nghiên cứu chức năng vi sai trong vấn đề điều khiển động lực học ô tô

Để đạt được mục tiêu đó luận văn bao gồm các phần chính như sau: Chương 1: Tổng quan về vi sai trên ô tô; Chương 2: Các dạng vi sai truyền thống; Chương 3: Vi sai điều khiển động lực họ

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGHIÊN CỨU CHỨC NĂNG VI SAI TRONG VẤN ĐỀ

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Học viên: ĐẶNG THẾ DŨNG Khóa: 2012A

Người HDKH: PGS.TS VÕ VĂN HƯỜNG

Hà Nội, ngày 6/1/2014

Trang 2

NỘI DUNG

2

”Nghiên cứu chức năng vi sai trong vấn đề điều khiển động lực học ô tô” đưa ra các nghiên cứu về việc tăng tính ổn định bằng cách phân chia mô men hợp lý Cụ thể hơn là về điều khiển vi sai trên ô tô hiện đại Để đạt được mục tiêu đó luận văn bao gồm các phần chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về vi sai trên ô tô;

Chương 2: Các dạng vi sai truyền thống;

Chương 3: Vi sai điều khiển động lực học ô

tô;

Trang 3

Khi chuyển động trên đường không bằng phẳng và khi xe quay vòng, các bánh xe chuyển động với vận tốc góc khác nhau, gây cưỡng bức động học giữa bánh phải và trái, vận tốc góc trung bình giữa cầu trước và sau Vì vậy, cần có một

cơ cấu cho phép các bánh xe quay với các vận tốc góc khác nhau; đó là vi sai (differential).

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI SAI

Trang 4

Chức năng cụm truyền lực vi sai của ô tô:

 Chức năng truyền mô men ;

 Chức năng vi sai: cho phép hai bánh xe/ hai cầu quay với

số vòng quay khác nhau;

 Chức năng khóa vi sai: để bảo đảm truyền lực khi hệ số bám ở các bánh xe khác nhau cần có khóa vi sai hoặc vi sai

ma sát trong cao hoặc vi sai có điều khiển;

 Chức năng điều khiển: khi tăng tốc hoặc phanh, các mô men cấp thường vượt qua tới hạn, xe có thể quay vòng thừa hoặc thiếu; xe mất ổn định hoặc mất tính điều khiển.

Trang 5

Tiêu chuẩn đánh giá hệ truyền lực hệ truyền lực xe con

Có 5 tiêu chí đánh giá hệ truyền lực cơ bản:

 Không gian sử dụng và an toàn thụ động;

 Trọng lượng và tải hữu ích;

Trang 6

Tiêu chuẩn đánh giá hệ truyền lực hệ truyền lực xe con

Các phương án bố trí cho xe con:

(1)Động cơ đặt trước và cầu chủ động đặt trước;

(2)Động cơ đặt trước và cầu chủ động đặt sau; (tiêu chuẩn) (3)Động cơ đặt trước và 4WD;

(4)Động cơ đặt sau, 4WD;

(5)Động cơ đặt sau và cầu sau chủ động;

(6)Động cơ đặt sau và cầu chủ động đặt trước

Trang 7

Truyền lực và vi sai cầu

Truyền lực cuối cùng và vi sai cầu,

gọi chung là cầu, có bốn nhiệm vụ:

 Tăng tỷ số truyền

Thay đổi hướng truyền lực qua

cặp bánh răng chậu (2) với bánh

răng quả dứa (1);

 Cho phép các bán trục (3) quay

tương đối thông qua cụm bánh

răng hành tinh (7,8)

Phân bố mô men điện tử

CHƯƠNG 2 VI SAI TRUYỀN THỐNG

Trang 8

Vi sai ma sát trong cao

Khi không truyền mô men chốt chữ

thập nằm đúng vào rãnh (6) Khi có

mô men, chốt chữ thập quay tương

đối với vỏ vi sai, mặt vát của đầu chốt

trượt trên bề mặt rãnh (6) Mô men

truyền càng lớn thì lực tiếp Fd càng lớn

và do vậy lực ép Fs cũng càng lớn

Lực Fs xuất hiện, ép vào bánh răng

hành tinh và ép vào cốc (3), tiếp tục ép

các đĩa ma sát (7,8) Mô men ma sát

trong ly hợp đĩa xuất hiện, phanh bán

trục (1) với vỏ vi sai, đồng thời cốc (3)

cũng khoá chính bánh răng hành tinh

Vi sai ma sát trong nhờ ly hợp đĩa

tự khóa

Trang 9

Ý nghĩa đặc trưng của loại trục vít là

các răng ăn khớp theo đường xoắn ốc

và do đó trục vít bán trục (1) có thể

quay trục vít hành tinh (2) bản thân nó

không quay được trục vít Sở dĩ đạt

được điều đó là do độ dốc của răng

xoắn bán trục bé hơn độ dốc của răng

vít hành tinh Cần chú ý rằng, với bánh

răng thẳng hoặc răng nghiêng có tính

thuận nghịch trong hiệu suất còn bánh

xoắn không có tính thuận nghịch đó;

nghĩa là hiệu suất thuận cao hơn

Vi sai bánh vít hành tinh

1 Răng xoắn bán trục; 2 răng xoắn hành tinh; 3 bánh răng chậu; 4 bánh răng dẫn; 5 bán trục; 6 vỏ vi sai; 7 chố trục bánh

răng dẫn

Trang 10

Khi có chuyển động tương đối với

nhau giữa hai đĩa chủ động và bị

động, dầu ở giữa hai mặt kề sát bị nén

và tạo thành mô men cản mà độ lớn

của nó phụ thuộc với độ nhớt và tốc

độ tương đối giữa hai bề mặt Dầu

Silicon phát triển cho mục đích trên có

4 vỏ vi sai; 5 đệm; 6 mặt bích bánh răng chậu; 7 hộp đĩa ly hợp; 8 bán trục; 9 đế bán trục

Trang 11

Để có thể hiểu được vi sai điều khiển động lực học ô tô ta cần hiểu được bản chất động lực học ô tô.

Mô hình chuyển động của ô tô

G(XYZ) là hệ toạ độ cố định;

B(Cxyz) là hệ toạ độ xe (vật).

Phương trình chuyển động tổng quát:

3

0 0 0

x z y x

y y z x z

x y

z z

F

F M M

I M

Trang 12

Ta có hệ phương trình xác định chuyển động của xe:

CHƯƠNG 3 VI SAI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ

( ) ( ) ( sin cos sin cos ) ( sin sin cos

Trang 13

Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định ô tô

 Các phản lực từ đường lên lốp Fz: Các phản lực đó chịu tác động của các yếu tố ngoại cảnh như mấp mô mặt đường, đường dốc đường nghiêng, các lực do gió gây ra, các lực và mô men quán tính khi lái xe tăng tốc, phanh và quay vô lăng

 Hệ số bám thay đổi và khác nhau giữa các bánh xe: Cấu trúc lốp, bề mặt đường, độ ẩm, nhiệt độ lốp và đường

 Các mô men chủ động và mô men phanh được cấp không hợp lý, vượt quá giới hạn bám

 Tác động của lái xe thái quá, tạo ra các mô men bánh xe lớn hơn sự cần thiết và tác động đột ngột, nhất là các trạng thái nguy hiểm và đường trơn mà lái xe không kiểm soát được

Trang 14

Điều khiển động lực học

Động lực học ô tô là một chỉnh thể nhất quán, không tách rời được Khi chuyển động trên đường, xe chịu các yếu tố ngoại cảnh như gió, đường nghiêng/dốc, độ bám và chịu tác động của lái xe như mức độ

ga (MA), phanh (MB) và quay vô lăng Các yếu tố ngoại cảnh và các phản ứng của lái xe là ngẫu nhiên, khác nhau ở từng lái xe Tương tác bánh xe với đường có tính chất phi tuyến:

Trang 15

Điều khiển động lực học

Các mô đun điều khiển được phân như sau:

Điều khiển động lực học phương dọc

Điều khiển động lực học phương thẳng đứng

Điều khiển động lực học phương ngang

Điều khiển tích hợp

Trang 16

Điều khiển động lực học dọc

Mục tiêu của điều khiển động lực học dọc là điều khiển Lực kéo/ lực phanh; tối ưu quá trình tăng tốc và phanh thông qua ABS và TCS Hệ tích hợp ABS và TCS là điều khiển ổn định hướng ESP

Trạng thái điều khiển khi quay

Trang 17

Điều khiển động lực học ngang

Khi quay vô lăng, lái xe không xác

định chính xác góc quay bánh xe

cần thiết Vì vậy việc quay vô lăng

không đúng xe có thể chuyển

động không đúng quỹ đạo Đặc

tính quay vòng thừa hoặc thiếu là

hai hàm điều khiển cần quan tâm,

đặc trưng bởi góc lệch bên bánh

xe hoặc vận tốc và gia tốc góc

quay thân xe quanh trục thẳng

đứng Để kiểm soát việc đánh lái

không đúng của lái xe, hệ thống

lái tích cực ra đời

Các thông số đặc trưng đặc tính

quay vòng

Trang 18

Điều khiển động lực học phương thẳng đứng

Hệ thống treo tích cực kiểu lò

xo- thuỷ lực:

a.Không điều khiển lắc dọc

phanh;

b.Điều khiển lắc dọc khi phanh;

c.Không điều khiển lắc dọc khi

Trang 19

Hướng phát triển an toàn động lực học

“Điều khiển động lực học ô tô là các biện pháp tự động hoá từng phần, tích hợp, mở rộng khả năng vốn bị hạn chế của lái xe”

Lịch sử phát triển cơ điện tử trong ô tô

Trang 20

Điều khiển động lực tích hợp

Điều khiển tích hợp dọc ngang

Hệ điều khiển tích hơp GCC

Trong ô tô, động lực học phương

thẳng đứng được điều khiển theo:

Trong phương dọc, điều khiển:

Phương ngang điều khiển:

Trang 21

Vi sai điện tử và điều khiển động lực học ô tô

Sơ đồ hệ thống điều khiển

mô men theo yêu cầu phù

hợp nhu cầu động lực học

mà ESP xác định Cầu trước

và sau được phân theo tỷ lệ

40%/60%

Cầu sau phân chia theo tỷ lệ

10%/50%; cầu trước cô định

20%/20% Trên thực tế mô

men cầu là 35%; 28%; 20%

và 17%

Sơ đồ hệ thống điều khiển mô men

theo yêu cầu

Trang 22

Trong hệ điều khiển ổn định ngang

AYC có hai vi sai cầu trước và sau

được điều khiển điện tử thông qua

hai ly hợp thủy lực Vi sai giữa là vi

sai thường có tỷ lệ phân mô men

cố định 50/50

Bộ xử lý trung tâm ADC+AYC nhận

các tín hiệu từ Cảm biến vô lăng,

gia tốc dọc, gia tốc ngang, góc

bướm ra; ECU cũng nhận tín hiệu

tùy chọn 4WD, khóa phanh dừng,

tín hiệu từ ABS-ECU, sau đó

ADC+AYC xác định chế độ cấp mô

men cho các bánh xe theo điều

kiện ổn định Cơ cấu chấp hành là

hệ thống bơm thủy lực và các ly

hợp ma sát nhiều đĩa trong vi sai

Sơ đồ vi sai điều khiển trong điều

khiển tích hợp

Trang 23

Nguyên lý cơ bản của loại vi

sai này là dùng một ly hợp

ma sát nhiều đĩa, mô men

được thay đổi nhờ lực ép của

đĩa ép thông qua điều khiểu

áp suất dầu Chức năng điều

khiển do ECU của vi sai điện

tử

Vi sai giữa của Hãng Volvo

Trang 24

Các phương án bố trí vi sai giữa

Hình bên trái bố trí vi sai giữa tự do (không gài cưỡng bức) và bên phải là vi sai giữa gài bằng tay

Hệ truyền lực 4WD cơ khí Bố trí ly hợp ma sát gài tay

Trang 25

Hệ 4WD thụ động tự khóa vi sai giữa Hệ 4WD ly hợp ma sát ướt

Trang 26

Hệ truyền lực 4WD vi sai giữa điều

khiển điện tử (activ)

Hệ truyền lực 4WD ly hợp điều khiển

điện tử (activ)

Trang 27

Nghiên cứu tổng quan về động lực học ô tô nhằm mục đích tăng tính ổn định, giảm thiểu các yếu tố nguy hiểm cho ô tô khi di chuyển Trong rất nhiều các nghiên cứu trước đây, các tác giả thường tập trung vào việc xây dựng các mô hình động lực học và khảo sát trong các trường hợp cơ bản Nhưng trong nội dung đề tài, tác giả đã nghiên cứu các dạng vi sai, và trên các thế hệ ô tô khác nhau và đưa ra các phương án điều khiển vi sai với các nội dung cụ thể:

Tổng quan về vi sai trên ô tô;

Các dạng vi sai truyền thống;

Vi sai điều khiển động lực học ô tô

KẾT LUẬN

Trang 28

EM XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN./.

28

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	3,16 MB