Pagani Huayra BC : the gearbox validation process

The validation process of a complex component like the gearbox of a high-performance car as the Pagani Huayra BC is a crucial phase within its development. The modern numerical simulation technologies allow the foreseeing of the mechanical behavior in terms of fatigue resistance with a good approximation, however, for some components the ultimate method is still performing durability tests on road and on track. That is the only way to identify and correct the design flaws that wouldn’t be recognizable with simulations or tests on the rig. The Pagani Huayra BC, equipped with a biturbo V12 AMG engine with more than 1000Nm (737 lb ft), has a 7-speed Xtrac sequential gearbox. The validation process (consisting in the approval for the production) of this component and the GCU software development are the subject of this thesis. The validation process consists of distinct phases (here reported in chronological order): • Duty cycle determination, that is the fatigue cycle the gearbox has to bear during the tests, on road, track and rig; • Installation and configuration of the acquisition system and the sensors on the prototype car; • Testing on road, track and rig and telemetry data analysis; • Identification of the design flaws regarding the mechanics and/or the GCU software management based on both the telemetry data, both on the test driver’s personal perceptions; • Study, designing and implementation of design modifications; • Approval of the modifications and of the component once the previously determined duty cycle has been completed. During the testing months (August 2016-April 2017), within the 16800km duty cycle, the Xtrac 1192 suffered two failures and one severe damage, which led to rethinking some internal components. These issues were faced by cross analyzing the telemetry data with the technical support of the test drivers starting from the Pagani Automobili R&D analysis, performed with Xtrac’s collaboration. Simultaneously to the mechanical components’ validation, the GCU software development allowed the improvement of the performances in terms of both shift time (which is the typical weakness of a sequential gearbox compared to DCT unit) during track usage, both driving comfort in terms of shift noise, engagement smoothness and clutch closure during road usage. During the SW development two control logics have been realized and implemented; they differ for several actuation parameters, in order to achieve a high comfort level during regular driving and at the same time high performances when the car is driven in sport mode. The achieved results are positive: the global shift time has been reduced by 30%, while the comfort level during regular driving has considerably improved, reaching the same smoothness of a torque converter unit.

Il processo di validazione di un componente complesso, quale il cambio di una vettura ad altissime prestazioni, è una fase vitale dello sviluppo di un’automobile come la Pagani Huayra BC. Le moderne tecnologie nel campo delle simulazioni numeriche permettono di prevedere con buona approssimazione le caratteristiche meccaniche in termini di comportamento a fatica ma, tuttavia, per alcune parti della vettura il metodo definitivo rimane effettuare prove di durability su strada e pista. Solo così, infatti, si riescono a individuare e correggere lacune di progettazione non riscontrabili in fase di simulazione. La Pagani Huayra BC, dotata di un motore AMG V12 biturbo da più di 1000Nm di coppia, monta un cambio sequenziale Xtrac a 7 rapporti. Il processo di validazione (cioè la delibera per la produzione) di tale cambio e il processo di sviluppo software della GCU costituiscono l’oggetto della presente tesi. Il processo di validazione si compone di varie fasi (qui presentate in ordine cronologico): • Determinazione del duty cycle, ossia del ciclo di fatica sopportato dal cambio durante i test su strada, in pista e al banco; • Installazione e configurazione del sistema di acquisizione e dei sensori sulla vettura sperimentale; • Attività di test su strada, in pista e al banco e analisi dei dati di telemetria; • Individuazione di lacune di progettazione inerenti alla meccanica e/o alla gestione software del cambio basandosi sia sui dati di telemetria sia su feedback del collaudatore; • Studio, realizzazione ed implementazione di eventuali modifiche di progetto; • Approvazione delle modifiche e del componente una volta terminato il duty cycle precedentemente determinato. Nel corso dei mesi di test (agosto 2016-aprile 2017), all’interno dei 16800km preventivati dal duty cycle, l’Xtrac 1192 ha subìto due rotture e un severo danneggiamento che hanno comportato la necessità di modifiche al progetto iniziale. Tali problemi sono stati affrontati effettuato un’analisi incrociata dei dati telemetria con il parere tecnico dei collaudatori con le analisi svolte dal reparto R&D di Pagani Automobili in collaborazione con Xtrac. Parallelamente alle attività di validazione delle componenti meccaniche, il processo di sviluppo del software di gestione del cambio ha permesso di migliorare sia le prestazioni in termini di velocità di cambiata (punto debole di un cambio sequenziale rispetto a un’unità a doppia frizione) durante l’utilizzo in pista, sia il livello di comfort dei passeggeri, riducendo la rumorosità di cambiata, la dolcezza di innesto e di attacco frizione durante l’utilizzo su strada. Durante lo sviluppo sono state realizzate e implementate due logiche di controllo, differenti per numerose caratteristiche di attuazione, in modo da garantire un elevato comfort durante una marcia normale ma allo stesso tempo prestazioni elevate se l’auto viene utilizzata in maniera sportiva. I risultati del processo sono stati positivi: il tempo globale di cambiata è stato abbassato del 30%, mentre il livello di comfort durante la marcia normale è notevolmente aumentato, raggiungendo una dolcezza di innesto nell’uso stradale pari a quella di un’unità a convertitore di coppia, sia in termini soggettivi) sia in termini oggettivi.