NVH & Friction - Virtual Vehicle

Simulationsmodelle von Getriebeverlustmechanismen
zur
Optimierung des Wirkungsgrades
Die Minimierung des Gesamtverlustes ist eines der vorrangigen Ziele der Automobilindustrie. Innerhalb der
Kette des Energieflusses vom Kraftstoff zum Vortrieb an den Rädern erfolgt im Getriebe eine Wandlung von
Drehzahl und Drehmoment. Diese Wandlung ist aber nicht frei von Verlusten. Um das Verbesserungspotential
hinsichtlich dieser Verluste aufzuzeigen, ist eine gesamthafte Systembetrachtung erforderlich. Dazu wurden
am VIRTUAL VEHICLE, gemeinsam mit den Partnern AVL List GmbH und einem OEM Modelle der einzelnen
Mechanismen erarbeitet und damit Gesamtgetriebemodelle aufgebaut.
Getriebewirkungsgrad
Die gängige Meinung ist, dass Zahnradgetriebe
einen Wirkungsgrad von 98 oder mehr Prozent
aufweisen und eine weitere Verbesserung
kaum mehr möglich ist. Dieser hohe Getriebewirkungsgrad
gilt tatsächlich für „einfache“
Getriebe unter optimalen Betriebsbedingungen.
Die Anzahl der Komponenten in modernen Getrieben
und damit deren Komplexität im Zusammenspiel
ist bereits heute sehr hoch und nimmt
tendenziell noch zu. Mehr Komponenten bedeuten
auch höhere Verluste und die steigende
Komplexität erschwert die wirkungsgradoptimale
Gestaltung des Getriebes.
Die Grundlage für die Effizienz wird in der frühesten
Entwurfsphase eines neuen Getriebes
norrmiertees
Plansschmomment
[1]
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
04 0.4
03 0.3
02 0.2
0.1
Ölvolumen 4.2Liter
Berechnung 30 30°C C
Messung 30°C
Berechnung 50°C
Messung 50°C °C
0
0 2000 4000 6000 8000
Drehzahl [U/min]
gelegt. Gerade in dieser Entwicklungsphase
kann noch Einfluss auf Struktur und Konstruktionsparameter
genommen werden. Optimale
Konstruktionsparameter und Layouts können
unter Zuhilfenahme von Simulationsmethoden
für Teil- und Gesamtfahrzeugsysteme bestimmt
werden. Dazu sind Modelle erforderlich, die das
relevante physikalische Verhalten in adäquater
Detailtiefe abbilden.
Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse der Modellentwicklung
der Planschverluste eines Längsdifferentials
dar und zeigt das Zusammenwirken
der Einzelverlustmodelle im Gesamtgetriebemodell
anhand des Vergleichs zwischen Messung
und Simulation. Exemplarisch ist dies für
ein Längsgetriebe dargestellt.
norrmiertees
Plansschmomment
[1]
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
04 0.4
03 0.3
02 0.2
0.1
Ölvolumen 4.7Liter
Berechnung 30 30°C C
Messung 30°C
Berechnung 50°C
Messung 50°C
0
0 2000 4000 6000 8000
Drehzahl [U/min]
Modell der Planschverluste des
Längsdifferentials
Bereits im VVM Nr. II-2010 erschien der Artikel
„Simulation der Getriebeverluste“ [1], in dem ein
einfaches Modell für das Planschen des Längsdifferentials
vorgestellt wurde. Im Rahmen der
weiteren Arbeiten wurde das Modell insofern
erweitert, dass auch die Abmessungen des
Differentials berücksichtigt wurden. Der Nutzen
des Modells für die Wirkungsgradoptimierung
wurde dadurch deutlich gesteigert.
Zur Vorhersage des Planschmoments rotierender,
glatter Bauteile wurde für die Modellentwicklung
der Ansatz nach Mauz [2] als
Abbildung 1: Vergleich Messung / Simulation des
normierten Planschmomentes am Längsdifferential
norrmiertees
Plansschmomment
[1]
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
04 0.4
03 0.3
02 0.2
0.1
magazine Nr. 13, I-2013
Ölvolumen 5.2Liter
Berechnung 30 30°C C
Messung 30°C
Berechnung 50°C
Messung 50°C °C
0
0 2000 4000 6000 8000
Drehzahl [U/min]
19