تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

تحلیل دینامیکی زنجیره انتقال قدرت خودرو: مقایسه چرخ‏‌لنگر تک‌جرمی و دو‌جرمی در شرایط عملیاتی مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
شرکت تحقیق، طراحی و تولید موتور ایران خودرو (ایپکو)، تهران، ایران
چکیده
در این پژوهش، رفتار دینامیکی زنجیره انتقال قدرت یک خودروی سواری مجهز به موتور سه‌استوانه و جعبه‌دنده پنج‌سرعته دستی، در دو پیکربندی چرخ‌‏لنگر تک‌جرمی و دوجرمی شبیه‌سازی و مقایسه شده است. هدف، ارزیابی میزان تأثیر چرخ‌‏لنگر دوجرمی بر کاهش نوسانات پیچشی و ارتعاشات انتقال‌یافته به جعبه‌دنده و مجموعه خودرو تحت شرایط گوناگون عملیاتی است. برای این منظور، الگوی جامع سامانه انتقال قدرت با ۴۴ درجه آزادی پیچشی در نرم‌افزار AVL EXCITE™ PowerUnit توسعه یافت و مجموعه گسترده‌ای از حالات عملیاتی شامل راه‌اندازی، دور آرام، آغاز حرکت، خزش، جاروب‌های افزایش و کاهش سرعت، شتاب‌گیری آنی مثبت و منفی و توقف تحلیل شد. علاوه بر این، نتایج شبیه‌سازی در دنده چهار برای شرایط جاروب سرعت با داده‌های آزمون تجربی اعتبارسنجی شد. نتایج نشان می‌دهد که چرخ‌‏لنگر دوجرمی در شرایط شبه‌پایدار نظیر دور آرام، خزش و جاروب‌های سرعت، به‌طور قابل‌توجهی دامنه نوسانات ورودی به جعبه‌دنده را کاهش می‌دهد. در مقابل، در حالات گذرای شدید، رفتار سامانه پیچیده‌تر بوده و در شرایط عملیاتی راه‌اندازی، توقف و آغاز حرکت، افزایش نوسانات ورودی به جعبه‌دنده و شتاب خطی خودرو مشاهده می‌شود. با این حال، در آزمون‌های شتاب‌گیری آنی مثبت و منفی، چرخ‌‏لنگر دوجرمی کاهش محسوس نوسانات محور ورودی جعبه‌دنده را به همراه دارد. به‌طور کلی، استفاده از چرخ‌‏لنگر دوجرمی موجب بهبود رفتار دینامیکی زنجیره انتقال قدرت می‌شود؛ هرچند در برخی شرایط گذرای خاص مانند راه‌اندازی، کارایی آن با محدودیت همراه است. همچنین افزایش نوسانات سرعت زاویه‌ای میل‌لنگ و تغییر توزیع گشتاور لختی میان میل‌لنگ و محور ورودی جعبه‌دنده، ضرورت انجام تحلیل‌های تکمیلی برای اجزایی نظیر میل‌لنگ را برجسته می‌سازد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Dynamic analysis of the automotive drivetrain: comparison of Single-Mass and Dual-Mass flywheels under different operating conditions

نویسندگان English

Mohammad Taher Bayani Hedesh
Reza Soltani
Hadi Mohammadi Bidhendi
Yaghub Abbaszadeh
Irankhodro Powertrain Company (IPCo), Tehran, Iran
چکیده English

In this study, the torsional dynamics of an automotive drivetrain equipped with a three cylinder spark ignition engine and a five speed manual transmission were investigated for two configurations: a conventional single mass flywheel (SMF) and a dual mass flywheel (DMF). A detailed powertrain model featuring 44 torsional degrees of freedom was developed in AVL EXCITE™ PowerUnit to evaluate the influence of the DMF on vibration attenuation across a wide spectrum of operating conditions, including engine start-up, idle, vehicle launch, creep, drive and coast speed sweeps, tip in and back out, and engine stop. Experimental validation of the simulation results was performed for the 4th gear speed sweep of the SMF configuration. The results indicated that the DMF significantly reduced the torsional fluctuations transmitted to the gearbox in quasi-steady conditions such as idle, creep, drive and coast speed sweep. In transient conditions, however, the system exhibited more complex behavior. During start-up, stop, and launch, an increase in drivetrain oscillations and vehicle longitudinal acceleration fluctuations was observed. In contrast, in tip-in and back-out maneuvers, the DMF led to a noticeable reduction in input shaft oscillations of the gearbox. Overall, while the DMF improves powertrain torsional behavior across most quasi steady conditions, certain transient events—particularly engine start up—highlight limitations in its dynamic isolation capability. Furthermore, the altered inertia distribution and increased crankshaft angular velocity fluctuations necessitate additional durability and NVH assessments of cranktrain components, including the crankshaft, to ensure optimal DMF performance.

کلیدواژه‌ها English

Drivetrain
Conventional Clutch
Dual Mass Flywheel
Torsional Vibrations
Manual Transmission
[1] Wang P, Li G, Li X. Vibration characteristics analysis of o-shaped damping ring to balance damping gear transmission system for three-cylinder engine. Processes. 2022 Aug 25;10(9):1685. doi: 10.3390/pr10091685
[2] Sebulke A. The two-mass flywheel-a torsional vibration damper for the power train of passenger cars-state of the art and further technical development. InSAE International Congress and Exposition 1987 Feb 1. SAE Technical Paper. doi: 10.4271/870394
[3] Fidlin A, Seebacher R. DMF simulation techniques. In8th LuK symposium 2006 (p. 55).
[4] Chen L, Shi W, Chen Z. Research on damping performance of dual mass flywheel based on vehicle transmission system modeling and multi-condition simulation. IEEE Access. 2020 Feb 13;8:28064-77. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2951618
[5] Xie M, Wang S, Yan Z, Wang L, Tan G. Optimization of Dual‐Mass Flywheel Parameters Based on a Multicondition Simulation Test. Shock and Vibration. 2022;2022(1):2954825. doi: 10.1155/2022/2954825
[6] Albers A. Advanced development of dual mass flywheel (DMFW) design-noise control for today’s automobiles. InProceedings of the 5th LuK Symposium 1994 May (pp. 5-41).
[7] Luo H, Wu G, Wu Q, Zhan W, Yang J, Xu L. Research on the Design Method and Vibration Reduction Performance of Dual-Mass Flywheel. InSociety of Automotive Engineers (SAE)-China Congress 2018 Nov 6 (pp. 499-512). Singapore: Springer Singapore. doi: 10.1007/978-981-13-9718-9_37
[8] Chen L, Yuan J, Cai H, Hu J. Dynamic Model and Dynamic Response of Automobile Dual‐Mass Flywheel with Bifilar‐Type Centrifugal Pendulum Vibration Absorber. Shock and Vibration. 2021;2021(1):6627938. doi: 10.1155/2021/6627938
[9] Zu QH, Chen ZY, Shi WK, Mao Y, Chen ZY. Torsional vibration semiactive control of drivetrain based on magnetorheological fluid dual mass flywheel. Mathematical Problems in Engineering. 2015;2015(1):608737. doi: 10.1155/2015/608737
[10] Steinel K. Clutch tuning to optimize noise and vibration behavior in trucks and buses. InInternational Mobility Technology Conference and Exhibit 2000 Dec 1. SAE Technical Paper. doi: 10.4271/2000-01-3292
[11] Kim J. Launching performance analysis of a continuously variable transmission vehicle with different torsional couplings. J. Mech. Des.. 2005 Mar 1;127(2):295-301. doi: 10.1115/1.1814387
[12] Wen Z, Guo B, Nie H, Chen L, Liu S, Yan Z. Torsional Vibration Characteristics Analysis and Parameter Optimization of Parallel Hybrid Electric Vehicle Powertrain. Shock and Vibration. 2024;2024(1):1711480. doi: 10.1155/vib/1711480
[13] Qu J, Shi W, Chen Z, Yuan R, Liu J, Zhao Y, Guo N. Nonlinear modeling and torsional vibration analysis of heavy-duty vehicle powertrain system during acceleration. Advances in Mechanical Engineering. 2024 Jul;16(7):16878132241263936. doi: 10.1177/16878132241263936
[14] Crowther A, Zhang N, Liu DK, Jeyakumaran JK. Analysis and simulation of clutch engagement judder and stick-slip in automotive powertrain systems. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2004 Dec 1;218(12):1427-46. doi: 10.1243/0954407042707731
[15] Szadkowski A, Prange E, Naganathan NG. Hysteresis effects on driveline torsional vibrations. SAE Technical Paper; 1995 May 1. doi: 10.4271/951293
دوره 72، شماره 4 - شماره پیاپی 81
مقالات انگلیسی
زمستان 1404
صفحه 76-95

  • تاریخ دریافت 12 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 07 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 12 تیر 1405