Modelling, simulation and control of a powertrain with dual clutch transmission
Çift kavrama şanzımanlı güç aktarma sisteminin modellenmesi, simulasyonu ve kontrolü
- Tez No: 397831
- Danışmanlar: ÖĞR. GÖR. ORHAN ATABAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Otomotiv Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Bu tezde, çift kavramalı şanzımana sahip bir güç aktarma sistemi modellenmesi, simulasyonu ve kontrolü, daha ileri kontrol uygulamalarında da kullanılmak üzere gerçekleştirilmiştir. Şanzıman modellemesi için kuru kavramalı Ford 6DCT250 mekanik düzeni esas alınmıştır. Model, Matlab/Simulink® yazılımı kullanılarak modüler bir yaklaşımla oluşturulmuştur. Herhangi bir kavramanın kavranmış olmaması durumunda 5 serbestlik derecesine sahip olan model, bir kavrama kavranmış olduğunda 4 serbestlik derecesine sahiptir. Yay-sönüm elemanları ve sürtünme elemanları matematik modelleme ve simulasyonda hız bilgisini girdi olarak kabul edip tork çıktısı veren elemanlar olarak modellenmiştir. Diğer atalet elemanları içinse bunun tersi geçerlidir. Bu çalışmanın ilk bölümünde, giriş ve tezin amacı kısmının ardından çift kavramalı şanzıman içeren güç aktarma sistemlerinin matematik modellemesiyle ilgili literatür araştırması sunulmuştur. Ardından güç aktarma sisteminin kısımları; sırasıyla motor, şanzıman, senkromeçler, kavrama ve sürtünme, diferansiyel, tekerlekler, lastik ve taşıtın modellenmesinin literatür taraması ortaya konmuştur. Bu bölümün son kısmında seyir ve vites geçişleri sırasında, vites geçiş zamanlamasının belirlenmesi, kavrama ve senkromeç kumanda sistemlerinin kontrol stratejileri ve motor kontrol stratejileriyle ilgili daha önce yapılmış çalışmalar ele alınmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde ağırlıklı olarak çift kavramalı şanzımanların genel yapıları ve kullanılan kavrama tür ve tasarımları ve ticari olarak kullanılan farklı şanzıman dizayn ve mekanik düzenleri ve bunun yanında farklı kontrol stratejileri ele alınmıştır. Üçüncü bölümün ilk kısmında ise bu çalışmada kullanılan güç aktarma sisteminin genel yapısı ve mekanik düzeni belirlenmiştir. Modelde kullanılacak yay-sönüm elemanlarının konumları akışı tespit edilmiştir. Takip eden kısımda motor modeli, kavrama ve sürtünme modeli, statik ve dinamik sürtünme katsayıları karakteristikleri ve ve geçiş mantığı, diferansiyel tekerlek ve lastik modelleri ve taşıt modeli oluşturulmuştur. Modelde, motor tork üretimini temsilen, gaz pedal pozisyonu (APP) sinyaliyle oranlanmak üzere, bir boyutlu bir motor tork haritası kullanılmıştır. Motor harmonikleri ihmal edilse de kontrol uygulamaları için elverişli olan ortalama değer motor modeli (MVEM) kullanılmıştır. Motordaki ve yataklamalarındaki kayıplar bir sönüm elemanı kullanılarak temsil edilmiştir. Motor devre bağlı tork karakteristiği iki litre benzinli bir motor karakteristiği örnek alınarak belirlenmiştir. Şanzıman modulü, detaylı bir tek plakalı kuru kavrama modeli içermektedir. Kavrama sürtünme modeli, kayma hızına bağlı olarak değişen bir sürtünme katsayısı içermektedir. Kavrama ve senkromeç kumanda düzenleri modellemede göz önünde bulundurulmamış, kavrama normal kuvvetlerinin, artış ve azalış hızları sınırlandırılmak şartıyla, direkt olarak kontrol edildiği varsayılmıştır. Sürtünme plakasına uygun biçimde dairesel olarak yerleştirilmiş, motorda farklı pistonlarda süreksiz ama periyodik olarak meydana gelen yanma sebebiyle oluşan titreşimleri gidermek için kullanılan burulma sönümleyici yaylar, güç aktarma sistem modelinde yay-sönüm elemanları olarak modellenmiştir. Kavramanın aksine senkromeçler basitleştirilmiş ve sürtünme modeli içermemektedir. Tork akışının olmadığı kısımda gerçekleştirildikleri göz önünde bulundurularak, senkromeç değişimleri matematik modellemede rampa fonksyonu olarak temsil edilmiştir. Bu çalışmada, tekerlerde asimetrik tork dağılımı ya da viraj gibi araç yanal dinamikleri de ihmal edilmiştir. Bu varsayım, diferansiyelin simetrik davranışına neden olması sayesinde, güç aktarma sisteminde yarım aksları, tekerlekleri ve onlara etkiyen kuvvetleri bir araya toplanmış şekilde modellemeye imkan sunar. Kütle özelliklerinin yanısıra yarım akslar, uzunlukları ve aktardıkları torkun şanzıman elemanlarına görece büyüklüğü nedeniyle yay-sönüm elemanı olarak modellenmişlerdir. Çalışmanın dördüncü bölümünün başlangıç kısmında vites geçiş zamanlaması ve mantığı tanımlanmış ve vites geçiş haritası oluşturulmuştur. Ardından seyir sırasında tork iletimi olmayan kısımda gerçekleşen vites ön seçimleri zamanlamalarından ve stratejisinden bahsedilmiştir. Daha sonra aracın durağan halden harekete geçtiği kalkış durumunda kavrama kontrol stratejisinden bahsedilmiş, ardından vites geçişleri sırasındaki kavrama normal kuvvet kontrolü stratejileri, tahrikli ve tahriksiz durumlarda, düşük vitese ve tahrikli ve tahriksiz durumlarda yüksek vitese geçişlerde olmak üzere ayrı ayrı ele alınmıştır. Son olarak da senkromeçlerin kontrolü ele alınmıştır. Vites ve senkromeçlerin değişim zamanlaması vites değişim çizelgesine göre anlık gaz pedalı pozisyonu ve anlık araç hızı değerlerine bağlı olarak gerçekleştirilir. Vites değişim kontrolü, motor tork kontrolü olmadan, eşzamanlı kavrama normal kuvveti kontrolüyle gerçekleştirilir. Kavrama kontrol stratejileri vites değişimi sırasında, motor hızı ve kavrama sürtünme yüzeylerinin kayma hızlarının geribeslemeleriyle gerçekleştirilmektedir. Modelde kalkış prosesi ve tahrikli, tahriksiz durumlarda vites artırma ve vites düşürme ve için farklı kontrol stratejileri tanımlanmış ve simulasyonda denenmiştir. Bu çalışmanın beşinci bölümünde ise modelin kontrol stratejilerine cevaplarının incelenmesi için güç aktarma sistemi modeli, çeşitli durumlar barındıran üç farklı simulasyon çevriminde koşturulmuştur. Daha sonra, çevrimin kalkış ve vites geçiş süreçlerindeki motor ve vites kutusu giriş mili hız profilleri, ivmelenme karakteristiği, kavrama normal kuvvet kontrolleri ve kayma-kavranma durum geçişleri daha detaylı olarak ayrı ayrı incelenmiştir. Son olarak, altıncı kısımda, bu çalışmada ve modelde daha ileri düzeyde araştırmalarla yapılabilecek, planlanan ilerlemeler tartışılmış ve fikirler ileri sürülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a powertrain model, which is equipped with dual clutch transmission, and control strategies are developped on the purpose of using in further control applications. For transmission modeling, mechanical layout of Ford 6DCT250 with dry clutches is adopted. The model, which is developed in Matlab/Simulink®, is established in a modular approach. 5 Degrees of freedom (DoF) powertrain model (while both of clutches are slipping) is developeded. The model has 4 DoF while one of clutches is engaged (clutch input and output sides are rotating at the same speed). The model contains 1-D engine map multiplied by the accelerator pedal position (APP) input in order to represent torque production of the engine. Mean value engine model (MVEM) which neglects engine harmonics but still representative especially for shifting control applications. The transmission module contained detailed friction model of single plate dry dual clutches. The clutch friction model has friction coefficient varied according to slip speed. The clutch and synchronizer actuators are not considered and it is assumed that clutch friction surface normal forces can be controlled directly. Torsional vibration springs, located appropriate positions tangentially, are modelled as spring-damper elements in the powertrain model. Synchronizer model is simplified and not featured with a friction model in contrast to that of clutches. Due to being realized at the torque free half of the transmission, synchronizer changes are represented as a ramp function. Lateral dynamics of the vehicle such as asymmetrical torque distribution on wheels or cornering are also neglected. This assumption provides the chance of representing half shafts, wheels and forces on them lumped due to symmetric behavior of the differential. In addition to mass feature, half shafts are modeled as spring damper elements due to their length and relatively higher toques applied on them. Gearshift and synchronizer change timings are determined by the help of a shifting schedule according to instant accelerator pedal position and instant velocity of the vehicle. Shift control is realized by simultaneous clutch normal force control without engine manipulation. During shifting process, clutch control strategies are based on engine speed and clutch slip speed feedbacks (speed based control). Control strategies are defined for launch upshift and downshift separately. Lastly, the powertrain model is run in three different simulation cycle including various cases in order to investigate the model responses to the control strategies. Afterwards, the cases are investigated in detail such as engine and primary shafts speed profiles, acceleration characteristics and clutch operations during launch and shifting processes seperately.
Benzer Tezler
- Dual clutch transmission plant modeling in AVL cruise
AVL cruise programi ile çift kavramali şanziman modellemesi
MEHMET ALİ ONGUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ FUAT ERGENÇ
- Development and control of an active torsional vibration damper for vehicle powertrains
Taşıt güç aktarma sistemleri için aktif torsiyonel titreşim damperi geliştirilmesi ve kontrolü
ALİŞAN YÜCEŞAN
Doktora
İngilizce
2021
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUGAN
- Development of electric powertrain selection algorithm for electric vehicles
Elektrikli araçlarda güç grubu seçim algoritması geliştirilmesi
METEHAN ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Hibrid elektrikli araçlar için enerji yönetim sistemleri
Energy management system for hybrid electric vehicles
EMRE KURAL
Doktora
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLİN AKSUN GÜVENÇ
- Otonom sürüş için bulanık hız planlayıcı tasarımı
Fuzzy speed planner design for autonomous driving
BEKİR ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN SEZER