Centrifugal pendulum vibration absorbers in heavy-duty truck powertrains : Modelling, simulation and experimental investigations

• The heavy-duty vehicle industry is facing big challenges to reduce CO2 emissions. Although electrification is on the rise, the combustion engine will used for some time to come. Unfortunately, CO2 reduction methods, such as downspeeding, down-sizing and increased cylinder gas-pressure, result in increased torsional vibrations and noise which must be addressed. Conventional torsional vibration reduction methods alone, such as the clutch-damper, will not suffice. The centrifugal pendulum vibration absorber (CPVA) is a torsional vibration reduction device that has not conventionally been used in heavy-duty vehicles and is herein investigated.This work presents analytical, simulation and experimental investigations of the CPVA. First, a model of a centrifugal pendulum vibration absorber with a general suspension architecture is derived with Kane's method. The model allows for different pendulum paths and relative rotation of the pendulum body with respect to the rotor. A normal-force friction loss of the pendulum is developed together with a measurement method to determine the friction coefficient. The measurement method may also be used to validate the pendulum model parameters without any special test-apparatus other than standard accelerometers and a data acquisition system. The developed CPVA model is then included in a torsional model of the complete powertrain including gas-pressure based excitation from the engine model. The powertrain model is developed to simulate transient and quasi-steady state conditions in the time-domain. Also, a continuous model of the end-stops of the pendulum are implemented which also facilitates the simulation.It is concluded that it is important to include the system dynamics of the powertrain in the final design of the CPVA. Also, by exploiting the frequency veering property of the CPVA, powertrain resonances can be completely eliminated.

• Den tunga fordonsindustrin står inför stora utmaningar för att minska koldioxidutsläppen. Även om elektrifieringen ökar, kommer förbränningsmotorn att användas under en tid framöver. Åtgärder för att minska koldioxidutsläppen från förbrännningsmotorn som down-speeding, down-sizing och ökad förbränningstryck resulterar i ökade torsionsvibrationer och buller från lastbilen. Konventionella metoder för att minska torsionsvibrationerna såsom torsionsdämparen i kopplingslamellen kommer inte att vara tillräcklig i framtida drivlinor för att uppnå vibrations och bullerkraven. Centrifugalpendelabsorbatorn (CPVA) är en anordning för att minska torsionsvibrationerna som konventionellt inte har använts i tunga fordon. I denna avhandling presenteras analytiska, experimentella och numeriska undersökningar av CPVA. Först härleds rörelseekvationerna av en generaell CPVA med Kanes metod. Pendelbanorna och den relativa rotation av pendelkroppen i förhållande till rotorn kan ljusteras i modellen. En friktionsförlust av pendelnrörelsen har utvecklats tillsammans med en mätmetod för att bestämma friktionskoefficienten. Mätmetoden kan också användas för att validera pendelmodellens parametrar utan någon speciell testapparat förutom standardaccelerometrar och datainsamlingssystem. Den utvecklade CPVA-modellen inkluderas sedan i en torsionssmodell av en drivlina med gastrycksbaserad excitation från motormodellen. Drivlinamodellen är utvecklad för att kunna simulera transienta och kvasi-stationära förlopp i tidsdomänen. Dessutom modelleras dämpningen i pendelns ändlägen med en continuerlig funktion vilket underlättar den numeriska simuleringen. Man kan dra slutsatsen att det är viktigt att inkludera drivlinans systemdynamik i den slutliga designen av CPVA. Genom att utnyttja centrifugalabsorbatorns "veering"- egenskap kan drivlinans resonanser helt elimineras.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Teknisk mekanik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Applied Mechanics (hsv//eng)

Nyckelord

centrifugal pendulum vibration absorber (CPVA)

powertrain

heavy-duty truck

driveline

transmission

Vehicle and Maritime Engineering

Farkostteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)