Tiểu luận hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực không chỉ là trái tim của một chiếc xe, mà còn là một phần quan trọng quyết định đến hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và trải nghiệm lái xe. Trên thị trường ô tô ngày nay, đối mặt với áp lực ngày càng tăng về việc giảm thiểu ảnh hưởng của xe đối với môi trường và tăng cường tính an toàn, các nhà sản xuất đều đang đưa ra những cải tiến đột phá trong công nghệ truyền lực. Trong phạm vi của tiểu luận này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc phân tích và đánh giá hệ thống truyền lực trên Toyota Innova 2020. Chúng tôi sẽ đi sâu vào cấu trúc, tính năng và hiệu suất của hệ thống này, nhằm hiểu rõ hơn về cách mà Toyota đã tích hợp công nghệ và kỹ thuật vào mô hình này để đáp ứng đa dạng các yêu cầu của người lái và người sử dụng.

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ TOYOTA INNOVA 2020 6

1.1 Vai trò của hệ thống truyền lực trên ô tô 6

1.2 Các bộ phận chính trong HTTL 9

1.3 PHÂN LOẠI HTTL 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ TOYOTA INNOVA 2020 12

2.1 Nguyên lý cấu tạo 12

2.2 Truyền lực kiểu dây đai thang 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ TOYOTA INNOVA 2020 17

3.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 17

3.2 Hệ số thích ứng của hệ thống truyền lực 19

3.3 Hiệu suất của HTTL 20

3.3.1 Tổn hao công suất trong HTTL 20

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG PHANH ABS 21

4.1 Giới thiệu về phần mềm Matlab 21

4.3 Mô phỏng các cụm hệ thống 23

4.3.1 Xilanh chính 23

4.3.2 Khối cụm van điều khiển (ABS) 24

4.4 Khối cơ cấu bánh xe 24

4.4.1 Mô hình mô phỏng xilanh công tác 1(CT1) 24

4.4.2 Mô hình mô phỏng xilanh công tác 2(CT2) 24

4.4.3 Mô hình mô phỏng xilanh công tác 3(CT3) 25

4.4.4 Mô hình mô phỏng xilanh công tác 4(CT4) 25

4.5 Khối bộ điều khiển điện tử ECU 26

4.6 Khối mô hình chuyển động thẳng của ô tô 26

4.7 Kết quả mô phỏng 27

4.7.1 Trường hợp 1: 27

4.7.2 Trường hợp 2: 28

4.7.3 Trường hợp 3: 29

KẾT LUẬN 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

hình 1.1Đặc tính kéo lý tưởng cùa ôtô và khả năng đáp ứng của động cơ đốt

trong 6

hình 1.2 Vùng làm việc của ô tô với hệ thống truyền lực có cấp 7

hình 2.1Sơ đồ nguyên lý các hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp 10

hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cùa bộ truyền đai 12

hình 3.1 Đồ thị quan hệ tốc độ động cơ và vận tốc của ôtô 15

hình 3.2 Sơ đồ các bộ phận tạo tỉ số truyền của hệ thống truyền lực 16

hình 3.3 Tổn hao công suất trong HTTL 18

hình 4.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển phanh ABS 20

hình 4.2 Mô hình mô phỏng xilanh chính 21

hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng xilanh công tác 1 22

hình 4.4 Sơ đồ mô phỏng xilanh công tác 2 23

hình 4.5 Sơ đồ mô phỏng xilanh công tác 2 23

hình 4.6 Sơ đồ mô phỏng xilanh công tác 4 23

hình 4.7 Sơ đồ bộ điều khiển điện tử ECU 24

hình 4.8 Sơ đồ động lực học của xe 25

hình 4.9 đồ thị vận tốc 25

hình 4.10 đồ thị quãng đường phanh 25

hình 4.11 Đồ thị vận tốc 25

hình 4.12 đồ thị vận tốc 26

hình 4.131 26

hình 4.15 26 hình 4.4.16 26

LỜI NÓI ĐẦUTrong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đòi hỏi sựtiên tiến cả về công nghệ và hiệu suất, việc nghiên cứu và đánh giá các hệ thốngtruyền lực trên các mô hình xe là một phần quan trọng của sự phát triển toàn diệncủa ngành này Trong tiểu luận này, chúng tôi sẽ đưa ra một cái nhìn chi tiết về hệthống truyền lực trên một trong những mô hình xe nổi bật của Toyota - ToyotaInnova 2020.

Hệ thống truyền lực không chỉ là trái tim của một chiếc xe, mà còn là mộtphần quan trọng quyết định đến hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và trải nghiệm lái

xe Trên thị trường ô tô ngày nay, đối mặt với áp lực ngày càng tăng về việc giảmthiểu ảnh hưởng của xe đối với môi trường và tăng cường tính an toàn, các nhà sảnxuất đều đang đưa ra những cải tiến đột phá trong công nghệ truyền lực

Trong phạm vi của tiểu luận này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc phân tích vàđánh giá hệ thống truyền lực trên Toyota Innova 2020 Chúng tôi sẽ đi sâu vào cấutrúc, tính năng và hiệu suất của hệ thống này, nhằm hiểu rõ hơn về cách mà Toyota

đã tích hợp công nghệ và kỹ thuật vào mô hình này để đáp ứng đa dạng các yêu cầucủa người lái và người sử dụng

Hơn nữa, thông qua việc nghiên cứu chi tiết này, chúng tôi hy vọng có thểđưa ra những nhận xét và phân tích sâu sắc, từ đó đóng góp vào việc hiểu rõ hơn vềtiến bộ công nghệ trong lĩnh vực truyền lực ô tô và nhìn nhận về sự đóng góp củaToyota trong hành trình tiến lên của ngành công nghiệp ô tô hiện đại

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ TOYOTA

INNOVA 2020 1.1 Vai trò của hệ thống truyền lực trên ô tô

Hệ thống truyền lực (HTTL) trên ôtô đóng vai trò của bộ phận kết nối động

cơ với các bánh xe chủ động, giúp cho xe có thể chuyển động trên các loại đường

xá theo điều kiện sừ dụng cụ thể

Về bản chất, hệ thống truyền lực là hệ thống truyền công suất của động cơ

tới các bánh xe chủ động Nếu gọi hiệu suất cùa HTTL là T thì mối quan hệ giữa

công suất cực đại của động cơ Nemaxvới lực kéo tại các bánh xe chủ động Pli và

vận tốc chuyển động của ôtô V được viết như sau:

k

P  NemaxV . T

(1.1)Biều thức trên được mô tả bằng đồ thị là một đường hyperbol như trên hình1.1 Đồ thị này thường đuợc gọi là đặc tính kéo lý tưởng, nó thể hiện khả nâng sửdụng tối đa công suất của động co để đáp úng các điều kiện chuyển động của ôtô

hình 1.1Đặc tính kéo lý tưởng cùa ôtô và khả năng đáp ứng của động cơ đốt

trong

Trên thực tế, phạm vi hoạt động của ôtô rất rộng, nên lực kéo tại bánh xe vàvận tốc chuyến động phải có khả năng thay đổi đề đáp ứng các điều kiện chuyểnđộng cụ thể đặc tính kéo như trên hình 1.1 thì vùng làm việc khả dĩ cùa ôtô nằmbên dưới đuờng đặc tính lý tường và đường giới hạn khả năng bám.Với đặc tínhkéo như trên hình 1.1 thì vùng làm việc khả dĩ cùa ôtô nằm bên dưới đuờng đặctính lý tường và đường giới hạn khả năng bám

Tuy nhiên, động cơ sừ dụng trên ôtô hiện nay chủ yếu vẫn là động cơ đốttrong tồn tại dưới hai dạng là động cơ xăng và động cơ diesel Các loại động cơ nàykhông đáp ứng được vùng làm việc mong muốn theo đặc tính lý tướng, mà nó chi

có thế cung cấp lực kéo trong phạm vi giới hạn cùa đặc tính làm việc cùa nó (vùngtrăng trên hình 1.1)

Như vậy, không thể kết nối trực tiếp động cơ với các bánh xe chủ động cùaôtô mà cần có bộ phận truyền và biến đồi các thông số cùa động cơ sao cho phùhợp với điều kiện chuyển động thực tế Bộ phận này chính là hệ thống truyền lực

cùa ôtô Để làm được điều này, hệ thống truyền lực được thiết kế như một bộ biếnđổi mômen với hệ số biến đối được gọi là tỷ số truyền.

Đối với HTTL có cấp, mỗi tý số truyền tương ứng với một đường đặc tínhlcéo Chẳng hạn, trên hình 1.2 thể hiện dặc tính kéo của ôtô có trang bị hệ thốngtruyền lực cơ khí 4 cấp cùng với các đường lực càn chuyền động và đường mô tảgiới hạn bám giữa bánh xe và đường Vùng làm việc của ôtô chính là vùng trángtrên đồ thị

Có thể nhận thấy rằng, hệ thống truyền lực có cấp chi có thể tạo được vùnglàm việc theo đúng đặc tính kéo lý tường nếu nó có vô số cấp Trên thực tế điềunày không thể thực hiện được Vì vậy, tùy theo mục đích sừ dụng và điều kiện làmviệc của từng loại ôtô người ta lựa chọn số cấp số cùa hệ thống truyền lực sao chophù hợp

hình 1.2 Vùng làm việc của ô tô với hệ thống truyền lực có cấp

HTTL vô cấp (Continuously Variable Transmission, viết tắt là CVT) thayđổi tỷ số truyền một cách liên tục Nhờ đó, nó có thề cung cấp đường đặc tínhtương tự như đặc tính lý tưởng trong vùng biến thiên tỷ số truyền của nó Tuynhiên, các loại truyền lực vô cấp trên ôtô hiện nay có vùng biến thiên tỷ số truyền

tương đối hẹp nên không đáp ứng được trọn vẹn mọi điều kiện chuyển động củaôtô Vì vậy, các bộ truyền vô cấp thường được sừ dựng song hành với bộ truyền cơkhí truyền thống Chẳng hạn, biến mô thủy lực luôn được sử dung cùng với mộthộp số cơ khí, còn bộ truyền đai vô cấp thì phái đi cùng với một hộp giảm tốc bánhrăng.

1.2 Các bộ phận chính trong HTTL

Để đảm bảo được các nhiệm vụ nêu trên, HTTL của ôtô bao gồm những bộphận chức nâng chính như ly hợp, hộp số, truyền động các-đăng và cầu chù động

Ly hợp là bộ phận có nhiệm vụ ngắt và nối đường truyền công suất từ động

cơ tới HTTL và đảm bào cho ôtô khới hành một cách êm dịu Hiện nay, trên cácloại ôtô sử dụng chù yếu ly hợp ma sát cho HTTL cơ khí và ly hợp thủy lực (hoặcbiến mô thủy lực) cho hộp số thùy cơ

Hộp số là bộ phận đàm nhiệm chức năng thay đồi tý số truyền trong HTTL.Trong đại đa số trường hợp, hộp số sử dụng trên ôtô hiện nay là hộp số kiểu bánhrăng Việc thay đổi tỳ số truyền đuợc thực hiện bằng cách thay đổi đường truyềnqua các bộ truyền bánh răng Đối với HTTL vô cấp thì hộp số được thay bằng bộbiến đổi mômen (đai xích, con lăn, thủy lực) có tỷ số truyền thay đổi liên tục

Truyền động các-đăng đảm bảo việc kết nối trục ra của hộp sổ với trục vàocầu chủ động trong trường hợp động cơ đặt xa cầu chù động và hai trục cần liên kếtkhông đồng trục với nhau Trên ôtô con dẫn động cầu trước với động cơ đặt ờ phíađầu xe thì không có truyền động các-đăng do toàn bộ HTTL được bố trí trong cùngmột khối

Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng trong hệ thống, nó truyền mômen tới cácbánh xe chủ động Trong cầu chủ động thường cố ba bộ phận: truyền lực chính, visai và các bán trục Truyền lực chính về bản chất là bộ phận giảm tổc, có nhiệm vụ

tăng tỷ số truyền cho HTTL Bộ vi sai được đặt giữa hai bán trục, nhờ nó mà cácbán trục có thề quay với các vận tốc khác nhau khi ôtô quay vòng hoặc chuyểnđộng trên mặt đường gồ ghề Các bán trục có nhiệm vụ truyền mômen tới các bánh

xe chủ động

1.3 PHÂN LOẠI HTTLHTTL thường được phân loại theo phương pháp truyền mômen thành cácdạng sau:

Theo cách thay đổi tỷ số truyền, HTTL được phân thành hai loại: HTTL cócấp và HTTL vô cẩp

Theo phương pháp điều khiển, HTTL được phân loại như sau: HTTL điềukhiển bằng tay, HTTL tự động và HTTL bán tự động

Xe TOYOTA INNOVA 2020 sử dụng loại hộp số tự động cơ khí vô cấp

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ

TOYOTA INNOVA 2020 2.1 Nguyên lý cấu tạo

Về bản chất, các dạng HTTL cơ khí vô cấp đều thực hiện truyền công suấtnhờ ma sát giũa các bề mặt tiếp xúc

hình 2.3Sơ đồ nguyên lý các hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp a) Sơ đồ nguyên lý truyền lực ma sát; b) Truyền lực tiếp xúc nhiều điềm; c)

Truyền tục đai; d) Truyền lực bằng các đĩa lăn.

Nguyên lý chung của truyền lực vô cấp cơ khí được thể hiện trên hình 1.6a:mômen đươc truyền từ đĩa chù động 1 sang đĩa bị động 2 nhờ lực ma sát tại điểmtiếp xúc giữa hai đĩa Như vậy tỷ số truyền của truyền động này là:

2 1

r i

có thể được thay đồi một cách liên tục trong vùng imin  imax

Truyền lực cơ khí vô cấp có thể phân thành ba nhóm như sau: truyền lực đai,truyền lực tiếp xúc nhiều điểm; truyền lực bằng các đĩa lăn Có thể thấy rằng, vềbản chất các bộ truyền cơ khí vô cấp đều sử dụng nguyên lý truyền bằng ma sát

Do công suất đuợc truyền nhờ ma sát, nên sơ đồ như trên hình 2.1a chi có thểtruyền được công suất nhỏ do lực ma sát tại vết tiếp xúc không lớn Để có thể sửdụng được trong hệ thống truyền lực ôtô, cần phải có các hệ thống có khả năngtruyền công suất lớn hơn Trên hình 2.1b, c, d thể hiện một số dạng truyền lực masát vô cấp: truyền lực tiếp xúc nhiều điềm (hình b), truyền lực đai (hình c) vàtruyền lực bằng các con lăn (hĩnh d) Trong đó chi có hai sơ đồ cuối là được sửdụng trên một số loại ôtô

Bộ truyền đai (hình 2.1c) sử dụng dây đai có tiết diện hình thang với các puliđược chế tạo thành 2 nửa: một nửa được lấp cổ định trên trục, nửa còn lại có thề ditrượt dọc trục Nếu coi puli số 1 là chủ động, puli số 2 là bị động thi tỷ số truyềnđược tính theo công thức (1.2)

Để thay đồi tỷ số truyền, người ta thay đổi cà 2 bán kính trên Nếu ép 2 nửa

cùa puli I lại gần nhau thì dây đai sẽ trượt trên các mặt vát giữa hai nửa này làm r1

tăng lên Do chiều dài cùa dâ đai và khoảng cách giữa 2 trục là cố định, khi tăng lên

thì r2 buộc phải giảm xuống, nghĩa là dây đai sẽ đẩy 2 nửa cùa puli bị động ra xanhau để trượt vào trong

Bộ truyền con lăn (hình 2.1d) sừ dụng đồng thời nhiều con lăn để tăng ma sátnhằm tăng công suất truyền Bán kính làm việc được tính từ tâm các vết tiếp xúc tớitâm các trục quay Neu coi trục 1 là chủ động thì tỷ số truyền cũng được tính theocông thức (1.3)

Các bán kính r1 và r2 thay đồi theo góc nghiêng cùa các con lăn, nhờ đó tỷ

số truyền có thể thay đổi một cách liên tục

Hiện nay, CVT được sử dụng trên ôtô chủ yếu dưới dạng bộ truyền dây đaikim loại kiểu Van Doome Một số loại ôtô sứ dụng bộ truyền kiểu con lăn, riênghãng Audi sử dụng các bộ truyền bằng dây xích

2.2 Truyền lực kiểu dây đai thang

Sơ đồ nguyên lý hoạt động cùa bộ truyền đai được thề hiện trên hình 1.7 Bộtruyền sứ dụng dây đai có tiết diện hình thang với các pulí được ché tạo rời thành 2nứa: một nứa cổ định trên trục (số 2 và 5 trên hình 1.7), còn nửa thứ hai có khảnăng di trượt dọc trục (số 3 và 6 trên hình 1.7)

a) Nguyên lý điều khiển b) Điểu khiến bằng thủy lực

hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý cùa bộ truyền đai

1- Trục chủ động; 2- nửa cổ định cùa puli chủ động; 3- Nửa động của pulichủ động; 4- Dây đai; 5- Nứa cố định cùa puli bị động; 6- Nửa động của pu li bịđộng; 7- Trục bị động; 8- Lò xo; 9- Xilanh thủy lực trên puli chú động; 10- Xilanhthủy lực trên puli bị động; P 1, P 2- Các áp suất điều khiển

Bộ truyền đai hoạt động dựa trên nguyên lý truyền bằng ma sát: công suấtđược truyền từ trục chủ động 1 sang trục bị động 7 nhờ ma sát tại các diện tích tiếpxúc giữa dây đai và puli Để tạo được lực ma sát tại các diện tích tiếp xúc người taphải tạo độ căng ban đầu cho dây đai Muốn có được lực ma sát lớn để truyền đượccông suất lớn thì cần phái có lực tỳ lớn, nghĩa là lực căng ban đầu cùa dây đai cũngphải lớn Tuy nhiên, điều này cũng đồng nghĩa với tải trọng lên dây đai lớn và tuổithọ cùa dây đai thấp Nhược điếm lớn nhất cùa bộ truyền đai chính là sự trượt của

dây đai trên puli, gây mài mòn giảm tuổi thọ cùa các bộ phận ma sát và giám hiệusuất truyền.

Cơ chế thay đổi tỷ số truyền được thực hiện bằng cách thay đổi vị trí tiếp xúcgiữa dây đai và puli Vị trí tiếp xúc này được quyết định bởi lực ép lên các nửa puliđộng Chăng hạn như trên hình 2.2, lực F tác động lên nưa động cua puli chu động(3) đề duy trì bán kính làm việc r1 , còn bán kính r2 trên puli bị động được duy trìnhờ lực ép cua lò xo so 8

Như vậy, tương ứng với một giá trị bất kỳ cua lực ép F, ta có tỹ số truyền là

đề tạo lực ép trên puli chủ động và dùng lò xo tạo lực ép trên puli bị động

2 1

i i

i

r i

r



CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ TOYOTA INNOVA 2020

3.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực phải cung cấp các tỷ số truyền để đáp ứng các yêu cầu

cơ bàn sau đây trong hoạt động của ôtô:

- Khắc phục được điều kiện cản nặng nhọc nhất;

- Đạt được vận tốc tối đa mong muốn;

-Động cơ hoạt động thường xuyên ờ vùng tiết kiệm nhiên liệu

Tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống truyền lực được lựa chọn theo yêu càu tiứ

nhất i Tmax Từ yêu cầu thứ hai người ta xác định tỷ số truyền để ôtô đạt vận tốc cao

nhất i TVmax Còn tỷ số truyền nhỏ nhất i Tminđược xác định từ yêu cầu thứ ba

hình 3.5 Đồ thị quan hệ tốc độ động cơ và vận tốc của ôtô

Như vậy, tý số truyền cùa hệ thống truyền lực được tính như sau:

tý số truyền io > 7, người ta bố trí thêm bộ giảm tốc ờ hai bên bánh xe được gọi làtruyền lực cuối

Tỷ số truyền động học thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc trục ra và trục vào:

- Tỷ số truyền động lực học thể hiện mối quan hệ giữa mômen trên trục ra và

Tiômen trên trục vào:

Chẳng hạn, đối với biến mô thủy lực thì tỳ số truyền động lực học thường được gọi

là hệ số biến mô, đạt được giá trị tối đa khi biến mô trượt hoàn toàn, nghĩa là khi V=0

3.2 Hệ số thích ứng của hệ thống truyền lực

Hệ số thích ứng thể hiện vùng biến thiên tỷ số truyền của hệ thống truyềnlực, nó được xác địnli như sau:

Trong đó: i Tmaxlà tỷ số truyền lớn nhất cùa hệ thống truyền lực; i Tminlà tỷ số

truyền nhỏ nhất; i1là tỷ số truyền của hộp số ở cấp số 1, i hz là tỷ số truyền ờ cấp số

z (cấp số cao nhất) Hệ sô thích ứng phụ thuộc chủ yếu vào:

- Công suất riêng cùa động cơ (công suất ưên một kg khối lượng cùa ôtô);

- Hệ số thích ứng của động cơ;

- Mục đích sử dụng ôtô

3.3 Hiệu suất của HTTL 3.3.1 Tổn hao công suất trong HTTL Khi truyền qua HTTL, một phần công suất bị mất đi do nhiều nguyên nhânkhác nhau Tồn thất trong hệ thống truyền lực làm giảm công suất truyền tới cácbánh xe chủ động