Traktordäckstestning för prestanda, effektivitet, säkerhet och körkomfort

Utvecklingen av däck för jordbruksmaskiner är en komplex utmaning. Produkten måste täcka flera driftförhållanden och leverera en rad prestandaegenskaper såsom effektivitet, bränsleeffektivitet, säkerhet och komfort, både på väg och i fält. Provana Group behövde mäta däckens rullomkrets och det relativa slirförhållandet mellan framaxeln och bakaxeln. LEANE tillhandahöll lösningen baserad på Dewesofts datainsamling.

Provana Group är en ledande italiensk återförsäljare av däck för jordbruksmaskiner. Företaget har lång erfarenhet, direkt feedback från användare och en väletablerad relation med stora OEM-tillverkare. Under de senaste åren har Provana, som ett steg framåt i kvalitetsarbetet, investerat i däcktestning för att kunna erbjuda bättre service till sina kunder och OEM-partners.

Kundens problem

Marknadens behov av att testa jordbruksdäck har ökat under de senaste åren. Inom detta område är det dock ännu svårare att få fram bra objektiva testresultat än till exempel för personbilsdäck. Endast ett fåtal experter, främst från OEM-däckindustrin, har den kompetens som krävs för att hantera en testplan och definiera objektiva testprocedurer för att korrekt karakterisera däckens beteende.

Detta fall började för några år sedan när vi hjälpte teamet på Provana Group Innovation testcenter att mäta däckens rullomkrets och det relativa slirförhållandet mellan framaxeln och bakaxeln. Dessa data är avgörande vid val av rätt däckkonfiguration för en traktor.

Det är inte uppenbart för alla att vid framåtkörning i fält behöver framdäcken ha en specifik grad av slirning jämfört med bakdäcken för att uppnå optimal prestanda. Det är mer uppenbart att däckslirningen beror på däckens omkrets för en given traktor med ett visst förhållande i fram-bak drivlinan. Därav behovet av att mäta exakt i verkliga förhållanden, det vill säga med däcken monterade på traktorn.

Mätsystemet

Vår utgångspunkt var ett system för mätning av rullomkrets och fram-bak transmissionsförhållande:

• En SUCHY XPro Nano 25 GPS-sensor/mottagare för mätning av hastighet och sträcka

• Ett par PEISELER hjulenkodrar för mätning av hjulens hastighet

• En DEWESOFT DEWE43A, ett mångsidigt 8-kanals USB-datainsamlingssystem i handformat med bra pris-prestanda för denna typ av applikation

Genom att tillföra viss expertis och skapa en Dewesoft-konfiguration med viss automatisering gav vi våra kollegor på Provana ett enkelt men mycket effektivt verktyg för att snabba upp deras dagliga arbete.

Bland de typiska användningsområdena för stora traktorer finns:

• Arbete i fält, vilket vanligtvis innebär att dra ett redskap

• Vägtransporter, där stora och tunga släp dras i hastigheter över 50 km/h, med en total fordonsmassa som överstiger 40 ton

I sådana scenarier är bränsleeffektivitet och trafiksäkerhet avgörande krav för varje kund. År 2022 stödde Leane Provana i fält genom att utföra testaktiviteter tillsammans med eller på uppdrag av några ledande däck-OEM:er. De genomförde flera testsessioner för att jämföra:

• Olika uppsättningar av släpdäck med avseende på effektivitet vid vägtransport, säkerhet och körkomfort

• Olika uppsättningar av traktordäck med avseende på prestanda och effektivitet i fält

För att få en helhetsbild av dragprestanda, bränsleförbrukning och fordonsdynamik användes ett utökat mätsystem som inkluderade:

En AIC-flödesmätare för bränsleförbrukning

• En lastcell för mätning av dragkraft

• Ett par PEISELER-enkodrar för mätning av hjulhastighet

• En termoelementgivare, via DSI-TH-adapter, för övervakning av växellådsoljans temperatur

• Ett Suchy Data System GPS+IMU, via CAN, för mätning av traktorns hastighet och rörelsevariabler

Samt, för objektiv analys av släpets fordonsdynamik:

• Accelerometrar, z-axel, på släpaxeln

• En Genesys GNSS IMU-sensor, ADMA Speed, via Ethernet, för mätning av släpets rörelsevariabler och sidoslipsvinkel

DEWE-43 visade sig vara ett bra val. Den får enkelt plats i traktorns hytt och dess breda utbud av analoga och räknarkanaler samt två CAN-portar är idealiskt för denna applikation..

Mätningarna

På denna typ av stora maskiner är installationen av sensorer, datainsamlingssystemet och förberedelsen av mätuppställningen i sig en utmaning:

• Sensorinstallation är ofta komplicerad på alla typer av fordon, men storleken och massan hos traktorer och deras redskap medför ytterligare svårigheter

• Säker dragning av långa kablar från sensorer på släpet till datainsamlingssystemet

• Begränsat utrymme för mätutrustning i traktorns hytt

• En tuff miljö som utrustningen måste fungera i

För att förhindra att sidokrafter påverkar dragkraftens lastcell använde vi en specialdesignad hållare för att hysa lastcellen och dragpinnen. Denna utrustning väger flera tiotals kilogram och måste hanteras försiktigt av två personer under installationen.

Dessutom är det inte gjort på några minuter att byta släp- eller traktordäck. Även stabilisering och finjustering av däcktrycket är inte lika snabb och enkel som på personbilar.

Vi valde ett litet flygfält som testområde för att utvärdera fordonsdynamik, komfort och bränsleförbrukning för traktorn och släpet. Med hjälp av Dewesofts virtuella Polygon-plugin definierade vi några referenspunkter. Dessa skapade virtuella start- och stoppgränser som avgränsade mätområden för coast-down, förbrukning, komfort och hanteringstester.

Dessa gränser säkerställde att samma test utfördes på samma del av banan, vilket gav bättre reproducerbarhet, något som är avgörande för att analysera små skillnader mellan olika däck eller fordonskonfigurationer. Den totala bränsleförbrukningen påverkas av många externa faktorer som gör en objektiv utvärdering av däckens påverkan mycket svår. Vi utvecklade vårt testprotokoll för att hantera dessa faktorer och lade särskild vikt vid:

• uppvärmning av fordonet, motor och transmission, däck

• kontroll av däcktemperatur och finjustering av däcktryck

• övervakning av omgivningsförhållanden, lufttemperatur, vägtemperatur med mera

• upprepning av tester under olika miljöförhållanden

Följande anonymiserade exempelresultat visar en tydlig påverkan av däckuppsättningen på dragkraftsvärdena. Till exempel mättes släpets totala motståndskraft vid olika hastigheter, med en begränsad påverkan av hastighetsvariation.

Vid analys av den totala bränsleförbrukningen för hela fordonskombinationen såg vi att däckens påverkan, rullmotståndet, är relativt liten jämfört med hastighetsvariationens effekt. En skillnad på bara några procent i bränsleförbrukning kan dock vara betydelsefull för kostnaden av maskinens drift.

När det gäller fordonsdynamik kunde vi genomföra både subjektiva och objektiva tester på den 30 meter breda raksträckan. Detta gav oss konsekvens i bedömningen av olika däckspecifikationer under normala och högdynamiska nödsituationer.

Vår test- och utvärderingsprocess var endast i ett tidigt skede. Vi fann dock vissa samband mellan våra subjektiva bedömningar och relevanta objektiva mätvärden kopplade till sidoslipsvinkeln. Dessa gjorde det möjligt för oss att ta fram en meningsfull rangordning av de testade däckspecifikationerna, även ur ett fordonsdynamiskt perspektiv.

När vi flyttade testerna från väg till fält låg fokus helt på traktordäcken. Sensoruppsättningen förändrades inte mycket jämfört med den tidigare applikationen, förutom att vi inte hade kanaler från släpsensorerna, accelerometrarna och ADMA. Vi använde en annan lastcell för att mäta dragkraften, installerad på en specialbyggd dragstång. I detta fall är infästningen också specifikt utformad för att applicera en ren axiell kraft på lastcellen.

Traktorn utrustad med de däck som testas drar en annan traktor som fungerar som en bromsande last. Hastigheten för båda traktorerna regleras så att bromseffekten från den bogserade traktorn gradvis ökar, vilket leder till en ökning av däckens slirförhållande. Slutresultatet är en typisk kurva som beskriver dragkraften som en funktion av däckens slirning.

Lätt att säga i teorin, men inte så enkelt att genomföra i praktiken. Som alltid ligger svårigheterna i detaljerna, man måste ta hänsyn till många faktorer för att få bra resultat.

För att exakt beräkna slirförhållandet krävs en inledande kalibrering av hjulhastigheten utan dragbelastning före test av varje däckuppsättning. Denna kalibrering är enkel att utföra med Dewesoft-programvaran genom att använda matematikkanaler och grundläggande statistik för att medelvärdesbilda data från hjulenkodrar och GPS över en fördefinierad sträcka.

Kalibreringsfaktorn beräknas online i slutet av medelvärdesfönstret och dess värde sätts sedan i en användarinmatningskanal. Denna procedur ger ett enkelt sätt att justera hjulhastigheten från enkodrar utan att lämna mätläget, ingen växling mellan mätläge och inställningsläge behövs.

Efter kalibreringen flyttas traktorn till det i förväg förberedda fältet. Genom att bearbeta det översta jordlagret några centimeter erhölls en relativt mjuk testyta, så jämn som möjligt. Vissa karakteristiska parametrar för marken behöver också mätas, förutom jordens sammansättning och struktur är en avgörande parameter för jämförbara resultat fuktighetsnivån.

Under testet mäter och medelvärdesbildar vi hastigheter, kraft, slirförhållande och bränsleförbrukning över en fördefinierad sträcka för att filtrera variationer som är typiska för fältarbete. Efter varje intervall ökar vi dragkraften genom att gradvis sänka hastigheten på den bogserade traktorn.

Denna körning täcker det önskade området av dragkraft och slirförhållande, vilket naturligtvis beror på traktorns belastning och markförhållanden. Allt är inte möjligt. Erfarenheten hos en OEM-testexpert visade sig vara avgörande för att hitta rätt parametrar för fordonskombinationen, såsom viktfördelning, arbetshastighet och transmissionsförhållande.

Sist men inte minst är fältet inte oändligt, vi behövde vända och ändå alltid köra på “ren” mark, utan att köra över samma spår två gånger.

Vår testprocedur sattes enkelt upp i Dewesoft-programvaran med hjälp av matematikkanaler och grundläggande statistik som triggas av lokala koordinater eller via manuell omkopplare och körd sträcka. En glidande indikator visar positionen i förhållande till målsträckan för medelvärdesbildning. En X-Y-graf möjliggör visuell kontroll i realtid och övervakning av den pågående testets dragkraftskurva.

Vi kompletterade Dewesofts mät- och analysfunktioner genom att utveckla dedikerade Python-skript i vår Garage Lab-miljö för att hantera dataanalys, arbeta med polynomapproximationer, beräkna objektiva mätvärden och förbereda data för aggregerad analys.

Garage Lab-miljön kan startas manuellt eller från Dewesoft Sequencer för att automatisera dataanalysen, till exempel genom att bearbeta den senaste testfilen eller en batch av testfiler. Detta ger en enkel lösning för testautomatisering och analys.

Slutsats

Vid slutet av dagen var Provana-teamet mycket nöjda med sina resultat och också lite stolta över det utförda arbetet. Och vi på Leane var också nöjda, stolta över att bidra till deras framgång.

Som alltid fanns det mycket att lära genom att arbeta praktiskt:

• att ta reda på hur logistiken ska hanteras,

• hur testerna ska genomföras,

• vilken sensoruppsättning som är lämplig,

• hur sensorerna ska installeras,

• hur datainsamlingen ska hanteras på enklast möjliga sätt för operatören i traktorn,

• hur testdata ska bearbetas, etc.

Efter att ha övervunnit dessa utmaningar vet vi var vi kan förbättra oss ytterligare. Det finns fortfarande mycket att lära, men vi vet att vi har en stabil grund för kommande testkampanjer och har fått större förtroende för vår utrustning och våra metoder.