HIL-simulointi työkoneiden voimansiirtojärjestelmien testauksessa: Sähköisen voimansiirron testipenkin ohjaus- ja tiedonkeruujärjestelmä

Abstract

Työkoneista voidaan tehdä ilmastoystävällisempiä muuntamalla dieselmoottoriin perustuva voimansiirtojärjestelmä sähköiseksi tai hybridiksi. Molemmat vaihtoehdot ovat laajasti tutkittuja teknologioita, mutta niiden laajamittaisessa käyttöönotossa on vielä haasteita, joiden vuoksi lisää tutkimusta vaaditaan. Molemmat arkkitehtuurit vähentävät työkoneiden tuottamia päästöjä parantamalla niiden energiatehokkuutta ja vähentämällä niiden polttoaineen kulutusta. Työkoneiden teknologioiden kehittäminen on jatkuva prosessi ja tutkimuksissa usein hyödynnetään testipenkkejä, joilla kehitettyjä ratkaisuja testataan hallitussa ympäristössä. Näiden testipenkkien toteutuksessa voidaan käyttää HIL (Hardware-In-the-Loop) -simulointia, joka on kustannustehokas menetelmä teknologioiden kehityksen arvioinnissa ja validoinnissa. Tässä tutkielmassa suunnitellaan sähköisen voimansiirron testipenkkiin ohjaus- ja tiedonkeruujärjestelmä. Suunnitelma koostetaan perustuen kirjallisuuskatsaukseen, jossa analysoidaan työkoneiden voimansiirtojärjestelmien teoriaa, testipenkin komponenttien julkista dokumentaatiota sekä toteuttavan tutkimusryhmän aikaisempien projektien dokumentaatiota. Suunnitelman mukaan testipenkin sähkömoottoria ohjataan invertterin avulla ja sille tuotetaan kuormitus hydraulisella kuormitusyksiköllä. Tämän lisäksi moottorin suoritusta mitataan vääntömomenttianturilla. Suunnitelman mukaisella järjestelmällä on tarkoitus toistaa oikeasta työkoneesta mitattua työsyklidataa ohjaamalla komponentteja datan perusteella. Suunnitelmassa esitetään testipenkin arkkitehtuuri yhdessä kuvaajassa ja komponenttien väliset signaalit yhdessä taulukossa. Suunnitelman pohjalta komponenttien väliset yhteydet voidaan ymmärtää ja toteuttaa itse ohjaus- ja tiedonkeruujärjestelmä. Testipenkin toteutuksen seuraavat vaiheet ovat sen kokoonpano sekä ohjaus- ja tiedonkeruujärjestelmän sovelluksen ohjelmointi. Testipenkin täyden toiminnan toteuttamiseen vaaditaan kuitenkin lisää yksityiskohtia komponenteista, kuten invertterin CAN-viestit tai komponenttien konfiguroinnit. Näitä ei sisällytetty työhön, koska tiedot eivät ole julkisia vaan saatavilla ainoastaan komponenttien dokumentaatiosta.