GIỚI THIỆU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG U340E VÀ PHẦN MỀM MATLAB
Giới thiệu hộp số tự động U340E
Hộp số U340E là hộp số tự động với bộ truyền động bánh răng hành tinh, điều khiển điện tử, có 4 cấp số, được lắp đặt trên xe TOYOTA VIOS 1.5G 2012.
Các thành phần chính của hộp số U340E:
Biến mô thủy lực: được bố trí ngay tiếp sau động cơ, nhận mô-men từ động cơ và truyền tới các trục của hộp số cơ khí
Bộ truyền động bánh răng hành tinh
Hệ thống điều khiển chuyển số: gồm các cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị trí bướm ga, các van điện từ
Mạch dầu của hộp số: điều khiển các phanh, khớp một chiều, ly hợp ma sát, cung cấp dầu cho biến mô
Khi xe hoạt động, động cơ truyền mô-men qua biến mô vào hộp số cơ khí, nơi tỷ số truyền được điều chỉnh tự động nhờ các bộ ly hợp, phanh và khớp một chiều Hộp số cơ khí kết nối với bộ truyền lực chính qua vi sai, giúp truyền lực tới các bánh xe chủ động.
2.1.1 Bộ truyền động bánh răng hành tinh Được cấu tạo từ các cơ cấu hành tinh cơ bản Cần dẫn của bộ truyền thứ nhất nối với
Bộ truyền thứ hai bao gồm 4 bánh răng bao, với cần dẫn được nối với bánh răng bao của bộ truyền thứ nhất Cơ cấu hành tinh cơ bản là cơ cấu 2 bậc tự do, trong đó bánh răng hành tinh kết hợp với bánh răng mặt trời và bánh răng bao, cho phép trục của bánh răng hành tinh quay Nhờ đó, từ một trục công suất vào, ta có hai trục công suất ra và có khả năng đảo chiều quay của trục ra.
1-bánh răng bao; 2-bánh răng hành tinh; 3-trục bánh răng hành tinh; 4: bánh răng mặt trời
Hộp số tự động hoạt động nhờ vào việc đóng mở các bộ phanh, bộ ly hợp và khớp một chiều, tạo ra các tổ hợp điều khiển Quá trình này thay đổi đường truyền công suất, cũng như các khâu chủ động và bị động, từ đó điều chỉnh tỷ số truyền và chiều quay của trục ra hộp số.
Sơ đồ bộ truyền động bánh răng hành tinh hộp số U340E
Các bộ ly hợp thủy lực gồm có C1, C2, C3 Ly hợp khóa biến mô Các cơ cấu phanh ký hiệu B1, B2, B3 Các khớp một chiều kí hiệu F1, F2
Hộp số tạo ra bốn cần dẫn trong dãy số tiến, trong đó số 3 là số truyền thẳng và số 4 là số truyền tăng Đối với dãy số lùi, hộp số chỉ có một tỷ số truyền Trục đầu ra của hộp số được xác định là cần dẫn trước.
Hình 2.2 Cơ cấu hành tinh cơ bản của hộp số
Hình 2.3 Bộ truyền động bánh răng hành tinh hộp số U340E
5 đầu vào (nối với bánh tua-bin) tùy theo từng vị trí gài số (tay số truyền) là có thể là trục bánh răng hành tinh trước, sau hoặc C2
Các bộ phận Chức năng
Ly hợp số tiến kết nối trục trung gian với bộ truyền HT và BR mặt trời của bộ truyền HT thứ nhất Ly hợp số truyền thẳng nối trục trung gian với cần dẫn bộ truyền HT thứ hai Ly hợp số lùi kết nối trục trung gian với BR mặt trời của bộ truyền HT thứ hai Phanh OD và số 2 khóa BR mặt trời của bộ truyền HT thứ hai.
B2 Phanh số 2 giữ BR mặt trời của bộ truyền HT thứ hai không quay ngược chiều kim đồng hồ B3 Phanh số 1 và số lùi khóa BR bao bộ truyền HT thứ nhất và dẫn bộ truyền HT thứ hai F1 Khớp 1 chiều số 1 giữ BR mặt trời của bộ truyền HT thứ hai không quay ngược chiều kim đồng hồ.
F2 Khớp 1 chiều số 2 Giữ BR bao bộ truyền HT thứ nhất và cần dẫn bộ truyền HT thứ hai không quay ngược chiều kim đồng hồ
Bánh răng hành tinh BR HT điều chỉnh tỉ số truyền thông qua việc mở và đóng ly hợp cũng như phanh, từ đó giúp tăng hoặc giảm tốc độ đầu ra.
C2 Ly hợp số truyền thẳng 3
Bảng 2.1 Chức năng các bộ ly hợp, phanh, khớp một chiều
Bảng 2.2 Đặc điểm thông số cơ cấu hành tinh hộp số U340E
B1 Phanh OD và số 2 Số đĩa 2
B3 Phanh số 1 và số lùi 4
Bộ bánh răng hành tinh phía trước
Số răng của bánh răng mặt trời 46
Số răng của bánh răng hành tinh 21
Số răng của bánh răng bao 85
Bộ bánh răng hành tinh phía sau
Số răng của bánh răng mặt trời 32
Số răng của bánh răng hành tinh 21
Số răng của bánh răng bao 75
Cần dẫn Số răng của bánh răng chủ động 52
Số răng của bánh răng bị động 53
Tỉ số truyền lực chính 4.045
Bộ biến mô được thiết kế tối ưu, mang lại hiệu suất truyền động vượt trội, đảm bảo khởi động êm ái, tăng tốc nhanh chóng và tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả Thêm vào đó, cơ chế khóa hoạt động giúp nâng cao tính ổn định và độ bền của sản phẩm.
7 bằng thủy lực giúp giảm tổn thất truyền tải điện do trượt ở tốc độ trung bình và cao được sử dụng
Tỉ số truyền bộ biến mô: 1.87 – 1
Bánh răng Ly hợp Phanh Khớp một chiều
Hình 2.4 Cấu tạo bộ biến mô
Số 1 (Dãy D, 3 hoặc 2): C1, F2 hoạt động
Số 2 (Dãy D hoặc 3): C1, B2, F1 hoạt động
Số 3 (Dãy D hoặc 3): C1, C2, B2 hoạt động
Số 4 - Số truyền tăng OD (Dãy D): C2, B1, B2 hoạt động
Số lùi (Vị trí R): C3, B3 hoạt động.
Giới thiệu Matlab Simulink, Simscape Driveline, Stateflow
MATLAB là ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ, tích hợp khả năng tính toán và hình ảnh hóa trong một môi trường thân thiện, cho phép người dùng trình bày vấn đề và giải pháp bằng ngôn ngữ toán học Ngôn ngữ này thường được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau trong khoa học và kỹ thuật.
Hình 2.10 Phần mềm MATLAB & SIMULINK
Dựng mô hình, giả lập, tạo nguyên mẫu
Phân tích, khám phám hình ảnh hóa dữ liệu
Đồ họa khoa học và kỹ thuật
Phát triển ứng dụng, có cả xây dựng giao diện đồ họa người dùng Graphic User Interface
MATLAB là một hệ thống tương tác cho phép xử lý dữ liệu dưới dạng mảng mà không cần chiều hướng, giúp giải quyết hiệu quả nhiều vấn đề tính toán, đặc biệt là liên quan đến ma trận và véc-tơ So với việc lập trình bằng các ngôn ngữ không tương tác như C hay Fortran, MATLAB mang lại tốc độ thực hiện nhanh chóng và tiết kiệm thời gian đáng kể.
MATLAB, viết tắt của Matrix Laboratory, được phát triển ban đầu để truy cập dễ dàng vào phần mềm ma trận từ các dự án LINPACK và EISPACK Qua thời gian, MATLAB đã tiến hóa và phục vụ cho nhiều người dùng, trở thành công cụ tiêu chuẩn trong giáo dục cho các khóa học toán học, kỹ thuật và khoa học từ cơ bản đến nâng cao Trong ngành công nghiệp, MATLAB được ưa chuộng cho nghiên cứu, phân tích và phát triển.
MATLAB cung cấp một bộ giải pháp ứng dụng được gọi là toolbox, rất quan trọng cho người dùng vì nó cho phép học và áp dụng công nghệ chuyên môn hóa Toolbox bao gồm các hàm MATLAB (M-file) mở rộng môi trường MATLAB, giúp giải quyết các vấn đề trong nhiều lĩnh vực như xử lý tín hiệu, hệ thống kiểm soát, mạng thần kinh, logic mờ, phép biến đổi wavelet và mô phỏng.
Simulink là một công cụ mở rộng của Matlab, được sử dụng để mô hình hóa, mô phỏng và phân tích các hệ thống động Phần mềm này thường được áp dụng trong thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống thông tin và nhiều ứng dụng mô phỏng khác.
Simulink, kết hợp giữa hai từ Simulation và Link, là công cụ mô phỏng mạnh mẽ Nó cho phép người dùng mô tả các hệ thống tuyến tính và phi tuyến, cũng như các mô hình trong miền thời gian liên tục, gián đoạn, hoặc cả hai.
Simulink cung cấp một giao diện đồ họa trực quan cho phép người dùng xây dựng và khảo sát mô hình thông qua thao tác "nhấn và kéo" chuột, khác biệt hoàn toàn so với các phần mềm trước đây yêu cầu nhập các phương trình bằng ngôn ngữ lập trình Là một phần mềm đồ họa định hướng sơ đồ khối, Simulink chuyên dùng để mô phỏng các hệ động lực, đồng thời tích hợp chặt chẽ với Matlab, sử dụng nhiều hàm của Matlab và cho phép trao đổi dữ liệu giữa hai môi trường này, nâng cao tính linh hoạt trong quá trình mô phỏng.
Simulink cho phép xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống giống như vẽ sơ đồ khối Nó cung cấp một thư viện khối đa dạng với nhiều chức năng khác nhau Để bắt đầu, người dùng cần khởi động Matlab, khởi tạo Simulink và mở thư viện khối, sau đó chọn các nhóm phù hợp Thư viện Simulink thường bao gồm 8 nhóm chính.
Nhóm Continuous và Discrete: chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc
Nhóm Function & table: chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab, khối nội suy và khối hàm truyền
Nhóm Math: chứa các khối thực thi các hàm toán học
Khối Nonlinear: chứa các khối phi tuyến
Nhóm Sinks & Systems: chứa các khối công cụ xử lý tín hiệu
Nhóm Sinks: chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả
Nhóm Source chứa các khối phát tín hiệu, cho phép người dùng dễ dàng sao chép khối từ thư viện vào cửa sổ mô hình bằng cách kéo thả Để sao chép một khối trong cửa sổ mô hình, người dùng chỉ cần ấn phím Ctrl và kéo chuột đến vị trí mong muốn, trong khi để xóa khối, chỉ cần chọn và nhấn phím Delete Quy trình thực hiện mô phỏng bao gồm các bước: xây dựng mô hình, xác lập giá trị các thông số, thiết lập điều kiện đầu, chọn phương thức xuất kết quả và điều khiển quá trình thực thi mô phỏng.
Simscape cho phép người dùng dễ dàng tạo mô hình hệ thống vật lý trong Simulink thông qua việc xây dựng các mô hình thành phần vật lý dựa trên kết nối tích hợp Người dùng có thể mô hình hóa các hệ thống như động cơ điện, chỉnh lưu cầu, bộ truyền động thủy lực và hệ thống lạnh bằng cách lắp ráp các thành phần cơ bản Các sản phẩm bổ sung của Simscape cung cấp thêm các thành phần phức tạp và khả năng phân tích Để truy cập thư viện Simscape, người dùng chỉ cần thực hiện một số bước đơn giản.
Hộp thoại Simulink Library Browser sẽ xuất hiện Kéo xuống chọn Simscape Ta sẽ có được thư viện chứa các khối như bên dưới:
Hình 2.12 Thư viện Simscape Hình 2.11 Hộp thoại thư viện Simscape
Thư viện khối Simscape chứa một lựa chọn toàn diện các khối đại diện cho các thành phần kỹ thuật như van, điện trở, lò xo bao gồm:
Foundation Library: chứa các khối nền tảng như cơ khí, thủy lực, các van
Utilities: chứa các khối tiện ích như khối kết nối, khối chuyển đổi tín hiệu
Driveline: chứa các khối quay cơ học và tịnh tiến như khối động cơ, phanh, ly hợp, bánh xe, cảm biến
Electronics; chứa các khối thiết bị điện như các khôi nguồn, các mạch tích hợp
Fluids: chứa các khối thủy lực như bộ chấp hành, các van điều khiển, bơm, motor
Multibody: chứa các khối như bánh răng, belts và cables
Power Systems: chứa các khối hệ thống năng lượng như
Thư viện Simscape bao gồm hai thư viện chính là Foundation và Utility Nếu bạn đã cài đặt các sản phẩm bổ trợ của Mô hình vật lý, các thư viện tương ứng sẽ xuất hiện trong Simscape Một số thư viện này còn chứa các thư viện con cấp hai và ba, và bạn có thể mở rộng chúng bằng cách nhấp đúp vào biểu tượng tương ứng.
Ta sử dụng nhiều về Simscape Driveline để mô phỏng nên sẽ tìm hiểu kỹ hơn về nó
Simscape Driveline: Là một phần trong thư viện Simscape
Simscape Driveline cung cấp thư viện thành phần cho việc mô hình hóa và mô phỏng các hệ thống cơ học quay và tịnh tiến, bao gồm mô hình bánh răng, động cơ, lốp xe, truyền động và bộ biến mô Các thành phần này cho phép người dùng mô hình hóa việc truyền năng lượng cơ học trong hệ thống truyền động của nhiều phương tiện như trực thăng, máy móc công nghiệp và ô tô Ngoài ra, người dùng có thể tích hợp các hệ thống điện, thủy lực, khí nén và các hệ thống vật lý khác vào mô hình thông qua các bộ phận từ Simscape.
Simscape Driveline cho phép phát triển các hệ thống điều khiển và kiểm tra hiệu năng cấp hệ thống thông qua việc tạo mô hình thành phần tùy chỉnh bằng ngôn ngữ Simscape dựa trên MATLAB Bạn có thể sử dụng các biến và biểu thức MATLAB để tham số hóa mô hình, đồng thời thiết kế hệ thống kiểm soát cho các hệ thống vật lý trong Simulink Ngoài ra, Simscape Driveline hỗ trợ tạo mã C để triển khai các mô hình đến các môi trường mô phỏng khác, bao gồm các hệ thống kiểm nghiệm phần cứng (HIL).
Thư viện Simscape Driveline bao gồm:
Brakes & Detents: chứa các khối phanh như phanh dải, phanh trống, đĩa, …
Clutches: chứa các khối ly hợp, ly hợp kép, khớp một chiều, bộ đồng tốc, …
Coupling: chứa các khối khớp nối như bộ biến mô, lò xo, giảm chấn, xích, …
Engines: chứa các khối động cơ, piston, …
Gears: chứa các khối ăn khớp với nhau bằng bánh răng như vi sai, cơ cấu hành tinh
Inertias & Loads: chứa các khôi quán tính
Sensors: chứa các khối cảm biến quay
Sources: chứa các khối nguồn có chức năng cung cấp đầu vào như moment, tốc độ quay, lực, …
Tires & Vehicles: chứa các khối bánh xe, thân xe
Transmission: chứa các khối hộp số như hộp số 4 cấp, 5 cấp, …
Các khối này bao gồm các thư viện con cấp hai và cấp ba, cho phép bạn mở rộng mỗi thư viện bằng cách nhấp đúp vào biểu tượng của nó Chẳng hạn, khi bạn kích đúp vào khối Clutches, một thư viện con khác sẽ xuất hiện, chứa các khối con liên quan.
Hình 2.14 Thư viện con Clutches Hình 2.13 Thư viện Simscape Driveline
Stateflow cung cấp ngôn ngữ đồ họa để mô tả các trạng thái và thuật toán lưu đồ Nó cho phép người dùng mô phỏng thuật toán MATLAB và phản ứng với tín hiệu đầu vào, điều kiện thời gian, cùng với các tín hiệu khác.
ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG U340E
Mô phỏng dòng truyền công suất của hộp số U340E
Mô phỏng diễn ra trong 30 giây với tín hiệu đầu vào cố định của trục sơ cấp là 1000 rpm Các bộ ly hợp và phanh được điều khiển qua bảng điều khiển, với mỗi tay số hoạt động trong vòng 5 giây Trong 20 giây đầu, quá trình lên số từ số 1 đến số 4 được thực hiện, sau đó xe sẽ chạy quán tính Đến giây thứ 28, lực phanh được tác động để dừng xe, từ đó thu được tốc độ quay của trục thứ cấp.
Mô phỏng trên bao gồm các khối:
Bảng điều khiển các bộ by hợp, bộ phanh (Clutch Control)
3.1.1 Mô hình hóa hộp số U340E trên Matlab Simulink
Thành phần cấu tạo của hộp số U340E
Hộp số U340E được cấu tạo từ hai bộ bánh răng hành tinh ở phía trước và phía sau, ba bộ ly hợp, ba bộ phanh, hai khớp một chiều và một trục sơ cấp.
Bộ bánh răng hành tinh trước kí hiệu là G1
Bộ bánh răng hành tinh sau kí hiệu là G2
Hình 3.4 Sơ đồ khối mô phỏng dòng truyền công suất hộp số U340E
Ba bộ ly hợp có kí hiệu lần lượt là C1, C2, C3
Ba bộ phanh có kí hiệu lần lượt là B1, B2, B3
Hai khớp môt chiều kí hiệu là F1, F2
Mô hình hóa hộp số U340E trong môi trường Simscape Driveline
Dùng để mô phỏng hai bộ bánh răng hành tinh G1, G2 Đường dẫn: Simulinks Library Browser/ Simscape/ Driveline/ Gears/ Planetary Gear
Chúng tôi sẽ thiết kế hai khối Planetary Gear cho bộ bánh răng hành tinh G1 và G2, với các chân được phân định rõ: chân C cho bánh cần dẫn, chân R cho bánh răng bao, và chân S cho bánh răng mặt trời Tỉ số giữa bánh răng bao và bánh răng mặt trời của bộ bánh răng hành tinh G1 là 85/46, trong khi tỉ số của bộ bánh răng hành tinh G2 là 75/32.
Khối Disk Friction Clutch là một mô hình ly hợp ma sát có khả năng điều khiển hoặc phanh, cho phép hoặc hạn chế truyền mô-men xoắn giữa đầu vào và trục đầu ra Mô hình này được sử dụng để mô phỏng các bộ ly hợp C1, C2, C3 và các bộ phanh B1, B2, B3 Đường dẫn để truy cập là: Simscape/ Driveline/ Clutches/ Disk Friction Clutch.
Chúng tôi sẽ thiết kế sáu khối Disk Friction Clutch tương ứng với ba bộ ly hợp và ba bộ phanh Các chân kết nối bao gồm: chân P tiếp nhận tín hiệu từ bàn đạp ly hợp; chân B đóng vai trò là trục quay cơ sở cho bộ ly hợp và là trục nối với khung xe cho bộ phanh; chân F đảm nhận vai trò là trục đầu ra.
Hình 3.5 Khối bánh răng hành tinh
Số bề mặt ma sát của các bộ ly hợp và phanh:
Các bộ ly hợp, phanh Số bề mặt ma sát
Khối mô phỏng khớp một chiều cho phép trục cơ sở quay theo một chiều nhất định, có thể là cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ Chân H đại diện cho trục quay đầu vào, trong khi chân R là trục quay đầu ra Để sử dụng, bạn có thể tìm đường dẫn trong Simscape tại mục Driveline, sau đó chọn Clutches và Unidirectional Clutch.
Ta sẽ sử dụng hai khối Unidirectional Clutch để mô phỏng hai khớp một chiều F1 và F2
Khối này đại diện cho khung xe hoặc vỏ hộp số, được sử dụng để kết nối với các chân B của ba khối phanh B1, B2, B3 Đường dẫn để truy cập là: Simscape/ Foundation Library/ Mechanical/ Rotational Element.
Hình 3.8 Khối Mechanical Rotational Reference
Bảng 3.1 Số bề mặt ma sát các bộ ly hợp, phanh
Bảng 3.2 Cấu trúc hộp số U340E trong môi trường Simscape Driveline
Là một moment quán tính quay Được nối với các chân F của các khối ly hợp và phanh
Chọn giá trị moment quán tính là 10^ (-2) kg*m^2 Đường dẫn: Simscape/ Foundation Library/ Mechanical/ Rotational Element/ Inertia
Thiết kế mô hình hóa cấu trúc của hộp số U340E trên Matlat Simulink
Kết nối các chân của các khối bằng cách nối các chân của những ô cùng màu với nhau Chân B của ba bộ ly hợp C1, C2, C3 sẽ được kết nối với một khối đầu vào.
C của G1 và chân R của G2 sẽ được nối với một khối đầu ra
Additionally, the B terminals of the three brake assemblies B1, B2, and B3 will connect to the Mechanical Rotational Reference blocks, which are integrated with the gearbox casing The F terminals of the clutch and brake blocks will be linked to the rotational inertia block.
Các chân tín hiệu P của ba khối ly hợp C1, C2, C3 và ba khối B1, B2, B3 sẽ được kết nối với các khối From đại diện cho tín hiệu bàn đạp ly hợp Kết nối này được thực hiện thông qua một khối chuyển đổi Simulink-PS Converter, có chức năng chuyển đổi tín hiệu Simulink thành tín hiệu vật lý.
Các chân của khối ly hợp
Các chân của khối phanh
Các chân của khối bánh răng hành tinh
Bảng 3.3 Các khối liên quan
Kết nối các khối đã nêu ở trên sẽ có được mô hình bộ truyền bánh răng hành tinh:
Khối Đường dẫn Khái quát
- Khối kết nối với các hệ thống con
- Đại diện cho khối đầu vào và khối đầu ra của hộp số
Simulink-PS Converter Simulink Library
- Có công dụng chuyển đối tín hiệu Simulink thành tín hiệu vật lý
- Khối tạo tín hiệu đầu vào, đại diện cho áp suất của các bộ ly hợp, lấy tín hiệu từ khối Goto
- Khối lấy tín hiệu là áp suất của ly hợp để gửi đến khối From
- Lấy tín hiệu từ khối Clutch Schedule
Browser/ Simulink/ Math Operations/ Gain
- Khối khuyến đại tín hiệu áp suất ly hợp với hệ số Po là 1.000.000
Hình 3.10 Mô hình hóa hộp số U340E trong môi trường Simscape
Hệ thống con Clutch Schedule (bảng hoạt động của các bộ ly hợp và phanh)
Tín hiệu Gear sẽ đi qua bảng Clutch Schedule, điều khiển hoạt động của ly hợp cho từng tay số Chẳng hạn, số 0 biểu thị ly hợp không hoạt động, trong khi số 1 cho biết ly hợp đang hoạt động Với tay số 4, các ly hợp C2, B1 và B3 được kích hoạt, do đó trạng thái hoạt động của các ly hợp sẽ được ghi nhận là [0 1 0 1 1 0] Các tay số khác cũng sẽ được xử lý tương tự.
Sau khi xác định trạng thái hoạt động của ly hợp, tín hiệu sẽ được gán với khối Gain nhằm khuếch đại tín hiệu, giúp tránh hiện tượng trễ.
Kết hợp tất cả các khối đã nói ở trên, ta sẽ có được một Subsystem (hệ thống) của hộp số U340E trong Matlab Simulink:
Hình 3.11 Trạng thái làm việc của ly hợp ứng với từng tay số
Chúng ta sẽ mô phỏng tín hiệu đầu vào với tốc độ quay của trục sơ cấp là 1000 vòng/phút Chức năng này cho phép giả lập một giá trị đầu vào để hộp số hoạt động, và sau khi hoàn tất chu trình, chúng ta sẽ kiểm tra kết quả dựa trên thông số này với các tỷ số truyền ở mỗi tay số.
Là một khối tạo ra một tín hiệu vật lý không đổi (const) Ta chọn là 1000 v/p Đường dẫn: Simulink Library Browser/ Simscape/ Foundation Library/ Physical Signal/ Source/ PS Constant
Khối Ideal Angular Velocity Source:
Là khối đại diện cho một nguồn quay lý tưởng là tốc độ góc
The R and C terminals serve as mechanical rotational conservation points, while the S terminal functions as a physical signal receiver You can find this component in the Simulink Library Browser under Simscape, Foundation Library, Mechanical, Mechanical Sources, and Ideal Angular Velocity Source.
Hình 3.13 Các khối tạo nên tín hiệu đầu vào
Có chức năng giảm chấn để dòng công suất không bị mất mát khi truyền đi Đường dẫn: Simulink Library Browser/ Simscape/ Driveline/ Coupling & Drives/ Spring & Dampers/ Rotational Damper
3.1.3 Tín hiệu đầu ra Đầu ra của hộp số sẽ là tốc độ quay của trục thứ cấp
Nhận tín hiệu phanh từ bảng điều khiển ly hợp thông qua bộ chuyển đổi Simulink – PS Converter giúp chuyển đổi đơn vị Simulink sang đơn vị vật lý Dòng công suất được xuất ra từ quá trình này.
Hình 3.16 Khối Rotational Damper Hình 3.15 Khối Ideal Angular Velocity Source
Hình 3.17 Các khối đầu ra
Mô phỏng động lực học của xe theo điều kiện giả lập
Mô phỏng quá trình truyền động của xe Toyota Vios với hộp số U340E diễn ra trong 50 giây, trong đó độ mở bướm ga thay đổi từ 30% đến 60% Kết quả thu được sẽ cho thấy quá trình chuyển số của xe và tốc độ tương ứng với từng tay số khác nhau Đồng thời, mô phỏng cũng hiển thị các thông số về tốc độ và moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực, bao gồm động cơ, trục sơ cấp, trục thứ cấp và bánh xe.
Hình 3.19 Sơ đồ mô phỏng dòng truyền công suất
3.2.1 Sơ đồ khối trong hệ thống truyền lực.
Sơ đồ minh họa dòng truyền công suất trong hệ thống truyền lực, bắt đầu từ động cơ đến bộ biến mô, hộp số tự động bốn tốc độ U340E, các đăng, bánh xe và thân xe Để mô phỏng hệ thống này, chúng ta sử dụng các khối có sẵn trong Simscape Driveline.
Động cơ trong Simscape được mô phỏng qua mô-đun Generic Engine, đại diện cho động cơ đốt trong với các yếu tố như độ mở bướm ga, quán tính quay và độ trễ Các thông số về công suất và moment xoắn sẽ được cung cấp dựa trên loại động cơ được lựa chọn.
Có hai tín hiệu đầu vào gồm bướm ga (Throttle) và chân B (Block) sẽ được nối với
Mechanical Rotational Reference đóng vai trò làm điểm tham chiếu cơ học, như khung hoặc mặt đất Chân B được kết nối với cấu hình Solver, cung cấp các tham số cần thiết cho mô hình trước khi tiến hành mô phỏng.
Hình 3.20 Sơ đồ khối trong hệ thống truyền lực
Có 3 tín hiệu đầu ra gồm P (công suất động cơ tức thời), FC (mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ) và F (trục khuỷu động cơ) sẽ cho ra dòng công suất mà động cơ sản sinh ra kèm theo một moment động cơ trước khi đi vào bộ biến mô
Các thông số sử dụng trong khối Engine lấy từ động cơ trên xe Vios 1.5G 2012 gồm:
Công suất cực đại: 107 Hp
Số vòng quay tại công suất cực đại: 6000 rpm
Số vòng quay cực đại: 6600 rpm
Quán tính động cơ: 0.16 kg*m^2
Tốc độ ban đầu: 960 rpm
Tốc độ cầm chừng: 800 rpm
Bộ biến mô (Torque Converter) là một mô hình trong Simscape, thuộc danh mục Driveline, Couplings & Drives Mô hình này bao gồm ba bộ phận chính: bánh bơm, bánh tuabin và bánh stato Nó nhận tín hiệu đầu vào là dòng công suất từ moment quán tính của cánh bơm và xuất ra dòng công suất ở cánh tuabin sau khi đã được biến đổi Các thông số sử dụng trong khối Torque Converter được lấy từ Carsim.
Vecto tỉ lệ tốc độ: được lấy từ phương pháp nội suy trên Carsim
Hình 3.22 Hộp thoại khối Generic Engine
Vecto tỉ lệ moment: được lấy từ phương pháp nội suy trên Carsim
Vector hệ số công suất: được lấy từ phương pháp nội suy trên Carsim
Hộp số U340E đã trình bày ở mục 3.1 Hộp số sẽ nhận dòng công suất được truyền từ bộ biến mô sau khi đã qua moment quán tính trục sơ cấp
Hình 3.23 Hộp thoại khối Torque Converter
Khối mô tả Body của xe bao gồm các bánh xe và hệ thống phanh Xe sử dụng cầu chủ động phía trước, vì vậy công suất từ trục thứ cấp của hộp số được kết nối trực tiếp với cầu trước Mỗi cầu có một bộ hãm phanh, trong đó cầu trước sử dụng phanh đĩa và cầu sau sử dụng phanh trống, nhằm hãm tốc độ theo yêu cầu của chu trình chạy Tín hiệu phanh được nhận từ Driver Inputs, và Body của xe cũng chứa các tín hiệu quan trọng khác.
W — Headwind speed: Cổng đầu vào tín hiệu vật lý cho tốc độ gió ban đầu
Beta — Road incline angle: Cổng đầu vào tín hiệu vật lý cho góc nghiêng đường
V — Longitudinal velocity: Cổng đầu ra tín hiệu vật lý cho vận tốc xe
NR — Rear axle normal force: Cổng đầu ra tín hiệu vật lý cho lực thẳng đứng ở trục sau
NF — Front axle normal force: Cổng đầu ra tín hiệu vật lý cho lực thẳng đứng ở trục trước
H — Horizontal motion: liên quan đến chuyển động ngang của thân xe Kết nối chuyển động lực kéo lốp với cổng này
Hình 3.25 Hệ thống con Vehicle Body
Bánh xe (Tire) trong Simscape thuộc Driveline và Tires & Vehicles đại diện cho một bánh xe với khả năng tùy chỉnh các thông số như quán tính, độ trượt và cản lăn Bánh xe cũng cung cấp các tín hiệu quan trọng để theo dõi hiệu suất.
N – Phản lực tác dụng lên bánh xe từ mặt đường
A – Nối với trục của bánh xe
H – Lực kéo và tốc độ tịnh tiến tác dụng lên thân xe
S – Cổng đầu ra tín hiệu vật lý báo cáo độ trượt của lốp
Khối truyền lực chính (Differential) Đường dẫn: Simscape/ Driveline/ Gear/ Differential
Truyền moment xoắn từ các bán trục đến bánh xe của cầu trước Ta có tỷ số truyền lực chính là 4.045
D – Nối với trục thứ cấp của hộp số
S1, S2 – lần lượt là các chân nối với hai bánh xe cầu trước chủ động
Hình 3.27 Khối truyền lực chính
Như vậy, tổng hợp tất cả các khối trên ta sẽ có được hệ thống truyền lực trong môi trường Matlab Simulink như sau:
3.2.2 Hệ thống điều khiển chuyển số của hộp số
Bộ điều khiển hộp số tự động được phát triển trong môi trường Stateflow, cho phép lựa chọn tay số nhằm tối ưu hóa việc truyền công suất Hệ thống này sử dụng hai tín hiệu đầu vào là bướm ga và tốc độ xe, từ đó xác định tay số mong muốn để cải thiện hiệu suất vận hành.
Hình 3.29 Hệ thống điều khiển chuyển số của hộp số
Hình 3.30 Khối Shift Logic Hình 3.28 Hệ thống truyền lực trong môi trường MatLab Simulink
Biểu đồ đầu tiên thể hiện gear_state, với bốn tay số và các trạng thái cũng như điều kiện lên số, xuống số Biểu đồ thứ hai mô tả selection_state, gửi tín hiệu qua các nút giao trung tâm Bên cạnh đó, biểu đồ thứ hai còn chứa các biến down_th và up_th, được xác định từ bảng tra trong hàm Simulink Function, cùng với tín hiệu phản hồi từ tốc độ xe và thời gian tối thiểu (TWAIT) cho mỗi tay số, nhằm tránh việc chuyển số quá nhanh.
Biểu đồ thứ hai steady_state cho thấy quá trình sang số được điều khiển tự động bằng cách so sánh tốc độ xe với giá trị ổn định mà hộp số quy định cho từng cấp số trong Simulink Function (down_th, up_th).
Xe sẽ tiếp tục di chuyển ổn định ở cấp số vừa chuyển cho đến khi tốc độ thay đổi, và quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi xe đạt tốc độ ổn định theo cấp số đang chạy Mô hình bắt đầu bằng việc thực hiện các tính toán được chỉ định trong hàm suốt quá trình.
Hình 3.31 Hộp thoại khối Shift Logic
Việc xác định ngưỡng tốc độ cho hai biến down_th và up_th được thực hiện thông qua bảng tra thực nghiệm giữa tín hiệu bướm ga và tay số, bao gồm hai trường hợp: Upshifting và Downshifting.
Hình 3.33 Các thông số thực nghiệm cho trường hợp Upshifting
Hình 3.32 Khối điều kiện chuyển số
Hình 3.34 Biểu đồ thể hiện thời điểm chuyển số trường hợp Upshifting
Bảng tra cho thấy độ mở bướm ga với các mức 0, 25, 35, 50, 90, 100, cùng với các tay số 1, 2, 3, 4 và khoảng tốc độ tương ứng Cụ thể, khi bướm ga đóng hoàn toàn, nếu tốc độ xe dưới 6.6 mph, xe sẽ ở tay số 1; dưới 20 mph, xe sẽ ở tay số 2; dưới 33.3 mph, xe sẽ ở tay số 3; và từ 33.3 đến 45 mph, xe sẽ ở tay số 4.
Trong trường hợp downshifting, bảng tra cứu cho thấy mối liên hệ giữa độ mở bướm ga (0, 5, 40, 50, 90, 100), các tay số (1, 2, 3, 4) và khoảng tốc độ tương ứng Cụ thể, khi bướm ga ở vị trí 40% và tốc độ xe vượt quá 22.6 mph, xe sẽ ở tay số 4 Nếu tốc độ giảm xuống dưới 22.6 mph, xe sẽ chuyển sang tay số 3; dưới 16.6 mph, chuyển xuống tay số 2; và khi tốc độ còn dưới 3.3 mph, xe sẽ chuyển xuống tay số 1.
Mô phỏng kiểm nghiệm hiệu năng xe
Mô phỏng chu trình chạy thử ECE R15 với bộ điều khiển PID diễn ra trong 195 giây, cho thấy tốc độ và moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực Kết quả này giúp đánh giá hiệu năng của xe và khả năng hoạt động của hộp số U340E trên xe Vios 1.5 G 2012.
3.3.1 Chu trình chạy thử và vai trò trong mô phỏng
Chu trình chạy thử là chuỗi dữ liệu thể hiện sự thay đổi vận tốc xe theo thời gian, và có sự khác biệt giữa các quốc gia và tổ chức trong việc đánh giá công suất xe Một ứng dụng quan trọng của chu trình chạy thử là mô phỏng, đặc biệt trong việc dự đoán hiệu suất của các hệ thống như động cơ đốt trong, hộp số, hệ thống lái điện, ắc quy và pin nhiên liệu.
Hình 3.42 Sơ đồ khối mô phỏng kiểm nghiệm hiệu năng xe
Chu trình chạy thử 42 và các thành phần tương tự được phân loại thành hai loại chính: chu trình Transient, mô tả sự thay đổi vận tốc nhiều lần, phản ánh điều kiện lái xe thực tế, và chu trình Modal, kéo dài thời gian duy trì một vận tốc nhất định Một số chu trình được thiết kế dựa trên lý thuyết, như chu trình của khối liên minh Châu Âu (EU), trong khi những chu trình khác được đo đạc trực tiếp từ thực tế.
Chu trình chạy thử ECE R15 được áp dụng để mô phỏng kiểm nghiệm xe trong điều kiện thực tế, với đặc trưng tải động cơ thấp, nhiệt độ khí thải thấp và tốc độ tối đa 50 km/h, phù hợp với luật giao thông đường bộ Việt Nam Chu trình này bao gồm ba dãy tốc độ: Ở dãy tốc độ thấp, xe tăng tốc từ 0 đến 15.2 km/h trong 3 giây, duy trì tốc độ trong 9 giây, sau đó giảm tốc về 0 km/h trong 3 giây, mô phỏng tình huống kẹt xe và dừng đèn đỏ Ở dãy tốc độ trung bình, xe tăng tốc từ 0 đến 35 km/h trong 8 giây, duy trì trong 19 giây, rồi giảm tốc về 0 km/h trong 8 giây, phản ánh chế độ chạy ở khu vực nội thành Cuối cùng, ở dãy tốc độ cao, xe tăng tốc từ 0 đến 50.1 km/h trong 11 giây, duy trì trong 13 giây, giảm tốc về 35.5 km/h trong 5 giây, giữ tốc độ này trong 13 giây, và sau đó giảm về 0 km/h trong 8 giây, tương ứng với chế độ chạy ở khu vực ngoại thành.
Hình 3.43 Chu trình chạy thử ECE R15
Hình 3.44 Hệ thống truyền lực chạy chu trình thử trong Matlab Simulink
3.3.2 Mô phỏng và kiểm nghiệm Ở mô phỏng này ta chọn chu trình chạy thử ECE R15 vào trong hệ thống để kiểm nghiệm hiệu năng của xe Đường dẫn: Vehicle Scenarios / Drive Cycle and Maneuvers
Chúng tôi sẽ tiến hành kiểm nghiệm xe theo chu trình chạy thử ECE R15, yêu cầu điều chỉnh tốc độ xe phù hợp với tiêu chuẩn của chu trình này Để đạt được điều đó, cần sử dụng một khối điều khiển lái (Driver) nhằm đảm bảo tốc độ xe luôn đúng với yêu cầu.
Hình 3.45 Hệ thống điều khiển lái
Trong khối Driver, bộ điều khiển PID nhận hai tín hiệu đầu vào: tốc độ mong muốn của chu trình và tốc độ phản hồi của xe Độ sai số được tính bằng hiệu giữa tốc độ chu trình và tốc độ xe, sau đó sai số này được xử lý qua bộ điều khiển PID nhằm giảm thiểu sai số bằng cách điều chỉnh giá trị đầu vào Trong mô phỏng này, chúng ta chỉ sử dụng điều khiển PI với hai thông số.
Sau khi giảm sai số, khối Saturation được sử dụng để tách tín hiệu Nếu tốc độ xe phản hồi nhỏ hơn tốc độ mong muốn, tín hiệu bướm ga sẽ được xuất ra để tăng tốc độ xe Ngược lại, nếu tốc độ phản hồi lớn hơn tốc độ chu trình, tín hiệu phanh sẽ được phát ra để giảm tốc độ xe Do giá trị này là âm, khối Abs sẽ được áp dụng để lấy giá trị tuyệt đối.
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH
Trường hợp mô phỏng dòng truyền công suất hộp số U340E
Mô phỏng hộp số tự động U340E diễn ra trong 30 giây với tín hiệu đầu vào cố định từ trục sơ cấp là 1000 rpm Các bộ ly hợp và phanh được điều khiển theo bảng điều khiển, với mỗi tay số hoạt động trong 5 giây Trong 20 giây đầu tiên, mô phỏng thực hiện quá trình lên số, sau đó xe sẽ chạy quán tính Đến giây thứ 28, lực phanh sẽ được tác động để dừng xe Kết quả thu được từ mô phỏng này sẽ cung cấp những thông tin quan trọng về hiệu suất hoạt động của hộp số.
4.1.1 Kết quả tốc độ trục sơ cấp và thứ cấp
Hình 4.1 Mô hình mô phỏng hộp số U340E
Hình 4.2 Đồ thị tốc độ trục sơ cấp và thứ cấp
Bảng 4.1 Tỉ số truyền hộp số U340E thực tế và mô phỏng
Tốc độ đầu vào của trục sơ cấp là: 1000 (rpm)
Tốc độ đầu ra của trục thứ cấp ở cấp số 1 là 351 rpm, cấp số 2 là 644 rpm, cấp số 3 là 1000 rpm, cấp số 4 là 1426 rpm
So với bảng tỷ số truyền của hộp số U340E, kết quả mô phỏng cho thấy tỷ số truyền khớp với hộp số thực tế, tạo nền tảng cho các mô phỏng tiếp theo Mặc dù có sai số nhỏ do việc lấy kết quả có số thập phân, nhưng điều này không ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác.
4.1.2 Kết quả mô phỏng đường truyền công suất hộp số U340E
Kết quả này cho phép chúng ta theo dõi dòng truyền công suất trong các thành phần của bộ truyền động bánh răng hành tinh trong hộp số, điều mà khó có thể quan sát từ bên ngoài Với tốc độ đầu vào của trục sơ cấp đạt 1000 rpm, trong 20 giây đầu tiên, quá trình lên số được mô phỏng, mỗi cấp số hoạt động trong 5 giây, sau đó xe chạy quán tính Đến giây thứ 28, lực phanh được tác dụng để dừng xe lại.
Loại hộp số U340E Kết quả mô phỏng hộp số U340E
Loại động cơ 1NZ-FE
Hình 4.3 Bộ truyền động hành tinh U340E
Nhận xét hoạt động của các thành phần ở từng cấp số
Trong 5 giây đầu tiên, hệ thống hoạt động với ly hợp C1 và khớp một chiều F2 Dòng công suất khởi đầu từ trục trung gian, qua ly hợp C1, đến bánh răng mặt trời S1 với tốc độ 1000rpm Tại đây, dòng công suất được chia thành hai nhánh: nhánh một đến bánh răng bao R1 nhưng không quay do khớp F2, và nhánh thứ hai đến cần dẫn Cd1 với tốc độ 351rpm, truyền ra cặp bánh răng truyền lực chính.
Đồ thị tốc độ quay của bộ truyền động bánh răng hành tinh trước (Hình 4.5) và sau (Hình 4.4) cho thấy sự khác biệt trong hiệu suất hoạt động của các bộ truyền động này Những thông tin này là cần thiết để hiểu rõ hơn về chức năng và ứng dụng của hệ thống bánh răng hành tinh trong các thiết bị cơ khí.
Tay số 2 hoạt động từ giây thứ 5 đến 10, với ly hợp C1, phanh B2 và khớp một chiều F1 đang hoạt động Dòng công suất bắt đầu từ trục trung gian đi qua ly hợp C1 đến bánh răng mặt trời S1 với tốc độ 1000 rpm Tại đây, dòng công suất chia thành hai nhánh: nhánh một dẫn đến cần dẫn C2 và bánh răng mặt trời S2, nhưng do khớp F1 hoạt động, bánh răng mặt trời không quay Nhánh thứ hai dẫn đến cần dẫn Cd1 với tốc độ 644 rpm, truyền công suất tới cặp bánh răng truyền lực chính.
Tay số 3 hoạt động từ giây 10 đến 15 với ly hợp C1, C2 và phanh B1 được kích hoạt Dòng truyền công suất từ trục trung gian chia thành hai nhánh: nhánh một dẫn đến ly hợp C1 và bánh răng mặt trời S1 với tốc độ 1000 rpm, trong khi nhánh hai đi qua ly hợp C2, cần dẫn hai Cd2, và bánh răng bao R1 cũng với tốc độ 1000 rpm Cuối cùng, cả hai nhánh đều dẫn đến cần dẫn Cd1, duy trì tốc độ 1000 rpm để truyền lực chính.
Tay số 4 hoạt động từ giây 15 đến 20, với ly hợp C2, B1, B2 được kích hoạt Dòng công suất bắt đầu từ trục trung gian, đi qua ly hợp C2 và cần dẫn Cd2 với tốc độ 1000 rpm Từ đây, dòng công suất phân chia thành hai nhánh: nhánh 1 dẫn đến bánh răng mặt trời S2, nhưng bị khóa lại do phanh B1 hoạt động; nhánh 2 dẫn đến bánh răng bao R2, với tốc độ 1426 rpm, kết nối với cặp bánh răng truyền lực chính.
Trường hợp mô phỏng động lực học xe theo điều kiện giả lập
Mô phỏng với tín hiệu đầu vào giả lập cho thấy độ mở bướm ga tăng từ 30% lên 60% trong 50 giây Kết quả này cho phép phân tích quá trình chuyển số của hộp số dựa trên hai tín hiệu chính: bướm ga và tốc độ xe Đồng thời, mô phỏng cũng cung cấp thông tin về tốc độ, moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực như động cơ, trục sơ cấp, trục thứ cấp, bánh xe và độ trượt của bánh xe.
Hinh 4.6 Sơ đồ mô phỏng truyền động xe theo điều kiện giả lập
4.2.1 Kết quả quá trình chuyển số
Mô phỏng trong 50 giây với độ mở bướm ga tăng từ 30% đến 60% cho thấy tốc độ xe tăng từ 0 đến 46 mph và các thời điểm chuyển số Kết quả này giúp làm rõ mối quan hệ giữa thời điểm chuyển số với hai tín hiệu đầu vào: tốc độ xe và độ mở bướm ga.
Tay số 1 cho phép xe tăng tốc từ 0 đến 9 mph trong vòng 4 giây, với tốc độ xe ban đầu là 0 mph và độ mở bướm ga đạt 30%.
Tại giây thứ 4, xe đạt tốc độ 9 mph với độ mở bướm 32% và sẽ chuyển sang tay số 2 Trong khoảng thời gian từ giây thứ 4 đến giây thứ 14, xe tăng tốc từ 9 mph lên 22 mph trong 10 giây.
Hình 4.7 Đồ thị độ mở bướm ga, cấp số, tốc độ xe
Tay số 3 được chuyển khi xe đạt độ mở bướm ga 38% và tốc độ 22 mph tại giây thứ 14 Từ giây 14 đến giây 50, xe tăng tốc từ 22 mph lên 46 mph trong 36 giây.
Với việc chuyển số như vậy, tốc độ xe đã tăng liên tục theo độ mở bướm ga
4.2.2 Kết quả tốc độ và moment trong hệ thống truyền lực
Hình 4.8 Đồ thị tốc độ trong hệ thống truyền lực
Hình 4.9 Đồ thị moment trong hệ thống truyền lực
Kết quả từ đồ thị mô phỏng cho thấy mối quan hệ giữa tốc độ và moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực thông qua các tỉ số truyền khác nhau Động cơ khởi động với tốc độ 960 rpm (có thể điều chỉnh) và đạt tốc độ tối đa 2385 rpm trong vòng 50 giây Tuy nhiên, tại các thời điểm chuyển số, tốc độ động cơ tăng đột biến rồi giảm xuống do ảnh hưởng của tỉ số tốc độ của bộ biến mô.
Dựa vào đồ thị trên ta thấy được:
Mối liên hệ giữa tốc độ động cơ và trục sơ cấp được thiết lập thông qua bộ biến mô, có chức năng truyền và ngắt mô men từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số.
Mối liên hệ giữa tốc độ của trục sơ cấp và trục thứ cấp được thiết lập thông qua hộp số, có chức năng lựa chọn các tay số với tỉ số truyền phù hợp, nhằm đáp ứng nhu cầu về tốc độ và moment của xe.
Tốc độ trục thứ cấp và bánh xe được kết nối thông qua bộ truyền lực chính, có nhiệm vụ truyền moment từ hộp số đến bánh xe Tỉ số truyền lực chính trên xe được xác định là 4.045.
Tại giây thứ 5, động cơ đạt 1405 rpm với moment 59 N*m Sau khi đi qua bộ biến mô, tốc độ giảm xuống 733 rpm và moment tăng lên 67 N*m trước khi vào hộp số Tại đầu ra của hộp số, tốc độ tiếp tục giảm xuống 472 rpm, trong khi moment tăng lên 104 N*m, phù hợp với tỉ số truyền ở tay số thứ 2 là 1.552 Cuối cùng, tại trục bánh xe, tốc độ giảm còn 117 rpm và moment tăng lên 211 N*m nhờ vào tỉ số truyền lực chính.
Mô phỏng cho phép chúng ta hình dung cách xe tạo ra công suất và hoạt động, tuy nhiên có một số sai số xuất hiện, đặc biệt là ở đồ thị mô men tại giây thứ 4 và 14 do hiện tượng trượt bánh xe khi chuyển số Ngoài ra, sai số cũng có thể xuất phát từ việc mô phỏng chưa chính xác trong việc tính toán quán tính của bánh xe.
4.2.3 Kết quả độ trượt bánh xe
Dựa vào đồ thị, có thể thấy rằng tốc độ xe và tốc độ bánh xe không có sai số lớn do mô phỏng diễn ra trên đường phẳng, không có lực cản, dẫn đến độ trượt bánh xe rất thấp, chỉ khoảng 0.01% Tuy nhiên, tại vị trí chuyển số, sai số tăng lên đáng kể, dao động từ 0.06% đến 0.07% Khi chuyển sang các cấp số cao hơn, độ trượt giảm dần, điều này giải thích nguyên nhân trượt của dòng truyền mô-men khi thực hiện chuyển số.
4.3 Trường hợp mô phỏng, kiểm nghiệm hiệu năng xe theo chu trình thử ECE R15
Hình 4.10 Đồ thị độ trượt bánh xe, tốc độ xe và bánh xe
Hình 4.11 Sơ đồ mô phỏng kiểm nghiệm hiệu năng xe
Hình 4.13 Đồ thị moment trong hệ thống truyền lực
Mô phỏng hộp số tự động U340E với chu trình ECE R15 sử dụng bộ điều khiển PID trong 195 giây cho thấy tốc độ và mô men của các bộ phận trong hệ thống truyền lực Kết quả này giúp đánh giá hiệu năng của xe và khả năng hoạt động của hộp số U340E trên xe Vios 1.5 G 2012.
4.3.1 Kết quả tốc độ và moment trong hệ thống truyền lực
Hình 4.12 Đồ thị tốc độ trong hệ thống truyền lực
Kết quả mô phỏng cho thấy mối quan hệ giữa tốc độ và moment trong hệ thống truyền động qua các tỉ số truyền khác nhau Động cơ khởi động ở tốc độ 960 rpm và đạt tối đa 2416 rpm, với chu trình thử nghiệm bao gồm các chế độ tăng tốc, giữ tốc và giảm tốc về 0 rpm Trong trạng thái cầm chừng, tốc độ động cơ dao động từ 700 rpm đến 850 rpm để duy trì hoạt động ở tốc độ 0, dẫn đến sự dao động tương tự ở tốc độ và moment của các trục khác Tuy nhiên, sai số dao động đã giảm dần khi dòng công suất đi qua các bộ phận trong hệ thống, cho phép so sánh rõ ràng giữa đường tốc độ của động cơ và trục thứ cấp.
Việc lựa chọn hệ số Kp và Ki không phù hợp cho bộ điều khiển lái có thể gây ra sự dao động khi xe hoạt động ở vòng tua cao trong chế độ tăng tốc và giữ tốc.
Xe chạy trong chu trình chạy thử ECE R15 với ba dãy tốc độ khác nhau trong vòng
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Kết luận
Thông qua đề tài “Ứng dụng MATLAB SIMULINK mô phỏng đánh giá hộp số tự động
U340E” chúng tôi nghiên cứu đã thực hiện được những nội dung sau:
Nghiên cứu đã tập trung vào lý thuyết cơ bản của quá trình chuyển số và chế độ điều khiển sự sang số của hộp số, dựa trên các tài liệu và hệ thống thực tế trên xe.
Bài viết phân tích bản chất vật lý cơ bản và công thức liên quan đến hộp số, đồng thời ứng dụng phần mềm Matlab Simulink, bao gồm Simscape Driveline và Stateflow, để mô phỏng trạng thái làm việc của hệ thống này Quá trình mô phỏng đã hoàn thành các nội dung cần thiết để diễn tả hiệu quả hoạt động của hộp số.
- Xây dựng được mô hình mô phỏng
- Xác định giá trị các thông số của mô hình mô phỏng
- Xác định các thông số (điều kiện, tín hiệu) đầu vào, đầu ra
- Xác định và đánh giá được bằng kết quả (dưới dạng đồ thị)
Đề tài có ý nghĩa thực tiễn là đóng góp vào nghiên cứu khoa học chuyên ngành ô tô
- Nghiên cứu về thiết kế hộp số tự động trên xe ô tô
- Kiểm nghiệm, đánh giá hiệu năng của hộp số và động cơ
- Kết quả thu được có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho quá trình đào tạo ngành cơ khí động lực.
Hướng phát triển của đề tài và kiến nghị
Đánh giá thêm tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ khi mô phỏng trong chu trình chạy thử
Tính toán lại thời điểm chuyển số để tối ưu nhất hiệu năng của động cơ và hộp số
Xét thêm các yếu tố ảnh hưởng như lực cản của mặt đường, gió để mô phỏng đa dạng trong nhiều trường hợp.