Jopa viidenneksen polttoainesäästö

Ahopellon mukaan pyöräkuormaajan polttoaineenkulutusta voisi vähentää 11-22 prosenttia.

Tällaista pyöräkuormaajaa käytettiin polttoainetesteissä. Kuva Miikka Ahopellon väitöskirja.

Diplomi-insinööri Miika Ahopelto on tutkinut Tampereen yliopistolla liikkuvien työkoneiden ohjausjärjestelmäarkkitehtuuria. Niiltä vaaditaan yhä enemmän, kun automaatio kasvaa. Väitöskirjaansa varten Ahopelto muun muassa integroi modulaarisen tehonhallintajärjestelmän osaksi järjestelmäarkkitehtuuria. Näin dieselmoottorin pyörimisnopeus pieneni ja polttoaineen kulutus väheni. Koneen kokonaishyötysuhde toimi paremmalla alueella. Pyöräkuormaajassa esitetyllä järjestelmällä saavutettiin 11-22 prosentin polttoaineensäästö verrattuna alkuperäiseen koneeseen. Polttoaineen säästö riippui vertailtavasta työsyklistä ja saavutettiin ohjaustavan muutoksella muuttamatta koneen komponentteja.

Liikkuvissa työkoneissa, kuten pyöräkuormaimissa, metsäkoneissa tai kaivoskoneissa automaatioasteen kasvu ja polttoainetaloudellisuus asettavat uusia haasteita työkoneen järjestelmien hallintaan ja signaalien reitittämiseen. Etenkin ennen kuin siirrytään täysin autonomisiin koneisiin, täytyy työkoneiden ohjausjärjestelmien mukautua erilaisiin ohjaustapoihin.

Ahopellon tutkimuksessa on kehitetty ja vertailtu ohjausjärjestelmäarkkitehtuuria, jota voidaan hyödyntää niin polttoaineen taloudellisuutta parantavassa tutkimuksessa kuin autonomisuutta lisäävien toimintojen kehittämisessä. Etenkin erilaiset toimintamoodit ja tilat asettavat haasteita sille, kuinka työkoneen ohjauksen tulee mukautua vallitseviin olosuhteisiin. Autonomisessa ajossa on tärkeää tietää järjestelmän vasteet ja pystyä seuramaan tarkasti annettua ohjausta. Perinteisesti kuljettajan ajaessa korostuu ajotuntuma.

CAT C4.4:n polttoaineenkulutus (fuel consumption), vääntömomentti (torque) ja pyörimisnopeus (RPM). Punainen viiva osoittaa koneen maksimivääntöä. Kuva Miikka Ahopellon väitöskirja.

Työssä keskityttiin lähinnä alemman tason ohjausjärjestelmään, jota tarvitaan koneen komponenttien ja alijärjestelmien sulavaan ohjaukseen. Näitä järjestelmiä ovat esimerkiksi dieselmoottori, työhydrauliikka tai hydrostaattinen ajovoimansiirto, joiden toiminta vaati antureiden ja toimilaitteiden käyttöä.
– Tulevaisuudessa vaatimukset ohjauksen mukautuvuudesta tulevat korostumaan autonomisten toimintojen lisääntyessä etenkin työtehtävissä, joita ei taloudellisesti tai teknisesti ole järkevää toteuttaa kokonaan autonomisesti, Ahopelto sanoo.

Ahopellon hydrauliikan ja automaatiotekniikan alaan kuuluva väitöskirja ”Towards Automation and Improved Fuel Economy with System Architecture Design of a Non-Road Working Machine” on tehty osana älykkäiden koneiden tutkimusta ja tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 29.11.2019 klo 12 alkaen Konetalon salissa K1702, Korkeakoulunkatu 6. Vastaväittäjinä toimivat  professori Kari Tammi Aalto-yliopistosta ja professori Juha Pyrhönen Lappeenrannan yliopistosta, sekä kustoksena professori Kalevi Huhtala Tampereen yliopistosta.

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1290-9

Lähde: Tampereen yliopisto