Modeling and experimental tests of a vehicle driveline aimed at identifying key parameters affecting idle rattle

From a historical point of view, the automotive industry has always faced vibration and noise problems concerning the powertrain system of cars. NVH (noise, vibration, harshness) concerns, in automotive transmissions, are treated with attention, because they have a great impact not only on vehicle comfort but also on the reliability and the pleasantness of the car. Indeed, a vehicle’s NVH characteristics are closely related to how it is seems in terms of quality. This PhD thesis is focused on the realization of a set of dynamic software tools to analyze the dynamic behavior of the powertrain. The powertrain taken in consideration is a large front engine V8 with a rear transaxle gearbox. The aim of this thesis is to obtain, through simulation, the key parameters that may principally affect NVH behavior. In particular, great attention is put on the identification and analysis of mechanical component that can greatly affect idle rattle and gear rattle. Evaluations are carried out for both full open throttle maneuvers and idle condition. In this work two main simulation approaches are developed to model the dynamic behavior of the powertrain. On one side, a 1D lumped parameters approach is used to create a torsional only model of the powertrain. This straightforward and fast approach gives an overview of the dynamic behavior of the powertrain from a torsional point of view and gives an answer to NVH issues mainly related to torsional dynamic. On the other side, a Multibody approach is used to create a more comprehensive model of the powertrain which can also analyze the 3D dynamic behavior of the driveline. With this approach is possible to identify phenomena that can lead to NVH issues due to later dynamic, such as impacts on main bearings clearance. Finally, at the end of this work, more advance hardware and software solutions are presented with the aim of improving noise and vibration behavior of the powertrain. The CPA pendulum absorber is presented as a mechanical component to greatly reduce torsional vibration along the driveline. Also Micro-slip of DCT (Dual Clutch Transmission) is studied as tool to decouple torsional vibration from internal combustion engine to gearbox.

Da un punto di vista storico, l'industria automobilistica ha sempre dovuto affrontare problematiche relative alle eccessive vibrazioni e rumore presenti sul powertrain delle autovetture. I problemi di NVH (noise, vibration, harshness), nelle trasmissioni automobilistiche, vengono trattati con grande attenzione perché hanno un impatto non solo sul comfort del veicolo ma anche sull'affidabilità e la piacevolezza dell'auto. In effetti, le caratteristiche NVH di un veicolo sono strettamente correlate a come la stessa appare al cliente in termini di qualità percepita. Questa tesi di dottorato si concentra sull’ implementazione di una serie di strumenti software per analizzare il comportamento dinamico del powertrain. Il propulsore in considerazione è un motore V8 anteriore di grossa cilindrata con un cambio posteriore transaxle. Lo scopo di questa tesi è quello di ottenere, attraverso la simulazione, i parametri chiave che possono influenzare il comportamento NVH del powertrain. In particolare, viene posta grande attenzione all'identificazione e all'analisi di componenti meccanici che possono maggiormente influenzare il gear rattle e l’idle rattle. Le simulazioni e le relative valutazioni, vengono eseguite sia per le manovre a farfalla completamente aperta sia per manovre a minimo motore. In questo lavoro vengono sviluppati due principali approcci di simulazione per modellare il comportamento dinamico del powertrain. Da un lato, l'approccio 1D a parametri concentrati viene utilizzato per creare un modello torsionale del gruppo motopropulsore. Questo approccio semplice e rapido offre una panoramica del comportamento dinamico del gruppo motopropulsore dal punto di vista torsionale e fornisce una risposta a tematiche NVH legate principalmente alla dinamica torsionale. Dall'altro lato, l’approccio Multibody è usato per creare un modello più completo del motopropulsore che può analizzare anche il comportamento dinamico 3D della trasmissione. Con questo approccio è possibile identificare fenomeni impulsivi che possono essere legati ad effetti dinamici, come impatti degli alberi di trasmissione sui relativi giochi cuscinetti. Come conclusione del presente lavoro, sono presentate soluzioni avanzante, sia a livello hardware che software, con l'obiettivo di migliorare il comportamento NVH del powertrain. Tra le soluzioni hardware studiate il pendolo CPA è presentato come componente per ridurre notevolmente le vibrazioni torsionali lungo la trasmissione. Tra le soluzioni software, la strategia di Micro-slip di DCT (Dual Clutch Transmission) è stata studiata come strumento per ridurre le vibrazioni torsionali trasmesse dal motore a combustione interna al cambio.