Drivlina – modellering
Innehållsförteckning Drivlina – Översikt TSFS09 – Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor – Fö 10 Drivlina – modellering Lars Eriksson - Kursansvarig Drivlina – Modellering Drivlina – Dynamiska förlopp Drivlina – Utblick Fordonssystem, Institutionen för Systemteknik Linköpings universitet [email protected] November 12, 2015 Drivlinans komponenter Drivlinans roll Wheel Engine Clutch Drive shaft 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 Propeller shaft Innehållsförteckning Drivlinans komponenter Drivlina – Översikt Wheel Engine Drivlina – Modellering Clutch Drive shaft Drivlina – Dynamiska förlopp Final drive Drivlina – Utblick Transmission Drivlina - Modellering Propeller shaft Drivlina - Modellering Mm θm Engine Mc Mt Mfr :m Transmission Mfr :t θp θt Mp θt θc Clutch Propeller shaft Mf Final drive Md θw Drive shaft Mw ◮ friläggning av komponenter i drivlina ◮ systematik Md ◮ fordonets massa som effektivt tröghetsmoment ◮ spegling av tröghetsmoment med i 2 θw Wheel Mfr :w Enkelt exempel Illustrerar följande viktiga idéer: θf Mfr :f θf Mp r w Fw Drivlina - Modellering Stel drivlina – En massemodell Egenskaper Speed, v ◮ Stel drivlina ◮ Kopplar ihop motor och fordon ◮ Motor, drivlina, fordon – En massa Air drag force, Fa Fr + mg sin(α) Fw Innehållsförteckning Användningsområden ◮ Kopplar ihop ett fordons väglast med arbetspunkt i motormappen ◮ Bränsleförbrukningssimulering ◮ Accelerations simulering ◮ ... 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. Drivlina - Modellering 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? Stegsvarsexperiment Drivlina - Modellering Engine torque 1500 Mätgivare för hastighet hos θ̇m Svänghjul (motorn) θ̇m ◮ θ̇t Växellådans utaxel ◮ θ̇w Hjulen 500 0 4 Measured Variables Node Resolution Engine 0.013 rad/s Engine 1% of max torque Engine 1◦ C ABS 0.033 rad/s Transmission 0.013 rad/s 6 8 10 12 14 16 18 14 16 18 Driveline speeds Rate 20 ms 20 ms 1s 50 ms 50 ms 250 [rad/s] Variable Engine speed, θ̇m Engine torque, Mm Engine temp, Tm Wheel speed, θ̇w Transmission speed, θ̇t [Nm] ◮ 1000 200 150 4 6 8 10 12 Time, [s] Det gällde att hålla i sig! Vi behöver nu en modell som fångar dessa egenskaper. Drivlina - Modellering Wheel Clutch Engine Drive shaft Fortsättning på Enkelt exempel Illustrerar följande viktiga idéer: Final drive ◮ torsionsmodellering ◮ val av tillstånd Propeller shaft Transmission Drivlina - Modellering Drivlina - Modellering replacemen 2 2 2 (Jm + Jt /it + Jf /it if )θ̈m = θw θm 2 2 2 Mm − Mfr :m − (bt /it + bf /it if )θ̇m −k(θm /it if − θw )/it if −c(θ̇m /it if − θ̇w )/it if 2 (Jw + mrw )θ̈w k = k(θm /it if − θw ) + c(θ̇m /it if − θ̇w ) 2 −(bw + mcr 2 rw )θ̇w − rw m (cr 1 + gsin(α)) Mm − Mfr :m 1 2 3 2 cw Aa ρa rw θ̇w −rw m (cr 1 + gsin(α)) c Jm + Jt /it2 + Jf /it2 if2 Jw + mrw2 Torsionen i drivaxeln, motorvarvtalet och hjulvarvtalet används som tillstånd enligt. x1 = θm /it if − θw , x2 = θ̇m , x3 = θ̇w Drivlina - Modellering Drive-shaft torsion, x1 = θm /it if − θw rad 0.5 0 −0.5 ◮ Två tillstånd mäts - ett är okänt ◮ Vilket är den viktigaste fysikaliska egenskapen som förklarar data ◮ Modellstruktursval ◮ Parameterskattning Engine speed, x2 and θ̇m 300 250 rad/s Experiment - stegsvar (egentligen hastigheter som trampsvar på gaspedalen) 200 150 100 Transmission speed, x2 /it and θ̇t 15 rad/s ◮ 10 5 Wheel speed, x3 and θ̇w rad/s 5 4 3 2 1 14 Drivlina - Modellering 16 18 20 22 Time, [s] 24 26 28 30 Sensordynamik inkluderad Drive-shaft torsion, x1 = θm /it if − θw rad 0.5 Kopplingsdynamik? ◮ Kardandynamik? ◮ Sensordynamik? ◮ Olinjäriteter? Engine speed, ym and θ̇m 300 rad/s 250 200 150 100 Transmission speed, yt and θ̇t 15 rad/s ◮ −0.5 10 5 Wheel speed, yw and θ̇w 5 rad/s Är modellen perfekt? Vilken är nu den svagaste länken, dvs den viktigaste omodellerade effekt som behövs för att förklara data. 0 4 3 2 1 14 16 18 20 22 Time, [s] 24 26 28 30 Drivlina - Modellering Drivlina - Modellering Är modellen perfekt nu då? Det finns specialfall som kräver ännu nogrannare modeller. Linjär koppling och torsion i drivaxlarna. θt θm θw kd kc Mm + Mfr :m rw m (cr 1 + gsin(α)) cd cc Jt + Jm Jf /if2 Jw + mrw2 Exempel: –Slag och såg. –Automatisk farthållning i svagt nedförslut. Drivlina - Modellering Ickelinjär koppling och torsion i drivaxelarna. Olinjär karaktäristik för kopplingen Jm θ̈m = Mm − Mfr :m − Mkc (θm − θt it ) mechanical stop Torque (Jt + Jf /if2 )θ̈t kc2 −θc2 kc1 −θc1 kc1 kc2 mechanical stop θc2 −(bt + bf /if2 )θ̇t 1 kd (θt /if − θw ) + cd (θ̇t /if − θ̇w ) if = kd (θt /if − θw ) + cd (θ̇t /if − θ̇w ) 1 2 −(bw + mcr 2 rw )θ̇w − cw Aa ρa rw3 θ̇w 2 −rw m (cr 1 + gsin(α)) − θm − θc (clutch torsion) θc1 −cc (θ̇m − θ̇t it ) = it Mkc (θm − θt it ) + cc (θ̇m − θ̇t it ) (Jw + mrw2 )θ̈w Drivlina - Modellering Innehållsförteckning Drivlina – Översikt Drivlina – Modellering Metodik för modellanvändning ◮ ◮ Enkel modell för reglerdesign Utförligare modell för verifierande simuleringar Drivlinemodeller – Avancerade tillämpningar Drivlina – Dynamiska förlopp Drivlina – Utblick Drivlinemodeller – Avancerade tillämpningar Analys och detektering av miständning (diagnos) Analys av (högre) resonansmoder 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.
© Copyright 2024