Dual clutch transmission plant modeling in AVL cruise
AVL cruise programi ile çift kavramali şanziman modellemesi
- Tez No: 553987
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ FUAT ERGENÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Güç aktarım sisteminde içten yanmalı motor bulunduran araçların emisyonlarını azaltmalarına yönelik getirilen katı emisyon standartları ve emisyon sınırlamalarından dolayı, büyük araç üreticileri sahip oldukları güç aktarım sistemini geliştirmek ya da alternatif enerji kaynaklarını kullanabilecekleri yeni bir güç aktarım sistemi geliştirme yolunu seçmişlerdir. Halen daha içten yanmalı motorlu güç aktarım sistemi üretimi yapan araç üreticileri artık kullandıkları enerjiyi daha verimli kullanmaya çalışmaktadırlar. Bunu da enerjiyi kullanan eyleyici daha verimli bölgede çalıştırarak yapmayı amaçlamaktadırlar. Yeni bir melez veya içerisinde içten yanmalı motor bulundurmayan güç aktarım sistemi üreten araç üreticileri ise, yeni enerji kaynağı olarak elektrik enerjisini kullanmayı daha uygun bulmuşlardır. Bunun sebebi olarak ise elektrik enerjisinin bulunması, üretilmesi ve elektrik enerjisinin depolanmasının diğer enerji kaynaklarına göre (örn. hidrojen) daha kolay olmasına bağlamaktadırlar. Doğadaki hiçbir makinanın mükemmel olmamasından dolayı, elektrik makinası kullanıyor olunsa bile bu makinaların olabildiğince en verimli noktalarda çalıştırılması gerekmektedir. Yukarıda saymış olduğumuz nedenlerden dolayı hem şehir içi trafiğinde hem de otoyollarda kullanılan her araç, enerji kaynağının hızını ve torkunu çevre koşulları, yol koşulları ve sürücü isteklerine göre değiştirebilmek adına bir şanzımana ihtiyaç duymaktadır. Eskiye göre daha hızlı akan trafikler ve yollarının durumunun araçların hızlı gitmesine verdiği olanaktan dolayı, güç aktarım sisteminde elektrik motoru bile kullanılsa, elektrik motorunun yüksek hızlarda veriminin düşmesinden dolayı 2 oranlı da olsa bir şanzımana ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yüzden de güç aktarım sistemindeki geliştirmeler, şanzıman alanında da gelişmelere ön ayak olmaktadır. Ancak yeni bir şanzıman geliştirmek ya da elinizde şanzımanın fonksiyonalitesini geliştirmek için, o şanzımanın ve aracın modellenmesi gerekmektedir. Bu gereklilik yazılım geliştirme platformlarında modelin test edilebilmesi içindir. Bu testler her zaman gerçek araç testlerine göre hem daha hızlı hem de değişiklik yapıp tekrar test etmeye daha fazla olanak verebilecektir. Bu tezin amaçları dahilinde yapılmak istenen, çift kavramalı şanzımanı olan bir aracı ve şanzımanın kendisini detaylı bir şekilde modellemektir. Modelleme ve simülasyon için kullanılan yazılımlar AVL Cruise ve Matlab/ Simulink'tir. Cruise programı, kendi içerisinde bulundurduğu kütüphanesindeki modülleri sayesinde farklı tipteki güç aktarım sistemlerinin modellenmesini sağlamaktadır. Bu yüzden de bu program güç akarım modellenmesi için kullanılmış olup, Matlab/ Simulink is modellenmiş olan araç ve güç aktadır sisteminin testlerinin yapılması için kullanılmıştır. Cruise programında geliştirilen model, Matlab/ Simulink ortamına entegre edilmiş ve buradaki şanzıman kontrol yazılım ile birlikte testleri yapılmıştır. Cruise programındaki güç aktarım sistemi modellemesi, 1.2 litrelik içten yanmalı benzinli motor ile başlanmıştır. Bu içten yanmalı motora, yağ pompası ve harici yükler (örn. alternatör) bağlanarak gerçek araçtaki yükler simüle edilmiştir. İçten yanmalı motorun çıkışı bir volana bağlanmıştır. Cruise programında volan modülü olmadığı için, şaft modülü kullanılarak modelleme yolu seçilmiştir. Volandan iki çıkış alınıp, bu çıkışlar çift kavramalı şanzımanın ikiz kavramalarına bağlıdır. Cruise programının kütüphanesinde çift kavramalı şanzıman için hazır bir modül bulunmaktadır. Ancak detaylı bir modelleme istendiğinden dolayı bu hazır modül kullanılmamış olup şanzımanın içi gerçeğe en yakın olacak şekilde dişli oranları, kavramalar, şaftlar ve rulmanlarla modellenmiştir. İkiz kavramalardan bir tanesi şanzıman giriş şaftı ile çıkış şaftını tekli vitesler (1'inci, 3'üncü, 5'inci ve 7'nci vitesler) üzerinden bağlamaktadır. İkiz kavramalardan bir diğeri ise şanzıman giriş şaftı ile çıkış şaftını çiftli vitesler ve geri vites (2'nci, 4'üncü, 6'ncı ve geri vitesler) üzerinden bağlamaktadır. Çift kavramalı şanzımanda giriş şaftındaki güç çıkış şaftına iki farklı yoldan iletilebilir. Ancak çift kavramalı şanzımanın mekaniksel yapısının iç içe geçmiş iki farklı şaft şeklinde olmasından dolayı, bu iki yol tekli ve çiftli vitesler olarak ayrılmazlar. İlk güç yolu diferansiyele 1'inci, 3'üncü, 4'üncü, ve geri vitesler ile bağlıdır. İkinci güç yolu ise, 2'nci, 5'inci, 6'ncı, ve 7'nci vitesler üzerinden bağlıdır. Diferansiyel modülü içerisinde final oranını yazabileceğimiz bir alan olmadığı için, final oranı ayrıca bir tekli şanzıman oranı modülü ile tanımlanmıştır. Bu iki yol iki farklı final oranı ile diferansiyele bağlıdır. Şanzıman içerisindeki bütün vitesler tekli şanzıman oranı modülü ile modellenmiştir. Viteslere bağlı olan senkromeçler ise kavrama modülü ile modellenmiştir. Her ne kadar senkromeçleri kavrama gibi çalışmasalar da kavrama modülü içerisine girilen parametreler, haritalar ve onlara gönderilen sinyaller ile gerçeğe en yakın modellenme amaçlanmıştır. Final oranları diferansiyele bağlanmaktadır. Diferansiyel ise tek girişi olup çift çıkışıyla disk frenler üzerinden ön tekerlere bağlanmaktadır. Arka aksta ise herhangi bir itiş gücü olmadığı için arka aksta sadece teker ve disk frenlerin modellemesi yapılmıştır. Bu senkromeçlerin açılma kapanma zamanları ve ne zaman ne kadar açılacakları bilgisi vites değiştirme zamanlarında ya Cruise içerisindeki bir fonksiyon tarafından (eğer simülasyon Cruise üzerinde koşacak ise) ya da Matlab/ Simulink tarafından gönderilmektedir (eğer simülasyon Matlab/ Simulink üzerinde koşacak ise). Cruise içerisinde bulunan fonksiyon ve haritalar yardımıyla, birtakım geliştirmeler yapılabilmektedir. C programlama dili tabanlı çalışan bu fonksiyonlar, genel olarak temel hesaplamalar yapmak için ya da mantıksal bir algoritma kurmak için kullanılabilir. Ayrıca haritalar ile pompa ve rulmanların sürtünme ve ters tork girdileri yapılmıştır. Son adım olarak ise modellenen her modül, Cruise içerisinde bulunan CAN sinyal veri yolu sayesinde haberleşebilsin diye bir haberleşme ağı kurulur. Bu ağda tanımlanması gereken ise hangi modülden çıkan hangi sinyalin hangi modüle gideceğidir. Bu bağlantıları yaparken tutarlı olmak ve cebirsel döngüye düşmemek gerekir. Cruise modülleri içerisinde kullanılan tüm datalar, gerçek araç datasına ki bu gerçek araç tez sonunda sonuçların karşılaştırılacağı araçtır, en yakın şekilde seçilmiştir. Şu açıktır ki araçtaki her parametreyi ölçmeye imkan yoktur. Böyle durumlarla karşılaşıldığı takdirde ise, önceki tecrübeleri ve Cruise programının bize sunmuş olduğu hazır modelleri kullanarak bir yakınsama yapılmıştır. Cruise programında hazırlanan modelin ilk simülasyonu yine Cruise programında yapıldı. Bu simülasyonlar yeni Avrupa sürüş çevrimi (NEDC) ve dünya genelinde uyumlu hafif taşıtlar test prosedürü (WLTP) sürüş çevrimleri kullanılarak yapılmıştır. Bu sürüş çevrimlerinin seçilmesinin nedeni ise Avrupa ve dünya çapında kabul görmüş ve aracın her türlü dinamik davranışını ölçebilecek çevrimler olmalarıdır. Vites geçişleri için Cruise programı içinde bir mantık şeması kurulmuştur. Bu mantığa göre bir sonraki vites hesaplanıp güç aktarım sistemine bu söylenmektedir. Bu vites isteğine göre gerekli kavramalar ve senkromeçler açılıp kapanmaktadır. İçten yanmalı motorun hız senkronizasyonu ise Cruise tarafından sağlanmaktadır. Cruise içerisinde simülasyonlar istenilen hız girdisiyle olmaktadır. Güç aktarım sistemi istenilen hız ile anlık hız arasındaki farkı kullanarak gaz pedalı ve fren pedalı isteklerini oluşturmaktadır. Böyle aracın istenile hızı takip etmesi sağlanır. Yukarıda bahsedilen sürüş çevrimleri ile simülasyonlar yapılmış olup, anlık hız ile istenilen hız karşılaştırılmış, vites atış karakteristikleri ve kavrama torkları gözlenmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre çift kavramalı şanzımana sahip araç istenilen hızı takip edebilmekte ve vites değişim mantığına göre vitesleri değiştirmektedir. Kavrama torkları mantıklı seviyelerde ve vites değişimi sırasında kavrama tork değişimleri istenilen seviyededir. Diğer simülasyonlar Matlab/ Simulink ortamında yapılmıştır. Cruise programında oluşturulan model, Cruise programının özel fonksiyonları sayesinde Matlab/ Simulink ortamına gömülmüştür. Cruise ile Matlab/ Simulink arasındaki sinyal arayüzü tanımlanmış olup, Cruise tarafından içerisinde araç modeli bulunan bir S-fonksiyonu üretilmiştir. Bu S-fonksiyonu şanzıman kontrolü yazılımı ile birlikte çalışmaktadır. Yazılımdan gelen sinyaller bu fonksiyona girmekte ve hesaplanan sinyaller tekrardan yazılıma gönderilmektedir. Modelle birlikte yazılımı test etmek için AVL tarafından geliştirilen AVLab programı kullanılmıştır. Bu program modelle benzetim ve yazılımla benzetim testlerini yapabilmektedir. Şanzıman karakteristiğini anlayabilmek adına birçok test senaryosu yaratabileceğimiz bu program sayesinde birçok vites değişim grafikleri incelenmiştir. Bu program ile yapılan testlerde girişte istenilen hız değil doğrudan gaz pedalı, fren pedalı ve vites konumu (park, geri, boş ve ileri) gibi girdiler kullanılmaktadır. Test sonuçlarına göre araç modeli doğru ve özellikle şanzıman yazılımıyla birlikte uyumlu çalışmaktadır. Vites atma karakteristiği, vites değişimi sırasındaki içten yanmalı motorun durumu, kavrama torkları incelenmiş olup, herhangi bir beklenmeyen durumla karşılaşılmamıştır. Son adım olarak, yapılan modelin gerçeğe yakınlığının testi için sonuçlar gerçek araç datası ile karşılaştırılmıştır. Gerçek araçtaki sürücünün tepki süresi de hesaba katılınca bire bir karşılaştırma yapılmamıştır. Ancak yakın girdiler kullanılarak yapılan karşılaştırmalarda araç hız davranışı, tork değişimli vites geçişlerinde ve sarsma testlerinde çok benzer davranışlar elde edilmiştir. Araç ve şanzıman modellemesi yazılım testlerinin çok önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Modelleme sayesinde farklı koşulların sonuçlara etkisi çok rahat gözlemlenebilmektedir. Test sonuçları dikkate alındığında Cruise programının araç ve güç aktarım sistemi modellemede gerçeğe çok yakın sonuçlar verdiği rahatça görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Due to the strict emission standards and regulations, all big car manufacturers start to improve their powertrains or develop a new powertrain with an alternative energy source. The ones which are still producing conventional powertrains, try to increase the efficiency by operating the energy source at its most efficient operating area. The others which are developing a new hybrid or non-conventional powertrain, endeavor to use electric energy since it is easy to find and easy to store compared to the other energy sources (e.g. hydrogen). But due to the fact that no machine is perfect enough, they must use them as efficient as possible, even if they are using an electric machine. Therefore, every powertrain which is driven combined in a city traffic and highway, need a transmission to change the energy source speed and torque based on the vehicle velocity and driver demand. Due to the faster-flowing traffics and increasing more suitable roads, even the electric machines need at least two-speed transmissions. Thus, the development in new powertrains also brings along the developments in transmission. To be able to develop a new transmission or improve the functionality of a transmission, it needs to be modeled in a software environment to test it before integrating it on a real vehicle. It is always easy to re-test any software changes or calibration updates, thanks to the simulation environments. It is aimed to develop a vehicle plant model with a detailed dual clutch transmission (DCT) model within the scope of this thesis. AVL Cruise and Matlab/ Simulink is used as simulation environment. Cruise is a powertrain simulation software in which it is possible the model different powertrains with a special library contains modules. It is used to develop the plant model and simulate it with different driving cycles. Matlab/ Simulink is used to test the plant model with a transmission control unit (TCU) software. Conventional powertrain with a 1.2 liters gasoline engine is started to be developed in Cruise. Oil pump and auxiliaries such as alternator is connected to engine as loads. The engine is connected to a flywheel which is modeled with a shaft module. The flywheel is connected to DCT with double clutch. Transmission is modeled not with a DCT module in Cruise library but with shafts, clutches, gears, and bearings. Odd clutch connects the transmission input shaft to transmission output shaft through the odd gears (1st, 3rd, 5th and 7th gears). Even clutch connects the transmission input shaft to transmission output shaft through the even gears and reverse gear (2nd, 4th,6th, and reverse gears). There are two ways to flow the power from transmission input to output due to DCT nature. The first way is connected to the differential with a final gear ratio through 1st, 3rd, 4th and reverse gears. The other way is also connected to the differential but with a different final gear ratio through 2nd, 5th, 6th and 7th gears. All the gears are modeled with a single ratio transmission and their synchronizers are modeled with a clutch module. The final gears are connected to the differential. The differential is connected to the front wheels with disc brakes. On the rear axle there is no traction. It is also possible to define functions and maps in Cruise. These functions are used for basic calculations. As a last step, the data bus connections are done in Cruise. It is mainly used for signal flow through the modules. All the parameters used in Cruise is based on the vehicle which is tested on a test track and the test data will be used for comparison at the end of the simulations. Some of the data which is not possible to measure are defined based on the experience or other available simulations in Cruise. The first simulations are run in Cruise with New European Driving Cycle (NEDC) and Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure (WLTP). For the shifting, a simple shift logic is implemented in Cruise. The simulations are based on the desired velocity. The current vehicle velocity, shifting behavior, and clutch torques are observed. Based on the simulation results in Cruise, it is observed that the vehicle with DCT is running correct and satisfying the expectations. The second simulations are run in Matlab/ Simulink. The vehicle model in Cruise is implemented to Matlab/ Simulink by using the special feature of Cruise. All the signals between Cruise and Matlab/ Simulink is defined and an S-function is generated out of Cruise. It is implemented to Matlab/ Simulink with a TCU software. As a test tool, special software called Automated Plant Model Testing (AVLab) which is developed by AVL for model in the loop (MIL) and software in the loop (SIL) testing is used. Different test cases are created in AVLab to observe the transmission behavior. The different types of shifting such as power on upshift, power down upshift, power on downshift, and power down downshift, clutch torques, vehicle velocity, engine speed synchronization characteristics are checked. According to the test results, it is observed that the plant model is working effectually. All the shifting, clutch torque changes, and vehicle reactions are as expected. As a last step, the simulation results in Matlab/ Simulink are compared with a real vehicle data. Since it is not so easy to run the same simulation in real vehicle due to human interaction, the clutch torque behavior during shifting, jerk characteristics, and shifting time are considered. According to the results, it can be seen that the software simulation results are consistent with the real vehicle data with an acceptable difference. Vehicle and transmission modeling are an important part of the software testing. According to all the test result, it can unambiguously be stated that AVL Cruise is very suitable, viable and consistent for powertrain modeling.
Benzer Tezler
- Çift kavramalı şanzımanın sürünme tork kontrolü
Creep torque control of dual clutch transmission
KAAN ÖZGÖKHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN YAZICI
- Modelling, simulation and control of a powertrain with dual clutch transmission
Çift kavrama şanzımanlı güç aktarma sisteminin modellenmesi, simulasyonu ve kontrolü
ÖZGÜN BALCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. ORHAN ATABAY
- 8+1 manuel senkromeçli transmisyonun otomatize edilmesi için modellenmesi ve kontrol algoritmalarının geliştirilmesi
Developing control algorithms and modelling of 8+1 manual synchromesh transmission automatisation
CAN DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VOLKAN SEZER
- Multi-objective optimization of dynamic behaviour of automotive clutch system and power transmission
Otomotiv debriyaj sisteminin ve güç iletiminin dinamik davranışının çok amaç fonksiyonlu optimizasyonu
ONUR OZANSOY
Doktora
İngilizce
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUGAN
- İçten yanmalı motorlarda çift kütleli volan kullanımı ve taşıt güç aktarma sisteminin performansına etkileri
Application of dual mass flywheel on internal combustion engines and its effects on performance of vehicle powertrain system
ABDURRAHMAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN GÜLLÜ