This diploma thesis “Analysis of powertrain impact on pull power capacity of a tractor” is focused on evaluation of measured data gained from performance testing of tractors Claas Arion 640 for two different types of transmission. There are also discussed the measuring methods and there is detailed described the function of measured transmissions.

Moderne Kraftfahrzeuge werden mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgestattet um die Sicherheit, die Traktion, die Energieeffzienz, die Agilität und den Komfort noch weiter zu verbessern. Diese Ziele können zu einem Großteil mit einer aktiven Drehmomentverteilung, auch Torque Vectoring genannt, erreicht werden. Dafür sind jedoch Getriebesysteme erforderlich, welche unabhängig vom Fahrzustand und vom Antriebsmoment eine nahezu beliebige Drehmomentverteilung ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Grundlagen zu Getriebesystemen, insbesondere zu Planetengetrieben, und zur Fahrzeugdynamik erläutert. Anschließend wird der Stand der Technik anhand einer Systematik zur Einteilung von aktiven Differenzialgetrieben dargelegt sowie einige Vor- und Nachteile aufgezeigt. Das folgende Kapitel stellt ein Verfahren zur Ermittlung der mechanischen Belastung des aktiven Differenzialgetriebes für beliebige Fahrzeuge und Strecken vor. Damit erfolgt eine Bewertung der bisher bekannten Systeme hinsichtlich Gesamtwirkungsgrad, konstruktiver Aufwand und regelungstechnische Eigenschaften. Im Anschluss wird ein Verfahren zur rechnergestützten Synthese neuer Getriebesysteme beschrieben. Abschließend werden die positiven Auswirkungen der aktiven Drehmomentverteilung auf die Fahrdynamik herausgestellt. Das Ergebnis der Arbeit zeigt drei neue Getriebestrukturen, welche anhand der deffinierten Vergleichskriterien besser sind als alle bekannten Systeme.:1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Getriebesysteme 2.2 Fahrdynamik 3 Stand der Technik 3.1 Getriebesysteme 3.2 Fahrdynamikregelung 4 Analyse bekannter Getriebesysteme 4.1 Zeitlicher Verlauf fahrdynamischer Größen 4.2 Systematische Analyse von Planetengetrieben 4.3 Deffinition der Vergleichskriterien 4.4 Differenziallose Systeme 4.5 Differenzialsysteme 4.6 Elektromotorische Systeme 4.7 Sonderbauformen 4.8 Vergleich bekannter Systeme 5 Synthese neuer Getriebestrukturen 5.1 Anforderungen an aktive Differenzialgetriebe 5.2 Manuelle Struktursynthese 5.3 Rechnergestützte Struktursynthese 5.4 Ergebnisse der Struktursynthese 6 Auswirkung von aktiver Drehmomentverteilung auf die Fahrdynamik 6.1 Komplexe Fahrdynamiksimulation 6.2 Steigerung der Traktion 6.3 Steigerung der Agilität 6.4 Steigerung der Fahrstabilität 6.5 Steigerung des Fahrkomforts 6.6 Verringerung des Kraftstoffverbrauches Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis / Actual passenger cars are equipped with a lot of driver assistant systems to increase safety, traction, efficiency, agility and comfort. These aims can be achieved by a controlled transmission of the engine torque to each driven wheel (active torque distribution, Torque Vectoring). Therefore special gear systems are necessary. In this document firstly the basics on gear systems (planetary gears) and vehicle dynamics are explained. Furthermore the state of the art is shown based on a classification of active differentials and the advantages and disadvantages are envinced. The next chapter describes a method for determining the mechanic load of the active differential for any car and road track. This is used for an evaluation of every differential gear system in view of efficiency, mechanic effort and control properties. The result reveals significant differences between the gear structures. Subsequent a method for a computer synthesis of new gear systems is developped and applied to the demands of a front driven vehicle application. The last chapter points out the positive effects of an active torque distribution on the driving dynamics. As a result of this work three new gear structures are shown which are much better than all existing gear systems in terms of the evaluation properties.:1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Getriebesysteme 2.2 Fahrdynamik 3 Stand der Technik 3.1 Getriebesysteme 3.2 Fahrdynamikregelung 4 Analyse bekannter Getriebesysteme 4.1 Zeitlicher Verlauf fahrdynamischer Größen 4.2 Systematische Analyse von Planetengetrieben 4.3 Deffinition der Vergleichskriterien 4.4 Differenziallose Systeme 4.5 Differenzialsysteme 4.6 Elektromotorische Systeme 4.7 Sonderbauformen 4.8 Vergleich bekannter Systeme 5 Synthese neuer Getriebestrukturen 5.1 Anforderungen an aktive Differenzialgetriebe 5.2 Manuelle Struktursynthese 5.3 Rechnergestützte Struktursynthese 5.4 Ergebnisse der Struktursynthese 6 Auswirkung von aktiver Drehmomentverteilung auf die Fahrdynamik 6.1 Komplexe Fahrdynamiksimulation 6.2 Steigerung der Traktion 6.3 Steigerung der Agilität 6.4 Steigerung der Fahrstabilität 6.5 Steigerung des Fahrkomforts 6.6 Verringerung des Kraftstoffverbrauches Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis

This thesis develops dynamic models for the two-mode FWD EVT, develops a control system based on those models that is capable of meeting driver torque demands and performing synchronous mode shifts between different EVT modes while also accommodating preferred engine operating points. The two-input two-output transmission controller proposed herein incorporates motor-generator dynamics, is based on a general state-space integral control structure, and has feedback gains determined using linear quadratic regulator (LQR) optimization. Dynamic modeling of the vehicle is categorized as dynamic modeling of the mechanical and electrical subsystems where the mechanical subsystem consists of the planetary gear sets, the transmission and the engine whereas the electrical subsystem consists of the motor-generator units and the battery pack. A discussion of load torque is also considered as part of the mechanical subsystem. With the help of these derived dynamic models, a distinction is made between dynamic output torque and steady-state output torque. The overall control system consisting of multiple subsystems such as the human driver, power management unit (PMU), friction brakes, combustion engine, transmission control unit (TCU) and motor-generator units is designed. The logic for synchronous mode shifts between different EVT modes is also detailed as part of the control system design. Finally, the thesis presents results for responses in individual operating modes, EVT mode shifting and a full UDDS drive cycle simulation.