Verbesserung der Fahrdynamik und Fahrsicherheit von Traktoren durch den Einsatz elektronischer Bremssysteme

Kurzfassung
Der landwirtschaftliche Transport hat sich im letzten Jahrzehnt umfassend verändert.
Neben erhöhten Einsatzzeiten im Transportbetrieb hat sich dabei sowohl die Motorleistung
als auch die Höchstgeschwindigkeit der Traktoren deutlich erhöht.
Aus transporttechnischer Sicht unterscheidet sich ein modernes Traktor-Anhänger Gespann
nur unwesentlich von einem LKW. Beide haben ein identisches maximales Gesamtgewicht
von 40 t. Moderne Traktoren erreichen mit Höchstgeschwindigkeiten bis
zu 60 km/h zudem nahezu LKW-Niveau.
Ziel der Arbeit ist das Aufzeigen von Gefahrenpotentialen von Traktorbremssystemen
und die Entwicklung praxisnaher Lösungsansätze zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit.
Der Fokus liegt dabei auf der Analyse der Machbarkeit und Umsetzbarkeit
elektronischer Bremssysteme, insbesondere zur Stabilisierung von Fahrzeuggespannen.
Im ersten Schritt werden Systeme entwickelt, die den Zustand des Fahrzeugs erkennen.
Die Erkennung von Anhängern verwendet dafür die Verläufe der Drücke an den Kupplungsköpfen
des Traktors nach dem Senden von Testpulsen. Die Erkennung der Beladung
und Beladungsverteilung des Traktors wird mit der Hilfe von hydraulischen
Drucksensoren in der Vorderachsfederung und den Hubwerken realisiert. Diese Informationen
bilden die Basis für intelligente Bremseingriffe.
Das Gefahrenpotential von Traktor-Anhänger Gespannen bei Verzögerungsvorgängen
wird mittels einer dreidimensionalen Kraftmesseinrichtung im Koppelpunkt aufgezeigt.
In einer Vielzahl von Fahrversuchen in unterschiedlichen Fahrzeugkonstellationen wurden
Kräfte ermittelt. Das Verzögern des Gespanns mittels Antriebsstrang mit elektronischer
Getriebesteuerung ergab Schubkräfte bis zu 32 kN. In Zusammenhang mit Kurvenfahrten
und niedrigen Reibwerten führt dies zu potentiellen Instabilitäten.
Intelligente, elektronische Bremseingriffe sind in der Lage, das Fahrzeug zu stabilisieren.
Das Risiko des Einknickens von Gespannen kann beispielsweise durch Bremseingriffe
am Anhänger signifikant reduziert werden. Ein untersuchtes System basiert auf
dem Vergleich von Soll- und Ist-Gierrate des Traktors. Grundlage für die Soll-Gierrate
ist ein mit Matlab/Simulink entworfenes Einspurmodell. Ein weiteres System basiert auf
dem Vergleich von Soll- und Ist-Knickwinkel zwischen Traktor und Anhänger. Der
Winkel wird dabei mit einem Sensor gemessen und mit einem im Modell berechneten
Soll-Wert verglichen. Bei entsprechenden Abweichungen der Werte greift das System
ein und stabilisiert das Gespann. Beide Systeme sind in der Lage, die Fahrstabilität und
die Kontrollierbarkeit des Fahrzeugs signifikant zu verbessern. Einen Ausblick auf weitere
Möglichkeiten von Fahrstabilitätssystemen im Traktor zeigen Grundlagenversuche
mit radindividuellen Bremseingriffen.
Die erzielten Versuchsergebnisse sind vielversprechend und zeigen die Machbarkeit
und Wirksamkeit der Systeme. Für eine vollständige Bewertung der Marktreife sind
jedoch weitere Untersuchungen und Versuche unabdingbar.