Durch die Nutzung von elektri- schen Antrieben in Landmaschi- nen lassen sich die Effizienz und Verfahrensleistung von Traktoren, Erntemaschinen und Anbauge- räten steigern. Die Effizienzstei- gerung wird dabei beispielswei- se durch den bedarfsgerechten Antrieb von Motornebenaggre- gaten, eine Start-Stopp-Automa- tik oder eine Betriebspunktver- schiebung erreicht. An Antriebe und Elektronik werden da- bei besondere Ansprüche gestellt, da sie rauen Umgebungsbedingungen wie Staub, Schock, Vibration und hohe Tem- peraturunterschieden standhalten müs- sen. Daher ist es erforderlich, diese Bedin- gungen sowie die Funktionseigenschaf- ten bereits im Entwicklungsprozess zu berücksichtigen, z. B. durch die Auswahl geeigneter Materialien bzw. Bauteile wie feuchtigkeits- und korrisionsresistente Steckersysteme und Komponenten. Modulare Konzepte für indivi- duelle Lösungen Mobile Power von LTi DRiVES steht für die Elektrifizierung von Antriebssträn- gen in Landmaschinen und berücksich- tigt die dort herrschenden rauen Umge- bungs- und Umweltbedingungen. Die Gestaltungsmöglichkeit der Elektronik- Hardware in einem variablen Gehäuse- konzept berücksichtigt die Integration von Antriebselektronik und Teilsystemen für Haupt- und Nebenaggregate. „Die Verwirklichung der individuellen Lösung unserer Kunden erfolgt durch ein modulares Konzept und skalierbare Plattformen in Hard- und Software, die die Integration von funktionaler Kunden- software und Bustechnologien unter- stützt “ fasst Volker Kuhoff, Key Account Manager Mobile Power von LTi DRiVES die Vorteile des Mobile Power-Konzepts zusammen. „Mit Mobile Power präsentiert LTi DRiVES auf der Agritechnica effiziente elektrische Antriebe für Haupt- und Nebenaggre- gate in Land- und mobilen Arbeitsmaschinen.“ Mobile Power von LTi auf der Agritechnica 2011 Effiziente Elektrifizierung von Antriebssträngen und Nebenag- gregaten in Landmaschinen Besuchen Sie uns! ❑ Halle 26, Stand G07 Mobile Power von LTi auf Agritechnica 2011 Effiziente Elektrifizierung von Antriebssträngen und Nebenaggregaten in Landmaschinen
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Durch die Nutzung von elektri-schen Antrieben in Landmaschi-nen lassen sich die Effizienz und Verfahrensleistung von Traktoren, Erntemaschinen und Anbauge-räten steigern. Die Effizienzstei-gerung wird dabei beispielswei-se durch den bedarfsgerechten Antrieb von Motornebenaggre-gaten, eine Start-Stopp-Automa-tik oder eine Betriebspunktver-schiebung erreicht.
An Antriebe und Elektronik werden da-bei besondere Ansprüche gestellt, da sie rauen Umgebungsbedingungen wie Staub, Schock, Vibration und hohe Tem-peraturunterschieden standhalten müs-sen.
Daher ist es erforderlich, diese Bedin-gungen sowie die Funktionseigenschaf-
ten bereits im Entwicklungsprozess zu berücksichtigen, z. B. durch die Auswahl geeigneter Materialien bzw. Bauteile wie feuchtigkeits- und korrisionsresistente Steckersysteme und Komponenten.
Modulare Konzepte für indivi- duelle Lösungen
Mobile Power von LTi DRiVES steht für die Elektrifizierung von Antriebssträn-gen in Landmaschinen und berücksich-tigt die dort herrschenden rauen Umge-bungs- und Umweltbedingungen. Die Gestaltungsmöglichkeit der Elektronik-Hardware in einem variablen Gehäuse-konzept berücksichtigt die Integration von Antriebselektronik und Teilsystemen für Haupt- und Nebenaggregate.
„Die Verwirklichung der individuellen Lösung unserer Kunden erfolgt durch
ein modulares Konzept und skalierbare Plattformen in Hard- und Software, die die Integration von funktionaler Kunden-software und Bustechnologien unter-stützt “ fasst Volker Kuhoff, Key Account Manager Mobile Power von LTi DRiVES die Vorteile des Mobile Power-Konzepts zusammen.
„Mit Mobile Power präsentiert LTi DRiVES auf der Agritechnica effiziente elektrische Antriebe für Haupt- und Nebenaggre-gate in Land- und mobilen Arbeitsmaschinen.“
mobile Power von LTi auf der Agritechnica 2011
Effiziente Elektrifizierung von Antriebssträngen und Nebenag-gregaten in Landmaschinen
Besuchen sie uns!
❑ Halle 26, stand G07
topicsMoBILE poWERAusgAbe 02 NOVEMBER 2011 | www.lt-i.com
Mobile Power von LTi auf Agritechnica 2011Effiziente Elektrifizierung von Antriebssträngen und Nebenaggregaten in Landmaschinen
LTI | TopIcs
Auszug aus Artikel „Virtuelle Realitäten – Individuelle mobile Antriebslösungen in Redkordzeit“ veröffent-licht in der Fachzeitschrift „Mobile Maschinen“, Ausgabe 4/2011
Geregelte elektrische Antriebe stellen in Arbeitsmaschinen mit Hybridantrieb eine Schlüssel-technologie dar. Aufgrund wei-terer, vielfältiger Anwendungen und Funktionen innerhalb der mobilen Arbeitsmaschinen wird ein hohes Maß an Flexibi-lität gefordert. Durch die Kon-figurationsmöglichkeiten der Antriebsregler-Software entste-hen zahlreiche Varianten, die enorme Testaufwände verursa-chen. Mit automatisierten Tests am HIL-Simulator können diese Tests entscheidend vereinfacht und beschleunigt werden.
Die Anforderungen an elektrische An-triebe in mobilen Arbeitsmaschinen sind vielfältig: So sind dort aus rege-lungstechnischer Sicht einfache Be-wegungsaufgaben, z. B. bei Neben-aggregaten wie Lüfterantriebe sowie anspruchsvollere mechatronische An-triebslösungen wie z. B. die Rege-lung eines elektrischen Lenkantriebes zu finden. Dem Grad der Elektrifizie-rung sind kaum Grenzen gesetzt und abhängig vom Einsatzgebiet stehen die Steigerung des Gesamtwirkungs-grades der Arbeitsmaschine oder ein erweiterter Kundennutzen im Fokus. Kurzum: im Antriebsstrang wird elek-trifiziert, was wirtschaftlich und tech-nisch sinnvoll ist. Die Herausforderung die Bandbrei-te an Antriebsaufgaben abzudecken, führt zu Plattform-Entwicklungen in Hard- und Software. Hierbei handelt es sich aus Sicht der Softwareentwick-lung um eingebettete Echtzeitsysteme mit einer großen Variantenvielfalt. Elektrische Antriebe sollen in der Regel in verschiedensten Applikationen ein-
setzbar sein und müssen daher über eine entsprechende Funktionalität verfügen, die per Software parametriert und kon-figuriert werden kann. Durch die Funkti-onsvielfalt ergeben sich zahlreiche Kon-figurationsvarianten, die einen großen Testaufwand innerhalb der Freigabeun-tersuchungen der Software erfordern. Die zu testende Variantenvielfalt wird durch die möglichen Hardwarekonfigu-rationen aus verschiedenen Endstufen-, Motor- und Drehgebertypen weiter ver-größert.
Einsparpotentiale erschließen
Jeder Servoregler beinhaltet als Kern-funktionalität die kaskadierbare Rege-lung von Drehmoment, Drehzahl und Position für verschiedene Motorenarten wie Synchron- oder Asynchronmotoren. Der Antriebsregler für die jeweilige mo-bile Anwendung enthält darüber hinaus zahlreiche Sonderfunktionen die sich je nach Einsatzzweck unterscheiden.Für die Freigabe einer neuen Software-version entsteht aufgrund der Komplexi-
Individuelle Antriebslösungen für mobile Arbeitsmaschinen in Rekordzeit
tät der Antriebsreglersoftware ein enor-mer Testaufwand. Es muss sichergestellt werden, das sämtliche Erweiterungen keine Auswirkungen auf die bereits frü-her getesteten Funktionalitäten haben. Diese als Regressionstests bezeichne-ten Testläufe sind auch bei kleineren Än-derungen, bezogen auf die Vorgänger-version, durchzuführen. Die manuelle Durchführung von Regressionstests mit echter Peripherie im Laboraufbau führt, aufgrund des damit verbundenen Auf-wands, zu einem verlängerten Freigabe-prozess und bindet wertvolle Ressour-cen.
Lösung: HIL-Simulation
Die Lösung für die Tests umfangreicher Software-Funktionen und Hardware-Konfigurationen ist die Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation. Hier werden die jeweils benötigten Regelstrecken und Echtteile durch Simulationsmodelle er-setzt, wodurch ein Großteil des Auf-wands beim Umbau während der Tests entfällt. Da eine HIL-Simulation automa-tisiert ablaufen kann, können die Tests rund um die Uhr erfolgen. Die Testau-tomatisierung ist dabei insbesondere bei Routinetests hilfreich, wenn es um den Nachweis der Konformität mit standar-disierten Feldbusprofilen wie CANopen, oder SAE J1939 geht. Auch im Rahmen von sicherheitstechnischen Abnahmen müssen wiederholt Testabläufe mit Feh-lersimulationen reproduzierbar durchge-führt werden, was durch eine Testauto-matisierung enorm vereinfacht wird.
Komponenten des Simulations-modells
Das Simulationsmodell ist als Simulink-Blockschaltbild implementiert und be-steht aus den folgenden Komponenten:
Energieversorgung
Endstufe Motor mit Haltebremse Drehgeber Mechanik
Die Energieversorgung kann durch ei-nen dreiphasigen Kurbelwellengenera-tor oder einen Energiespeicher simuliert werden. Durch eine freie Einstellbarkeit der Generatorparameter bzw. der Para-meter des Energiespeichers können be-liebige Anschlussbedingungen simuliert werden. Das Endstufenmodell kann je nach Systemkonfiguration den Eingangs-gleichrichter, Zwischenkreiskondensator mit Vorladeschaltung, den Bremschop-per mit Bremswiderstand sowie den Wechselrichter enthalten. Wahlweise kann bei Einsatz eines Energiespeichers auch die Rückspeisung in den Energie-speicher simuliert werden. Zur Messung der Strangströme, Zwischenkreisspan-nung und Temperaturen sind die Sensor-nachbildungen enthalten.Die Motormodelle beinhalten DC- und AC-Motoren und bilden unter anderem die Sättigungseigenschaften sowie un-symmetrische Induktivitäten ab. Mit-tels parametrierbarer Lagegebermodel-le können alle gängigen Drehgebertypen nachgebildet werden.Das mechanische Teilmodell umfasst ein getriebebehaftetes System sowie ein schwingungsfähiges Zweimassensystem mit parametrierbarer Eigenfrequenz, Dämpfung, Reibung und Trägheitsver-hältnis. Das Modell enthält Endschalter und Messtaster, mit denen die digitalen Eingänge positionsabhängig simuliert werden können.
Aufbau des HIL-Simulators
Sämtliche Simulatorkomponenten sind in einem Schaltschrank integriert. Zur Nut-zung unterschiedlichster Steuerteilkarten besteht die Möglichkeit, diese aus un-terschiedlichen Antriebsgeräten in den
Schalt schrank zu integrieren.
Abb. 1:
Software-Funkti-onsbausteine eines Antriebsreglers für mobile Anwen-dungen
LTI | TopIcs
Steuerteilkarte des Servoreglers
DS5202 EMH DS1005 Prozessor-Board
Drehgeber-Auswertung
µ-Controller
Gate-Ansteuer-signale
Strommess-signale iA
iBiC
zA+
zA-
zB+
zB-
zC+
zC-
Vermessung von Tastverhältnis und Synchronisation
Digitale und analoge Universal-I/O
Simulation der Strommesswerte
Drehgebersimulation(z. B. Encoder,
Resolver, Protokoll- basierte Geber)
Zusatz-I/O
Leistungs-elektronik-
modell
E-Motor-modell
iA
iBiC
Mechanik-modell
Applikationsmodell
MM
uA
uB
uC
ω
α
ML
Interrupt
Simulation weiterer Messwerte
(z. B. Temperatur, Zwischenkreisspg.)
UZK
ϑ
Abb. 2:
Blockschaltbild der HIL-Simulation
Praxisbeispiel: Elektrifizierung von Nebenaggregaten
Fazit
Die HIL-Simulation von elektrischen An-trieben in Echtzeit ist mit abgestimm-ten, speziellen Simulationsalgorithmen mit einer hohen Qualität möglich. Die Genauigkeit des Echtzeitmodells ist da-bei so gut, dass sogar regelungstech-nisch anspruchsvolle Untersuchungen durchgeführt werden können. Neben der automatischen Durchführung von Softwaretests für Servoregler ergaben sich bei LTi weitere interessante An-wendungsmöglichkeiten für den HIL-Simulator:
Optimierung von Reglerparame-tern für Kundenapplikationen, um In-betriebnahmen vor Ort vorzubereiten und zu beschleunigen.
Frühzeitige Erprobung von Software-Prototypen, um Regelungsfunktionen hardware-nahen Tests zu unterziehen.
Frühzeitige regelungstechnische Be-wertung der Entwurfsdaten von Son-dermotoren für Hybrid- und Elektro-fahrzeuge.
Durch das Zusammenspiel der Drehmomente eines Elektro- und eines Verbrennungsmotors, ist es möglich, eine Kraftstoffre-duzierung von 25 % und mehr zu erreichen. Doch nicht nur aus diesem Grund stellen Hybrid-antriebe zur Erfüllung der sich verschärfenden Abgasgesetz-gebung bei mobilen Arbeitsma-schinen eine Schlüsseltechnolo-gie dar – auch die Versorgung von Nebenaggregaten kann durch ein elektrisches System
effizienter gestaltet werden.
Nebenaggregate sind in der Regel starr an den Verbrennungsmotor gekoppelt. Somit entsprechen die Drehzahlen der Nebenaggregate – ungeachtet des tat-sächlichen Bedarfs und unabhängig vom idealen Betriebspunkt – der Motordreh-zahl.
Mobile Power on demand
Bei der Ausführung von Nebenaggre-gaten als elektrischer Antrieb sind diese
nur im Bedarfsfall aktiv, können bei op-timalen Wirkungsgraden betrieben wer-den und haben ein nahezu konstantes Drehmoment über einen weiten Dreh-zahlbereich.
Durch den Wegfall der Hydraulik ent-fällt das Risiko von Leckagen und der da-mit verbundenen Verschmutzung, das System wird dynamischer und die War-tungskosten werden gravierend gesenkt.
Abb 1. zeigt die Verbraucher in einer Baumaschine, die nach dem Mobile Po-
wer-Konzept von LTi DRiVES mit elektri-scher Energie versorgt werden.
Rekuperation
Überschüssige, kinetische Energie wird mit Hilfe des Elektromotors und der An-triebselektronik in elektrische Energie umgewandelt und einem Energiespei-cher zugeführt. Ein DC/AC-Wandler er-zeugt ein 230 V-Hilfsspannungsnetz, aus dem externe Verbraucher wie z. B. eine Bohrmaschine oder ein Hochdruckreini-ger betrieben werden können.
Fazit
Die elektrische Versorgung der Neben-aggregate bringt gegenüber dem Einsatz einer Hydraulik folgende Vorteile:
geringere Wartungskosten besserer Wirkungsgrad durch Mobile
Power on demand dynamischeres System
M M M M
M
Verbrennungs-motor
Gen
erat
or
Servopumpe50 kW
Rührwerk5 kW
Lüftung7,5 kW Drehkranz
8 kW
Kühlsystem4 kW Hilfsspannung
~230 V / 16 A
AC/DC
DC/AC
DC SpeicherDLC 150 Wh / 30 kW
Abb. 1:
Blockschaltbild Versorgung der Nebenaggregaten einer Baumaschine
Durch das Zusammenspiel der Drehmomente eines Elektromo-tors und eines Verbrennungs-motors ist es möglich, eine Kraftstoffreduzierung von 25 % und mehr zu erreichen – und zu-gleich die Dynamik im Antriebs-strang zu erhöhen.
Mit Mobile Power zum Power Mobil. Nennen Sie uns Ihre
Aufgabenstellung – wir entwickeln und produzieren Ihre
individuelle Hard- und Softwarelösung.
Wir sind bereit, wenn Sie es sind – nehmen Sie uns
beim Wort!
* Mobile Power von LTi steht für die Elektrifi zierung von Antriebssträngen in Mobilen Maschinen.
LTi DRiVES GmbHHalle 26 / Stand G07
LTI | TopIcs
Mit der Mobile-Power-Technologie bie-tet LTi integrierte elektrische Antriebssy-steme für mobile Arbeitsmaschinen und Elektrofahrzeuge. Verbrennungsmotoren werden seit ihrer Erfindung zum Antrieb von mobilen Arbeitsmaschinen, land-wirtschaftlichen Nutzfahrzeugen oder Baumaschinen eingesetzt. Um die ge-stiegenen Umweltanforderungen an die Abgasgrenzwerte erfüllen zu können
und gleichzeitig die Betriebkosten bei steigenden Kraftstoffpreisen zu reduzie-ren, werden Antriebsstränge mehr und mehr elektrifiziert.
Hohe Drehmomente mit kleinen Drehzahlen werden mit Synchron-maschinen erreicht
Flach bauende Synchronmaschinen eig-nen sich für den Einsatz in diesen Maschinen, da sie den Anforderungen an hohe Drehmomente bei kleinen Drehzahlen entsprechen. Durch ihre kompakte Bauform kön-nen sie direkt an die Kur-belwelle des Verbren-nungsmotors montiert werden. Das so realisier-te Mild-Hybrid-Fahrzeug zeigt deutlich reduzierte Verbrauchs- und Emissi-onswerte bei gleichzeitig höherer Dynamik.
Sudoku-Gewinnspiel
Abb. 1: Der stilisierte Antriebsstrang einer mobilen Arbeitsmaschine mit integrierter Mobile Power-Lösung
7 2 3 5
3 7 6 5
5 8 3 4
4 2 5 3
3 4 2 8
8 1 7 4
1 9 5 2
6 2 1 8
4 3 7 9
Sudoku-Gewinnspiel
Senden Sie die ausgefüllte Zahlenreihe im roten Rahmen bis spä-testens 31.12.2011 an [email protected].
1. Preis: Apple iPad 16 GB2.-5. Preis: Apple TV5.-10. Preis: Apple iPod shuffle
Teilnahmebedingungen:Einsendeschluss ist der 31.12.2011. Die Gewinner werden schrift-lich benachrichtigt. Die Gewinne können nicht ausgezahlt wer-den. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Mitarbeiter der LTi Group sowie deren Angehörige sind vom Gewinnspiel ausgenommen.
