Statičko optimiranje parametara upravljačkih trajektorija uzlazne promjene stupnja prijenosa automatskog mjenjača

master's thesis

• Title (english): Static optimization of control trajectory parameters for an automatic transmission upshift
• Author: Mislav Hihlik
• Mentor: Joško Deur (mentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2019-07-11, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering

Abstract

Automatski mjenjač s planetarnim prijenosnicima je napredni mehatronički sustav koji omogućava prijenos i povećanje okretnog momenta motora s unutarnjim izgaranjem, rad motora uz zaustavljeno vozilo, pokretanje vozila unatrag te promjenu stupnja prijenosa bez prekida toka snage. Zbog visoke kompleksnosti automatskih mjenjača i njihova utjecaja na karakteristike voznosti i udobnosti vozila, vrlo je bitno pronaći optimalan način upravljanja promjenom stupnja prijenosa. Pod pojmom optimalnog načina upravljanja smatra se pronalazak parametara optimalnih profila upravljačkih varijabli (npr. primijenjeni moment na uključnoj i isključnoj spojci, redukcija momenta motora) kojima se minimiziraju kriteriji kvalitete promjene stupnja prijenosa (npr. uzdužni trzaj vozila, disipirana energija u spojkama, trajanje promjene stupnja prijenosa). U radu se prvo predstavlja model pogona na kojemu se provodi optimiranje upravljačkih varijabli promjene stupnja prijenosa. Zatim se daju rezultati optimiranja primjenom više-kriterijskog genetskog algoritma, koji se odnose na parametre praktičnih, po odsječcima linearnih profila upravljačkih varijabli. Rezultati više-kriterijskog optimiranja postavljaju referentno mjerilo (engl. benchmark) za razvoj numerički učinkovitog postupka optimiranja parametara upravljačkih varijabli, zasnovanog na primjeni pojednostavljenog, statičkog modela mjenjača. Pritom se prvo provodi redukcija dinamičkog modela pogona vozila u pojednostavljeni statički model za slučaj zanemarenja inercijskog sprezanja i zatvorenog pretvarača momenta, te formulira i implementira postupak optimiranja konstantnih profila upravljačkih varijabli u inercijskoj fazi promjene stupnja prijenosa. Potom se postupak optimiranja proširuje za slučaj uzimanja u obzir inercijskog sprezanja i otvorenog pretvarača momenta, te također za bogatije (po dijelovima linearne) profile upravljačkih varijabli. Konačno, provodi se usporedna analiza rezultata optimiranja za različite upravljačke scenarije i različite upravljačke profile pomoću usporednih grafova kriterija (Pareto fronti) i karakterističnih pripadnih vremenskih odziva, uključujući i usporedbu s referentnim mjerilom dobivenim više-kriterijskim optimiranjem.

Abstract (english)

A step-gear planetary automatic transmission is an advanced mechatronic system that transfers and multiplies the engine torque to provide desired torque at the wheels, engine idling when vehicle is stationary, driving in reverse and gear shifting without power flow interruption. Due to the high complexity of automatic transmissions and their influence on vehicle comfort and driveability, it is crucial to obtain the optimal shift control. Shift control profiles (e.g. oncoming and off-going clutch torques, engine torque reduction) are described by a set of parameters and the optimization aim is to find parameters which minimize the gear shift quality criteria (e.g. longitudinal vehicle jerk, clutch dissipation energy, gear shift duration). Thesis first presents the model of the vehicle powertrain system on which the gear shift control profile parameters optimization is carried out. Then, the results of the multi-objective genetic algorithm-based parameter optimization are presented, which relate to the parameters of the practical, piecewise-linear shift control profiles. The results of multi-objective parameter optimization are benchmark for the development of numerically efficient parameter optimization method, based on simplified, static transmission model. Firstly, reduction of the dynamic vehicle powertrain model to a simplified static vehicle powertrain model is performed for the case of closed torque converter with omitted inertia coupling effects, and the optimization of constant shift control profiles applied in the inertia phase is carried out. Furthermore, the optimization procedure is extended by taking into account open torque converter and inertia coupling effects. Additionally, piecewise-linear control profiles are also implemented in the optimization procedure. Finally, a comparative analysis of the optimization results for different control scenarios and shift control profiles is performed by using plots of gear shift quality criteria (Pareto frontiers) and corresponding characteristic time responses, including the comparison with benchmark performance obtained by multi-objective optimization results.

• Keywords: automatski mjenjač; optimalno upravljanje; optimiranje; modeliranje; analiza
• Keywords (english): automatic transmission; optimal control; optimization; modelling; analysis
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:300745
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access; Embargo expiration date: 2021-07-04
• Created on: 2019-07-03 18:12:10