Innehållsförteckning TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 9 Drivlina modellering Lars Eriksson - Kursansvarig Drivlina Översikt Drivlina Modellering Drivlina Dynamiska förlopp Drivlina Utblick Fordonssystem, Institutionen för Systemteknik Linköpings universitet larer@isy.liu.se November 22, 2017 1 / 35 3 / 35 Drivlinans komponenter Drivlinans roll Wheel Engine Driveshaft Final drive Övergripande mål vid forskning och utveckling av framtidens fordonssystem. effektivt arbete låga emissioner körbarhet säkerhet Vilken betydelse har drivlinan i dessa sammanhang? Transmission Propellershaft 4 / 35 5 / 35
Innehållsförteckning Drivlinans komponenter Drivlina Översikt Wheel Drivlina Modellering Engine Driveshaft Drivlina Dynamiska förlopp Final drive Drivlina Utblick Transmission Propellershaft 6 / 35 7 / 35 Me x ICE θe Me flywheel θ Mtrans disc θc Mc θc Mc torsion θt Mc i Transmission θp Mp Enkelt exempel Illustrerar följande viktiga idéer: friläggning av komponenter i drivlina systematik bt θp fordonets massa som effektivt tröghetsmoment θp Mp Propeller shaft θf Mp Final drive θd Md spegling av tröghetsmoment med i 2 bf θd θd Md Drive shaft θw Md Wheel v rw (ma + Fr + Fa +Fg + Fb)rw 8 / 35 9 / 35
Stel drivlina En massemodell Fa Fw Egenskaper Stel drivlina Kopplar ihop motor och fordon Motor, drivlina, fordon En massa Fr α Fg m g Användningsområden Kopplar ihop ett fordons väglast med arbetspunkt i motormappen Bränsleförbrukningssimulering Accelerations simulering... 10 / 35 11 / 35 Innehållsförteckning Ett exempel: Scania 144L lastbil Drivlina Översikt Drivlina Modellering Drivlina Dynamiska förlopp Drivlina Utblick 14 liter V8 turbo diesel, 530 Hp, max-moment 2300 Nm. In-line fuel injection pump system. 14 växlar, retarder, OptiCruise. m = 24 000 kg. 12 / 35 13 / 35
Egenskaper? Scania 14 liter V8 DSC14 engine. Scania transmission with retarder OptiCruise automatic gear-shifting system. Vad händer om man trampar gasen i botten på en låg växel? Vad händer om man trampar gasen i botten på lite högre växel? 14 / 35 15 / 35 Mätgivare för hastighet hos Stegsvarsexperiment 1500 1000 Engine torque θm Svänghjul (motorn) θm θt Växellådans utaxel θw Hjulen Measured Variables Node Resolution Variable Rate Engine speed, θm Engine 0.013 20 ms Engine torque, Mm Engine 1% of max torque 20 ms Engine temp, Tm Engine 1 C 1 s Wheel speed, θw ABS 0.033 50 ms Transmission speed, θt Transmission 0.013 50 ms [Nm] [] 500 0 4 6 8 10 12 14 16 18 Driveline speeds 250 200 150 4 6 8 10 12 14 16 18 Time, [s] Det gällde att hålla i sig! 16 / 35 17 / 35
Vi behöver nu en modell som fångar dessa egenskaper. Engine Wheel Driveshaft Final drive Fortsättning på Enkelt exempel Illustrerar följande viktiga idéer: torsionsmodellering val av tillstånd Transmission Propellershaft 18 / 35 19 / 35 θe θw (Jm + Jt /i 2 t + J f /i 2 t i2 f ) θm = Mm M fr:m (bt /i 2 t + b f /i 2 t i2 f ) θm k(θm/it i f θw )/it i f c( θm/it i f θw )/it i f k (Jw + mr 2 w ) θw = k(θm/it i f θw ) + c( θm/it i f θw ) Me c rwmg(f0 +sin(α)) (bw + mcr2r 2 w ) θw 1 2 cw Aaρar 3 w θ2 w rw m (cr1 + gsin(α)) Je +Jt/i 2 t +Jf/i 2 ti 2 f Jw +mr 2 w Torsionen i drivaxeln, motorvarvtalet och hjulvarvtalet används som tillstånd enligt. x1 = θm/itif θw, x2 = θm, x3 = θw 20 / 35 21 / 35
0.5 Driveshaft torsion,x1 = θe/itif θw rad 0 Experiment - stegsvar (egentligen hastigheter som trampsvar på gaspedalen) Två tillstånd mäts - ett är okänt Vilket är den viktigaste fysikaliska egenskapen som förklarar data Modellstruktursval Parameterskattning 0.5 300 250 200 150 100 15 10 5 Engine speed, x2 and θe Transmission speed, x2/it and θt Wheel speed, x3 and θw 5 4 3 2 1 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Time, [s] 22 / 35 23 / 35 Sensordynamik inkluderad 0.5 Driveshaft torsion,x1 = θe/itif θw rad 0 Är modellen perfekt? Vilken är nu den svagaste länken, dvs den viktigaste omodellerade effekt som behövs för att förklara data. Kopplingsdynamik? Kardandynamik? Sensordynamik? Olinjäriteter? 0.5 300 250 200 150 100 15 10 5 Engine speed, ym and θe Transmission speed, yt and θt Wheel speed, yw and θw 5 4 3 2 1 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Time, [s] 24 / 35 25 / 35
kc2 Är modellen perfekt nu då? Det finns specialfall som kräver ännu nogrannare modeller. Linjär koppling och torsion i drivaxlarna. θe θp θw Me kp kd rwmg(f0 +sin(α)) cp cd Je +Jt/i 2 t Jf Jw +mr 2 w Exempel: Slag och såg. Shunt and shuffle. Klonk. Automatisk farthållning i svagt nedförslut. 26 / 35 27 / 35 Olinjär Koppling Ickelinjär koppling och torsion i drivaxelarna. Olinjär karaktäristik för kopplingen Torque mechanical stop Jm θm = Mm Mfr:m Mkc(θm θtit) cc( θm θtit) ( ) (Jt + Jf /if 2 ) θt = it Mkc(θm θtit) + cc( θm θtit) θc2 θc1 kc1 kc1 θc1 θc2 θe θc (clutch torsion) (bt + bf /if 2 ) θt 1 ( ) kd(θt/if θw ) + cd( θt/if θw ) if kc2 (Jw + mr 2 w ) θw = kd(θt/if θw ) + cd( θt/if θw ) (bw + mcr2rw ) θw 1 2 cw Aaρar 3 w θ 2 w mechanical stop rw m (cr1 + gsin(α)) Funktionen Mkc( ) är olinjära kopplingsmodellen. 28 / 35 29 / 35
Inneh allsf orteckning Drivlina Oversikt Drivlina Modellering Metodik f or modellanv andning I Enkel modell f or reglerdesign I Utf orligare modell f or verifierande simuleringar Drivlina Dynamiska f orlopp Drivlina Utblick 31 / 35 30 / 35 Drivlinemodeller Avancerade till ampningar Drivlinemodeller Avancerade till ampningar Analys och detektering av mist andning (diagnos) Analys av (h ogre) resonansmoder 32 / 35 33 / 35
Drivlinemodeller Avancerade tillämpningar Sammanfattning Misfire och drivlineoscillationer blandas samman. Vad har vi gjort under modelleringsarbetet? Grundläggande drivlinemodell (stelkroppsantagande,...). Studium av riktiga mätningar och deras avvikelse från den enkla modellen. Utvidgade drivlinemodeller. 34 / 35 35 / 35