LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
1. Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn trực
tiếp của PGS. Nguyễn Trọng Hoan.
2. Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đều đƣợc trích dẫn rõ ràng.
3. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối tôi xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm.
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE Ô TÔ SỬ DỤNG HTTL TỰ ĐÔNG KIỂU
VÔ CẤP CVT ............................................................................................................ 3
1.1 Lịch sử phát triển, chức năng, phân loại HTTL trên ô tô ................................ 3
1.1.1. Lịch sử phát triển .......................................................................................... 3
1.1.2. Chức năng của hệ thống truyền lực .............................................................. 5
1.1.3. Phân loại hệ thống truyền lực trên xe........................................................... 6
a. Phân loại theo vị trí lắp đặt động cơ .................................................................6
b. Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển hộp số................................................ 7
c. Phân loại theo cấp tỷ số truyền của HTTL ...................................................... 9
1.2. Hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp CVT ........................................................ 12
1.2.1. Những đặc trưng của truyền lực cơ khí vô cấp CVT ................................ 12
1.2.2. Phân loại hộp số CVT .............................................................................. 14
1.2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động truyền lực cơ khí vô cấp ....................... 15
1.2.4. Ưu- nhược điểm của HTTL dùng CVT ..................................................... 22
1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài. ........................................................................ 23
1.4. Mục tiêu, phạm vi, phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài ............ 27
3.2.4 Tổng kết, so sánh ba phương án tính toán điều khiển tỷ số truyền. ......... 58
3.3 Khảo sát mức tiêu thụ nhiên liệu trên một số loại đƣờng khác ...................... 59
3.3.1. Khảo sát sự thay đổi quy luật điều khiển tỷ số truyền trên loại đường bê
tông trung bình với hệ số cản lăn f= 0,01. ....................................................... 60
3.3.2 Khảo sát sự thay đổi quy luật điều khiển tỷ số truyền trên loại đường lát
đá tốt với hệ số cản lăn f= 0,035. ...................................................................... 63
KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 68
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Kí hiệu
Diễn giải
Đơn vị
ma
Khối lƣợng của xe
Cx
Hệ số cản không khí
A
Diện tích cản chính diện
m2
Vận tốc của xe
Km/h
Ge
Lƣợng nhiên liệu cho 100km
Lít(l)
ρn
Khối lƣợng riêng của Xăng
Kg/l
iT
Tỉ số truyền của HTTL
f
Hệ số cản lăn
ρ
Mật độ không khí
Kg/m3
Bảng 3.20 Ge theo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất trêm đƣờng lát đá tốt
Bảng 3.22 Gecho lực kéo phát huy tối ƣu
Bảng 3.23 Ge cho phƣơng án dung hòa công suất
Bảng 3.24 Tốc độ động cơ theo các phƣơng án lựa chọn
Bảng 3.25 Tốc độ bánh xe với vei tƣơng ứng
Bảng 3.26 Tỷ số truyền theo các phƣơng án lựa chọn.
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình vẽ
STT
Hình 1.1
Các kiểu hộp số theo vị trí lắp đặt trên xe
Hình 1.2
Sơ đồ bố trí các bộ phận của hộp số tự động
Hình 1.3
Sơ đồ hệ thống truyền lực trên ô tô.
Hình 1.4
Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp có bộ truyền đai
Hình 1.5
Hình 1.13
Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp với cơ chế chia công suất
Hình 1.14
Truyền lực bằng các con lăn ( Toroidal CVT)
Hình 1.15
Đặc tính động cơ với các đƣờng đẳng suất tiêu hao nhiên liệu
Hình 1.16
Đặc tính của động cơ với hệ thống truyền lực vô cấp CVT
Hình 1.17
So sánh mức tiêu thụ nhiên liệu giữa hộp số MT và số CVT.
Hình 2.1
Đặc tính làm việc tối ƣu của động cơ
Hình 2.2
Quy luật điều khiển CVT
Hình 2.3
Hình 3.1
Đặc tính của động cơ với hệ thống truyền lực vô cấp CVT
Đặc tính động cơ trong trƣờng hợp tính toán
cho suất nhiên liệu nhỏ nhất.
Hình 3.2
Hình 3.5
Đặc tính động cơ trong trƣờng hợp tính toán để phát huy lực kéo
tối đa.
Đặc tính động cơ trong trƣờng hợp tính toán phƣơng án dung hòa.
Đặc tính động cơ và công suất cản ở các vận tốc khác nhau
Hình 3.6
Suất tiêu hao nhiên liệu ở quy luật điều khiển là nhỏ nhất
Hình 3.7
Tỷ số truyền của HTTL theo quy luật nhiên liệu tối thiểu
Suất tiêu hao nhiên liệu để phát huy lực kéo tối đa
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.8
Hình 3.9
Tiêu hao nhiên liệu của xe trong các trƣờng hợp khichạy
trên nền đất khô
Tỷ số truyền trong các trƣờng hợp khi xe chạy trên đƣờng đất
khô.
MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống hiện nay, ô tô đã trở thành phƣơng tiện giao thông không
thể thiếu, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế và phục vụ cho nhu cầu
thiết yếu của con ngƣời. Những thành tựu của KH&CN đang làm cho những chiếc ô
tô ngày càng hoàn thiện hơn. Ô tô hiện đại là cỗ máy cực kì phức tạp, tích hợp
những công nghệ mới nhất của nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ cơ khí , thủy lực, điện
tử , kĩ thuật điều khiển, công nghệ thông tin.... Vì vậy, hệ thống điều khiển trung
tâm của ô tô ngày nay có cấu trúc nhƣ một máy tính điện tử. Nó kiểm soát và chỉ
huy toàn bộ hoạt động của tất cả các bộ phận trên xe, từ động cơ đến hệ thống
truyền lực, hệ thống lái, hệ thống phanh...
Tƣơng tự nhƣ phần điều khiển động cơ tự động, hộp số tự động cũng đƣợc
sử dụng ngày càng phổ biến trên ô tô, đặc biệt trên ô tô con. Hệ thống điều khiển
hộp số tự động là một hệ thống cơ điện tử phức tạp, nó tự cảm nhận thời điểm cần
chuyển số và thực hiện quá trình sang số mà không có sự can thiệp của ngƣời lái.
Cùng với sự phát triển chung của ô tô, hộp số tự động liên tục đƣợc hoàn thiện để
đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao đối với các phƣơng tiện giao thông hiện đại.
Hộp số vô cấp CVT không phải là khái niệm mới mẻ trên thế giới, thậm chí
Leonardo da Vinci đã phác thảo ra mô hình này từ hơn 500 năm trƣớc, nhƣng đến
năm 1987 mới đƣợc Subaru tung ra thị trƣờng, đó là chiếc Subaru Justy, sau đó một
số nhà sản xuất ô tô khác nhƣ Audi, GM, Nissan, Mitsubishi… cũng đƣa loại hộp số
này lên những chiếc xe của mình.
Khác với hộp số tự động AT, CVT không sử dụng bánh răng để thay đổi hệ
số truyền động lực mà sử dụng 2 pu-li (ròng rọc thông minh có thể thay đổi đƣờng
1.1 Lịch sử phát triển, chức năng, phân loại HTTL trên ô tô
1.1.1 Lịch sử phát triển
Trên các ô tô đã và đang đƣợc sử dụng hiện nay, hệ thống truyền lực là bộ
phận quan trọng của ô tô, nó có chức năng chính là biến đổi mô men và tốc độ của
động cơ truyền tới bánh xe chủ động sao cho phù hợp với điều kiện chuyển động.
Trong lịch sử phát triển của mình, hệ thống truyền lực ngày càng đƣợc hoàn thiện
hơn nhằm nâng cao hiệu suất, tính tiện lợi sử dụng và hiệu quả hoạt động của động
cơ.
Bộ phận cơ bản trong hệ thống truyền lực là hộp số với các bánh răng đã
đƣợc con ngƣời sử dụng từ hơn 1000 năm nay để giảm nhẹ sức lao động cho con
ngƣời và súc vật. Những thiết kế bánh răng đầu tiên xuất hiện từ thời trung cổ với
nguồn động lực thời bấy giờ chính là con ngƣời hoặc súc vật.Những nội dung dƣới
đây, ta sẽ đi vào tìm hiểu sâu hơn về hộp số trong hệ thống truyền lực của ô tô.
Những chiếc ô tô đầu tiên xuất hiện vào cuối thế kỷ thứ 19 với các hộp số
kiểu bánh răng, điều khiển bằng tay. Tuy nhiên, ô tô chỉ bắt đầu đƣợc sản xuất hàng
loạt vào khoảng những năm 1925 trở lại đây. Từ đó đến nay, hộp số và hệ thống
truyền lực của ô tô ngày nay càng đƣợc hoàn thiện hơn. Trong lịch sử phát triển của
mình, hệ thống truyền lực với hộp số đƣợc phát triển theo những hƣớng chính nhƣ
sau:
a) Hộp số cơ khí có cấp;
b) Hộp số tự động;
c) Hộp số truyền lực vô cấp;
d) Hệ thống truyền lực Hybrid;
Hộp số cơ khí có cấp xuất hiện cùng với những chiếc ô tô đầu tiên và nó
cũng bắt đầu phát triển mạnh từ những năm 20 của thế kỷ trƣớc. Những cái tiến kỹ
thuật đối với hộp số cơ khí chủ yếu nhằm vào việc cải thiện quá trình chuyển số.
3
4
đƣợc các nhà sản xuất ô tô quan tâm ngày càng nhiều hơn. Đây là một giải pháp kỹ
thuật nhằm khắc phục nhƣợc điểm cố hữu của ô tô có trang bị hộp số tự động là tiêu
thụ nhiều nhiên liệu hơn so với ô tô có hộp số thƣờng. Tuy nhiên, hộp số này cũng
đƣợc dự báo là đạt tới giới hạn của số cấp trong hộp số tự động của ô tô con, nghĩa
là việc tiếp tục tăng số cấp cho hộp số ô tô con sẽ không còn hiệu quả nữa. Vì, nếu
tiếp tục tăng số cấp thì hộp số sẽ trở nên quá phức tạp và đắt tiền mà mức cải thiện
về tiêu thụ nhiên liệu không thể bù lại đƣợc.
Ngày nay, hộp số tự động trở nên phổ biến trên ô tô con, nhƣng lại không
đƣợc sử dụng nhiều trên ô tô tải vì lý do kinh tế. Trên các ô tô tải trọng lớn chỉ có
xe buýt là đƣợc trang bị hộp số tự động một cách tƣơng đối rộng rãi do điều kiện
chuyển động trong thành phố ngày càng khó khăn hơn, đòi hỏi phải tạo điều kiện
làm việc tốt nhất cho ngƣời lái.
Nhƣ vậy, hộp số cơ khí truyền thống về bản chất là hộp giảm tốc nhiều cấp
đã đƣợc hiện đại hóa qua nhiều thế hệ và hiện nay vẫn tiếp tục đƣợc sử dụng rông
rãi trên các loại ô tô thƣơng mại. Ngoài ra, các bộ biến đổi mô men vô cấp (thủy
lực, cơ khí) đang đƣợc sử dụng ngày càng nhiều hơn, đặc biệt là trên các ô tô con.
Trong những trƣờng hợp này , khái niệm hộp số không còn tồn tại, chức năng thay
đổi tỷ số truyền do một bộ biến đổi vô cấp đảm nhiệm và nó đƣợc thay đổi một cách
liên tục chứ không theo các cấp số xác định. Tất cả các dạng truyền lực trên đây đều
đang đƣợc nghiên cứu phát triển và hiện đại hóa nhằm đạt đƣợc những mục đích cơ
bản sau:
- Nâng cao tính tiện nghi điều khiển;
- Tăng độ êm dịu khi chuyển số, giảm tải trọng động;
- Phối hợp hoạt động hiệu quả nhất với động cơ đốt trong;
- Nâng cao hiệu suất, giảm mức tiêu hao nhiên liệu;
- Giảm ô nhiễm môi trƣờng.
1.1.2. Chức năng của hệ thống truyền lực
Các hộp số tự động có thể đƣợc chia thành 2 loại chính, đó là các hộp số
đƣợc sử dụng trong các xe FF (động cơ ở phía trƣớc, dẫn động bánh trƣớc) và các
xe FR (động cơ ở phía trƣớc, dẫn động bánh sau).
6
Các hộp số của xe FF có một bộ dẫn động cuối cùng đƣợc lắp bên trong, còn
các hộp số của xe FR thì có bộ dẫn động cuối cùng (vi sai) lắp bên ngoài. Loại hộp
số tự động dùng trong xe FR đƣợc gọi là hộp truyền động.
Trong hộp số tự động đặt ngang, hộp truyền động và bộ dẫn động cuối cùng
đƣợc bố trí trong cùng một vỏ hộp. Bộ dẫn động cuối cùng gồm một cặp bánh răng
giảm tốc (bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn), và các bánh răng vi sai.
Hình 1.1 : Các kiểu hộp số theo vị trí lắp đặt trên xe.
b. Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển hộp số
*) Hộp số điều khiển điện tử (ECT)
- Bộ biến mô: Để truyền và khuyếch đại mômen do động cơ sinh ra
- Bộ truyền bánh răng hành tinh: Để chuyển số khi giảm tốc, đảo chiều, tăng
tốc, và vị trí số trung gian.
7
- Bộ điều khiển thuỷ lực: Để điều khiển áp suất thuỷ lực sao cho bộ biến mô
và bộ truyền bánh răng hành tinh hoạt động êm.
- ECU động cơ và ECT: Để điều khiển các van điện từ và bộ điều khiển thuỷ
lực nhằm tạo ra điều kiện chạy xe tối ƣu.
Hộp số này sử dụng áp suất thuỷ lực để tự động chuyển số theo các tín hiệu
thống truyền lực. Trong đại đa số trƣờng hợp, hộp số sử dụng trên ô tô hiện nay
kiểu bánh răng. Việc thay đổi tỷ số truyền đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi đƣờng
truyền công suất các bộ bánh răng.
Truyền động các đăng(4) đảm bảo việc kết nối trục ra của hộp số với trục
vào cầu chủ động trong trƣờng hợp động cơ đặt xa cầu chủ động và hai trục cần liên
kết không đồng trục với nhau. Trên ô tô con dẫn động cầu trƣớc với động cơ đặt ở
9
phía đầu xe thì không có truyền động các đăng do toàn bộ hệ thống truyền lực đƣợc
bố trí cùng một khối.
Cầu chủ động(5) là bộ phận cuối cùng trong hệ thống truyền lực, nó truyền
mô men tới các bánh xe chủ động thƣờng có ba bộ phận chính: truyền lực chính, vi
sai, các bán trục. Truyền lực chính về bản chất là bộ phận giảm tốc, có nhiệm vụ
tăng tỷ số truyền cho hệ thống truyền lực. Bộ vi sai đƣợc đặt giữa hai bán trục, nhờ
nó mà các bán trục có thể quay với các vận tốc khác nhau khi ô tô quay vòng hoặc
chuyển động trên mặt đƣờng gồ ghề. Các bán trục có nhiệm vụ truyền mô men tới
các bánh xe chủ động. Đối với các loại ô tô đƣợc thiết kế để vận hành trong điều
kiện đƣờng xá xấu hoặc khắc nghiệt, ngƣời ta sử dụng HTTL với nhiều cầu chủ
động.
*) Hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp
Hệ thống truyền lực vô cấp ( Continously Variable Transmission, viết tắt là
CVT) có đặc điểm là tỷ số truyền thay đổi liên tục trong vùng biến thiên của nó.
CVT không có các cấp số xác định nhƣ hệ thống truyền lực có cấp.
Sơ đồ dƣới đây là đại diện điển hình của loại truyền lực cơ khí vô cấp. Trong
đó truyền lực bằng thủy lực là dạng truyền lực vô cấp đƣợc sử dụng nhiều hơn cả
trên ô tô hiện nay. Đặc trƣng là loại có biến mô thủy lực. So với HTTL truyền thống
ở mục 1.1.3.c ta có thể thấy ngay sự khác biệt duy nhất là thay cho ly hợp ma sát là
biến mô thủy lực
1.2. Hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp CVT
1.2.1. Những đặc trƣng của truyền lực cơ khí vô cấp CVT
Hình 1.5. Hình ảnh cắt bổ cấu tạo của một hộp số CVT
Hệ thống truyền lực vô cấp CVT có đặc điểm là tỷ số truyền thay đổi liên tục
trong vùng biến thiên của nó. Các cấp số của HTTL không xác định nhƣ hệ thống
truyền lực có cấp. Nói cách khác là hệ thống truyền lực này là vô số tỷ số truyền.
Hình 1.6. Truyền động đặc trƣng của hộp số CVT
Hệ thống truyền lực vô cấp đƣợc sử dụng trên ô tô hiện nay tƣơng đối đa
dạng. Có thể phân loại chúng thành những nhóm sau:
12
- Truyền lực cơ khí
- Truyền lực thủy lực
- Truyền lực điện ( chủ yếu trên các ô tô Hybrid).
Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lí các hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp
a. Sơ đồ nguyên lí truyền lực ma sát ; b. Truyền lực tiếp xúc nhiều điểm; c.
Truyền lực đai; d. Truyền lực bằng các con lăn (Toroidal CVT)
Nguyên lí chung của truyền lực vô cấp bằng ma sát đƣợc thể hiện trên hình:
mô men đƣợc truyền từ đĩa chủ động 1 sang đĩa bị động 2 nhờ lực ma sát tại điểm
tiếp xúc giữa hai đĩa. Trong trƣờng hợp này, bán kính làm việc đƣợc tính từ điểm
tiếp xúc đến trục quay của các đĩa. Nhƣ vậy, tỷ số truyền đƣợc tính nhƣ sau:
i=
có thể thay đổi một cách liên tục trong vùng điều chỉnh.
13
14
a
b
c.
Hình 1.8.Các bộ truyền đai trong hộp số CVT
a. Đai cao su
b. Đai xích c. Đai thép VanDoorn
1.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động truyền lực cơ khí vô cấp
Đối với hệ thống truyền lực có cấp, chế độ làm việc của động cơ đốt trong
phụ thuộc vào điều kiện chuyển động, cấp số đƣợc chọn và mức ga của ngƣời lái.
Do số cấp số có hạn nên, trong nhiều trƣờng hợp , động cơ phải hoạt động ở chế độ
bất lợi( suất tiêu hao nhiên liệu cao). Hệ thống truyền lực vô cấp khắc phục đƣợc
nhƣợc điểm trên, nó tạo ra điều kiện cho động cơ có thể tìm thấy điểm làm việc tối
ƣu trong mọi điều kiện chuyển động của ô tô.
15
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lí hệ thống truyền lực vô cấp ô tô con
Hiện nay, trên ô tô và các phƣơng tiện tự hành khác, ngƣời ta vẫn sử dụng
nhiều dạng hệ thống truyền lực vô cấp khác nhau. Tuy nhiên , phổ biến hơn cả vẫn
là biến mô thủy lực. Dạng truyền lực thứ hai đang đƣợc sử dụng ngày càng nhiều
hơn trên ô tô chính là bộ truyền đai có khả năng thay đổi bán kính làm việc của các
puli để thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục.
tinh(CCHT).
Để điều khiển dòng công suất, trong sơ đồ sử dụng cơ cấu hành tinh đơn giản
3 khâu với một ly hợp khóa cơ cấu và một phanh dừng cần dẫn. Cơ cấu hành tinh có
3 trạng thái làm việc:
a) Trạng thái ngắt đƣờng truyền công suất: Ly hợp khóa CCHT và phanh tạo
số lùi đều mở, các trục của cơ cấu hành tinh quay tự do (hình 1.11 a). Trạng thái
này tƣơng ứng với vị trí của cần số ở các số P và N, mô men ở trục ra của CCHT
bằng 0.
b) Trạng thái truyền mô men theo chiều thuận: ly hợp khóa CCHT đóng,
phanh tạo ra số lùi mở(hình 1.11b). Lúc này, cơ cấu hành tinh bị khóa cứng, trục
vào và trục ra của nó quay cùng một tốc độ và cùng chiều quay. Mô men đƣợc
truyền qua CCHT với tỷ số truyền bằng 1. Trạng thái lúc này tƣơng ứng với vị trí D
của cần số.
c) Trạng thái truyền mô men, đảo chiều quay: ly hợp khóa cơ cấu hành tinh
CCHT mở, phanh tạo số lùi đóng. Lúc này, mô men truyền từ bánh răng bao của
CCHT qua các bánh răng hành tinh tới bánh răng mặt trời và đi sang puli chủ động.
Do cần dẫn bị phanh lại nên bánh răng mặt trời sẽ quay ngƣợc chiều với bánh răng
bao làm cho ô tô chuyển động lùi. Trạng thái này tƣơng ứng với vị trí R của cần số.
Trên hình vẽ thể hiện 1.11c, đƣờng truyền công suất đƣợc mô tả bằng nét
đậm đi theo chiều mũi tên.
18
Copyright: Tài liệu đại học ©