Räumliche Dynamik von stufenlos verstellbaren Schubgliedergetrieben und Rechenzeitreduktion des MKS-Modells

In der automobilen Antriebstechnik sind stufenlose Umschlingungsgetriebe (CVT) eine interessante Alternative zu konventionellen Getriebekonzepten wie Handschaltgetrieben oder Stufenautomaten. Der Einsatz von CVTs ermöglicht es, den Verbrennungsmotor in weiten Betriebsbereichen nahe dem optimalen Verbrauchs- oder maximalen Leistungspunkt zu betreiben.

 

Der Lehrstuhl für Angewandte Mechanik arbeitet nun schon seit 2001 erfolgreich mit Bosch Transmission Technology B.V. (Gasoline Systems - CVT) bei der Entwicklung modernster Mehrkörpersimulationstools für den Schubgliederband-Variator des CVTs zusammen. Ziel hierbei ist es, durch den Einsatz der Simulationssoftware das Schubgliederband weiter zu optimieren, um z.B. einen noch geringeren Kraftstoffverbrauch zu erzielen.

 

Mehrere Doktoranden konzipierten in dieser Zeit eine Reihe von Modellen und die zugehörige Software, wie das ebene hybride Modell oder das räumliche Modell, das Effekte außerhalb der Bewegungsebene, wie z.B. Schieflauf, berücksichtigt. Die entwickelten mathematischen Modelle beinhalten alle elastischen und dynamischen Effekte. Das Schubgliederband ist ein hochkomplexes Mehrkörpersystem (MKS), das im räumlichen Fall ca. 3500 Freiheitsgrade und 5500 reibfreie, reibbehaftete sowie uni- und bilaterale Kontakte besitzt. Die einzelnen Körper sind entweder starr oder über Finite Elemente mit großer Verformung modelliert. Zur Herleitung der Bewegungsgleichungen werden Methoden aus der nichtglatten Mehrkörpersimulation verwendet. Die resultierende Maßdifferentialinklusion wird mit Timestepping-Verfahren integriert. Als Programmumgebung wird das am Lehrstuhl entwickelte Softwaretool MBSim verwendet.

 

In dem aktuellen Forschungsvorhaben wird einerseits der Detailgrad des entwickelten 3D-Modells erhöht und um einige zusätzliche Eigenschaften erweitert. Damit können auftretende Effekte außerhalb der eigentlichen Bewegungsebene noch genauer diskutiert werden. Da insbesondere bei hohem Detailgrad die Rechenzeit des Simulationsmodells sehr groß ist, ist es andererseits Ziel dieser Arbeit mittels unterschiedlicher Reduktionsmethoden (z.B. Modellordnungsreduktion, Parallelisierung, Verwendung schnellerer Teilmodelle) die CPU-Zeit zu verringern. Hierbei stellt die Übertragung dieser Methoden sowohl auf allgemeine, nichtglatte flexible MKS, wie auch auf spezielle Gegebenheiten des Simulationsmodells die hauptsächliche Schwierigkeit dar.