Slutsats och rekommendationer

Detta kapitel summerar kort och koncist slutsatser från framförallt resultat och analys, med fokus på att besvara tidigare ställd problemformulering.

I resultatkapitlet presenteras fyra koncept för styrning och inkoppling av kopplingshylsor i en power-shift-transmission. Alla koncept har olika för- och nackdelar, koncepten 1,8 och 9 som baseras på BLDC-motorer ligger längre fram i tiden, vilket innebär en längre utvecklingstid än hos koncept 2 som använder hydrauliska ställdon. Koncept 1 är även mer komplext än de övriga, dels med tanke på att det innehåller många rörliga delar och dels för att det är nydanande och inte liknar någon tidigare känd växelmekanism. Gentemot företagets befintliga lösning har dock alla koncepten en gemensam fördel; de medger icke- sekventiella växelval för optimering av prestanda och växlingskomfort.

BLDC-motorerna medför en större kostnad vilket gör det nödvändigt att se över alternativ för aktuering. Koncept 1 och 8 medger en hybridlösning mellan elmotor för roterande positionering och hydraulkraft för linjär förflyttning. Koncept 9, vilken är en vidareutveckling av företagets befintliga koncept, kan som alternativ aktueras via två hydraulmotorer likt basidén. Koncept 2 är en välbeprövad lösning där kopplingshylsan förflyttas linjärt med hjälp av hydraulkolvar och är inte nödvändig att söka andra lösningar för. Kontrollerbarheten tillgodoses i samtliga koncept genom samspel mellan mjukvara och givare.

Som slutsats av genomförd förstudie kring växelmekanismer talar mycket för att elektriska motorer kommer att ersätta mindre hydrauliska system i framtiden. Såväl forskning som miljöaspekter och allmän teknikutveckling pekar mot detta. Ändras fokusområde från att enbart studera växelmekanismen till att se hela transmissionen, kan det vara lättare att motivera användande av BLDC-motorerna. Kan flera hydrauliska komponenter, som momentomvandlare, ersättas med elektriska tillämpningar, se figur 14, behöver det inte innebära att kostnaden stiger för systemet. För att återknyta till avsnitt 1.1 skulle med säkerhet hydraulikrelaterade förluster minskas, med mindre belastning på förbränningsmotor och lägre bränsleförbrukning som positiv följdverkan.

Ansatsen att driva växelmekanismen med elmotorer är således ett medvetet steg mot att reducera antalet hydrauliska komponenter och därmed relaterade förluster i transmissionen, även om växelmekanismen bidrar ringa till dessa förluster. Koncepten ska kort och gott ses som möjliga alternativ till företagets tankesätt, inte betraktas som färdiga lösningar. Om man intar ett framtidsperspektiv går det att tala om en kritisk punkt där eldrivna mekanismer tenderar att bli mer lönsamma än hydrauliska. Hur det ska uppnås eller vad denna punkt konkret innebär är ett intressant område att utreda närmre och kan vara grund till kommande examensarbeten.

De koncept som vi finner starkast och har mest potential att implementeras idag är koncept 2 med individuellt styrda hydraulcylindrar. Detta med avseende på att hydraulik används idag, samt att liknande lösning finns inom Volvokoncernen i form av I-Shift. I ett längre perspektiv är koncept 9 med den tvådelade kamtrumman intressant. Främst med avseende på de individuella växelval konceptet medger men även användningen av BLDC-motorer för drivning av konceptet. Därtill innehar koncept 9 inbyggd låsning för skiftgafflar samtidigt som konceptet innebär få rörliga delar.

Ytterligare rekommendationer som följer av examensarbetet är: • Djupare patentstudier för att undvika patentintrång.

• Undersöka utvecklings- samt kombineringsmöjligheter mellan de olika koncepten och dess egenskaper.

• Bedriva en detaljstudie med dimensionering och simulering.

• Skapa en prototyp för fysiska tester samt kontroll av produktions- och monteringsaspekter.

• Utnyttja Rapid Prototyping eller Rapid Manufacturing för prototypframtagning.

Referenslista

Nedan finns en förteckning över litteratur, artiklar och elektroniska dokument som ligger tillgrund för arbetet. Även källor som indirekt gett oss kunskaper, insikter eller bara bekräftat våra teorier finns här.

Teori

[1] Bell, J. (2006). Introduktion till forskningsmetodik. Studentlitteratur AB, Lund.

Produktutveckling

[2] Bergman, B., Klefsjö, B. (2001). Kvalitet från behov till användning. Tredje upplagan, Studentlitteratur, Lund.

[3] Landqvist, J. (2001) Vilda idéer och djuplodande analys – Om

designmetodikens grunder. Carlssons, Konstfack.

[4] Olsson, E. (1997). Industriell produktutveckling. Mälardalens högskola, Eskilstuna.

[5] Ullman, D. (2003). The Mechanical Design Process. Third Edition, McGraw-Hill.

[6] Ulrich, K., Eppinger, S. (2003). Product Design and Development. Third Edition, McGraw-Hill.

[7] Österlin, K. (2003). Design i fokus. Liber AB, Malmö. Maskinelement

[8] Löfström. B. (1985). Fordons- och Industrihydraulik. ITK läromedel

SAPA.

[9] Olsson, K-O. (2006). Maskinelement. Liber AB, Malmö. Elektroniska dokument

[10] Östergrens Elmotor AB. Snabbkurs om elektriska motorer och drivsystem. [11] 7th LuK Symposium 11./12. April 2002

Patent

[12] Jansson, D. (2007) Shift Member and Gear Shifting Arrangement

Comprising the Shift Member. International Publication Number: WO

20071055622 A1, International Application Number:PCT/SE2005/001699 Tekniska rapporter

[13] Habibi, S., Goldenberg, A. (1999). Design of a New High Performance

ElectroHydraulic Actuator. IEEE/ASME 0-7803-5038-3/99/.

[14] Hoshino, H. (1998). Simulation on Synchronization Mechanism of

Transmission Gearbox. Hiroaki Nissan Diesel Motor Co., Ltd. International

ADAMS User Conference.

[15] Reik, W., Dierk, R., Vornehm, M. (2006). World of hybrids –A difficult

[16] Turner, A.J., Ramsey, K., Clark, R.E., Howe, D. (2006). Development of

High Force Electromechanical Linear Actuator for Shift-By-Wire Automated Manual Transmissions. Ricardo Driveline and Transmission

Systems, SAE 2006-01-0360.

[17] Wagner, U., Berger, R., Ehrlich, M., Homm, M. (2006). Electromotoric

actuators for double clutch transmissions – Best efficiency by itself. LuK

SYMPOSIUM 2006.

[18] Wheals, J. C., Turner, A., Ramsay, K., O’Neil A., Bennett, J., Fang, H.

Double Clutch Transmission (DCT) Using Multiplexed Linear Actuation Technology And Dry Clutches For High Efficiency And Low Cost. Ricardo

Driveline and Transmission Systems, SAE 2007-01-1096. Internet [19] http://www.automotorsport.se/volvo-far-dsg-automat-redan-nasta-ar/9123 [20] http://wikipedia.com/ [21] http://www.kaps.cz/ [22] http://www.ricardo.com/engineeringservices/transmission.aspx [23] http://www.volvo.com/trucks/sweden-market/sw-se/newsmedia/ Internmaterial

[24] I-shift generation C - training material ”Louise”

[25] Powerful Ways to the Future. Volvo, Ref No 011-949-012, 04-2006 English. [26] Volvo intranät

Muntliga källor

Ges i löpande text.

Källor

Höst, M. (2006). Att genomföra examensarbete. Studentlitteratur AB, Lund. Eriksson, T., Folkeson, A. (2002). Mekanismer Tribologi. Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm.

Eriksson, T., Folkeson, A. (2003). Maskinelement Handbok. Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm.

Baxter, M. (1999). Product Design: Practical methods for the systematic

development of new products. Stanley Thornes.

http://ieeexplore.ieee.org/ http://www.luk.de/ http://www.sae.org/ http://www.wipo.int/pctdb/en/ http://www.transmission-symposium.com/engl/ CTI http://www.tpub.com/engineering1.htm http://alexandria.tue.nl/repository/books/615461.pdf http://www.howstuffworks.com http://www.thomasnet.com/

Med huvudfunktion menas den uppgift som skall utföras, exempelvis borde huvudfunktionen för en gräsklippare vara ”avkorta gräs”.

Problemet som ska lösas i detta examensarbete är att få ett objekt (kopplingshylsa) att förflyttas från en given position till en annan given position. Denna positionsändring medför att en kraft skall appliceras på objektet, att objektet förflyttas via en förutbestämd bana och stannar på den position som är förutbestämd. Objektet skall sedan kunna flyttas åter till ursprungsläget. Detta ska vara beläget i en växellåda och samspela med ett antal inrymda komponenter. Med det tidigare stycket som utgångspunkt kan en lämplig huvudfunktion vara att ”Möjliggöra repeterbar förflyttning av kopplingshylsa” med underfunktionerna (delfunktioner) ”Tillåta förflyttning”, ”Medge kraftöverföring” samt ”Medge kontroll”. För att ta hänsyn till att kopplingshylsan verkar i en växellåda har också stödfunktioner identifierats. Dessa hör till problemsammanhanget men är ändå inte direkt nödvändiga för att lösa huvudfunktionen.

Figur 1 Funktionsanalys

Huvudfunktion

• Möjliggöra repeterbar förflyttning av kopplingshylsa

Kopplingshylsan behöver kunna förflytta sig för att uppfylla sin funktion i växellådan. Någon form av kraft ger upphov till rörelsen och för att kunna kontrollera var hylsan befinner sig behöver dess position kunna avläsas.

För att genomföra en förflyttning måste kopplingshylsan få utrymme att röra sig samtidigt som den måste kunna förflytta sig den erforderliga sträcka/längd som behövs för anläggning/friläggning. Förflyttningen kräver en förbindelse mellan start och stopp för rörelsen så att den blir repeterbar.

• Medge kraftöverföring

För att hylsan ska kunna röra sig behövs en yttre kraftverkan. Kraften måste kunna appliceras på kopplingshylsan som av den anledningen behöver en kontaktyta, dimensionerad för ändamålet.

• Medge kontroll

Kontrollerbarhet är en viktig faktor för en förflyttning, risk för felaktigheter är annars uppenbar. Hylsan behöver kunna säkra sin position så att denna ej ändras ofrivilligt. För att veta var hylsan befinner sig kan positionen behöva avläsas och kommuniceras/verifieras genom att sända den till lämplig kontrollenhet.

Stödfunktioner

De funktioner som identifieras som stödfunktioner är menade till att tillgodose kvalitetsaspekter. Exempelvis bör den slutgiltiga konstruktionen vara robust så att den har en god tillförlitlighet och håller för sitt ändamål samt att den bör kunna minimera förluster för att motiveras till att tas i bruk. Om möjligheten medger, höjs användbarheten om modularitet byggs in i konstruktionen, dels för att enkelt kunna byta ut komponenter och dels för att underlätta en placering i dess målmiljö. Naturligtvis måste också konstruktionen kunna integreras i växellådan och fungera ihop med dess övriga komponenter samtidigt som det är önskvärt och i stort sett nödvändigt att kunna styra varje kopplingshylsa individuellt för att undvika sekventiell växling.

Marknad

• Detta projekt riktar sig till Volvo Construction Equipment Component division och avdelning 14820.

• Produkten utgör en del som ska integreras i en växellåda.

• Konkurrerande företag som har kunskap inom området ses i första hand vara Caterpillar, Komatsu och ZF. 1

Produktkrav