Nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép

Tôi đã quyết định chọn dề tài “ Nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép” Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới s

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên - Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN Tôi là Đàm Hữu Vũ, học viên lớp cao học K20 chuyên ngành Kỹ thuật

Cơ khí động lực Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các

thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của TS Nguyễn Khắc Tuân, thầy giáo

hướng dẫn tốt nghiệp đến nay tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóahọc

Tôi đã quyết định chọn dề tài “ Nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với

hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự

hướng dẫn của thầy giáo TS Nguyễn Khắc Tuân và chỉ tham khảo các tài liệu

đã được liệt kê Tôi không sao chép công trình và của cá nhân nào khác dưới bất

cứ hình thức nào

Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quay định

Người thực hiện

Đàm Hữu Vũ

LỜI CẢM ƠN

Có được kết quả này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Khắc Tuân, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình

nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối Ban lãnh đạo và phòng Đào tạo của trườngĐại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để tôihoàn thành bài luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa kỹ thuật ô tô vàmáy động lực trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo mọiđiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bảnluận văn

Tác giả

Đàm Hữu Vũ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2

2.3 Phương pháp nghiên cứu 2

2.4 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về hệ thống truyền lực 4

1.2 Tổng quan các hộp số trên ô tô 5

1.2.1 Hộp số thường (MT) 5

1.2.2 Hộp số tự động (AT) 7

1.2.3 Hộp số vô cấp (CVT) 9

1.3 Tổng quan hộp số ly hợp kép (DCT) 11

1.3.1 Giới thiệu 11

1.3.2 Phân loại hộp số DCT 13

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 19

1.4.1 Các nghiên cứu trong nước 19

1.4.2 Các nghiên cứu ngoài nước 21

1.5 Kết luận chương 1 22

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24

2.1 Cấu tạo của hệ thống truyền lực cơ khí với ly hợp kép 24

2.1.1 Cấu tạo và hoạt động 24

2.1.2 Điều khiển hệ thống truyền lực với ly hợp kép 29

2.2 Mô phỏng ô tô trang bị hệ thống truyền lực kiểu ly hợp kép 32

2.2.1 Phương pháp mô phỏng 32

2.2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa các vật trong hệ 33

2.2.1.2 Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết 34

2.2.2 Mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô kiểu cơ khí với ly hợp kép bằng phương pháp thứ nhất 35

2.2.2.1 Mô hình động cơ đốt trong 36

2.2.2.2 Mô hình hộp số ly hợp kép 36

2.2.2.3 Mô hình thân xe 38

2.2.3 Mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô bằng phương pháp thứ hai 39

2.3 Kết luận chương 2 43

Chương 3 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ KIỂU LY HỢP KÉP 45

3.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu 45

3.1.1 Mô hình động cơ 45

3.1.2 Mô hình hộp số 46

3.1.3 Mô hình khối điều khiển hộp số 48

3.1.4 Mô hình lốp 49

3.1.5 Mô hình thân xe 50

3.1.6 Mô hình toàn xe 52

3.2 Mô phỏng và phân tích kết quả 53

3.2.1 Kết quả mô phỏng trường hợp 1: ô tô chuyển động theo chu trình thử ECE 15 54

3.2.2 Kết quả mô phỏng trường hợp 2: ô tô chuyển động theo chu trình thử

UEDC 58

3.2.3 Kết quả mô phỏng trường hợp 3: ô tô tăng tốc từ 0 đến 100 km/h 61

3.3 Kết luận chương 3 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hệ thống truyền lực trên ô tô 4

Hình 1.2 Hộp số thường 5

Hình 1.3 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục 6

Hình 1.4 Hộp số tự động 7

Hình 1.5 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson 8

Hình 1.6 Hộp số CVT 10

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý của hộp số với ly hợp kép [10] 13

Hình 1.8 Hộp số DCT sử dụng ly hợp ma sát khô 14

Hình 1.9 Hộp số DCT ma sát ướt có 2 ly hợp lồng nhau 15

Hình 1.10 Hộp số DCT ma sát ướt có 2 ly hợp song song 15

Hình 1.11 Hộp số DCT sử dụng 2 trục thứ cấp 16

Hình 1.12 Hộp số DCT sử dụng 1 trục thứ cấp 17

Hình 1.13 Hộp số DCT sử dụng các cấp số khác nhau 18

Hình 2.1 Sơ đồ hộp số DCT 24

Hình 2.2 Hoạt động của một hộp số ly hợp kép khi sang số 25

Hình 2.3 Cấu tạo của ly hợp kép ma sát khô hãng Ford 26

Hình 2.4 Cơ cấu điều khiển đóng ngắt ly hợp 27

Hình 2.5 Trạng thái làm việc của các ly hợp 28

Hình 2.6 Sơ đồ điều khiển thời điểm chuyển số 30

Hình 2.7 Sơ đồ chuyển số ở chế độ thường 31

Hình 2.8 Sơ đồ chuyển số ở chế độ tải nặng 32

Hình 2.9 Sơ đồ các phương pháp mô phỏng 33

Hình 2.10 Mô hình động lực học hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép 35

Hình 2.11 Đồ thị mô men của động cơ 36

Hình 2.12 Mô hình cụm ly hợp kép (a) và mô hình ô tô trang bị hệ thống truyền lực kiểu ly hợp kép xây dựng bằng phần mềm Modelica(b) [27] 40

Hình 2.13 Mô hình mô phỏng ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp

40

Hình 2.14 Mô hình mô phỏng ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép bằng công cụ VeSyMA – Powertrain 41

Hình 2.15 Chu trình thử đô thị NEDC 42

Hình 2.16 Kết quả mô phỏng các thông số vận tốc, momen của động cơ và vận tốc ô tô khi làm việc theo chu trình thử đô thị UNDC bằng công cụ VeSyMA – Powertrain 42

Hình 3.1 Mô hình động cơ đốt trong 45

Hình3.2Kết quả mô phỏng công suất động cơ phụ thuộcvào độ mở bướm ga 46

Hình 3.3 Sơ đồ hộp số 6 cấp với ly hợp kép 46

Hình 3.4 Mô hình mô phỏng hộp số 6 cấp 47

Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc Simulink 47

Hình 3.6 Mô hình khối điều khiển hộp số 48

Hình 3.7 Mô hình mô phỏng tác động của người lái 48

Hình 3.8 Sơ đồ khối điều khiển sang số xây dựng bằng State flow 49

Hình 3.9 Sơ đồ Simulink Simscape mô tả lốp 50

Hình 3.10 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô 51

Hình 3.11 Sơ đồ khối Simulink mô tả thân xe 52

Hình 3.12 Mô hình mô phỏng toàn xe ô tô trang bị hệ thống truyền lực cơ khí với ly hợp kép 53

Hình 3.13 Chu trình thử ECE 15 54

Hình 3.14 Đồ thị thay đổi các thông số của động cơ 54

Hình 3.15 Đồ thị vận tốc và gia tốc của ô tô khi làm việc theo chu trình 55

ECE 15 55

Hình 3.16 Đồ thị lực kéo và lực phanh 56

Hình 3.17 Kết quả mô phỏng quá trình chuyển số 56

Hình 3.18 Đồ thị gia tốc và quãng đường tăng tốc trong giai đoạn đầu tiên chutrình ECE 15 57Hình 3.19 Đồ thị lực kéo trong giai đoạn tăng tốc đầu tiên chu trình ECE 15 57Hình 3.20 Đồ thị vận tốc và gia tốc của ô tô khi hoạt động theo chu trình thửUEDC 58Hình 3.21 Đồ thị lực kéo và quãng đường di chuyển của ô tô khi hoạt động theochu trình UEDC 59Hình 3.22 Đồ thị quá trình chuyển số và sự thay đổi lực kéo khi chuyển số 60Hình 3.23 Đồ thị gia tốc và quãng đường tăng tốc trong giai đoạn tăng tốc đầutiên của chu trình UEDC 61Hình 3.24 Đồ thị sang số và sự thay đổi lực kéo trong giai đoạn tăng tốc đầu tiêncủa chu trình UEDC 61Hình 3.25 Đồ thị vận tốc và quá trình chuyển số khi ô tô tăng tốc đến 100km/h 62Hình 3.26 Đồ thị gia tốc và quãng đường tăng tốc khi ô tô tăng tốc đến 100km/h 62Hình 3.27 Đồ thị trạng thái làm việc của các ly hợp khi ô tô tăng tốc đến 100 km/h

63Hình 3.28 Đồ thị lực kéo khi ô tô tăng tốc đến 100 km/h 63

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Sơ đồ chuyển số theo chế độ lái xe và vị trí cần số 30Bảng 3.1 Giá trị các hệ số B, C, D, E ứng với một số loại đường [14] 50Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của ô tô 53

Hệ thống truyền lực trong đó có hệ thống truyền lực kiểu cơ khí có ly hợpkép là một trong những tổng thành quan trọng của ô tô Đặc tính động lực họcđược đặc trưng bởi các yếu tố như lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tốđộng lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyểnđộng trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện tăng giảm

ga, quay vòng khi phanh Các đặc tính này ảnh hưởng đến khả năng khởi hành

và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận tải, độ êm dịu

và tính an toàn trong chuyển động Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giátính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện Cùng với sự pháttriển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứungày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanhchóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo đượcthuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện cho ngành công nghiệp ô tôngày càng phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng Ngày naycũng đã có nhiều thiết bị và phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chấtlượng và tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảmbảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụngcho các loại xe ô tô có hiệu quả

Từ những yêu cầu đó, dưới sự hướng dẫn của thầy cô giáo tôi đã hoàn

thành đề tài: “Nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với hệ thống tuyền lực

kiểu ly

hợp kép” nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết ban đầu cho quá trình khai thác cũng

như cải tiến loại xe tính năng cho phù hợp với điều kiện ở Việt nam là cần thiết

2 Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài

2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Hệ thống truyền lực là một trong những tổng thành quan trọng của ô tô.Hiện nay các dòng xe được sử dụng ở Việt nam được trang bị từ hệ thống truyềnlực cơ khí đơn giản đến các loại hệ thống truyền lực có hộp số tự động hay hộp

số vô cấp có bộ truyền đai tương đối phong phú và có nhiều tài liệu hướng dẫn

sử dụng cũng như nghiên cứu tính năng của chúng Nhưng hệ thống truyền lực

có sử dụng ly hợp kép thì còn rất hạn chế về mặt tài liệu Do đó việc nghiên cứutính năng của ly hợp kép nhằm phục vụ cho quá trình khai thác cũng như phục

vụ cải tiến tính năng cho phù hợp với điều kiện ở Việt nam là cần thiết Trên cơ

sở đó tác giả đã thực hiện nghiên cứu với đề tài ” Nghiên cứu đặc tính động lựchọc của ô tô với hệ thống truyền lực kiểu ly hợp kép”

2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu đặc tính động lực học của ô tô với hệ thống truyền lực kiểu lyhợp kép Do hạn chế về mặt thời gian và kinh phí nên đề tài mới chỉ dừng lại ởviệc nghiên cứu lý thuyết

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn là nghiên cứu lýthuyết, tính toán mô phỏng trên phần mềm Matlab

Cách thức tiến hành là tách từng cụm trong hệ thống để nghiên cứu môphỏng, trên cơ sở các cụm đã được xây dựng mô hình nghiên cứu ghép nối cáccụm thành hệ thống truyền lực hoàn chỉnh

2.4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

- Xây dựng mô hình nghiên cứu ô tô trang bị hộp số cơ khí kiểu ly hợpkép để xác định các thông số đặc trưng cho tính năng động lực học và khảo sátquá trình động lực học của hệ thống truyền lực với ly hợp kép DCT theo một sốchu trình thử mẫu

- Mô phỏng, nghiên cứu sự thay đổi của các thông số động lực học của ô

tô trong các điều kiện làm việc tiêu chuẩn theo 02 chu trình thử: ECE15, UEDC

và trường hợp ô tô tăng tốc từ 0 đến 100 km/h

Chương1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của ô tô đóng vai trò của bộ phận kết nối động cơ vớicác bánh xe chủ động, truyền và biến đổi mô men xoắn từ động cơ đến bánh xechủ động phù hợp với chế độ làm việc của động cơ và mô men cản chuyển động;cắt dòng công suất trong thời gian ngắn hoặc dài; thực hiện đổi chiều chuyểnđộng giúp ô tô chuyển động lùi; tạo khả năng chuyển động êm dịu và thay đổitốc độ cần thiết trên đường Cấu tạo của hệ thống truyền lực trên xe ô tô gồm có

ly hợp, hộp số, trục các đăng, cầu chủ động (vi sai và bán trục) như hình 1.1

Hình 1.1 Hệ thống truyền lực trên ô tô.

- Ly hợp đóng vai trò rất quan trọng, dùng để truyền hay ngắt công suất từđộng cơ đến hệ thống truyền lực khi chuyển số hoặc khi ngắt công suất tạm thời,giúp cho chuyển số dễ dàng và êm dịu Ngoài ra ly hợp còn có vai trò của khớpnối an toàn và giảm dao động xoắn của hệ thống truyền lưc

- Hộp số có nhiệm vụ biến đổi mô men xoắn của động cơ truyền tới cácbánh xe sao cho phù hợp với các chế độ chuyển động, mở rộng vùng tốc độchuyển động của ô tô, trong khi vùng tốc độ làm việc của động cơ bị giới hạn

- Truyền động các đăng dùng để truyền mô men xoắn giữa hai trục khôngđồng tâm hoặc có dịch chuyển tương đối với nhau.

- Cầu chủ động nhận công suất từ động cơ truyền tới để phân phối đến cácbánh xe theo phương vuông góc Cầu xe nâng đỡ các phần gắn lên nó như hệthống treo, sát xi

1.2 Tổng quan các hộp số trên ô tô

Các hộp số trên ôtô dùng để thay đổi tỷ số giữa động cơ và cầu chủ động.Nói một cách khác khi không có hộp số, chiếc xe chỉ chạy được ở một tốc độduy nhất với một tốc độ cực đại nhất định Ngoài ra khả năng tăng tốc từ khixuất phát cùng với khả năng leo dốc của xe cũng bị hạn chế nếu như nó không sửdụng hộp số Vì vậy hộp số sử dụng một hệ thống bánh răng khác nhau từ thấpđến cao để biến momen xoắn của động cơ phù hợp với điều kiện vận hành( khởihành, tăng tốc, leo dốc…) Các số có thể cài theo cách thông thường bằng tayhoặc tự động [9-11]

1.2.1 Hộp số thường (MT)

Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục)

Hình 1.2 Hộp số thường

Hình 1.3 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục

Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục với nhau, trục trung

- Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, momen truyền từ trục

rồi đi ra trục thứ cấp

- Vị trí tay số 2: Gạt cần 2 sang bên phải, momen truyền từ trục sơ cấp quacặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 2 rồiđến trục thứ cấp

- Vị trí tay số 3: Gạt cần 2 sang bên trái, momen từ trục sơ cấp truyền quacặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 3 rồitới trục thứ cấp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

- Vị trí tay số 4: Khi gạt cần 3 sang bên phải, momen được truyền từ trục

sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, rồi qua cặp bánhrăng số 4 ra trục thứ cấp

-Vị trí tay số 5: Khi gạt cần 3 sang bên trái, lúc này, trục sơ cấp và thứ cấpđược nối với nhau, momen được truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp

- Vị trí tay số lùi: Gạt cần 1 sang bên phải, momen được truyền từ trục sơcấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, qua 2 cặp bánh răng

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, bền

- Hiệu suất cao

Trôc thø cÊp

Trôc s¬

cÊp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

- Hộp số cơ cấu hành tinh Wilson (nối tiếp, song song)

- Hộp số cơ cấu hành tinh Simpson

- Hộp số cơ cấu hành tinh ravigneaux

Hộp số tự động bao gồm các bộ phận chính sau:

- Bộ biến mô

- Hộp số hành tinh và cơ cấu chuyển số (ly hợp và phanh đai)

- Hệ thống điều khiển chuyển số (thường là hệ thống thủy lực hoặc hệ

thống thủy lực điện từ) để điều khiển các ly hợp và phanh đai

Sơ đồ cấu tạo (cơ cấu hành tinh Wilson):

Hình 1.5 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson

Nguyên lý hoạt động chung của hộp số tự động là sử dụng các phanh đểhạn chế một bậc tự do của cơ cấu hành tinh

Ưu điểm:

- Làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và

thường xuyên phải chuyển số

- Chuyển số một cách tự động và êm dịu tùy thuộc vào chế độ loạt độngcủa động cơ và sức cản của mặt đường.

- Do có sử dụng biến mô nên thay đổi được momen do động cơ phát ra một cách liên tục trong khoảng nhỏ

- Giảm độ ồn khi làm việc

- Công nghệ chế tạo đòi hỏi có độ chính xác cao

- Khả năng tăng tốc kém hơn hộp số thường

- Việc sửa chữa hộp số tự động khá phức tạp và tốn kém

1.2.3 Hộp số vô cấp (CVT)

1: puli đầu vào 2: puli đầu ra 3: đai

Hình 1.6 Hộp số CVT

Không giống như những hộp số tự động truyển thống, hộp số vô cấp CVTkhông có các cặp bánh răng ăn khớp để tạo tỷ số truyền Điều này có nghĩa là nókhông có sự ăn khớp giữa các bánh răng Loại CVT thông thường nhất hoạt độngtrên một hệ thống puli (ròng rọc) và dây đai truyền cho phép một sự thay đổi vôcấp và liên tục giữa giới hạn thấp nhất và cao nhất mà không có sự tách biệtriêng rẽ các vị trí số

Cấu tạo của hộp số vô cấp gồm:

- Đai truyền bằng kim loại hay cao su có công suất cao

- Một hệ puli có đầu vào thay đổi gắn với trục quay động cơ

- Một hệ puli đầu ra dẫn đến bánh xe

- CVT cũng có bộ vi xử lí và các cảm biến để theo dõi và điều khiển.Mỗi puli được tạo thành từ hai khối hình nón có góc nghiêng 20 độ và đặtđối diện với nhau Một dây đai chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón này Dâyđai hình chữ V có ưu điểm hơn nếu chúng được làm từ cao su vì có ma sát cao,hạn chế trượt Hai khối hình nón này có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng.Khi hai khối hình nón tách ra xa nhau, dây đai ngập sâu vào trong rãnh và bánkính của dây đai quấn quanh puli sẽ giảm đi Khi hai khối hình nón này ở gầnnhau thì bán kính của dây đai tăng lên CVT có thể sử dụng áp suất thủy lựchoặc lò xo để tạo ra lực cần thiết thay đổi khoảng cách giữa hai khối hình nón

Hệ puli và dây đai có đường kính thay đổi này thường đi với nhau thànhmột cặp Một trong số đó là puli chủ động được nối với trục quay của động cơ.Puli chủ động cũng được gọi là puli đầu vào bởi vì nó nhận năng lượng trực tiếp

từ động cơ đưa vào hộp số Puli thứ hai gọi là puli bị động nối với puli chủ độnghay còn gọi là puli đầu ra và nó truyền momen đến trục truyền động dẫn đếnbánh xe

Khi một puli tăng bán kính của nó và cái khác giảm bán kính để giữ chodây đai luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ tạo ra vô số các tỷ sốtruyền từ mức thấp nhất cho đến cao nhất Về mặt nguyên lý, hộp số CVT hoạtđộng với vô số cấp độ có thể chạy ở bất cứ thời điểm nào, đối với bất cứ loạiđộng cơ và tốc độ xe nào của xe.

Điều đặc biệt là CVT vẫn có chế độ sang số bằng tay Máy tính có thể ralệnh cho dây cua-roa chuyển lên vị trí khác một cách đột ngột, không theo kiểutuần tự Tuy nhiên, các hãng vẫn khuyến cáo khả năng tiết kiệm xăng chỉ tốt ởkiểu tự động

Ưu điểm:

- Tạo cảm giác điều khiển mềm và êm hơn

- Nâng cao hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu nên giảm khí thải, thân thiện vớimôi trường

1.3 Tổng quan hộp số ly hợp kép (DCT)

1.3.1 Giới thiệu

Người đã sáng tạo ra hệ thống ly hợp kép là một kỹ sư ôtô người Pháp tên

là Adolphe Kegresse được biết đến nhiều nhất trong vai trò người đã phát triểnloại xe half-track (với bánh lốp đằng trước và bánh xích phía sau), giúp chiếc xe

có thể vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp Năm 1939, Kegresse đã có những ýtưởng đầu tiên về hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép Nhưng không may là tìnhhình tài chính bất lợi đã ngăn cản kế hoạch phát triển xa hơn của dự án này[10]

Đến đầu những năm 80 khi hệ thống điều khiển điện tử phát triển, máytính đã tham gia vào quá trình chuyển số và DCT đã có điều kiện thuận lợi đểphát triển xa hơn và Porsche đã đặt những nền tảng đầu tiên của mình trong việcnghiên cứu và phát triển hệ thống ly hợp kép Năm 1982, những mẫu xe đuađược trang bị hệ thống ly hợp kép của Porsche đã giành được nhiều thành côngtrong các giải đua xe thế giới

Tuy nhiên hệ thống ly hợp kép chỉ được hạn chế lắp đặt trong các mẫu xeđua và hệ thống này chỉ được thương mại hóa khi Volkswagen là hang tiênphong trong việc sản xuất đại trà hộp số ly hợp kép Hiện nay những chiếc xetrang bị công nghệ DCT được bán chủ yếu ở thị trường Châu Âu với các hangsản xuất lớn như: Volkswagen, Audi, Porsche…

Trong loại HTTL này, hộp số được thiết kế đặc biệt và gắn với bộ ly hợpkép nhằm khắc phục nhược điểm cố hữu của HTTL cơ khí truyền thống là hiệntượng ngắt dòng công suất trong quá trình chuyển số

Về nguyên lý cấu tạo, hộp số với ly hợp kép được thiết kế từ ý tưởng ghép

2 hộp số với 2 ly hợp C1 và C2 hoàn toàn độc lập với nhau như trên hình 1.7a.Một hộp số có các cấp số lẻ 1, 3, 5, …, hộp số còn lại có các số chẵn 2, 4, 6, …

a) Nguyên lý b) Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý của hộp số với ly hợp kép [10]

Tuy nhiên, nếu thiết kế hộp số theo nguyên tắc trên thì kết cấu sẽ cồngkềnh, hộp số chiếm nhiều không gian, nên trong thực tế người ta ghép 2 hộp sốtrong một khối chung bằng cách sử dụng 2 trục lồng vào nhau như trên hình1.7b

Hộp số trên hình 1.7b gồm có 6 cấp: 3 số lẻ (1, 3, 5) được điều khiển bởi

ly hợp 1, còn các số chẵn 2, 4, 6 được điều khiển bởi ly hợp 2 Hộp số ly hợp,quá trình chuyển số xảy ra liên tục, không gây ngắt dòng công suất như trong cáchộp số cơ khí thường (chỉ có một ly hợp)

Bộ phận chính trong hộp số ly hợp kép chính là bộ ly hợp kép Các ly hợpnày có thể là loại ma sát khô hoặc ma sát ướt Ly hợp ma sát ướt thường sử dụng

hệ thống thủy lực để điều khiển đóng mở và đồng thời làm mát các đĩa ma sát.Nhờ có cơ chế làm mát nên ly hợp ma sát ướt có khả năng truyền mô men lớnhơn so với ly hợp ma sát khô Vì vậy, người ta thường sử dụng ly hợp ma sát khôcho các ô tô loại nhỏ, còn đối với các loại ô tô lớn thì phải sử dụng ly hợp ma sátướt

góc độ tính năng kết cấu hay là chế tạo sản xuất và điều khiển thao tác thì yêucầu đối với ly hợp kép trong hệ thống truyền lực có DCT đều rất cao.

Theo loại ly hợp được sử dụng

Hiện nay, ly hợp trên DCT thường sử dụng 2 dạng là ly hợp 1 đĩa dạngkhô và ly hợp nhiều đĩa dạng ướt

a Hộp số sử dụng ly hợp ma sát khô

Hệ thống ly hợp kép ma sát khô (hình 1.8) được đánh giá có hiệu suất caohơn và có tính điều khiển tốt hơn Hơn nữa ly hợp kép khô có thể được điềukhiển bằng điện nên có công suất cao hơn, không đòi hỏi phải bảo dưỡng nhiều,thân thiện với môi trường

Hình 1.9 Hộp số DCT ma sát ướt có 2 ly hợp lồng nhau

+ Hai ly hợp đặt song song với nhau:

Hình 1.10 Hộp số DCT ma sát ướt có 2 ly hợp song song Theo số trục sơ cấp của hộp số

a Hộp số sử dụng 2 trục thứ cấp

Hình 1.11 Hộp số DCT sử dụng 2 trục thứ cấp

b Hộp số sử dụng 1 trục thứ cấp:

Ưu điểm:

Hình 1.12 Hộp số DCT sử dụng 1 trục thứ cấp

- Giúp cho người lái cảm thấy thuận tiện, thoải mái khi lái xe

- Đường truyền công suất từ động cơ xuống hộp số gần như không bị ngắt quãng khi chuyển số, do đó làm tăng tính tiết kiệm nhiên liệu

- Chuyển số nhẹ nhàng, êm dịu

Nhược điểm:

- Cấu tạo phức tạp

Theo sơ đồ và số cấp

đã giới thiệu DCT bảy cấp của mình với một mô-đun ly hợp kép khô từ LuK[24].

So với DQ250, DQ200 hộp số này có hiệu suất cao hơn nhưng mô-men xoắnthấp hơn DQ500 xuất hiện trên thị trường vào năm 2009[25] và là một hộp số

ly hợp kép bảy tốc độ với mô-đun ly hợp kép kiểu nhiểu đĩa ướt VW sử dụng

DCT này với sản lượng lớn hơn và cao hơn phương tiện Thành công của VWDCT đặt ra một

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

chuẩn mực về mặtcủa tốc độ thay đổi, hiệu suất thể thao và hiệu quả Thànhcông của VW DCT đặt ra một chuẩn mực về mặt của tốc độ thay đổi, hiệu suấtthể thao và hiệu quả Các nhà sản xuất xe hoặc truyền dẫn khác, chẳng hạn nhưGETRAG, Great Wall và Geely, đã bắt đầu phát triển riêng hộp số ly hợp kép củahãng Honda đã phát triển DCT tám tốc độ vào năm 2014 với một bộ biến mômen thủy lực siêu phẳng, việc áp dụng giúp xe khởi động mạnh mẽ và trơn tru.Ngoài ra, thay để thay thế mô-đun ly hợp kép tích hợp trong DCT thông thường,

bộ ly hợp kép được bố trí riêng biệt trên các trục song song để giảm quántính[26]

DCT chủ yếu được áp dụng cho xe dẫn động cầu trước FWD Để đạt đượctốc độ cao hơn, DCT phải có nhiều bộ truyền hành tinh Do đó, số cấp của DCThiện tại ít hơn số lượng AT

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước

Với những ưu điểm của ly hợp kép là ít bị tổn thất công suất và không bịngắt quãng khi chuyển số, tăng tính tiết kiệm nhiên liệu, chuyển số nhẹ nhàng

và êm dịu, giúp người lái có cảm giác thoải mái khi lái xe Vì vậy, các nhà nghiêncứu, thiết kế tập trung nghiên cứu để hoàn thiện, tối ưu và điều khiển để ngàycàng hoàn thiện trang bị cho các hãng xe sử dụng ly hợp kép trở nên phổ biến.Dưới đây là tóm tắt các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về lĩnh vựcnghiên cứu của luận văn

1.4.1 Các nghiên cứu trong nước

- Công trình của Nguyễn Lương Huy luận văn thạc sĩ kỹ thuật trường Đạihọc Nông Nghiệp Hà Nội, 2010 “Nghiên cứu đặc tính động lực học quá trìnhchuyển số của ô tô có hộp số tự động AT” Trong luận văn tác giả đưa ra mộtphương pháp xây dựng đường đặc tính động lực học của quá trình sang số của

ô tô có hộp số tự động AT bằng phần mềm Matlab-simulink, kết quả khảo sát lý

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

thuyết cơ bản phù hợp với quy luật của các xe có hệ thống truyền lực tự động.[1]

- Công trình của Chu Thành Khải luận văn thạc sĩ trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2015 “Nghiên cứu động học và động lực học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

hộp số tự động- mô phỏng hộp số” Tác giả nghiên cứu và sử dụng matlab môphỏng đưa ra kết quả về mối quan hệ động học và động lực học của bộ truyềnbánh tinh trong hộp số tự động,[2]

- Công trình của Vũ Anh Sơn luận văn thạc sĩ, 2010 “Nghiên cứu đặc tínhđộng lực học của ôtô với hệ thống truyền lực cơ khí và hệ thống truyền lựcthủy cơ” Tác giả sử dụng phần mềm matlab để tính toán và mô phỏng một sốthông số động lực học, nhân tố động lực học, gia tốc, tình trạng mặt đường, đặctính động cơ làm cơ sở so sánh sự phụ thuộc của ô tô có hộp số cơ khí khichuyển động với ô tô có hộp số thuỷ cơ khi chuyển động trong các trường hợpđược khảonghiệm.[3]

- Công trình của Phạm Trung Dũng luận văn thạc sĩ trường Đại học Giao

thông vận tải Hà Nội, 2014.trong luận văn cao học: “Nghiên cứu hệ thống truyền lực với ly hợp kép trên xe con”, tác giả dùng ứng dụng Matlab mô phỏng hệ

thống truyền lực ly hợp kép DCT trên xe con Phân tích ảnh hưởng của ly hợpkép đến động lực học, đưa ra tối ưu hóa quá trình khởi hành và chuyển số.[4]

- Tác giả Hồ Hữu Hải, Trần Văn Nghĩa Tuyển tập hội nghị quốc tế về kỹthuật ô tô 10/1999 đã trình bày nghiên cứu đặc tính động lực học của hệ thốngtruyền lực ô tô với sự trợ giúp của ALASKA.[5]

- Một số bài báo nghiên cứu về hệ thống truyền lực đăng trên các tạp chíchuyên ngành như tác giả Nguyễn Trọng Hoan tạp chí Công nghiệp số 6, 04-

2003 đã mô phỏng và tính toán tải trọng cực đại tác dụng lên hệ thốngtruyền lực ô

tô.[6]

Công trình của Khiếu Hữu Hùng trong luận văn cao học trường Đại học

Bách khoa Hà Nội, 2005 Trong luận văn: "Khảo sát dao động xoắn của trục khuỷu động cơ và ảnh hưởng của nó đến hệ thống truyền lực ôtô",tác giả đã

nghiên cứu dao động xoắn cưỡng bức của trục khuỷu động cơ và xét ảnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

hưởng của nó đến hệ thống truyền lực Trong đó tác giả đã xây dựng mô hìnhcủa hệ thống truyền lực gồm 5 khối lượng chỉ đặc trưng bởi một thông số là mômen quán tính và tác giả đã coi cụm hộp số, cụm cầu xe, cụm ly hợp là cáccụm chỉ là 1 khối

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

lượng, nhưng trong thực tế, các cụm đó bao gồm nhiều chi tiết, các chi tiết ấy

có những đặc tính riêng ảnh hưởng đến sự làm việc chung của hệ thống truyềnlực.[8] Trong các tài liệu[10] các tác giả đã trình bày một số nghiên cứu về chế

độtải trọng trong hệ thống truyền lực nói chung và phân tích kết cấu của các hộp số

tự động, hộp số ly hợp kép

Ngoài ra, còn có một số các công trình khác Trần Văn Như và một số tácgiả khác[12,13] nghiên cứu về xây dựng các mô hình mô phỏng động lực học hệthống truyền lực kiểu CVT

1.4.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Năm 1940 giáo sư Rudolph Franke, trường đại học Darmstadt là ngườiđầu tiên đăng ký sở hữu trí tuệ về hộp số DCT Cuối thập niên 90, đầu thế kỷ 20,công ty BorgWarner kết hợp với một hãng xe của Trung quốc đã lần đầu tiênhợp tác sản xuất hàng loạt hộp sô DCT cho các dạng xe phổ biến.[9]

Năm 2002, Thomas C.Bowen, người mỹ phát minh ra một loại ly hợp kép

có trục trung gian trên hộp số tự động Năm 2005, Andres Hegerath vàBergheim đã phát minh ra một loại ly hợp kép loại ướt dạng trục song song.Năm 2006, gần

10 xe Audi A3, Audi TT của một công ty ô tô Đức đã lắp đặt hộp số DCT

Nhóm tác giả Chunsheng Ni, Tongli Lu, Jianwu Zhang năm 2009 trong bài

báo ‘’Gearshift control for dry dual-clutch transmissions’’ trên tạp chí WSEAS Transactions on Systems, 8(11), 1177-1186 Tác giả mô phỏng tổng thể truyền

động ly hợp kép khô (DCT) khi xem xét các quy tắc tham gia ly hợp kép đểchuyển số dựa trên tốc độ động cơ và tốc độ ly hợp, và ước tính mô-men xoắn

ly hợp kép.[15]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

Các tác giả Marius-Valentin BAȚAUS, Nicolae VASILIU trong bài báo “Modelling of a dual clutch tranmission for real - time simulation” tạp chí

scientificbulletin.upb.ro U.P.B Sci Bull., Series D, ISSN 1454-2358 ,Vol 74, Iss.

2, 2012[16] đã mô phỏng trong thời gian thực hệ thống truyền lực với hộp số

tự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

động ly hợp kép đồng thời phát triển hệ thống điều khiển thủy lực ly hợp.Ngoài ra các tác giả E.Galvagno, M.Velardocchia, A Vigliani trong bài báo

“Dynamic and kinematic model of a dual clutch transmission” tạp chí

Mechanism and Machine Theory, Volume 46, Issue 6, June 2011[17] đã đưa ra

các phương trình toán học mô tả động học và động lực học hệ thống truyền lực

ly hợp kép DCT

Tác giả Lıu Fei trong luận văn cao học “Research and design structure ofDual clutch automatic transmission” Chongqing University, 2010 đã tính toánthiết kế kết cấu của ly hợp kép hệ thống truyền lực với hộp số tự động ly hợpkép.[18]

Các tác giả Zhu Lei, Zhu Hua Bing, He Chun Hua, Zhang Lei, Wang Shao Jietrong bài báo “ Transmission scheme and structural design of a new type of

DCT” tạp chí Journal of Hefei University of 20 technology, Vol.34 No.6, Jun 2011

đã đưa ra một loại phương án chuyền động của một mô hình DCT mới, quaphân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý dựa trên tham số xe cơ sở tiến hànhxác định tỷ số truyền động hợp lý và thiết kế kết cấu của hộp số tự động ly hợpkép.[19]

Bài báo ‘’Predicting the launch feel of automatic and dual clutch transmissions’’ In Proceedings of the 9th International MODELICA Conference; September 3-5; 2012; Munich; Germany (No 076, pp 295-302) Linköping University Electronic Press của nhóm tác giả Roberts, N., & Dempsey, M (2012,

November) mô tả hiệu quả nhiệt độ dầu khi khởi động xe trang bị ly hợp képướt đến trạng thái ổn định và chuyển đổi mô men xoắn động.[20]

Nhóm tác giả Goetz, M., Levesley, M C., & Crolla, D A (2003) Có bài

’’Dynamic modelling of a twin clutch transmission for controller design.

In Materials Science Forum (Vol 440, pp 253-260) Trans Tech Publications’’.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

Dùng mô hình động mô tả sự ảnh hưởng hệ số ma sát của ly hợp kép đến việcthiết kế bộ điều khiển sang số.[21]

1.5 Kết luận chương 1

Qua nghiên cứu chương 1 tác giả đưa ra một số kết luận như sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN h t t p : / / l r c t nu.edu v n

- Phân tích tổng quan về hệ thống truyền lực,

- Phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động, đánh giá ưu nhược điểm củacác hộp số trên ô tô, đặc biệt là hộp số cơ khí với ly hợp kép DCT mà tác giả đisâu nghiên cứu trong luận văn này

- Phân tích quá trình ra đời của hệ thống truyền lực ly hợp kép với nhữngkhó khăn, sự phát triển và thành tựu đạt được của các hãng xe sử dụng loại ly hợp kép

- Phân tích được các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước có liênquan, từ đó đưa ra điểm mới trong luận văn này

Các kết quả trong chương này là cơ sở lý thuyết cho vấn đề nghiên cứutrong chương tiếp theo