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Optimierung und Entwicklung elektrodynamischer Schaltaktoriksysteme in Getrieben

Reul, Andreas (2018):
Optimierung und Entwicklung elektrodynamischer Schaltaktoriksysteme in Getrieben.
Darmstadt, Technische Universität, [Online-Edition: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7640],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Schaltaktoriksysteme werden in Getrieben zur automatischen Gangwahl eingesetzt. Ihr Systemdesign beeinflusst dadurch neben den Kosten auch die Dynamik des Getriebes. Als Alternative zu elektrohydraulischen Systemen werden zunehmend, vorwiegend aus Kostengründen, elektrodynamische Konzepte eingesetzt. Durch neue Schaltelemente und um den steigenden Dynamik- und Kostenanforderungen gerecht zu werden, ist eine Weiterentwicklung dieser Systeme notwendig. Über die Analyse des Schaltprozesses ergeben sich dazu im Wesentlichen zwei Ansätze. Das optimale Systemdesign wird in Bezug auf die Kosten und die Dynamik über einen simultanen Optimierungsansatz bestimmt. Neben dem Design wird die Dynamik des designrelevanten Auslegevorgangs mithilfe einer optimalen Steuerung in einem simultanen Optimierungsproblem ermittelt. Ergänzend werden die Sensitivitäten bestimmt, die eine zielgerichtete Analyse der Nebenbedingungen ermöglichen und weiteres Potenzial aufzeigen. Neben dem Auslegevorgang kann auch während der Synchronisierung durch geeignete Wahl einer Regelungsstrategie die Schaltzeit reduziert werden. Dazu ist ein detaillierteres Simulationsmodell notwendig, welches die Synchronisierung und den restlichen Antriebsstrang darstellt. Das Modell ermöglicht eine simulative Untersuchung und Bewertung verschiedener Strategien. Dies wird ergänzt durch Untersuchungen an einem modularen und kompakten Schaltaktorikprüfstand, der lediglich die Differenzdrehzahl an der Synchronisierung abbildet. Zudem ermöglicht der Prüfstand die Untersuchung des Schaltverhaltens von Zahnkupplungen, wie sie in elektrisch synchronisierten Getrieben verwendet werden. Inspiriert durch die neuen Schaltelemente und die verschiedenen Entwicklungsmethoden für mechatronische Systeme, wird in Verbindung mit der verwendeten multidisziplinären Mehrzieloptimierung eine Designmethode abgeleitet. Die frühzeitige Einbindung von Optimierung in den Entwicklungsprozess trägt dabei zu einer zielgerichteten Weiterentwicklung bei und der multidisziplinäre Ansatz ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung des Systems.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2018
Creators: Reul, Andreas
Title: Optimierung und Entwicklung elektrodynamischer Schaltaktoriksysteme in Getrieben
Language: German
Abstract:

Schaltaktoriksysteme werden in Getrieben zur automatischen Gangwahl eingesetzt. Ihr Systemdesign beeinflusst dadurch neben den Kosten auch die Dynamik des Getriebes. Als Alternative zu elektrohydraulischen Systemen werden zunehmend, vorwiegend aus Kostengründen, elektrodynamische Konzepte eingesetzt. Durch neue Schaltelemente und um den steigenden Dynamik- und Kostenanforderungen gerecht zu werden, ist eine Weiterentwicklung dieser Systeme notwendig. Über die Analyse des Schaltprozesses ergeben sich dazu im Wesentlichen zwei Ansätze. Das optimale Systemdesign wird in Bezug auf die Kosten und die Dynamik über einen simultanen Optimierungsansatz bestimmt. Neben dem Design wird die Dynamik des designrelevanten Auslegevorgangs mithilfe einer optimalen Steuerung in einem simultanen Optimierungsproblem ermittelt. Ergänzend werden die Sensitivitäten bestimmt, die eine zielgerichtete Analyse der Nebenbedingungen ermöglichen und weiteres Potenzial aufzeigen. Neben dem Auslegevorgang kann auch während der Synchronisierung durch geeignete Wahl einer Regelungsstrategie die Schaltzeit reduziert werden. Dazu ist ein detaillierteres Simulationsmodell notwendig, welches die Synchronisierung und den restlichen Antriebsstrang darstellt. Das Modell ermöglicht eine simulative Untersuchung und Bewertung verschiedener Strategien. Dies wird ergänzt durch Untersuchungen an einem modularen und kompakten Schaltaktorikprüfstand, der lediglich die Differenzdrehzahl an der Synchronisierung abbildet. Zudem ermöglicht der Prüfstand die Untersuchung des Schaltverhaltens von Zahnkupplungen, wie sie in elektrisch synchronisierten Getrieben verwendet werden. Inspiriert durch die neuen Schaltelemente und die verschiedenen Entwicklungsmethoden für mechatronische Systeme, wird in Verbindung mit der verwendeten multidisziplinären Mehrzieloptimierung eine Designmethode abgeleitet. Die frühzeitige Einbindung von Optimierung in den Entwicklungsprozess trägt dabei zu einer zielgerichteten Weiterentwicklung bei und der multidisziplinäre Ansatz ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung des Systems.

Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Mechatronic Systems in Mechanical Engineering (IMS)
Date Deposited: 05 Aug 2018 19:56
Official URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7640
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-76400
Referees: Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan and Pelz, Prof. Dr. Peter
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 20 February 2018
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
Shifting systems are used in transmissions for automatic gear selection. Their design also influences the dynamics and cost of transmissions. As alternative to electrohydraulic systems, electrodynamic concepts are increasingly being used mainly for cost reasons. Owing to new shift elements and to fulfill the rising dynamics as well as cost requirements, further development of these systems is necessary. The analysis of the shifting process essentially involves two approaches. The optimal system design in terms of cost and dynamics is determined by a simultaneous optimization approach. In addition to the design, the dynamics for the design-relevant disengage process are determined by means of an optimal control in one simultaneous optimization problem. Further results are the sensitivities, which enable a purposive analysis of the boundary conditions and show further potential. In addition to the disengage process, the shifting time can also be reduced during the synchronization by suitable selection of a control strategy. For this purpose, a detailed simulation model is necessary, which can represent the synchronization and the remaining drivetrain. The model allows a simulative investigation and comparison of different strategies. This is supplemented by investigations at a modular and compact shifting actuator test rig, which only takes the differential speed into account. In addition, the test rig makes it possible to investigate the shifting behavior of toothed clutches, as used in electrically synchronized transmissions. Inspired by new shift elements in transmissions and the different development methods for mechatronic systems, a design method is derived in conjunction with the multidisciplinary multiobjective optimization. The early integration of optimization into the development process contributes to a purposive development and the multidisciplinary approach enables a holistic view of the system.English
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