Mô phỏng hệ thống động lực ô tô với hộp số tự động

Mô phỏng hệ thống động lực ô tô với hộp số tự động Mô phỏng hệ thống động lực ô tô với hộp số tự động Mô phỏng hệ thống động lực ô tô với hộp số tự động luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ QUANG KHẢI

VỚI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành

KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

PGS.TS H Ồ HỮU HẢI

HÀ N ỘI – NĂM 2011

1

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của

Thầy giáo PGS - TS Hồ Hữu Hải Đề tài được thực hiện tại bộ môn Ô tô và xe chuyên

dụng - Viện Cơ khí Động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết

quả trình bày trong Luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011

TÁC GIẢ

Vũ Quang Khải

2

MỤC LỤC

1.1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận 12

a Bộ biến mô thủy lực 13

b Bộ bánh răng hành tinh 21

c Hệ thống điều khiển 26

1.2 Tình hình nghiên cứu điều khiển hộp số tự động: 29

Chương II: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN

LỰC CÓ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TRONG MATLAB SIMULINK

3

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

4

nR tuabin Vòng/phút Tốc độ tua bin

KR factor Nhân tố biểu thị khả năng truyền mô men của biến mô

5

MR tuabin Nm Mô men bánh tua bin

MR tc hopso Nm Mô men trục thứ cấp hộp số

6

7

8

Mở đầu

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, ô tô có vai trò vô cùng to lớn trong công cuộc xây dựng đất nước Nó là một trong những phương tiện được sử dụng phổ biến nhất trong mọi ngành, mọi lĩnh vực khác nhau Nước ta cùng với sự đi lên của nền kinh tế quốc dân thì ô tô là phương tiện không thể thiếu, đáp ứng nhu cầu đi lại của nhân dân

tiện nghi ngày càng khắt khe Hiện nay ô tô được trang bị hộp số tự động đã phát triển một cách rất mạnh mẽ Đặc điểm của loại xe được trang bị hộp số tự động là giúp người lái giảm bớt thao tác, xe chuyển số êm dịu Do đó việc lắp đặt hộp số tự động thay thế hộp số cơ khí trên xe này là một điều hết sức cần thiết, nó có ý nghĩa to lớn về tính năng, tính kinh tế và sự tiện nghi

huyết khi hướng dẫn em hoàn thành Luận văn này Đồng thời em bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo trong bộ môn ô tô và các đồng nghiệp đóng góp những ý kiến hết sức quý báu để xây dựng Luận văn

Dù đã rất cẩn thận khi thực hiện Luận văn này, nhưng với trình độ, kinh nghiệm thực tế và điều kiện nghiên cưu còn hạn chế nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót vì vậy em rất mong có sự góp ý của các thầy để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Học viên thực hiện

Vũ Quang Khải

a Hiệu số truyền thấp do mất công suất khi phải truyền qua các cặp bánh răng

b Làm việc có tiếng ồn do các cặp bánh răng an khớp với nhau

10

đối diện với nhau Một dây đai chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón này Hai khối

hình nón này có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng

Khi hai khối hình nón tách xa nhau, dây đai ngập sâu vào trong rãnh và bán kính của dây đai quấn quanh puli sẽ giảm đi Khi hai khối hình nón này ở gần nhau, bán kính của dây đai tăng lên

Hình 1.2 Hộp số vô cấp

Hệ puli gồm một puli chủ động nối với trục quay của động cơ Puli thứ hai gọi

là puli bị động có chức năng truyền mô men đến trục dẫn động bánh xe Tỉ số giữa bán kính quay trên puli chủ động và bán kính quay của puli bị động xác lập nên “số” Khi một puli tăng bán kính và cái kia giảm bán kính để giữ cho dây đai luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ tạo ra vô số các tỉ số truyền, từ mức thấp nhất cho đến cao nhất

Ưu điểm của CVT là giảm những cú sốc khi chuyển số qua đó có thể tăng đáng

kể khả năng tiết kiệm nhiên liệu Tuy nhiên, dây đai của nó cũng có thể bị trượt và kéo giãn, làm giảm hiệu suất hoạt động Điểm yếu lớn nhất của CVT là không chịu được

CVT đã biến chúng trở thành lý tưởng cho xe máy Xe hybrid lắp CVT cũng đang phổ biến và hộp số này đang được sử dụng cho chiếc Toyota Prius danh tiếng

11

1.1 3 Hộp số tự động

1.1.3.1 Đặc điểm của hộp số tự động là:

Quá trình chuyển số được thực hiện tự động;

Mô men xoắn 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 ô tô

Tăng được khả năng động lực học của ô tô

Giảm được tải trọng động 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 thuỷ lực

Giảm được thao tác điều khiển ly hớp và hộp số, giảm cường độ lao động của người lái, tăng tính tiện nghi của ô tô

Tuy nhiên, hộp số tự động cũng có nhược điểm là kết cấu phức tạp, giá thành cao

Sự khác biệt chủ yếu giữa hộp số tự động và hộp số cơ khí là hộp số cơ khí thay đổi số truyền bằng tay thông qua người lái để các bánh răng ăn khớp với nhau để tạo nên giá trị tỉ số truyền khác nhau giữa trục sơ cấp (nối liền với động cơ) và trục thứ cấp (nối liền với trục truyền ra các cầu chủ động) Trong khi ở hộp số tự động thì khác hẳn,

bộ bánh răng hành tinh sẽ thực hiện tất cả những nhiệm vụ phức tạp đó

Hình 1.3 Hộp số tự động

- Một bộ truyền bánh răng hành tinh

- Một bộ phanh đai dùng để khoá các phần của bộ truyền bánh răng hành tinh

của bộ truyền

- Một hệ thống thuỷ lực để điều khiển các ly hợp và phanh đai

Bất cứ bộ truyền bánh răng hành tinh cơ sở nào cũng có ba phần chính:

- Bánh răng mặt trời (S);

- Các bánh răng hành tinh và giá bánh răng hành tinh (C);

Hộp số tự động trước kia thường có 4 số tiến và 1 số lùi tuy nhiên hiện nay đã

sử dụng hộp số 7 - 8 số tiến và 1 số lùi nhằm tăng tính năng động lực học và tiết kiệm nhiên liệu

1.1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận

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

- Bộ biến mô;

- Bộ bánh răng hành tinh;

- Bộ điều khiển thuỷ lực hoặc điện;

- Bộ truyền động bánh răng cuối cùng (Đối với loại hộp số tự động sử dụng trên

ô tô FF);

Các thanh điều khiển;

- Dầu hộp số tự động

13

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

a Bộ biến mô thuỷ lực

và được bắt bằng bulông vào trục sau của trục khuỷu thông qua tấm truyền động Bộ biến mô được đổ đầy bằng dầu hộp số tự động, nó làm tăng mô men do động cơ tạo ra

và truyền mô men này đến hộp số hoặc đóng vai trò như một khớp nối thuỷ lực truyền

mô men đến hộp số

động cơ Do không cần có một bánh đà nặng như vậy trên xe có hộp số thường, nên xe

có hộp số tự động sử dụng tấm truyền động có vành bên ngoài dạng vành răng dùng cho việc khởi động động cơ bằng mô tơ khởi động Khi tấm dẫn động quay với tốc độ cao cùng với biến mô thuỷ lực, trọng lượng của nó sẽ tạo nên sự cân bằng tốt nhằm ngăn chặn sự rung động khi quay với tốc độ cao

Các chức năng của bộ biến mô:

Tăng mô men do động cơ tạo ra;

Đóng vai trò như một ly hợp thuỷ lực để truyền hay không truyền mô men động

cơ đến hộp số;

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

Có tác dụng như một bánh đà để làm đều chuyển động quay của động cơ;

Dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thuỷ lực

Biến mô thuỷ lực gồm có 3 bộ phận cơ bản:

- Bánh bơm (B)

Bánh bơm gắn liền với vỏ biến mô, nó có rất nhiều cánh biên dạng cong được bố trí theo hướng kính ở bên trong Vành dẫn hướng được bố trí trên cạnh trong của bánh bơm để dẫn hướng cho dòng chảy của dầu Vỏ của biến mô được nối với trục khuỷu động cơ qua tấm dẫn động

- Stato và khớp một chiều (Bánh phản ứng - P)

Stato được đặt giữa bánh bơm và bánh tuabin Nó được lắp trên trục stato, và trục này được lắp cố định vào vỏ hộp số qua khớp một chiều Các cánh dẫn của stato nhận dòng dầu khi nó đi ra khỏi rôto tuabin và hướng nó đập vào mặt sau của cánh dẫn trên bánh bơm làm cho bánh bơm được cường hoá

nhiên nếu stato có xu hướng quay theo chiều ngược lại, khớp một chiều sẽ khoá stato

15

lại không cho nó quay Do vậy stato quay hay bị khoá phụ thuộc vào hướng của dòng dầu đập vào cánh dẫn của nó

Nguyên lý làm việc của biến mô:

*Sự truyền mô men (Hình 1.5)

Khi tốc độ của bơm tăng thì lực li tâm làm cho dầu bắt đầu chảy từ tâm bánh bơm ra phía ngoài Khi tốc độ bánh bơm tăng lên nữa thì dầu sẽ bị ép văng ra khỏi bánh bơm Dầu va vào cánh của bánh tua bin làm cho bánh tua bin bắt đầu quay cùng chiều với bánh bơm Dầu chảy vào trong dọc theo cánh của bánh tua bin Khi nó chui được vào bên trong bánh tua bin thì mặt cong trong của cánh sẽ đổi hướng dầu ngược lại về phía bánh bơm và chu kỳ lại bắt đầu từ đầu

Việc truyền mô men được thực hiện nờ sự tuần hoàn dầu qua bánh bơm và tua bin

Hình 1.5 Sự truyền mô men của biến mô

16

*Khuyếch đại mô men (Hình 1.6)

Việc khuyếch đại mô men được biến mô thực hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng lượng sau khi đã đi qua bánh tua bin trở về bánh bơm qua cánh của stato

bổ sung dầu quay về từ bánh tua bin Có thể nói rằng bánh bơm khuyếch đại mô men ban đầu để dẫn động bánh tua bin

Hình 1.6 Khuyếch đại mô men của biến mô

*Tính năng của biến mô (Hình 1.7)

Độ khuyếch đại mô men do bộ biến mô sẽ tăng theo tỉ lệ với dòng xoáy Có nghĩa là mô men sẽ trở thành cực đại khi bánh tua bin dừng

Hoạt động của biến mô được chia thành hai dải hoạt động:

- Dải biến mô, trong đó có sự khuyếch đại mô men

- Dải khớp nối, trong đó chỉ thuần túy diễn ra việc truyền mô men và sự khuyếch đại mô men không xảy ra

17

Điểm ly hợp là dường phân chia giữa hai phạm vi đó Hiệu suất truyền động của biến mô cho thấy năng lượng truyền cho bánh bơm được truyền tới bánh tua bin với hiệu quả ra sao

Năng lượng ở đây là công suất của bản thân động cơ, tỉ lệ với tốc độ động cơ và

mô men động cơ Do mo men được truyền với tỉ số gần 1:1 trong khớp thủy lực nên hiệu suất truyền động trong dải khớp nối sẽ tăng tuyến tính và tỉ lệ với tỉ số tốc độ

Tuy nhiên, hiệu suất truyền động của bộ biến mô không đạt được 100% và thường đạt khoảng 95% Sự tổn hao năng lượng là do nhiệt sinh ra trong dầu và do ma sát Khi dầu tuần hoàn nó được bộ làm mát dầu làm mát

Hình 1.7 Tỷ số truyền mô men và hiệu suất truyền

*Điểm dừng và điểm ly hợp (Hình 1.8)

- Điểm dừng: Điểm dừng chỉ tình trạng mà ở đó bánh tua bin không hoạt động

Sự chênh lệch về tốc độ quay giữa bánh bơm và bánh tua bin là lớn nhất Tỉ số truyền của biến mô lớn nhất tại điểm dừng (thường trong phạm vi 1,7 đến 2,5) Hiệu suất truyền động bằng 0

mô sẽ hoạt động như một khớp nối thuỷ lực để ngăn không cho tỉ số truyền mô men tụt xuống dưới 1

Hình 1.8 Điểm dừng và điểm ly hợp

*Hoạt động

Dưới đây là mô tả chung về hoạt động của biến mô khi cần số được chuyển vào

“D”, “2”, “L” hoặc “R”

- Động cơ chạy không tải, xe dừng (Hình 1.9)

Khi động cơ chạy không tải thì mô men do động cơ sinh ra là nhỏ nhất Nếu gài phanh (phanh tay và/hoặc phanh chân) thì tải trên bánh tua bin rất lớn vì nó không thể quay được Tuy nhiên, do xe bị dừng nên tỉ số truyền tốc độ của bánh tua bin so với

Khi nhả các phanh thì bánh tuabin có thể quay cùng với trục sơ cấp của hộp số

Do đó, bánh tuabin quay với một mô men lớn hơn mô men do động cơ sinh ra khi đạp bàn đạp ga Như vậy xe bắt đầu chuyển động

Hình 1.10 Hoạt động của biến mô khi xe bắt đầu chuyển động

- Xe chạy với tốc độ thấp (Hình 1.11)

20

Khi tốc độ xe tăng lên, thì tốc độ quay của bánh tua bin sẽ nhanh chóng tiến gần tới tốc độ quay của bánh bơm Vì vậy, tỉ số truyền mô men nhanh chóng tiến gần tới 1.0 Khi tỉ số truyền tốc độ giữa bánh tua bin và bánh bơm đạt tới điểm li hợp thì stato bắt đầu quay và sự khuyếch đại mô men giảm xuống Nói cách khác,

bộ biến mô bắt đầu hoạt động như một khớp nối thuỷ lực Do đó, tốc độ xe tăng gần như theo tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ

Hình 1.11 Hoạt động của biến mô khi xe chạy tốc độ thấp

- Xe chạy với tốc độ cao (Hình 1.22)

Hình 1.12 Hoạt động của biến mô khi xe chạy tốc độ cao

21

Bộ biến mô chỉ hoạt động như một khớp nối thuỷ lực Bánh tua bin quay

ở tốc độ gần đúng tốc độ của bánh bơm

b Bộ bánh răng hành tinh

Bộ bánh răng hành tinh được đặt trong vỏ hộp số Nó có thể thay đổi tốc độ đầu

ra hoặc chiều quay của hộp số, sau đó truyền chuyển động này đến bộ truyền động cuối cùng

Hình 1.13 Cấu tạo bộ truyền hành tinh

22

đầu, ly hợp và phanh hãm dẫn động bằng áp suất thuỷ lực để điều khiển hoạt động của

bộ bánh răng hành tinh, các trục để truyền công suất động cơ và để bôi trơn các vòng bi giúp cho tuyền động quay được êm dịu

răng hành tinh và bánh răng mặt trời và cần dẫn Cần dẫn nối với trục trung tâm của mỗi bánh răng hành tinh và làm cho các bánh răng hành tinh xoay chung quanh Với bộ các bánh răng nối với nhau kiểu này thì các bánh răng hành tinh giống như các hành tinh quay xung quanh mặt trời, và do đó chúng được gọi là các bánh răng hành tinh Thông thường nhiều bánh răng hành tinh được phối hợp với nhau trong bộ truyền bánh

răng hành tinh

Cấu tạo của HSHT trên ô tô 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

* Nguyên lý vận hành

Bằng cách thay đổi vị trí đầu vào, đầu ra, phần và các phần tử cố định có thể

giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc Các nét chính của các hoạt động đó được

diễn giải dưới đây

*CCHT ki ểu 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 M đặt trên một trục quay một bánh răng ngoại luân có vành răng ngoài N dặt trên một trục quay khác cùng đường tâm với trục của M các bánh răng hành tinh H nằm giũa M và N và đồng thời ăn khớp với M và N trục của

đường tâm trục của M và N trục của G là trục thứ ba của cơ cấu hành tinh

Cơ cấu hành tinh có ba phần tử M,N,G bánh răng hành tinh H được coi là khâu

23

liên kết giữa M và N 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 hai khả 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 và bị động do đó để đáp ứng số lượng số truyền cần thiết từ

*C ơ cấu hành tinh kiểu Simson

cứng với nhau

Hình 1 15 Cơ cấu hành tinh kiểu Simson

24

* CCHT kiểu Ravigneaux

Cơ cấu hành tinh Ravigneaux chia ra hai dạng bố trí

Phương án A: CCHT kiểu ravigeaux cho ba số tiến 1,2,3 và một số lùi R

Phương án B: CCHT kiểu ravigeaux cho bốn số tiến 1,2,3,4 (số 4 là số truyền tăng )

Hình 1.16 Sơ đồ cấu tạo CCHT kiểu ravigeaux

Hình vẽ nguyên lý làm việc của cả hai phương án

25

thường bố trí 2 hoặc 3 bộ truyền hành tinh

26

c Hệ thống điều khiển

Trong HSTĐ sự chuyển số được quyết định bởi trạng thái tải của động cơ cùng với tốc độ chuyển động của ô tô và sự đặt trước ngưỡng tay số của người lái (để đảm bảo điều khiển của người lái với ô tô)

ECU động cơ & ECT thực hiện được các điều khiển sau đây: Điều khiển thời điểm chuyển số; Điều khiển khóa biến mô; Điều khiển khóa biến mô linh hoạt; Các điều khiển khác

* Điều khiển thời điểm chuyển số

ECU động cơ & ECT đó lập trình vào trong bộ nhớ của nó về phương thức chuyển số tối ưu cho một vị trí cần số và mỗi chế độ lái Trên cơ sở phương thức chuyển số, ECU sẽ Bật hoặc tắt các van điện từ theo tín hiệu tốc độ xe từ cảm biến tốc

độ xe, tín hiệu góc mở bướm ga từ cảm biến vị trí bướm ga và các tín hiệu khác của

đúng các đường dẫn dầu vào các li hợp và phanh, cho phép hộp số chuyển số lên hoặc

xuống Khi xe đang chạy, bạn có thể đánh giá được là hộp số tự động có hỏng hóc hay không bằng việc theo dõi sự phù hợp của các điểm chuyển số với sơ đồ chuyển số tự động

Hình 1.18 Điều khiển thời điểm chuyển số

27

Quan hệ giữa tốc độ xe và số của hộp số thay đổi theo góc mở của bàn đạp chân ga thậm chí trong cùng một số tốc độ của xe Khi lái, trong khi vẫn giữ độ mở của bàn đạp ga không đổi, tốc độ xe tăng lên và hộp số được chuyển lên số trên

Khi bàn đạp ga được nhả ra ở điểm A trong hình 1.29 và độ mở bàn đạp ga đạt điểm B, thì hộp số sẽ chuyển từ số 3 lên số O/D Ngược lại, nếu tiếp tục đạp ga ở điểm

A và độ mở của bàn đạp ga đạt điểm C, thì hộp số sẽ chuyển từ số 3 về số 2

Sự điều khiển thời điểm chuyển số khác nhau tuỳ theo chế độ của công tắc chọn phương thức lái ECU xác định phương thức áp dụng và điều khiển thời điểm chuyển

số Đối với chế độ tăng tốc, điểm chuyển số và điểm khóa biến mô được đặt ở một tốc

độ động cơ cao hơn so với chế độ bình thường, nó cho phép lái xe thể thao với tốc độ động cơ cao hơn

Hình 1.19 Quan hệ giữa tốc độ xe và số của hộp số

28

Điều khiển chuyển số: Việc điều khiển chuyển số do hệ thống điều khiển thủy lực đảm nhiệm Hệ thống điều khiển thuỷ lực bao gồm các te dầu có tác dụng như một bình chứa dầu, bơm dầu để tạo ra áp suất thuỷ lực, các loại với các chức năng khác nhau, các khoang và ống dẫn dầu để đưa dầu hộp số đến các ly hợp, phanh và các bộ phận khác của hệ thống điều khiển thuỷ lực Phần lớn các van của hệ thống thuỷ lực được đặt vào trong bộ thân van nằm bên dưới các bánh răng hành tinh Chức năng của

hệ thống điều khiển thuỷ lực như sau:

- Cung cấp dầu thuỷ lực đến bộ biến mô;

- Điều chỉnh áp suất thuỷ lực do bơm dầu tạo ra;

- Cung cấp áp suất thuỷ lực đến các ly hợp và phanh để điều khiển hoạt động của bánh răng hành tinh;

- Bôi trơn các chi tiết chuyển động quay bằng dầu;

- Làm mát biến mô và hộp số bằng dầu

* Điều khiển khoá biến mô

hành li hợp khoá biến mô cho từng chế độ lái Trên cơ sở phương thức khoá biến mô này ECU sẽ bật hoặc tắt van điện từ tuỳ thuộc vào các tín hiệu tốc độ xe và các tín hiệu

mở bướm ga ECU sẽ bật van điện từ để vận hành hệ thống khoá biến mô nếu 3 điều điện sau đây đồng thời tồn tại

Xe đang chạy ở số 2 hoặc số 3 hoặc ở số O/D (dãy D)

lớn hơn trị số quy định

ECU không nhận được tín hiệu huỷ hệ thống khóa biến mô

ECU điều khiển thời điểm khóa biến mô nhằm giảm chấn trong khi chuyển số

Nếu hộp số chuyển số lên hoặc xuống trong khi hệ thống khóa biến mô đang hoạt động thì ECU sẽ hủy tác động của hệ thống khóa biến mô Điều này giúp cho việc giảm chấn khi chuyển số Sau khi việc chuyển số lên hoặc xuống được hoàn tất thì ECU sẽ thôi

29

kích hoạt hệ thống khóa Tuy nhiên, ECU sẽ buộc phải huỷ sự khóa biến mô trong các điều kiện sau: Công tắc đèn phanh chuyển sang ON (trong khi phanh); các tiếp điểm IDL của cảm biến vị trí bướm ga đóng Nhiệt độ nước làm mát thấp hơn một nhiệt độ

nhất định

Tốc độ xe tụt xuống khoảng 10 km/h hoặc thấp hơn so với tốc độ đó định trong khi hệ thống điều khiển chạy xe tự động vẫn đang hoạt động

1.2 Tình hình nghiên cứu điều khiển hộp số tự động:

Về nội dung đề tài này, Luận án Tiến sĩ của tác giả Đoàn Văn Thu nghiên cứu

hệ thống truyền lực của liên hợp máy cày ngầm trong Lâm nghiệp có sử dụng hộp số tự động Tuy nhiên, ở đề tài đó không xác định ngưỡng chuyển số mà chỉ đề xuất bộ điều khiển hộp số cho biến mô làm việc ở vùng có hiệu suất tương đối cao Trong Luận án

đó tác giả coi rằng: động cơ đốt trong chỉ làm việc ở một điểm duy nhất trong suốt quá trình liên hợp máy làm việc

Như vậy, Luận văn đó mới chỉ quan tâm đến điểm làm việc của động cơ mà chưa quan tâm đến vùng làm việc của biến mô

Đề tài này được kế thừa từ Đồ án tốt nghiệp ‘‘Thiết kế tính toán hộp số tự động

và mô phỏng truyền lực ô tô con’’ của 2 sinh viên Trần Văn Hinh và Trần Thế Hiền

Đồ án đã đưa ra được những đánh giá về tính năng và phạm vi sử dụng của các loại hộp số tự động, hoàn thành phương án thiết kế hộp số tự động cho ô tô 5 chỗ, xây dựng được mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực và khảo sát ảnh hưởng của ngưỡng chuyển số đến mức tiêu thụ nhiên liệu và khả năng tăng tốc của xe

Khi ô tô chuyển động tính kinh tế nhiên liệu của nó phụ thuộc vào tính kinh tế nhiên liệu của động cơ đặt trên ô tô và tiêu hao công suất để khắc phục lực cản chuyển động Như vậy khi xe chạy trên các điều kiện cản giống nhau thì lượng tiêu thụ nhiên liệu phụ thuộc vào vùng làm việc của động cơ (với giả thiết hiệu suất hệ thống truyền lực là 1) Xem xét một ví dụ sau:

30

Hình 1.20 Đặc tính ngoài của động cơ

Khi xe cần công suất A của động cơ phát ra để cân bằng với các công suất cản

thì động cơ có thể hoạt động tai các điểm nằm trên đường cong có công suất là A

Tương ứng với mỗi điểm là mỗi vùng mà động cơ có suất tiêu hao nhiên liệu ge khác

nhau Như vậy ứng với mỗi vùng mà động cơ hoạt động thì lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ

khác nhau (ở đây giả thiết hiệu suất của hệ thống truyền lực là 1) Sự thay đổi thời

điểm chuyển số sẽ làm thay đổi vùng làm việc của động cơ do đó sẽ ảnh hưởng đến

lượng nhiên liệu tiêu thụ Đồng thời việc thay đổi thời điểm chuyển số sẽ ảnh hưởng

đến thời gian xe hoạt động ở các tỉ số truyền khác nhau của hệ thống truyền lực, do đó

làm thay đổi mô men động cơ truyền đến bánh xe làm ảnh hưởng đến khả năng tăng

tốc của xe

*Sự phối hợp của biến mô với động cơ đốt trong

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 MR 1 Rtheo số vòng quay của nó:

31

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

MR 1 Rthì phải xác định được các giá trị λR 1 R Từ đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến

mô ứng với mỗi giá trị của tỉ số truyền iR bm Rta sẽ xác định được hệ số biến đổi mômen

λR 1 R Với những giá trị của λR 1 R này ta tính được trị số mômen ứng với những giá trị khác nhau của số vòng quay của trục biến mô (nR 1 R = nR e R)

Thay các giá trị vào công thức (1.2) ta có :

600 vg/ph Thay các giá trị trên vào công thức (1.3) ta được các giá trị trong bảng :

32

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Hình 1.21 Đồ thị đặc tính trên trục vào của biến mô

Nhận xét : Từ đồ thị ta thấy ứng với từng giá trị của ở MR 1 Rtheo tỷ số truyền iR bm R ta xác định tập hợp đường MR 1 R Khi vẽ đồ thị đặc tính trên trục vào của biến mô MR 1 Rvà đồ thị đặc tính ngoài động cơ MR e R cùng một tỷ lệ thì các giao điểm của đương MR 1 Rvà MR e R là các giao điểm A(n*

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 iR bm R=0 - 0.91

33

Tuy nhiên với biến mô thuỷ lực đặt trên ôtô thì vùng làm việc thường xuyên của biến mô là vùng có hiệu suất là vùng có hiệu suất từ η = 80% cho đến ηR max R

Qua đồ thị MR 1 Rtrên ta thấy tập hợp các điểm AR i Rlà điểm làm việc đồng bộ của động

cơ và biến mô thuỷ lực Các điểm làm việc đồng bộ giữa động cơ và biến mô của biến

mô ta đã chọn phần nào đó đã thoả mãn các yếu tố : Công suất, mômen, tính kinh tế nhiên liệu Nhưng do đặc điểm của xe ta thiết kế nên trong đồ án này điểm làm việc đồng bộ tại trị số η = 80% đến η = 91% thì điểm A tưong ứng với điểm thiên về mômen khi đó sẽ tận dụng được lực kéo

Trên cơ sở đó, đề tài của tôi nghiên cứu mô phỏng thêm một số trường hợp để thấy rõ hơn về quy luật ảnh hưởng của các thông số thiết kế của hộp số tự động đến tính năng động lực học và suất tiêu thụ nhiên liệu của ô tô

Với đề tài này vấn đề nghiên cứu là: Thiết lập mô hình mô phỏng của hệ thống,

mô phỏng và khảo sát ảnh hưởng các thông số thiết kế của hộp số tự động đến tính năng động lực học và suất tiêu thụ nhiên liệu của ô tô

Mục đích của đề tài là: Mô hình mô phỏng hộp số tự động và toàn bộ hệ thống động lực, quy luật ảnh hưởng của các thông số thiết kế của hộp số tự động đến tính năng động lực học và suất tiêu thụ nhiên liệu của ô tô

Vì thời gian có hạn và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế (không có điều kiện

thực nghiệm) nên phương pháp nghiên cứu đề tài mới dừng ở mức là mô hình hóa mô

phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink

34

Chương II: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CÓ HỘP SỐ

TỰ ĐỘNG TRONG MATLAB SIMULINK

2.1 Giới thiệu Matlab_Simulink

Matlab là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty Mathworks Matlab cho phép tính toán số với ma trận, xây dựng các đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện các chương trình đồng thời còn có tính tương thích với các chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác Với các tính năng trên Matlab cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật đặc biệt là trong thư viện Simulink

xây dựng cho các ứng dụng của các kỹ sư thiết kế Tuy nhiên với các tính năng ưu việt

nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Cho đến nay đã có hơn 7 phiên bản Matlab được phát hành Năm 2004 công ty Mathworks cho biết đã có hơn một triệu người ở các nền công nghiệp và các trường đại học khác nhau sử dụng Matlab

Simulink là một thư viện của Matlab là một công cụ mạnh cho xây dựng mô hình ,mô phỏng và phân tích các hệ động lực phức tạp Được xây dựng từ rất nhiều thư viện nhỏ có chứa nhiều khối tương ứng với các hàm truyền hay mô tả tín hiệu Simulink có tính liên kết cao với các phần còn lại của Matlab đồng thời có thể thay đổi hiệu, chỉnh các phần tử của Simulink từ Matlab Với các tính năng trên Simulink có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật đặc biệt là cho lý thuyết điều khiển và các quá trình xử

lý tín hiệu số Hiện nay Simulink có xu hướng tích hợp thêm nhiều các ứng dụng dựa trên sự tương thích với các chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình khác như Chính

sự mềm dẻo và hiệu quả trong việc sử dụng code mã khiến Simulink có ứng dụng rộng rãi và là công cụ phổ biến cho các hệ nhúng

Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải có kiến thức cơ bản về điều khiển, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm của lý thuyết điều khiển và từ

đó thành lập nên mô hình của bài toán Để mô hình hoá, Simulink cung cấp một giao