Clutch control for enhanced powertrain comfort

SammanfattningDen serie komponenter hos en lastbil där drivande moment skapas och överförs kallas drivlina. Vid överföring av stora moment uppstår torsion i främst drivaxlarna och vid transienter i överfört moment kan drivlinans trögheter därför komma i svängning. Scania erbjuder sedan en tid sitt automatiska växlingssystem Opticruise med en automatisk koppling som styrs med elektromekanisk aktuator. Syftet med detta examensarbete är att modellera relevant drivlinedynamik med hjälp av Simulink och SimDriveline, att undersöka huruvida kontrollerat kopplingsslip skulle kunna dämpa drivlinesvängningar, samt att ta fram en strategi för reglering av kopplingsposition med hjälp av den elektromekaniska kopplingsaktuatorn vid växelurlägg.En drivlinemodell tas fram och valideras, där endast en styvhet, i drivaxlarna, modelleras. Kopplingens momentöverföringskaraktäristik som funktion av kopplingsposition anpassas mot mätdata. Försök genomförs där svängningsdämpning vid kopplingsslip undersöks och det framkommer att kopplingsslip har en dämpande effekt på drivlinesvängningar.Ett första förslag på en strategi för kopplingsreglering vid växelurlägg, där slipreglering följt av en rampad öppning av kopplingen tillämpas, presenteras även. Det visar sig vara möjligt att skapa mjuk tillbakavridning av den uppvridna drivlinan som inte genererar några nämnvärda drivlinesvängningar vid simuleringar med en samplingstid på 0.001 s och utan övriga begräsningar. Vid simuleringar med aktuatorfördröjning, aktuatorbegränsning, större samplingstid respektive en olinjär styvhet modellerad i kopplingen, misslyckas dock konstantslipsregleringen och så även vid test i bil.Slutsatsen blir att svängningsdämpning kan uppnås genom kopplingsslip, men det snabba, olinjära förlopp som uppstår då stick övergår till slip i kopplingen vid överföring av relativt stora moment, kan dock inte att regleras i det befintliga systemet med den framtagna algoritmen, på grund av de begränsningar som finns.AbstractThe series of components in a truck used to generate and transmit torque is calledpowertrain. When transmitting large torques, torsion develops, mainly in the driveshafts, and transients in transmitted torque can therefore cause oscillation of the inertiasof the powertrain. Since a few years, Scania offers its automatic gear changing system Opticruise together with an automatic clutch controlled by an electro mechanic actuator.The aim of this Master thesis, is to model relevant powertrain dynamics using Simulinkand SimDriveline, to investigate whether controlled clutch slip could be used to dampenpowertrain oscillations, and also, to develop a strategy for clutch control by using theelectro mechanic clutch actuator when disengaging gears.A truck powertrain model is developed and validated, where only one stiffness, in thedrive shafts, is included. The torque transmission characteristics of the clutch as afunction of clutch position is fitted to measurement data. Simulations are conductedwhere oscillation damping by clutch slip is investigated, and it is shown that clutch slipdoes have a damping effect on powertrain oscillations.A first suggestion on a strategy for clutch control when disengaging gears, whereconstant slip control is followed by a ramped opening of the clutch is used, is alsopresented. It is shown that it is possible to attain a smooth restoration of the torsion, notcausing any oscillations worth mentioning, when using a sampling time of 0.001 s withno other limitations. However, when simulating the clutch control strategy with largersampling time, actuator delay, actuator limitation and non-linear clutch stiffness,respectively, the constant slip control failed. The control strategy also failed whenimplemented and tested in a truck. The conclusion is that, even though clutch slip candampen powertrain oscillations, the fast, non-linear process of the stick-slipphenomenon in the clutch, is not possible to control with the existing system and withthe proposed control strategy, due to the limitations