Efficiency optimization of a hybrid automotive transmission's gear train using graph and screw theories

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Souza, Marina Baldissera de
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/193943
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.
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spelling Efficiency optimization of a hybrid automotive transmission's gear train using graph and screw theoriesEngenharia mecânicaAutomóveisEngrenagensDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.Devido a regulamentações ambientais cada vez mais rígidas, um dos maiores desafios enfrentados pela indústria automotiva é reduzir a emissão de poluentes sem comprometer o desempenho do veículo. A eficiência mecânica de sistemas de transmissão automotivos tem impacto direto sobre o volume emitido de gases estufa e consequentemente sobre o consumo de combustível, logo, pesquisas que visam quantificá-la e otimizá-la são essenciais para contornar esse problema. Uma solução promissora que associa redução de emissões e economia de combustível é a hibridização. Deste modo, o desenvolvimento de sistemas de transmissão para automóveis híbridos elétricos é um campo de estudo relevante. Nesse contexto, surge uma nova categoria de transmissão: Dedicated Hybrid Transmission (DHT), a qual compreende sistemas de propulsão que empregam pelo menos duas fontes de potência: um motor à combustão interna; e pelo menos um motor elétrico totalmente integrado à transmissão. Um aspecto importante a ser estudado é a eficiência mecânica dos trens de engrenagens que compõem o DHT. Métodos experimentais para medir a performance de transmissões automotivas estão disponíveis na literatura científica, contudo na fase de projeto de um sistema de propulsão ainda não é viável realizar procedimentos empíricos. Portanto, são necessárias ferramentas de cálculo realísticas para estimar perdas de potência. O método de Davies, baseado nas teorias de grafos e helicoides, permite calcular a eficiência de sistemas complexos, considerando modelos de atrito abrangentes. Nesse sentido, o objetivo principal dessa dissertação é otimizar, empregando o método de Davies e o algoritmo de Evolução Diferencial, a performance de um DHT existente no mercado, alterando os raios primitivos de suas engrenagens. É levada em conta a estratégia de troca de marchas em duas condições de tráfego distintas (urbano ou autoestrada). Paralelamente, é proposta uma técnica de engenharia reversa, através do método de Davies, que possibilita calcular os raios primitivos das engrenagens que constituem o DHT a partir de sua topologia e das relações de transmissão de cada marcha. O resultado da engenharia reversa é usado como base de comparação para avaliar a redução de consumo obtida por meio da otimização. Dessa forma, verificou-se que a maior redução foi observada em condições de tráfego que apresentavam maior solicitação de marchas cuja eficiência é mais sensível a variações de dimensão das engrenagens.Abstract : Due to increasingly strict environmental regulations, one of the main challenges faced by the automotive industry is reducing the emission of pollutants without compromising vehicle s performance. The mechanical efficiency of the powertrain has direct impact on the emitted volume of green house gases and, consequently, on fuel consumption, so studies aiming to quantify and optimize efficiency are essential to overcome this issue. A promising solution that combines emission reduction and fuel economy is hybridization. Thus, the development of transmission systems for hybrid electric vehicles is a relevant research field. In this context, a new transmission category emerges: Dedicated Hybrid Transmission (DHT), which comprises propulsion systems employing at least two power sources: an internal combustion engine; and at least one electric motor fully integrated into the transmission. One important aspect to be studied is the mechanical efficiency of the gearsets composing the DHT. Experimental methods measuring automotive transmission s performance are available in the scientific literature, however it is not feasible to execute empirical procedures in the project phase of a drivetrain. Therefore, there is a need of realistic calculation tools to predict power losses. The Davies method, based on graph and screw theories, allows to calculate the efficiency of complex systems, considering broad options of friction models. In this sense, the main objective of this dissertation is to optimize the performance of a commercial DHT via the Davies method and the Differential Evolution algorithm, by altering the pitch radii of its gears. Numerous shift strategies in two different driving conditions (urban or highway) are taken into account. Alongside this, a technique of reverse engineering using the Davies method is proposed, making possible to estimate the pitch radii of the gears composing the DHT from its topology and its gear ratios. The solution of the reverse engineering process is a comparison basis to evaluate the consumption reduction obtained through the optimization. In this way, considerable reduction is verified in driving conditions that require a major use of gear ratios whose efficiency is more sensitive to variations of gears dimensions.Martins, DanielVieira, Rodrigo de SouzaUniversidade Federal de Santa CatarinaSouza, Marina Baldissera de2019-03-22T04:01:10Z2019-03-22T04:01:10Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis191 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf355833https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/193943engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2019-03-22T04:01:17Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/193943Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732019-03-22T04:01:17Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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