KHẢO sát và TÍNH TOÁN HOẠT ĐỘNG của các cơ cấu gài số TRONG hộp số tự ĐỘNG của ô tô

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - NGUYỄN MINH THẮNG KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC CƠ CẤU GÀI SỐ TRONG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG CỦA Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội, 01/2016 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - NGUYỄN MINH THẮNG KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC CƠ CẤU GÀI SỐ TRONG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG CỦA Ô TÔ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã ngành: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN TRỌNG HOAN Hà Nội, 01/2016 MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………… Chương – Tổng quan hộp số tự động ô tô………………………… 1.1 Đặc điểm hệ thống truyền lực ôtô sử dụng hộp số tự động… 1.2 Các thành phần hộp số tự động ………………………… …3 1.2.1 Bộ biến mô thủy lực…………………………………………… 1.2.1.1 Bánh bơm…………………………………………… 1.2.1.2 Bánh tuabin……………………………………………5 1.2.1.3 Stato khớp chiều…………………………… 1.2.2 Bộ bánh hành tinh………………………………………… 1.2.2.1 Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập…………… ….7 1.2.2.2 Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson……………………… 1.2.2.3 Cơ cấu hành tinh Ravigneaux…………………….……9 1.2.3 Hệ thống thủy lực…………………………………… …………10 1.2.3.1 Bơm dầu………………………………… ….…… 10 1.2.3.2 Phanh kiểu nhiều đĩa ướt …………………….….… 10 1.2.3.3 Ly hợp ma sát ướt………………………………….….11 1.2.3.4 Van điều khiển…………………………………….… 11 1.2.3.5 Van điện từ………………………………….……… 12 1.2.4 Hệ thống điều khiển điện từ hộp số tự động ECT……… ….… 13 1.2.4.1 Cảm biến vị trí……………………………… .14 1.2.4.2 Cảm biến đo nhiệt…………………………………… 14 1.2.4.3 Cảm biến đóng mạch điện…………………………….14 1.2.4.4 Cảm biến tốc độ vòng quay………… ………………14 1.2.4.5 Cơ cấu thừa hành…………………………………… 15 1.3 Phân tích động học động lực học cấu hành tinh sử dụng hộp số tự động……………………………………………….… 17 1.4 Sơ đồ hộp số tự động ………………………… ….……………….… 18 1.4.1 Biến mô thủy lực…………………………………….……….… 19 1.4.2 Hộp số hành tinh………………………………….………….… 20 1.4.3 Tỷ số truyền hộp số………………………… ….……….… 21 1.4.3.1 Tỷ số truyền số truyền 1……… ………… … …21 1.4.3.2 Tỷ số truyền số truyền 2…………… ………… .22 1.4.3.3 Tỷ số truyền số truyền 3……………………….……22 1.4.3.4 Tỷ số truyền số truyền 4……………………….… 23 1.4.3.5 Tỷ số truyền số truyền lùi……… …………… … 23 1.4.4 Hệ thống điều khiển hộp số………………………………………23 1.4.4.1 Ly hợp khoá………………………………………………25 1.4.4.2 Phanh dải……………………………………………… 27 1.4.5 Hệ thống thủy lực……………………………………… …….…28 1.4.5.1 Van điều áp sơ cấp……………………………………….28 1.4.5.2 Van điều khiển chọn tay số……….…………………… 28 1.4.5.3 Van chuyển số…………………………………….…… 29 1.4.5.4 Van điện từ……………………………………….…… 29 1.4.6 Sơ đồ truyền mô men…………………………….… … …… 30 1.4.6.1 Dãy D số “2” số 1…………………………….….30 1.4.6.2 Dãy D số 2………………….…………………… …….31 1.4.6.3 Dãy D số 3…………………………….………… …… 31 1.4.64 Dãy D số ………………………………… ………… 32 1.4.6.5 Dãy “2” số ………………………………… ……… 33 1.4.6.6 Dãy ‘L’ số 1…………………………………….……….33 1.4.6.7 Dãy ‘R’ số lùi ………………………………… ………33 1.5 Quá trình sang số hộp số tự động vấn đề nghiên cứu…….…….34 1.5.1 Quá trình sang số hộp số tự động….……………………… 34 1.5.2 Đặc điểm phương pháp gài số hộp số hành tinh ………36 1.6 Nội dung nghiên cứu………………………………………………… 40 1.6.1 Nội dung nghiên cứu…………………………………………… 40 1.6.2 Mục đích nghiên cứu…………………………………………… 40 1.6.3 Phương pháp nghiên cứu…………………………………………40 1.6.4 Đối tượng nghiên cứu…………………………………………….41 Chương – Lý thuyết động lực học hệ thống dẫn động thủy lực…….….43 2.1 Các mô hình mô phỏng……………………………………………… …43 2.1.1 Mô hình truyền sóng…………………………………………… 43 2.1.2 Mô hình đàn hồi…………………………………………… … 44 2.1.3 Mô hình không đàn hồi………………………………………… 45 2.2 Các mô hình mô tả hệ thống……………………………………… ……45 2.2.1 Phương trình chuyển động…………………………………… ….45 2.2.2 Phương trình dòng chảy chất lỏng…………………………… ….48 2.2.3 Phương trình lưu lượng……………………………………… … 51 2.3 Mô hình toán học đàn hồi……………………… …………………… 52 2.3.1 Bài toán phần tử đàn hồi……………………………… ……….55 2.3.2 Bài toán phần tử đàn hồi…………………………………… ….60 2.3.3 Bài toán phần tử đàn hồi………………………………… …….62 Chương – Khảo sát tính toán hoạt động cấu gài số hộp số tự động ô tô…………………………………………………… …… 66 3.1 Mô trình chuyển số…………………………………… …….66 3.1.1 Trạng thái đóng ly hợp…………………………………… …… 66 3.1.3 Trạng thái mở ly hợp……………………………………… …… 67 3.2 Khảo sát quy luật điều khiển………………….………………… …… 70 3.2.1 Quy luật tuyến tính…………………….……….………………….70 3.2.2 Khảo sát quy luật tăng áp bậc 2………… ……………………….71 3.2.3 Khảo sát quy luật tăng áp bậc 3……………………………………73 3.2.4 Khảo sát quy luật giảm áp …………………………………………74 3.2.5 Quy luật lý tưởng………………………………………………… 75 KẾT LUẬN .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu dùng chung Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị tính Hiệu suất biến mô % Hiệu suất hệ truyền lực khí % Ne Công suất động KW Nt Công suất phát trục bánh tuabin KW Nb Công suất trục bánh bơm biến mô KW rb Bánh kính bánh xe chủ động J Gia tốc xe Pi Lực cản chuyển động xe lên dốc N Lực cản không khí N Lực cản lăn xe lên dốc N Lực cản tổng cộng đường N Pj Lực quán tính xe tăng tốc N Pk Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động N Me Mô men động Nm Mb Mô men bánh bơm Nm MD Mô men bánh dẫn hướng Nm Mt Mô men bánh tuabin Nm P Pf P m m/s2 Các chữ viết tắt Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AT Automatic Transmission Hộp số tự động MT Manual Transmission Hộp số khí thường TCC Torque Converter Clutchlock Ly hợp khóa biến mô ECU Electrical Control of Unit Hệ thống điều khiển điện tử ECT Electronic Control Transmission Hộp số điều khiển điện tử DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Nội dung Trang Bảng 1.1 Chức phận 21 Bảng 1.2 Trạng thái ly hợp phanh tương ứng 30 Bảng 1.3 Trạng thái ly hợp phanh tương ứng hộp số Ravignaux 39 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình Nội dung Trang Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống truyền lực xe ô tô Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống truyền lực xe có hộp số tự động Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo biến mô Hình 1.4 Cấu tạo bánh bơm Hình 1.5 Cấu tạo bánh tuabin Hình 1.6 Cấu tạo bánh phản ứng Hình 1.7 Bộ truyền bánh hành tinh Hình 1.8 Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson Hình 1.9 Cơ cấu hành tinh kiểu Simson Hình 1.10 Cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux Hình 1.11 Các chức điều khiển hệ thống thủy lực 10 Hình 1.12 Cấu tạo phanh nhiều đĩa ướt 11 Hình 1.13 Cấu tạo ly hợp nhiều đĩa ướt 11 Hình 1.14 Van điều khiển 12 Hình 1.15 Các loại van điện từ 12 Hình 1.16 Nguyên lý hệ thống điều khiển điện tử ECT 13 Hình 1.17 Van điện từ điều khiển 15 Hình 1.18 Đồ thị lực kéo xe lắp MT 17 Hình 1.19 Đồ thị lực kéo xe lắp AT 18 Hình 1.20 Sơ đồ hộp số tự động U – 340 19 Hình 1.21 Cấu tạo biên mô 19 Hình 1.22 Đường đặc tính biến mô 20 Hình 1.23 Hộp số hành tinh U - 340 20 Hình 1.24 Cấu tạo ly hợp khóa 26 Hình 1.25 Van điện từ 29 KẾT LUẬN CHƯƠNG Các nghiên cứu rằng, thực tế việc lựa chọn sơ đồ thích hợp để mô hệ thống phụ thuộc độ xác yêu cầu vào đặc điểm kết cấu hệ thống xét mà cụ thể vào tỷ lệ phân bố chất lỏng xi lanh làm việc hệ thống Sơ đồ với phần tử đàn hồi có độ xác cao mô tả hệ thống cách chi tiết Tuy nhiên với sơ đồ ta có hệ phương trình bậc hai phi tuyến nên việc giải tương đối phức tạp Người ta nhận thấy rằng, phần lớn trường hợp, sơ đồ có phần tử đàn hồi cho ta độ xác chấp nhận chọn điểm tập trung khối lượng tính toán Chẳng hạn, sơ đồ có van phân phối đầu vào nên tập trung chất lỏng xi lanh chấp hành Ví dụ trường hợp hệ thống thủy lực trợ lực tay lái, ta thấy phần lớn lượng chất lỏng tập trung xi lanh chấp hành, sử dụng sơ đồ đàn hồi tập trung nút (2) hợp lý Còn hệ thống có xi lanh nên bố trí chất lỏng tập trung xi lanh này, nghĩa tập trung nút (1) Trường hợp nên áp dụng cho: hệ thống dẫn động ly hợp, hệ thống dẫn động phanh, Sơ đồ với phần tử đàn hồi thích hợp với trường hợp mà lượng chất lỏng phân bố xi lanh tương đương CHƯƠNG – KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN HOẠT ĐỘNG CỦA CƠ CẤU GÀI TRONG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 3.1 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN SỐ 3.1.1 Trạng thái đóng ly hợp ( nạp chất lỏng) Dựa vào đặc điểm kết cấu hệ thống ta thấy: trình đóng ly hợp trình sang số tỷ lệ phân bố chất lỏng tập trung chủ yếu đường cấp dầu, trường hợp nhả ly hợp trình nhả số chất lỏng tập trung chủ yếu xylanh điều khiển ly hợp ta lựa chọn sơ đồ tính toán mô trình vào số hộp số tự động loại có nhiều phần tử đàn hồi đặt xylanh Trong trường hợp này, dầu có áp suất Pmax cấp từ bơm dầu tới van phân phối h(t), qua đường ống tới xylanh chấp hành đặt ly hợp phanh dải z h P (t) z P Pmax V F Hình 3.1 Sơ đồ mô trình đóng ly hợp Hệ phương trình vi phân mô phỏng: (3-1) khi: h(t)= kn.t Với: r1= 0,105 (m) – Bán kính đĩa ma sát r2= 0,120 (m) – Bán kính đĩa ma sát b= 0,035 (m) – Bề rộng cửa sổ trượt van phân phối µ=0,6 – Hệ số lưu lượng =850 (kg/m3) – Khối lượng riêng dầu C= 1944.103 (N/m) Zmax=6.10-3 kn=0,0004 – Hệ số dịch chuyển trượt Giải hệ phương trình ta tìm quy luật dịch chuyển z1(t) quy luật biến thiên áp suất p2(t) Để giải hệ phương trình vi phân ta sử dụng phần mềm Matlab-Simulink: Hình 3.2 Áp suất điều khiển đóng ly hợp 3.1.3 Trạng thái mở ly hợp (xả chất lỏng) z h(t) Pz P2 F2 P1 V2 Hình 3.3 Sơ đồ mô trình mở ly hợp Hệ phương trình vi phân mô phỏng: (3-2) Với h(t)=kx.t Hình 3.4 Áp suất điều khiển mở ly hợp Hình 3.5 Áp suất điều khiển đóng, mở ly hợp đồng thời 3.2 KHẢO SÁT QUY LUẬT ĐIỀU KHIỂN 3.2.1 Quy luật tuyến tính Độ dịch chuyển trượt: h(t)=k.t Khảo sát trình sang số ta thay đổi dịch chuyển trượt h(t) Ta thay đổi hệ số dịch chuyển trượt k giải phương trình vi phân (3-1) (3-2) phần mềm Matlat – Simulink ta thấy: Hình 3.6 Áp suất điều khiển đóng ly hợp k giảm Hình 3.7 Áp suất điều khiển mở ly hợp k tăng 3.2.2 Khảo sát quy luật tăng áp bậc Ta giả sử trình đóng ly hợp : Ta khảo sát với h(t) = a.t2 Giải phương trình vi phân phần mềm Matlad – Simulink : Hình 3.8 Áp suất điều khiển đóng ly hợp quy luật tăng áp bậc 3.2.3 Khảo sát quy luật tăng áp bậc Ta khảo sát với h(t) = b.t3 Giải phương trình vi phân phần mềm Matlad – Simulink : Hình 3.9 Áp suất điều khiển đóng ly hợp quy luật tăng áp bậc 3.2.4 Quy luật giảm áp h(t)= Với trường hợp mở ly hợp : Ta khảo sát với h(t) = Simulink : giải phương trình vi phân phần mềm Matlad – Hình 3.10 Áp suất điều khiển mở ly hợp 3.2.5 Quy luật lý tưởng Hình 3.11 Áp suất điều khiển đóng mở đồng thời lý tưởng Ở điều kiện áp suất điều khiển lý tưởng (quy luật tuyến tính) điểm giao thao đường áp suất điều khiển đóng mở ly hợp gần với giá trị tránh tượng vào số lúc phận ma sát không bị trượt cưỡng làm giảm tượng tổn hao công suất vô ích, mài mòn chi tiết ma sát làm nóng dầu bôi trơn Quá trình gài số phụ thuộc nhiều vào trình đóng mở ly hợp, coi trình tuyến tính ta thu kết tương đối lý tưởng giao thoa áp suất dầu đóng mở ly hợp gần không trình gài số không bị xảy đồng thời Lúc phận không bị trượt cưỡng bức, mài mòn ma sát làm nóng dầu bôi trơn KẾT LUẬN Luận văn làm - Nghiên cứu thời điểm trình chuyển số hộp số tự động - Xây dựng mô hình toán học trình chuyển số - Khảo sát ảnh hưởng thông số đến chất lương động lực xe trình chuyển số mô hình lý thuyết - Sử dụng công cụ Matlab – Simulink để mô làm việc cấu gài số hộp số tự động Kết luận tính khoa học phương pháp nghiên cứu kết Đề tài nghiên cứu số vấn đề lý luận giải pháp kỹ thuật hộp số tự động ô tô tiến hành thời gian ngắn, đề cập số vấn đề mà ô tô đại thường quan tâm Việc nghiên cứu tiến hành từ bước tìm hiểu cấu tạo phân tích dạng kết cấu thường dùng hộp số tự động, đặc biệt hệ thống điều khiển số cấu chấp hành Đề tài đề cập đến vấn đề liên quan đến việc chuyển số phương pháp tính toán động lực hệ thống dẫn động thủy lực sở tính toán phân tích kết thu Trong phần tính toán thực nghiệm, thân luận văn xây dựng chương trình tính toán ảnh hưởng thông số kết cấu đến tổn hao công suất hộp số thông qua áp suất đóng mở ly hợp Về phần nghiên cứu thực nghiệm khó khăn đối tượng nghiên cứu nên điều kiện để tiến hành thử nghiệm đo đạc để lấy số liệu Trong giải pháp kỹ thuật cụ thể, luận văn phân tích tính cần thiết đặc điểm kết cấu số hệ thống kỹ thuật cao nhằm giúp cho người quản lý sử dụng ô tô thêm hiểu biết kỹ thuật việc sử dụng việc bảo dưỡng sử chữa Đề tài chọn số kết cấu điển hình xe TOYOTA, NISSAN, BMW với cụm kết cấu mà số nhà sản xuất xe Việt Nam sử dụng Toàn luận văn cấu trúc nhằm mục đích lý giải kiểm chứng sở lý luận kết cấu thực tế áp dụng ô tô, kết dùng để mở rộng nghiên cứu khảo sát sâu Tuy nhiên với phạm vi giới hạn luận văn nội dung trình bày chi tiết cụm kết cấu nguyên lý làm việc phần lý luận trình bày hết vấn đề lý thuyết liên quan đến tổn thất công suất hộp số tự động ô tô Tuy nhiên qua tác giả hiểu cạn kẽ vấn đề hệ thống điều khiển, bổ xung vào hiểu biết vấn đề liên quan đến tổn thất công suất hộp số tự động Hy vọng luận văn đem lại điều bổ ích cho đối tượng hoạt động lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế, quản lý sử dụng ô tô./ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Hữu Cẩn – Phan Đình Kiên (1986), Thiết kế tính toán ô tô máy kéo, Nhà xuất giáo dục [2] Trần Văn Nghĩa (2004), Tin học ứng dụng thiết kế khí, Nhà xuất giáo dục [3] Nguyễn Trọng Hoan (2003), Thiết kế tính toán ô tô, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [4] Nguyễn Trọng Hoan (2014), Hộp số tự động, Nhà xuất giáo dục [5] Nguyễn Khắc Trai (2006), Cơ sở thiết kế ôtô, Nhà xuất giao thông vận tải [6] Nguyễn Hữu Cẩn - Dư Quốc Thịnh - Phạm Minh Thái - Nguyễn Văn Tài (1996), Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất KHKT, Hà Nội Tiếng Anh [7] Kalton C Lahue, Electronic and auttomatic transmissions, Glencoe, New York, New York Columbus