Il costruttore leader di automobili Renault risolve rumori e vibrazioni indesiderate del motore usando Maple

Quando un motore si ferma, alcuni componenti del motore stesso vengono coinvolti in questo processo. Quando il motore rallenta i componenti possono produrre rumori e vibrazioni indesiderati, e questo può portare al loro deterioramento. Jean-Louis Ligier, manager della Ricerca e Sviluppo di Renault, e il suo team sono stati incaricati di determinare la fonte di questi rumori e vibrazioni in un motore 2.2 litri 4 cilindri turbo diesel. Essi hanno trovato Maple il più efficiente tool per la modellazione del motore e per determinare la fonte del rumore indesiderato. Molto importante il fatto che hanno usato Maple anche per mettere a punto una soluzione a questo problema.

Ligier, laureato in Ingegneria Meccanica, utilizza Maple da oltre 20 anni. Ha usato il software in svariati progetti di ricerca applicata, come le analisi termiche di variazioni temporali nei componenti del cambio, ottimizzazione del motore della frizione, e analisi delle vibrazioni. Egli ha lavorato in Renault per oltre 12 anni, gestendo i comportamenti termici e il deterioramento meccanico sui componenti del motore, ma anche determinando nuove metodologie di simulazione per questi. Il suo scopo principale nell’utilizzo di Maple è stato quello di scrivere equazioni che controllassero con facilità i componenti del motore.

Quando vengono creati modelli matematici dei differenti componenti, possono essere implementati software diversi. Attraverso le sue esperienze, Ligier ha appurato che Maple è il software più semplice e veloce per i suoi incarichi. “Paragonandolo ad altri, Maple può fare in un paio d’ore quello che ad altri software potrebbe richiedere giorni di elaborazione”, afferma. “La naturale numerazione matematica mi ha permesso di inserire le equazioni come se le stessi scrivendo a mano. Il fatto di poter fare calcoli simbolici mi permette di fare ottimizzazioni che sono virtualmente impossibili con altri software. E per di più, i risultati sono estremamente accurati.”

Quando nel motore la velocità diminuisce, vengono generate alcune risonanze meccaniche. Se c’è troppo movimento all’interno del motore, non solo i componenti creano rumori che disturbano il guidatore, ma cominciano a deteriorarsi prematuramente. L’obiettivo dello studio era quello di modellare e comprendere le cause delle vibrazioni. Il motore in questione era un 4 cilindri della linea di automobili Renault Laguna. Il modello del motore era un sistema di cinque equazioni differenziali e focalizzato principalmente sull’albero, il volano a doppia massa (DMF), così come l’intero ‘treno elettrico’. Da queste equazioni, Ligier ha potuto stimare il livello di vibrazione creato durante la decelerazione del motore. Dopo aver fissato i risultati della simulazione è risultato chiaro che le vibrazioni accadono principalmente dallo shock all’interno del DMF. Per risolvere il problema è stata implementata una soluzione abbastanza semplice, che riguarda la modifica dell’aria immessa mentre si decelera.

Scoprire l’esatta causa del problema ha portato un sostanziale benefit di risparmio dei costi a Renault poiché significa che il problema è stato sistemato con una semplice soluzione – è stata infatti necessaria solo una leggera modifica del motore.

Analizzando i risultati della simulazione, Ligier ha ridotto il rumore di circa il 30%. Modellare il motore con Maple gli ha consentito di analizzare le equazioni simboliche, il che ha permesso di comprendere a fondo il sistema. I risultati numerici sono stati ‘fissati’ ed è stata scoperta l’origine delle vibrazioni indesiderate.

Utilizzando Maple, è stato in grado di creare e di far ‘girare’ il modello in un giorno, con un sostanziale risparmio di tempo rispetto ad altri software, che ci impiegano una settimana per completare il medesimo lavoro. “Ho utilizzato Maple per oltre 20 anni. Ho sempre apprezzato quanto è facile da usare e come è potente. La capacità di effettuare calcoli sia numerici che simbolici rappresenta un enorme risparmio di tempo per me, permettendomi di ottenere i risultati in un solo giorno, invece che in settimane usando altri software,” ha concluso Ligier.