Beitrag zur Modellbildung von Antriebsträngen für Fahrbarkeitsuntersuchungen

Dipl. -Ing. Felix Matthies Contribution to the modeling of powertrains for driveability studies To obtain a system model, one should always proceed according to the principle “as simple as possible and as detailed as necessary”. A guideline helping to meet these requirements one searches in vain. To fill this gap a process is presented that starts by analyzing the requirements and constraints of the particular task. Based on this analysis the matching model approach can be selected out of different levels of detail. The selection considers criteria characterizing the model performance and the adaptability of parameters. These criteria depend highly on the models level of detail. For common drive train components different detailed model approaches are presented and discussed. Besides the modeling itself, the parameterization is a very important component of the modeling process. An intelligent strategy identifies the parameters of mainly physically based models out of measurement data. The calibration of the load change reaction functions of the engine control and the calibration of the shifting process of automatic transmissions are two applications that demonstrate the efficiency of the presented process. System models with high problem-oriented model quality can be generated by little effort. Inhaltsverzeichnis I Formelzeichen und Abkürzungen . V Abbildungsverzeichnis . XII Tabellenverzeichnis . XV 1 Einleitung . 1 1.1 Motivation . 1 1.2 Zielsetzung und Inhalt . 1 1.3 Gliederung der Arbeit . 2 2 Stand der Technik . 3 2.1 Automatikgetriebe . 3 2.1.1 Mechanik von Automatikgetrieben . 3 2.1.2 Hydraulik . 4 2.2 Getriebesteuerung . 5 2.2.1 Schaltpunktwahl . 6 2.2.2 Schaltablaufsteuerung . 7 2.2.3 Wandlerkupplungssteuerung . 8 2.3 Fahrbarkeit . 8 2.3.1 Grundlagen . 9 2.3.2 Fahrzeugabstimmung . 13 2.3.3 Objektive Bewertung . 13 2.3.4 Automatisierte Abstimmung . 15 2.4 Modellbildung physikalischer Systeme . 16 2.4. 1 Modellbildung im Entwicklungsprozess . 17 2.4. 2 Experimentelle Modellbildung . 18 2.4. 3 Theoretische Modellbildung . 19 2.4. 4 Komponentenorientierte Modellbildung . 19 2.4. 5 Integrationsumgebung . 20 2.4. 6 Integrationsverfahren . 21 2.4. 7 Modellbildung von Antriebsträngen . 21 2.5 Identifikation und Bedatung . 22 2.5. 1 Messbarkeit von Zustandsgrößen . 23 2.5. 2 Störungen . 24 2.5. 3 Identifikation linearer Systeme . 25 2.5. 4 Identifikation nichtlinearer Systeme . 25 2.5. 5 Identifikation bei theoretischen Modellen . 26 3 Modellbildung von Antriebsträngen . 28 3.1 Kriterien zur Modellbewertung. 28 3.2 Grundlagen physikalischer Modellbildung . 29 3.3 Modularisierung mechanischer Systeme . 29 II Inhaltsverzeichnis 3.3.1 Ansatz I – Stabilisierung mittels Korrekturterm . 30 3.3.2 Ansatz II – Torsionselastische Kopplung . 31 3.3.3 Ansatz III – Semi-implizite Euler-Stabilisierung . 32 3.3.4 Modellvergleich . 33 3.4 Verbrennungsmotor . 34 3.4. 1 Ansatz I – Mittelwertmodell . 35 3.4. 2 Ansatz II – Erweitertes Mittelwertmodell . 36 3.4. 3 Ansatz III – Motorschwingungsmodell . 37 3.4. 4 Motorprozessmodell . 38 3.4. 5 Modellvergleich . 39 3.5 Drehmomentwandler . 41 3.5. 1 Kennlinienmodell . 43 3.5. 2 Voigt-Kelvin-Modell . 44 3.5. 3 Hydrodynamisches Strömungsmodell . 44 3.5. 4 Modellvergleich . 45 3.6 Kupplungen und Bremsen . 45 3.6. 1 Physikalische Grundlagen. 46 3.6. 2 Ansatz I – Strukturell invariabler Modellansatz . 48 3.6. 3 Ansatz II – Strukturvariabler Modellansatz . 50 3.6. 4 Ansatz III – Strukturvariabler Modellansatz mit Stabilisierung . 51 3.6. 5 Translatorisches Reibungsmodell . 52 3.6. 6 Modellvergleich . 54 3.7 Getriebesysteme . 55 3.7. 1 Ansatz I – Variable Übersetzungsstufe . 56 3.7. 2 Strukturvariable Übersetzungsstufe . 57 3.7. 3 Ansatz II – Zwei-Wellen-Getriebe . 57 3.7. 4 Ansatz III – Planetengetriebe . 58 3.7. 5 Elasto-kinematische Getriebemodellierung . 62 3.7. 6 Modellvergleich . 63 3.8 Wellen . 65 3.8. 1 Ansatz I – Starre Kopplung . 66 3.8. 2 Ansatz II – Torsionselastische Kopplung . 66 3.8. 3 Ansatz III – Übertragungsfunktion . 66 3.8. 4 Modellvergleich . 67 3.9 Lose . 68 3.9. 1 Ansatz I – Dead-Zone . 69 3.9. 2 Ansatz II – Physikalisches Modell . 69 3.9. 3 Ansatz III – Proportionalmodell . 70 3.9. 4 Modellvergleich . 70 3.10 Hydrauliksystem . 72 3.10. 1 Ansatz