Verktyg för att analysera moderna steglösa transmissioner för fordon
För varje körsituation finns det en unik ”växel” eller utväxling, som ger bästa prestanda i form av bränsleekonomi eller accelerationsförmåga. Med steglösa transmissioner, styrda av datorer, kan man åstadkomma rätt utväxling vid alla körsituationer och säkerställa bränsleekonomisk körning eller bästa accelerationsförmåga. Mikael Törmänen presenterar i en doktorsavhandling ett verktyg för analys av rullkroppsvariatorer, en typ av steglösa transmissioner.
En förare, som kör en bil med en manuell växellåda, har svårt att upprätthålla bästa bränsleförbrukning eller bästa acceleration i alla körsituationer, eftersom antalet utväxlingar är begränsat till fem eller sex växlar och tidpunkten för växlingarna är svår att avgöra. Befintliga automatväxellådor eller automatiserade manuella växellådor, styrda av datorer som känner av motorns egenskaper och körförhållanden, är ett steg i rätt riktning, men de är fortfarande begränsade till ett fåtal utväxlingar. Med steglösa transmissioner, styrda av datorer, kan man åstadkomma rätt utväxling vid alla körsituationer och säkerställa bränsleekonomisk körning eller bästa accelerationsförmåga.
Det finns två huvudprinciper för mekaniska steglösa transmissioner: remvariatorer och rullkroppsvariatorer. Här beaktas endast typen rullkroppsvariator där kraftöverföringen sker genom att man utnyttjar friktionen mellan roterande kroppar (jämför kontakten mellan ett hjul och mark) gjorda av stål och åtskilda av en tunn oljefilm under högt tryck. Trycket är så högt att oljan stelnar då den befinner sig i kontakten.
Konstruktion av en optimerad steglös transmission av denna typ kräver att man kan analysera alla tänkbara driftsförhållanden och göra olika typer parameterstudier. Detta kräver då i sin tur tillgång till ett kraftfullt simuleringverktyg som hanterar vissa modellparametetrar och den komplexa stelkroppsdynamiken, samt en inbyggd beräkningsmodul som hanterar kraftöverföringen mellan transmissionens olika delar. Denna beräkningsmodul måste också vara beräkningseffektiv då den anropas otaliga gånger av simuleringsverktyget, samt vara generell så att man kan analysera de transienta fall (kontinuerliga övergångar) som uppkommer när man ändrar utväxling. Då det inte har funnits effektiva dataprogram för att beräkna det generella fallet så har denna typ av analys varit begränsad till stationära fall motsvarande fasta utväxlingsförhållanden.
Teorin bakom beräkningsmodulen är utvecklad på 60-talet och beaktar ej rullmotstånd.
Den första användbara beräkningsmodulen kom till stånd 1994, då man hittade algoritmer som effektiviserade beräkningarna avsevärt för stationära fall, det vill säga fasta utväxlingsförhållanden.
I sin doktorsavhandling presenterar Mikael Törmänen en utvidgad beräkningsmodul, som även täcker analys av transienta fall, det vill säga kontinuerligt ändrade utväxlingsförhållanden i exempelvis variatorer. Han har också inkluderat effekter från värmeutveckling i kontakten för att bättre kunna beräkna krafterna vid höga slirningsförhållanden, rullmotstånd för att bättre förutsäga momentförlusterna samt visat, hur beräkningsmodulen kan användas i modern simuleringsmjukvara. Genom att använda denna beräkningsmodul i kraftfulla simuleringsverktyg för stelkroppsdynamik, kan man effektivt analysera rullkroppsvariatorer i full dynamik.
Avhandlingen ”Extended Computational Module for Tractive Effort at Rolling and Spinning Point Contacts” försvarades vid en offentlig disputation vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg den 19 oktober.
För vidare information kontakta:
Mikael Törmänen Maskin- och fordonssystem, Chalmers tekniska högskola,
tel. 031-772 1373, e-post: mitn@mvd.chalmers.se
