Thomas Herlitzius

Experimental results of slip control with a fuzzy-logic-assisted unscented Kalman filter for state estimation

Slip control is a common and crucial functionality for a number of vehicles ranging from cars to tractors and trucks. The purpose of slip control is to improve vehicles traction and motion stability, prevent excessive wheel slippage and provide stable braking. Slip is a non-linear function of the vehicles ground speed and wheel rotation frequency and as such depends on the internal state variables, such as wheel load torque, which are in turn unknown. A number of approaches exist to estimate the unknown state, one of the most used ones being based on Kalman filter. In the current study, we present experimental results of slip control for an electrical single wheel-drive tractor using an unscented Kalman filter, which is a variant of Kalman filter suitable for non-linear systems. To cope with the problems of state estimation for heavy-duty vehicles, the Kalman filter was augmented with a fuzzy-logic supervisor aimed at assessment of vehicle dynamics. The goal of the supervisor was to adapt the state noise covariance with the goal of improving tracking accuracy. Wheel slip reduction was observed and its mean stayed within the desired limit. Experiments were carried out under two different road conditions and the condition change was identified by the Kalman filter.

Adaptive unscented Kaiman filter with a fuzzy supervisor for electrified drive train tractors

Electrified drive trains for tractors are supposed to realize great potential of raising performance in heavy operations via optimal traction control. The paper proposes to apply an adaptive unscented Kaiman filter (UKF) with a fuzzy supervisor for identification of electrical drive train tractor dynamics. The key advantage of electrical drive trains lies in feedback of drive torque which plays crucial role in traction parameter estimation. It is known that without using special adaptation techniques, an UKF may cause some divergence problems and lowered precision of estimation as well as its predecessor, an extended Kaiman filter (EKF). A method based on a fuzzy logic supervisor in addition to adaptation of an UKF is proposed to maintain trade-off between tracking strength and estimation accuracy. Simulation results with a comprehensive tractor dynamics model showed increase in estimation precision of traction parameters. Laboratory experiments using a test stand with an electrical load machine showed appropriate estimation of the load torque.

Entwicklung alternativer Antriebe für mobile Landmaschinen

Der steigende Bedarf an Biomasseerzeugung und Versorgung mit Nahrungsmitteln erfordert in Zukunft eine weitere Steigerung der Produktivitat und Effizienz mobiler Landmaschinen. Die Notwendigkeit, wesentlich grosere Maschinenleistung in einem durch die Strasenverkehrsordnung limitierten Bauraum unterzubringen, und die grosen Fortschritte in der Entwicklung elektrischer Antriebe und der zugehorigen Leistungselektronik sowie der hydraulischen Antriebe machen neue Antriebskonzepte auf der Basis hybrider Antriebsstrange moglich. Der folgende Beitrag der TU Dresden gibt einen Einblick in die zukunftsweisenden und alternativen Antriebstechnologien fur mobile Landmaschinen.

Test validation of chassis a basis for the optimization of soil protection and energy efficiency of tractors and agricultural machinery

Fahrzeugparameter, wie Gewicht, Reifendruck und -abmessungen, sowie Bodeneigenschaften, wie Bodenfeuchte und Dichte besitzen komplexe und zum Teil entgegengesetzte Wirkungen auf die Energieeffizienz von Zugkraft und Wiederauflockerungsaufwand des Bodens sowie auf das Ertragsniveau. Detaillierte Ergebnisse des Dresdener Reifenprufstandes zur dreiachsigen Messung von Reaktionskraften am belasteten Rad sind eine Grundlage, um die Wirkungen von Fahrzeugparametern auf die Energieeffizienz und den Ertrag zu bewertet. Daraus ableitend ist es moglich, bestehende Fahrwerke, insbesondere zwischen Radbelastung und Reifendruck, zu optimieren. Die Optimierung und Simulation neuer Fahrwerkskonzepte und Technologien ermoglichen 10 % bis 25 % Energieeinsparung und Ertragssteigerung. Die hohe Ubereinstimmung mit Feldmessungen bestatigt, dass die Laborergebnisse eine gute Grundlage fur die Simulation sind und damit ein hohes Effizienzpotential bei der Fahrwerksentwicklung besitzen. Auf dieser Basis der experimentellen Validierung von Reifen und Gleisbandern wird ein Modell und Ergebnisse zur Simulation der Effizienz von Maschinen mit bestehenden und neuen Fahrwerken vorgestellt.

Gekoppelte CFD-DEM-Simulation des Trennprozesses in Mähdrescherreinigungsanlagen

The present paper contributes to the application of the coupled CFD-DEM approach (CFD – Computational Fluid Dynamics; DEM – Discrete Element Method) for the simulation of the separation process of grain and material other than grain (MOG) in the cleaning device of a combine harvester. The large number of influencing factors, their interactions, the wide range of scatter of properties, which are typical for biogenic particles, and the resulting complexity of the separation process require a strategic approach for the creation of a valid simulation model. The study presented in this paper investigates the separation process therefore at two levels, which differ by the degree of process abstraction. The numerical results prove the applicability of the numerical method by the comparison to corresponding experiments in general. However, deviations can also be identified which emphasize the need for further research to improve parameterization and modeling.

Vorhersagemodell für die Zugkraft von Standard-Einzelzinken auf der Basis von Bodenmechanik und Bodenprofilbewertung

In dieser Studie wird ein Modell zur Vorhersage der Zugkraft beschrieben, das auf unterschiedliche Standard-Einzelzinken anwendbar ist. Zugkraftmessungen wurden mit vier Standard-Einzelzinken mit Schmalschar, Doppelherzschar, Doppelherzschar mit Flugeln und Gansefusschar durchgefuhrt. Die Zinkenbreiten betrugen 65, 135, 450 und 400 mm, der Test erfolgte in einer Bodenrinne mit einem sandigen Lehmboden. Dabei wurde die Abhangigkeit von Geschwindigkeit und Arbeitstiefe auf die Zugkraft unter kontrollierten Laborbedingungen untersucht. Die Ergebnisse wurden anhand eines Vorhersagemodells ausgewertet. Eine gute Korrelation zwischen gemessenen und vorhergesagten Werten fur alle Zinken mit einer durchschnittlichen absoluten Variation von weniger als 15 % wurde gefunden.

Zum Stand der Bewertung des Zerkleinerungsergebnisses bei der Saatbettbereitung

Gegenwartig existieren fur die Zielgrosen der zu erreichenden Arbeitsergebnisse der Bodenbearbeitung nur ungenaue und kaum physikalisch messbare Parameter. Dadurch werden sowohl das Prufen, Vergleichen und Bewerten der Arbeitsqualitat der Maschinen als auch das Entwickeln der dafur geeigneten Sensoren erschwert. Bis 1990 wurden an der TU Dresden Forschungsarbeiten zu den Gesetzmasigkeiten und der Ermittlung der Aggregatgrosenzusammensetzung des Ackerbodens durchgefuhrt. Auf Grundlage dessen werden in dieser Studie Vorschlage zum Ermitteln, Darstellen und Bewerten des Zerkleinerungsergebnisses sowie zur Kennzeichnung der Feldbedingungen aufgezeigt.

Winding switching strategy for electric wheel drives in agricultural machinery

Electrified drive trains for tractors open great possibilities of raising performance in heavy agricultural operations due to high controllability and drive torque feedback. However, electric motor characteristics do not completely satisfy traction requirements in agricultural operations which imply high torques at low speeds as well as high transport speeds. The paper proposes to apply a winding switching method for electric wheel motors. The key advantage is the adjustment of resistance and flux to the optimal operation point which influences the motor characteristics and efficiency. Experiments show the transition of three winding configurations. The electric power for the traction drive is provided by a diesel-generator. Interaction of power flow and winding change is investigated.

Mechanisierte Ernte von einjährigen Weiden- und Pappelplantagen für die Pflanzgutgewinnung

Die wachsende Nachfrage nach Weiden- und Pappelpflanzmaterial in Europa bei gleichzeitig steigendem Kostendruck fur die Pflanzgutproduzenten stellt die Branche vor neue Herausforderungen. Ziel des durch die Europaische Union geforderten Forschungsvorhabens ist es, eine effizienten und leistungsfahige Technologie fur die maschinelle Ernte und Aufbereitung von Pflanzgut zu entwickeln. In diesem Artikel liegen die Schwerpunkte auf der Vorstellung der entwickelten Erntetechnologie „ROD-Picker“ und der Darstellung des Einsparpotenzials bei den Ernte- und Produktionskosten.

Funktionsintegration eines elektrischen Antriebes in eine Dreschtrommel

Der Kostendruck in der Landwirtschaft zwingt dazu, die Produktivitat und Effizienz der Agrartechnik in Mahdreschern weiter zu steigern. Die Notwendigkeit, wesentlich grosere Maschinenleistungen in einem eingeschrankten Bauraum unterzubringen, erfordert neue Antriebskonzepte. Am Beispiel einer elektrisch direkt angetriebenen Dreschtrommel wird die Moglichkeit der Integration elektrischer Antriebe in die Funktionselemente gezeigt.