Improvements in the design of pendulum absorbers to reduce the vibrations of automotive powertrains
Améliorations du design d’absorbeurs pendulaires pour réduire les vibrations de chaînes de transmission automobiles
Résumé
In the context of increasingly stringent environmental standards, automotive manufacturers have to adapt themselves to develop less polluting vehicles. To this aim, they propose to reduce the size of thermal engines and they turn their attention towards electric vehicles. However, the reduction of the engine size increases its acyclism, causing larger torsional vibrations of the drivetrain. Moreover, the use of electric motors brings to the fore sources of torsional vibrations previously hidden by the engine.Centrifugal pendulum vibration absorbers (CPVAs) have been used for nearly a century to balance the acyclism of thermal engines. They consist of several masses (pendulums) oscillating relatively to a rotor. However, these devices are subjected to several sources of nonlinearity that can drastically reduce their efficiency. Hence, there is a need to optimise the design of CPVAs to meet the requirements of the most recent thermal engines and to adapt them to electric vehicles. In this thesis, we focus on three different centrifugal pendulum concepts. The first one is classic CPVAs, which are currently used in the automotive industry. The second and third ones are subharmonic CPVAs and centrifugal double pendulums vibration absorbers (CDPVAs), which are been much less studied than classical CPVAs and are currently not used in the industry.We mainly use analytical methods to investigate the nonlinear response of centrifugal pendulums. These analytical models are particularly useful as they provide a deep understanding of the dynamics of centrifugal pendulums and they allow to derive guidelines to optimise their efficiency. These guidelines are related to the choice of the pendulums’ path and to their rotation relatively to the rotor. Numerical methods are used to validate the analytical results. Moreover, several centrifugal pendulum prototypes were designed during the thesis. This allowed to perform experimental investigations which validated the theoretical models.
Dans le contexte de normes environnementales de plus en plus strictes, les constructeurs automobiles doivent s'adapter pour développer des véhicules moins polluants. Dans ce but, ils proposent de réduire la taille des moteurs thermiques et s'orientent vers les véhicules électriques. Cependant, la réduction de la taille du moteur augmente son acyclisme, provoquant des vibrations de torsion plus importantes de la chaîne cinématique. De plus, l'utilisation de moteurs électriques met en évidence des sources de vibration de torsion auparavant éclipsées par l’acyclisme du moteur.Les absorbeurs pendulaires centrifuges (APCs) sont utilisés depuis près d'un siècle pour contrebalancer l'acyclisme de moteurs thermiques. Ils sont constitués de plusieurs masses (pendules) oscillant par rapport à un rotor. Cependant, ces dispositifs sont soumis à plusieurs sources de non-linéarité qui peuvent réduire drastiquement leur efficacité. Il est donc nécessaire d'optimiser la conception des APCs afin de répondre aux exigences des moteurs thermiques les plus récents et de les adapter aux véhicules électriques. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur trois concepts de pendules centrifuges. Le premier est l’APC classique, qui est actuellement utilisé dans l'industrie automobile. Les deuxième et troisième concepts sont les APC subharmoniques et les absorbeurs à doubles pendules centrifuges (ADPC), qui ont été beaucoup moins étudiés que les APC classiques et qui ne sont actuellement pas utilisés dans l'industrie.Nous utilisons principalement des méthodes analytiques pour étudier la réponse non linéaire des pendules centrifuges. Ces modèles analytiques sont particulièrement utiles car ils fournissent une compréhension approfondie de la dynamique des pendules centrifuges et ils permettent de dériver des règles de design pour optimiser leur efficacité. Ces règles sont étroitement liées au choix de la trajectoire des pendules et à leur rotation par rapport au rotor. Des méthodes numériques sont utilisées pour valider les résultats analytiques. De plus, plusieurs prototypes de pendules centrifuges ont été conçus au cours de la thèse. Ceci a permis de réaliser des analyses expérimentales qui ont validé les modèles théoriques.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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