Modeling and simulation is growing ever more important in the development of new products. This thesis describes the use of Hopsan for hydraulic modeling and its use in conjunction with Simulink with the intent of using the model in a hardware-in-the-loop setup. A sensor layer has been created in Simulink to emulate all the internal sensors in a modern forklift. The details of using legacy C-code instead of a hardware MCU for a fully simulated environment, software-in-the-loop has been outlined. There are two major routes one can follow implementing software-in-the-loop, exporting the C-functions to CAPL via a export layer or creating an s-function in Simulink. Of the two the export layer method is the most promising since it is easier handling different execution times in CAPL than in Simulink.

<p>Examensarbetet är utfört på avdelningen för Fluida och mekatroniska system vid Linköpings universitet i uppdrag åt Sunfab Hydraulics AB.</p><p>Höga ljudnivåer är en stor nackdel vid användning av hydrauliska system. Ofta är det hydraulmaskiner av deplacementtyp som står för en stor del av ljudemissionerna. Eftersom maskinerna arbetar med stora tryckskillnader uppstår flödespulsationer vid in- och utlopp som fortplantar sig vidare i systemet. Dessa medför påfrestningar på maskinen som kan leda till läckage eller haveri. Flödespulsationer kan delas upp i två delar; kinematiska och kompressionsberoende. De kinematiska pulsationerna beror på det begränsade antalet cylindrar och kolvarnas varierande hastighet. På grund av oljans kompressibilitet uppstår pulsationer när cylindertrycket hastigt växlar mellan trycknivåerna.</p><p>Arbetet har resulterat i en modell i programmet HOPSAN som kan simulera flödesdynamiken i en axialkolvmaskin med fast deplacement av typen bent-axis. I modellen kan bland annat ventilskivans geometri förändras för att studera hur flödespulsationerna påverkas vid olika driftspunkter.</p><p>Simuleringsmodellen har med två-mikrofon metoden validerats för en maskin med deplacement 47.1 cm3/varv. Mätutrustningen som använts är anpassad för pumpar vilket innebär att vid mätningarna på motorlocket kördes maskinen som pump.</p><p>För att underlätta tillverkningen av krypspår borras små hål vid dess spets. Dessa finns implementerade i modellen för att undersöka hur flödespulsationerna påverkas. Simuleringar påvisar ett större läckflöde mellan njurarna vilket resulterar i en liten minskning av den volymetriska verkningsgraden vid låga varvtal. För att bättre kunna använda modellen till utveckling av befintliga maskiner borde Sunfab se över om hålen kan tas bort.</p><p>För- och nackdelar med stängd respektive öppen geometri kan undersökas i modellen. Den senare innebär att ett korsande flöde mellan hög- och lågtryckssidan tillåts. Simuleringar visar att vid låga varvtal är den volymetriska verkningsgraden lägre för motorlock med öppen geometri. Stängd geometri ger bättre startmoment på grund av frånvaron av läckflöde men ger däremot större flödespulsationer.</p><p>Optimering av krypspåren visar att maximala tvärsnittsarean kan justeras lite för att minska amplituden av flödespulsationerna.</p>

Examensarbetet är utfört på avdelningen för Fluida och mekatroniska system vid Linköpings universitet i uppdrag åt Sunfab Hydraulics AB. Höga ljudnivåer är en stor nackdel vid användning av hydrauliska system. Ofta är det hydraulmaskiner av deplacementtyp som står för en stor del av ljudemissionerna. Eftersom maskinerna arbetar med stora tryckskillnader uppstår flödespulsationer vid in- och utlopp som fortplantar sig vidare i systemet. Dessa medför påfrestningar på maskinen som kan leda till läckage eller haveri. Flödespulsationer kan delas upp i två delar; kinematiska och kompressionsberoende. De kinematiska pulsationerna beror på det begränsade antalet cylindrar och kolvarnas varierande hastighet. På grund av oljans kompressibilitet uppstår pulsationer när cylindertrycket hastigt växlar mellan trycknivåerna. Arbetet har resulterat i en modell i programmet HOPSAN som kan simulera flödesdynamiken i en axialkolvmaskin med fast deplacement av typen bent-axis. I modellen kan bland annat ventilskivans geometri förändras för att studera hur flödespulsationerna påverkas vid olika driftspunkter. Simuleringsmodellen har med två-mikrofon metoden validerats för en maskin med deplacement 47.1 cm3/varv. Mätutrustningen som använts är anpassad för pumpar vilket innebär att vid mätningarna på motorlocket kördes maskinen som pump. För att underlätta tillverkningen av krypspår borras små hål vid dess spets. Dessa finns implementerade i modellen för att undersöka hur flödespulsationerna påverkas. Simuleringar påvisar ett större läckflöde mellan njurarna vilket resulterar i en liten minskning av den volymetriska verkningsgraden vid låga varvtal. För att bättre kunna använda modellen till utveckling av befintliga maskiner borde Sunfab se över om hålen kan tas bort. För- och nackdelar med stängd respektive öppen geometri kan undersökas i modellen. Den senare innebär att ett korsande flöde mellan hög- och lågtryckssidan tillåts. Simuleringar visar att vid låga varvtal är den volymetriska verkningsgraden lägre för motorlock med öppen geometri. Stängd geometri ger bättre startmoment på grund av frånvaron av läckflöde men ger däremot större flödespulsationer. Optimering av krypspåren visar att maximala tvärsnittsarean kan justeras lite för att minska amplituden av flödespulsationerna.

This is a master thesis from Linköpings University with an emphasis on mobile working hydraulic systems. This thesis was conducted at and in collaboration with Väderstad AB with the premise to make it easier for smaller tractor’s and tractor’s with small hydraulic pumps installed to drive bigger and more advanced planters. The seed machine Spirit and the precision planter Tempo have been studied with focus on the fertilizer fan and augers. The machines are dragged behind a tractor and a rehydraulically powered from the tractor’s built in hydraulic pump. The project covers a study of concepts with the aim to expand the hydraulic capacity by installing a pump which is driven by the tractor’s power take-off. The goal was to present different solutions for how the concepts could be designed. The different concepts were compared and evaluated from a performance, energy efficiency and economic perspective. The purpose of this concept study was to present a solution which through further development can be suggested as an addonoption for customers with smaller tractors. This thesis contains a theorysection where mobile hydraulic systems, tractor’s and the above-named seed machine and planter are treated. The concepts are based on the theory and a method for generating and creating concepts is described. All concepts are studied in the simulation software Hopsan. Reference systems based on the current design of the planters were modelled in Hopsan together with disturbances. The models were validated through different experimental tests and were later used to evaluate the concepts. Through the concept study eleven different concepts had to undergo the tests in order to see how they deal with disturbances and how well they can achieve the goals. The ability to obtain a predetermined rotational speed for the fan and to do it with high efficiency at a low cost was considered as essential performance for this project. The concepts with closed-loop control proved to be the best from a performance perspective. Systems with pumps with variable displacement had the highest efficiency and the concepts with fixed displacement pumps are the most inexpensive alternatives. As a result of a display of variation of performance in different areas a model where the customers themselves can choose which parameters are important was made. The model, together with the input from the customers, can then present the concept which is the most suitable for the task. / Detta är ett examensarbete på masternivå vid Linköpings universitet med inriktning mot mobila hydraulsystem. Arbetet utfördes i samarbete med Väderstad AB med utgångspunkten att försöka göra det lättare för traktorer med liten installerad hydrauleffekt att driva större och mer krävande såmaskiner. Väderstads såmaskin Spirit och precisionssåmaskin Tempo studerades med fokus på gödningsfläkt och tillhörande omrörningsskruvar. Maskinerna kopplas baktill på en traktor och drivs hydrauliskt av traktorns inbyggda hydraulpump. Arbetet behandlar en konceptstudie för att utöka traktorns hydrauliska kapacitet genom att installera ett externt pumpsystem som drivs av traktorns kraftuttagsaxel. Målet var att presentera olika konceptlösningar på det externa pumpsystemet för att sedan jämföra och utvärdera dem för att komma fram till det alternativ som står sig bäst ur ett prestandamässigt, energieffektivt och ekonomiskt perspektiv. Syftet var att de framtagna koncepten ska kunna vidareutvecklas till förslag som tillval till kunder vid inköp av ovan nämnda såmaskiner. Arbetet innefattar en förstudie där teori om såmaskiner och traktorer behandlas, en konceptgenereringsfas och simuleringar i simuleringsverktyget Hopsan. Referensmodeller för såmaskinerna modellerades tillsammans med olika störningar. Modellerna validerades genom tester och användes för att utvärdera de framtagna koncepten. Totalt genererades elva koncept som fick genomgå tester för att se vilka som hanterar störningar bäst och uppnår förutbestämda mål. Konceptens förmåga att hålla ett bestämt varvtal, hålla ner kostnaden och samtidigt ha en god verkningsgrad är parametrarna som ansågs vara väsentliga i detta projekt. De koncept med återkopplade system visade sig ha bäst prestanda och hade lättast att hålla det bestämda varvtalet. System med pumpar med variabelt deplacement hade den högsta verkningsgraden och de enklare koncepten med pumpar med konstant deplacement är de mest kostnadseffektiva alternativen. I och med att de elva koncepten uppvisade varierande prestanda för olika förutsättningar konstruerades en viktningsmodell där kunden själv får gradera hur viktiga hen tycker egenskaperna är och således erhålla den konceptlösning som lämpar sig bäst för uppgiften.

<p>HLSC (Haldex Limited Slip Coupling) är en koppling för fyrhjulsdrift i personbilar, och för-finas ständigt för att ge en bättre funktion och körupplevelse. Kopplingen använder ett hyd-raultryck för att skapa momentöverföring mellan fram- och bakaxel, och därför är en förståel-se för vad som påverkar detta tryck viktigt för utvecklingen. Skapandet av en simuleringsmo-dell av hela hydrauliken i kopplingen är ett sätt att förbättra denna förståelse. </p><p>I detta arbete har HOPSAN använts för att simulera hydrauliken i HLSC och även den meka-nik som påverkar hydrauliken. Fokus i arbetet har lagts på noggrannhet, numerisk stabilitet och prestanda. En manual för användning av modellen har skapats i HTML-format. </p><p>Simuleringarna har resulterat i en bra förståelse för vad som påverkar trycket i kopplingen, och utseendet på tryckkurvorna kan främst härröras till öppning av backventiler, töjning av kopplingshuset och rörelser hos kolvringarna. Reglerventilen är i och med sin stora öppnings-areagradient känslig för störningar, och strömningskrafter får stor inverkan på ventilläget. Al-ternativa kamprofiler för varvtalsskillnadspumpen har provats i simulering, och dessa har vi-sat sig ge mindre men snabbare tryckvariationer. Tröghet i ackumulatorn kan öka tryckvaria-tionerna vid höga varvtalsskillnader.</p>

Improved efficiency, better controllability and low noise are the most demanding features form a displacement machine now-a-days. Most of the conventional displacement machines are basically a reciprocating pumping element controlled by valve plates or with the help of check valve [1]. This kind of hydraulic machines loose efficiency dramatically at partial displacement because all of the pistons remain at high pressure at the cycle time and due to pressure inside the piston leakage and shear losses increases. One approach to improve the efficiency of the displacement machine can be controlling each hydraulic piston by using programmable faster valves called digital valve. As the total displacement will be controlled digitally, the total system is called Digital Displacement Technology. In digital displacement machine it is possible to disconnect some of the pistons from the load and the piston will connect only with the low pressure side, minimizing losses due to leakage and shear. As the valve will control directly with digital controller it will eliminate the necessity of servo-hydraulic control required by conventional systems. Digital valves can open fully and close again with the input signal within one revaluation of the shaft, so it gives better control to the pumping element results reduction in hysteresis and increase the linearity of the pumping element. In Digital Displacement machines by controlling the valves pistons are connected with the machine when pressure is equal, but in the traditional machines piston connection was pre-determined with the shaft angle. By doing the piston control efficiency of the machine will improve and the sound generates for the decompression flow will be reduced [17]. Also energy storage and recovery can be possible by using accumulator.

HLSC (Haldex Limited Slip Coupling) är en koppling för fyrhjulsdrift i personbilar, och för-finas ständigt för att ge en bättre funktion och körupplevelse. Kopplingen använder ett hyd-raultryck för att skapa momentöverföring mellan fram- och bakaxel, och därför är en förståel-se för vad som påverkar detta tryck viktigt för utvecklingen. Skapandet av en simuleringsmo-dell av hela hydrauliken i kopplingen är ett sätt att förbättra denna förståelse. I detta arbete har HOPSAN använts för att simulera hydrauliken i HLSC och även den meka-nik som påverkar hydrauliken. Fokus i arbetet har lagts på noggrannhet, numerisk stabilitet och prestanda. En manual för användning av modellen har skapats i HTML-format. Simuleringarna har resulterat i en bra förståelse för vad som påverkar trycket i kopplingen, och utseendet på tryckkurvorna kan främst härröras till öppning av backventiler, töjning av kopplingshuset och rörelser hos kolvringarna. Reglerventilen är i och med sin stora öppnings-areagradient känslig för störningar, och strömningskrafter får stor inverkan på ventilläget. Al-ternativa kamprofiler för varvtalsskillnadspumpen har provats i simulering, och dessa har vi-sat sig ge mindre men snabbare tryckvariationer. Tröghet i ackumulatorn kan öka tryckvaria-tionerna vid höga varvtalsskillnader.

<p>As modeling and simulation becomes a more important part of the modeling process, the demand on a known accuracy of the results of a simulation has grown more important. Sensitivity analysis (SA) is the study of how the variation in the output of a model can be apportioned to different sources of variation. By performing SA on a system, it can be determined which input/inputs influence a certain output the most. The sensitivity measures examined in this thesis are the Effective Influence Matrix, EIM, and the Main Sensitivity Index, MSI.</p><p>To examine the sensitivity measures, two tests have been made. One on a laboratory equipment including a hydraulic servo, and one on the conceptual landing gear model of the Gripen aircraft. The purpose of the landing gear experiment is to examine the influence of different frictions on the unfolding of the landing gear during emergency unfolding. It is also a way to test the sensitivity analysis method on an industrial example and to evaluate the EIM and MSI methods.</p><p>The EIM and MSI have the advantage that no test data is necessary, which means the robustness of a model can be examined early in the modeling process. They are also implementable in the different stages of the modeling and simulation process. With the SA methods in this thesis, documentation can be produced at all stages of the modeling process. To be able to draw correct conclusions, it is essential that the information that is entered into the analysis at the beginning is well chosen, so some knowledge is required of the model developer in order to be able to define reasonable values to use.</p><p>Wishes from the model developers/users include: the method and model quality measure should be easy to understand, easy to use and the results should be easy to understand. The time spent on executing the analysis has also to be well spent, both in the time preparing the analysis and in analyzing the results.</p><p>The sensitivity analysis examined in this thesis display a good compromise between usefulness and computational cost. It does not demand knowledge in programming, nor does it demand any deeper understanding of statistics, making it available to both the model creators, model users and simulation result users.</p>

As modeling and simulation becomes a more important part of the modeling process, the demand on a known accuracy of the results of a simulation has grown more important. Sensitivity analysis (SA) is the study of how the variation in the output of a model can be apportioned to different sources of variation. By performing SA on a system, it can be determined which input/inputs influence a certain output the most. The sensitivity measures examined in this thesis are the Effective Influence Matrix, EIM, and the Main Sensitivity Index, MSI. To examine the sensitivity measures, two tests have been made. One on a laboratory equipment including a hydraulic servo, and one on the conceptual landing gear model of the Gripen aircraft. The purpose of the landing gear experiment is to examine the influence of different frictions on the unfolding of the landing gear during emergency unfolding. It is also a way to test the sensitivity analysis method on an industrial example and to evaluate the EIM and MSI methods. The EIM and MSI have the advantage that no test data is necessary, which means the robustness of a model can be examined early in the modeling process. They are also implementable in the different stages of the modeling and simulation process. With the SA methods in this thesis, documentation can be produced at all stages of the modeling process. To be able to draw correct conclusions, it is essential that the information that is entered into the analysis at the beginning is well chosen, so some knowledge is required of the model developer in order to be able to define reasonable values to use. Wishes from the model developers/users include: the method and model quality measure should be easy to understand, easy to use and the results should be easy to understand. The time spent on executing the analysis has also to be well spent, both in the time preparing the analysis and in analyzing the results. The sensitivity analysis examined in this thesis display a good compromise between usefulness and computational cost. It does not demand knowledge in programming, nor does it demand any deeper understanding of statistics, making it available to both the model creators, model users and simulation result users.

The world is looking for greener solutions and so is the mining industry. This quest has led to the question whether it is possible to have a completely electric rock drill. This work carries out an initial exploration of completely electrified percussion. Furthermore, it compares the preliminary performance of an electrified rock drill against a hydraulic counterpart. A mathematical model for an electromagnetic linear motor was developed and simulated as a component in the simulation software Hopsan. This component was then incorporated into a electromagnetic rock drill model which uses components from Epiroc’s in-house developed library. The electromagnetic rock drill model was then optimised and used to obtain the performance characteristics such as impact energy and frequency which were compared against one of the hydraulic rock drill models, COP 1838. The results show that it is possible to reach the same performance as the COP 1838 with enough input current. The characteristics were then studied with respect to variation of physical parameters of the electromagnetic linear motor and input current. Finally some limitations and strengths of the electromagnetic rock drill concept are discussed and some conclusions are presented.