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G. Korlath:
"Mobilitätsanalyse von Rad- und Kettenfahrzeugen auf unbefestigtem Untergrund mit Hilfe von längsdynamischen Simulationsmodellen";
Supervisor, Reviewer: P. Lugner, H.-P. Lenz; E325 Institut für Mechanik, 2003.

Die vorliegende Arbeit sowie das daraus hervorgegangene eigenständige Computerprogramm WinMaku bieten die Möglichkeit des direkten Vergleiches von Rad- und Kettenfahrzeugen auf unterschiedlichsten Bodenarten. Dafür wurden die bodenmechanischen Interaktionsmodelle für verformbare Luftreifen wie auch für Kettenlaufwerke in einem Simulationsprogramm zusammengeführt. Dies ermöglicht detaillierte konzeptvergleichende Auswertungen einerseits im Bereich der Bodenmechanik wie:
-Druck-Einsink-Beziehung
-Scherspannung-Scherweg-Beziehung
-Zugkraft-Schlupf-Kurve
wie auch andererseits auf dem Gebiet der Vortriebsbewertung in Form von:
-Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf
-Geschwindigkeits-Weg-Verlauf
-Fahrschaubild
Darüber hinaus war es erklärtes Ziel der Arbeit, im Bereich der Vortriebsbewertung von Fahrzeugkonzepten nicht nur Auswertungen für einen bestimmten Untergrund zu erstellen, sondern, durch Aneinanderreihen von einer Vielzahl von Bodenarten, weit umfangreichere Mobilitätsanalysen zu ermöglichen.
Durch dieses Aneinanderreihen von unterschiedlichen Bodenarten wurde es unumgänglich, im Rahmen dieser Arbeit universelle Berechnungsalgorithmen zur Beschreibung der Anpassungs- bzw. Ausgleichsvorgänge im Antriebsstrang (Motordrehzahl, Motor- Drehmoment, etc. ) auf der einen Seite, sowie im Bereich der Boden- Laufwerk-Interaktion (Geschwindigkeit, sich einstellender Schlupf, etc.) auf der anderen Seite, während des Überganges von einer zur nächsten Bodenart, zu erarbeiten.
Die Möglichkeit der Aneinanderreihung unterschiedlicher Bodenarten erlaubt nun neben konzeptvergleichenden Analysen für bestimmte Einsatzprofile (den sog. "Missionsprofilen", charakterisiert durch Bodenart und Topographie) einerseits
-die Auswahl bzw. Beurteilung des best geeigneten Fahrzeuges bzw. Fahrzeugkonzeptes und andererseits die gezielte Optimierung eines bestehenden Fahrzeug(konzept)es. Im Zuge einer Beurteilung wird es möglich, unterschiedliche Fahrzeuge und deren Konfiguration -charakterisiert durch Motor, Übersetzungen in Getriebe und Antriebsstrang, Masse, Achsanzahl u. dgl. durch Auswertung bei Befahren eines bestimmten Missionsprofils das dafür best konfigurierte Fahrzeug zu ermitteln. Aber auch der wichtige Betriebsparameter ,Kraftstoffverbrauch' kann als Bewertungsgrundlage berechnet werden.
Zur Optimierung kann bei bekanntem Einsatzprofil durch gezieltes Anpassen von vortriebsrelevanten Parametern -beispielhaft seien Getriebeübersetzungen, Drehmomentverlauf, Reifen- bzw. Kettendimension und -geometrie genannt eine optimale Konfiguration für ein bestimmtes Fahrzeug ermittelt werden oder aber auch eine bestimmte Fahrstrategie zur Minimierung des Kraftstoffverbrauches erarbeitet werden.
Ein entscheidender Auswertungsparameter bei all den vorangenannten Vortriebsanalysen ist wie schon kurz erwähnt die Berechnung des zu erwartenden Kraftstoffverbrauchs und die Auswirkungen bei Variation unterschiedlicher Fahrstrategien. Diese Fahrstrategien setzen sich aus Gangwahl, Lastbereich des Motors, Schaltdrehzahl sowohl hinauf (Drehzahl, bei der einen Gang höher geschalten wird) wie auch hinunter (Drehzahl, bei der einen Gang zurück geschalten wird) zusammen. Auch lässt sich eine bestimmte Schaltfolge definieren. Dies wird sehr oft bei schweren LKW benutzt, wenn diese nicht voll beladen sind bzw. wenn nur in der Ebene gefahren wird. Dabei werden dann bestimmte Gänge bzw. Ganggruppen übersprungen. Auch diese Simulationsmöglichkeit ist möglich. All diese Einflüsse auf den Kraftstoffverbrauch (und letztendlich auf das Vortriebsverhalten) lassen sich dadurch ,umweltfreundlich' ermitteln.
Eine weitere Möglichkeit der Fahrstrategiebeeinflussung besteht durch Festlegung von maximal zulässigen Höchstgeschwindigkeiten für bestimmte Wegabschnitte. Dadurch lässt sich der Einfluss der Gangwahl und des Lastbereiches des Motors auf den zu erwartenden Kraftstoffverbrauch erarbeiten. Aber auch das Mobilitätsverhalten in den anschließenden Wegabschnitten wird durch die Wahl des Gangwahl - und die sich dadurch einstellende Drehzahl bzw. Vortriebskraft wesentlich beeinflusst
Neben reiner Bewertung und Optimierung bietet das Simulationsprogramm auch noch die Möglichkeit der Schulung im Bereich ,Fahren auf losem Untergrund'. Beispielhaft dazu sei erwähnt, dass im Falle des Befahrens von losem Untergrund oftmals eine Reduktion der Motorleistung (bzw. Reduktion des Drehmomentes) einen besseren Vortrieb ermöglicht, da eine höhere Zugkraft nahezu ausschließlich bei entsprechend höheren Schlupfwerten erzielt wird, was wiederum direkte Auswirkung auf die erzielbare Geschwindigkeit hat. Aber auch Auswirkungen von Schaltvorgänge können genau untersucht werden. So zeigt sich bei Befahren von tiefen Böden oftmals das Phänomen, das zwar in einem Gang auf Grund ausreichender Vortriebskraft die Schaltdrehzahl bei der in den nächsten höheren Gang geschalten wird, erreicht wird, aber auf Grund der Getriebestufung in diesem nächst höheren Gang die Vortriebskraft nicht mehr ausreicht, um eine Geschwindigkeitszuwachs zu erzielen und die Geschwindigkeit wieder solange reduziert wird, bis zurück geschalten werden muss. Dadurch benötigt man oft mehr Zeit für einen Wegabschnitt, als wenn durch Motorlastreduktion ein Erreichen der Schaltdrehzahl vermieden und mit konstanter Geschwindigkeit weitergefahren wird. Auch der Einfluss der Gangwechselzeit das ist die Zeit, die benötigt wird, um von einem in den nächsten Gang zu schalten auf das Vortriebsverhalten ist sehr einfach zu zeigen. Speziell bei Fahrzeugen mit Handschaltgetrieben und bei Befahren von tiefen Böden (= hoher Rollwiderstand) zeigt sich, dass bei langen Gangwechselzeiten mit einem hohen Geschwindigkeitsabfall zu rechnen und dadurch auch die entsprechende Anschlussdrehzahl im nächsten Gang oftmals in einem für den Betriebsbereich des Motors ungünstigen Bereich liegt.
All diese Möglichkeiten und Einflüsse auf das Vortriebsverhalten lassen sich somit im Rahmen der Ausbildung aufzeigen aber auch die Auswirkungen entsprechender Gegenmaßnahmen anschaulich darstellen.
Abschließend erlaube ich mir die folgende Gegenüberstellung mit den von Ihnen angeführten Kriterien:
Neuheitsgrad: vergleichende Mobilitätsanalysen unterschiedliche Fahrzeugkonzepte (Rad / Kette) bei Befahren von Wegprofilen unterschiedlichster Topographie.
Selbstständigkeit: Erarbeitung universeller Berechnungsalgorithmen zur Beschreibung der Anpassungs- bzw. Ausgleichsvorgänge im Antriebsstrang und im Bereich der Boden-Laufwerk-Interaktion während des Überganges von einer zur nächsten Bodenart.
Ermöglichung von Fahrstrategie-Analysen
Verwertbarkeit für Industrie: Beurteilung und Optimierung von Fahrzeugkonzepten, ,umweltfreundliche' Kraftstoffverbrauchsermittlung für unterschiedlichste Einsatzzwecke und Fahrstrategien.
Sonstiger Nutzen: Verwendung im Rahmen von Ausbildung und Schulung.