Liikkuvien työkoneiden ohjausjärjestelmäarkkitehtuuri mahdollistaa automaatioasteen nostamisen

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.

Diplomi-insinööri Miika Ahopelto keskittyy Tampereen yliopistossa tarkastettavassa väitöstutkimuksessaan liikkuvien työkoneiden ohjausjärjestelmäarkkitehtuurien vaatimuksiin automaatioasteen kasvaessa. Työssä keskitytään 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. 

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. Esimerkiksi autonomisessa ajossa on tärkeää tietää järjestelmän vasteet ja pystyä seuramaan tarkasti annettua ohjausta, kun taas kuljettajalta tulevia ohjauskomentoja käytettäessä korostuu luotava ajotuntuma. 

- Tulevaisuudessa vaatimukset ohjauksen mukautuvuudesta tulevat korostumaan autonomisten toimintojen lisääntyessä etenkin työtehtävissä, joita ei taloudellisesti tai teknisesti ole järkevää toteuttaa kokonaan autonomisesti, Ahopelto sanoo.

Tutkimuksessa polttoainetaloudellisuuteen keskittyvä osuus toteutettiin integroimalla modulaarinen tehonhallintajärjestelmä osaksi järjestelmäarkkitehtuuria. Polttoaineen kulutusta pystyttiin vähentämään järjestelmässä pienentämällä dieselmoottorin pyörimisnopeutta, jolloin koneen kokonaishyötysuhde toimii 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. 

DI Miika 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 PyrhönenLappeenrannan yliopistosta, sekä kustoksena professori Kalevi Huhtala Tampereen yliopistosta.

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