Bättre beräkning och reglering av glapp i fordonsdrivlinor
Ett fordons komfort påverkas bland annat av det glapp som oundvikligen finns i drivlinan, det vill säga de delar i en bil som har med framdrivningen att göra, motor, växellåda, kardanaxel etc. Adam Lagerberg visar i ett doktorsarbete på Chalmers hur glappet kan beräknas. Han har också utvecklat nya reglertekniska metoder som kan kompensera för glappet.
Glappet härrör från mekaniskt spel bland annat mellan kuggarna i växellådan. Speciellt uppstår problem vid övergång från motorbromsning till gaspådrag, en så kallad tip-in-manöver, då glappet måste passeras. Om motorn tillåts accelerera fritt under passagen, kommer kuggarna att återfå kontakt med en hög hastighetsskillnad, motorsidan roterar snabbare än hjulsidan av glappet. Detta ger upphov till ett så kallat slag, det vill säga en plötslig acceleration av fordonet, vilket upplevs som obekvämt för passagerarna.
Slagfenomenet är lätt att känna som passagerare i ett äldre fordon. Moderna fordon har ofta någon slags kompensering för glappet i det elektroniska motorsystemet. Denna kompensering fungerar dock inte alltid på önskvärt sätt. Inom fordonsindustrin betraktas glapp-problematiken som svår, och fram till nyligen har endast relativt enkla reglermetoder för glappkompensering använts.
Genom att förbättra regleringen av motorns vridmoment under den snabba glapp-passagen, kan fordonets komfort förbättras. Det blir också möjligt att tillåta större glapp i drivlinan med bibehållen komfort, vilket leder till lägre tillverkningskostnad för drivlinekomponenter.
I sin doktorsavhandling presenterar Adam Lagerberg olika reglertekniska metoder för glappkompensering. Några av dessa har tidigare använts för andra system med glapp, och utvärderas här i den aktuella tillämpningen. Andra metoder bygger på ny reglerteknisk forskning, exempelvis så kallad modellprediktiv reglering. Dessutom presenteras en metod för att beräkna en ideal styrning genom glappet.
Resultatet visar att de moderna reglermetoderna ger möjlighet till förbättrad prestanda, men att ytterligare forsknings- och utvecklingsarbete krävs innan dessa metoder kan användas i praktiken. De mer avancerade reglermetoderna kräver mätning av ett flertal storheter i drivlinan som inte är direkt åtkomliga. Till exempel behövs information om glappets storlek och möjlighet att följa glapp-passagen i realtid.
I avhandlingen presenteras metoder för hur dessa storheter kan beräknas trots att direkta givare saknas. I stället används så kallad parameter- och tillståndsestimering, baserat på Kalmanfiltrering. Datorsimuleringar och experimentella resultat visar att dessa virtuella givare ger mätsignaler av hög kvalitet.
Avhandlingsarbetet har varit ett delprojekt inom Integrerad drivlinestyrning, ett forskningsprogram som bedrivits i samarbete mellan Chalmers tekniska högskola, Volvo Personvagnar och Volvo Lastvagnar.
Avhandlingen “Control and Estimation of Automotive Powertrains with Backlash” försvarades vid en offentlig disputation på Chalmers den 1 oktober 2004 kl 09.30 i sal HC3, Hörsalsvägen 14, Göteborg.
Kontaktinformation
Mer information
Adam Lagerberg är doktorand vid Institutionen för signaler och system, Chalmers, men arbetar vid Ingenjörshögskolan i Jönköping.
Tel: 036-15 75 45
E-post: adam.lagerberg@ing.hj.se eller al@s2.chalmers.se
WWW: www.hj.se/~laad eller www.s2.chalmers.se/~al
