Control-Oriented Models for Real-Time Simulation of Automotive Transmission Systems
Modélisation orientée-contrôle pour la simulation en temps réel des systèmes de transmission automobile
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DIN, University of Bologna, Viale Risorgimento 2, 40136
Bologna – Italy
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Ferrari SpA, Via Abetone Inferiore 4, 41053
Maranello (MO) – Italy
e-mail: nicolo.cavina@unibo.it – enrico.corti2@unibo.it – francesco.marcigliano@ferrari.com – davide.olivi3@unibo.it – luca.poggio@ferrari.com
* Corresponding author
A control-oriented model of a Dual Clutch Transmission (DCT) was developed for real-time Hardware In the Loop (HIL) applications, to support model-based development of the DCT controller and to systematically test its performance. The model is an innovative attempt to reproduce the fast dynamics of the actuation system while maintaining a simulation step size large enough for real-time applications. The model comprehends a detailed physical description of hydraulic circuit, clutches, synchronizers and gears, and simplified vehicle and internal combustion engine sub-models. As the oil circulating in the system has a large bulk modulus, the pressure dynamics are very fast, possibly causing instability in a real-time simulation; the same challenge involves the servo valves dynamics, due to the very small masses of the moving elements. Therefore, the hydraulic circuit model has been modified and simplified without losing physical validity, in order to adapt it to the real-time simulation requirements. The results of offline simulations have been compared to on-board measurements to verify the validity of the developed model, which was then implemented in a HIL system and connected to the Transmission Control Unit (TCU). Several tests have been performed on the HIL simulator, to verify the TCU performance: electrical failure tests on sensors and actuators, hydraulic and mechanical failure tests on hydraulic valves, clutches and synchronizers, and application tests comprehending all the main features of the control actions performed by the TCU. Being based on physical laws, in every condition the model simulates a plausible reaction of the system. A test automation procedure has finally been developed to permit the execution of a pattern of tests without the interaction of the user; perfectly repeatable tests can be performed for non-regression verification, allowing the testing of new software releases in fully automatic mode.
Résumé
Un modèle orienté vers le contrôle d’une transmission à double embrayage (DCT, Dual Clutch Transmission) a été développé et implémenté en temps réel dans un système Hardware In the Loop (HIL), pour supporter le développement du contrôleur DCT et pour tester systématiquement ses performances. Le modèle représente une tentative innovatrice de reproduire les dynamiques rapides du système d’actionnement tout en conservant une dimension de pas de calcul assez grande pour l’application en temps réel. Le modèle comprend une description physique détaillée du circuit hydraulique, des embrayages, des synchroniseurs et des engrenages, et des sous-modèles simplifiés du véhicule et du moteur à combustion interne. Comme l’huile circulant dans le système est caractérisée par un module de compressibilité élevé, les dynamiques de pression sont très rapides, pouvant provoquer une instabilité dans la simulation en temps réel, et le même risque intéresse la dynamique des servovalves, en raison des très petites masses des éléments mobiles. Par conséquent, le modèle de circuit hydraulique a été modifié et simplifié sans perdre la validité physique. Les résultats des simulations hors ligne ont été comparés à des mesures en ligne pour vérifier la validité du modèle, qui a ensuite été implémenté dans un système HIL et connecté à l’unité de control de la transmission (TCU, Transmission Control Unit). Plusieurs tests ont été effectués sur le simulateur HIL, pour vérifier la performance de la TCU : tests de panne électrique sur capteurs et actionneurs, tests de défaillance sur les valves hydrauliques, les embrayages et les synchros, et tests d’applications comprenant tous les principales actions de contrôle effectuées par la TCU. Étant basé sur des lois physiques, dans toutes les conditions le modèle simule une réaction plausible du système. Une procédure d’automatisation de test a finalement été développée pour permettre l’exécution d’une suite de tests sans interaction de l’utilisateur; les tests parfaitement reproductibles peuvent être effectués pour la vérification de non régression, ce qui permet la validation de nouvelles versions du logiciel en mode entièrement automatique.
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