Zur Rad-Boden-Interaktion unter extremen Bedingungen (WSI-EC)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Grabe
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547783223

Anders als bei der Fahrzeugmobilität auf der Straße bildet die Interaktion zwischen Rädern und Boden einen Eckpfeiler, der die Leistung und Sicherheit von Geländefahrzeugen maßgeblich beeinflusst. Von Baustellen und landwirtschaftlichen Feldern bis hin zu Offroad-Strecken und außerirdischen Landschaften: Die Dynamik der Boden-Rad-Interaktion beeinflusst die Traktion, Manövrierfähigkeit, Energieeffizienz und Gesamtstabilität des Fahrzeugs. Die Bewegung der Räder auf lockerem, körnigem Boden ist aufgrund des unterschiedlichen Schlupfverhaltens der Räder anders als bei Straßenfahrzeugen. Aus diesem Grund sind herkömmliche kinematikbasierte Lenkmodelle für Straßenfahrzeuge nicht auf Geländefahrzeuge anwendbar, insbesondere wenn sie sich über lockeren Boden bewegen. Ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs) erweitern die Dimensionen der Boden-Rad-Interaktion weiter. ROVs sind wichtige Werkzeuge für die Erkundung gefährlicher, unzugänglicher oder außerirdischer Umgebungen. Diese Fahrzeuge werden oft aus der Ferne betrieben und ermöglichen so die Erkundung und Datenerfassung an Orten, an denen der direkte Zugang für den Menschen schwierig oder gefährlich ist. Im Kontext der Boden-Rad-Interaktion erhält die Herausforderung, die Traktion aufrechtzuerhalten, Schlupf zu verhindern und Stabilität zu gewährleisten, eine neue Dimension, wenn ROVs zum Manövrieren unter extremen Bedingungen wie abschüssigem Gelände eingesetzt werden oder unter Wasser. In solchen Fällen spielen Steuerungsstrategien eine entscheidende Rolle bei der Optimierung des Fahrzeugs Verhalten als Reaktion auf die dynamische Boden-Rad-Interaktion. Durch Echtzeiterfassung, Datenverarbeitung und Betätigung können Steuerungssysteme Parameter wie Drehmomentverteilung und Lenkung anpassen Winkel und Bremsen, um Schlupf zu mildern, die Traktion zu verbessern und ein Umkippen zu verhindern. Die Kernidee dieses Forschungsvorhabens besteht darin, ein numerisches Modell zu entwickeln, das die genaue Kinematik eines Rovers, der auf losem Sand fährt, simuliert und Erkenntnisse über das lose Rad gewinnt Sandinteraktionen, um eine heuristisch-basierte Traktionskontrollstrategie (TCS) zu entwickeln. Die erfolgreiche Implementierung dieses TCS im numerischen Modell kann zur Verbesserung der Fähigkeiten von ROVs unter extremen Bedingungen beitragen, ohne dass sehr teure physische Prototypen erforderlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Terrestrial 3D laser scanner with integrated HDR camera
• Gerätegruppe: 5750 Spezielle Laser-Mess-Systeme (z.B. Laser-Doppler-Vibrometer)