Hydraulik im Bot

[oberallgeier]

... Lenkung ... Hydraulikzylinder mit ca. 1000 kN ... ... Schluckvolumen von 32 l/min ... ca 54km/h, das Fahrzeug ... auf 30 km/h ausgelegt ...
... Seht ihr in dieser Auslegung auf den ersten Blick Probleme ?

Einiges hatte ich oben angemerkt, aber meine Meinung sehe ich nicht als Evangelium an! Trotzdem - so auf den ersten Blick:

1000 kN zum Lenken - hmmmm, rechne ich da richtig, dass der Lenkzylinder Ø 200 mm hat? (1000 kN ~ 100 to, bei 340 bar => ca 300 cm²) Kann das Lenkgestänge diese Kräfte denn ab? Oder ist da irgendwo ne Null oder so zu viel? Ich denke Ø 200 mm gibt schon nen Zylinder für ein Schleusentor Main.

Max. Fahrgeschwindigkeit 54 kmh, auf 30 kmh ausgelegt. Wie ist das mit dem TÜV geregelt? Ist das Fahrzeug straßentauglich? Gibts dazu ne TÜV- und Behördenzulassung - für die 54 kmh? Oder glaubt der TÜV an die Disziplin des Fahrers . . ."

[michiE]

Der Zylinder ist tatsächlich überdimmensioniert ohne Ende, aber er liegt bei einem Sponsor im Keller, somit ist es die günstigste Möglichkeit für uns. Das Lenkgestänge wird gerade entworfen und wird darauf ausgelegt werden diese gigantischen Kräfte aufzunehmen. Die genauen Maße des Zylinders kann ich dir leider erst Montag Mittag herrausfinden, werde sie dann aber hier posten. Ebenso den Entwurf des Lenkgestänges.

Das Fahrzeug ist keinesfalls für den Straßenverkehr gedacht. Vielmehr handelt es sich um ein autonomes Rettungs- und Hilfeleistungsfahrzeug, welches teilautonom Brände bekämpfen und Strukturen in brennenden Tunnels kühlen kann um das Abplatzen von Betonteilen zu verhindern und den Einsatzkräften einen sicheren Rückweg freizuhalten. Außerdem wird es zum Transport von Sandsäcken und Material in unwegsamem Gelände eingesetzt. Hierfür braucht es keine Straßenzulassung. Obwohl der Bot generell alle Anforderungen für eine Straßenzulassung erfüllt (zumindest bis 20 km/h Beleuchtung, Bremse, ...) fehlen 2 entscheidende Dinge: Eine mechanische Verbindung zu einem Lenkrad und einem Bremspedal/Gaspedal, sowie eine gültige EMV-Prüfung. Im ferngesteuerten Betrieb können wir unser Fahrzeug auf bis zu 10km Entfernung mit einem xbox controller fernsteuern, im autonomen Betrieb interessiert die Disziplin des Fahrers bei der Wahl der Fahrzgeschwindigkeit noch weniger Die Begrenzung auf 30 km/h ist aus reinen Gewissensgründen. Wenn, egal ob ferngesteuert oder autonom irgend etwas schief geht ist eine Geschwindigkeitsbegrenzung direkt im Motorsteuergerät sinnvoll. Wir hatten schon den Fall, dass die Lenkung auf Grund eines simplen Programmierfehlers bei relativ zügiger Fahrt den Vollausschlag rechts ansteuerte. Zu diesem Zeitpunkt befanden sich Teammitglieder auf dem Fahrzeug die einen der 6 Notschalter drücken konnten, durch die schnelle und enge Kurve jedoch fast vom Fahrzeug gefallen wären. Mit dem TÜV , oder eher DEKRA haben wir nur bei den Wettbewerben zu tun, wenn es um die Haftpflichtversicherung für so ein großes autonomes Fahrzeug während den Wettbewerben geht.

[HeXPloreR]

Das ist ja interessant: da setzen sich also tatsächlich Leute drauf um bei einer TESTFAHRT wenn was schief läuft nen Notaus zu drücken ... nach meiner Erfahrung ist ein Notaus fast IMMER erst gedrückt wenn es schon "geknallt" hat. Nichts für ungut, aber ihr solltet diese Technik mal grundsätzlich überdenken.

Wie wäre eine Technik wie sie bei Monstertrucks eingesetzt wird: Dort wird mit einem fehlenden Signal von einer Fernsteuerung der Notaus ausgelöst und trennt dann direkt die Batterie vom Rest ab um Kurzschluss usw zu vermeiden.

Ich würde mich niemals auf eine Prototypen oder sonstwas setzen - egal wie langsam sich das bewegt - bis es nicht wenigstens ausreichend getestet ist und vielleicht auch wenigstens Versicherungsschutz besteht.

[oberallgeier]

... mit einem fehlenden Signal ... Notaus ausgelöst und trennt dann direkt die Batterie vom Rest ab ...

Das klingt riskant und ist für Hydraulik möglicherweise gefährlich: ohne Hilfsenergie können Antriebe nachgeben, z.B. Ventile aufgehen etc., und dadurch den Schaden erst richtig groß machen. Da bringt eine FMEA zusammen mit Lektüre des Maschinenschutzgesetzes Licht in die Sache, sprich Stop-Kategorie.

Notaus-drücken ist manchmal garnicht so das Problem, viel problematischer kann es sein, nach Aktivieren des Zustandes die Maschine wieder ingang zu setzten. Auch das sollte bedacht werden. Ziemlich gut ist es nach meiner Erfahrung im Testbetrieb immer wieder mal möglichst zufällig (und grad dann, wenn man es vielleicht weniger möchte) den Notaus zu betätigen.

[michiE]

hexplorer: Das System war zu diesem Zeitpunkt gut getestet, allerdings wurde während der Fahrt ein Parameter getestet um "mal kurz was auszuprobieren". Eigentlich sollte der klare Menschenverstand sagen dass man so etwas nicht macht, aber wie das halt so ist ... Wir haben seither allerdings unsere Sicherheitsvorschriften überarbeitet, so wird unter anderem ein ganzes Protokoll von jeder Testfahrt angefertigt, und eine Checkliste der Sicherheitsvorkehrungen abgearbeitet. Der Bot wird normalerweise auch bei sehr geringen Geschwindigkeiten getestet, zwischen 4 und 8 km/h, dabei kann man gemütlich neben dem Bot laufen und auch den normalen Nothalt ganz gut erreichen. Ich selbst teste meine Software allerdings grundsätzlich wenn ich auf dem Bot sitze oder stehe, zumindest bei den erwähnten geringen Geschwindigkeiten. Ich war auch schon in einem Liegestuhl auf einem Anhänger hinter dem Bot beim Testen. Der Grund ist ganz einfach: Das Fahrzeug ist gefährlich genug um auf keinen Fall unsichere Software darauf testen zu wollen. Es wird also jede Software zunächst bei ausgekuppeltem Antrieb getestet. Hierbei dreht sich der Motor und die Reaktionen des Fahrzeugs werden korrekt getestet, ohne dass sich das Fahrzeug selbst unkontrolliert bewegt. Je nach Geschwindigkeit kann bei einem solchen Test das Fahrzeug geschoben, oder von einem Fahrzeug mit Anhängerkupplung gezogen werden.

Wir haben durchaus eine möglichkeit einen Nothalt auf zwei Arten ferngesteuert auszulösen: Zum einen per Handtaster, zum anderen über die Verbindung pber die auch ferngesteuert werden kann. Hierbei handelt es sich um eine redundaten W-Lan Verbindung mit Hilfe von 2 APs ( redundant, ein Nothalt wird auch bei Abbruch einer der Verbindungen automatisch ausgelöst). Dazu gehört auch, dass die Bremse pneumatisch offen gehalten wird. Bisher ( beim elektrischen Antrieb) wird im Falle eines Nothalt die Energie des vom Motor erzeugten Stroms vom Bremswiderstand verheizt, zusätzlich fällt über ein Magnetventil der Druck auf dem Bremssystem ab, sodass sowohl Betriebsbremse als auch Handbremse angezogen werden. Beim hydraulischen Antrieb soll der Motor mit Hilfe eines Bypasses direkt auf freilauf geschalten werden, ich denke die beiden Bremssysteme reichen auch so zum Abbremsen.
Wird der Notaus wieder gezogen ist das Fahrzeug sofort wieder einsatzbereit und kehrt in den ursprünglichen Betriebszustand zurück. Es beschleunigt sanft sobald der Bremsdruck wieder hergestellt ist. Die Stromversorgung zu den Servern, Steuergeräten und zur Funktechnik wird hierbei nie unterbrochen. Für den eingebauten Stromerzeuger gibt es jedoch auch einen getrennten Nothalt, welcher neben dem Stromerzeuger auch den Antrieb mit abschält. Dieser ist allerdings nur direkt am Fahrzeug erreichbar. Außer den Notschaltern existiert noch ein Schlüsselschalter, der den Antrieb deaktiviert. Das Fahrzeug kann zum Testen und daran Schrauben gestartet werden, aber das komplette 400V-System bleibt stromlos.

Der Notaus wurde schon zur genüge in allen auch nur erdenklichen Situationen gedrückt Er hätte uns bei einem Wettbewerb sogar fast das Genick gebrochen. Beim euRathlon 2013 sind wir bei der Tunnelerkundung gegen eine große Mülltonne gestoßen und haben uns dabei unter anderem den Nothalt gedrückt. "Die beiden Notschalter vorn setzen wir leicht nach hinten versetzt an die Ecken, da werden sie nicht aus Versehen gedrückt." Ja, aber nur wenn vom Hindernis nichts absteht. In diesem Moment sind wir manuell gefahren, deshalb wurde das Hindernis im dichten Rauch nicht erkannt. Der eigentliche Grund für den Abbruch der Aufgabe an dieser Stelle waren jedoch Probleme mit dem Lenkungssteuergerät, welches zum damaligen Zeitpunkt etwas EMV-anfällig war und durch die Störungen durch den Antriebsmotor, verursacht durch den plötzlichen Lastanstieg bei der Kollision, gepaart mit der Tatsache, dass der Motor versuchte 15kW aus einem minderwertigen Billig-Stromaggregat zu ziehen gnadenlos ausgestiegen ist und sich auch per remotezugriff nicht neu starten lies.

[edit:] oberallgeier hat recht: Einer der ersten Nothalte ging ziemlich kritisch aus: Das Fahrzeug befand sich auf einer Steigung als der Frequenzumrichter durch falsche Parametrierung überlastet wurde. In diesem Fall trennt der Umrichter die Verbindung zum Motor komplett, sodass dieser gar nicht gebremst wird. Da in dieser Form der Notabschaltung zum damaligen Zeitpunkt die Bremse noch nicht angezogen wurde endete diese Notabschaltung in einer extrem gefährlichen Situation. Der Bot rollte mit ca 20 km/h rückwärts die schiege Ebene hinunter und wurde auf einer Wiese gebremst. Wir rechneten bereits mit diesem Verhalten, sodass nichts weiter passiert ist, jedoch bestätigt dies, dass eine Komplettabschaltung im Falle eines Nothalts eine katastrophale Idee ist.

[michiE]

Neuigkeiten zum Zylinder: Du hattest recht, das Ding ist deutlich überdimensioniert, ich bin gerade dran einen kleineren zu organisieren. Der Hub wird ca 100 mm betragen, Gesamtlänge 250mm + Befestigungen, Kraft wird gleich gemessen, damit kennen wir dann auch den Durchmesser

[michiE]

Hallo zusammen,

entschuldigt bitte, dass ich mich jetzt erst melde. Es gab leider einige Verzögerungen durch die Finanzierung des Ganzen.
Wir mussten aus Kostengründen leider auf eine Hydraulikpumpe verzichten, vielen Dank trotzdem für eure tolle Hilfe hier.
Der Umbau ist jetzt abgeschlossen und funktioniert soweit klasse.

Statt der Hydraulik haben wir das gleiche in Pneumatik realisiert, da ein großer Kompressor (10 Bar) bereits auf dem Fahrzeug vorhanden war.
Die Lenkung besteht aus einem Lenkgestänge, welches von 2 Pneumatikzylindern nach rechts und links gedrückt wird. Diese wasser- und staubdichten Zylinder sind genau gegenläufig zueinander befestigt, drücken also gegeneinander. Die Verschaltung sieht so aus, dass beim Drücken in eine Richtung jeweils die Kammern auf der gleichen Seite mit Druck beaufschlagt werden, während die andere Seite geöffnet wird. Im Stillstand sind beide Seiten beider Zylinder mit je 10 Bar beaufschlagt. So ist es laut den bisherigen Test sogar möglich in einem spitzen Winkel über einen Randstein zu fahren, ohne, dass die Lenkung sich selbstständig bewegt. Die Kosten für Zylinder, Ventile, Schläuche, Anschlüsse, das Lenkgestänge mit Lagern und einen weiteren Presslufttank beliefen sich auf ca. 1600€. Realisiert war der Umbau nach abgeschlossener Planung in 2 Wochen abendlicher Arbeit in der Werkstatt.
Die Regelung der Lenkung funktioniert mit Hilfe magnetischer Kolben und Halsensoren an den Zylindern recht gut, wie genau das Ganze endgültig regelt kann ich allerdings erst sagen sobald wir die Spur ordentlich eingestellt haben, da hat bisher die Zeit gefehlt.

Ein Video der Funktion des Ganzen folgt in Kürze (vermutlich irgendwann kurz nach dem 4.11.2014, wenn wir wieder einen größeren Praxistest hinter uns haben. Beil letzten Teslauf dachte leider keiner ans Filmen)

Falls Fragen auftauchen sollten werde ich gerne Bilder des Ganzen veröffentlichen.

Viele Grüße und vielen Dank
Michi