Çift Kavramalı Şanzımanlarda Kavrama Adaptasyonu

OTEKON’14
7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi
26 – 27 Mayıs 2014, BURSA
Çift Kavramalı Şanzımanlarda Kavrama Adaptasyonu
Görkem Şafak, Orhan Buğur, Ahmet Taşkın
AVL Araştırma ve Mühendislik, Türkiye
ÖZET
Bu çalışmada çift kavramalı şanzımanlarda kavrama adaptasyonu ve yöntemleri incelenmiştir. Çift kavramalı
şanzımanlar ve çift kavramalı şanzımanlarda kavrama kontrolü konularında temel bilgiler incelenerek kavrama
adaptasyonu kapsamında, temas noktası, yapışma noktası, tork-basınç eğrileri, kuvvetli dolma zamanı terimleri
açıklanmıştır. Temas noktası, yapışma noktası, tork-basınç eğrileri ve kuvvetli dolma süresi parametrelerinin zaman
içerisinde değişimden bahsedilerek kontrol yazılımı tarafından bu parametrelerin sürekli olarak güncellenmesinin
gerekliliği ve bu amaçla temel kavrama adaptasyon yöntemleri açıklanmıştır.
Anahtar kelimeler: Çift kavramalı şanzıman, temas noktası, yapışma noktası, kuvvetli dolma zamanı, tork-basınç
eğrisi
CLUTCH ADAPTATION OF DUAL-CLUTCH TRANSMISSION
ABSTRACT
Clutch adaptation and various methods of this adaptation are presented in this paper. By introducing dual clutch
transmission (DCT) terminology and clutch control of DCTs, “kiss point”, “adherence point”, “boost time” and “torquepressure curve” parameters are explained. The necessity to update and adapt these parameters over time to changing
conditions are analyzed.
Keywords: Dual clutch transmission, kiss point, adherence point, boost time, torque-pressure curve
1. GİRİŞ
araçta debriyaj pedalı bulunmamakta ve vites geçişleri
aracın o anki durumuna bağlı olarak ihtiyaç anında,
sürücüden bağımsız, otomatik olarak gerçekleşmektedir.
Vites geçişlerinin sürücüden bağımsız gerçekleşmesi
sebebiyle, otomatik şanzımanlar kullanım kolaylığı ve
konfor sağlarlar.
Otomatik şanzımanlarda tork dönüştürücü ve sıvı
pompalama kayıplarından dolayı oluşan düşük verimlilik
ve yüksek yakıt tüketimi çift kavramalı şanzıman
teknolojisinin doğuşuna neden olmuştur. Çift kavramalı
şanzımanlarda tek vitesler bir şaft üzerinde, çift vitesler
ise diğer bir şaft üzerinde yer alır ve her şaft birer
kavrama sayesinde motor şaftına bağlanır. Bir kavrama
açılırken, bir sonraki vitesin hazır bulunduğu diğer
kavrama kapanarak, çok hızlı bir şekilde güç aktarım
kaybı olmaksızın vites değişimi gerçekleştirilir [1].
Literatürde çift kavramalı şanzımanlar için birçok
çalışma mevcuttur. Çift kavramalı şanzımanların dinamik
ve kinematik modellenmesi, kontrolü, vites geçiş
dinamikleri, vites geçiş kontrolü gibi konularda
Otomotiv endüstrisinde özellikle sürüş konforu ve
yakıt verimliliğini iyileştirme teknolojilerinde son
yıllarda hızlı bir gelişme görülmektedir. Araç
performansı, sürüş konforu ve yakıt verimliliği
konularında güç aktarma üniteleri özellikle de şanzıman
önemli rol oynamaktadır. Bunların yanında araç
kullanıcılarının konforlu, rahat ve ekonomik araçlara
talepleri hızla artmaktadır. Bütün bunlar otomotiv
endüstrisinde şanzımanın önemini arttırmış ve buna
paralel olarak da şanzıman teknolojileri son yıllarda hızlı
bir gelişim göstermiş ve hala da göstermektedir.
Dişlilerin ve güç aktarma elemanlarının farklı
konfigürasyonları ile kullanılan birkaç şanzıman çeşidi
bulunmaktadır. Bunlardan en yaygın olarak kullanılanları
manuel şanzımanlar ve otomatik şanzımanlardır. Manuel
şanzımanlarda vites değiştirme görevi sürücüde olmakta
ve araç sürücüsü debriyaj pedalına basarak vites geçişini
manuel olarak yapmaktadır. Otomatik şanzımanlarda ise
1
çalışmalar yapılmıştır [2-7]. Ayrıca, bunun yanında, çift
kavramalı otomatik şanzımanlarda kavrama kontrolü
hidrolik sistemlerin yardımıyla gerçekleşmektedir.
Literatürde çift kavramalı şanzımanların hidrolik
sistemlerini ve kontrolünü inceleyen çalışmalar da yer
almaktadır [8-10].
Çift kavramalı şanzımanlarda motorun ürettiği tork
tek viteslerde bir kavrama üzerinden iletilirken çift
viteslerde ise diğer kavramadan iletilir. Kavramaların
açılıp kapanmaları ve kayma (slip) süresince ilettikleri
tork miktarının kontrolünde hidrolik sistemler kullanılır.
Kavramaların aktaracağı tork, kavrama üzerindeki
hidrolik sistemin basıncını kontrol ederek gerçekleştirilir.
Bu amaçla kavramalardan talep edilen torka yazılım
tarafından karar verildikten sonra bu torka karşılık gelen
hidrolik sistemden talep edilecek basınca yine yazılım
içindeki referans tabloları yardımıyla karar verilir ve daha
sonra şanzıman kontrol ünitesi (TCU) tarafından hidrolik
sisteme talep edilen basınç bilgisi gönderilir. Ayrıca,
hidrolik sistemin kavramaya basınç uygulamadan önce
sıvı ile dolması gerekmekte ve bu kuvvetli dolma süresi
(boost time) de yine şanzıman kontrol ünitesi tarafından
belirlenmektedir. Bütün bu tork-basınç referans tabloları
ve hidrolik sistem dolma süresi zamanla, motor hızıyla,
hidrolik sıvısı sıcaklığıyla, ana hattaki hidrolik sıvısı
basıncıyla ve diğer koşullarla değişiklik gösterir ve bu
parametrelerin zamanla yeni şartlara adapte edilmesi
gerekir. Bu adaptasyon işlemi sürücü aracı kullanırken
yazılım tarafından sürekli yapılmaktadır. Bu işleme
kavrama adaptasyonu denir.
modeli Şekil 1‘de verilmiştir. Görüldüğü üzere, 1., 3., 5.,
ve 7. viteslerde motor torku birinci kavrama yardımıyla
ilk şafttan aktarılırken R, 2., 4. ve 6. viteslerde motor
torku ikinci kavrama yardımıyla ikinci şaft üzerinden
aktarılır. Vites geçişleri esnasında motordan iletilen tork
o anki vitesin bulunduğu kavrama üzerinde azalmaya
başlarken yeni vitesin bulunduğu kavrama üzerinden
aktarılan tork eş zamanlı olarak artmaya başlar. Bu
sayede vites geçişleri tork kesintisi olmadan gerçekleşir.
Kavramalardan aktarılan bu torkun kontrolü hidrolik
sistemlerle gerçekleşmektedir.
Çift kavramalı şanzımanlarda o anki sürüş şartlarına,
sürücünün taleplerine ve sensörlerden gelen işaretlere
göre yazılım tarafından iki kavrama üzerinde ne kadar
tork bulunması gerektiğine karar verilir. Kavramalardan
talep edilen bu tork miktarı yine yazılım tarafından torkbasınç referans tabloları kullanılarak kavramalara
uygulanması gereken hidrolik basınç miktarına
dönüştürülür. Uygulanması gereken basıncı yaratacak
akım miktarı da referans tablolarından belirlenir ve
kavramaya uygulanacak basınç elde edilmeye çalışılır.
Hidrolik sistemle birlikte kavrama kontrol sistemi
doğrusal olmayan bir sistemdir ve kontrolü oldukça
zordur. Kavramanın tork iletimini sağlayan disk yüzeyi
uzun kullanımlar sonucu ısınabilir veya başka herhangi
bir sebeple tork iletim karakteristiği keskin değişiklikler
gösterebilir. Bu durumda kullanılan tork-basınç referans
tablolarında talep edilen torka karşılık gelen basınç
değişmiş olduğu için o basınçta aktarılan tork miktarı da
değişmiş
olacağından
istenmeyen
sonuçlarla
karşılaşılabilir. Bu sebeple tork-basınç referans tabloları
sürekli olarak yazılım tarafından güncellenerek istenilen
torku aktaracak basınç değerlerinin o anki şartlara bağlı
olarak sürekli güncel kalması sağlanmalıdır.
2. ÇİFT KAVRAMALI ŞANZIMAN
7 ileri vitesli bir çift kavramalı şanzımanın temel
Şekil 1. Çift kavramalı şanzıman ve güç aktarım modeli [3] (orijinal İngilizce şeklin Türkçe’ye çevrilmiş hali)
2
Basitleştirilmiş bir kavrama hidrolik sistemi Şekil
2’de görülmektedir. Bu şekilden de anlaşılacağı gibi,
kavramanın kapanıp, tork iletmeye başlaması için
öncelikle bir sıvı dolma süresi geçmesi gerekmektedir.
Bu geçen süreye kuvvetli dolma süresi denir. Bu kuvvetli
dolma süresinin vites geçişinin süresi göz önüne
alındığında kısa olması ve bir an önce tamamlanması
gerekmektedir. Bu amaçla bir kavramadan tork talep
edilmeye başlanacağı zaman, kuvvetli dolma süresi kadar
maksimum basınç talep edilerek solenoid valfin tamamen
açılması ve dolma işleminin hızla gerçekleşmesi
amaçlanır ve daha sonra talep edilen basınç miktarı
istenen seviyeye düşürülür.
3.2. KUVVETLİ DOLMA SÜRESİ ADAPTASYONU
Kavramalarda tork aktarımında kavramaya basınç
uygulanması için Şekil 2’de görüldüğü gibi öncelikle hat
sıvısının kavramanın önündeki silindire dolması
gerekmektedir. Bu amaçla öncelikle solenoid valften
maksimum basınç istenerek valfin tamamen açılması ve
dolma işleminin hızla gerçekleşmesi gerekmektedir.
Tipik bir basınç talep grafiği Şekil 3’teki gibidir.
Bu dolma süresi boyunca verilen maksimum basınç
sonucu ulaşılacak gerçek basınç değeri zamanla istenilen
basınç değerinden uzaklaşabilir. Dolma süresi sonucunda
istenilen basıncın değerini elde edebilmek için, kuvvetli
dolma süresi adaptasyonu yapılmalıdır. Bu süre o anki
şartlara göre uyarlanmalıdır. Bunun için en yaygın
şekilde kullanılan yöntem şudur: araç duruyor iken
kavramadan temas noktasına karşılık gelen tork talep
edilir. Tork talep edilen süre azar azar arttırılarak
kavramadan tork iletiminin başladığı noktaya kadar
tekrarlanır. Araç duruyor konumda olduğu için tork
iletiminin başladığı noktanın tespiti ise, kavrama
kapanmaya başladığından dolayı motor hızında anlık bir
düşüş gerçekleşeceği için bu noktanın tespiti ile yapılır.
Bu şekilde, tork iletiminin başladığı noktadan bir önceki
nokta olan temas noktasına kadar geçen süre
hesaplanarak kuvvetli dolma zamanı ölçülmüş olur. Bu
işlem belirli koşullar oluştuğunda her iki kavrama için
ayrı ayrı gerçekleştirilerek kuvvetli dolma süresi sürekli
olarak güncellenir.
Şekil 2. Basitleştirilmiş kavrama hidrolik kontrol sistemi
[4] (orijinal İngilizce şeklin Türkçe’ye çevrilmiş hali)
3. DEBRİYAJ ADAPTASYONU VE YÖNTEMLERİ
Çift kavramalı şanzıman kavrama kontrolünde, temas
noktası, yapışma noktası, tork-basınç eğrileri ve kuvvetli
dolma süresi, o anki şartlara, ana hattaki sıvı basıncına ve
sıcaklığına, motor hızına ve kavrama sıcaklıklarına bağlı
olarak sürekli değişiklik gösterir. Temas noktası, yapışma
noktası, tork-basınç eğrileri ve dolma süresinin araç
normal kullanılırken yazılım tarafından sürücüye
hissettirilmeden sürekli olarak güncellenmesine kavrama
adaptasyonu denir.
Şekil 3. Zamana göre talep edilen basınç grafiği
3.1. TEMAS NOKTASI ADAPTASYONU
Temas noktası, kavramanın hidrolik sıvı dolduktan
sonra tork iletmeye başladığı noktaya denir. Bu nokta da
zaman içerisinde değişiklik göstermektedir. Vites geçişi
sırasında bir kavrama açılmaya başlarken, diğeri
kapanmaya başlayarak tork aktarımın bir kavramada
azalırken diğerinde artması ve kesintisiz tork iletimi
sağlanması amaçlanır. Bu esnada açık olan kavrama ilk
kapanmaya başladığı anda motor hızında bir düşüş
gerçekleşeceği için bu nokta yazılım tarafından ölçülür ve
yeni temas noktası olarak kaydedilerek güncellenir.
3
3.3. TORK-BASINÇ EĞRİSİ ADAPTASYONU
Yazılım tarafından hesaplanan tork talebi, solenoid
valfe iletilmek üzere bir referans tablosu kullanılarak
basınç değerine dönüştürülür. Kısacası her tork değerine
karşılık bir basınç değeri vardır. Bu değerler zamanla
sapmalar gösterir ve bu tork basınç eğrisi yazılım
tarafından belli aralıklarla her basınçta aktarılan tork
ölçülerek güncellenir. Tipik bir tork-basınç eğrisi ve
zamanla adaptasyonu aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Şekil 4. Tork-basınç eğrisi adaptasyonu
3.4. YAPIŞMA NOKTASI ADAPTASYONU
Yapışma noktası kavramayı kayma olmadan tamamen
kapalı tutabilecek minimum basınca ait noktaya denir.
Yapışma noktası kavramanın sıcaklığına ve diğer
etkenlere bağlı olarak değişiklik gösterir. Yapışma
noktası adaptasyonunda en çok kullanılan yöntem şudur:
araç normal sürüşteyken, o anki tork aktarımını
gerçekleştiren kavrama üzerindeki basınç yavaş yavaş
yazılım tarafından azaltılır. Bu basınç azaltılması giriş ve
çıkış şaft hızlarında farklılık gözleninceye kadar devam
eder. Giriş ve çıkış şaftlarının hızlarında farklılık
başladığı andaki basınç ve tork değerleri ölçülerek yeni
yapışma noktası belirlenir. Bu işlem her iki kavrama için
de ayrı ayrı gerçekleştirilerek yapışma noktası sürekli
olarak güncel tutulur.
Klasik bir yapışma noktası tespit işareti Şekil 5’te
görülmektedir.
Şekil 5. Yapışma noktası adaptasyonu
4
4. SONUÇ
Science and Information Application Technology,
pp. 1065–1070.
Sonuç olarak, şanzıman sistemlerinin en önemli
elamanlarından olan kavramaların karakteristikleri
sıcaklık, basınç gibi etmenlerle değişmektedir. Bu
çalışmada anlatılan kavrama adaptasyonu yöntemleri ile
değişen bu karakteristiklere göre kavrama basınç – tork
haritaları güncellenerek vites değişimleri sürücünün en
az hissedeceği şekilde başarılabilir, kavramalar ise en az
yıpranmayla kullanılarak ömürleri uzatılabilir.
KAYNAKLAR
Grobpietsch, W., Sudau, T., 2000, “Dual Clutch
for Power-Shift Transmissions – A Traditional
Engaging Element with New Future”,
VDIBerichte Nr. 1565, pp. 259–273.
2. Galvagno, E., Velardocchia, M., Vigliani, A.,
2011, “Dynamic and kinematic model of a dual
clutch transmission”, Mechanism and Machine
Theory, Vol. 46, pp. 794-805.
3. Goetz, M., Levesley, M.C., Crolla, D.A., 2003,
“Dynamic Modelling of a Twin Clutch
Transmission for Controller Design”, Materials
Science Forum, Vols. 440-441, pp. 253-260.
4. Walker, P.D., Zhang, N., Tamba, R., 2011,
“Control of gear shifts in dual clutch
transmission powertrains”, Mechanical Systems
and Signal Processing, Vol. 25, pp. 1923–1936.
5. Kulkarni, M., Shim, T., Zhang, Y., 2007, “Shift
dynamics
and
control
of
dual-clutch
transmissions”, Mechanism and Machine Theory,
Vol. 42, pp. 168–182.
6. Yoon, A., Khargonekar, P., Hebbale, K., 1999,
“Randomized Algorithms for Open-Loop
Control of Clutch-to-Clutch Transmissions”,
Journal of Dynamic Systems, Measurement, and
Control, Vol. 121, pp. 506-517.
7. Ahlawat, R., Fathy, H.K., Lee, B., Stein, J.L.,
2010, “Modelling and simulation of a dualclutch transmission vehicle to analyse the effect
of pump selection on fuel economy”,
Vehicle System Dynamics: International Journal
of Vehicle Mechanics and Mobility, Vol. 48, pp.
851-868.
8. Nowoisky, S., Shen, C., Gühmann, C., 2013,
“Detailed Model of a Hydromechanical Double
Clutch Actuator with a Suitable Control
algorithm”, Chair of Electronic Measurement and
Diagnostic Technology Sekr., Berlin, Germany.
9. Rashad, M., Tobias, K., Gunther, A., Ferit, K.,
2010, “Modelling And Analysis Of The ElectroHydraulic And Driveline Control Of A Dual
Clutch Transmission”, Fisita, Germany.
10. Yulong, L., Xingzhong, L., Weipeng, L.,
Hanyong,
2011,
“Hydraulic
System
Optimization and Dynamic Characteristic
Simulation of Double Clutch Transmission”,
International Conference on Environmental
1.
5

Download Report