Control-Oriented Models for Real-Time Simulation of Automotive Transmission Systems N. Cavina, E. Corti, F. Marcigliano, D. Olivi, L. Poggio To cite this version: N. Cavina, E. Corti, F. Marcigliano, D. Olivi, L. Poggio. Control-Oriented Models for Real-Time Simulation of Automotive Transmission Systems. Oil & Gas Science and Technology - Revue d’IFP Energies nouvelles, Institut Français du Pétrole, 2015, 70 (1), pp.67-90. 10.2516/ogst/2013216. hal- 01931289 HAL Id: hal-01931289 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01931289 Submitted on 22 Nov 2018 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. 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IFP Energies nouvelles, Vol. 70 (2015), No. 1, pp. 3-211 Copyright © 2015, IFP Energies nouvelles 3>Editorial 111 > Investigation of Cycle-to-Cycle Variability of NO in Homogeneous B. Leduc and P. Tona Combustion 15 > A Challenging Future for the IC Engine: New Technologies and Enquête de la variabilité cycle-à-cycle du NO dans la combustion the Control Role homogène A. Karvountzis-Kontakiotis and L. Ntziachristos Un challenge pour le futur du moteur à combustion interne : nouvelles technologies et rôle du contrôle moteur 125 > Energy Management Strategies for Diesel Hybrid Electric Vehicle F. Payri, J. M. Luján, C. Guardiola and B. Pla Lois de gestion de l’énergie pour le véhicule hybride Diesel 31 > The Art of Control Engineering: Science Meets Industrial Reality O. Grondin, L. Thibault and C. Quérel L’art du génie automatique : science en rencontre avec la réalité 143 > Integrated Energy and Emission Management for Diesel Engines industrielle with Waste Heat Recovery Using Dynamic Models U. Christen and R. Busch Une stratégie intégrée de gestion des émissions et de l’énergie pour 41 > Energy Management of Hybrid Electric Vehicles: 15 Years of un moteur Diesel avec un système WHR (Waste Heat Recovery) Development at the Ohio State University F. Willems, F. Kupper, G. Rascanu and E. Feru Gestion énergétique des véhicules hybrides électriques : 15 ans 159 > Development of Look-Ahead Controller Concepts for a Wheel Loader de développement à l’université d’État de l’Ohio Application G. Rizzoni and S. Onori Développement de concepts d’une commande prédictive, destinée à une application pour chargeur sur pneus 55 > Automotive Catalyst State Diagnosis using Microwaves T. Nilsson, A. Fröberg and J. Åslund Diagnostic de l’état de catalyseurs d’automobiles à l’aide de micro-ondes 179 > Design Methodology of Camshaft Driven Charge Valves for Pneumatic R. Moos and G. Fischerauer Engine Starts 67 > Control-Oriented Models for Real-Time Simulation of Automotive Méthodologie pour le design des valves de chargement opérées par Transmission Systems arbre à cames Modélisation orientée-contrôle pour la simulation en temps réel M.M. Moser, C. Voser, C.H. Onder and L. Guzzella des systèmes de transmission automobile 195 > Design and Evaluation of Energy Management using Map-Based N. Cavina, E. Corti, F. Marcigliano, D. Olivi and L. Poggio ECMS for the PHEV Benchmark 91 > Combustion Noise and Pollutants Prediction for Injection Pattern Conception et évaluation de la gestion de l’énergie en utilisant and Exhaust Gas Recirculation Tuning in an Automotive Common-Rail l’ECMS (stratégie de minimisation de la consommation équivalente) Diesel Engine basée sur des cartes, afin de tester les véhicules hybrides électriques rechargeables Prédiction du bruit de combustion et des polluants pour le réglage M. Sivertsson and L. Eriksson des paramètres d’injection et de l’EGR (Exhaust Gas Recirculation) dans un moteur Diesel Common-Rail pour l’automobile I. Arsie, R. Di Leo, C. Pianese and M. De Cesare Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP Energies nouvelles, Vol. 70 (2015), No. 1, pp. 67-90 Ó N. Cavina et al., published by IFP Energies nouvelles, 2014 DOI: 10.2516/ogst/2013216 IFP Energies nouvelles International Conference Rencontres Scientifiques d'IFP Energies nouvelles E-COSM'12 - IFAC Workshop on Engine and Powertrain Control, Simulation and Modeling E-COSM'12 - Séminaire de l'IFAC sur le contrôle, la simulation et la modélisation des moteurs et groupes moto-propulseurs Control-Oriented Models for Real-Time Simulation of Automotive Transmission Systems N. Cavina1*, E. Corti1, F. Marcigliano2, D. Olivi1 and L. Poggio2 1 DIN, University of Bologna, Viale Risorgimento 2, 40136 Bologna - Italy 2 Ferrari SpA, Via Abetone Inferiore 4, 41053 Maranello (MO) - Italy e-mail: [email protected] - [email protected] - [email protected] - [email protected] [email protected] * Corresponding author Abstract — 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 repro- duce 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 cir- cuit, 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 cir- cuit 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 actu- ators, 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 pat- tern 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. Re´sume´— Mode´lisation oriente´e-controˆ le pour la simulation en temps re´el des syste` mes de trans- mission automobile — Un mode` le oriente´vers le controˆ le d’une transmission a` double embrayage (DCT, Dual Clutch Transmission)ae´te´de´veloppe´et imple´mente´en temps re´el dans un syste` me Hardware In the Loop (HIL), pour supporter le de´veloppement du controˆ leur DCT et pour tester syste´matiquement ses performances. Le mode` le repre´sente une tentative innovatrice de reproduire les dynamiques rapides du syste` me d’actionnement tout en conservant une dimension de pas de calcul assez grande pour l’application en temps re´el. Le mode` le comprend une description physique de´taille´e du circuit hydraulique, des embrayages, des synchroniseurs et des engrenages, et des sous-mode` les simplifie´sduve´hicule et du moteur a` combustion interne. Comme l’huile circulant dans le syste` me est caracte´rise´e par un module de compressibilite´e´leve´, les dynamiques de pression sont tre` s rapides, pouvant provoquer une This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 68 Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP Energies nouvelles, Vol. 70 (2015), No. 1 instabilite´dans la simulation en temps re´el, et le meˆ me risque inte´resse la dynamique des servovalves, en raison des tre` s petites masses des e´le´ments mobiles. Par conse´quent, le mode` le de circuit hydraulique a e´te´modifie´et simplifie´sans perdre la validite´physique. Les re´sultats des simulations hors ligne ont e´te´compare´sa` des mesures en ligne pour ve´rifier la validite´du mode` le, qui a ensuite e´te´imple´mente´dans un syste` me HIL et connecte´a` l’unite´de control de la transmission (TCU, Transmission Control Unit). Plusieurs tests ont e´te´effectue´s sur le simulateur HIL, pour ve´rifier la performance de la TCU : tests de panne e´lectrique sur capteurs et actionneurs, tests de de´faillance sur les valves hydrauliques, les embrayages et les synchros, et tests d’applications comprenant toutes les principales actions de controˆ le effectue´es par la TCU.