Hộp số điều khiển thuỷ lực hoàn toàn
Hép ®iÒu khiÓn thuû lùc
Cảm biến tốc độ ôtô
Các van sang sè Van bu ?m ga
Bộ bánh răng hành tinh
Tín hiệu tốc độ xe
Tín hiệu tải động cơ
Hình 1.1: Sơ đồ khối hộp số tự động điều khiển bằng thuỷ lực hoàn toàn
Áp suất ly tâm, do van ly tâm tạo ra, tỷ lệ thuận với tốc độ xe và có vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu tốc độ xe đến bộ điều khiển thủy lực.
Bình ga trong bé điều khiển thủy lực sinh ra áp suất tỷ lệ với mức độ đạp chân ga Áp suất này được gọi là áp suất bình ga, có tác dụng nhấn tín hiệu tải động cơ đến bộ điều khiển thủy lực.
Bé ®iÒu khiÓn thuû lùc áp suất ly tâm và áp suất bớm ga làm cho các van chuyển số trong bộ điều khiển thuỷ lực hoạt động Độ lớn của các áp suất này quyết định chuyển động của các van chuyển số, từ đó điều khiển áp suất thuỷ lực tác dụng lên các ly hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh, góp phần vào việc điều khiển quá trình chuyển số.
1.2 Hộp số tự động điều khiển bằng thuỷ lực kết hợp với điện tử:
Bộ bánh răng hành tinh
Cảm biến tốc độ ôtô
Hép ®iÒu khiÓn thuû lùc
Cảm biến vị trí buím ga
ECT ECU ECU động cơ
Hình 1.2: Sơ đồ khối của hộp số tự động điều khiển bằng điện tử
Cảm biến tốc độ xe
Cảm biến tốc độ xe phát hiện tốc độ của xe và gửi tín hiệu này tới
ECU dới dạng các tín hiệu điện
Cảm biến vị trí bướm ga đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện góc mở của bướm ga Thiết bị này chuyển đổi các tín hiệu cơ học thành tín hiệu điện và truyền tải thông tin đến ECU động cơ để điều khiển hiệu quả hoạt động của động cơ.
ECU xác định thời điểm chuyển số dựa trên tín hiệu về tốc độ ô tô và góc mở bướm ga, từ đó điều khiển các van điện trong bộ điều khiển thủy lực Những van này quản lý áp suất thủy lực đến các ly hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh, đảm bảo quá trình chuyển số diễn ra mượt mà.
Hộp số tự động ngày càng được cải tiến về số lượng và chất lượng, mang lại hiệu quả vượt trội hơn bao giờ hết.
Tăng số lợng số truyền cho hộp số hành tinh
Khả năng truyền mô men lớn hơn
Khả năng tăng tốc nhanh hơn
Quá trình chuyển số nhanh và êm dịu hơn trong mọi tốc độ
Tránh cho động cơ và các chiết của hệ thống truyền lực bị quá tải do đợc nối với nhau bằng biến mô thuỷ lực
Trong hệ thống truyền lực ôtô, khớp nối thủy lực gây ra mất mát công suất, bên cạnh tổn hao trong hộp số hành tinh Việc xác định nguyên nhân tổn hao công suất trong hộp số tự động là rất quan trọng để nâng cao khả năng kéo của ôtô Để thực hiện điều này, cần nắm rõ cấu tạo và đặc điểm của hộp số tự động, cũng như phân tích và đánh giá quá trình điều khiển chuyển số.
Chơng 2: cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số
Các bộ phận chính và chức năng cơ bản của chúng
Hộp số tự động bao gồm các thành phần chính như biến mômen, bơm dầu, cơ cấu hành tinh, và các cảm biến tốc độ ôtô, bánh răng, bánh tuabin Những bộ phận này hoạt động cùng nhau để tối ưu hóa hiệu suất và khả năng vận hành của xe.
7: Các cảm biến; 8: ECU động cơ và ECT; 9: Van điện từ;
Để đảm bảo quá trình chuyển số diễn ra tự động một cách êm ái và hiệu quả, cần chú trọng vào vị trí chức năng điều khiển hộp số Hộp số cần phải được trang bị các bộ phận chính phù hợp với sức cản của đường và tải trọng của động cơ.
+ Bộ bánh răng hành tinh
Biến mômen thuỷ lực
Chức năng cơ bản của biến mô thuỷ lực
- Tự động điều chỉnh đợc mô men xoắn do động cơ tạo ra
- Đóng vai trò nh một ly hợp thuỷ lực để truyền hay không truyền mô men đến hộp số
- Hấp thụ dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực
- Giống nh một bánh đà để cân bằng động cơ
- Dẫn động bơm dầu của hệ thống thuỷ lực.
Cấu tạo của biến mômen thuỷ lực
Biến mômen thường bao gồm ba phần chính: phần chủ động, được gọi là bánh bơm (B), phần bị động, gọi là bánh tua bin (T), và phần phản ứng.
Khíp mét chiÒ là một cấu trúc bao gồm ba phần: trục khuỷu a, b và bánh dẫn hướng (P) Khi kết hợp đầy đủ cả ba phần này, chúng tạo thành một hình xuyến, quay quanh một đỉnh tâm cố định Toàn bộ cấu trúc này nằm trong một vỏ kín chứa dầu với áp suất lớn hơn áp suất khí quyển.
Bánh bơm, bánh tua bin và bánh phản ứng đều có cánh được sắp xếp để chuyển động chất lỏng theo hình xoắn ốc từ trong ra ngoài và quay trở lại, tạo thành một chu trình kín Bánh B được đặt sau bánh T từ động cơ đến hộp số hành tinh, trong khi bánh P nằm giữa bánh B và T, đảm bảo tiết diện khép kín của biến mômen Trục của bánh T nằm ở vị trí trung tâm, còn trục của bánh P có dạng ống lồng và liên kết với vỏ hộp số, trên đó có một khớp một chiều.
Cánh của các bánh B, T, P được thiết kế theo quy luật tạo không gian dòng chảy của chất lỏng, với kích thước lớn gần tâm và nhỏ dần ra ngoài, giúp tăng tốc độ dòng chảy khi chất lỏng di chuyển xa tâm quay với động năng cao Cấu trúc này dựa trên nguyên lý hoạt động của các thiết bị thuỷ động lực hiện đại trong các máy thuỷ lực.
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của biến mô
Nguyên lý làm việc của biến mômen
Biến mômen có thể được hiểu qua hoạt động của hai quạt gió, trong đó quạt chủ động được kết nối với nguồn điện và khi quay, nó đẩy không khí sang quạt bị động Quạt bị động, không kết nối với nguồn điện, sẽ quay theo chiều của quạt chủ động nhờ vào luồng không khí tác động Qua đó, năng lượng được truyền tải hiệu quả qua không khí.
Trong biến mô, năng lượng được truyền qua chất lỏng có áp suất giữa các bánh B, T và P Khi bánh B quay cùng động cơ, dầu di chuyển và nhờ lực ly tâm,
Hình 2.4: Sơ đồ dòng chất lỏng chuyển động trong biến mômen
Quá trình dầu di chuyển trong bánh B được gọi là quá trình tích năng lượng, trong khi ở bánh T là quá trình truyền năng lượng, và ở bánh P là quá trình đổi hướng chuyển động Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình truyền năng lượng, khe hở giữa các bánh B, T và P, B cần phải rất nhỏ, đồng thời các ổ bi phải được giữ sạch sẽ và không bị dơ dão.
Đặc tính làm việc của biến mômen
Trong quá trình truyền lực của biến mômen chúng ta quan tâm tới hai thông số đó là hiệu suất và độ trợt s của biến mô.η
Giả sử MB, MT, MPlà mômen truyền của các bánh B, T và P. nB, nT, nPlà số vòng quay của các bánh B, T và P.
MT = MB ±MP (2 1)- Trong phần lớn các chế độ làm việc của biến mô MT > MB, khi đó chiều của MP cùng chiều với MB và MT = MB + MP
Giá trị MT > MB là đặc trng của biến mômen.
Sự thay đổi của mômen xoắn (MT) theo số vòng quay nT được thể hiện trong hình 6, với giá trị lớn nhất đạt được tại nT = 0 (khi khởi động xe) và giá trị nhỏ nhất tại nT0 Khi mômen xoắn (MT) bằng mômen bền (MB), biến mômen làm việc của ly hợp thủy lực xảy ra tại nTB.
Trên hình 7 là đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến mômen, trục hoành là
M ngoài ra trên đồ thị còn có đờng cong hiệu suất η:
Hình 2.5: Đặc tính không thứ nguyên của biến mômen Độ trợt s đợc xác định theo công thức sau:
Qua phần phân tích trên ta có một số nhận xét về đặc tính làm việc của biến mômen nh sau:
Miến mômen khác với ly hợp thuỷ lực ở chỗ miến mômen có cấu tạo ba phần: bánh B, bánh T và bánh P, trong khi ly hợp thuỷ lực chỉ có bánh B và bánh T Thời gian, mômen của bánh T thường lớn hơn mômen của bánh B, trong khi bánh P được khoá bởi khớp một chiều, tạo thành điểm tựa cứng cho dòng chất lỏng và tăng phản lực của dòng chảy Tỷ số MT/MB trong trường hợp này lớn hơn 1, với khả năng tăng mômen tối đa có thể đạt từ 2,5 đến 2,8 lần khi khởi động xe.
Khi mômen MB bằng MT, bánh phản ứng P sẽ quay tự do, cho phép dòng chất lỏng chảy qua các khe cánh và hình thành bộ truyền thuỷ lực với đặc tính mới Bánh phản ứng P có vai trò quan trọng trong việc hướng dòng chất lỏng và giảm tổn thất trong biến mô Tỷ số MT/MB tiến gần đến 1, dẫn đến giảm khả năng biến đổi mômen giữa hai trục Khi nT bằng nB, mômen của hai bánh trở nên bằng nhau, lúc này biến mô hoạt động như một ly hợp thuỷ lực.
Hình 2.6: Cấu tạo khớp một chiều
Khớp một chiều tại bánh phản ứng P giúp biến mômen hoạt động khác biệt so với ly hợp thủy lực, cho phép tăng mômen truyền từ bánh B sang bánh T Sự gia tăng này phụ thuộc vào trạng thái làm việc giữa động cơ và ôtô, đồng thời diễn ra một cách liên tục, không có dạng bậc thang, do đó thực sự là bộ biến đổi vô cấp.
Để tối ưu hóa hiệu suất làm việc, dầu đẩy vào cần duy trì áp suất cao, ngay cả khi không hoạt động, nhằm ngăn không khí lọt vào biến mômen Trên đường dầu ra, một van một chiều điều áp được lắp đặt để giữ áp suất dầu ổn định.
Khi nT = nB, dầu không thể truyền năng lượng, dẫn đến hiệu suất của biến mômen giảm xuống 0 Để ngăn chặn hiện tượng này, nhiều biến mômen được thiết kế với bố trí ly hợp ma sát hoạt động trong dầu.
Ly hợp được đặt giữa B và T, tự động đóng lại tại thời điểm nT n≈ B, cho phép mômen truyền từ động cơ sang hộp số hành tinh qua ly hợp ma sát Trên ôtô, chế độ làm việc này do người lái chỉ định; ly hợp chỉ đóng khi công tắc LOCK – UP ở vị trí ON, trong khi khi công tắc ở vị trí OFF, ly hợp ma sát không đóng.
Hình 2.7: Cấu tạo của ly hợp khoá
Hình 2.8: Trạng thái mở của ly hợp khoá biến mô
Hình 2.9: Trạng thái khoá của ly hợp khoá biến mô
Khi ly hợp khóa biến mô được kích hoạt, nó quay cùng với bánh bơm và bánh tua bin Việc ăn khớp hoặc nhả ly hợp này phụ thuộc vào sự thay đổi hướng của dòng thủy lực trong bộ biến mô khi xe đạt tốc độ nhất định.
Van Rơle khoá biến mô
Ly hợp khoá biến mô
Dầu bị nén Đến bộ làm mát Đến bộ làm mát
Ly hợp khoá biến mô
Khi xe di chuyển với tốc độ thấp, áp suất dầu của biến mô sẽ được nén và chảy vào phía trước của ly hợp khóa biến mô, làm cho áp suất trên mặt trước và mặt sau của ly hợp trở nên cân bằng, dẫn đến việc ly hợp ở trạng thái mở Trong trạng thái này, đường truyền mô men sẽ diễn ra theo thứ tự: Động cơ → Đĩa dẫn động.
Vỏ bộ biến mô → Bánh bơm → Bánh Tua bin Trục sơ cấp hộp số (Hình → 2.8)
Khi xe di chuyển với tốc độ trung bình hoặc cao (thường trên 60 km/h), dầu bị nén sẽ chảy vào phía sau của ly hợp khóa biến mô, khiến vỏ bộ biến mô và ly hợp kết nối và quay cùng tốc độ, với ly hợp ở trạng thái đóng Đường truyền mô men trong trạng thái này là: Động cơ → Đĩa dẫn động → Vỏ bộ biến mô → Ly hợp khóa biến mô → Trục sơ cấp hộp số.
Trên một số ôtô, việc lắp thêm hai bánh phản ứng (bánh P) nhằm mở rộng khả năng làm việc trong phạm vi lớn Mỗi bánh P được gắn trên một khớp một chiều riêng biệt Khi số vòng quay của bánh Tua bin nT gần bằng số vòng quay của bánh bơm nB, các bánh P sẽ chuyển sang trạng thái quay tự do theo chiều dòng dầu.
Hình 2.10: Cấu tạo cơ cấu khoá trục bị động
Trong biến mômen, năng lượng được truyền khi bánh B hoạt động, cho phép mômen truyền sang bánh T ngay khi khởi động Điều này cho thấy biến mômen không cắt đứt dòng truyền như ly hợp ma sát, dẫn đến khả năng xe có thể tự bò Để ngăn chặn hiện tượng này, hộp số tự động được trang bị thêm cơ cấu khóa trục bị động.
Hộp số hành tinh
Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập
Cấu tạo: cơ cấu hành tinh Wilson độc lập là bộ truyền bánh răng ăn khớp trong và ngoài, có 3 trục
Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập
Bánh răng mặt trời M có vành răng ngoài và được đặt trên một trục quay, trong khi bánh răng bao N với vành răng trong được gắn trên một trục quay khác cùng tâm với M Các bánh răng hành tinh H nằm giữa M và N, ăn khớp với M ở vành răng ngoài và với N ở vành răng trong Trục của các bánh răng H được nối cứng với giá hành tinh G và chuyển động quay quanh trục của M.
N, trục G là trục thứ ba của cơ cấu hành tinh
Động học cơ cấu hành tinh
Xác lập mối quan hệ tốc độ góc tơng đối giữa các khâu:
Gọi nM, nN, nG là số vòng quay của các bánh răng M, N và giá G ωM, ωN, ωG là số vòng quay của các bánh răng M, N và giá G
Giả sử cố định giá hành tinh G, ta có: k n n n i n
Hình 2.12 minh họa sơ đồ động học của cơ cấu hành tinh, thể hiện tỷ số truyền trong i MN H, hay còn gọi là đặc tính của dãy hành tinh Dấu ‘-’ trước k cho biết chiều quay của bánh răng M và N khi dừng giá hành tinh G là ngược chiều nhau.
Giá trị k đợc xác định qua bán kính vòng lăn r hoặc số răng Z
Trong đó: rM, rN là bán kính vòng lăn của các bánh răng M, N;
ZM, ZN là số răng của các bánh răng M, N
Từ phơng trình 1 1 ta suy ra:-
Phương trình động học của cơ cấu hành tinh được biểu diễn bằng công thức M k ω k ω ω − = ( 1 − ) (2 6) Với công thức này, chúng ta có thể xác định tốc độ góc của các khâu M, N, G khi đã xác định được khâu chủ động và khâu bị động.
Giả sử cơ cấu quay đều và bỏ qua ma sát
Phơng trình cân bằng mômen của cơ cấu hành tinh nh sau:
Trong đó: MM, MN, MH mô men tác dụng lên các khâu M, N và G.
Điều kiện công nghệ của các bánh răng trong cơ cấu hành tinh:
Bánh răng trong hộp số hành tinh thường là bánh răng trụ với răng thẳng hoặc nghiêng Trong hộp số hành tinh của ôtô con, bánh răng nghiêng được ưa chuộng nhờ vào ưu điểm về độ ồn thấp và độ bền cao.
Bánh răng mặt trời có số răng tối thiểu là 14, trong khi bánh răng hành tinh là 10 Khi số răng của bánh răng hành tinh giảm, tốc độ quay của nó sẽ tăng lên.
Nếu nắm rõ đặc tính của dãy hành tinh, số răng của các bánh răng có thể được xác định Tuy nhiên, cần đảm bảo các mối quan hệ theo điều kiện đồng trục, điều kiện lắp ráp và điều kiện lân cận.
Điều kiện đồng trục: là điều kiện đảm bảo các bánh răng đặt đúng t©m
ZN = ZM + 2.ZH (2- 8) Với ZN, ZM, ZH là số răng của bánh răng N, M và H
Điều kiện lắp ráp: là điều kiện đảm bảo cho các bánh răng hành tinh đợc bố trí với các khoảng cách đều nhau
ZM + ZN = n.a (2- 9) Trong đó: a là số bánh răng hành tinh; n: là số nguyên
Điều kiện lân cận: là điều kiện đảm bảo tồn tại khe hở giữa các bánh răng hành tinh l-dH > 0,5m (2 10)-
Hình 2.13: Giải thích điều kiện lân cận
Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo cơ cấu hành tinh tổ hợp Simpson
Số Sơ đồ bố trí Trạng thái khâu Công thức tính tỷ số truyền Sử dụng r c1 r G 1 r H 1 r H 2 r G 2 r C 2 r N 2 r N 1
Hình 2.15: Bảng các trạng thái làm việc của cơ cấu Wilson
Vào Ra Khoá vao ra ra vao
7 Khoá hai khâu víi nhau 1 1
Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson
Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson bao gồm hai cơ cấu hành tinh Wilson, với các phần tử M1, N1, H1, G1 thuộc dãy hành tinh thứ nhất và các phần tử M2, N2, H2, G2 thuộc dãy hành tinh thứ hai, được ghép nối nhịp nhàng với nhau.
+ Hai bánh răng mặt trời M1 và M2 đặt trên cùng một trục quay (liên kết cứng);
+ Giá hành tinh G2 liên kết cứng với bánh răng ngoại luân N1;
Khả n¨ng chế tạo i ứng dông trong hép sè
Hình 2.16: Bảng các trạng thái làm việc của cơ cấu Simpson
Cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux
Hình 2.17: Sơ đồ cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux
Cấu tạo của cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux gồm hai bánh răng mặt trời M1, M2 nối với hai trục khác nhau, hai nhóm bánh răng hành tinh H1,
H2 ăn khớp với nhau và đặt trên một giá hành tinh G, một bánh răng ngoại luân N ăn khớp với H2, còn H1 ăn khớp với M1
Khả n¨ng chế tạo i ứng dông trong hép sè
Hình 2.18: Bảng các trạng thái làm việc của cơ cấu Ravigneaux
Trong hộp số tự động, việc thay đổi các số truyền được thực hiện nhờ vào chế độ làm việc của động cơ và mômen cản trong hệ thống truyền lực Các cảm biến theo dõi liên tục quá trình này, tạo ra tín hiệu điều khiển để tác động vào các phần tử điều khiển của hộp số hành tinh Khi chuyển số, quá trình đóng hoặc mở các phần tử tương ứng diễn ra theo quy luật thời gian, với các phần tử mở hoạt động sớm hơn để tránh tình trạng hộp số làm việc ở hai số truyền cùng lúc Các phần tử này là cơ cấu ma sát làm việc trong dầu, đảm bảo hiệu suất lâu dài và cho phép quá trình chuyển số diễn ra nhanh chóng và êm ái.
Hệ thống điều khiển
Ly hợp khoá
Trong tổ hợp của hộp số tự động chúng ta thờng gặp:
Ly hợp khoá được sử dụng cho hộp số hành tinh, với số lượng phụ thuộc vào sơ đồ truyền lực của cơ cấu hành tinh trên xe Dạng thường gặp của ly hợp khoá này là
- khoá một bộ phận cơ cấu hành tinh với vỏ, tạo nên phanh dừng;
- khoá hai bộ phận của cơ cấu hành tinh với nhau tạo nên liên kết cùng quay với tốc độ nh nhau
* Ly hợp khoá cho biến mômen: loại này có tác dụng khoá giữa bánh B và bánh T khi số vòng quay nT gần bằng nB
Cả hai loại này đều dùng áp lực dầu điều khiển
Cấu tạo của ly hợp khoá hai bộ phận với nhau:
Ly hợp khoá dùng ở dạng ly hợp ma sát nhiều đĩa làm việc trong dầu, hoạt động bằng áp lực dầu của hệ thống thuỷ lực điều khiển
Bộ ly hợp khoá bao gồm các đĩa ma sát với răng trong và răng ngoài Đĩa ma sát răng trong được gắn với thân trong của bộ phận, trong khi đĩa ma sát răng ngoài kết nối với bộ phận khác, tạo thành vỏ ly hợp Trên ôtô, có hai loại ly hợp khoá: ly hợp khoá đơn và ly hợp khoá kép.
Piston Viên bi van một chiều Van một chiều
Hình 2.19: Cấu tạo của ly hợp khoá
Các đĩa ma sát được lắp đặt thành cặp giữa đĩa răng trong và đĩa răng ngoài, có vai trò quan trọng trong việc khóa giữa trục và vỏ ly hợp Trong cấu trúc này, các đĩa xen kẽ nhau bao gồm một đĩa bằng thép có khả năng chịu mài mòn và một đĩa với bề mặt ma sát được chế tạo từ hợp kim gốm sứ.
Ly hợp đĩa ép là loại ly hợp có dạng piston với vành khăn bằng cao su bao kín, tạo ra buồng chứa dầu giữa vỏ ly hợp và đĩa ép Đĩa ép luôn được đẩy ra
Khi ly hợp mở, áp suất dầu không tồn tại, dẫn đến việc lò xo đẩy đĩa ép ra, tạo ra khe hở nhỏ giữa các đĩa ma sát Trong trạng thái này, hai phần tử của cơ cấu hành tinh được tách rời khỏi nhau.
Khi áp suất dầu điều khiển tăng lên, đĩa ép sẽ di chuyển, ban đầu thắng lực của lò xo, sau đó ép các đĩa ma sát lại với nhau, tạo ra trạng thái đóng ly hợp Hai phần tử trong cơ cấu hành tinh sẽ khóa chặt với nhau.
Ly hợp khoá với vỏ hộp số là một phần quan trọng trong hệ thống hộp số hành tinh, cho phép khoá một phần tử của cơ cấu hành tinh với vỏ hộp số Cấu trúc của ly hợp khoá có hai dạng khác nhau, mỗi dạng mang lại những ưu điểm riêng cho hiệu suất hoạt động của hộp số.
Hình 2.20: Cấu tạo ly hợp khoá với vỏ hộp số
- Các đĩa có răng ngoài ăn khớp trực tiếp với vỏ hộp số và đứng yên
Các đĩa có răng ngoài kết nối qua vỏ của bộ ly hợp, vỏ này được gắn cố định trên vỏ hộp số Kiểu cấu trúc này thường được sử dụng vì nó giúp tạo điều kiện bao kín khoang dầu điều khiển hiệu quả hơn.
Phanh dải
Hộp số hành tinh sử dụng phanh dải để khóa một chi tiết với vỏ hộp số hoặc khóa trục bị động khi cần số ở vị trí "P".
Phanh dải bao gồm các thành phần chính như bề mặt trụ của chi tiết cần khóa, được gọi là tang trống Hai đầu của phanh dải có cấu trúc đa dạng, tùy thuộc vào cơ cấu điều khiển.
Cấu tạo của phanh dải có thể chia ra làm hai loại:
Điều khiển trực tiếp là phương pháp tác động điều khiển vào một đầu phanh qua xy lanh điều khiển, trong khi đầu còn lại tựa trên vỏ hộp số Hệ thống này cho phép điều chỉnh một trong hai đầu phanh khi cần thiết.
Dải phanh được làm từ thép lá mỏng với bề mặt trong được dán lớp Atbet dày khoảng 0,8 đến 1,2mm, tạo ra bề mặt ma sát Cấu trúc hai đầu phanh hình thành điểm tỳ, trong khi tang trống có hình trụ tròn với khe hở nhỏ giữa hai bề mặt làm việc, cho phép tang trống quay tự do Khe hở này được điều chỉnh bằng cơ cấu có bu lông, giúp mô men ma sát truyền qua các đầu tỳ tác động vào vỏ hộp số khi phanh.
Cụm piston và xylanh điều khiển được đặt trên vách ngăn của vỏ hộp số Một đầu của cần bẩy tiếp xúc với piston, trong khi đầu còn lại tỳ vào điểm tỳ của phanh dải.
- Loại điều khiển tác động kép vào cả hai đầu đợc gọi là kết cấu bơi tự cờng hoá
Phanh dải điều khiển hai đầu bằng một xylanh tác dụng một chiều, phần điều khiển có các đòn làm việc ở dạng liên động
Cơ cấu điều chỉnh khe hở dải phanh, tang trống theo dạng cam tỳ giữa hai đòn kéo và tạo nên điểm tựa khi làm việc
Phanh dải loại này có hiệu quả tạo nên mômen phanh lớn, đợc dùng cho các số truyến thấp mà kích thớc kết cấu bên trong không lớn
Hình 2.22: Cấu tạo phanh dải tác dụng kép
Hệ thống điều khiển thuỷ lực điện từ của hộp số tự động -
Hệ thống điều khiển thuỷ lực
Hình 2.23: Sơ đồ khối hộp số tự động điều khiển bằng thuỷ lực
Hệ thống điều khiển thuỷ lực bao gồm:
- Nguồn cung cấp năng lợng;
- Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu số;
- Bé van thuû lùc chuyÓn sè;
- Bộ tích năng giảm chấn;
Nguồn cung cấp năng lợng
Nguồn cung cấp năng lợng bao gồm: bơm dầu, van điều tiết áp suất
Nó đảm nhận các chức năng sau đây:
- Cung cấp dầu cho biến mômen;
- Cung cấp dầu cho điều khiển ly hợp khoá và dải phanh;
- Tạo nên áp lực dầu bôi trơn cho toàn bộ hộp số tự động;
Vị trí cần số Khèi thuû lùc
- Cung cấp dầu điều khiển van trợt thuỷ lực thực hiện đóng mở ®êng dÇu;
- Dẫn nhiệt ra ngoài đảm bảo làm mát cho hộp số tự động đồng thời đa các tạp chất bị mài về đáy dầu thực hiện việc làm sạch dÇu
Bơm dầu của hộp số tự động thờng đặt trên vách ngăn giữa biến mômen và hộp số hành tinh, đợc dẫn động bởi trục của bánh bơm
Các loại bơm dầu thờng dùng là: rôto phiến gạt hoặc bơm bánh răng ăn khớp trong lệch tâm
Bơm dầu kiểu bánh răng hoạt động nhờ vào sự không đồng tam trục quay, tạo ra các khoang dầu khi các bánh răng ăn khớp với nhau Các bề mặt răng tăng dần thể tích giúp hút dầu, sau đó khoang dầu bị thu hẹp, dẫn đến tăng áp suất Quá trình này diễn ra liên tục, tạo ra áp suất dầu cần thiết cho hệ thống thủy lực.
Bơm dầu kiểu rôto phiến gạt có cấu tạo gồm rôto gắn trên trục chủ động, bên trong rôto có các cánh hướng tâm và phiến gạt, cùng với vỏ bơm hình ô van được mài bóng Khi rôto quay, các phiến gạt văng ra ngoài nhờ lực ly tâm, tạo áp lực trên bề mặt vỏ bơm Quá trình này hình thành các khoang dầu giữa phiến gạt, vỏ bơm và rôto, khiến thể tích các khoang thay đổi và tạo ra quá trình hút và nén dầu Cuối cùng, dầu được nén sẽ thoát ra qua đường dẫn với áp suất cao.
2.5.2.2 Van điều tiết áp suất
Van điều tiết áp suất đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì áp suất ổn định cho hộp số tự động Chức năng chính của nó là hạn chế áp suất khi đạt đến giá trị định mức, đảm bảo hiệu suất và sự ổn định trong quá trình điều khiển.
Cụm van điều tiết áp suất được đặt sau bơm dầu trên mạch phân nhánh của đường dầu chính, với cấu trúc kiểu con trượt, một đầu tựa vào lò xo và đầu kia chịu áp lực của dầu trên mạch chính Sự cân bằng của lực thủy lực và của lò xo quyết định sự di chuyển của con trượt, khi áp lực dầu tăng quá cao sẽ đẩy con trượt theo hướng ép lò xo lại, còn khi áp lực nhỏ, lực lò xo đẩy con trượt ngược lại Trên vỏ con trượt có đường dầu cấp cho biến mô men và đường trả dầu về trước bơm, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống.
Van điều áp suất hoạt động khi bơm dầu bắt đầu, với áp suất dầu ban đầu còn thấp, con trượt không cung cấp dầu cho biến mô men Khi áp suất dầu đạt mức đủ lớn, con trượt sẽ di chuyển để mở đường dầu cho biến mô men Nếu áp suất dầu vượt quá mức cho phép, con trượt sẽ đóng bớt đường dầu cấp cho biến mô men và mở đường dầu trở về bơm có áp suất thấp, giúp điều chỉnh áp suất một cách hiệu quả.
Mạch cân bằng Đến mạch chÝnh
Về bơm §Õn biÕn mô Đến mạch chÝnh
Mạch cân bằng Đến mạch chÝnh
Here is the rewritten paragraph:"Hệ thống không thể tăng mô suất dầu của mạch cân bằng nữa Để duy trì áp suất trong khoảng nhất định, quá trình điều tiết phải xảy ra liên tục nhằm đảm bảo sự ổn định của toàn hệ thống."
Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu số
Tín hiệu trạng thái tải của động cơ được truyền đạt thông qua sự biến đổi độ chân không tại cổ hút, hoặc máy hút chân không, dẫn đến sự thay đổi áp suất thủy lực Áp suất này sau đó được đưa vào bộ van con trượt để điều chỉnh việc chuyển số.
Hình 2.26: Tín hiệu chuyển đổi số dạng chân không
Tín hiệu tốc độ chuyển động của ôtô được truyền qua bộ quả văng ly tâm, đặt tại trục ra của hộp số Bộ quả văng này nhận sự thay đổi áp suất thủy lực, từ đó điều khiển bộ van con trượt chuyển số.
DÉn dÇu ®i Dẫn dầu đến èng dÉn chân không
DÉn dÇu ®i Dẫn dầu đến Buồng chân không
Hai bộ phận này xác định thời điểm chuyển số tự động trong hộp số, với quá trình chuyển số diễn ra liên tục Để đảm bảo kiểm soát việc tăng số trong quá trình này, cần có bộ van mở đường dầu chuyển số.
Bộ van mở đường dầu chuyển số được điều khiển từ buồng lái thông qua cần chọn số, cho phép quyết định vị trí các số truyền và giới hạn các số truyền trong chế độ chuyển số tự động.
Lò xo á p suất chuẩn á p suất ly tâm Xả
Mạch dÇu tíi ly hợp khoá
Mạch dÇu tõ van ®iÒu tiết áp suÊt
Mạch dÇu tíi ly hợp khoá L, R
L, R Mạch dÇu tíi ly hợp khoá
Trả về đáy dầu OD
Mạch dÇu vÒ van ®iÒu tiết áp suÊt
Hình 2.27: Bộ chuyển đổi tín hiệu dạng quả văng ly tâm
Hình 2.28: Cấu tạo van chuyển đổi cần chuyển số
Bé van thuû lùc chuyÓn sè
Bộ van thủy lực chuyển số thường sử dụng van thủy lực con trượt, với nhiều bậc để điều chỉnh và đóng mở các đường dầu đến các phần tử điều khiển.
Hình ảnh mô tả trạng thái hoạt động của van con trượt chuyển số trong hai tình huống: một là khi van đóng đường dầu tới ly hợp khóa để tăng số, và hai là khi van mở đường dầu tới ly hợp khóa để giảm số.
Hình 2.29 mô tả van thủy lực chuyển số trong ôtô Khi trạng thái tăng số xảy ra, áp lực dầu phản ánh tốc độ di chuyển của xe nhỏ, trong khi áp lực dầu cho biết chế độ hoạt động của động cơ lớn Con trượt chuyển số di chuyển theo mũi tên, ngăn chặn dòng dầu đến ly hợp khóa, giúp thực hiện việc tăng số lên cấp cao hơn.
Trạng thái giảm số cho thấy áp lực dầu phản ánh tốc độ di chuyển của ôtô, trong khi áp lực dầu cũng thể hiện chế độ hoạt động của động cơ Điều này liên quan đến việc chuyển số của xe, ảnh hưởng đến hiệu suất và sự ổn định khi lái.
Bé chuyÓn đổi số từ động cơ tới
Tõ bé van mở dầu chuyÓn sè
Bé chuyÓn đổi số từ tốc độ ôtô
Trôc bé van thuû lùc chuyÓn sè
Trôc bé van thuû lùc chuyÓn sè
Bé chuyÓn đổi số từ tốc độ ôtô
Tõ bé van mở dầu chuyÓn sè
Bé chuyển đổi số từ động cơ đến dịch chuyển theo hướng mũi tên, mở đường dầu tới ly hợp khóa, thực hiện giảm số truyền xuống số thấp hơn.
Bộ tích năng giảm chấn
Bộ tích năng giảm chấn giúp giảm xung lực khi cấp dầu cho các xylanh thủy lực điều khiển ly hợp khóa hoặc phanh dải, đồng thời giảm thiểu xung áp lực thủy lực trong quá trình thay đổi điều khiển Việc sử dụng bộ tích năng này không chỉ làm êm quá trình điều khiển mà còn nâng cao chất lượng chuyển động của ôtô.
Có ba dạng kết cấu tích năng giảm chấn:
Bộ tích năng kiểu van con trợt;
Bộ tích năng kiểu piston độc lập;
Bộ tích năng tổng hợp
Hình 2.30: Bộ tích năng giảm chấn
Bộ tích năng kiểu van con trượt cho phanh dải hoạt động hiệu quả với piston kép, giúp cân bằng áp lực khi cấp dầu ban đầu cho piston Thiết bị này cũng điều chỉnh áp lực khi thay đổi hướng dòng dầu, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình hoạt động.
Lỗ tiết l Ư u § ¦ êng dÇu tíi phanh dải
Bé chuyÓn đổi số từ động cơ tới
Tõ bé van mở dầu chuyÓn sè
Khi bắt đầu quá trình cấp dầu, bộ van mở dầu chuyển hướng dầu tới con trượt ép lò xo đi lên Sự gia tăng thể tích buồng chứa giúp giảm xung áp suất trong quá trình cấp dầu cho phanh dải.
Trạng thái tích năng xảy ra khi quá trình cấp dầu kết thúc, dẫn đến áp suất dầu giảm Lò xo nén sẽ đẩy piston đi xuống, giúp cân bằng cho đến khi piston của phanh đạt được trạng thái phanh hoàn toàn, tức là dầu được cấp đủ, và chuyển sang trạng thái ổn định.
Trạng thái ổn định của hệ thống điều hòa được duy trì bằng cách bù dầu, nhằm tạo ra áp suất ổn định trong quá trình hoạt động Việc bổ sung lượng dầu nhỏ sẽ diễn ra khi có sự thất thoát trong đường dẫn và xy lanh điều khiển Những biến động nhỏ từ bộ chuyển đổi số của động cơ sẽ được điều chỉnh đồng đều thông qua lỗ tiết lưu ở phía trên cốc ép.
2.6 Hệ thống điều khiển điện từ của hộp số tự động EAT
Hình 2.31: Sơ đồ khối của hộp số ECT
Hộp số điều khiển thủy lực được phát triển vào những năm 1940, trong khi hộp số tự động có điều khiển thủy điện từ lần đầu xuất hiện vào năm 1983 Kể từ đó, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, hệ thống này đã không ngừng được cải tiến và hoàn thiện.
Hệ thống điều khiển thuỷ lực điện từ bao gồm các thành phần chính như cảm biến tín hiệu đầu vào, bộ chuyển đổi tín hiệu, máy tính, bộ chuyển và biến đổi tín hiệu ra, bộ điều khiển liên hợp điện từ thuỷ lực, và cụm báo lỗi trạng thái với khả năng tự chẩn đoán.
Các cảm biến tín hiệu đầu vào:
Các cảm biến tín hiệu đầu vào được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm cảm biến vị trí, cảm biến nhiệt độ, cảm biến tốc độ vòng quay và cảm biến đóng mạch điện từ.
Cảm biến vị trí là thiết bị quan trọng trong việc xác định vị trí bướm ga và chế độ làm việc của động cơ Cấu tạo của cảm biến này bao gồm một biến trở, trong đó con chạy gắn liền với bướm ga và quét trên điện trở được cấp điện áp 5V hoặc 8V Tín hiệu từ sự thay đổi vị trí bướm ga sẽ được gửi về bộ chuyển đổi tín hiệu điều khiển của máy tính.
Hình 2.31: Cấu tạo cảm biến vị trí
Cảm biến đo nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên nguyên tắc điện áp tín hiệu vào máy tính tăng cao khi nhiệt độ thấp và ngược lại Hiện nay, loại cảm biến nhiệt điện trở có độ nhạy cao thường được sử dụng trên ô tô, được kết nối song song với nguồn cung cấp Khi nhiệt độ tăng, điện trở của dây cảm biến sẽ tăng, dẫn đến tín hiệu điện áp gửi vào ECU giảm.
Cảm biến đóng mạch điện
Công tắc dòng mạch điện được sử dụng trong các mạch điện chính để thực hiện các chức năng như khoá đóng mạch, chỉ thị vị trí cần chọn số, vị trí bàn đạp phanh, khoá OD, khoá KICK-DOWN, khoá LOCK-UP và vị trí van thuỷ lực.
Vị trí của các công tắc này đợc xác định ở hai trạng thái đóng (ON) và mở (OFF).
Cảm biến tốc độ vòng quay
Cảm biến điện từ là loại cảm biến phổ biến, thường được sử dụng để đo số vòng quay của động cơ và trục thứ cấp trong hộp số Ngoài ra, nó còn được áp dụng để đo tốc độ cho hệ thống phanh ABS.
Cảm biến này có cấu trúc bao gồm một lõi từ tĩnh, cuộn dây cảm ứng với dòng điện cố định, và bộ biến đổi xung điện được lắp trên phần tĩnh Phần động của cảm biến là vành răng quay cùng với chi tiết cần đo, trên bề mặt vành răng được phủ một lớp kim loại dẫn từ.
Hình 2.32: Cấu tạo cảm biến vị trí
Cơ cấu thừa hành
Trong hộp số tự động, van điều khiển điện từ là cơ cấu thừa hành quan trọng, giúp thực hiện việc đóng mở các đường dầu thông qua cấu trúc van bi hoặc van trượt Van điện từ bao gồm các thành phần chính như lõi thép từ, cuộn dây, cụm van bi hoặc van trượt, vỏ và đầu nối dây.
Hình 2.33: Cấu tạo van điện từ
Lõi thép từ có khả năng di chuyển trong cuộn dây, với một đầu dây tiếp xúc với cụm van Cuộn dây điều khiển được cuốn liên tục, một đầu dây kết nối với vỏ và đầu còn lại nối với mạch điện điều khiển sau ECU.
Van điều khiển điện từ hoạt động dựa trên nguyên lý cuộn dây sinh ra từ trường khi dòng điện đi qua, từ đó lõi thép từ di chuyển và tác động vào cụm van thu lùc.
Cấu tạo cụm van thuỷ lực điện từ kết hợp
Các van thuỷ lực điện từ kết hợp có hai chức năng chính:
- Điều chỉnh dòng thuỷ lực để thay đổi áp suất mạch thuỷ lực;
- Điều chỉnh vị trí của cơ cấu tạo nên một trạng thái làm việc hợp lý của van thuỷ lực
Tăng số thực hiện với tốc độ cao hơn, giảm số ở tốc độ thấp hơn khi có cùng chế độ tải trọng đặt lên động cơ
Thực hiện chế độ làm việc OD.
Thực hiện chế độ làm việc với khoá LOCK UP.
Việc thay đổi chế độ tăng hoặc giảm số của hộp số tự động khi ôtô di chuyển với các chế độ tải trọng khác nhau là rất quan trọng Trên các ôtô con hiện đại, người dùng có thể sử dụng công tắc chương trình để điều chỉnh chế độ làm việc theo nhiều dạng khác nhau, giúp tối ưu hóa hiệu suất và trải nghiệm lái xe.
+ chế độ làm việc chuẩn (Normal: N);
+ chế độ làm việc tiết kiệm nhiên liệu (Economy: E);
+ chế độ làm việc tăng tải (Power: P);
+ chế độ làm việc mùa đông
Thực hiện số truyền có khả năng gia tốc cao (chế độ KICK-DOWN)
Hình 2.34: Cấu tạo van thuỷ lực kết hợp với điện từ
Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số tự động
Cấu tạo
Hình 2.35: Cấu tạo hộp số tự động 4 cấp có số truyền tăng OD
2 Biến mômen; 2 Bơm dầu; 3 Trục vào; 4 Phanh dải; 5 Ly hợp số lùi;
6 Ly hợp số cao; 7 Bánh răng hành tinh trớc; 8 Bánh răng mặt trời trớc;
9 Bánh răng bao trớc; 10 Cần dẫn trớc; 1 Bánh răng mặt trời sau;2
12 Bánh răng hành tinh sau; 13 Bánh răng bao sau; 14 Cần dẫn sau;
15 Ly hợp nối; 16, 18 Khớp một chiều; 17 Ly hợp số truyền tăng;
19 Ly hợp số lùi và số thấp; 20, 2 Cơ cấu cóc khoá trục ra; 22 Trục ra.2.
Các phần tử và chức năng của chúng
+ Ly hợp số lùi 5 (RC): truyền công suất từ trục vào tới bánh răng mặt trời tríc;
+ Ly hợp số cao 6 (HC): truyền công suất từ trục vào tới cần dẫn trớc;
+ Ly hợp nối 15 (FC): nối cần dẫn trớc với khớp một chiều;
+ Ly hợp số truyền tăng (OC): nối cần dẫn trớc với bánh răng bao sau;
+ Phanh dải 4 (BB): khoá bánh răng mặt trời trớc;
+ Khớp một chiều số cao 16 (FOC): khi ly hợp nối thực sự vào khớp thì làm đổi chiều sự quay của bánh răng bao sau;
+ Khớp một chiều số thấp 18 (LOC): ở vị trí “D” hay “2” ứng với số 1 chống sự đảo chiều quay của các bánh răng của cơ cấu hành tinh sau;
Ly hợp số lùi và số thấp 19 (L& RB) có chức năng khóa các bánh răng trong của cơ cấu hành tinh sau ở dãy “1” số 1, đồng thời khóa cần dẫn của cơ cấu hành tinh trước ở dãy số lùi.
Dãy “N” và “P”
• Dãy “N”: không có phần tử nào đợc điều khiển hoạt động Công suất từ trục vào không đợc truyền tới trục ra khi các ly hợp không đợc nối.
Dãy “P” tương tự như dãy “N”, không có phần tử nào bị điều khiển Cơ cấu khoá trục ra hoạt động để giữ trục ra, làm cho bộ truyền công suất bị khoá.
Dãy “D1” và “21”
Khíp mét chiÒu tríc 16 khíp mét chiÒu sau 18
Ly hợp nối 15 làm việc
Bánh răng bao của cơ cấu hành tinh bị khóa bởi khớp một chiều 16 và quay ngược chiều kim đồng hồ, trong khi ly hợp số truyền tăng được mở.
D1: - Công tắc “Power” ở chế độ “Power”
- Bớm ga mở nhỏ hơn 1/16
21: Bớm ga mở nhỏ hơn 1/16 ở chế độ D1, 21 chế độ phanh động cơ không hoạt động trong suốt thời gian mở khoá của khớp môth chiều 18
Dòng truyền công suất Trục vào Bánh răng mặt trời sau 18 Cần dÉn sau Trôc ra
Trục vào Phần tử khoá
Hình 2.36: Sơ đồ truyền mômen của dãy “N”, “P”
Hình 2.37: Sơ đồ truyền mômen trong dãy “D1” và “21”
Dãy Dãy “D2”, “12” và “22”
Khíp mét chiÒu tríc 16
Ly hợp nối 15 làm việc
- Bánh răng mặt trời phía sau dẫn động cần danc sau và tổ hợp bánh răng ngoại luân trớc
Bánh răng mặt trời trước được khóa bởi phanh ở số 4, trong khi bánh răng ngoại luân trước quay quanh bánh răng mặt trời Điều kiện cần thiết là ly hợp số truyền tăng phải ở trạng thái mở.
D2: - Công tắc “Power” ở chế độ “Power”
- Bớm ga mở nhỏ hơn 1/16
22: Bớm ga mở nhỏ hơn 1/16
Bánh răng mặt mặt sau
CÇn dÉn sau Trôc ra
Bánh răng mặt trời trớc
Hình 2.38: Sơ đồ truyền mômen của dãy “D2”, “12” và “22”
Trôc ra Trục vào Phần tử khoá
Bánh răng bao tríc
Dãy “D3”
Khíp mét chiÒu tríc 16
Ly hợp nối 15 làm việc
Công suất trên trục vào được kết nối với cần dẫn của bộ hành tinh trước qua ly hợp số cao Đồng thời, cần dẫn của cơ cấu hành tinh trước cũng được kết nối với bánh răng ngoại luân sau thông qua khớp một chiều 16.
Tỉ số truyền trong cơ cấu hành tinh này là 1:2 do có hai đường công suất vào, bao gồm bánh răng mặt trời và bánh răng bao Điều kiện cần thiết để đạt được tỉ số truyền này là ly hợp số truyền phải được mở.
D3: - Công tắc “Power” ở chế độ “Power”
- Bớm ga mở nhỏ hơn 1/16
Bánh răng mặt trêi sau
Khíp mét chiÒu tríc
Hình 2.39: Sơ đồ truyền mômen của dãy “D3”
Dãy “D4” (OD)
Ly hợp nối 15 làm việc
- Công suất trên trục vào đợc nối với cần dẫn của bộ hành tinh trớc qua ly hợp số cao
Cần dẫn của cơ cấu hành tinh trước quay xung quanh bánh răng mặt trời, và do bánh răng mặt trời bị khóa bởi phanh dải 4, nên cần dẫn quay nhanh hơn.
Phanh động cơ D4: ở chế đọ này không có khớp một chiều nào làm việc
Trục vào Khoá Chủ động Trục ra
Hình 2.40: Sơ đồ truyền mômen trong dãy “D4” (OD)
Trục vào Khoá Chủ động Trục ra
Bánh răng bao trớc
Dãy “11”
Khíp mét chiÒu tríc 16
Ly hợp số truyền tăng
Phanh số thấp làm việc
- Khi ly hợp số truyền tăng làm việc thì bánh răng bao của cơ cấu hành tinh sau bị khoá bởi ly hợp sè thÊp
- Vì có hai đờng công suất vào (Bánh răng mặt trời và bánh răng bao của cơ cấu hành tinh sau) cho nên tỉ số truyền ở đây là 1:2
Phanh động cơ Ly hợp số truyền tăng luôn đóng
Bánh răng mặt trời sau
Hình 2.41: Sơ đồ truyền mômen trong dãy “11”
Dãy “R”
Phanh số thấp làm việc
- Cần dẫn của cơ cấu hành tinh trớc bị khoá bởi phanh số thấp và số lùi
- Công suất của trục vào truyền qua bánh răng bao trớc thông qua ly hợp số lùi, làm cho bánh răng bao quay ngợc chiều
Phanh động cơ Không có một khớp một chiều nào làm việc
Bánh răng mặt trời trớc
Bánh răng bao trớc
Hình 2.46: Sơ đồ truyền mômen của dãy “R”
Các phơng pháp tính toán
+ Sự biến dạng của các phần tử trong hệ thống;
+ Sự sụt áp trên đờng ống;
+ Ma sát trong hệ thống;
+ Vùng không nhạy cảm, các khe hở trong hệ thống;
Để giảm bớt độ phức tạp trong mô phỏng, người ta thường chấp nhận một số giả thiết đơn giản hóa Tùy thuộc vào yêu cầu và đặc thù của từng bài toán, các giả thiết này có thể khác nhau, dẫn đến sự tồn tại của nhiều dạng bài toán Tuy nhiên, có thể phân loại chúng thành ba dạng cơ bản.
Mô hình truyền sóng
Mô hình đàn hồi
Chất lỏng có thể được nén và phân bố tập trung trong một hoặc hai dung tích, được gọi là mô hình với các thông số tập trung, trong đó tính đàn hồi của các phần tử trong hệ thống cũng được xem xét.
Trong mô hình này, lưu lượng chất lỏng vào hệ thống được phân chia thành hai phần: Qđh, đại diện cho lượng bù đắp cho sự đàn hồi của hệ thống, và Q2, là lượng chất lỏng thực hiện công hữu ích.
Trong đó V0 là thể tích ban đầu của chất lỏng trong hệ thống
Trong nhiều trường hợp, người ta thường bỏ qua quy định và thay vào đó sử dụng một lò xo quy ước được bố trí trong xilanh công tác Khi đó, phương trình biến dạng đàn hồi của xilanh sẽ được viết lại như sau:
Trong đó: ΣP – tổng các lực quy về piston; z – toạ độ vị trí piston; z1- toạ độ của vị trí lớp chất lỏng đạng xét;
Cđh - độ cứng của các phần tử hệ thống quy về piston:
Ecl - mô đun đàn hồi của chất lỏng.
Mô hình không đàn hồi
Đây là mô hình đơn giản nhất, chất lỏng không nén đợc và các phần tử của hệ thống là tuyệt đói cứng (không đàn hồi)
Mô hình này quá đơn giản và không mô phỏng chính xác các quá trình vật lý xảy ra trong hệ thống nên rất ít khi đợc áp dụng.
Các phơng pháp mô tả hệ thống
Mô hình thứ hai hiện nay được sử dụng phổ biến hơn, cho phép mô tả chính xác các hiện tượng phức tạp trong hệ thống với các công thức toán học đơn giản hơn so với mô hình thứ nhất Tuy nhiên, ngay cả khi áp dụng mô hình này, các phương trình vi phân mô tả hệ thống thường đạt đến bậc 3 hoặc bậc 4 Do đó, để giải quyết các phương trình này, người ta thường sử dụng các phương pháp số trên máy vi tính.
Hệ phương trình mô tả động lực học của hệ thống thủy lực bao gồm ba dạng phương trình tương ứng với các quá trình diễn ra trong hệ thống.
Các phương trình chuyển động của các chi tiết trong hệ thống thường được xây dựng theo nguyên lý Đa lăm be, hay còn gọi là phương trình lực và mômen.
- Các phơng trình dòng chảy của chất lỏng trong hệ thống;
- Các phơng trình lu lợng
Trong cơ học, m là khối lượng của chi tiết chuyển động, x là dịch chuyển của chi tiết đó, ΣPa biểu thị tổng các lực chủ động, và ΣPc là tổng các lực cản Đối với các chi tiết chuyển động quay, công thức c a M dt M được áp dụng để tính toán các yếu tố liên quan đến chuyển động.
J là mômen quán tính của các chi tiết trong chuyển động quay, ϕ là góc quay của các chi tiết này Tổng mômen các lực chủ động được ký hiệu là ΣMa, trong khi tổng mômen các lực cản được ký hiệu là ΣPc.
Trong chuyển động tổng quát, khối lượng quy đổi m bao gồm khối lượng của các chi tiết động mr và khối lượng của chất lỏng công tác ml.
Khối lợng của các chi tiết động quy về piston đợc tính nh sau:
Trong đó: msi, Jsi - là khối lợng và mômen quán tính của phần tử thứ i so với trục đi qua khối tâm của nó;
Vsi – vận tốc trọng tâm của phần tử thứ i; ωsi – vận tốc góc của phần tử thứ i;
Khối lợng của chất lỏng trong n đoạn của hệ dẫn động thuỷ lực quy đổi về piston:
Víi: li, fi - độ dài và diện tích tiết diện của đoạn thứ i;
Cần lưu ý rằng khối lượng quy đổi của chất lỏng có thể được thay thế bằng tổn thất quán tính trong phương trình Bernoulli Tổn thất quán tính của cột áp pj như sau:
Trong đó V là vận tốc chuyển động của chất lỏng trong ống.
Phơng trình dòng chảy chất lỏng
Tổn thất trên đờng ống tiết diện tròn
ở chế độ chảy tầng (Re < 2300), tổn thất áp suất trên đoạn ống dài l đợc tính theo công thức Poiselles:
Trong đó: l, f - đọ dài và tiết diện đờng ống;
Với λ1 – hệ số cản ở chế độ chảy tầng
Trong các tính toán thực tế có thể lấy λ1 = 75/Re. ở chế độ chảy rối (Re > 2300):
Trong đó: λt- hệ số tổn thất do ma sát ở chế đọ chảy rối;
R t = λ t λ l (3-18) Đối với các thành ống kim loại nhẵn có thể lấy tơng đối chính xác: λt 0,025 hay tính theo công thức: λ t = 0 , 3164 Re − 0 , 25
Trong các hệ thống điều khiển thủy lực, vân tốc giới hạn V* tương ứng với giá trị giới hạn của số Reynolds (Re = 2300) là yếu tố quan trọng cần lưu ý.
+ dòng chảy tầng nếu V < V * + dòng chảy tầng nếu V > V * Vì vậy để đánh giá tổn thất có thể sử dụng công thức sau:
Công thức này mang lại kết quả tính toán tương đối chính xác, nhưng quá trình tính toán lại khá phức tạp vì cần phải giải bài toán thành hai phần: trước và sau V*.
Theo GS.Metliuk thì có thể sử dụng một công thức chung cho cả hai chế độ dòng chảy:
Tổn thất cục bộ
Tổn thất cục bộ được chia thành hai loại chính: thứ nhất là các bộ phận tiết lưu như con trượt và các loại van; thứ hai là các bộ phận chuyển tiếp bao gồm góc ngoặt, ống nối và chạc ba.
Tổn thất cục bộ đợc tính theo công thức sau:
Khi 0 > V* ξ - hệ số cản cục bộ, phụ thuộc vào kết cấu của bộ phận gây cản và chế độ dòng điện chảy, nó đợc xác định bằng thực nghiệm Trong tính toán có thể thay tổn thất cục bộ bằng tổn thất trên đờng ống tơng đơng với độ dài: λ ξ d l td = (3 22)-
Tiết lu có thể đợc thành hai loại: tiết lu điều chỉnh đợc và tiết lu không điều chỉnh đợc Lu lợng đi qua tiết lu đợc tính nh sau: à f ρ p
1 - hệ số lu lợng, phụ thuộc vào độ nhớt, độ thu hẹp dòng chảy…; f- diện tích mặt cắt ngang của tiết lu;
∆p- độ chênh lệch áp suất trớc và sau tiết lu.
Mô hình toán học đàn hồi
Bài toán 2 phần tử đàn hồi
Sơ đồ hệ thống hai phần tử đàn hồi được mô tả trong hình vẽ Trong trường hợp này, thể tích chất lỏng trong xylanh chính tập trung tại nút (1), trong khi thể tích chất lỏng trong xylanh công tác đặt tại nút (2) Thể tích chất lỏng trong đường ống được chia đều cho hai nút Do đó, tại các nút, chúng ta có các thể tích tương ứng.
Hình 3.5: Hệ thống 2 phần tử đàn hồi sử dụng xylanh chính + Nót (1) V 1 = F 1 ( y max − y ) + 0 , 5 fl; (3 43)-
Nót (2) V 2 = F 2 (z min + z) + 0,5 fl; đường ống có chiều dài l, tiết diện f, sức cản thuỷ lực R và khối lượng chất lỏng chứa trong ống là m Mô hình này bao gồm hai phần tử đàn hồi được đặc trưng bởi hai hệ số ψ1(p1) và ψ2(p2).
Nếu hệ thống sử dụng piston thì hệ phơng trình vi phân mô phỏng nh sau:
P dz dt P k dz dt z m d dt p dp z dt z dz dt dz dt p dp y dt y dz F
F dt dy p dt p dz dt a dz dt a dz dt z a d ms z b td ψ ψ
Nếu bỏ qua quán tính của các chi tiết chuyển động và ma sát thì hệ phơng trình có thể đơn giản hoá nh sau:
+ + dt p dP F z z dt dz dt dz dt p dp y dt y dz F
F dt dy dt p p dz dt a dz dt a dz dt z a d
Hệ thống 2 phần tử đàn hồi sử dụng van phân phối có thể được mô phỏng bằng phương trình vi phân như sau:
+ + dt p dP F z z dt dz dt dz dt p dp fl y y dt F
F dz p t p bh p dt p dz dt a dz dt a dz dt z a d
Bài toán một phần tử đàn hồi
Trong trờng hợp này ta coi toàn bộ chất lỏng trong hệ thống thuỷ lực tập trung tại một trong hai xylanh: xylanh chính hoặc xylanh chấp hành
* Trớc hết ta xét sơ đồ hệ thống thuỷ lực với một phần tử đàn hồi tập trung tại xylanh chấp hành ψ 2 (p 2 )
Hệ thống 1 phần tử đàn hồi sử dụng xylanh chính được mô tả trong Hình 3.7, trong đó toàn bộ chất lỏng được coi là tập trung tại nút (2) Khả năng đàn hồi của hệ thống được đặc trưng bởi hệ số ψ2(p2).
+ Nếu hệ thống sử dụng piston thì hệ phơng trình mô phỏng nh sau:
P dz dt P k dz dt z m d dt p dp z
F dt dz dt dz p dt p dz dt a dz dt a dz dt z a d ms z b td ψ (3-48)
+ Nếu bỏ qua ảnh hởng của quán tính và ma sát ta có hệ phơng trình sau:
F dt dz dt dz p dt p dz dt a dz dt a dz dt z a d z 2
Hình 3.8: Hệ thống 1 phần tử đàn hồi sử dụng van phân phối + Nếu hệ thống sử dụng van phân phối ta có:
F dz p t p bh p dt p dz dt a dz dt a dz dt z a d
* Trờng hợp thứ hai, nếu thể tích tập trung tại nút (1) và khả năng đàn hồi của hệ thống đợc đặc trng bởi ψ1(p1)
Hệ thống 1 phần tử đàn hồi tập trung tại xylanh chấp hành sử dụng xylanh chính Nếu hệ thống áp dụng piston, phương trình mô phỏng sẽ được trình bày như sau:
P dt dz dt b dz dt b dz dt z b d z ms
+ Nếu bỏ qua ảnh hởng của quán tính và ma sát ta có hệ phơng trình sau:
P dt dz dt a dz dt a dz dt z a d z
KÕt luËn
Việc chọn sơ đồ phù hợp để mô phỏng hệ thống phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu và đặc điểm kết cấu của hệ thống Cụ thể, điều này liên quan đến tỷ lệ phân bố chất lỏng tại các xylanh làm việc trong hệ thống.
Sơ đồ 3 phần tử đàn hồi cung cấp độ chính xác cao hơn vì mô tả hệ thống một cách chi tiết Tuy nhiên, sơ đồ này dẫn đến hệ thống phương trình bậc hai phi tuyến, làm cho việc giải quyết trở nên tương đối phức tạp.
Trong hầu hết các trường hợp, sơ đồ có một phần tử đàn hồi có thể đạt độ chính xác chấp nhận được nếu chọn đúng điểm tập trung khối lượng tính toán Đối với các sơ đồ có van phân phối ở đầu vào, chất lỏng nên được tập trung tại xylanh chấp hành Ngược lại, với các hệ thống có xylanh chính, chất lỏng cần được bố trí tập trung tại xylanh này, tức là tại nút (1).
Chơng 4: Đánh giá tổn hao công suất quá trình
Mô phỏng quá trình chuyển số
Mô tả quá trình
Hình 4.1: Sơ đồ tính toán ly hợp nhiều đĩa
Hình 4 Kết cấu ly hợp nhiều đĩa2:
Khi điều khiển đóng ly hợp, mômen ma sát của toàn bộ cơ cấu được xác định bằng tổng các mômen ma sát trên các đĩa, theo công thức cụ thể.
F1: lực tác dụng lên piston điều khiển;
Hệ số ma sát của đĩa ma sát được ký hiệu là (4 4), trong khi hệ số ma sát của mối ghép then là à1 Piston có bán kính trong r1 và bán kính ngoài r2, với z là số bề mặt ma sát Bán kính ma sát được ký hiệu là rà, và bán kính mối ghép then của đĩa chủ động là rt2.
Trạng thái đóng ly hợp (nạp chất lỏng)
Dựa vào kết cấu hệ thống, quá trình đóng ly hợp (hoặc phanh dải) khi sang số chủ yếu tập trung chất lỏng ở đường cấp dầu, trong khi quá trình nhả ly hợp (hoặc phanh dải) khi nhả số lại tập trung chất lỏng ở xylanh điều khiển Do đó, có thể lựa chọn sơ đồ tính toán mô phỏng quá trình ra vào số của hộp số tự động với một phần tử đàn hồi tại xylanh chính.
Trong sơ đồ điều khiển quá trình sang số, dầu có áp suất pmax được bơm từ bơm dầu tới van phân phối h(t), qua các đường ống và đến xylanh chấp hành tại ly hợp hoặc phanh dải.
Hình 4.4: Sơ đồ mô phỏng quá trình đóng ly hợp
Hệ phơng trình vi phân mô phỏng:
P dt dz dt a dz dt a dz dt z a d à ρ (4 5)-
Để giải hệ phương trình này, chúng ta sẽ xác định quy luật dịch chuyển của z1(t) và sự biến thiên của áp suất p2(t) Phương pháp giải hệ phương trình vi phân này được thực hiện thông qua phần mềm Matlab – Simulink.
Hình4.5: p suất điều khiển đóng ly hợpá áp suất
(N/m^2) t (s) áp suất điều khiển đóng ly hợp (N/m^2)
Trạng thái mở ly hợp (xả chất lỏng)
Hệ phơng trình vi phân mô phỏng:
Hình 4.7: p suất điều khiển mở ly hợpá p 0 h (t) p 1 p z
(N/m^2) t (s) áp suất điều khiển mở ly hợp (N/m^2)
Hình 4.8: p suất điều khiển đóng, mở ly hợp đồng thờiá
Đánh giá tổn thất công suất của hộp số tự động
Trờng hợp chỉ có cản tự mặt đờng
Trờng hợp này trong công thức 4-9 chỉ tồn tại Mψ = ψ.Gψ.rbx;
Với ψ = f +tgα α ( là góc dốc của mặt đờng) Giải hệ phơng trình vi phân 4 9 và phơng trình 4 8, ta đợc kết của - - nh sau:
Hình 4.10: Đồ thị quan hệ công trợt với thời gian (trờng hợp chỉ có Mψ)
Trờng hợp có cản tự mặt đờng và có cản của ly hợp nhả số
Trờng hợp này trong công thức 4 9 ngoài sự cản của mặt đờng- Mψ nó càn có cản của bộ ly hợp đang nhả số
Khi nhả ly hợp, sự trượt xảy ra do mômen ma sát trượt, ảnh hưởng đến công suất của bộ ly hợp đang đóng Mômen ma sát trượt khi nhả ly hợp được xác định theo biểu thức 4.1, trong khi áp suất khi nhả ly hợp được thể hiện qua đồ thị hình 4.7.
Công trợt (MJ t (s) Đồ thị công trợt (MJ)
Tơng tự nh trên ta có đợc quan hệ giữa công trợt với thời gian nh sau:
Hình 4.11: Công trợt của ly hợp có tính đến quá trình nhả ly hợp
(MJ) t (s) Đồ thị công trợt (MJ)
Đồ thị công suất không tính đến quá trình nhả ly hợp cho thấy sự khác biệt rõ rệt so với đồ thị công suất khi có tính đến quá trình nhả của ly hợp Việc phân tích hai loại đồ thị này giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hình 4.12: Đồ thị so sánh khi có tính đến sự mở của ly hợp và không có ly hợp
Xét trờng hợp khi sự điều khiển đóng, mở không đồng thời của các bộ ly hợp đến công trợt
bộ ly hợp đến công trợt
Giả sử bộ ly hợp mở được điều khiển sớm hơn bộ ly hợp đóng một khoảng thời gian t, chúng ta có thể xác định công suất của quá trình chuyển số tương ứng với thời gian ∆t Bằng cách sử dụng phần mềm Matlab và thay đổi khoảng thời gian ∆t, ta thu được các giá trị trong bảng sau.
Bảng 4.1: Bảng số liệu quan hệ giữa công trợt và thời gian ∆t
Hình 4.13: Sự thay đổi công trợt theo thời gian ∆t