisen dadurch eine sehr geringe Produktivität im Betrieb der Maschine auf.
In der vorliegenden Arbeit wird daher zur Unterstützung dieser Bediener ein Assistenzsystem für einen teilautomatisierten Ladeprozess entwickelt, da dieser durch den größten Zeitanteil und Komplexitätsgrad der Arbeitstätigkeit ein hohes Potential zur Effizienzsteigerung aufweist. Hierzu werden mittels Methoden aus dem Bereich des Maschinellen Sehens die zu ladenden Stämme erkannt und anschließend die Stammposition als Input für die Automatisierung bestimmt. Mit Hilfe der entwickelten Kranspitzensteuerung führt das Assistenzsystem die Bewegung des Krans zum Stamm hin aus und greift diesen automatisch. Dabei wird ein Hydrauliksystem mit einem hydraulischen Transformator berücksichtigt, durch welches eine Energieregeneration möglich ist. Für die Gewichtsbestimmung zur Produktivitätsberechnung bei realen Arbeitsbedingungen wurde eine datenbasierte Kranwaage entwickelt.
Die Funktionalität des Assistenzsystems wird mit einer Demonstratormaschine verifiziert und die Effizienz durch reproduzierbare Referenzzyklen evaluiert. Für ungeübte Bediener steigt die Produktivität um bis zu 67 %, während zeitgleich der Energiebedarf um bis zu 29 % reduziert wird
Multi-sensor measurement system for wood harvester processors
No full textDerzeit werden innerhalb der Rohholz-Wertschöpfungskette an verschiedenen Stellen von unterschiedlichen Geschäftspartnern metrologische Daten erhoben, wovon bisweilen bei der einzelstammweisen Rohholz-Vermessung für die geschäftliche Abrechnung nur die Daten aus der Werksvermessung zugelassen sind. In der Forst- und Holzindustrie ist das Festgehaltsvolumen von Rundholz die zentrale Abrechnungsgröße für das Produkt und die erbrachten Dienstleistungen. Aufgrund der Vielzahl an Datenerhebungen, die sich in ihrer Quantität und Qualität unterscheiden, den sich daraus ergebenen Volumendifferenzen und den zeitlichen Versatz der Messungen innerhalb der Wertschöpfungskette können sich gewisse Konflikte ergeben. Bei der maschinellen Holzernte werden Kranvollernter, sogenannte Holzvollernter eingesetzt, die mit einem angebauten Erntekopf den Baum fällen, entasten, vermessen und in Sortimentslängen zusägen. Die hochmechanisierte Ernte durch den Holzvollernter stellt in den meisten Fällen das Anfangsglied der Rohholz-Wertschöpfungskette dar. Bisweilen erfasst der Erntekopf, auch Prozessor genannt, die Messgrößen Durchmesser und Länge des Rohholzes durch taktiles Abtasten. Dabei greift das System auf berührende Messtechnik zurück, die nicht in der Lage ist, das Messobjekt unabhängig von den Förder- und Entastungsmechanismen zu erfassen. Die Messelemente liegen direkt an der Baumstammoberfläche an und werden gleichzeitig für die sichere Führung des Baumstammes während der Verarbeitung benötigt. Dieser Messaufbau ist starkem Verschleiß ausgesetzt und erfordert eine regelmäßige Kalibrierung und Justage. Die punktuelle Abtastung der Baumstammoberfläche ist gekennzeichnet von einer geringen Detailtiefe, welche dem heutigem Digitalisierungsanspruch nicht mehr gerecht wird. Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie ein Messsystem zur berührungslosen Rohholzvermessung in Holzvollerntern konzipiert und ausgeführt sein muss, damit dieses ein Datenmodell der vermessenen Stämme bereitstellt, welches die folgenden Prozesse der Wertschöpfungskette unterstützt. Die Besonderheit besteht in der Entwicklung des multisensorischen Messsystems, der Nutzung von einheitlichen Referenznormalen und dem Aufbau des mathematischen Gesamtmodells - dem virtuellen Baumstamm. Aus diesem Modell können die etablierten, forsttypischen Messgrößen wie z. B. Mittendurchmesser oder Sektionsvolumina zurückgeführt werden. So wird sichergestellt, dass Probemessungen mit anderen Messverfahren vergleichbar bleiben. Das entwickelte Messsystem schafft ferner die Grundlage für eine unabhängige, einzelstammweise Erfassung der Baumstammdimensionen direkt im Holzvollernter am Anfang der Wertschöpfungskette.Within the current log value chain, metrological data is collected at various points by different business partners, of which only the data from the sawmill measurements is allowed for commercial billing. In the forestry and timber industry, the volume of logs is the central accounting parameter for the product and the services provided. Conflicts of interest arise due to the large number of data collections, which differ in quantity and quality, the resulting differences in trunk volume, and the temporal offset of the measurements within the value chain. Mechanized harvesting involves the use of crane harvesters, known as timber harvesters, which use a harvesting head to fell, delimb, measure and saw the tree into assortment lengths. In most cases, the highly mechanized harvesting process represents the initial link in the wood value chain. The harvester processor measures the diameter and length of the wood by tactile scanning. In doing so, the system resorts to a contact-based measurement technology, which is not able to capture the measured object independently from the conveying and delimbing mechanisms independently. The measuring elements are in direct contact with the log surface and at the same time are required for the safe guidance of the log during processing. This measurement setup is subject to heavy wear and requires regular calibration and adjustment. The point-by-point scanning of the log surface is characterized by a low level of detail, which no longer meets today's digitization requirements. Within the present work, it is investigated how a measuring system for non-contacting wood measurement has to be designed and executed so that it provides a data model of the measured logs which supports the following processes of the value chain. The special feature is the development of the multisensory measuring system, the use of uniform reference standards and the design of the mathematical overall model - the virtual log. From this model, the established, forest-typical measurement variables, such as center diameter or section volumes, can be traced back. This ensures that measurements remain comparable with other measurement methods. The developed measuring system creates the basis for an independent, single-trunk recording of the tree trunk dimensions directly in the harvester at the beginning of the value chain
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