Schaltsimulationen mit der Methode der Mehrkörpersysteme und der Finite Elemente Methode sind Standard in der Entwicklung von Getrieben. Die Modelle hierfür sind aufgrund der komplexen Bauteilgeometrien und zahlreichen Kontakte umfangreich, was lange Berechnungszeiten zur Folge hat. Die vorliegende Arbeit grenzt sich von diesen Schaltsimulationen ab, indem sie ein Synchronisierungsmodell zeigt, das in Echtzeit berechnet werden kann. Das Modell berechnet den Schaltvorgang im Bruchteil einer Sekunde, also so schnell, wie er tatsächlich im Fahrzeug ausgeführt wird. Aufgrund dieser Eigenschaft kann das echtzeitfähige Synchronisierungsmodell an Hardware-in-the-Loop-Prüfständen (HiL-Prüfständen) verwendet werden. Diese Möglichkeit, den Schaltvorgang physikalisch am Echtzeitprüfstand abzubilden, verbessert die Qualität der HiL-Bauteilerprobungen im Entwicklungsprozess der Getriebe. Das echtzeitfähige Synchronisierungsmodell wird in der Arbeit mit der Methode der starren Mehrkörpersysteme in Kombination mit einer Mehrskalensimulation aufgebaut. Die Methode der Mehrkörpersysteme eignet sich zur Beschreibung technischer Systeme, die große Bewegungen ausführen. Die Mehrskalensimulation mit der Finite Elemente Methode eignet sich zur Analyse der Kontaktvorgänge. Die Stöße zwischen den Klauen und der Stoß im rotatorischen Spiel der Synchronisierung sind hoch belastet. Eine Übertragung der Finite Elemente Ergebnisse hoch belasteter Stöße von elastischen Körpern in die Stoßberechnung im starren Mehrkörpersystem kann nicht mit der Stoßzahl erfolgen, da die klassischen Stoßtheorien für den unbelasteten Stoß gelten. Aus diesem Grund wird ein Kollisionskoeffizient vorgeschlagen, der die Energieverluste beim belasteten Stoß zusammenfasst. In der Arbeit werden gezielte Anpassungen bestehender Verfahren zur Penetrationserkennung für die Anwendung bei einer Synchronisierung vorgestellt. Die benötigte Rechenzeit des Synchronisierungsmodells lässt sich so deutlich verkürzen. Da die Penetrationserkennung im Synchronisierungsmodell den größten Teil der Rechenzeit in Anspruch nimmt, sind die Anpassungen entscheidend für das Erreichen der Echtzeitfähigkeit. Die Stoßzahlmatrix zeitgleicher rotatorischer Stöße wird anhand numerischer Untersuchungen ermittelt. Es wird dargestellt, weshalb sich die Stoßzahlmatrix stark ändert, wenn die anfänglichen Stoßgeschwindigkeiten variieren. Aus diesem Grund erfolgt die Berechnung zeitgleicher Stöße im echtzeitfähigen Synchronisierungsmodell mit einer Formulierung als lineares Komplementaritätsproblem.
Shifting simulations using the multibody systems approach and the finite element method are standard in the development of transmissions. The models for this are large due to the complex geometries and numerous contacts, that causes long calculation times. This work sets itself apart from this shifting simulations by showing a synchronization model that can be computed in real time. The model calculates the shifting process in a split second, so as fast as it is running in the vehicle. Due to this property, the real time capable synchronization model can be used at Hardware in the Loop (HiL) test benches. The possibility to physically map the shifting at a real time test bench improves the quality of the HiL component tests in the development process of the transmissions. The real time capable synchronization model is built up in this thesis from the rigid multibody systems approach in combination with a multiscale simulation approach. The multibody systems approach is suitable for the description of technical systems that execute large motions. The multiscale simulation approach using the finite element method is suitable for the analysis of the contact processes. The impacts between the claws and the impact in rotational clearance in the synchronization are heavily loaded. A transfer of the finite element results of highly loaded impacts of elastic bodies to the impact calculation in the rigid multibody system cannot be done with the coefficient of restitution, because the classical impact theories apply to unloaded impacts. For this reason a collision coefficient is suggested, which represents the kinetic energy losses during loaded pnpact. In this thesis specific adaptations of existing methods for penetration detection for use in a synchronization are presented. The needed calculating time of the synchronization model can thereby be shortened considerably. Since the penetration detection in the synchronization model requires most of the calculating time, the adaptations are decisive for the achievement of the real time capability. The matrix of the coefficients of restitution of simultaneous rotational impacts is determined by numerical investigations. It is shown that the matrix of the coefficients of restitution changes significantly when the initial impact velocities vary. For this reason, the calculation of simultaneous impacts in the real time capable synchronization model is done with a formulation as a linear complementarity problem.
Echtzeitfähiges Mehrkörpersimulationsmodell einer PKW-Synchronisierung
2012
154 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Dissertation , Pkw (Personenkraftwagen) , Synchronisierung , Schaltungssimulation , Mehrkörpersimulation , Simulationsmodell , Echtzeitverarbeitung , Finite-Elemente-Methode , Getriebe , Schaltvorgang , Hardware-in-the-Loop-Test , Prüfstand , Mehrkörpersystem , Stoß (Schlag) , Kollision , Rechenzeit
Kraftfahrwesen | 2013
|Entwicklung einer Mehrfachkonus-Synchronisierung fuer Nutzfahrzeuggetriebe
Kraftfahrwesen | 1991
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