Nghiên cứu và tính toán các thông số đầu vào băng thử test bench ở bosch transmission lab

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HUỲNH THANH HƯNGSKL012064 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGHÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN CÁC TH

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Lý do và mục đích chọn đề tài

Hiện nay ô tô là một trong những phương tiện được sử dụng phổ biến trong mọi ngành, mọi lĩnh vực khác nhau Nước ta cùng với sự đi lên của nền kinh tế quốc dân thì ô tô là phương tiện không thể thiếu, đáp ứng nhu cầu đi lại của nhân dân

Do mức sống của con người ngày càng cao nên sự đòi hỏi về phương tiện và tiện nghi ngày càng khắt khe Hiện nay ô tô được trang bị hệ thống truyền lực vô cấp có CVT đã xuất hiện ngày nhiều hơn và được rất nhiều hãng xe ứng dụng như Nissan, Ford, Audi Đặc điểm của loại xe được trang bị hệ thống truyền lực có CVT là giúp người lái giảm bớt thao tác, xe chuyển số êm dịu,giảm tiêu hao nhiên liệu Do đó việc nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống truyền lực có CVT trên ô tô là rất cần thiết và có ý nghĩa to lớn trong công tác học tập cũng như ứng dụng vào thực tiễn sau này Đáp ứng yêu cầu trên khoa Cơ Khí Động Lực của trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Tp

Hồ Chí Minh đã xây dựng máy CVT Test Bench tại Bosch Transmission Lab để phục vụ cho nhu cầu học tập và nghiên cứu về hộp số tự động và dây đai Pushbelt

Vì vậy nhóm quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu và tính toán các thông số đầu vào cho băng thử Test Bench ở Bosch Transmission Lab” để nghiên cứu, tính toán và thử nghiệm các chế độ của hộp số CVT

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hộp số số vô cấp CVT được sử dụng rất phổ biển trên nhiều loại xe ngày nay, việc nghiên cứu về hộp số CVT cũng được chú trọng rất nhiều ở các trường Đại học trong nước Và trong quá trình thực hiện đề tài nhóm có tham khảo một số đề tài như:

- Bài nghiên cứu: “Thiết kế và mô phỏng hệ thống truyền lực vô cấp cho ô tô con” do thầy Hồ Hữu Hải thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn 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

- Bài nghiên cứu: “Nghiên cứu hộp số vô cấp CVT trên Toyota Corolla Altis 2.0V” của Giang Đạt Phiêu thuộc trường Cao đẳng Giao thông Vận tải III

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Ngoài nước cũng có rất nhiều bài nghiên cứu về hộp số vô cấp CVT, sau đây là một số đề tài mà nhóm đã tìm kiếm và tham khảo:

- Bài nghiên cứu: “Design and Performance Study of Continuously Variable Transmission (CVT)” của trường United College of Engineering and Management, Allahabad, India, trình bày về cấu tạo chung từng bộ phận của hộp số CVT và tính toán các thông số liên quan của mô hình

- Bài nghiên cứu: “Design and analysis of Continuously Variable Transmission for 1000cc Automobile” của nhóm sinh viên đến từ Pakistan Mục đích của báo cáo này là giải thích thiết kế, phân tích, mô hình hóa bộ phận và lắp ráp của Bộ truyền động biến đổi liên tục CVT, cùng với sự trợ giúp của bản vẽ và phân tích bộ phận và lắp ráp Nó cũng thảo luận về các ràng buộc được áp dụng cho từng bộ phận riêng lẻ đối với các đối tác của nó và thông báo cho người đọc về chức năng và phân tích của từng bộ phận cụ thể

Ngoài ra nhóm cũng tham khảo các video mô phỏng về hộp số CVT trong Matlab/Simulink trên Youtube.

Mục tiêu đề tài

- Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số CVT

- Tính toán được các sô liệu đầu vào của băng thử như: tỉ số truyền, bán kính pully, hệ số KpKs, mô-men xoắn tại các trục sơ cấp và thứ cấp, tốc độ quay các trục pully, lực ép tại các pully, áp suất thủy lực tác dụng lên các mặt pully

- Chạy thực nghiệm các số liệu đã tính toán để đánh giá mức độ hoàn thiện và đưa ra hướng cải tiến cho đề tài

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đề tài: “Nghiên cứu và tính toán các thông số đầu vào cho băng thử Test Bench ở Bosch Transmission Lab” được thực hiện với đối tượng nghiên cứu là băng thử Test Bench tại Bosch Transmission Lab

- Tính toán các thông số đầu vào của băng thử Test Bench tại Bosch Transmission Lab

- Chạy thực nghiệm các số liệu đã tính toán tại phòng Bosch Transmission Lab

- So sánh kết quả của quá trình tính toán và chạy thực nghiệm để đưa ra giải pháp hoàn thiện đề tài.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết (hộp số CVT, băng thử Test Bench tại Bosch Transmission Lab)

- Phương pháp thu thập số liệu (thu thập những thông số kỹ thuật dùng để tính toán được thiết kế trên băng thử Test Bench tại Bosch Transmission Lab)

- Phương pháp phân tích tính toán (tính toán các thông số của mô hình như: tỉ số truyền hộp số, bán kính các pully, hệ số KpKs, mô-men xoắn tại các trục sơ cấp và thứ cấp, tốc độ quay của các trục pully, lực ép tại các pully, áp suất thủy lực tác dụng lên các mặt pully)

- Phương pháp thực nghiêm đánh giá (chạy thực nghiệm các số liệu đã tính toán kết hợp so sánh với các kết quả tính toán trên cơ sở lý thuyết để đánh giá và đưa ra kết luận hướng cải tiến).

Nội dung thực hiện

- Tìm hiểu, nghiên cứu các số liệu ban đầu và cơ sở lý thuyết về hộp số vô cấp CVT và băng thử Test Bench tại Bosch Transmission Lab

- Tính toán các số liệu đầu vào của băng thử Test Bench tại Bosch Transmission Lab gồm: tỉ số truyền hộp số, bán kính các pully sơ cấp và thứ cấp, hệ số KpKs, mô-men xoắn tại

4 các trục sơ cấp và thứ cấp, tốc độ quay các trục pully, lực ép tác dụng lên các pully, áp suất thủy lực tác dụng lên các mặt pully

- Chạy thực nghiệm các thông số đã tính toán trên băng thử Test Bench tại Bosch Transmission Lab

- So sánh các kết quả tính toán so với kết quả thực nghiệm để đánh giá mức độ hoàn thiện và đưa ra hướng cải tiến cho đề tài.

Kế hoạch thực hiện đồ án

Bảng 1.1 Kế hoạch thực hiện đồ án

Thời gian Nội dung thực hiện

5/11/2022 Nhận đề tài: “Nghiên cứu và tính toán các thông số đầu vào cho băng thử Test Bench ở Bosch Transmission Lab”

5/11/2022 - 20/11/2022 - Tìm, đọc hiểu tài liệu lý thuyết về hộp số CVT

- Nghiên cứu về băng thử Test Bench

21/11/2022 - 10/12/2022 - Tìm thông số cần thiết của mô hình

- Tính toán các số liệu đầu vào của băng thử

11/12/2022 - 20/12/2022 - Chạy thực nghiệm các thông số đã tính toán tại phòng

21/12/2022 - 31/12/2022 - Tự đánh giá mức độ hoàn thiện của sản phẩm và đưa ra các hướng hoàn thiện

- Tổng hợp lý thuyết và hoàn thành file word

16/1/2023 - 21/1/2023 Thiết kế powerpoint, tổng hợp nội dung

03/02/23-13/02/23 - Chỉnh sửa, nghiên cứu lại kiến thức và luyện tập thuyết trình

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ

Tổng quan về hộp số

- Thay đổi tốc độ và mô-men truyền (hay lực kéo) trên các bánh xe

- Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến hoặc lùi)

- Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực

Trên một số ô tô chức năng thay đổi mô-men truyền có thể được đảm nhận nhờ một số cụm khác(hộp phân phối ,cụm cầu xe )nhằm tăng khả năng biến đổ mô-men đáp ứng điều kiện làm việc mở rộng của ô tô

Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Có dãy tỷ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải

- Phải có hiệu suất truyền lực cao

- Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tải trọng động khi làm việc Đối với các hộp số sử dụng bộ truyền có cấp, khi chuyển số thường xảy ra thay đổi giá trị tốc độ K và mô-men gây nên tải trọng động Hạn chế các xung lực và mô-men biến động cần có các bộ phận ma sát (đồng tốc, khớp ma sát, bộ truyền thủy lực )cho phép làm đều tốc độ của các phần tử truyền và nâng cao độ bền, độ tin cậy trong làm việc của hộp số

- Đảm bảo tại một thời điểm làm việc chỉ gài vào một số truyền nhất định một cách chắc chắn(cơ cấu định vị ,khóa hãm,bảo vệ )

- Kết cấu phải nhỏ gọn, dễ điều khiển thuận tiện trong bảo dưỡng và sửa chữa

- Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị khác

Tùy theo theo yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau:

❖ Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền: hộp số vô cấp và hộp số có cấp

- Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành hệ thống truyền lực vô cấp, trong đó hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao và ngược lại Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: Biến mô-men thủy lực, bộ truyền đai đặc biệt, Nếu mô-men động cơ làm việc làm việc ở giá trị nhất định, sự biến đổi mô-men sau hộp số vô cấp là đường liên tục, do vậy các bộ truyền này còn được gọi là bộ truyền liên tục trong khoảng tỷ số truyền R cho trước Ví dụ trên biến mô thủy lực khoảng R có thể đạt tới 2,7 trên bộ truyền đai đặc biệt có thể R = 4,5

- Hộp số có cấp ,tạo thành hệ thống truyền lực có cấp, được dùng phổ biến trên ô tô Tỷ số truyền hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau do vậy còn được gọi bộ truyền gián đoạn Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên trong hộp số

Hệ thống truyền lực của ô tô có thể được tập hợp bởi các bộ truyền vô cấp và hộp số có cấp

❖ Theo cấu trúc truyền lực giữa các bánh răng:

- Các bánh răng ăn khớp ngoài với các trục cố định: hộp số thường

- Kết hợp các bánh răng ăn khớp trong và ăn khớp ngoài có trục di động: hộp số hành tinh

❖ Theo phương pháp điều khiển chuyển số của hộp số :

- Điều khiển bán tự động.

Một số loại hộp số phổ biến hiện nay

2.2.1.1 Cấu tạo của hộp số thường

Hình 2.2 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục [5]

Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục với nhau, trục trung gian Các bánh răng Z 1, Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z L 1 , Z L 2 , Z a , Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z L 1 ,Z a  bánh răng Z a được chế tạo liền

8 với trục sơ cấp Các bánh răng trên trục thứ cấp Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4  được quay trơn trên trục Còn các bánh răng Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z a  trên trục trung gian được cố định trên trục Các ống gài liên kết then hoa với trục và có các vấu răng ở 2 phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài

- Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp za-za’, trục trung gian, cặp bánh răng số 1 rồi đi ra trục thứ cấp

- Vị trí tay số 2: Gạt cần 2 sang bên phải, mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng sô 2 rồi đến trục thứ cấp

- Vị trí tay số 3: Gạt cần 2 sang bên trái, mômen từ trục sơ cấp truyền qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 3 rồi tới trục thứ cấp

- Vị trí tay số 4: Khi gạt cần 3 sang bên phải, mômen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, rồi qua cặp bánh răng số 4 ra trục thứ cấp

- Vị trí tay số 5: Khi gạt cần 3 sang bên trái, lúc này, trục sơ cấp và thứ cấp được nối với nhau, mômen được truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp

- Vị trí tay số lùi: Gạt cần 1 sang bên phải, mômen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, qua 2 cặp bánh răng ZL1-ZL1 ’, ZL2-Z1 ’, rồi tới trục thứ cấp

- Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, bền

- Người lái phải phối hợp điều khiển hệ thống ly hợp, sang số nên giảm tính êm dịu, người lái phải thao tác nhiều khi chuyển số

2.2.2 Hộp số tự động AT

Hình 2.3 Hộp số tự động [5]

Hiện nay có rất nhiều hộp số tự động, chúng được cấu tạo theo một vài cách khác nhau nhưng các chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng là giống nhau

- Hộp số cơ cấu hành tinh Wilson (nối tiếp, song song)

- Hộp số cơ cấu hành tinh Simpson

- Hộp số cơ cấu hành tinh ravigneaux

Hộp số tự động bao gồm các bộ phận chính sau:

- Hộp số hành tinh và cơ cấu chuyển số (ly hợp và phanh đai)

- Hệ thống điều khiển chuyển số (thường là hệ thống thủy lực hoặc hệ thống thủy lực điện từ) để điều khiển các ly hợp và phanh đai

- Sơ đồ cấu tạo (cơ cấu hành tinh Wilson):

Hình 2.4 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson [5]

Nguyên lý hoạt động chung của hộp số tự động là sử dụng các phanh để hạn chế một bậc tự do của cơ cấu hành tinh

- Làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải chuyển số

- Chuyển số một cách tự động và êm dịu tùy thuộc vào chế độ loạt động của động cơ và sức cản của mặt đường

- Do có sử dụng biến mô nên thay đổi được momen do động cơ phát ra một cách liên tục trong khoảng nhỏ

- Giảm độ ồn khi làm việc

- Chuyển số liên tục không ảnh hưởng tới dòng lực từ động cơ

- Công nghệ chế tạo đòi hỏi có độ chính xác cao

- Khả năng tăng tốc kém hơn hộp số thường

- Việc sửa chữa hộp số tự động khá phức tạp và tốn kém

2.2.3 Hộp số ly hợp kép DCT

Người đã sáng tạo ra hệ thống ly hợp kép là một kỹ sư ôtô người Pháp tên là Adolphe Kegresse được biết đến nhiều nhất trong vai trò người đã phát triển loại xe half-track (với bánh lốp đằng trước và bánh xích phía sau), giúp chiếc xe có thể vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp Năm 1939, Kegresse đã có những ý tưởng đầu tiên về hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép Nhưng không may là tình hình tài chính bất lợi đã ngăn cản kế hoạch phát triển xa hơn của dự án này Đến đầu những năm 80 khi hệ thống điều khiển điện tử phát triển, máy tính đã tham gia vào quá trình chuyển số và DCT đã có điều kiện thuận lợi để phát triển xa hơn và Porsche đã đặt những nền tảng đầu tiên của mình trong việc nghiên cứu và phát triển hệ thống ly hợp kép Năm 1982, những mẫu xe đua được trang bị hệ thống ly hợp kép của Porsche đã giành được nhiều thành công trong các giải đua xe thế giới

Tuy nhiên hệ thống ly hợp kép chỉ được hạn chế lắp đặt trong các mẫu xe đua và hệ thống này chỉ được thương mại hóa khi Volkswagen là hang tiên phong trong việc sản xuất đại trà hộp số ly hợp kép Hiện nay những chiếc xe trang bị công nghệ DCT được bán chủ yếu ở thị trường Châu Âu với các hang sản xuất lớn như: Volkswagen, Audi, Porsche,…

Hình 2.5 Hộp số ly hợp kép [5]

2.2.4 Hộp số vô cấp CVT

Hình 2.6 Hộp số vô cấp CVT

Hộp số CVT là từ viết tắt của Continuously Variable Transmission, tức hộp số biến thiên vô cấp Khác với các loại hộp số bánh răng như thông thường, hộp số CVT hoạt động dựa trên một hệ thống gồm pully và dây đai để tạo ra các tỷ số truyền liên tục trong quá trình vận hành xe Công suất được truyền giữa hai pully thông qua dây đai thép, các pully này sẽ thay đổi

13 chiều rộng và đường kính hiệu dụng để tạo ra tỷ số truyền phù hợp cho từng chế độ hoạt động của xe

Cấu tạo của một hộp số vô cấp (CVT) thường bao gồm 3 phần chính:

- Bộ biến mô giúp truyền mô-men từ động cơ sang hộp số

- Bộ truyền bánh răng hành tinh và bộ truyền vô cấp giúp đảo chiều chuyển động và lựa chọn tỷ số truyền

- Các hệ thống điều khiển

Hình 2.7 Cấu tạo hộp số CVT

❖ Ưu nhược điểm của hộp số vô cấp CVT

▪ Do hộp số có cấu tạo gọn gàng, kích thước nhỏ nên có khối lượng nhẹ hơn hộp số thông dụng, giúp giảm khối lượng xe và không chiếm nhiều diện tích trong khoang động cơ

▪ Hộp số tự động vô cấp CVT sử dụng pully và dây đai để thay đổi tỷ số truyền thay cho các cặp bánh răng nên cho phép hộp số thay đổi số liên tục mà không có sự ngắt quãng, do đó: bBộ biến mô

Bộ truyền bánh răng hành tinh và bộ truyền vô cấp

▪ Tạo ra sự tăng tốc đều đặn từ lúc đứng yên cho tới lúc đạt tốc độ ổn định, không xảy ra tình trạng giật đột ngột (shift-shock) khi chuyển số giống như các hộp số thông dụng Hạn chế xe giảm tốc khi sang số đặc biệt là khi leo dốc

▪ Đáp ứng ổn định và êm dịu hơn trong các tình trạng thay đổi đột ngột vận tốc như tăng ga hay giảm ga, luôn đạt được số vòng tua tối ưu ở mọi tốc độ di chuyển

TỔNG QUAN MÔ HÌNH TEST BENCH

Hệ thống cơ khí

CVT Testbench - TB150 là một hệ thống máy kiểm tra hoàn chỉnh hoạt động dây đai PushBelt trong hộ số vô cấp CVT, sẵn sàng cho mục đích đào tạo và nghiên cứu thử nghiệm Thông qua máy TB150, giảng viên và sinh viên sẽ có thể thực hiện một số chế độ chạy thử nghiệm, phân tích dữ liệu thử nghiệm và hiểu nguyên lý hoạt động của dây đai PushBelt trong hộp số CVT

Hình 3.1 Thông số kích thước máy CVT TestBench TB150 [3]

3.1.3 Mô tả hệ thống cơ khí

Hệ thống cơ khí máy CVT Testbench – TB150 bao gồm các thành phần chính như sau: bàn máy, khung vỏ máy, bệ đỡ động cơ truyền động Drive, bệ đỡ Lbox, động cơ truyền động Drive, hệ Lbox, động cơ tạo tải Generator, 2 hệ cảm biến mô-men quay cùng các ụ đỡ và các

38 khớp nối trục đi kèm Các thành phần phụ khác trên máy như: thành trượt, gối chặn, đệm cao su chân máy, máng thu dầu, tay màn hình hiển thị

Hình 3.2 Hình ảnh băng thử Test Bench.

Hệ thống điện

3.2.1 Hệ thống điện điều khiển thủy lực

Van thủy lực tuyến tính điều khiển áp suất trong các đường dầu nhằm thay đổi tỉ số truyền của hộp số CVT là bài toán rất quan trọng khi thiết kế hệ thống thủy lực cho máy Test Bench Đây là yêu cầu phải được thực hiện hoàn hảo, vì đây là chức năng thiết yếu của bất kì hệ thống thủy lực để kiểm tra dây đai

Dựa trên yêu cầu thiết kế, chọn van điều áp: CP211-1 để điều chính áp suất dầu từ 0-40 bar trong đường ống Van được điều khiển bằng tín hiệu 0-10VDC từ PLC thông qua bộ chuyển đổi 0-10VDC sang 0-20mA

Hình 3.3 Thông số kỹ thuật của van thủy lực tuyến tính CP211-1 [3]

Hình 3.4 Tủ điện thủy lực

3.2.2 Hệ thống điện truyền động và tạo tải

40 Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống điện truyền động và tạo tải [3]

▪ Biến tần GD350A điều khiển vòng kín tốc độ và lực torque của trục Primary và Secondary Chức năng Master-Slave Share tải sẽ giúp thu hồi năng lượng giữ hai động cơ khi test

▪ Hệ thống PLC kết nối với máy chủ thông qua truyền thông Profinet giúp điều khiển và giám sát hệ thống trực quan Thay đổi các thông số mô-men, tốc độ, chế độ điều khiển được dễ dàng

▪ Thiết bị motor Siemens với quán tính lớn, tích hợp encoder, phù hợp cho việc giám sát lực và điều khiển tốc độ

▪ Các điều kiện test được người vận hành nhập thông số theo yêu cầu như: Mô-men, tốc độ từ máy chủ xuống hệ thống Máy chủ có phần mềm nhập dữ liệu xuống hệ thống và lấy thông số từ hệ thống lên máy chủ.

Hệ thống điều khiển thủy lực

Chức năng của hệ thống thủy lực là điều khiển áp suất, lưu lượng và nhiệt độ của L-Box

▪ Điều khiển chính xác áp suất đường primary pressure nằm trong khoảng 0-20 bar với sai số 0.5 bar và gia tốc đáp ứng, độ vọt lố trong giới hạn cho phép

▪ Điều khiển chính xác áp suất đường secondary pressure nằm trong khoảng

▪ 0-20 bar với sai số 0.5 bar và gia tốc đáp ứng, độ vọt lố trong giới hạn cho phép

▪ Điều khiển chính xác nhiệt độ dầu trong hệ thống tạo áp và bôi trơn ở nhiệt độ 70˚C với sai số 5 ˚C và thời gian đáp ứng dưới 60 phút, độ vọt lố trong giới hạn cho phép

▪ Điều khiển các van solenoid đóng mở để bôi trơn cho hệ thống và đóng mở cho đường tạo áp primary và secondary

▪ Điều khiển chính xác các van analog proportional valve để tạo áp xuất chính xác cho hai đường primary và secondary nhằm tránh trượt đai …

3.3.2 Sơ đồ khối chức năng hệ thống thủy lực

Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống thủy lực [3]

43 Hình 3.7 Mô hình thực tế đầu vào hệ thống thủy lực [3]

3.2.3 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối các phần tử trong hệ động lực thủy lực [3]

Hệ thống truyền động và tạo tải

Trong hệ thống CVT Test Bench, chức năng của hệ tạo tải là điều khiển tốc độ của động cơ truyền động và mô-men xoắn của động cơ tạo tải

▪ Để cải thiện độ ổn định của truyền động (tần số, độ cứng và giảm xóc) nên xây dựng đường truyền động càng ngắn càng tốt Chỉ sử dụng các bộ phận thực sự cần thiết cho hoạt động của máy thử nghiệm

▪ Đối với thử nghiệm động lực học, cần có bộ truyền động và máy phát có quán tính thấp

▪ Bộ truyền động và máy phát điện phải là loại nam châm vĩnh cửu

3.4.2 Sơ đồ khối chức năng hệ tuyền động và tạo tải

Hình 3.9 Sơ đồ khối chức năng hệ tuyền động và tạo tải.[3]

Hệ thống phần mền điều khiển

Phần mềm CVT MONITORING được lấy ý tưởng từ phần mềm gốc tại nhà máy BOSCH Long Thành và được buildup bởi team dự án Phần mềm trên máy tính giúp đảm nhiệm vai trò giám sát và điều khiển máy testbench TB150

▪ Hoạt động mode test: Speed/Torque (động cơ primary chạy speed, động secondary chạy torque)

▪ Giám sát và hiển thị đồ thị của các signal:

• VDTsafety (thông số liên quan đến độ an toàn của belt)

▪ Manual test (notice: khi chạy chức năng manual test phải đúng quy trình – xem thêm ở mục manual test)

• Hydraulics: Auto Hydraulic (on/off belt lubrication, bearing lubrication)

• Drive and load: ON/OFF Motor: setting speed primary, torque secondary

• Hydraulics: phần mềm sẽ tự gửi setpoint tùy theo từng mode test

• Drive and load: phần mềm sẽ tự gửi setpoint tùy theo từng mode test

▪ Kiểm tra lỗi từng hệ thống con – chi tiết xem mục Bảo trì một số hệ thống con với phần mềm

▪ Cài đặt thông số limit cho phần mềm – chi tiết xem mục Import file setting

▪ Error history: tại của sổ giao diện chính -> Error File -> hiện ra cửa sổ các lỗi của hệ thống, kết quả của kiểm tra tính hợp lý của file test

Chương 4 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA BĂNG THỬ TEST

Các thông số kĩ thuật

Thông số hộp Lbox hiện tại: [3]

• ASec = 122.93 cm 2 // Tiết diện pully thứ cấp

• CfSec = 135.96 N.1000 2 /rpm 2 // Lực ly tâm pully thứ cấp

• APri = 182.97 cm 2 // Tiết diện pully sơ cấp

• CfPri = 278.7 N.1000 2 /rpm 2 // Lực ly tâm pully sơ cấp

• Fspring = 0 // Lực đẩy lò xo

• a = 173 mm // Khoảng cách tâm 2 trục pully

• l = 714.4 mm // Chiều dài dây belt

Bảng 4.1 Tỉ số truyền và hệ số KpKs i 0.39 0.45 0.62 0.789 1.005 1.05 1.53 1.66 1.8 2.27 KpKs 1.83 1.76 1.59 1.48 1.24 1.23 1.12 1.1 1.07 1.01

Tính toán các số liệu đầu vào

4.2.1 Bán kính pully theo tỉ số truyền

Công thức tính chiều dài belt:

• a là khoảng cách trục 2 pully

Ví dụ trường hợp tỉ số truyền i = 0.62

Thay số vào lần lượt các trường hợp ta được bảng 4.2:

Bảng 4.2 Bán kính pully sơ cấp và thứ cấp theo tỉ số truyền i 0.39 0.45 0.62 0.789 1.005 1.05 1.53 1.66 1.8 2.27

Dựa vào 5 tỉ số truyền cố định đã được tính toán và kiểm tra của Bosch lần lượt là: 0.39; 0.45; 0.62; 1.8; 2.27, thông qua các tài liệu tham khảo và phương pháp thử nghiệm nhóm đã thiết kế được sơ đồ chuyển số của 5 tay số này, 5 tỉ số truyền này tương ứng lần lượt là các tay số 10; 9; 8; 2; 1 Kết hợp với 5 tỉ số truyền còn lại dựa vào phương pháp chia trung bình nhóm thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ chuyển số tham khảo của 10 tay số đã được chọn

Sơ đồ chuyển số thiết kế:

Hình 4.1 Sơ đồ chuyển số

Dựa vào sơ đồ chuyển số trên ta lập được bảng tay số theo công suất động cơ và tốc độ trục thứ cấp

Giả sử tại thời điểm t có P = 8 (kW) và ωSec = 1500 (rpm) đối chiếu tọa độ này vào sơ đồ chuyển số trên hình 4.1 ta thấy t đang nằm trong vùng tay số 7 Tương tự với tất cả các trường hợp còn lại, dựa vào sơ đồ chuyển số nhóm lập được bảng tay số theo công suất động cơ và tốc độ trục thứ cấp

Bảng 4.3 Tay số theo công suất động cơ và tốc độ trục thứ cấp

4.2.2 Mô-men xoắn tại các trục

Công thức tính công suất động cơ:

• P (W) là công suất động cơ

• M (N.m) là mô-men trục truyền động

• ω (rad/s) là tốc độ trục truyền động

Trường hợp tại điểm có P = 10 kW và ωSec = 1000 rpm ta tính được:

1000 ∗ 𝜋/30 = 95.54 (𝑁 𝑚) Lần lượt thay các giá trị ta thu được bảng giá trị mô-men tương ứng:

Bảng 4.4 Mô-men theo công suất động cơ và tốc độ trục thứ cấp ωSec(rpm) 400 550 750 850 1000 1300 1500 2000 2500 3000

4.2.3 Lực ép tại các pully

Công thức tính lực ép tại các pully:

• FaxPri và FaxSec lần lượt là lực ép tại các pully (N)

• Sf là hệ số an toàn, khi Sf < 1 sẽ gây ra trượt belt, chọn Sf = 1.35

• μ là hệ số ma sát

Trường hợp tại điểm có P = 10 kW và ωSec = 1000 rpm ta tính được:

Tra bảng 4.4 ta có: MSec = 95.54 (N.m)

Tra bảng 4.3 ta có: Điểm đang nằm tại tay số 5

𝐹𝑎𝑥 𝑃𝑟𝑖 = 𝐹𝑎𝑥 𝑆𝑒𝑐 ∗ 𝐾𝑝𝐾𝑠 Tra bảng 4.1 ta có: i = 1.05 => KpKs = 1.23

=> 𝐹𝑎𝑥 𝑃𝑟𝑖 = 14549.7 ∗ 1.23 = 12964.7 (𝑁)Tương tự lần lượt thay các giá trị còn lại ta thu được bảng giá trị lực ép tương ứng

Bảng 4.5 Lực ép tại cái pully

4.2.4 Áp suất thủy lực tại các pully

Công thức tính áp suất thủy lực tại các pully:

Trong đó: PPri và PSec là áp suất thủy lực tại các pully sơ cấp và thứ cấp (bar)

Trường hợp tại điểm có P = 10 (kW) và ωSec = 1000 (rpm) ta có:

Tra bảng 4.5 => FaxPri 964.7 (N) và FaxSec = 10540.4 (N)

Lần lượt thay các giá trị còn lại ta thu được bảng giá trị áp suất tương ứng

Bảng 4.6 Áp suất thủy lực tại cái pully

Bảng 4.7 Yêu cầu hệ thống thủy lực [3]

Tín hiệu điều khiển Phạm vi điều khiển Độ chính xác Đơn vị Áp suất van Primary 0 - 20 0.5 bar Áp suất van Secondary 0 - 20 0.5 bar Đối chiếu số liệu bảng 4.6 với yêu cầu của bảng 4.7 ta loại các trường hợp không thỏa mãn có

CHẠY THỰC NGHIỆM SỐ LIỆU TÍNH TOÁN TẠI BOSCH TRANSMISSION

Chạy thực nghiệm số liệu tính toán

2 Kiểm tra hệ thống có vướng mắc hay có dị vật gì không

3 Kiểm tra mức dầu trên 50% trở lên

4 Khởi động máy tính điều khiển

5 Chạy phần mền CVT Monitor: [3]

- Giao diện window -> Chọn manual test -> chọn Switch mode

Hình 5.1 Các chế độ khi vận hành

- Lúc này có thể chuyển sang giao diện mainWindow để tiến hành chạy mode manual

Bước 2: Bật Belt Lubrication, Bearing Lubrication nếu tín hiệu 2 đường này còn đỏ

Hình 5.3 Bật Belt Lubrication, Bearing Lubrication

Bước 3: Set giá trị áp suất xuống hệ thủy lực Nhập giá trị và ấn vào nút set value tương ứng Giá trị set hiện tại sẽ hiển thị kế bên

Lưu ý: khi set áp suất, giá trị nào lớn thì set xuống trước và chờ áp suất đó đạt được 70% giá trị cài đặt Sau đó mới set giá trị còn lại

Hình 5.4 Set giá trị áp suất thủy lực

Bước 4: Khi áp suất cả bên prim và sec đã đạt ngưỡng Ấn nút Dyno ON Nếu hệ drive and load được bật thì màu nền dyno on sẽ đổi thành màu xanh lá

Hình 5.5 Bật hệ Drive and Load

Bước 5: Khi Drive and Load đã được bật thì tiến hành cài đặt tốc độ cho động cơ primary Nhập giá trị speed và ấn set value

Hình 5.6 Set giá trị tốc độ quay cho động cơ primary

Bước 6: Khi động cơ đã đạt tốc độ, tiến hành set giá trị torque cho hệ

Nhập giá trị torque và ấn set value

Hình 5.7 Set giá trị torque cho hệ

Lưu ý: Khi đã đặt lực torque, quan sát giá trị VDTsafety Giá trị VDTSafety bé hơn bằng 1.0 belt sẽ trượt Do đó lúc chạy chú ý giá trị này

Giảm torque secondary về 0 -> giảm speed primary về 0 -> tắt hệ drive and load (dyno OFF) -> giảm áp suất Cách thao tác được trình bày như trên

Lưu ý: Khi chạy test manual ở ratio thấp (ratio < 1) Thì chuyển áp suất về ratio ~ 2.27 (pPrim = 7.5 bar, pSec = 18.5 bar) sau đó mới dừng máy theo quy trình trên

Chọn ngẫu nhiên các trường hợp để thực nghiệm:

❖ Trường hợp: P = 4 (kW), ωSec = 400 (rpm)

Tra bảng 4.4 ta có giá trị mô-men MSec = 95.54 (N.m)

Tra bảng 4.6 ta có giá trị áp suất thủy lực PPri = 4.92 (bar), PSec = 6.93 (bar)

Tra bảng 4.6 ta có giá trị áp suất thủy lực PPri = 3.69 (bar), PSec = 4.51(bar)

Sau khi tiến hành nhập các thông số đầu vào để chạy thực nghiệm và xuất file ta sẽ nhận được 3 đồ thị cho mỗi trường hợp bao gồm:

• Đồ thị tổng hợp hiển thị các thông số của cả trục sơ cấp và thứ cấp

• Đồ thị trục sơ cấp chỉ hiển thị các thông số của trục sơ cấp

• Đồ thị trục thứ cấp chỉ hiển thị các thông số của trục thứ cấp

Trong mỗi đồ thị sẽ biểu đạt 4 thông số chính gồm: tỉ số truyền của hộp số, tốc độ quay của các trục, mô – men xoắn tại các trục và áp suất thủy lực tác dụng lên các pully

63 Hình 5.9 Đồ thị tổng hợp trường hợp P = 4 kW, ωSec = 400 rpm

Hình 5.10 Đồ thị trục sơ cấp trường hợp P = 4 kW, ωSec = 400 rpm

Hình 5.11 Đồ thị trục thứ cấp trường hợp P = 4 kW, ωSec = 400 rpm

Dựa vào đồ thị từ các hình 5.9 đến 5.11 ta có thể thấy rằng:

▪ Trong khoảng thời gian từ 0 đến 20 (s), khi ta set giá trị mô – men MSec = 95.54 (N.m) thì tỉ số truyền sẽ tăng từ 2.04 lên 2.2 đồn thời tốc độ của trục thứ cấp cũng sẽ giảm từ 360 (rpm) xuống 325 (rpm)

▪ Với các thông số đầu vào lần lượt được set là: PPri = 4.92 (bar), PSec = 6.93 (bar), ωPri 720 (rpm), MSec = 95.54 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 2.2 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết chỉ là i = 1.8, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec 325 (rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 400 (rpm) Đã có sự sai lệch khá lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế

▪ Với các thông số đầu vào lần lượt được set là: PPri = 3.96 (bar), PSec = 4.51 (bar), ωPri 787.5 (rpm), MSec = 50.96 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 1.54 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết chỉ là i = 1.05, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec = 507 (rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 750 (rpm) Có sự sai lệch lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế

▪ Với các thông số đầu vào lần lượt được set là: PPri = 1.89 (bar), PSec = 1.89 (bar), ωPri 789 (rpm), MSec = 19.11 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 1.03 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết chỉ là i = 0.789, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec

= 760 (rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 1000 (rpm) Tiếp tục có sự sai lệch lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế

▪ Với các thông số đầu vào lần lượt được set là: PPri = 4.83 (bar), PSec = 4.39 (bar), ωPri 930 (rpm), MSec = 38.22 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 0.895 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết chỉ là i = 0.62, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec

= 1035 (rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 1500 (rpm) Tiếp tục có sự sai lệch lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế.

So sánh kết quả và cải tiến

Sau khi so sánh kết quả của quá trình chạy thực nghiệm trên mô hình với kết quả tính toán thì nhóm rút ra được một số nhận xét như sau:

▪ Tỉ số truyền thực tế lớn hơn so với tính toán trong khoảng từ 40% - 50% dẫn đến tốc độ trục thứ cấp không đạt đến tốc độ như mong muốn

▪ Hiệu suất thực tế của mô hình nhỏ hơn hiệu suất của Bosch đã trình bày trong các tài liệu hướng dẫn cho nên các thông số đã chọn không còn phù hợp Cụ thể là các dải tốc độ của trục thứ cấp đã chọn cao hơn so với mô hình

▪ Tỉ số truyền thực tế lớn hơn so với kết quả tính toán điều này có nghĩa là bán kính của pully thứ cấp sẽ lớn hơn bán kính đã tính toán Để khắc phục tình trạng này thì ta sẽ giảm áp suất thủy lực tác dụng lên pully thứ cấp hoặc cũng có thể là tăng áp suất thủy lực tác dụng lên pully sơ cấp Sau khi nhóm thử nghiệm nhiều phương án đã chọn giải pháp tăng áp suất thủy lực tác dụng lên pully sơ cấp PPri bằng cách tăng hệ số KpKs

▪ Chọn lại dải tốc độ trục thứ cấp cho phù hợp hơn với mô hình thực tế ở phòng Lab và xây dựng lại sơ đồ chuyển số như sau:

Hình 5.21 Sơ đồ chuyển số sau cải tiến

Với A(200;1), B(600;17), D(835;1) và E(2400;20) được chọn từ các tay số cố định của Bosch

- Đường thẳng ( ) d 1 đi qua điểm A(200;1) và B(600;17) nên ( ) 1

- Đường thẳng ( ) d 2 đi qua điểm 2035 )

- Đường thẳng ( ) d 8 đi qua điểm D(835;1) và E(2400; 20) nên ( ) 8

: 19 d y = x − Bảng 5.1 Bán kính pully, hệ số KpKs, theo tỉ số truyền mới i 0.39 0.45 0.62 0.7891 1.05 1.53 1.8 2.04 2.27 KpKs 1.83 1.76 1.62 1.59 1.36 1.29 1.17 1.12 1.01

5.2.3 Chạy thực nghiệm số liệu đã cải tiến

Dựa vào sơ đồ chuyển số mới sau khi thiết kế tiến hành chọn ngẫu nhiên các trường hợp thuộc sơ đồ để tính toán và chạy thực nghệm:

❖ Trường hợp: P = 5 (kW), ωSec = 1100 (rpm), i = 0.45

MSec = 43 (N.m), ωPri = 495 (rpm), FaxSec = 8064 (N), FaxPri = 14192.3 (N)

Hình 5.24 Đồ thị tổng hợp trường hợp P = 5 kW, ωSec = 1100 rpm

▪ Với các thông số đầu vào lần lượt được set là: PPri = 7.8 (bar), PSec = 6.4 (bar), ωPri = 495

(rpm), MSec = 43 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 0.445 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết là i = 0.45, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec = 1105

(rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 1100 (rpm) Không còn sự sai lệch lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế

MSec = 50.9 (N.m), ωPri = 675 (rpm), FaxSec = 4551 (N), FaxPri = 5325 (N)

(rpm), MSec = 50.9 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 1.85 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết là i = 1.8, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec = 365 (rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 375 (rpm) Không còn sự sai lệch lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế

(rpm), MSec = 95.5 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 1.755 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết là i = 1.8, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec = 513

(rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 500 (rpm) Không còn sự sai lệch lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế

(rpm), MSec = 86.8 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 1.73 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết là i = 1.8, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec = 457 (rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 440 (rpm) Không còn sự sai lệch lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế

(rpm), MSec = 34.7 (N.m) thì thì tỉ số truyền thực tế của hộp số là i = 1.51 trong khi giá trị tính toán trên lý thuyết là i = 1.53, tốc độ quay của trục thứ cấp thực tế là ωSec = 555 (rpm) trong khi giá trị tính toán là ωSec = 550 (rpm) Không còn sự sai lệch lớn giữa giá trị tính toán trên lý thuyết so với kết quả thực nghiệm tại mô hình thực tế

▪ Sau khi tăng hệ số KpKs để phù hợp hơn với các dải tốc độ thiết kế thì kết quả tính toán đã trùng với mô hình thực tế Kết quả chạy thực nghiệm tỉ số truyền thiết kế không còn chênh lệch quá nhiều so thực tế (sai số chỉ còn 5% - 7%)

▪ Các thông số tính toán trên chỉ phù hợp với mô hình băng thử Test Bench tại Bosch

Transmission Lab và sẽ có sai lệch so với các xe sử dụng động cơ đốt trong thực tế

Tiêu đề	Nghiên cứu và tính toán các thông số đầu vào cho băng thử test bench ở Bosch Transmission Lab
Tác giả	Võ Thanh Hưng, Huỳnh Thanh Hưng
Người hướng dẫn	Ths. Dương Nguyễn Hắc Lân
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	9,47 MB