Riassunto analitico
La driveline di un veicolo rappresenta l’insieme degli elementi atti a trasferire la potenza per l’avanzamento dello stesso, dal propulsore fino al terreno. Le vibrazioni generate dal motore possono essere trasmesse lungo questa catena cinetica, influenzando il comportamento dinamico del veicolo e la sua stabilità, nonché la durata dei componenti a usura, l’efficienza della trasmissione e il comfort di guida.
Nel caso di propulsione con motori a combustione interna, la driveline è soggetta alle oscillazioni torsionali da esso prodotte, pertanto lo studio della dinamica torsionale assume un ruolo fondamentale in fase progettuale.
Un approccio consolidato per lo studio di questo tipo di problemi è la modellazione a parametri concentrati del sistema, che consiste nel risolvere per via numerica l’equazione della dinamica, rispetto alla rotazione, per ogni singolo componente della catena cinematica.
Nel nostro caso è stata studiata una driveline per una vettura a trazione posteriore con architettura transaxle, spinta da un propulsore V8 turbocompresso alimentato a benzina. La trasmissione è dotata di torque converter posizionato all’ingresso del cambio ad 8 rapporti.
Il modello di partenza è stato creato utilizzando in ambiente Matlab/Simulink, che permette agevolmente
di modellare e simulare sistemi dinamici complessi.
Il sistema fisico è stato quindi discretizzato e ridotto in una serie di inerzie e di rigidezze torsionali collegate tra loro, cercando di mantenere il giusto compromesso tra dettaglio di modellazione e tempo computazionale.
Il modello torsionale include tutto il motopropulsore e la trasmissione, fino alle ruote. I principali componenti modellati sono: albero motore completo di smorzatore torsionale e volano; albero di trasmissione completo di giunti di accoppiamento; convertitore di coppia; cambio e differenziale; semiassi e ruote.
L’analisi del sistema è divisa in diverse fasi:
- la prima fase riguarda l’analisi dinamica nel dominio del tempo, nella quale, per valutare il comportamento del sistema, vengono eseguite alcune manovre che mettono in evidenza possibili criticità a livello torsionale;
- nella seconda fase vengono esaminati in dettaglio i risultati dell'analisi modale e del calcolo della FRF. Questo approccio integrato consente di ottenere una comprensione completa del comportamento vibratorio del sistema e di fornire indicazioni preziose per migliorare l’affidabilità del veicolo e il comfort di guida.
Questo approccio consente di simulare il funzionamento della driveline in diverse condizioni operative e di valutare l'impatto delle vibrazioni su tutto il sistema. Anche se il modello è una semplificazione della realtà, fornisce una base solida per condurre studi approfonditi sull'analisi delle vibrazioni e per identificare le aree critiche che richiedono interventi di ottimizzazione.
Nelle sezioni successive di questa ricerca, verranno esaminati in dettaglio i risultati dell'analisi modale e del calcolo della FRF.
|
Abstract
The driveline of a vehicle represents the set of elements designed to transfer the power to move the vehicle forward, from the engine to the ground. The vibrations generated by the engine can be transmitted along this kinetic chain, influencing the dynamic behavior of the vehicle and its stability, as well as the life of wear components, the efficiency of the transmission and driving comfort.
In the case of propulsion with internal combustion engines, the driveline is subject to the torsional oscillations it produces, therefore the study of torsional dynamics plays a fundamental role in the design phase.
A consolidated approach for studying this type of problem is lumped parameter modeling of the system, which consists in numerically solving the dynamics equation, with respect to rotation, for each individual component of the kinematic chain.
In our case, a driveline was studied for a rear-wheel drive car with transaxle architecture, powered by a turbocharged V8 petrol engine. The transmission is equipped with a torque converter positioned at the input of the 8-speed gearbox.
The starting model was created using Matlab/Simulink environment, which allows easily
to model and simulate complex dynamic systems.
The physical system was therefore discretized and reduced into a series of inertias and torsional stiffnesses connected to each other, trying to maintain the right compromise between modeling detail and computational time.
The torsional model includes the entire powertrain and transmission, right down to the wheels. The main components modeled are: crankshaft complete with torsional damper and flywheel; transmission shaft complete with coupling joints; torque converter; gearbox and differential; half shafts and wheels.
The system analysis is divided into different phases:
- the first phase concerns the dynamic analysis in the time domain, in which, to evaluate the behavior of the system, some maneuvers are performed which highlight possible critical issues at a torsional level;
- in the second phase the results of the modal analysis and the FRF calculation are examined in detail. This integrated approach allows you to obtain a complete understanding of the vibration behavior of the system and to provide valuable information to improve vehicle reliability and driving comfort.
This approach allows you to simulate the operation of the driveline under different operating conditions and evaluate the impact of vibrations on the entire system. Although the model is a simplification of reality, it provides a solid basis for conducting in-depth vibration analysis studies and identifying critical areas that require optimization work.
In the subsequent sections of this research, the results of the modal analysis and FRF calculation will be examined in detail.
|
