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Schaeffler Symposium 2018 - Simulating a path to Efficient Mobility · 2019. 5. 24. · 2018...

Date post: 23-Mar-2021
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Brian Zaugg Simulating a Path to Efficient Mobility 2018 Schaeffler Symposium 9/6/2018 1
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Brian Zaugg ‐ Simulating a Path to Efficient Mobility

2018 Schaeffler Symposium 9/6/2018

1

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Brian Zaugg ‐ Simulating a Path to Efficient Mobility

2018 Schaeffler Symposium 9/6/2018

2

► Industry Trends

►CPA Architectures

►CPA Tuning

►Hybrid Dampers

Outline

► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Automotive Market Growth

Global Vehicle Production

Worldwide production in M

M

1 2

13

3948

2010 2015 2020 2025 2030

HEV

Global HEV Production

Significant hybrid growth over the next ten years

Source: IHS and Schaeffler Assumptions2020e20152010 2030e2025e

99%

97% 85%

50%

30%

13%

35%

40%

30%15%

74

89

101111

120

2%

Worldwide production in M

M

CAGR 2010/2030 +2.4% p.a

ICE HEV BEV

e e e

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Brian Zaugg ‐ Simulating a Path to Efficient Mobility

2018 Schaeffler Symposium 9/6/2018

3

Automotive Market Growth► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

North America

20

41%

35%

24%

North America 2030

2020e20152010 2030e2025e

99%

97% 85%

50%

30%

13%

35%

40%

30%15%

74

89

101111

120

2%

ICE HEV BEVGlobal Vehicle Production

Worldwide production in M

M

Source: IHS and Schaeffler Assumptions

~75% requiring damper system 

CAGR 2010/2030 +2.4% p.a

Target: Yesterday – Today – Tomorrow?► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Speed in rpm

1988TCC

Amplitude

Fuel consumption map 4‐cyl.

Speed in rpm

Torque

Constant power

Less CO₂ in %

Speed in rpm

2 % / 100 rpm

2009Series TurbineDamper

Tomorrow?

1998Turbine Damper

2018‐2014TC w/ CPA

2018Turbine Tilger

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4

CPA Design Variations ‐ Today► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Circular Stops 3rd Gen CPA2nd Gen CPA

CPA Design Variations ‐ Tomorrow► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Double CPA

PivotOnly one roller

Ring

Inline‐CPA

Iso‐Radial

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2018 Schaeffler Symposium 9/6/2018

5

CPA Design Variations ‐ Tomorrow► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

V‐StopsDouble CPA

Inline‐CPA

Iso‐Radial

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

1000 RPM

High CPA travel at low speed due to: Low centrifugal forces

High engine fluctuations

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6

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

CPA

 angle  

Speed

1000 RPM → 2000 RPM

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

CPA

 angle  

Speed

1000 RPM → 2000 RPM

Tuning order

Speed

CPA order

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7

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

max

0

CPA oscillation angle

1.8

2.0

2.2

1000 1500 2000 30002500

IsolationIsolation

Amplitude

CPAorder

poor

good

Without CPA

Speed in rpm

max

01.3

1.5

1.7

1000 1500 2000 2500 3000

Speed in rpm

CPA order poor

good

1.3

1.5

1.7

1000 1500 2000 2500 3000

1.8

2.0

2.2

1000 1500 2000 2500 30001000 1500 2000 2500 3000

Speed in rpm

Amplitude

1000 1500 2000 2500 3000

Amount of shift geometrically restricted 

CPA on block CPA on block

Optimal CPACPA with Constant Order

Isolation

Amplitude

1000 1500 2000 2500 3000CPA with Constant Order

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 2500 3000

Isolation

CPA

 order

poor

good

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 30002500

CPA oscillation angle

max

0

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

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8

Isolation

Amplitude

1000 1500 2000 2500 3000CPA with Constant Order

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 2500 3000

Isolation

CPA

 order

poor

good

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 30002500

CPA oscillation angle

max

0

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Isolation

Amplitude

1000 1500 2000 2500 3000CPA with Constant Order

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 2500 3000

Isolation

CPA

 order

poor

good

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 30002500

CPA oscillation angle

max

0

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

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9

Isolation

Amplitude

1000 1500 2000 2500 3000CPA with Constant Order

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 2500 3000

Isolation

CPA

 order

poor

good

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 30002500

CPA oscillation angle

max

0

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Isolation

Amplitude

1000 1500 2000 2500 3000CPA with Constant OrderOptimal CPA

Speed in rpm

Amplitude

1000 1500 2000 2500 3000

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 2500 3000

Isolation

CPA

 order

poor

good

Speed in rpm

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 2500 3000

poor

goodCPA

 order

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 30002500

CPA oscillation angle

max

0

0.9

1.0

1.1

1000 1500 2000 2500 3000

Speed in rpm

max

0

CPA Tuning Order► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

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10

Damper Systems for Hybrid Powertrains► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Power‐Split Hybrid: Driving Condition Simulation► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Driving Events and Solutions Driving events can lead to high impact

Occur due to interactions between high inertias; commonly between e‐motor and ICE

Damper and torque limiting systems can protect the drive train and improve NVH

Curb Drive ABS‐BrakingIce Crossing Bumpy Road

Brake

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Power‐Split Hybrid: Driving Condition Simulation► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Torque on wheel

Speed in km/h

Arc Spring Damper

Driving Events and Solutions Driving events can lead to high impact

Occur due to interactions between high inertias; commonly between e‐motor and ICE

Damper and torque limiting systems can protect the drive train and improve NVH

Bumpy Road

Power‐Split Hybrid: Driving Condition Simulation► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Torque on wheel

Speed in km/h

Arc Spring Damper with Overload Clutch

Driving Events and Solutions Driving events can lead to high impact

Occur due to interactions between high inertias; commonly between e‐motor and ICE

Damper and torque limiting systems can protect the drive train and improve NVH

Bumpy Road

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P2 Hybrid: Crank Mount Torsional Damper► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

DMF w/CPA DMF0

20

40

60

80

100

500 1000 1500 2000 2500 3000Speed [rpm]

Speed fluctuation [rpm] DMF

DMF w/Optimized CPA

Features & Advantages Arc spring damper (DMF) function critical for connections 

before the e‐motor

CPA applications offer excellent isolation & allows for cylinder deactivation

– Inline‐pendulum for improved performance in tight spaces

– Gen 3 design for 1st order applications

P2 Hybrid: Torque Converter with Damper ► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Target

G7 G

5G4

G3G

6

G8

G9, 10

Engine speed in [rpm]

Isolation amplitude in [rad/s²]

0

500

1000

1500

2000

1000 1500 2000 2500 3000

Features & Advantages Main damper (DMF) + TC‐damper 

Rotor integrated disconnect clutch K0

TC directly connected to rotor carrier

TC‐damper eliminates mode in driving‐range

Excellent drive isolation & reduced package space

DMF

DMF + TC Damper

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P2 Hybrid: Transmission Input Damper► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Coil Spring Damper

Series Coil Spring Damper CPA

Arc Spring Damper

Drive, 8th Gear

0

500

1000

1500

2000

1000 1500 2000 2500 3000

Features & Advantages Main damper (DMF) + damper at transmission input

Compact design for small envelopes between e‐motor and transmission

Full damper‐ and CPA‐ portfolio solutions

Engine speed in [rpm]

Isolation amplitude in [rad/s²]

DMF

DMF + CPA Damper

Simulation Methodology► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

K1

D2/IPS DSCPA

EG K0

D1

VH

ATEM

Dimension Variants

Inertia "EM" [kgm²] 0.05 / 0.1 / 0.15 / 0.2 / 0.25

CPA with / without

Stiffness D1 [Nm/°] 5 / 10 / 20 / 40

Stiffness DS [Nm/°] 20 / 30 

Inertia AT [kgm²] 0.015 / 0.025 / 0.05 / 0.15 / 0.25

Stiffness D2/IPS [Nm/°] 10 / 20 / 40 / 150 / 300

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14

Simulation Methodology► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

TC/E

c_DS1>

5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff 5 10 20 40 stiff

_D

S

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

/M

CPA: wo CPA: with CPA: wo CPA: with CPA: wo CPA: with CPA: wo CPA: with CPA: wo CPA: with

c_DS2<--

c_

<--

T/

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

max

300 672 1166 30 05 26544 5554 4 02 609 1300 22045 5189 379 596 1291 6204 4142 312 483 722 4299 390 4 287 427 787 2603 3252 258 396 602 1891 3113 228 346 564 1794 2858 220 33 8 510 1357 2 465 196 300 454 12 60 2584 191 2 94 443 952 2074

150 2042 2581 3109 24282 120432 8 62 1221 1750 16349 72397 7121 8792 10 239 10702 97110 1024 1372 1871 4426 5639 3 6793 9117 11491 13885 80737 1164 149 5 1950 2642 444 84 5590 8231 11292 1434 9 69262 1296 16 03 2041 2678 3 5234 4586 6994 10164 138 06 60038 1408 1702 2116 2672 25981

40 8224 9412 9728 27431 55137 770 1037 1472 19967 46828 5849 9428 12658 16880 43288 722 954 1314 4651 368 17 4009 6234 9915 15003 35700 686 900 1227 2181 298 66 3015 4470 6996 1222 6 30721 655 855 1163 1934 2 5508 2357 3741 5561 9770 26273 630 8 20 1110 1815 22033

20 6108 8156 104 27 28510 24374 491 721 3264 16942 21133 3132 5082 8 370 16389 20057 443 626 1285 11558 168 58 2186 2833 5846 12151 16474 410 571 1035 7062 13 993 1708 2404 4188 9310 14452 388 53 8 930 4648 12205 1377 2033 3252 72 16 12485 362 529 891 3565 10466

10 4749 6981 120 56 24732 14293 359 728 8203 18600 12703 2593 4170 7785 23385 11874 317 526 3510 18181 1009 6 1622 2618 5047 14350 9235 299 473 2165 9897 8530 1228 1963 3643 9953 8037 302 46 3 1484 6975 7195 949 1525 2866 7551 7078 291 4 48 1261 5560 6151

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20 4089 4915 108 84 16576 8838 199 463 6672 10446 7305 3905 5394 9 189 20337 8447 132 220 6666 16389 7055 2471 3258 5165 15785 5924 87 152 3145 11477 49 66 2181 2913 4373 1066 0 6296 93 147 2802 8210 5274 1801 2111 2978 599 4 4772 93 132 2089 4689 3997

10 728 1399 1354 8 10560 1314 39 149 3631 7942 1376 295 496 1127 10113 1145 40 73 480 6259 883 163 264 527 1885 876 36 56 224 1287 6 97 132 214 416 1286 828 39 6 0 193 929 726 94 151 284 78 0 668 35 52 129 564 542

300 494 568 68 8 1865 80191 2 99 646 985 1574 81983 3206 3326 3 440 3215 101177 234 357 533 1176 9846 8 4360 5095 5461 5584 113959 244 362 532 958 908 69 4855 5960 6822 7299 99391 255 36 8 532 944 79839 4896 6093 7508 860 2 89363 264 374 531 818 71273

150 1982 1882 16 73 1691 40447 455 792 1514 2276 49829 3845 4249 4 368 6063 61145 249 375 1456 3429 633 51 4305 5359 6218 10821 58161 243 355 625 5184 52 469 4132 5593 6793 11768 47664 237 34 1 551 7583 4 3956 3699 5222 6859 11152 42020 231 3 28 523 8218 36534

40 2056 2345 64 14 7726 2326 51 1556 2482 4003 2051 1463 3389 7743 11873 1776 45 191 4666 8628 136 4 347 588 1406 10074 1214 41 74 604 6384 10 02 182 296 774 3664 943 37 73 396 2599 892 142 229 448 14 55 857 39 62 183 1006 720

20 875 1818 58 30 5864 729 150 350 3121 3789 633 318 428 8 22 6945 617 105 116 372 4396 546 221 273 410 1221 511 70 115 211 877 4 56 182 214 327 761 438 105 12 0 208 590 417 172 199 262 50 3 410 96 104 190 404 347

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300 400 404 44 7 1022 48270 197 423 719 1056 49270 2260 2418 2 354 2190 48724 191 286 550 1295 51975 3107 3621 3786 4058 55457 160 238 376 1458 48 176 3603 4253 4794 6071 53611 162 23 6 362 1698 6 4745 3669 4800 5539 743 9 68116 166 2 36 357 1993 59274

150 1304 1234 10 84 921 21424 278 574 1085 1429 19305 2544 2858 3 076 6112 18241 139 324 1433 2406 1766 4 2994 3650 4793 10670 26951 132 225 1991 5660 29 550 2810 3796 5236 1206 0 24625 127 20 4 2866 7650 3 1893 2735 3621 5036 109 47 31131 130 205 3490 7710 28469

40 1200 1628 42 59 4820 919 24 782 1601 2425 992 298 549 3 840 6957 629 19 63 1152 5172 535 131 220 495 3437 523 19 34 289 2181 44 6 76 124 248 920 419 17 2 8 103 597 358 60 96 189 58 3 374 18 28 88 415 320

20 413 832 32 84 3471 379 59 172 1635 2223 300 149 195 4 14 3670 301 50 88 173 2237 253 114 141 213 641 267 57 59 119 464 22 2 96 112 154 331 223 47 6 0 101 256 159 89 103 136 26 6 172 64 46 100 214 147

10 66 126 76 9 1845 134 4 11 164 1187 113 25 42 106 989 104 4 8 45 560 94 16 27 54 200 89 4 6 25 139 8 0 11 18 36 106 74 4 5 16 75 59 9 15 29 8 2 67 4 5 14 61 58

200.

015

0.02

50.

150.

050

.15

0.2

50.

253

00.

015

0.0

250.

05

Dimension Variants

Inertia "EM" [kgm²] 0.05 / 0.1 / 0.15 / 0.2 / 0.25

CPA with / without

Stiffness D1 [Nm/°] 5 / 10 / 20 / 40

Stiffness DS [Nm/°] 20 / 30

Inertia AT [kgm²] 0.015 / 0.025 / 0.05 / 0.15 / 0.25

Stiffness D2/IPS [Nm/°] 10 / 20 / 40 / 150 / 300

2500 simulation results!Provide a map for optimized efficiency

K1

D2/IPS DSCPA

EG K0

D1

VH

ATEM

Advanced Simulation and Damper Technology for All Powertrain Systems

Simulation methods used to fully optimize CPA tuning order to improve FE & NVH

CPA technology is still expanding

Simulation techniques assure optimized damper solutions for all hybrid powertrains

► Industry Trends

► CPA Architectures

► CPA Tuning

► Hybrid Dampers

Page 15: Schaeffler Symposium 2018 - Simulating a path to Efficient Mobility · 2019. 5. 24. · 2018 Schaeffler Symposium 9/6/2018 5 CPA Design Variations ‐Tomorrow Industry Trends CPA

Brian Zaugg ‐ Simulating a Path to Efficient Mobility

2018 Schaeffler Symposium 9/6/2018

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