Detailed modelling of an 8-speed transmission with dual clutch

The work developed in this thesis is focused on the evaluation of torque losses on a dual clutch, 8-speed gearbox by means of a simulated model: starting from an existing architecture, the model is then expanded to a hybrid configuration of the gearbox. The entire process of implementation, simulation and validation has been carried out in Dymola environment, where the whole transmission was built and proper test benches were disposed. In particular, the main loss model to be implemented was the bearing one: the choice fell on the one proposed by SKF and, once translated in Modelica language, it has been inserted in Dymola as an alternative to the standard friction models. In this way, a high integration was reached and the simulations stays on a good efficiency level, being the basic architectures of the bearing component and of the friction model unchanged. Other losses taken into account were those from gear meshings, dual clutch and the oil pump. The results of the simulations performed on the standard gearbox model have been compared with available experimental data, in terms of mechanical efficiency of the system. Once a good correlation between the two data sets has been assessed, the following step was the assembly of a hybrid gearbox, still based on the standard one. The power loss analysis in this case has been conducted considering both losses referred to the internal combustion engine input and to the electric motor input; furthermore, four different working configurations have been studied: internal combustion engine only, electric motor only, boost and load point shift.

Il lavoro sviluppato in questa tesi verte sulla valutazione delle perdite di coppia/potenza di un cambio 8 marce a doppia frizione, tramite l'impiego di un modello simulato: a partire da un'architettura esistente, esso viene poi espanso fino ad ottenere la configurazione ibrida del cambio stesso. Il processo di implementazione, simulazione e validazione è stato condotto in ambente Dymola, in cui l'intera trasmissione è stata riprodotta e sono stati allestiti opportuni banchi prova. Più nel dettaglio, il principale modello di perdita implementato è stato quello riguardante i cuscinetti: la scelta è caduta sul modello d'attrito proposto da SKF che, una volta tradotto in linguaggio Modelica, è stato trasferito ed integrato in Dymola come alternativa ai modelli d'attrito standard proposti. In questo modo è stata raggiunta un'elevata integrazione all'interno del software, e le simulazioni sono rimaste su livelli di efficienza molto buoni, grazie al fatto che lo schema di base del componente Bearing (cuscinetto) e del modello di attrito sono rimasti invariati: ciò ha permesso il corretto dialogo fra i vari blocchi del modello simulato. Altri termini di perdita presi in considerazione sono stati quelli relativi alle ruote dentate, alla doppia frizione ed alla pompa ATF: come per i cuscinetti, il modello della frizione è stato implementato da zero in Dymola, a partire da trattazioni teoriche. I risultati delle simulazioni svolte sul modello base del cambio (non ibrido) sono stati confrontati con dei dati sperimentali riguardanti efficienza e coppia persa del sistema. Un'ulteriore comparazione eseguita è stata quella fra i risultati ottenuti con modello d'attrito SKF e modello d'attrito dei cuscinetti standard, evidenziando i limiti di quest'ultimo in condizioni variabili di velocità e temperatura dell'olio. Stabilita una buona, in alcuni casi ottima, correlazione tra i due set di dati, il passo successivo è stato l'assemblaggio del cambio in versione ibrida, sempre basato su quello standard, con l'aggiunta dell'albero lato elettrico, relativi cuscinetti e ruota dentata. L'analisi della potenza persa in questo caso è stata condotta considerando sia le perdite relative all'input ricevuto dal motore a combustione interna, sia quelle relative al nuovo input (o output, a seconda dei casi) dato dal motore elettrico; inoltre, quattro configurazioni di funzionamento del sistema differenti sono state studiate: solo motore termico, solo motore elettrico, boost e load point shift. Per ciascuna sono state ricavate delle lookup table riportanti la coppia persa in funzione delle coppie in input o della velocità di rotazione, a seconda dello specifico caso.