ADVANCED DESIGN METHODS FOR HYDROMECHANICAL TRANSMISSIONS IN ROAD AND AGRICULTURAL VEHICLES

La trasmissione idromeccanica (HMT) fornisce una soluzione innovativa per tutti i veicoli che richiedono una variazione continua di velocità, consentendo al motore di operare in un intervallo di velocità nominale in cui si realizza un consumo di carburante inferiore, ottenendo un’elevata efficienza e basse emissioni. Tuttavia, queste trasmissioni soffrono di due principali svantaggi: uno scarso valore di efficienza ed un livello di rumore elevato secondo gli standard. Questa tesi ha come obiettivo lo studio di diverse configurazioni della trasmissione idromeccanica, la quale combina la variabilità della trasmissione continua a rapporto di trasmissione variabile, con l'elevata efficienza di una trasmissione meccanica, fornendo potenziali benefici per veicoli ad alta potenza sia stradali che agricoli. Variando la connessione attraverso gli alberi trasmissione meccanica, e più nello specifico nel riduttore epicicloidale, la trasmissione idromeccanica può assumere differenti layout. La presente ricerca vuole mostrare alcuni metodi di progettazione avanzata che consentano di studiare e migliorare sia l’efficienza di trasmissione, sia di prevedere il livello di pressione sonora globale in modo da poter ridurre le emissioni sonore. Nella fattispecie, per lo studio dell’efficienza sono presentati due diversi approcci di ottimizzazione, che determinano il valore ottimo di efficienza globale a seconda della geometria del sistema, facendo riferimento alle principali tipologie di trasmissione idromeccanica impiegate nella tecnica: l’input coupled e l’output coupled. A tal scopo sono stati sviluppati dei modelli AMESim dedicati, per simulare le diverse geometrie e configurazioni, mentre le equazioni di progetto per la risoluzione del sistema sono state implementate attraverso il codice MATLAB. Per quanto riguarda il primo approccio di ottimizzazione è stato preso come veicolo di riferimento una trattrice agricola, mentre per il secondo lavoro è stato considerato un autobus urbano dotato di un motore a metano. I risultati mostrano che alcuni layout sono più efficienti di altri, a seconda della geometria considerate e dei parametri di progetto. Per quanto riguarda l’aspetto del rumore è stato sviluppato un modello unico di previsione del livello di pressione, frutto dell’unione di un modello per il motore termico ed un modello per la trasmissione idrostatica, considerati i principali generatori di emissioni rumorose. Per il motore termico ci si è avvalsi di un modello presente in letterature, mentre quello per la trasmissione idrostatica è frutto di una regressione numerica di risultati sperimentali effettuati su macchine idrauliche. Il modello di previsione è stato testato per un autobus urbano dotato di una trasmissione idromeccanica dual stage. Il risultato conferma che il livello di pressione sonora del motore è superiore rispetto al a quello generato dalla trasmissione idrostatica, anche se quest’ultima è fortemente influenzata dalle condizioni operative. Infine questa tesi mostra una parte dell'attività sperimentale condotta presso il laboratorio di ricerca Maha Fluid Power Research Center (Purdue University, Lafayette, U.S.A.), e in particolare lo studio della versione idraulica ibrida di trasmissione del veicolo stradale Toyota Prius.