Determining Time Saving Factors in Gearbox Testing

Die Entwicklung neuer Automobilgenerationen ist konfrontiert mit der Verkürzung der Markteinführungszyklen, gesteigertem Kostendruck bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität. Ein Ansatz, diesen Konflikt zu lösen, ist die aufwendige und zeitintensive Fahrerprobung der Fahrzeuge zu verkürzen. Es wird angestrebt, zeitlich geraffte Versuche durch die Variation verschiedener Parameter durchzuführen. Die Schwierigkeit besteht darin, die Parameter so zu bestimmen, dass die Schädigung in der Erprobung mit der im realen Einsatz übereinstimmt. Der Einsatz von Simulationswerkzeugen bietet hier die Möglichkeit, die Auswahl der zu variierenden Parameter auf das zu prüfende Fahrzeug abzustimmen, und so im Vorfeld der Erprobung das Raffungspotential zu ermitteln. Die am Institut für Maschinenelemente (IMA) der Universität Stuttgart entwickelte Simulationsumgebung bietet die Möglichkeit, beliebig aufgebaute Triebstränge auf gemessenen oder synthetischen Fahrstrecken hinsichtlich Belastungen, Verbrauch, Fahrbarkeit etc. zu untersuchen. Diese Simulationsumgebung setzt sich aus dem Streckenaufzeichnungssystem SASIMA, dem Verkehrssimulationsprogramm VERSIMA und dem Fahrsimulationsprogramm FASIMA zusammen. In dieser Arbeit wird der Einfluss einer Reihe typischer Versuchsparameter auf die Schädigung der Verzahnungen und ihre Möglichkeit der zeitlichen Raffung bei der Erprobung eines automatisierten Handschaltgetriebes untersucht. Für die einzelnen Gänge werden in Abhängigkeit der untersuchten Parameter die Lastkollektive ermittelt, mit denen Schadensakkumulationsrechnungen durchgeführt und auf eine Referenzschädigung bezogen werden. Als Resultat liegen die relativen Schädigungen der einzelnen Gänge in Abhängigkeit der untersuchten Parameter vor. Anhand des vorliegenden Schädigungsmechanismus wird bestimmt, ob die Raffung zulässig ist oder nicht. Das Ergebnis ist eine Matrix, die das Raffungspotential der Parameter auf die Gänge und das gesamte Getriebe widerspiegelt. Um gemessene oder synthetisch erzeugte Geschwindigkeits- und Streckenprofile beurteilen zu können, wurden Kenngrößen zur Bewertung der Geschwindigkeits-, der Höhen- und der Kurvenprofile hergeleitet. Anhand dieser Kenngrößen kann das Einflusspotential dieser Profile auf die Schädigung des Getriebes ermittelt werden. Untersucht wurden als fahrzeugspezifische Parameter das Fahrzeuggewicht, das Motormoment, die Hinterachsübersetzung und die Art des Schaltprogramms, ob manuelle oder automatische Gangwahl. Als streckenspezifische Parameter wurde das Höhenprofil und die Kurvigkeit, als fahrerspezifischer Parameter die Wunschgeschwindigkeit gewählt. Als Untersuchungsergebnis liegt eine Matrix vor, die den qualitativen und quantitativen Einfluss der Parameter auf die Schädigung der Verzahnungen der einzelnen Gänge enthält. Daraus lässt sich ableiten, dass zur zeitraffenden Erprobung von Getrieben gangspezifische Versuche gefahren werden müssen.The shortening of launch cycles and increased cost pressure along with a simultaneous rise in quality is standing in the way of the development of new generations of cars. One proposal for resolving this conflict is to shorten complex and time consuming vehicle testing. The aim is to perform briefer tests by varying different parameters. The difficulty lies in determining the parameters in such a way that any damage caused in testing tallies with what is incurred under real conditions. Using simulation tools to do so offers the possibility to match the selection of parameters to be varied to the vehicle to be tested and thus to determine the potential for time saving ahead of testing. The simulation environment developed at Stuttgart University's Institute of Machine Components (IMA) offers the possibility to test power trains set up at random on measured or synthetic road test-routes for strain, consumption, drivability, etc. This simulation environment consists of the test-route recording system SASIMA, the traffic simulation program VERSIMA and the driving simulation program FASIMA. This work examines the effect of a series of typical test parameters on damage to gearing and its time saving potential when testing an automated manual gear change. On the basis of tested parameters for each individual gear the overall load complexes are determined which are used to perform damage accumulation calculations and compare them to a damage benchmark. As a result we get the relative damage to the individual gears relative to the test parameters. On the basis of the damage mechanism at hand a determination is made of whether or not any shortening is permissible. The result is a matrix, which reflects the parameters' potential for time saving on the gears and the entire transmission. In order to be able to assess measured or artificially produced speed and test-route profiles, parameters have been derived for evaluating speed, height and cornering profiles. These parameters enable the potential effect of these profiles on any transmission damage to be determined. Vehicle specific parameters under test were vehicle weight, engine torque, rear axle ratio and the type of shift, i.e. manual or automatic gear change. Altitude profile and the degree of bends were chosen as test-route specific parameters, whilst the choice of speed was selected as a driver specific parameter. As a test result we get a matrix, which contains the qualitative and quantitative effect of the parameters on any damage to the individual gears' teeth. From this it can be inferred that in order to save time testing transmissions gear specific tests must be run