Mô phỏng và phân tích động lực học của hộp số cvt bằng phần mềm matlab simulink

Chúng em thực hiện đề tài “Mô phỏng và phân tích động lực học của hộp số CVT” để hiểu rõ được các ưu điểm cũng như nhược điểm khi sử dụng hộp số CVT, chúng ta sẽ phân tích đánh giá tính

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài

Ô tô được coi là phương tiện chính để di chuyển hằng ngày không thể thiểu ở đa số các quốc gia trên thế giới, số lượng sở hữu ô tô ngày càng tăng lên Cũng vì thế mà tiêu chí chọn ô tô ngày càng khắc khe để đảm bảo được các tiêu chí sử dụng như là tốc độ cao, vận hành êm ái, sang số mượt mà, tiết kiệm nhiên liệu,… Để tạo ra những chiếc ô tô thỏa mãn tiêu chí của người tiêu dùng, các hãng xe trên thế giới đã nỗ lực nghiên cứu phát triển các hộp số phương tiện giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng của ô tô, truyền công suất từ động cơ một cách tối ưu, êm ái Một trong những hộp số tiêu biểu thỏa mãn được các tiêu chí đặt ra và sử dụng nhiều trên các dòng xe du lịch gia đình chính là CVT (Hộp số biến thiên liên tục), cung cấp tỷ số truyền liên tục giữa các giới hạn mong muốn, nhờ đó nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất năng động của xe bằng cách kết hợp tốt hơn các điều kiện vận hành của động cơ với các tình huống lái xe thay đổi

Với đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng em mong muốn khám phá được những ưu điểm và nhược điểm của hộp số CVT bằng cách phân tích động lực học của hộp số CVT thông qua mô phỏng hộp số CVT bằng phần mềm Matlab-Simulink.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Với việc ngày càng được sử dụng nhiều ở loại xe du lịch phổ thông thì hộp số CVT ngày nay đã và đang được đưa vào chương trình giảng dạy cũng như nghiên cứu tại các trường Đại học lớn Trong đó thì có một số đề tài nghiên cứu về hộp số CVT như:

• Đề tài: “Thiết kế và mô phỏng hệ thống truyền lực vô cấp cho ô tô con” của hai tác giả Đinh Thái Sơn và Phạm Bá Duẫn thuộc Đại học Bách Khoa Hà Nội thực hiện Đề tài này tính toán và thiết kế hệ thống truyền lực CVT trên một ô tô con với số liệu ban đầu có sẵn

• Đề tài: “ Nghiên cứu và tính toán sức kéo của ô tô sử dụng hộp số CVT” của tác giả Trần Ngọc Anh Đề tài này nghiên cứu tính toán tỷ số truyền theo vận tốc

2 mong muốn của người lái và kết hợp với sử dụng đồ thị vùng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ để tìm ra tỷ số truyền tối ưu

• Đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng động lực học chuyển động thẳng của ô tô sử dụng hộp số CVT sử dụng dạng đai truyền” của hai tác giả Nguyễn Trường Sinh và Lã Quốc Tiệp thuộc Khoa Động học, Học viện Kỹ thuật Quân sự Đề tài này tác giả sử dụng Simulink để mô phỏng các khối trong hệ thống truyền lực của ô tô sử dụng hộp số CVT và đánh giá khả năng vận hành

- Nước ngoài Ở nước ngoài thì việc nghiên cứu và cho ra đời rất nhiều bài viết, bài nghiên cứu về hộp số CVT Chẳng hạn một số đề tài như sau:

• Đề tài: “Model Based Pressure Control of a Push Belt Continuously Variable Transmission” của các tác giả Bashar Alzuwayer, Aviral Singh, Prasanth Muralidharan, Zhijun Han Đề tài này tác giả sử dụng các khối Simscape trong thư viện Simulink để mô hình hóa và tính toán kiểm nghiệm áp suất để ép cái pulley để thay đổi tỷ số truyền

• Đề tài: “Continuously Variable Transmission Vehicle Modeling and Control Algorithm Considering Fuel and Driveline Efficiency” của các tác giả Beomjoon Pyun, Chulwoo Moon, Changhyun Jeong, and Dohyun Jung Đề tài này các tác giả sử dụng Simulink để mô phỏng và đánh giá hiệu suất làm việc cũng như quá trình vận hành của xe sử dụng hộp số CVT và AT

Mục tiêu nghiên cứu

Mô hình hóa hệ thống truyền lực xe Mitsubishi Lancer 2005 sử dụng hộp số CVT bằng Matlab-Simulink

Từ mô hình đã xây dựng tiến hành mô phỏng hoạt động của hệ thống từ đó rút ra kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Nội dung nghiên cứu

Đề tài thực hiện “Mô phỏng và phân tích động lực học hộp số CVT bằng phần mềm Matlab/Simulink” cụ thể của dòng xe Mitsubishi Lancer sẽ nghiên cứu các nội dung sau:

• Thông số kích thước xe, đặc tính động cơ của xe Mitsubishi Lancer 1.6L 2005

• Cấu tạo, đặc tính hộp số và nguyên lý hoạt động của hộp số CVT

• Mô phỏng hệ thống bằng Matlab/Simulink Kết quả đạt được là đồ thị tốc độ của xe, tốc độ và momen xoắn của các bộ phận trong hệ thống truyền lực, trạng thái hoạt động tỷ số truyền hộp số sau khi thay đổi các điều kiện tác động tới quá trình mô phỏng như tốc độ gió, độ dốc

Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành đồ án và đạt được các mục tiêu ban đầu của đề tài, nhóm chúng em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

• Tổng hợp lý thuyết từ “Lý thuyết ô tô”, “Tính toán và thiết kế ô tô”

• Tham khảo thông số của xe và của hộp số từ hãng Mitsubishi

• Tham khảo kiến thức từ giảng viên hướng dẫn

• Phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng hoạt động của hộp số (thư viện Simscape Driveline, Dashboard).

Phạm vi nghiên cứu

Để hạn chế việc nghiên cứu bị vượt quá phạm vi đồ án thì có những phạm vi như sau:

• Mô phỏng hệ thống hộp số CVT bằng phần mềm Matlab-Simulink

• Khảo sát các đồ thị kết quả mô phỏng như tốc độ xe, tốc độ động cơ, momen

• Sự thay đổi tỷ số truyền của hộp số CVT

• Xây dựng được các đồ thị liên quan đến quá trình phân tích đánh giá động lực học như: đồ thị cân bằng lực kéo, đồ thị cân bằng công suất, đồ thị động lực học, đồ thị gia tốc

Kế hoạch thực hiện

Bảng 1.1: Bảng kế hoạch thực hiện đồ án

Thời gian thực hiện Nội dung thực hiện

04/03/2023 Nhận đề tài: “Mô phỏng và phân tích động lực học hộp số CVT bằng phần mềm Matlab/Simulink”

Tìm hiểu các nguồn tài liệu lý thuyết của hộp số CVT cũng như các tài liệu về mô phỏng hộp số CVT

01/04/2023 – 01/05/2023 Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình Matlab và giao diện Simulink 01/05/2023 – 03/05/2023 Tìm kiếm thông số thiết lập mô phỏng

03/05/2023 – 15/05/2023 Lập trình Matlab và vẽ các đồ thị

Thiết lập mô hình hệ thống truyền lực của hộp số CVT trong môi trường Simulink

29/6/2023 – 1/7/2023 Đánh giá kết quả và hoàn thiện mô hình mô phỏng

1/7/2023 – 15/7/2023 Hoàn thiện file báo cáo word và file thuyết minh

PowerPoint 17/7/2023 Nộp đề tài hoàn chỉnh kèm theo file kiểm tra trùng lặp

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỘP SỐ CVT VÀ PHẦN MỀM MATLAB-

Giới thiệu về hộp số CVT

Hộp số CVT (Continuously Variable Transmission) là một loại hộp số tự động không có các bước số cố định như hộp số tự động truyền thống Thay vào đó, nó sử dụng một cơ chế liên tục để cung cấp một dải tỷ số truyền động liên tục từ tỷ số nhỏ nhất đến tỷ số lớn nhất Hộp số CVT sẽ nhận tín hiệu đầu vào của độ mở bướm ga với tải động cơ và tự động chuyển sang tỷ số truyền tốc độ hoặc mô-men xoắn mong muốn

6 Hình 2.2: Cấu tạo biến mô thủy lực

Cấu tạo hộp số vô cấp CVT gồm có:

- Pulley sơ cấp kết nối với trục đầu ra của động cơ

- Pulley thứ cấp kết nối với đầu ra hộp số

- Bộ điều khiển thủy lực

- ECT bộ điều khiển điện tử

Bộ biến mô là một loại khớp nối chất lỏng truyền công suất quay từ động cơ sang hộp số Nó thường nằm giữa động cơ và hộp số Vị trí tương đương trong hộp số tay sẽ là ly hợp cơ học Đặc điểm chính của bộ biến mô là khả năng tăng mô-men xoắn khi tốc độ quay đầu ra quá thấp, nó cho phép chất lỏng chảy ra từ các cánh cong của tua-bin bị lệch khỏi stato trong khi nó bị khóa ngược chiều ly hợp, do đó cung cấp tương đương với một bánh răng giảm tốc Đây là một tính năng ngoài khớp nối chất lỏng đơn giản, có

7 Hình 2.3: Bộ truyền bánh răng hành tinh thể phù hợp với tốc độ quay nhưng không nhân mô-men xoắn và do đó làm giảm công suất

2.1.1.2 Bộ truyền bánh răng hành tinh

Người ta lắp thêm trước đầu vào của hệ truyền đai 1 bộ bánh răng hành tinh và ly hợp giống như của hộp số tự động Đầu ra từ động cơ sẽ kết nối với bánh răng mặt trời Đầu vào của pulley sơ cấp sẽ kết nối với cần dẫn của các bánh răng hành tinh Với số lùi, bộ ly hợp sẽ làm cố định vành đai ngoài khiến bánh răng hành tinh quay ngược chiều lại với bánh răng mặt trời Điều này khiến hộp số quay ngược chiều và cho ra số lùi

2.1.1.3 Hệ pulley và dây đai truyền động

Pulley và một số loại dây đai được sử dụng trên hộp số CVT:

- Dây đai kim loại chữ V Đai thép Van Doorne bao gồm hàng trăm tấm thép, tạo độ bám cho các ròng rọc và các dải thép dọc giữ các tấm thép với nhau và chịu được lực căng Nó linh hoạt nhưng mạnh mẽ Ngày nay, hầu hết các hộp số CVT trên thị trường, cho dù được sản xuất bởi Jatco , Honda, Toyota, ZF hay Punch, vẫn sử dụng dây đai do Bosch cung cấp

Hình 2.4 CVT sử dụng dây đai kim loại

- Dây đai xích Audi Multitronic

Chuỗi xích thép của Multitronic bao gồm 1025 tấm liên kết và 75 cặp chốt Nó gần như linh hoạt như dây đai chữ V của CVT thông thường nhưng mạnh hơn nhiều, có khả năng chịu được mô-men xoắn lớn hơn Nghiên cứu cho thấy nó có hiệu suất cao hơn dây đai, nhưng nó gây ứng suất lớn hơn cho các ròng rọc

Hình 2.5: CVT sử dụng dây đai dạng xích Audi Multitronic

2.1.1.4 Bộ điều khiển thủy lực

Là một hệ thống gồm các van điện từ nhận tín hiệu từ ECU và ECT đóng mở các van phù hợp để điều khiển sự ra vào của hệ pulley để từ đó hộp số có thể xác lập được các tỷ số truyền sao cho phù hợp với những điều kiện vận hành của người lái

2.1.1.5 ECT của hộp số CVT

Là bộ phận nhận các tín hiệu từ các cảm biến, xử lý rồi truyền tín hiệu điều khiển đến bộ điều khiển thủy lực ECT điều khiển quá trình chuyển đổi tự động trong hộp số

Nó xác định các điều kiện lái xe, tải trọng và tốc độ của xe thông qua các tín hiệu từ cảm biến để quyết định nên thay đổi tỷ số truyền như thế nào để đảm bảo điều khiển xe một cách mượt mà và hiệu quả ECT thường cũng cung cấp các chế độ lái như chế độ thể thao hoặc chế độ tiết kiệm nhiên liệu các chế độ lái này thay đổi cách hộp số hoạt động và thời điểm chuyển số, tạo ra trải nghiệm lái xe khác nhau cho người lái

Hình 2.6: Bộ điều khiển thủy lực

Hình 2.7: ECT hộp số CVT Một ECT cùng với ECU có những chức năng như sau:

- Điều khiển thời điểm chuyển số

- Điều khiển thời điểm khóa biến mô

- Các điều khiển khác (điều khiển chống nhấc đầu khi chuyển số từ N sang D, điều khiển momen)

Hệ pulley được điều khiển bởi một bộ điều khiển thuỷ lực bằng cách cung cấp áp suất thủy lực đến các van làm cho các pulley này có thể di chuyển ra xa hoặc lại gần với nhau Khi bán kính một pulley tăng lên thì bán kính pulley còn lại sẽ giảm Điều này đảm bảo dây đai luôn bám chặt kết nối liên tục với hai pulley Chính sự tăng giảm bán kính của pulley sơ cấp và pulley thứ cấp giúp xác lập nên tỷ số truyền của hộp số:

• Nếu pulley sơ cấp có bán kính nhỏ, pulley thứ cấp có bán kính lớn thì lúc này tốc độ quay của pulley thứ cấp sẽ giảm, tạo ra được tỉ số truyền cao ở các trường hợp những vòng tua máy đầu tiên hay tăng tốc

• Nếu pulley sơ cấp có bán kính lớn, pulley thứ cấp có bán kính nhỏ thì lúc này tốc độ quay của pulley thứ cấp sẽ tăng lên, tạo ra được tỉ số truyền thấp

- Khi xe ở số lùi Để có số lùi, người ta lắp thêm trước đầu vào của hệ truyền đai 1 bộ bánh răng hành tinh và ly hợp giống như của hộp số tự động Đầu ra từ động cơ sẽ kết nối với bánh răng mặt trời Đầu vào của pulley sơ cấp sẽ kết nối với cần dẫn của các bánh răng hành tinh

Với số tiến bình thường, động cơ sẽ dẫn động bánh răng mặt trời quay, bánh răng mặt trời dẫn động bánh hành tinh quay cùng chiều Khi bánh răng hành tinh quay thì cần dẫn sẽ quay và truyền lực vào pulley sơ cấp

Với số lùi, bộ ly hợp sẽ làm cố định vành đai ngoài khiến bánh răng hành tinh quay ngược chiều lại với bánh răng mặt trời Điều này khiến hộp số quay ngược chiều và cho ra số lùi

Hình 2.8: Nguyên lý số tiến của hộp số CVT

• Hiệu suất năng lượng cao: Hộp số CVT cho phép động cơ hoạt động ở vòng tua tối ưu trong mọi tốc độ, mang lại hiệu suất năng lượng cao hơn so với hộp số truyền thống

Phần mềm Matlab/Simulink và thư viện chứa các khối mô phỏng

MATLAB là một nền tảng lập trình được thiết kế dành riêng cho các kỹ sư và nhà khoa học để phân tích và thiết kế các hệ thống và sản phẩm Cốt lõi của

MATLAB là ngôn ngữ MATLAB, một ngôn ngữ dựa trên ma trận cho phép biểu đạt toán học tính toán một cách tự nhiên nhất

Matlab có thể giúp ta những việc sau:

• Tạo mô hình và ứng dụng

• MATLAB cho phép bạn đưa ý tưởng của mình từ nghiên cứu sang sản xuất bằng cách triển khai cho các ứng dụng doanh nghiệp và thiết bị nhúng, cũng như tích hợp với Simulink và thiết kế dựa trên mô hình

Simulink là một phần mềm con bổ sung của MATLAB, cung cấp một môi trường đồ họa, tương tác để lập mô hình, mô phỏng và phân tích các hệ thống động Nó cho phép xây dựng nhanh các nguyên mẫu ảo để khám phá các khái niệm thiết kế ở mọi

Hình 2.10: Giao diện của Matlab

15 mức độ chi tiết với nỗ lực tối thiểu Để lập mô hình, Simulink cung cấp giao diện người dùng đồ họa (GUI) để xây dựng mô hình dưới dạng sơ đồ khối Nó bao gồm một thư viện toàn diện gồm các khối được xác định trước được sử dụng để xây dựng các mô hình đồ họa của hệ thống bằng thao tác kéo và thả chuột

Người dùng có thể tạo ra một mô hình nhanh chóng mà không cần hàng giờ để xây dựng trong môi trường phòng thí nghiệm Nó hỗ trợ các hệ thống tuyến tính và phi tuyến tính, được mô hình hóa trong thời gian liên tục, thời gian được lấy mẫu hoặc kết hợp cả hai Simulink được tích hợp với MATLAB và dữ liệu có thể dễ dàng chia sẻ giữa các chương trình

2.2.3 Các thư viện mô phỏng trong Simulink

Về các thư viện Simulink có rất nhiều loại và được trải rộng ra nhiều với những ứng dụng khác nhau

Thư viện Simulink, còn được gọi là thư viện khối Simulink, là một tập hợp các khối hoặc thành phần dựng sẵn có thể được sử dụng để xây dựng các mô hình hệ thống trong Simulink Các thư viện này chứa một loạt các khối đại diện cho các hoạt động

16 toán học, chức năng xử lý tín hiệu, các phần tử hệ thống điều khiển, các thành phần hệ thống truyền thông,… Thư viện của Simulink gồm 7 nhóm chính như sau:

• Continuous và Discrete: chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc

• Function & Table: chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ dữ liệu Matlab, các khối nội suy và khối hàm truyền

• Math: chứa các khối thực thi các hàm toán học

• Nonlinear: chứa các khối phi tuyến

• Sinks & Systems: chứa các khối công cụ xử lý tín hiệu

• Sinks: chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả

• Source: chứa các khối phát tín hiệu

2.2.3.2 Thư viện Simscape Ở phạm vi đề tài này đa số khối được sử dụng mô phỏng được lấy từ mục

Driveline của thư viện Simscape

Thư viện Simscape chứa các khối đại diện cho các thành phần kỹ thuật bao gồm:

• Foundation Library: chứa các khối nền tảng cho các chủ đề như cơ khí, thủy lực

• Utilities: chứa các khối tiện ích như khối kết nối, khối chuyển đổi giữa các tín hiệu vật lý khác nhau

• Driveline: chứa các khối chuyển động quay cơ học và tịnh tiến như khối động cơ, phanh, ly hợp, khối bánh xe, cảm biến

• Electronics: chứa các khối thiết bị điện như các khối 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, dây cáp

• Power Systems: chứa các khối hệ thống năng lượng

Mục đích của cơ sở lý thuyết về phần mềm Matlab/Simulink đối với quá trình thực hiện đồ án

Sau khi nghiên cứu về phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink cũng như các thư viện được sử dụng trong quá trình mô phỏng nhóm rút ra được mục đích của phần này với đồ án như sau:

• Tìm hiểu được các nguồn thư viện khác nhau giúp nhóm có thể sử dụng đa dạng các khối trong quá trình thiết lập mô hình mô phỏng

• Có thể xây dựng được các thuật toán dựa vào các công thức tính toán có liên quan

• Sự liên hệ giữa Matlab và Simulink giúp nhóm có thể thiết lập các thông số bên mô hình Simulink vừa lập trình bên Matlab giúp tiết kiệm được thời gian cũng như tránh sai sót xảy ra trong quá trình mô phỏng

Các lý thuyết liên quan đến phân tích động lực học và xây dựng tỷ số truyền

Đường đặc tính ngoài của động cơ gồm những đường cong biểu diễn sự thay đổi tương ứng của các đại lượng công suất, momen của động cơ ứng với từng số vòng quay của trục khuỷu động cơ

Các đường đặc tính này gồm:

Phương trình công suất ứng với từng giá trị số vòng quay của trục khuỷu động cơ được viết theo công thức thực nghiệm của S.R.Lây Đécman:

• n e – số vòng quay của trục khuỷu ứng với từng giá trị công suất [v/p]

• n N – số vòng quay của trục khuỷu ứng với công suất cực đại [v/p]

• a, b, c – các hệ số thực nghiệm của S.R.Lây Décman

19 Hình 2.14: Sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên ô tô khi chuyển động lên dốc

Phương trình momen ứng với từng giá trị số vòng quay của trục khuỷu động cơ được viết theo biểu thức dưới đây:

𝟏,𝟎𝟒𝟕.𝒏 𝒆 (N.m) (2.2) 2.3.2 Phương trình cân bằng lực kéo

Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động dùng để khắc phục các lực cản chuyển động Biểu thức cân bằng giữa lực kéo ở các bánh xe chủ động và các lực cản được gọi là phương trình cân bằng lực kéo

G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô

Fk – Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động

Ff1 – Lực cản lăn ở các bánh xe bị động F f2 – Lực cản lăn ở các bánh xe chủ động

Fi – Lực cản lên dốc

Fj – Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định (có gia tốc)

Fm – Lực cản ở móc kéo

Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước, cầusau

Mf1– Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu trước

Mf2 – Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu sau

Mj1, Mj2 – Mômen quán tính ở các bánh xe cầu trước, cầu sau

Xét trường hợp tổng quát, ta có:

Trường hợp đang xét không sử dụng rơ móoc nên F m = 0

Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động F k

2.3.3 Phương trình cân bằng công suất

Xét trường hợp tổng quát, ta có:

Công suất kéo ở bánh xe chủ động P k

Công suất cản lên dốc P i

Công suất cản không khí P ω

Công suất cản quán tính P j

Công suất tiêu hao để thắng lực cản ở móc kéo P m

Trường hợp đang xét không sử dụng rơ móc nên (P m = 0)

2.3.4 Phương trình động lực học

Khi so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau và ứng với các điều kiện làm việc của xe ở các loại đường khác nhau, người ta muốn có một thông số thể hiện được ngay tính chất động lực học của ô tô Phương trình cân bằng lực kéo

22 không thuận lợi để đánh giá các loại ô tô khác nhau Cho nên cần phải có một thông số đặc trưng cho tính chất động lực học của xe mà chỉ số kết cấu không có mặt trong đó Thông số đó gọi là đặc tính động lực học của ô tô, ký hiệu là D:

Giá trị của D cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám F φ ≥ F k Bởi vậy ở đây chúng ta phải đưa thêm khái niệm đặc tính động lực học tính theo điều kiện bám: Ở trường hợp tổng quát ta có: Ở trường hợp tải bất kì ta có:

Gọi 𝛼 là góc hợp bởi giữa D x và D

Chúng ta xét một ô tô có khối lượng m, diện tích cản gió tổng cộng là S, hệ số cản không khí là Cx, chuyển động trên đường với góc dốc α, hệ số cản lăn là f, ô tô chịu tác dụng bởi lực kéo tại các bánh xe chủ động là Fk Bài toán đặt ra ở mục này là xác định chuyển động của ô tô đó, nghĩa là: xác định biến thiên của gia tốc, tốc độ và quãng đường theo thời gian.

Khi giải bài toán này chúng ta vẫn sử dụng phương trình cân bằng lực:

Xe chuyển động trên đường bằng phẳng (Fi = 0) và không rơmooc (F m = 0) nên ta có :

Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay Ta có thể tính gần đúng với công thức sau: Để xác định biến thiên của tốc độ ô tô theo thời gian v(t) chúng ta dựa trên cơ sở phân tích sau:

24 Hình 2.15: Đồ thị đặc tính momen ứng với từng vị trí bướm ga của động cơ

2.3.6 Đồ thị đặc tính momen ứng với từng vị trí bướm ga của động cơ

Là đồ thị đường đặc tính momen của động cơ ứng với mỗi độ mở bướm ga khác nhau Dựa vào đồ thị này ta có thể xác định được các giá trị momen cực đại mà động cơ đạt được khi hoạt động ở mỗi độ mở bướm ga khác nhau Từ đồ thị này ta có thể sử dụng công thức liên hệ giữa momen và công suất để xây dựng nên đồ thị đặc tính công suất ứng với từng độ mở bướm ga khác nhau từ đó kết hợp với đồ thị vùng tiêu thụ nhiên liệu bên dưới để tính toán tỷ số truyền của hộp số

2.3.7 Đồ thị vùng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ

Là đồ thị mà ở đây ta có thể thấy được những vùng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ được giới hạn bởi đường công suất ứng với độ mở bướm ga hoàn toàn Như hình bên dưới là một đồ thị đặc trưng vùng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xăng Ở những vùng có giá trị nhỏ thì tương ứng với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp và ngược lại ở những vùng có giá trị lớn thì tiêu hao còn lớn Từ đó khi lựa chọn tỷ số truyền ta có thể dựa vào đồ thị này để chọn những giá trị ở những vùng đó động cơ hoạt động là tối ưu

Mục đích của phương trình lý thuyết trên đối với quá trình thực hiện đồ án

Sau khi tìm hiểu về các phương trình lý thuyết nhóm rút ra được mục đích của phần này với đồ án như sau:

• Dựa vào các lý thuyết trên nhóm có thể xây dựng được những đồ thị liên quan đến quá trình đánh giá động lực học như: cân bằng lực kéo, cân bằng công suất, nhân tố động lực học, đồ thị gia tốc

• Tính toán được giá trị vận tốc cực đại của xe từ đó thuận lợi cho việc tính toán tỷ số truyền

Hình 2.16: Đồ thị vùng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ

• Từ hai đồ thị trên giúp cho nhóm thực hiện được quá trình xây dựng map tỷ số truyền cho hộp số

MÔ PHỎNG HỘP SỐ CVT BẰNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK27 3.1 Mô hình hóa khối hộp số CVT

Mô hình hóa khối động cơ của xe

Để xây dựng mô hình khối động cơ của xe trên ta cần các khối sau:

Là khối đại diện cho một mô hình cấp hệ thống của động cơ đốt trong gồm các chân sau:

• Các cổng F là cổng bảo toàn chuyển động quay cơ học được liên kết với trục khuỷu động cơ và sẽ được nối với đầu vào của biến mô thủy lực

• Cổng B sẽ được kết nối với một khối định giải Solver Configuration

• Cổng P là cổng sẽ xuất ra tín hiệu công suất tức thời của động cơ

• FC là cổng ra tín hiệu vật lý thông qua báo mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ

Thông số của khối Generic Engine sẽ được lấy từ thông số của xe Mitsubishi Lancer

2004 tại thị trường Việt Nam ta được đưa ra như bảng dưới đây:

Bảng 3.2: Thông số của động cơ xe Mitsubishi Lancer 2005

Vì Matlab và Simulink liên hệ chặc chẽ với nhau nên để thuận tiện thì tất cả thông số của xe nhập vào mô hình điều sẽ được đưa dưới dạng code thông qua một file

Sau khi ta có code sẽ tiến hành điền đúng các thông số vào trong hộp thoại như dưới đây:

Công suất cực đại (mã lực)/vòng tua

Mô-men xoắn (N.m)/vòng tua (vòng/phút) 143/4500

Hộp số CVT ihmax = 2.515 ihmin = 0.715

Hệ thống dẫn động FWD

Hình 3.15: Hộp thoại của khối Generic Engine Hình 3.14: Code của thông số động cơ

Là khối được thiết lập bộ giải cho một mô phỏng

- Xây dựng khối cảm biến tốc độ động cơ

Sử dụng khối Ideal Rotational Motion Sensor như đã nhắc ở phần trên ta sẽ xây dựng khối đo đạc tốc độ động cơ một cách tương tự

Hình 3.17: Khối cảm biến tốc độ động cơ

Sau khi kết nối tất cả các khối trên ta sẽ được khối động cơ như hình dưới đây

Bên trong khối động cơ sẽ bao gồm:

• Khối động cơ sẽ nhận tín hiệu đầu vào là độ mở bướm ga, tín hiệu xuất ra làm cơ sở để xây dựng nên các khối đồ thị khác là tín hiệu công suất động cơ

• Một khối cảm biến tốc độ được xây dựng để đo tốc độ động cơ

• Đầu ra của động cơ sẽ kết nối với khối biến mô thủy lực

Hình 3.18: Bên trong của khối động cơ

Mô hình hóa khối thân xe

- Khối Vehicle Body Đại diện cho một thân xe Khối này có thể tính đến khối lượng của xe (mass), lực cản khí động học, độ dốc của mặt đường và phân bố trọng lượng giữa các trục do khả năng tăng tốc và mặt đường

• Kết nối H là cổng bảo toàn tịnh tiến cơ học liên quan đến chuyển động ngang của thân xe Chuyển động lực kéo do lốp xe tạo ra phải được kết nối với cổng này

• Cổng kết nối V là cổng đầu ra tín hiệu vận tốc của xe

• Cổng NF là cổng kết nối với bánh xe trước

• Cổng NR là cổng kết nối với bánh xe sau

• Cổng kết nối W là cổng nhận tín hiệu của tốc độ gió

• Cổng kêt nối beta là cổng nhận tín hiệu của độ dốc mặt đường

Về thông số kích thước của xe thì ta có bản dưới đây:

Bảng 3.3: Thông số kích thước của xe

Kích thước dài x rộng x cao (mm) 4380x1695x1445

Chiều dài cơ sở (mm) 2600

Khối lượng không tải (kg) 1135

Khối lượng toàn tải (kg) 1460

Tiến hành lập trình cho các thông số xe:

Sau khi viết code tiến hành điền đúng các thông số vào hộp thoại của khối

Hình 3.21: Hộp thoại khối Vehicle Body Hình 3.20: Code của thông số kích thước của xe

40 Hình 3.24: Hộp thoại khối Differential

Khối đại diện cho một bộ vi sai Ở đây sẽ kết nối với 2 bánh của cầu trước vì cầu trước là cầu chủ động

- Chân S1 và S2 là 2 chân sẽ kết nối với khối Tire (bánh xe)

- Cổng D sẽ là chân nhận mô men truyền từ hộp số tới

Sau khi viết code tiến hành thiết lập các thông số vào hộp thoại của khối Differential

Hình 3.23: Code thông số của vi sai

Hình 3.25: Khối Tire (Magic Formula)

Khối này đại diện cho bánh xe gồm 4 chân:

- N: Phản lực tác dụng lên bánh xe từ mặt đường

- A: Kết 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 thể hiện độ trượt của lốp kết nối với khối PS Terminator

Sau khi viết code tiến hành thiết lập các thông số vào hộp thoại của khối Tire (Magic Formula)

Hình 3.26: Code của thông số bánh xe

Hình 3.27: Hộp thoại của khối Tire (Magic Formula)

Sau khi kết nối tất cả các khối trên ta được một mô hình như sau:

Bên trong khối thân xe sẽ bao gồm:

• Khối Vehicle Body nhận vai trò làm khung xe với các thông số được thiết lập như trên

• Xe sử dụng dẫn động cầu trước nên vi sai sẽ kết nói với bánh xe trước

• Khối Vehicle Body sẽ nhận các tín hiệu điều kiện để mô phỏng như: Tốc độ gió (Wind_Spd), Độ dốc (Inclination) và xuất ra tín hiệu vận tốc xe (V)

Hình 3.28: Bên trong của khối hệ thống thân xe Vehicle Body

Hình 3.29: Mô hình đầy đủ của một chiếc xe

Từ các khối đã kết nối như: động cơ, hộp số, thân xe,… ta sẽ có được một hệ thống hoàn chỉnh như trên bao gồm:

• Tín hiệu đầu vào của động cơ là độ mở bướm ga

• Khối CVT nhận tín hiệu bướm ga và tín hiệu tốc độ xe phản hồi từ khối thân xe

• Các điều kiện về độ dốc và tốc độ gió được thiết lập như trên tùy vào các trường hợp mô phỏng

Xây dựng map tỷ số truyền cho hộp số CVT

Để điều khiển việc thay đổi tỷ số truyền của hộp số CVT nhóm sẽ xây dựng một map về sự thay đổi tỷ số truyền dựa vào thông số tốc độ xe ứng với từng vị trí bướm ga khác nhau Để xây dựng map tỷ số truyền trên nhóm em sẽ dựa vào các yếu tố sau:

• Xây dựng được đồ thị vùng đặc tính tiêu hao nhiên liệu của động cơ

• Xây dựng được đồ thị cân bằng lực kéo từ đó ta sẽ xác đinh được tốc độ lớn nhất của xe

• Xây dựng được đồ thị những đường công suất của động cơ ứng với các vị trí bướm ga khác nhau

• Lập bảng tính toán tỉ số truyền phụ thuộc vào tốc độ xe và tốc độ động cơ tương ứng đối với những vị trí bướm ga đã thiết lập sẵn Sử dụng công thức sau để tính toán tỷ số truyền: i h = 2𝜋𝑟 𝑏 𝑛 𝑒

• Sau khi tính toán xong bảng tỷ số truyền nhóm sẽ kết hợp với điều kiện giới hạn của tỷ số truyền lớn nhất và nhỏ nhất cùng với đồ thị vùng đặc tính tiêu hao nhiên liệu nhóm sẽ chọn ra những tỷ số truyền thích hợp

3.3.1 Xây dựng đồ thị vùng đặc tính tiêu hao nhiên liệu của động cơ Để xây dựng được vùng đặc tính tiêu hao nhiên liệu thì phải thực nghiệm trên dàn dyno để cho ra kết quả Tuy nhiên do phạm vi của đồ án thì nhóm sẽ sử dụng nguồn tài liệu tham khảo cho động cơ xăng điển hình dưới đây để vẽ đồ thị tương ứng với đường công suất của động cơ mà nhóm đã chọn Để vẽ được hình như trên nhóm sử dụng công cụ Grabit trong Matlab để vẽ

Công cụ Grabit của Matlab cho phép truy cập với dữ liệu ảnh của máy tính, được chọn tự do hệ trục tọa độ ứng với các giá trị mong muốn và sử dụng chuột để click điểm ảnh sao cho phù hợp Để sử dụng công cụ Grabit ta tiến hành các bước sau:

- Lưu file ảnh cần vẽ mà ở đây sẽ là đồ thị vùng tiêu hao nhiên liệu điển hình của động cơ xăng

Hình 3.30: Đồ thị vùng tiêu hao nhiên liệu điển hình của động cơ xăng

- Sau đó chạy file code của công cụ Grabit được nhóm đính kèm trong tập tin mô phỏng đồ án

- Chọn vào mục Load Image để chọn file ảnh cần vẽ

- Tiếp đến chọn mục Re-Calibrate để hiệu chỉnh các giá trị của trục tọa độ

- Ở đây ta sẽ chọn lại giá trị cho các trục:

Trục hoành (Tốc độ động cơ) có giá trị 500 – 7000

Trục tung (Công suất động cơ) có giá trị 0 – 80

• Sau chọn giá trị cho trục tọa độ xong nhấn vào mục Grab Points để vẽ

• Sau khi vẽ xong giá trị đã vẽ sẽ được lưu dưới dạng file.mat trong Workspace của Matlab

Sau đó ta tiến hành lập trình theo các dữ liệu trên nhóm chạy kiểm nghiệm và thu được kết quả:

Hình 3.31: Công cụ Grabit và dữ liệu xong khi vẽ xong

3.3.2 Xây dựng đồ thị đặc tính công suất ứng với các vị trí bướm ga khác nhau Để xây dựng được đồ thị đặc tính công suất ứng với các vị trí bướm ga nhóm sẽ sử dụng nguồn tham khảo đồ thị đặc tính momen ứng với các vị trí bướm ga khác nhau như hình dưới đây:

Hình 3.32: Đồ thị vùng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ sau khi vẽ được

Hình 3.33: Đồ thị tham khảo đặc tính momen

Thực hiện tương tự với công cụ Grabit như đã nói ở phần 3.3.1 và ta thu được kết quả sau:

Từ đồ thị trên ta sẽ dựa vào công thức của đồ thị đặc tính ngoài để vẽ thành đường công suất của động cơ

Sau khi áp dụng công thức ta tiến hành lập trình cho đồ thị đặc tính công suất ứng với từng vị trí bướm ga và thu được kết quả sau

Hình 3.34: Đồ thị đặc tính momen sau khi vẽ được

Kết hợp 2 đồ thị: Đồ thị công suất ứng với độ mở bướm ga và đồ thị vùng tiêu hao nhiên liêu của động cơ ta thu được

Hình 3.36: Đồ thị đặc tính công suất và những vùng tiêu hao nhiên liệu sau khi vẽ Hình 3.35: Đồ thị công suất ứng với độ mở bướm ga sau khi vẽ được

3.3.3 Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo

3.3.3.1 Tỷ số truyền của hộp số CVT

Tỉ số truyền của CVT thay đổi liên tục từ giá trị cao nhất đến giá trị thấp nhất Để tính toán sức kéo cần thiết phải tính ở các tỉ số truyền khác nhau của hộp số Có hai phương pháp tính toán sức kéo của hộp số CVT:

• Phương pháp giải tích: tìm được công thức tống quát tính toán tỉ số truyền của CVT Nhưng do CVT làm việc với vô số tỉ số truyền nên phương pháp này rất khó thực hiện trong khuôn khổ đồ án này

• Phương pháp số: chia khoảng tỉ số truyền của CVT trong giải giới hạn của tỉ số truyền cho phép Khoảng chia càng nhỏ, càng nhiều tỉ số truyền thì kết quả càng chính xác Đồ thị mô tả càng chính xác và mịn hơn Đây là phương pháp tỏ ra có ưu thế hơn mặc dù vẫn chưa tổng quát Trong khuôn khổ của đồ án lần này nhóm em xin trình bày phương pháp tính toán này từ đó đề xuất phương pháp chung để phân tích khả năng động lực học của ô tô sử dụng CVT

Tỉ số truyền của hộp số CVT xe Mitsubishi Lancer có giá trị cao nhất và thấp nhất từ 2.515 đến 0.715 Do hộp số CVT biến thiên liên tục tỉ số truyền nên việc tính toán trực tiếp tỉ số truyền là việc không thể, vậy để thuận lợi trong tính toán nhóm sẽ chia dải tỉ số truyền từ 0.715-2.515 của CVT thành 11 khoảng ứng với 11 “tay số truyền” với các tỉ số truyền tại các “tay số” như sau:

Công thức tính toán vận tốc ứng với từng tay số như sau:

3.3.3.2 Lập trình và xuất kết quả

Từ lý thuyết cũng như các công thức của phương trình cân bằng lực kéo được nêu ở phần cơ sở lý thuyết trên ta tiến hành lập trình cho đồ thị cân bằng lực kéo của động cơ như hình bên dưới:

Hình 3.37: Code lập trình đồ thị cân bằng lực kéo

Hình 3.38: Đồ thị cân bằng lực kéo sau khi lập trình

Chạy code và thu được kết quả sau:

Từ đây ta sẽ xác định được vận tốc lớn nhất của xe là khoảng 185 km/h

3.3.4 Lập bảng tính toán giá trị tỷ số truyền

Sau khi sử dụng công thức dưới để tính toán tỷ số truyền ta được bảng sau:

Hình 3.39: Giá trị tỷ số truyền ở 100% độ mở bướm ga

Từ bảng trên ta xác định các giá trị tỷ số truyền Với mỗi giá trị ne tương ứng vừa tìm được, khi gióng lên trên trên đồ thị vùng tiêu hao nhiên liệu nó sẽ giao cắt với đường tối ưu Giá trị n e nào giao cắt với đường tối ưu gần vùng tiêu thụ nhiên liệu tiết kiệm nhất sẽ là giá trị hoạt động của động cơ ứng với giá trị icvt được lựa chọn cho việc điều khiển

- Tại vmm = 5 km/h không có giá trị icvt phù hợp nên tại đây sẽ được sử dụng tỷ số truyền lớn nhất là 2.515

- Tại vmm = 10 km/h có 2 giá trị icvt phù hợp nhưng giá trị i cvt = 2.464 sẽ là giá trị tốt nhất được lựa chọn vì khi CVT hoạt động tại tỉ số truyền này thì động cơ sẽ có n e 1100 v/p và có suất tiêu thụ nhiên liệu tốt nhất nằm trong vùng ge = 310 g/kW.h

Xây dựng khối các đồ thị để đánh giá động lực học

3.5.1 Xây dựng khối xuất ra đồ thị các momen trong hệ thống truyền lực Để xây dựng khối này ta sẽ sử dụng tín hiệu công suất đầu ra của động cơ để làm tín hiệu đầu vào

Bên trong khối tính toán Torque này sẽ gồm 4 loại momen:

• Torque_Eng (Momen động cơ) Để tính toán momen động cơ ta sẽ sử dụng công thức sau:

Ta sẽ chuyển công suất đầu vào từ W thành kW bằng cách cho nó đi qua khối

GAIN có giá trị 0.001 Tiếp đến ta sẽ sử dụng khối DIDIVE kết hợp với công thức trên để tính toán ra momen động cơ

• Torque_Pri (Momen của trục sơ cấp của hộp số) Để tính toán được momen của trục sơ cấp ta sẽ sử dụng khối DIVIDE để tính toán tỷ số truyền tốc độ của biến mô, tiếp đó ta sử dụng khối Look-up để so sánh tỷ số truyền tốc độ với tỷ số truyền momen sau đó ta nhân tỷ số truyền momen này với momen của động cơ thông qua khối PRODUCT

Hình 3.50: Bên trong khối Graph of Torque

Hình 3.51: Hộp thoại khối Look-up

• Torque_Sec (Momen của trục thứ cấp của hộp số) Để tính toán được momen của trục thứ cấp thì ta sẽ sử dụng khối PRODUCT để nhân momen của trục sơ cấp với tỷ số truyền của hộp số

• Torque_Wheel (Momen tại bánh xe)

Từ trục thứ cấp tới bánh xe nhóm sẽ sử dụng khối GAIN tượng trưng cho tỷ số truyền cuối của vi sai để tính toán ra momen tại bánh xe

3.5.2 Xây dựng khối xuất ra đồ thị cân bằng lực kéo

Dựa vào các lý thuyết đã đề cập ở phần cơ sở lý thuyết nhóm tiến hành xây dựng khối xuất ra đồ thị cân bằng lực kéo theo các công thức trên

Theo công thức trên ta sẽ tiến hành nhân 3 giá trị:

• Khối CONSTANT (f) đại diện cho hệ số cản lăn

Hình 3.52: Tính toán lực cản lăn

• Khối CONSTANT (m_tt) đại diện cho khối lượng toàn tải

• Khối GOTO (Slope) đại diện cho góc dốc

Sau khi tính toán ta chuyển thành đơn vị kN thông qua khối GAIN có giá trị 0.001 Chọn hệ số cản lăn f = 0,015

Theo công thức trên ta sẽ tiến hành nhân 4 giá trị:

• Khối CONSTANT (Cx) đại diện hệ số cản gió

• Khối CONSTANT (S) đại diện diện tích cản gió

• Khối GOTO (Vspd) đại diện cho tốc độ xe

Sau khi tính toán ta chuyển thành đơn vị kN thông qua khối GAIN có giá trị 0.001

Hình 3.53: Tính toán lực cản không khí

Hình 3.54: Tính toán lực cản lên dốc

Theo công thức trên ta sẽ tiến hành nhân 2 giá trị:

• Khối CONSTANT (m_tt) đại diện cho khối lượng toàn tải

• Khối GOTO (Slope) đại diện cho góc dốc

Sau khi tính toán ta chuyển thành đơn vị kN thông qua khối GAIN có giá trị 0.001

Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động F k

Theo công thức trên ta sẽ tiến hành nhân 4 giá trị:

• Khối GOTO (Torque_Eng) đại diện cho momen động cơ

• Khối CONSTANT (io) đại diện cho tỷ số truyền của vi sai

• Khối CONSTANT (u) đại diện cho hiệu suất truyền động

• Khối GOTO (CVT_r) đại diện cho tỷ số truyền của hộp số

• Khối GOTO (Torque_TC) đại diện cho tỷ số truyền của biến mô

Sau đó chia tín hiệu vừa tìm được cho khối CONSTANT (rb) đại diện cho bán kính tính toán của bánh xe Chuyển tín hiệu tìm được thành kN thông qua khối GAIN có giá trị 0.001

Hình 3.55: Tính toán lực kéo sinh ra tại bánh xe

Lực cản quán tính Fj

Theo công thức trên ta sẽ tiến hành tính toán:

• Các khối tính toán trước khối Plus chính là tính toán hệ số khối lượng quay

• Nhân 3 khối theo công thức trên để tính toán giá trị lực cản quán tính

Hình 3.57: Tính toán tổng lực cảnHình 3.56: Tính toán lực cản quán tính

Theo công thức trên ta sẽ tiến hành cộng 2 giá trị:

• Khối GOTO (Roll_Res) đại diện cho lực cản lăn

• Khối GOTO (Wind_Res) đại diện cho lực cản không khí

• Khối GOTO (Inertial_Res) đại diện cho lực cản quán tính

• Khối GOTO (Uphill_Res) đại diện cho lực cản lên dốc

• Khối CONSTANT (phi) đại diện cho hệ số bám dọc

• Khối CONSTANT (G1) đại diện cho trọng lượng tác dụng lên cầu trước

3.5.3 Xây dựng khối xuất ra đồ thị cân bằng công suất

- Công suất kéo ở bánh xe chủ động P k

- Công suất cản không khí P ω

- Công suất cản lên dốc P i

Hình 3.58: Tính toán lực bám

- Công suất cản quán tính P j

Theo công thức trên ta sẽ tiến hành nhân 2 giá trị:

• Khối GOTO (Traction_F) đại diện cho lực kéo sinh ra tại bánh xe

• Khối GOTO (Vspd) đại diện cho tốc độ xe được chuyển thành m/s qua khối GAIN có giá trị 1/3.6

Sau đó giá trị công suất được chuyển thành kW thông qua khối GAIN có giá trị 0.001

Ta thực hiện tương tự cho các công suất cản bên dưới

Hình 3.59: Bên trong khối Graph of Power_Wheel

3.5.4 Xây dựng khối xuất ra đồ thị động lực học

Khi so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau và ứng với các điều kiện làm việc của xe ở các loại đường khác nhau, người ta muốn có một thông số thể hiện được ngay tính chất động lực học của ô tô Thông số đó gọi là đặc tính động lực học của ô tô, ký hiệu là D:

Giá trị của D cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám F φ ≥ F k Bởi vậy ở đây chúng ta phải đưa thêm khái niệm đặc tính động lực học tính theo điều kiện bám: Để duy trì cho ô tô chuyển động phải thỏa mãn hai điều kiện sau:

Dựa vào các công thức trên và cách thức kết nối, và thiết lập các khối tính toán ở các đồ thị trên ta thực hiện tương tự với đồ thị đặc tính động lực học này:

Hình 3.60: Bên trong khối Graph of Aerodynamics

3.5.5 Xây dựng khối xuất ra đồ thị gia tốc Để tính toán giá trị gia tốc thì nhóm sử dụng sử dụng giá trị của vận tốc xe sau đó chuyển từ km/h thành m/s thông qua khối GAIN (có giá trị 1/3.6) tiếp đó tín hiệu sẽ được qua một khối đạo hàm để chuyển thành giá trị gia tốc

Sau khi xây dựng xong các khối xuất ra đồ thị trên nhóm sẽ tiến hành giả lập các tín hiệu bướm ga cũng như độ dốc, tốc độ gió tùy thuộc vào từng trường hợp mà mô phỏng

Hình 3.61: Bên trong khối Graph of Acceleration

Mô phỏng các trường hợp vận hành của xe

3.6.1 Trường hợp 1: Mô phỏng khả năng tăng tốc và tốc độ tối đa của xe

Nhóm sẽ giả lập một nguồn tín hiệu bướm ga sẵn với giá trị từ 0 – 100% trong vòng 0.5 giây đầu tiên của mô phỏng và giữ cho nó trong thời gian 100 giây để kiểm nghiệm khả năng tăng tốc của xe và tốc độ tối đa của xe sẽ đạt được trong thời gian bao lâu

Tín hiệu đầu vào của bướm ga được sử dụng khối Signal Builder trên, tín hiệu độ dốc và tốc độ gió được giả thiết bằng 0 như hình bên dưới:

Hình 3.62: Khối Signal Builder giả lập tín hiệu bướm ga Test_Throttle1

Hình 3.63: Mô hình để mô phỏng trường hợp tăng tốc và tốc độ tối đa

Sau khi giả lập tín hiệu xong ta tiến hành mô phỏng trong khoảng thời gian 100 giây với điều kiện không sử dụng tín hiệu góc dốc và tín hiệu vận tốc gió và thu được kết quả như hình dưới đây:

Ta thấy để xe tăng tốc từ 0 – 100 (km/h) thì cần khoảng 13.4 giây và đạt được vận tốc tối đa khoảng 185 (km/h)

Hình 3.64: Đồ thị vận tốc xe, độ mở bướm ga và tỷ số truyền (TH1)

Hình 3.65: Đồ thị cân bằng lực kéo, công suất và đặc tính động lực học (TH1)

Nhìn vào đồ thị lực kéo ta thấy được sự ổn định khi tỷ số truyền thay đổi, không có sự giật như xe sử dụng những hộp số thông thường, đây cũng là điểm mạnh của xe sử dụng hộp số CVT Ở đồ thị cân bằng lực kéo ta thấy được tại thời điểm ban đầu khi xe bắt đầu tăng tốc lúc này giá trị của lực cản quán tính cũng theo đó mà lớn ta dễ dàng thấy được ở đường tổng lực cản Khi đạt vận tốc tối đa thì tổng lực cản có giao với đồ thị lực kéo và đồ thị lực kéo luôn nhỏ hơn đồ thị lực bám thỏa mãn đúng với điều kiện để một chiếc xe vận hành Ở đồ thị cân bằng công suất ta thấy được công suất động cơ vận hành tối đa là khoảng 79 (kW) đúng với thông số thiết lập đầu vào, công suất ở bánh xe nhỏ hơn vì đường truyền từ động cơ tới bánh xe luôn luôn có sự mất mát công suất Khoảng chênh lệch giữa công suất động cơ và công suất cản như trên hình chính là công suất dự trữ dùng để tăng tốc, leo dốc của xe vì vậy khi càng về sau ta thấy được khoảng dự trữ này còn ít vì lúc này xe đang tiến dần về tốc độ lớn nhất

Nhìn vào đồ thị đặc tính động lực học ta thấy được khi ở tỷ số truyền lớn giá trị của D cũng lớn và chúng nhỏ dần khi tỷ số truyền nhỏ Ở đồ thị gia tốc dưới đây ta thấy được ở những giây đầu tiên sự chênh lệch gia tốc xảy ra rất lớn vì đây là giai đoạn xe tăng tốc Khi tốc độ xe đã ổn định thì gia tốc cũng bắt đầu ổn định và giảm dần về 0

Hình 3.66: Đồ thị gia tốc của xe (TH1)

3.6.2 Trường hợp 2: Mô phỏng với độ mở bướm ga thay đổi liên tục

Nhóm sẽ thực hiện một giả lập với vị trí bướm ga thay đổi theo thời gian, ban đầu sẽ ở 0% và kết thúc 100% trong vòng 40 giây như hình dưới đây:

Tín hiệu đầu vào của bướm ga được sử dụng khối Signal Builder trên, tín hiệu độ dốc và tốc độ gió được giả thiết bằng 0 như hình bên dưới:

Hình 3.68: Mô hình để mô phỏng trường hợp bướm ga thay đổi liên tục

Hình 3.67: Khối Signal Builder giả lập tín hiệu bướm ga Test_Throttle2

Kết quả thu được sẽ giúp chúng ta thấy được sự thay đổi tỷ số truyền dựa vào hai tín hiệu đầu vào đó là tốc độ xe và độ mở bướm ga

Hình 3.69: Đồ thị vận tốc xe, độ mở bướm ga và tỷ số truyền (TH2)

Từ kết quả trên ta thấy được với sự thay đổi liên tục tín hiệu bướm ga như vậy thì tốc độ xe đã đạt được sau 40 giây mô phỏng là 131 (km/h) và các thời điểm mà tỷ số truyền biến đổi cho thấy sự liên hệ hai tín hiệu đầu vào là độ mở bướm ga và tốc độ của xe, cụ thể được thể hiện như sau:

Khi bắt đầu mô phỏng đến giây thứ 25 lúc này là quá trình tốc độ của xe gia tăng nên khi có tín hiệu bướm ga thì tỷ số truyền xe giảm từ giá trị cao nhất (2.515) đến giá trị thấp nhất (0.715) nhưng tại giây thứ 25 lúc này khi tỷ số truyền đã giảm gần đến giá trị nhỏ nhất thì lại có tín hiệu tăng của bướm ga nên tỷ số truyền phải tăng giá trị để đáp ứng đúng điều kiện vận hành của xe

Khi ở giây thứ 25 có tín hiệu tăng bướm ga nên bộ điều khiển xe hiểu cần gia tốc nên tỷ số truyền đã tăng từ khoảng 0.9 lên 1.1 để đáp ứng khả năng gia tốc của xe ở thời điểm đó Sau đó tại thời điểm giây thứ 27 đến giây thứ 35 vì tín hiệu bướm ga được giữ nguyên nên lúc này tỷ số truyền xe giảm để gia tăng tốc độ của xe và trường hợp cũng xảy ra tương tự ở giây thứ 35 đến 37 khi có tín hiệu bướm ga tỷ số truyền một lần nữa tăng lên và giảm xuống ở giây thứ 38 khi đã ổn định

Ngoài ra, cũng từ tín hiệu đầu vào là độ mở bướm ga như trên ta có được đồ thị tốc độ và momen của các bộ phận trong hệ thống truyền lực là: động cơ, trục sơ cấp và thứ cấp của hộp số, bánh xe được thể hiện như hình:

Hình 3.70: Đồ thị tốc độ quay trong hệ thống truyền lực (TH2)

Nhìn vào đồ thị tốc độ của hệ thống truyền lực ta thấy được đường tốc độ của trục sơ cấp có xu hướng bám sát với đường tốc độ động cơ Nhưng vẫn có 1 sự khác biệt nhỏ là vì có biến mô làm thay đổi tốc của động cơ truyền sang hộp số nên sinh ra sự khác biệt nhỏ này

Còn sự khác biệt giữa tốc độ của trục sơ cấp và trục thứ cấp là do sự thay đổi tỷ số truyền của hộp số sinh ra cụ thể ở thời điểm bắt đầu đến giây thứ 17 thì tốc độ của trục thứ cấp nhỏ hơn sơ cấp là vì lúc này tỷ số truyền lớn hơn 1, nhưng tại thời điểm giây thứ 18 đến giây 27 thì tốc độ của trục thứ cấp lại lớn hơn trục sơ cấp vì lúc này tỷ số truyền bé hơn 1

Ngoài ra để đánh giá thêm về hệ thống truyền lực trong trường hợp này ta sẽ đánh giá về đồ thị momen của các thành phần trong hệ thống truyền lực như hình dưới đây: Ở đồ thị tốc độ ta thấy được 2 đường tốc độ động cơ và tốc độ sơ cấp có xu hướng sát nhau nên ở đồ thị momen này chúng cũng như vậy Tuy nhiên vẫn có sự khác biệt là giữa động cơ và hộp số thì vẫn qua một bộ biến mô, chính bộ biến mô này là nguyên nhân chính gây ra sự khác biệt trên Ở những giây đầu vì có sự chênh lệch tỷ số truyền trong hộp số mà cụ thể là tỷ số có giá trị lớn nên momen của trục thứ cấp sinh ra lớn để đáp ứng nhu cầu tăng tốc của

Hình 3.71: Đồ thị momen trong hệ thống truyền lực (TH2)

80 xe, khi tỷ số truyền giảm đi thì momen của trục thứ cấp có xu hướng bám sát với momen của trục sơ cấp