Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐỖ NGỌC HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHUYỂN

ĐỘNG ĐẾN VẬN TỐC CỦA Ô TÔ TRANG BỊ HỘP SỐ TỰ

ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Mã số: 8520116

Thái Nguyên - 2019

ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đỗ Ngọc Huy, 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 khóa

học.

Tôi đã quyết định chọn dề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện

chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động”.

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

Đỗ Ngọc Huy

iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

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 trường

Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi

hoàn thành bài luận văn này.

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa kỹ thuật ô tô và

máy động lực trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo mọi

điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản

luận văn này.

Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời

gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhưng do năng lực bản thân còn nhiều

hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận

được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô các nhà khoa học và đồng nghiệp.

Tác giả

Đỗ Ngọc Huy

iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................iii

MỤC LỤC ....................................................................................................iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH ...............................................................................vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................ix

MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài......................................................................................... 1

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

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU....................................... 3

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực.................................................. 3

1.1.1. Vai trò của hệ thống truyền lực trên ô tô ............................................ 3

1.1.2. Chức năng của hệ thống truyền lực .................................................... 5

1.1.3. Các bộ phận chính trong hệ thống truyền lực ..................................... 7

1.1.4. Phân loại hệ thống truyền lực ............................................................. 7

1.2 Tổng quan về hộp số tự động.................................................................... 8

1.2.1 Lịch sử phát triển hộp số tự động ........................................................ 8

1.2.2 Khái quát về hộp số tự động .............................................................. 14

1.2.2.1 Công dụng................................................................................... 14

1.2.2.2 Yêu cầu........................................................................................ 15

1.2.2.3 Phân loại..................................................................................... 15

1.2.2.4. Ưu nhược điểm của hộp số tự động........................................... 17

1.2.3 Các bộ phận chính trong hộp số tự động ........................................... 19

1.2.3.1 Bộ biến mô men thuỷ lực............................................................. 19

1.2.3.2 Hộp số cơ khí .............................................................................. 20

1.2.3.3. Hệ thống điều khiển hộp số tự động .......................................... 23

1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến hộp số tự động....... 25

1.3.1 Các nghiên cứu trong nước ................................................................ 25

1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước................................................................ 27

1.4. Kết luận chương 1 .................................................................................. 27

v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Chương 2 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ................................... 27

2.1. Phương pháp nghiên cứu thông qua mô phỏng ..................................... 27

2.1.1.Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân

liên kết giữa các vật trong hệ .......................................................................... 29

2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết ........... 30

2.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu............................................................... 34

2.2.1. Mô hình động cơ ............................................................................... 34

2.2.2. Mô hình bộ biến mô thủy lực............................................................ 36

2.2.2.1. Cấu tạo biến mô thủy lực ........................................................... 36

2.2.2.2 Các thông số cơ bản của biến mô thuỷ lực................................. 37

2.2.2.3. Đặc tính không thứ nguyên của biến mô ................................... 39

2.2.3. Mô hình hộp số.................................................................................. 42

2.2.4 Mô hình khối điều khiển chuyển số................................................... 46

2.2.5. Mô hình lốp....................................................................................... 50

2.2.6. Mô hình thân xe ................................................................................ 51

2.2.7. Mô hình điều khiển người lái............................................................ 53

2.2.8. Mô hình toàn xe ................................................................................ 54

2.3. Kết luận chương 2 .................................................................................. 55

Chương 3 - MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH VẬN TỐC CỦA Ô TÔ ..................... 55

TRANG BỊ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG.................................................................... 55

3.1. Trường hợp mô phỏng ........................................................................... 56

3.2. Phân tích kết quả .................................................................................... 56

3.2.1. Kết quả mô phỏng trường hợp 1-ô tô tăng tốc từ trạng thái đứng

yên ................................................................................................................... 56

3.2.2. Kết quả mô phỏng trong trường hợp 2: khi ô tô vượt xe phía trước 60

3.2.3 Kết quả mô phỏng trường hợp ô tô chuyển động lăn trơn................. 64

3.2.4 Kết quả mô phỏng trường hợp phanh gấp ......................................... 68

3.3. Kết luận chương 3 .................................................................................. 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 73

vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Đặc tính kéo lý tưởng của ô tô và khả năng đáp ứng của động cơ đốt trong.

.....................................................................................................................................3

Hình 1.2. Vùng làm việc của ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí có 4 cấp................5

Hình 1.2 Đặc tính kéo của ôtô có hộp số thường......................................................14

Hình 1.3 Hộp số tự động kiểu FF (a) và FR .............................................................16

Hình 1.4 Cấu tạo chung của hộp số tự động .............................................................19

Hình 1.5 Biến mô thủy lực ........................................................................................19

Hình 1.6 Hộp số cơ khí .............................................................................................21

Hình 1.7 Các chế độ làm việc của cơ cấu hành tinh .................................................22

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo của hộp số tự động 5 cấp.....................................................22

Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điều khiển.................................23

Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo của liên kết điều khiển bằng tay........................................25

Hình 2.1 Sơ đồ các phương pháp mô phỏng.............................................................29

Hình 2.2 Mô hình mô phỏng ô tô trang bị hộp số tự động bằng phần mềm Maple Sim

...................................................................................................................................31

Hình 2.3 Mô hình các phần tử hệ thống truyền lực với phần mềm Modelica ..........32

Hình 2.4 Mô hình mô phỏng ô tô với hộp số tự động bằng phần mềm Modelica ....32

Hình 2.5 Mô hình mô phỏng ô tô với hộp số tự động bằng công cụ Simdriveline

Mechanic trong phần mềm Matlab [21]....................................................................33

Hình 2.6 Mô phỏng ô tô bằng phần mềm Carsim.....................................................33

Hình 2.7 Mô hình động cơ đốt trong.........................................................................35

Hình 2.8 Kết quả mô phỏng công suất động cơ phụ thuộc .......................................35

vào độ mở bướm ga...................................................................................................35

Hình 2.9 Biến mô thủy lực........................................................................................36

Hình 2.10 Sự làm việc của biến mô thủy lực [10]. ...................................................36

Hình 2.11 Đặc tính không thứ nguyên [10] ..............................................................40

Hình 2.12 Mô hình biến mô men thủy lực trong Simscape ......................................41

Hình 2.13 Kết quả mô phỏng đặc tính của biến mô..................................................42

Hình 2.14 Bộ truyền hành tinh 3 tốc độ hộp số A140 Toyota ..................................42

vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 2.15 Bộ truyền hành tinh 4 tốc độ loại CR-CR................................................43

sử dụng trong hộp số tự động U340..........................................................................43

Hình 2.16 Bộ truyền hành tinh loại 4 tốc độ ravigneaux ..........................................44

sử dụng trong hộp số tự động U440..........................................................................44

Hình 2.17 Sơ đồ bộ truyền hành tinh 4 cấp loại CR-CR với 5 ly hợp .....................44

Hình 2.18 Mô hình mô phỏng hộp số 4 cấp [21]......................................................46

Hình 2.19 Nguyên lý chuyển số hộp số tự động [10] ...............................................47

Hình 2.20 Đồ thị công suất ở các cấp số khác nhau .................................................48

Hình 2.21 Mô hình khối điều khiển chuyển số .........................................................49

Hình 2.22 Sơ đồ Simulink Simscape mô tả lốp ........................................................51

Hình 2.23 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô.......................................................................52

Hình 2.24 Sơ đồ khối Simulink mô tả thân xe..........................................................53

Hình 2.25 Tác động của người lái.............................................................................54

Hình 2.26 Mô hình mô phỏng toàn xe trang bị hộp số tự động 4 cấp ......................55

Hình 3.1 Tác động phanh và ga của người lái khi tăng tốc từ từ..............................57

Hình 3.2 Sự thay đổi của tốc độ, mô men xoắn và công suất có ích của động cơ khi ô

tô tăng tốc từ từ .........................................................................................................57

Hình 3.3 Đồ thị tốc độ và mô men trên trục bánh bơm và bánh tua bin khi ô tô tăng

tốc từ từ .....................................................................................................................58

Hình 3.4 Đồ thị tốc độ trên trục sơ cấp và thứ cấp của hộp số .................................59

khi ô tô tăng tốc từ từ ................................................................................................59

Hình 3.5 Đồ thị tốc độ của ô tô khi tăng tốc từ từ.....................................................60

Hình 3.6 Quá trình ô tô tăng tốc vượt xe phía trước .................................................60

Hình 3.7 Tác động phanh và ga của người lái ..........................................................61

Hình 3.8 Sự thay đổi của tốc độ, mô men xoắn và công suất có ích của động cơ khi ô

tô vượt xe phía trước .................................................................................................62

Hình 3.9 Đồ thị tốc độ và mô men trên trục bánh bơm và bánh tua bin khi ô tô thực

hiện vượt xe phía trước .............................................................................................62

Hình 3.10 Đồ thị tốc độ trên trục sơ cấp và thứ cấp của hộp số khi ô tô vượt xe phía

trước ..........................................................................................................................63

viii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 3.11 Đồ thị tốc độ của ô tô trong trường hợp vượt xe phía trước ....................64

Hình 3.12 Tác động từ người lái khi xe chuyển động lăn trơn .................................65

Hình 3.13 Đồ thị biến thiên tốc độ công suất và mô men xoắn của động cơ ...........65

khi ô tô chuyển động lăn trơn....................................................................................65

Hình 3.14 Đồ thị biến thiên tốc độ và mô men xoắn trên trục bánh bơm và bánh tuabin

của biến mô thủy lực khi ô tô chuyển động lăn trơn.................................................66

Hình 3.15 Đồ thị tốc độ trục hộp số và trạng thái làm việc của ly hợp ....................66

Hình 3.16 Đồ thị vận tốc của ô tô khi lăn trơn..........................................................67

Hình 3.17 Tác động của người lái khi phanh gấp .....................................................68

Hình 3.18 Đồ thị biến thiên tốc độ công suất và mô men xoắn của động cơ ...........69

Hình 3.19 Đồ thị biến thiên tốc độ và mô men xoắn trên trục bánh bơm và bánh tuabin

của biến mô thủy lực .................................................................................................69

Hình 3.20 Đồ thị tốc độ trục và trạng thái làm việc của ly hợp hộp số ....................70

Hình 3.21 Đồ thị vận tốc của ô tô khi phanh gấp......................................................70