<p>Good comfort for the driver of a construction machine is crucial. Gearshift comfort is an important part of the total comfort. Volvo Construction Equipment Components has a simulation environment of the powertrain, SimPow, which is implemented in Matlab/Simulink. SimPow is mostly used for simulation of control strategies and performance. In order to be able to study gearshifting comfort, Volvo has an interest in developing new models for SimPow. The purpose of this thesis work is to build complementing models for SimPow, and evaluate what modifications are needed in order to be able to study gearshifting comfort. The work is limited to study only movement in the longitudinal direction and for one vehicle - the Wheel Loader L150E. The models are implemented in Simulink. The complementing models are of two kinds: – Models of the vehicle. The bodies, vehicle frame and cabin are considered as rigid bodies. Elements consisting of springs and dampers, insulators, are connecting frame and cabin. Driving forces from the wheels results in acceleration (longitudinal, vertical and rotational) and jerk for the center of gravity of the vehicle frame. The acceleration of the frame gives rise to forces in the insulators, connecting frame and cabin. These forces accelerates the cabin and the driver. – Longitudinal models of the wheels. Torque from the powertrain gives rise to a longitudinal force, driving force, in the contact patch between ground and tire. The conclusion from the evaluation shows that a longitudinal model of the wheels is needed. Further, it is considered sufficient to study and measure the longitudinal acceleration of the frame. Therefore, the models of the vehicle are not needed.</p>

Detta examensarbete utgår från en egen idé och har inte genomförts i samarbete med ett företag eller annan uppdragsgivare. På grund av detta har arbetet varit mycket fritt, vilket har gjort vikten av eget ansvar större. En lösning för att hänga upp cyklar på barnvagnar är något som fattas på marknaden. Det kan tänkas vara ett litet problem, men en lösning borde ändå finnas tillgänglig.  Eftersom det finns så pass många olika varianter av barnvagnar har detta arbete fokuserats mot att konstruera en cykelhållare som passar till en typ av barnvagnar. En prototyp har också byggts för att utföra tester på. Som metod har Fredy Olssons Primär- och Principkonstruktion använts. Detta då den passar uppgiften väl och för att det är en metod som vi studenter har använt tidigare, i liknande kurser.

Good comfort for the driver of a construction machine is crucial. Gearshift comfort is an important part of the total comfort. Volvo Construction Equipment Components has a simulation environment of the powertrain, SimPow, which is implemented in Matlab/Simulink. SimPow is mostly used for simulation of control strategies and performance. In order to be able to study gearshifting comfort, Volvo has an interest in developing new models for SimPow. The purpose of this thesis work is to build complementing models for SimPow, and evaluate what modifications are needed in order to be able to study gearshifting comfort. The work is limited to study only movement in the longitudinal direction and for one vehicle - the Wheel Loader L150E. The models are implemented in Simulink. The complementing models are of two kinds: – Models of the vehicle. The bodies, vehicle frame and cabin are considered as rigid bodies. Elements consisting of springs and dampers, insulators, are connecting frame and cabin. Driving forces from the wheels results in acceleration (longitudinal, vertical and rotational) and jerk for the center of gravity of the vehicle frame. The acceleration of the frame gives rise to forces in the insulators, connecting frame and cabin. These forces accelerates the cabin and the driver. – Longitudinal models of the wheels. Torque from the powertrain gives rise to a longitudinal force, driving force, in the contact patch between ground and tire. The conclusion from the evaluation shows that a longitudinal model of the wheels is needed. Further, it is considered sufficient to study and measure the longitudinal acceleration of the frame. Therefore, the models of the vehicle are not needed.

<p>The graduation essay has been carried out in co-operation with Kalmar Industries in Lidhult, Sweden. The purpose of our essay was to develop a complete construction solution on a hoist that could lift a laying wheel, lift it up and then turn it 90 degrees. After that the wheel shall be placed in a special holder.</p><p>The background of the essay is a record of reports of damage wheels when they been incorrect lifted with a forklift. The hoist shall be used together with the same forklifts that manage the wheels today. </p><p>Together with our instructor at Kalmar Industries we developed a requirement specification and from that we got free hands.</p><p>However this was not the main task from the beginning, then a simular hoist should be develop but used directly in the assembly workshop without using a forklift.</p><p>We started to find principle solutions that later was evaluated against the requirement specification. The best proposals were analyzed by hand and in Catia V5: s FEM-module.</p><p>After a couple of bettering proposal it resulted in a tenable solution. </p><p>Drawings, component specification and a risk analyze was made to finally have a complete solution.</p><p>Kalmar Industries decided to order material and manufacture the construction. The benefits with our construction compared to the daily solution are decreased risk of person injury, equipment-, and wheel damage. Our essay resulted in a complete construction ready to use.</p>

The graduation essay has been carried out in co-operation with Kalmar Industries in Lidhult, Sweden. The purpose of our essay was to develop a complete construction solution on a hoist that could lift a laying wheel, lift it up and then turn it 90 degrees. After that the wheel shall be placed in a special holder. The background of the essay is a record of reports of damage wheels when they been incorrect lifted with a forklift. The hoist shall be used together with the same forklifts that manage the wheels today. Together with our instructor at Kalmar Industries we developed a requirement specification and from that we got free hands. However this was not the main task from the beginning, then a simular hoist should be develop but used directly in the assembly workshop without using a forklift. We started to find principle solutions that later was evaluated against the requirement specification. The best proposals were analyzed by hand and in Catia V5: s FEM-module. After a couple of bettering proposal it resulted in a tenable solution. Drawings, component specification and a risk analyze was made to finally have a complete solution. Kalmar Industries decided to order material and manufacture the construction. The benefits with our construction compared to the daily solution are decreased risk of person injury, equipment-, and wheel damage. Our essay resulted in a complete construction ready to use.

<p>Det finns flera olika metoder att väga ett tåg samt att detektera hjulskador såsom hjulplattor då ett tåg är i drift. I dagsläget används töjningsgivare som monteras på rälen och som kalibreras efter en statisk last. Kalibreringen går till så att ett tåg med känd last sakta passerar över givaren. Detta arbete avser att studera hur eventuella dynamiska effekter påverkar sådana mätningar. Dessa mätmetoder ska undersökas för att få reda på hur tillförlitliga de är. </p><p>Olika FEM-simuleringar utförs för att undersöka de dynamiska effekterna. Dels studeras en konstant åkande kraft och dels studeras en åkande kraft bestående av en konstant och en harmonisk (sinusvarierande) del. Skjuvspänningsfördelningen i rälen bestäms och den kan sedan räknas om till tvärkraft, varefter den passerande lasten kan beräknas. Rapporten behandlar även simuleringar av hjulplattor, vågutbredning, kontakttider samt hur en last med varierande frekvens och hastighet påverkar sådana mätningar. </p> / <p>Several different methods to weigh railway trains and to detect wheelflats are in use. One method make use of strain gauges calibrated with a static load. This means that a train with a known axle load slowly passes the gauge that is calibrated. The work presented here aims at studying how dynamic train/track interaction influences the shear stress in the rail. </p><p>Different FEM-analyses have been performed to study this. On the one hand analyses with a constant force travelling along the rail have been performed and on the other hand a travelling force that consists of a constant part and a harmonic part was used. The shear stress distribution in the rail gives the possibility to calculate the magnitude of the travelling force passing the gauge. The report also deals with detecting wheelflats, that is, detecting when an impact load hits the rail.</p>

In many products a compromise between ground clearance and the required space to store the product has to be made. This problem attracted the attention of the authors of this thesis.The objective of this project is to develop a functioning solution to a foldable wheel. The solution should be applicable to several types of product groups. A limitation for this work has been made so that the work only covers solutions for lighter vehicles.The purpose is to drive this project forward, so that a solution can be found. Furthermore the purpose of the report is to clarify how the authors proceeded to design and construct the wheel according to a fixed specification. The authors of this project also wishes to develop their knowledge within the field of product development.Set-Based Concurrent Engineering (SBCE) has been used as the underlying method on which this work was based. The work started with a preliminary study. Relevant specifications was established using the results from the study. The specifications was given a rang by the use of pairwise weighting, then a QFD was made using said requirements.The wheel was divided into three different areas. Solutions was developed to problems within each area, independently of one another. The project underwent three concept stages and three screening stages. During the third screening a final concept was chosen for further development.Strength simulations was performed in Solid Works, by using the results from the simulations adjustments to the design could be made.The authors succeeded in developing a wheel capable of a volume reduction by 70 %. When the wheel is dimensioned to fit an ordinary bike it weighs about 2.5kg and can take a radial load of over 1 000N. The final concept is called Arcas and is made up of four sections of a specially developed flexible arc-solution. The arc-solution enables the wheels curved surfaces to be straightened out when the wheel is about be stored.The authors consider that they have developed the knowledge in product development and also improved their ability to handle loose defined projects. It should be possible to further reduce the volume up to levels around 80 %. A detailed FEM analysis of the components should be of use. / Hos många produkter måste en kompromiss göras mellan markfrigång och krävt förvaringsutrymme. Detta problem uppmärksammades av författarna till denna uppsats.Målet med detta projekt är att är att ta fram en fungerande hjullösning på ett hoppfällbart hjul. Lösningen ska gå att applicera inom olika produktgrupper, dock har arbetet begränsats till att endast omfatta lösningar till lättare fordon.Syftet är att driva projektet framåt så att en lösning på problemet hittas. Vidare är syftet med rapporten att redogöra för hur författarna gått tillväga för att designa och konstruera hjulet enligt satta kriterier. Författarna vill även fördjupa sina kunskaper inom produktutveckling.Set-Based Concurrent Engineering (SBCE) har använts som övergripande metod i detta arbete. Arbetsprocessen började med en förstudie. Relevanta krav på produkten upprättades baserade på genomförd förstudie. Kraven viktades genom parvis viktning och en QFD upprättades med dessa krav. Hjulet delades upp i tre olika områden. Lösningar togs fram på problem inom de tre områdena oberoende av varandra. Projektet genomgick tre stycken konceptfaser och tre stycken sållningar. Vid den tredje sållningen valdes ett slutkoncept att arbeta vidare emot.Hållfasthetssimuleringar utfördes sedan i Solid Works, med hjälp av resultaten på dessa kunde justeringar av designen utföras.Författarna lyckades att ta fram ett hjul kapabelt av en volymminskning med 70 %. Då hjulet är dimensionerat för att passa en vanlig cykel väger det ca 2.5kg och klarar av en radiell last på över 1 000N. Det slutgiltiga konceptet heter Arcas och består av fyra sektioner av en speciellt utvecklad flexibel båglösning. Båglösningen tillåter hjulets krökta ytor att rätas ut när hjulet skall förvaras.Författarna anser sig ha fördjupat sina kunskaper inom produktutveckling och framförallt förbättrat förmågan att hantera projekt med lösa ramar. Det borde vara möjligt att öka graden av hoppfällning så att volymminskningen kommer upp i nivåer kring 80 %. En ingående FEM-analys på ingående komponenter skulle vara användbar.

Det finns flera olika metoder att väga ett tåg samt att detektera hjulskador såsom hjulplattor då ett tåg är i drift. I dagsläget används töjningsgivare som monteras på rälen och som kalibreras efter en statisk last. Kalibreringen går till så att ett tåg med känd last sakta passerar över givaren. Detta arbete avser att studera hur eventuella dynamiska effekter påverkar sådana mätningar. Dessa mätmetoder ska undersökas för att få reda på hur tillförlitliga de är. Olika FEM-simuleringar utförs för att undersöka de dynamiska effekterna. Dels studeras en konstant åkande kraft och dels studeras en åkande kraft bestående av en konstant och en harmonisk (sinusvarierande) del. Skjuvspänningsfördelningen i rälen bestäms och den kan sedan räknas om till tvärkraft, varefter den passerande lasten kan beräknas. Rapporten behandlar även simuleringar av hjulplattor, vågutbredning, kontakttider samt hur en last med varierande frekvens och hastighet påverkar sådana mätningar. / Several different methods to weigh railway trains and to detect wheelflats are in use. One method make use of strain gauges calibrated with a static load. This means that a train with a known axle load slowly passes the gauge that is calibrated. The work presented here aims at studying how dynamic train/track interaction influences the shear stress in the rail. Different FEM-analyses have been performed to study this. On the one hand analyses with a constant force travelling along the rail have been performed and on the other hand a travelling force that consists of a constant part and a harmonic part was used. The shear stress distribution in the rail gives the possibility to calculate the magnitude of the travelling force passing the gauge. The report also deals with detecting wheelflats, that is, detecting when an impact load hits the rail.

The inherited rotation in a caster wheel allows movement in any direction, but pays at the expense of reaction torques. When implemented in a mobile robot, these forces have a negative impact in its performance. One approach is to restrict rotations on the spot by attaching a filter to the output of the motion planner. However, this formulation compromises the navigation’s completion in critical scenarios, such as parking, taking curves in narrow corridors or navigating at the presence of a high density of obstacles. Therefore, in this thesis we consider the influence of caster wheels in the motion planning stage, commonly presented as local planning. This work proposes a Model Predictive Control (MPC) based local planner that integrates the caster wheel physics into the motion planning stage. A caster wheel aware term is combined with a reference tracking based navigation, which leads to the formulation of the Caster Wheel Aware Local Planner (CWAWLP). Since this method requires knowing the caster wheel’s state and there is no sensor that provides this information, a caster wheel state observer is also formulated. In order to evaluate the impact of the caster wheel aware term, CWAWLP is compared to a Caster Wheel based Agnostic Local Planner (CWAGLP) and a Caster Wheel based Agnostic Planner Local Planner with Path Filter (CWPFLP). After running simulations for three case studies in a virtual framework, two experimental case studies are conducted in an intra-logistics robot. These are evaluated according to the navigation’s quality, motor torque usage and energy consumption. According to the patterns observed in the evaluation, CWAWLP covers a longer distance than CWAGLP wihout decreasing the navigation’s quality. At the same time, its motor torques are similar to the ones of CWPFLP. Therefore, CWAWLP is capable of considering caster wheel physics without sacrificing navigation capabilities. The formulated caster wheel aware term is compatible with any MPC based navigation algorithm and inherits the derivation of an observer capable of estimating caster wheel rotation angles and rolling speeds. Even if the caster wheel awareness has been implemented in a differential driven robot, this approach is also applicable to vehicles with an alternative drivetrain, such as car-like robots. / Den ärvda rotationen i ett hjul möjliggör rörelse i vilken riktning som helst, men fås på bekostnad av reaktionsmoment. När de implementeras i en mobil robot har dessa krafter en negativ inverkan på dess prestanda. Ett tillvägagångssätt är att begränsa rotationer på plats genom att applicera ett filter på rörelseplannerns utgång. Denna formulering komprometterar dock navigeringens slutförande i kritiska scenarier, såsom parkering, kurvor i smala korridorer eller navigering i närheten av höga hinder. Därför beaktar vi i denna avhandling påverkan av hjul på hjulplaneringen, som ofta presenteras som lokal planering. Detta arbete föreslår en Model Predictive Control (MPC) -baserad lokal planerare som integrerar svängbara länkhjuls fysik i rörelseplaneringsstadiet. En kugghjulmedveten term kombineras med en referensspårningsbaserad navigering, vilket leder till formuleringen av Caster Wheel Aware Local Planner (CWAWLP). Eftersom denna metod kräver kunskap om svängbara länkhjuls tillstånd och det inte finns någon sensor som ger denna information, formuleras också en hjulhjulstillståndsobservatör. För att utvärdera effekten av det medvetna begreppet svängbara änkhjul jämförs CWAWLP med en Caster Wheel-baserad Agnostic Local Planner (CWAGLP) och en Caster Wheel-baserad Agnostic Planner Local Planner with Path Filter (CWPFLP). Efter att ha kört simuleringar för tre fallstudier i ett virtuellt ramverk genomförs två experimentella fallstudier i en intra-logistikrobot. Dessa utvärderas enligt navigeringens kvalitet, vridmomentanvändning och energiförbrukning. Enligt de mönster som observerats i utvärderingen når CWAWLP ett längre avstånd än CWAGLP utan att sänka navigeringens kvalitet. Samtidigt liknar motorns vridmoment dem som CWPFLP. Därför kan CWAWLP ta hänsyn till svängbara länkhjuls fysik utan att offra navigationsfunktionerna. Den formulerade medhjulningsmedveten termen är kompatibel med vilken MPC-baserad navigationsalgoritm som helst och ärver härledningen av en observatör som kan uppskatta hjulets rotationsvinklar och rullningshastigheter. Även om hjulhjälpmedvetenheten har implementerats i en differentierad robot, är detta tillvägagångssätt också tillämpligt på fordon med ett alternativt drivsystem, såsom billiknande robotar.

A conceptual design of an innovative two-axle lightweight railway vehicle for commuter services is carried out at KTH Railway Group. An active wheelset steering is introduced to improve the curving performance of the vehicle, which is one of the critical performance requirements. This thesis aims to improve the steering performance of the active wheelset steering. Look-up tables for estimating time-varying wheel-rail contact parameters are introduced to supervise a simple PID controller of the active steering system in order to improve steering performance. The look-up table (LUT) estimation is focused on time-varying wheel-rail contact parameters, including creep coefficients and contact patch variables due to their direct influence on curving performance and lateral stability of the wheelset. As a result, the estimated longitudinal unit creep forces (UCF) have the potential to supervise the gains determination of PID controller because it can appropriately distinguish running conditions. The estimation of longitudinal UCF is achieved by the combination of the results from the LUT of creep coefficients and the LUT of contact patch variables. The result from longitudinal unit creep force estimation is shifted to the first quadrant to use as critical gain in the Ziegler-Nichols tuning method for the PID controller. The critical oscillation period for PID tuning can be expressed as a function of vehicle speed. Consequently, the PID controller for the active steering system uses time-varying gains with real-time tuning. The proposed control system for active wheelset steering is validated with nine running conditions using SIMPACK and MATLAB/Simulink co-simulation. The proposed control system provides a stable wheelset lateral displacement control regardless of the running condition. The active steering system significantly reduces wheel-rail wear, which demonstrates the effectiveness of the proposed active steering system. / KTH:s Järnvägsgruppen utvecklar en konceptuell design av ett innovativt, två-axligt, lättvikts järnvägsfordon för tunnelbana eller pendeltåg. En aktiv hjuparsstyrning introduceras för att förbättra kurvtagningsförmågan hos fordonet, vilket är ett av de kritiska prestandakraven hos dessa fordon. Det här examensarbetet har som målsättning att förbättra styrningsprestandan av den aktiva hjulsatsstyrningen. För att uppskatta tidsvarierande hjul-rälskontaktparametrar introduceras pre-definierade tabeller (LUT) som en övervakning av en enkel PID-kontroll för det aktiva styrningssystemet, för att förbättra styrprestandan. Uppskattningen som baseras på tabellen fokuserar på tidsberoende hjul-rälsparametrar, inklusive krypkoefficienter och kontaktytans storlek och form. Dessa variabler är i fokus på grund av deras direkta effekt på kurvtagningsförmågan och den laterala stabiliteten hos hjulparet. Den uppskattade longitudinala enhets krypkraften (UCF) har potential att bestämma förstärkningen hos PID-kontrollen på grund av att den, på ett lämpligt sätt, kan skilja mellan olika körtillstånd. Uppskattningen av longitudinell UCF uppnås genom en kombination av resultat för krypkoefficienter och kontaktytavariabler i LUT. Resultaten från den longitudinella UCF-uppskattningen skiftas till den första kvadranten för att användas som kritisk förstärkning i Ziegler-Nichols justeringsmetod för PID-kontroller. Den kritiska oscillationsperioden för PID-justering kan utryckas som en funktion av fordonets hastighet. Utgående från detta använder PID-kontrollen tidsvarierande förstärkning med realtidsjustering för den aktiva styrningen. Det föreslagna kontrollsystemet valideras mot nio körtillstånd med hjälp av SIMPACK och MATLAB/Simulink-simuleringar. Det föreslagna kontrollsystemet tillhandahåller en stabil lateral förflyttning av hjulparet oberoende av körtillstånd. Det aktiva styrsystemet reducerar hjul-räls slitaget signifikant, vilket demonstrerar effektiviteten hos det framtagna aktiva styrsystemet.