Xây dựng mô hình nghiên cứu quá trình chuyển số và động lực học của ô tô sử dụng hộp số tự động u 340

Phân tích động học và động lực học của cơ cấu hành tinh sử dụng 10 trong hộp số tự động... Cỏc biện phỏp nhằm giảm va đập và rung động trong hệ thống truyền lực ở thời điểm chuyển số 42

Môc lôc

Néi dung Trang

Trang 1

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ đồ thị

Tổng quan

Lời mở đầu 1

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

ÔTÔ SỬ DỤNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 2

1.1.Ưu nhược điểm của hộp số tự động 2

1.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận trong hộp số tự động 2

1.2.1 Bộ biến mô thủy lực 3

1.2.2 Bộ bánh răng hành tinh 3

1.2.3 Hệ thống thủy lực 6

1.2.4 Hệ thống điều khiển 10

1.3 Phân tích động học và động lực học của cơ cấu hành tinh sử dụng 10

trong hộp số tự động 1.3.1 CCHT kiểu Wilson độc lập 10

1.3.2 Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson 11

1.3.3 Cơ cấu hành tinh Ravigneaux 12

1.4 Sơ đồ hộp số tự động U -340 13

1.4.1 Dãy D số 1 hoặc “2” số 1 15

1.4.2 Dãy D số 2 16

1.4.3 Dóy D số 3 16

1.4.4 Dóy D số 4 ( số truyền tăng OD) 17

1.4.5 Dóy “2” số 2 18

1.4.6 Dóy ‘L’ số 1 18

1.4.7 Dóy ‘R’ số lựi 18

1.5 Xỏc định tỷ số truyền của hộp số 19

1.5.1 Xỏc định tỷ số truyền của số truyền 1 19

1.5 2 Xỏc định tỷ số truyền của số truyền 2 20

1.5.3 Xỏc định tỷ số truyền của số truyền 3 20

1.5.4 Xỏc định tỷ số truyền của số truyền 4 ( số truyền tăng OD) 21

1.5.5 Xỏc định tỷ số truyền của số truyền lựi 21

1.6 Tớnh toỏn chọn biến mụ thủy lực 22

1.6.1 Xõy dựng đường đặc tớnh trờn trục vào của biến mụ 23

1.6.2 Xõy dựng đường đặc tớnh trờn trục ra của biến mụ 26

CHƯƠNG 2 : QUÁ TRèNH CHUYỂN SỐ TRONG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 28 2.1.Phõn tớch quỏ trỡnh chuyển số 28

2.2 Cỏc yờu cầu đối với việc chuyển số trong hộp số 32

2.3 Xõy dựng qui luật chuyển số 34

2.4 Thuật toỏn tớnh thời điểm chuyển số cho hộp số AT 41

2.5 Cỏc biện phỏp nhằm giảm va đập và rung động trong hệ thống truyền lực ở thời điểm chuyển số 42

CHƯƠNG 3 : Xây dựng mô hình hệ thống truyền lực

ôtô dùng hộp số tự động 51

3.1 Sơ đồ hệ thống truyền lực 51

3.2 Phân tích các quan hệ động học 51

3.3 Mô hình động học của biến mô 55

3.4 Các đặc tính cơ bản của biến mô, hiệu suất và mô men 60

3.5 Mô hình động học của hộp số hành tinh 63

3.6 Mô hình ly hợp và phanh 78

3.7 Mô hình ôtô và hệ truyền lực 81

3 8 Mô hình tính toán động lực học của ôtô dùng hộp số tự động 82

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRèNH SANG SỐ TỰ ĐỘNG 84

4.1 Nhiệm vụ của hờ thống điều khiển điện tử 84

4.2 Sơ đồ nguyờn lý của hệ thống điều khiển điện tử 84

4.2.1 Khối tớn hiệu vào 85

4.2.2 Cảm biến vị trớ bướm ga 85

4.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mỏt 85

4.2.4 Cảm biến tốc độ xe 86

4.2.5 Cụng tắc chớnh OD 87

4.2.6 Cụng tắc khởi động số trung gian 87

4.2.7 Cụng tắc phanh 87

4.3 Cơ cấu chấp hành van điện từ 87

4.4 Bộ vi sử lý trung tõm 88

4.5 Sơ đồ thuật toỏn hệ thống điều khiển hộp số tự động 89

4.6 Xõy dựng mạch điều khiển tổng hợp 90

4.6.1 Bộ vi xử lý trung tõm 92

4.6.2 Mạch nạp (cỏp ISP) 93

4.6.3 Mạch truyền nhận 95

4.6.4 Mạch tạo dao động 96

4.6.5 Mạch khởi động lại 96

4.6.6 Mạch biến đổi tín hiệu 97

4.6.7 Mạch ổn áp 98

KẾT LUẬN 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

bm

ibn Tỷ số truyền mô men biến mô

f Hệ số cản lăn

K Hệ số dự trữ mô men

Kbm Tỷ số truyền tốc độ biến mô

ECU Hệ thống điều khiển điện tử

ECT Hộp số điều khiển điện tử

DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Nội dung

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo biến mô

Hình 1.2 Bộ truyền bánh răng hành tinh

Hình 1.3 Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

Hình 1.4 Cơ cấu hành tinh kiểu Simson

Hình 1.5 Cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux

Hình 1.6 Cấu tạo bơm dầu

Hình 1.7 Van điều áp sơ cấp

Hình 1.8 Van điều khiển chọn tay số

Hình 1.9 Van chuyển số

Hình 1.10 Các loại van điện từ

Hình 1.11 Van bướm ga

Hình 1.12 Chức năng điều khiển khóa biến mô

Hình 1.13 Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

Hình 1.14 Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson

Hình 1.15 Cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux

Hình 1.21 Sơ đồ đi số lùi

Hình 1.22 Đồ thi đặc tính không thứ nguyên của biến mô

Hình 1.23 Đồ thị đặc tính trên trục vào của biến mô

Hình 2.1 Các bánh răng gài số trong hộp số MT bình thường không ăn

khớp với nhau Hỡnh 2.2 Cỏc bỏnh răng trong hộp số AT

Hỡnh 2.3 Hệ thống ĐKĐT

Hỡnh 2.4 Mụ tả thời điểm chuyển sụ khi thay đổi tốc độ của xe

Hỡnh 2.5 Mụ tả thời điểm chuyển số khi thay đổi độ mở bướm ga

trong khi tốc độ xe khụng đổi Hỡnh 2.6 Đặc tớnh kinh tế nhiờn liệu của động cơ xăng

Hỡnh 2.7 Thời điểm chuyển số ứng với cỏc phương thức lỏi khỏc nhau Hỡnh 2.8 Nguyờn lý điều khiển quỏ trỡnh chuyển số trong hộp số AT Hỡnh 2.9 Chức năng điều khiển khoá biến mô

Hỡnh 2.10 Van SLT điều khiển áp suất cơ bản

Hỡnh 2.11 Van điều khiển tối −u áp suất ly hợp

Hỡnh 2.12 điều khiển mô men động cơ

Hỡnh 2.13 Chống chúi xe khi chuyển số

Hỡnh 2.14 Điều khiển

Hỡnh 3.1 Sơ đồ động học các thành phần của hệ thống truyền lực Hỡnh 3.2 Sơ đồ biến mô thủy lực

Hỡnh 3.3 Sơ đồ biến mô và dòng dầu qua các cánh

Hỡnh 3.4 Sơ đồ biến mô thủy lực và vận tốc của phần tử chất lỏng Hỡnh 3.5 Đặc tính ngoài của biến m

Hỡnh 3.6 Đồ thị đặc tính làm việc của biến mô

Hỡnh 3.7 Sơ đồ hộp số hành tinh F4A42-2

Hỡnh 3.8 Sơ đồ các mô men và mô men quán tính tính toán

Hỡnh 3.9 Sơ đồ tính các mô men trong khi chuyển số 1-2

Hỡnh 3.10 Các mô men tác dụng trong khi chuyển số 2 lên số 3

Hỡnh 3.11 Sơ đồ tính các mô men trong khi chuyển số 3- 4

Hỡnh 3.12 Hệ số ma sát của ly hợp phụ thuộc và vận tốc tr−ợt

Hỡnh 3.13 Qui luật biến đổi áp suất khi ngắt ly hợp và đóng ly hợp Hỡnh 3.14 Mô hình tính toán động lực học ôtô

Hỡnh 4.1 Sơ đồ nguyờn lý của hệ thống điều khiển

Hỡnh 4.2 Sơ đồ mạch điện và đặc tớnh của cảm biến vị trớ bướm ga

Hỡnh 4.3 Cảm biến nhiệt độ nước và đặc tớnh làm việc

Hỡnh 4.4 Cảm biến tốc độ xe và dạng xung ra của cảm biến

Hỡnh 4.5 Cụng tắc khởi động số trung gian

Hỡnh 4.6 Sơ đồ và mạch điện của van điện từ

Hỡnh 4.7 Sơ đồ thuật toỏn điều khiển hộp số tự động

Hỡnh 4.8 Sơ đồ ISP sử dụng cỏc bộ đệm ba trạng thỏi trờn 74LS245 Hỡnh 4.9 Mạch kết nối với cỏp nạp ISP

LỜI MỞ ĐẦU

Trong quỏ trỡnh phỏt triển của ngành cụng nghiệp ụtụ, xu hướng phỏt triển về mặt hỡnh thức, độ an toàn, tớnh tiện dụng và tớnh kinh tế nhiờn liệu ngày càng được chỳ trọng hơn để đỏp ứng nhu cầu sử dụng của con người ễtụ ngày càng được sử dụng rộng rói và cú xu hướng ngày càng gia tăng, vỡ vậy đũi hỏi cỏc nhà sản xuất phải nghiờn cứu, chế tạo, cải tiến cỏc hệ thống sao cho đỏp ứng được tiờu chớ phỏt triển Với mong muốn nghiờn cứu nắm bắt được sự khỏc biệt giữa hộp số cơ khớ và hộp số tự động, nhằm nõng cao chất lượng nghiờn cứu, giảng dạy, học tập ở cỏc trường đại học, cao đẳng, cỏc

trung tõm nghiờn cứu, đề tài “Xây dựng mô hình nghiên cứu quá trình chuyển số và động lực học của ôtô sử dụng hộp số tự động U – 340” được

thực hiện Đề tài được thực hiện ở Bộ mụn ễtụ và Xe mỏy chuyờn dựng- Viện Cơ khớ Động Lực- Trường Đại học Bỏch Khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của cỏc Thầy, cụ chuyờn ngành, đến nay đó hoàn thành Những kết quả đạt được giỳp cho tỏc giả hiểu thờm cỏc vấn đề liờn quan đến hộp số tự động của ụtụ về quỏ trỡnh chuyển số trong hộp số trong hộp số tự động và định hướng cho những nghiờn cứu tiếp sau Song vỡ thời gian cú hạn nờn khụng thể trỏnh khỏi những thiếu sút cần được bổ sung và hoàn thiện hơn

Tỏc giả xin chõn thành cảm ơn Thầy hướng dẫn PGS TS Phạm Hữu Nam đó tận tỡnh giỳp đỡ, định hướng nghiờn cứu cho đề tài Xin chõn thành cảm ơn Thầy, cụ, trong Bộ mụn, Trung tõm Đào tạo sau đại học đó tạo mọi điều kiện cho tỏc giả trong quỏ trỡnh học tập và thực hiện đề tài Xin kớnh chỳc Thầy cụ luụn mạnh khỏe và cú nhiều cống hiến hơn nữa cho sự phỏt triển của ngành Giao thụng Vận tải núi chung và ngành Cụng nghiệp ễtụ núi riờng của Việt Nam

Hà Nội, thỏng 11 năm 2009 Tỏc giả

Nội dung và mục tiêu nghiên cứu của đề tài Cùng với việc nâng cao chất lượng an toàn kỹ thuật của xe ôtô thì việc

tăng tính tiện nghi sử dụng cũng không ngừng được cải tiến Các cụm, các hệ thống trên xe được thiết kế tối ưu hơn Hệ thống truyền lực trang bị hộp số tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi vì nó nâng cao được chất lượng động lực học của xe hơn so với hộp số cơ khí thường, đồng thời người sử dụng dễ dàng hơn

Như hộp số thường, chức năng của hộp số tự động là thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực để tạo ra lực kéo tiếp tuyến tại các bánh xe chủ động, sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ với lực cản tổng cộng của đường, cắt dòng truyền mô men từ động cơ đến hệ thống truyền lực

và thay đổi chiều chuyển động để tạo chuyển động lùi cho xe Hộp số tự động lựa chọn số một cách tự động và thích hợp nhất với chế độ vận hành của xe thông qua sự can thiệp của hệ thống điều khiển thủy lực và các thiết bị cơ khí phức tạp bên trong hộp số Ngày nay các nhà sản xuất khi đưa ra một dòng sản phẩm cùng chủng loại, mẫu mã thì thường có 2 loại hộp số trang bị ở hệ thống truyền lực là hộp số cơ khí ( MT – Manual transmission) và hộp số tự động ( AT - Auto transmission), với những xe trang bị AT thì thường có giá thành cao hơn xe trang bị MT, điều này chứng tỏ giá trị về mặt kỹ thuật và tiện nghi sử dụng đánh giá cao hơn

Các công trình nghiên cứu trên thế giới về hộp số tự động như :

- A Study of powertrain simulator for automobile control, JSME paper

for lecture, No 940-10, 1994, của tác giả H.Minowa, đã có những mô phỏng về hệ thống truyền lực

- Automobile transmission của tác giả Gisbert Lechner và Hard

Naunheimer, xuất bản năm 1999 tại Đức, đã phân tích đặc điểm truyền lực của ôtô sử dụng hộp số tự động và xây dựng sơ đồ động học cũng

như cỏc phương trỡnh vi phõn liờn tục hệ động học và mụ men trong cỏc

cơ cấu hành tinh đơn giản

Ở trong nước cú cụng trỡnh nghiờn cứu luận ỏn Tiến sỹ tại Học Viện Kỹ thuật quõn sự của tỏc giả Nguyễn Anh Tuấn : “Xỏc định thời điểm sang số tối

ưu của hệ thống truyền lực thủy cơ trờn xe xớch quõn sự” đó tổng hợp quy luật sang số để chuyển động của xe đạt tối ưu theo chỉ tiờu định trước

- Đề tài : “Xây dựng mô hình nghiên cứu quá trình chuyển số và động lực học của ôtô sử dụng hộp số tự động U – 340” đặt ra những mục tiờu nghiờn cứu sau :

+ Nghiờn cứu thời điểm và quỏ trỡnh chuyển số, cỏc thụng số ảnh hưởng đến quỏ trỡnh chuyển số trong hộp số tự động

+ Xõy dựng mụ hỡnh toỏn học của quỏ trỡnh chuyển số

+ Khảo sỏt ảnh hưởng cỏc thụng số đến chất lượng động lực của xe trong quỏ trỡnh chuyển số bằng mụ hỡnh lý thuyết và thực tế

+ Sử dụng cụng cụ Matlab Simulink – Stateflow để mụ phỏng sự làm việc của hộp số tự động, trờn cơ sở đú khảo sỏt động lực học một xe cụ thể Ngoài phần lời núi đầu và đặt vấn đề nghiờn cứu, đề tài được phõn thành 4 chương :

- Chương 1 : Đặc điểm của hệ thống truyền lực sử dụng trờn xe ụtụ

- Chương 2 : Quỏ trỡnh chuyển số trong hộp số tự động

- Chương 3 : Xõy dựng mụ hỡnh hệ thống truyền lực

- Chương 4 : Xõy dựng hệ thống điện tử để điều khiển quỏ trỡnh sang số

tự động

- Kết luận và những kiến nghị

CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC SỬ DỤNG TRÊN XE ÔTÔ

1.1.Ưu nhược điểm của hộp số tự động

1.1.1.Ưu điểm

- Quá trình chuyển số liên tục mà không cắt dòng lực từ động cơ

- Mô men được truyền đến các bánh xe chủ động một cách êm dịu và gần như liên tục, tương ứng với lực cản chuyển động và tốc độ chuyển động của ôtô

- Tăng được khả năng động lực học của ôtô

- Giảm được tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống truyền lực, tránh được quá tải cho động cơ và hệ thống truyền lực vì giữa chúng được nối với nhau bằng biến mô thủy lực

- Cho tỉ số truyền phù hợp nhưng kích thước không lớn

- Giảm được thao tác điều khiển cần số và ly hợp, tạo sự tiện nghi với người lái, nâng cao an toàn cho xe

1.1.2 Nhược điểm

- Kết cấu phức tạp, giá thành cao

- Công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác cao do các trục được sử dụng nhiều là trục lồng, nhiều bánh răng cùng ăn khớp với một bánh răng, cơ cấu điều khiển đòi hỏi sự chính xác cao

1.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận trong hộp số tự động

- Hệ thống điều khiển

Chúng thực hiện phần lớn các chức năng của hộp số tự động, các bộ phận này phải vận hành chính xác cũng như phải kết hợp chặt chẽ với nhau

1.2.1 Bộ biến mô thủy lực

Chức năng cơ bản của biến mô thủy lực :

- Tăng mô men xoắn

- Tự động điều chỉnh mô men xoắn do động cơ tạo ra

- Đóng vai trò như một ly hợp thủy lực để truyền hay không truyền đến hộp số

- Hấp thụ dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực

- Đóng vai trò như là bánh đà để cân bằng động cơ

- Dẫn động bơm dầu của hệ thống thủy lực

Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo biến mô

1.2.2 Bộ bánh răng hành tinh

Trong hệ thống truyền lực, hộp số hành tinh được đặt sau biến mô Khác với hộp số cơ khí đơn giản, hộp số hành tinh có trục di động nhằm thực hiện các

chuyển động theo các bộ truyền bánh răng Hộp số hành tinh làm nhiệm vụ biến đổi mô men, thay đổi tốc độ ( điều khiển giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc) Bộ truyền hành tinh bao gồm các cụm chi tiết như cơ cấu bánh răng hành tinh, cơ cấu ly hợp C, cơ cấu phanh B và khớp một chiều F

Hình 1.2 : Bộ truyền bánh răng hành tinh Cấu tạo của HSHT trên ôtô và các phương tiện giao thông khá phức tạp HSHT được tổ hợp từ các cơ cấu hành tinh cơ bản hoặc các cơ cấu hành tinh tổng hợp Trên ôtô dùng ba loại cơ bản sau CCHT kiểu Wilson độc lập CCHT theo sơ đồ Simpson CCHT theo sơ đồ Ravigneaux

1.2.2.1 CCHT kiểu Wilson độc lập

Là bộ truyền bánh răng ăn khớp trong và ngoài ba trục các chi tiết bao gồm một bánh răng mặt trời có vành răng ngoài S đặt trên một trục quay, một bánh răng bao có vành răng ngoài R đặt trên một trục quay khác cùng đường tâm với trục của S, các bánh răng hành tinh C nằm giũa S và R và đồng thời ăn khớp với

S và R, trục của bánh răng C ăn khớp với nhau trên giá hành tinh Cd và chuyển động quay xung quanh đường tâm trục của S và R, trục của Cd là trục thứ ba của

cơ cấu hành tinh

Hình 1.3 : Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

Cơ cấu hành tinh có ba phần tử S,R,Cd, bánh răng hành tinh C được coi là khâu liên kết giữa S và R Để có thể xác lập một tỉ số truyền thì phải có một phần

tử chủ động và một phần tử bị động do đó để xác lập tỉ số truyền có haikhả năng

-Khoá một phần tử với vỏ hôp số

-Khoá hai phần tử với nhau

Trong hộp số ôtô mặc dù đã sử dụng kết cấu lồng trục nhưng không thể thường xuyên thay đổi trục bị động, do đó để đáp ứng số lượng số truyền cần thiết từ 3 đến 5 số trên hộp số tự động của ôtô thường dùng từ 2 đến 3 cơ cấu Wilson

1.2.2.2..Cơ cấu hành tinh kiểu Simson

CCHT kiểu Simson gồm 2 cơ cấu hành tinh Wilson các phần tử S1,

C1,R1,Cd1 thuộc dẫy hành tinh thứ nhất; S2,C2,R2,Cd2 thuộc dẫy hành tinh thứ hai, chúng được ghép nối như sau : Hai bánh răng mặt trời S1, S2 đặt trên cùng một trục quay liên kết cứng với nhau

Giá hành tinh Cd 2 liên kết với bánh răng bao R 1

Hình 1.4 : Cơ cấu hành tinh kiểu Simson 1.2.2.3..Cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux

Cấu tạo của CCHT kiểu Ravigneaux gồm 2 bánh răng mặt trời S1, S2 nối với 2 trục khác nhau, hai nhóm bánh răng hành tinh C1,C2 ăn khớp với nhau

và nằm trên một giá hành tinh Cd, một bánh răng bao R ăn khớp với C2, còn C1

ăn khớp với S2

Hình 1.5 : Cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux

1.2.3 Hệ thống thủy lực

Bộ điều khiển thủy lực có các chức năng sau :

- Tạo ra áp suất thủy lực : Bơm dầu tạo ra áp suất thủy lực, qua vỏ biến

mô cấp dầu cho các bộ phận

- Điều chỉnh áp suất thủy lực bằng các van

- Điều khiển các ly hợp và phanh để thực hiện chuyển số

1.2.3.1 Bơm dầu

Bơm dầu của hộp số tự động thường đặt trên vách ngăn giữa biến mô và hộp

số hành tinh, được dẫn động bởi trục của bánh bơm Các loại bơm dầu thường dùng là : bơm bánh răng ăn khớp trong (a) hoặc bơm rôto phiến gạt (b)

(a) (b)

Hình 1.6 : Cấu tạo bơm dầu

1.2.3.2 Van điều áp sơ cấp

Van điều áp sơ cấp điều chỉnh áp suất

thủy lực ( áp suất cơ bản) tới từng bộ

phận phù hợp với công suất động cơ để

tránh tổn thất công suất bơm

Khi áp suất từ bơm tăng thì lò xo van

nén, đường dầu ra cửa xả mở, áp suất

dầu cơ bản không đổi Khi góc mở

bướm ga tăng lên thì áp suất cơ bản

tăng để ngăn không cho lu hợp và phanh bị trượt Hình 1.7 : Van điều áp sơ cấp

1.2.3.3 Van điều khiển chọn tay số

Được nối với cần chuyển số và thanh nối hoặc dây cáp Khi thay đổi vị trí cần chuyển số sẽ chuyển mạch đường dẫn dầu của van điều khiển, cho dầu hoạt động trong từng vị trí chuyển số

Hình 1.8 : Van điều khiển chọn tay số

1.2.3.4 Van chuyển số

Van chuyển số làm chuyển mạch đường dầu tới các phanh và ly hợp Có các van chuyển số 1-2, 2-3, 3-4 Khi áp suất thủy lực tác dụng lên phía trên van chuyển số, thắng lực lò xo, van ở vị trí dưới, các đường dầu tới ly hợp và phanh

bị ngắt, lúc này ở số 1 Khi có tín hiệu điều khiển van điện từ mở, áp suất dầu tác dụng lên trên mặt van mất đi, lò xo đẩy van lên mở các đường dầu có áp tới phanh B và hộp số chuyển số 2

Hình 1.9 : Van chuyển số

1.2.3.5 Van điện từ

Van điện từ sử dụng để điều khiển sự làm việc của các van chuyển số Có 2 loại van điện từ : van điện từ điều khiển chuyển sô và van điện từ tuyến tính để điều khiển tăng giảm áp suất dầu theo dòng điện điều khiển ECU

Hình 1.10: Các loại van điện từ

1.2.3.6 Van bướm ga

Van bướm ga tạo ra áp suất bướm ga tùy theo góc độ của bàn đạp ga thông qua cánh bướm ga và cam bướm ga Áp suất bướm ga tác động lên van sơ cấp sẽ điều chỉnh áp suất cơ bản theo độ mở của van bướm ga Van bướm ga cơ

khí được nối cáp với bàn đạp ga Van bướm ga điện từ làm việc theo tín hiệu ECU

Hình 1.11 : Van bướm ga

1.2.4 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển nhận tín hiệu từ các cảm biến và có nhiệm vụ điều khiển các trạng thái làm việc của hộp số hành tinh như :

- Điều khiển thời điểm chuyển số

- Điều khiển khóa biến mô

- Điều khiển tối ưu áp suất cơ bản

- Các điều khiển khác

1.3 Phân tích động học và động lực học của cơ cấu hành tinh sử dụng trong hộp số tự động

1.3.1 CCHT kiểu Wilson độc lập

Hình 1.12: Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

Cd S

n n

n n

−

−

=

Cd R

Cd S

ωω

ωω

−

− (1.1)

Trong đó :

nR, nS, nCd : Số vòng quay của các bánh răng bao, bánh mặt trời và cần dẫn

ωR, ωS,ωCd :Vận tốc góc của các bánh răng bao, bánh răng mặt trời và cần dẫn

K : Được gọi là tỷ số truyền trong iH

BM hay đặc tính của dãy hành tinh Giá trị của K được xác định qua số răng Z :

Qua đó ta có thể rút ra phương trình động học của dãy hành tinh như sau :

ωS – K ωR = ( 1 - K ).ωCd (1.3)

Như vậy với công thức (1.3) ta có thể xác định được vận tốc góc của khâu S,

R, Cd khi đã biết khâu nào là chủ động, khâu nào là bị động và các liên kết trong các phần tử của dãy

1.3.2 Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson

Rút ra được các ràng buộc về động học và hình học của các phần tử trong CCHT Simpson :

rCd1 ωCd1 = rS1 ωS1 + rC1 ωC1, rCd1 = rS1 + rC1

rR1 ωR1 = rCd1 ωCd1 + rC1 ωC1, rR1 = rCd1 + rC1

rCd2ωR1 = rS2ωS2 + rC2ωC2, rCd2 = rS2 + rC2

rR2ωR2 = rCd2ωR1 + rC2ωC2, rR2 = rCd2 + rC2

Hình 1.13: Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson

Từ đặc tính của hai dãy hành tinh Willson trong CCHT Simpson là Z1 =

- rR1/rS1 và Z2 = - rR2/rS2 có thể rút ra được phương trình liên kết các phần tử cơ bản của bộ truyền Simpson :

2 2

1 1 1

1 1

) 1 (

) 1 (

R R

S

C R

S

K K

K K

ω ω

ω

ω ω

ω

(1.4)

Từ hệ phương trình liên kết trên, chỉ cần xác định được chuyển động của 2 phần tử trong cả CCHT là có thể xác định được chuyển động của cả cơ cấu Do

đó cơ cấu Willson gồm 2 bậc tự do

1.3.3 Cơ cấu hành tinh Ravigneaux

Hình 1.14: Cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux

rCd1ωCd = rS1ωS1 + rC1ωC1, rCd1 = rS1 + rC1

rCd2 ωCd = rS2 ωS2 + rC2 ωC2, rCd2 = rS2 + rC2

(rCd2 – rCd1) ωC = rC1ωC1 + rC2ωC2, rCd2 – rCd1 = rC2 + rC1

rRωR = rCd2ωC + rC2ωC2, rR = rCd2 + rC2

Từ các ràng buộc trên và đặc tính của dãy hành tinh cơ bản Wilson Z1=

rR/rS1 và dãy hành tinh bánh răng hành tinh kép Z2 = rR/rS2, có được hệ phương trình liên kết các phần tử cơ bản của CCHTRavigneaux như sau :

−

= +

− +

0 )

1 (

0 )

1 ( 2 2

2

1 1

1

Cd R

S

Cd R

S

Z Z

Z Z

ωω

ω

ωω

ω

(1.5)

Từ hệ phương trình liên kết trên, nhận thấy chỉ cần xác định được chuyển động của 2 phần tử trong đó là xác định được chuyển động của toàn bộ CCHT Ravigneaux Do đó CCHT Ravigneaux có 2 bậc tự do

1.4 Sơ đồ hộp số tự động U -340

Sơ đồ hộp số hành tinh U – 340 gồm hai cơ cấu hành tinh Willson ghép nối với nhau theo kiểu CR – CR ( tay quay của cơ cấu này nối với bánh răng bao của

cơ cấu kia) Đầu vào của bộ truyền hành tinh là trục ra của bánh tuabin của biến

mô, đầu ra của bộ truyền là cần dẫn của cơ cấu hành tinh ăn khớp với bộ vi sai Các ly hợp thủy lực gồm có C1, C2, C3 Ly hợp khóa biến mô TCC Các cơ cấu phanh ký hiệu B1, B2, B3 Các khớp một chiều F1, F2

Hình 1.16 : Sơ đồ của hộp số tự động U – 340 Các tỷ số truyền mà hộp số tạo ra ở hành trình tiến là 4 ( số 3 là số truyền thẳng, số 4 là số truyền tăng) và ở hành trình lùi là 1 tỷ số truyền Trục ra của hộp số là tay quay Cd1, các trục vào ( nối với bánh tuabin) tùy theo từng vị trí gài

số ( tay số truyền) là có thể là trục bánh răng S1, S2, hoặc C2

Ly hợp số lùi C3 Nối trục trung gian với bánh răng mặt trời bộ

truyền hành tinh sau

Phanh OD và số 2 : B1 Giữ bánh răng mặt trời bộ truyền hành tinh sau Phanh số 2 : B2 Ngăn bánh răng mặt trời bộ hành tinh sau quay

ngược chiều kim đồng hồ Phanh số lùi và số 1: B3 Giữ bánh răng bao bộ hành tinh trước và cần dẫn

sau quay ngược chiều kim đồng hồ Khớp 1 chiều số 1: F1 Ngăn bánh răng mặt trời sau bộ hành tinh sau

quay ngược chiều kim đồng hồ Khớp 1 chiều số 2 : F2 Ngăn bánh răng bao bộ hành tinh trước và cần

dẫn bộ hành tinh sau quay ngược chiều kim đồng

1.4.2 Dãy D số 2

Ly hợp C1 hoạt động, khớp một chiều F1 hoạt động, phanh B2 cũng tham gia hoạt động Dòng công suất được truyền như sau:

Trục sơ cấp (+), bánh bơm (+), bánh tuabin (+).Công suất được truyền qua

ly hợp C1, truyền đến bánh mặt trời S1(+) làm bánh răng hành tinh C1(-) Đến đây dòng công suất được chia làm 2 nhánh :

Nhánh 1 : Giống như khí đi số 1

Nhánh 2 : Khi bánh răng hành tinh C1(-) thì R1(+), cần dẫn Cd2(+), bánh răng hành tinh C2(+), vì F1 và B2 hoạt động ngăn không cho S2 quay (-), bánh răng

tinh thư hai tạo thành một khối quay theo (+) Truyền công suất đến R1(+), cần dẫn Cd1(+) truyền đến bánh răng bị động của truyền lực cuối và quay theo chiều dương

Hình 1.19: Sơ đồ đi số 3

1.4.4 Dãy D số 4 ( số truyền tăng OD)

Ly hợp C2 hoạt động, phanh B1, B2 cùng tham gia hoạt động Dòng công suất được truyền như sau :

Trục sơ cấp (+), bánh bơm (+), bánh tuabin (+) Vì ly hợp C2 đóng nên Cd2, bánh răng hành tinh C2(+) Vì phanh B1, B2 hoạt động nên cơ cấu hành tinh thứ hai tạo thành một khối quay theo (+) với tốc độ nhanh hơn Truyền công suất đến cần dẫn Cd1(+), truyền đến bánh răng bị động của truyền lực cuối và quay theo chiều dương

Hình 1.20: Sơ đồ đi số 4

cơ : Chuyển động từ trục thứ cấp hộp số tới cần Cd1 nên các bánh răng C1, R2

quay xung quanh S1, C2 theo chiều dương Các bánh C1, R2 (+), trong khi S1, C2

có thể quay theo 2 chiều Nhưng do S1, C2 bị khoá bởi phanh B1 và B2, F1 nên các C1, R2 (+) Lực quay đó được truyền đến trục sơ cấp hộp số tạo nên phanh bằng động cơ

1.4.6 Dãy ‘L’ số 1

Khi đó ly hợp C1 đóng, phanh B3 đóng và F2 hoạt động Dòng công suất

được truyền như sau:

Trục sơ cấp (+), bánh bơm (+), bánh tuabin (+) Từ trục thứ cấp của hộp

số được truyền đến Cd1(+), làm cho các C1, R2 cố gắng quay theo chiều dương xung quanh S1, C2 Tuy nhiên Cd2 được giữ lại không cho quay bởi phanh số lùi

B3, các C1, R2 (+), trong khi các S1, C2 (-) Kết quả là các C1, R2 (+) xung quanh

S1, C2, trong khi cũng quay xung quanh trục của nó theo chiều dương Do vậy truyền chuyển động quay theo chiều dương đến các bánh răng qua C1 đến trục sơ cấp của hộp số

1.4.7 Dãy ‘R’ số lùi

Khi đó ly hợp C3, phanh B3 hoạt động Dòng công suất được truyền như sau:

Trục sơ cấp (+), bánh bơm (+), bánh tuabin (+) Qua ly hợp C3 và làm cho S2 (+) Phanh B3 hoạt động làm cho bánh răng hành tinh C2 quay theo chiều (-) quanh trục cần dẫn Cd2, làm cho bánh răng bao R2 (-), truyền đến cần dẫn Cd1(-),

truyền đến bánh răng bị động của truyền lực cuối và quay theo chiều ngược

chiều với trục sơ cấp của hộp số

Hình 1.21: Sơ đồ đi số lùi

1.5.1 Xác định tỷ số truyền của số truyền 1

Từ phương trình động học (1.3), ta có thể thiết lập được phương trình động học của dãy hành tinh như sau :

Bộ truyền hành tinh trước :

ωs1 – K1 ωR1 = (1 - K1) ωCd1 (1.5)

Tỷ số truyền : K1 = - ZR1/ZS1

=> ih1 = 2.847

1.5 2 Xác định tỷ số truyền của số truyền 2

Từ phương trình động học (1.3), ta có thể thiết lập được phương trình động học của dãy hành tinh như sau

Bộ truyền hành tinh trước :

C

R Cd

ω

ω ω

1 2

2

2 1 1

i h

1.5.3 Xác định tỷ số truyền của số truyền 3

Từ phương trình động học (1.3), ta có thể thiết lập được phương trình động học của dãy hành tinh như sau

Bộ truyền hành tinh trước :

ωs1 – K1 ωR1 = (1 - K1) ωCd1

1

1 1 1 1

C

R Cd

ω

ω ω

1 2

1 1

=> i h3 = 1 00

1.5.4 Xác định tỷ số truyền của số truyền 4 ( số truyền tăng OD)

Phương trình động học của bộ hành tinh sau :

ωs2 – K2 ωR2 = (1 – K2) ωCd2

Với điều kiện : ωS2= 0

Vậy ta có phương trình tương ứng :

– K2 ωR2 = (1 – K2) ωCd3

2

2 2

1.5.5 Xác định tỷ số truyền của số truyền lùi

Phương trình động học của bộ hành tinh số lùi :

ωS2 – K2 ωR2 = (1 – K2) ωCd2 Với điều kiện : ωCd2= 0

Vậy ta có phương trình tương ứng :

ωS2 = K2 ωR2

K2= ωS2/ ωR2 Vậy ilùi = K2

Từ các phương trình trên ta rút ra được hệ phương trình sau :

1 1

557 1 1

1

847 2 1

K i

K

K K K i

K i

lùi h h

Giải ra ta được K2 = -2.343 và K1 = -1.847

1.6 Tính toán chọn biến mô thủy lực

Căn cứ vào chủng loại xe mà ta thiết kế hộp số tự động, công suất, mômen

của động cơ đặt trên xe, đường kính ngoài D và tham khảo một số loại biến mô

ta chọn được loại biến mô loại nhạy có đường đặc tính không thứ nguyên như đồ

thị dưới đây :

Hình 1.22 : Đồ thi đặc tính không thứ nguyên của biến mô

1.6.1 Xây dựng đường đặc tính trên trục vào của biến mô

Đường đặc tính trên trục vào của biến mô là đường biểu diễn mối quan hệ

giữa mômen trên trục chủ động của bánh bơm M1 theo số vòng quay của nó:

M1 = f (n1, λ1)

Ta có công thức biểu diễn mối quan hệ đó:

M1 = λ1 γ n12 D5 (1.12)

Đối với biến mô hỗn hợp loại nhạy do hệ số mômen thay đổi, để xác định

được M1 thì phải xác định được các giá trị λ1 Từ đồ thị đặc tính không thứ

nguyên của biến mô ứng với mỗi giá trị của tỉ số truyền ibm ta sẽ xác định được

hệ số biến đổi mômen λ1 Với những giá trị của λ1 này ta tính được trị số mômen

ứng với những giá trị khác nhau của số vòng quay của trục biến mô (n1 = ne)

Thay các giá trị vào công thức (2.8) ta có :

1 D5

a(1.13) Tại i = 0,6 có λ 1-0.6 = 2,23.10-6 => M1-0.6 = λ 1-0.6 γ n2

1 D5

a Tại i = 0,75 có λ 1-0.75 = 1,80.10-6 => M1-0.75 = λ 1-0.75 γ n2

1 D5

a Tại i = 0,83 có λ 1-0.75 = 1,60.10-6 => M1-0.83 = λ 1-0.83 γ n2

1 D5

a Tại i = 0,91 có λ 1-0.91 = 1,40.10-6 => M1-0.91 = λ 1-0.91 γ n2

1 D5

a Chia dải tốc độ số vòng quay n1 từ 0 đến 5400 vg/ph thành các khoảng cách nhau 600 vg/ph Thay các giá trị trên vào công thức (1.13) ta được các giá trị trong bảng :

Hình 1.23 : Đồ thị đặc tính trên trục vào của biến mô

Từ đồ thị ta thấy ứng với từng giá trị của ở một tỷ số truyền ibm ta xác định tập hợp đường M1 Khi vẽ đồ thị đặc tính trên trục vào của biến mô M1 và đồ thị đặc tính ngoài động cơ Me cùng một tỷ lệ thì các giao điểm của đương M1và Me

là các giao điểm A(n*

1,M*

1) Điểm A là điểm làm việc đồng bộ của động cơ và biến mô thuỷ lực, điểm A là một tập hợp điểm tuỳ theo chế độ tải trọng trong khoảng tỷ số truyền của biến mô thuỷ lực ibm=0 - 0.91

Tại tỷ số truyền ibm= 0 => A1( 3800 , 200 )

Tại tỷ số truyền ibm= 0,2 => A2( 4150 , 194 )

Tại tỷ số truyền ibm= 0,4 => A3( 4200 , 190 )

1.6.2 Xây dựng đường đặc tính trên trục ra của biến mô

Đặc tính trên trục ra của động cơ và biến mô chính là đặc tính ngoài của động cơ mới mà ta sẽ dùng đặc tính này để xây dựng đặc tính kéo của ôtô

Từ những giao điểm A = i ta xác định được trị số M*

1và số vòng quay n*

1của trục chủ động của biến mô tương ứng với các tỷ số truyền i đã chọn

Theo đường đặc tính không thứ nguyên của biến mô, với những giá trị i đã xác định ta sẽ tìm được các giá trị của M*

Từ những số liệu trên ta lập được bảng các giá trị và đồ thị đặc tính trên trục

ra của động và biến mô có nghĩa là biểu thị mối quan hệ sau :