Nghiên cứu ảnh hưởng của quy luật điều khiển tỷ số truyền đến mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng HTTL tự động kiểu CVT

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung luận văn thực dƣới hƣớng dẫn trực tiếp PGS Nguyễn Trọng Hoan Mọi tài liệu tham khảo luận văn đƣợc trích dẫn rõ ràng Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối xin hoàn toàn chịu trách nhiệm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE Ô TÔ SỬ DỤNG HTTL TỰ ĐÔNG KIỂU VÔ CẤP CVT 1.1 Lịch sử phát triển, chức năng, phân loại HTTL ô tô 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Chức hệ thống truyền lực 1.1.3 Phân loại hệ thống truyền lực xe a Phân loại theo vị trí lắp đặt động b Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển hộp số c Phân loại theo cấp tỷ số truyền HTTL 1.2 Hệ thống truyền lực khí vô cấp CVT 12 1.2.1 Những đặc trưng truyền lực khí vô cấp CVT 12 1.2.2 Phân loại hộp số CVT 14 1.2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động truyền lực khí vô cấp 15 1.2.4 Ưu- nhược điểm HTTL dùng CVT 22 1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài 23 1.4 Mục tiêu, phạm vi, phƣơng pháp nội dung nghiên cứu đề tài 27 1.4.1 Mục tiêu 27 1.4.2 Phạm vi 27 1.4.2 Phương pháp nội dung nghiên cứu 27 CHƢƠNG 2: QUY LUẬT ĐIỀU KHIỂN TỶ SỐ TRUYỀN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CVT 28 2.1 Tỷ số truyền hệ thống truyền lực CVT 28 2.1.1 Tỷ số truyền HTTL thông thường 28 2.1.2 Tỷ số truyền của HTTL vô cấp (CVT) 28 2.1.3 Phương pháp điều khiển tỷ số truyền CVT theo phương pháp tiêu hao nhiên liệu tối thiểu 29 2.2 Hệ thống điều khiển CVT 33 2.2.1 Nguyên lí chung 33 2.2.2 Hệ thống thủy lực 33 2.2.3 Hoạt động hệ thống thủy lực 34 2.2.4 Hệ thống điện tử 42 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU 44 3.1 Phương pháp tính toán 44 3.1.1 Đặc tính động 44 3.1.2 Các công thức tính toán 46 3.1.3 Trình tự tính toán 47 3.2 Kết tính toán trƣờng hợp đƣờng cụ thể(đƣờng nhựa cứng, khô phẳng với f=0,02) 52 3.2.1 Tính toán theo phương án tiêu hao nhiên liệu đảm bảo mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ 52 3.2.2 Tính toán theo phương án tiêu hao nhiên liệu để phát huy lực kéo tối đa bánh xe 55 3.2.3 Tính toán theo phương án dung hòa( đảm bảo lực kéo mức tiêu hao nhiên liệu hợp lí) 57 3.2.4 Tổng kết, so sánh ba phương án tính toán điều khiển tỷ số truyền 58 3.3 Khảo sát mức tiêu thụ nhiên liệu số loại đƣờng khác 59 3.3.1 Khảo sát thay đổi quy luật điều khiển tỷ số truyền loại đường bê tông trung bình với hệ số cản lăn f= 0,01 60 3.3.2 Khảo sát thay đổi quy luật điều khiển tỷ số truyền loại đường lát đá tốt với hệ số cản lăn f= 0,035 63 KẾT LUẬN CHUNG 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Kí hiệu Diễn giải Đơn vị ma Khối lƣợng xe Cx Hệ số cản không khí A Diện tích cản diện m2 Memax Mô men cực đại động Nm Nemax Công suất cực đại động Kw kg Const rbx Bán kính bánh xe m ne Vận tốc động V/p V Vận tốc xe Km/h Ge Lƣợng nhiên liệu cho 100km Lít(l) ρn Khối lƣợng riêng Xăng Kg/l iT Tỉ số truyền HTTL f Hệ số cản lăn ρ Mật độ không khí Kg/m3 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT NỘI DUNG Bảng 3.1 Thông số xe tham khảo Bảng 3.2 Công suất ứng với vận tốc vi tƣơng ứng Bảng 3.3 Mô men động vòng tua tƣơng ứng Bảng 3.4 Các giá trị ge Ge theo mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu Bảng 3.5 Bảng tỷ số truyền HTTL theo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ Bảng 3.6 Bảng suất tiêu hao nhiên liệu HTTL để phát huy lực kéo tối đa Bảng 3.7 Bảng tỷ số truyền để phát huy lực kéo tối đa Bảng 3.8 Bảng suất tiêu hao nhiên liệu theo phƣơng án dung hòa Bảng 3.9 Bảng tỷ số truyền HTTL theo phƣơng án dung hòa Bảng 3.10 Hệ số cản lăn f0 lại đƣờng Bảng 3.11 Công suất theo vi đƣờng bê tông trung bình Bảng 3.12 Mô men động vóng tua tƣơng ứng Bảng 3.13 Suất tiêu hao phƣơng án nhiên liệu nhỏ đƣờng bê tông trung bình Bảng 3.14 Bảng suất tiêu hao nhiên liệu theo phƣơng án lực kéo tối đa Bảng 3.15 Bảng suất tiêu hao theo phƣơng án dung hòa Bảng 3.16 Tốc độ động theo Nei tƣơng ứng đƣờng nhựa bê tông Bảng 3.17 Tốc độ bánh xe với vi tƣơng ứng Bảng 3.18 Tỷ số truyền phƣơng án ĐK đƣờng nhựa Bê tông Bảng 3.19 Công suất theo vận tốc vi đƣờng lát đá tống Bảng 3.20 Mô men động ứng với tốc độ vòng tua nei Bảng 3.20 Ge theo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ trêm đƣờng lát đá tốt Bảng 3.22 Gecho lực kéo phát huy tối ƣu Bảng 3.23 Ge cho phƣơng án dung hòa công suất Bảng 3.24 Tốc độ động theo phƣơng án lựa chọn Bảng 3.25 Tốc độ bánh xe với vei tƣơng ứng Bảng 3.26 Tỷ số truyền theo phƣơng án lựa chọn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ STT Hình 1.1 Các kiểu hộp số theo vị trí lắp đặt xe Hình 1.2 Sơ đồ bố trí phận hộp số tự động Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp có truyền đai Hình 1.5 Hình ảnh cắt bổ cấu tạo hộp số CVT Hình 1.6 Truyền động đặc trƣng hộp số CVT Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lí hệ thống truyền lực khí vô cấp Hình 1.8 Các truyền đai hộp số CVT Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lí hệ thống truyền lực vô cấp ô tô Hình 1.10 Cấu tạo truyền đai điển hình CVT Hình 1.11 Chế độ làm việc cấu hành tinh Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp với cấu hành tinh dãy Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp với chế chia công suất Hình 1.14 Truyền lực lăn ( Toroidal CVT) Hình 1.15 Đặc tính động với đƣờng đẳng suất tiêu hao nhiên liệu Hình 1.16 Đặc tính động với hệ thống truyền lực vô cấp CVT Hình 1.17 So sánh mức tiêu thụ nhiên liệu hộp số MT số CVT Hình 2.1 Đặc tính làm việc tối ƣu động Hình 2.2 Quy luật điều khiển CVT Hình 2.3 Hệ thống thủy lực điều khiển CVT Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển tỷ số truyền CVT Hình 2.5 Điều khiển giảm tỷ số truyền Hình 2.6 Trạng thái độ trình điều khiển giảm tỷ số truyền Hình 2.7 Quá trình điều khiển tăng tỷ số truyền Hình 2.8 Trạng thái độ trình điều khiển tăng tỷ số truyền Hình 2.9 Trạng thái kết thúc trình điều khiển tăng tỷ số truyền Hình 2.10 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử CVT Hình 3.1 Đặc tính động với hệ thống truyền lực vô cấp CVT Đặc tính động trƣờng hợp tính toán cho suất nhiên liệu nhỏ Hình 3.2 Hình 3.5 Đặc tính động trƣờng hợp tính toán để phát huy lực kéo tối đa Đặc tính động trƣờng hợp tính toán phƣơng án dung hòa Đặc tính động công suất cản vận tốc khác Hình 3.6 Suất tiêu hao nhiên liệu quy luật điều khiển nhỏ Hình 3.7 Tỷ số truyền HTTL theo quy luật nhiên liệu tối thiểu Suất tiêu hao nhiên liệu để phát huy lực kéo tối đa Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn tỷ số truyền theo quy luật phát huy tối đa lực kéo Đồ thị tính toán lƣợng nhiên liệu theo quy luật điều khiển dung hòa Biểu đồ điều khiển tỷ số truyền theo phƣơng pháp dung hòa Hình 3.12 Mức tiêu thụ nhiên liệu quy luật điều khiển khác Hình 3.10 Hình 3.13 Tỷ số truyền HTTL chế độ điều khiển điều khiển khác Hình 3.14 Mức tiêu thụ nhiên liệu xe chạy đƣờng nhựa bê tông Hình 3.15 Tỷ số truyền HTTL xe chạy đƣờng nhựa bê tông Hình 3.16 Hình 3.17 Tiêu hao nhiên liệu xe trƣờng hợp khichạy đất khô Tỷ số truyền trƣờng hợp xe chạy đƣờng đất khô MỞ ĐẦU Trong sống nay, ô tô trở thành phƣơng tiện giao thông thiếu, góp phần quan trọng vào phát triển kinh tế phục vụ cho nhu cầu thiết yếu ngƣời Những thành tựu KH&CN làm cho ô tô ngày hoàn thiện Ô tô đại cỗ máy phức tạp, tích hợp công nghệ nhiều lĩnh vực khác nhƣ khí , thủy lực, điện tử , kĩ thuật điều khiển, công nghệ thông tin Vì vậy, hệ thống điều khiển trung tâm ô tô ngày có cấu trúc nhƣ máy tính điện tử Nó kiểm soát huy toàn hoạt động tất phận xe, từ động đến hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống phanh Tƣơng tự nhƣ phần điều khiển động tự động, hộp số tự động đƣợc sử dụng ngày phổ biến ô tô, đặc biệt ô tô Hệ thống điều khiển hộp số tự động hệ thống điện tử phức tạp, tự cảm nhận thời điểm cần chuyển số thực trình sang số mà can thiệp ngƣời lái Cùng với phát triển chung ô tô, hộp số tự động liên tục đƣợc hoàn thiện để đáp ứng yêu cầu ngày cao phƣơng tiện giao thông đại Hộp số vô cấp CVT khái niệm mẻ giới, chí Leonardo da Vinci phác thảo mô hình từ 500 năm trƣớc, nhƣng đến năm 1987 đƣợc Subaru tung thị trƣờng, Subaru Justy, sau số nhà sản xuất ô tô khác nhƣ Audi, GM, Nissan, Mitsubishi… đƣa loại hộp số lên xe Khác với hộp số tự động AT, CVT không sử dụng bánh để thay đổi hệ số truyền động lực mà sử dụng pu-li (ròng rọc thông minh thay đổi đƣờng kính) đƣợc kết nối dây cu roa (đai truyền) Việc sử dụng pu-li giúp cho CVT thay đổi tỷ lệ truyền động lực trục dẫn động đầu vào (từ động cơ) đầu (trục truyền động chính) cách liên tục Cũng nhờ tính ƣu việt CVT so với dạng hệ thống truyền lực khác: điều khiển thuận lợi so với hộp số khí tiết kiệm nhiên liệu so với hộp số tự động truyền thống(có biến mô thủy lực) Do phát triển nhanh chóng KHKT vấn đề nóng môi trƣờng toàn cầu, khan nguồn nhiên liệu mới, nguồn nhiên liệu cũ lại cạn kiệt Nền công nghiệp ô tô giới nói chung, nhƣ ô tô Việt Nam nói riêng rơi vào hoàn cảnh khó khăn nhiên liệu Do tỷ số truyền CVT biến thiên liên tục khoảng rộng nên việc nghiên cứu khả điều khiển kết hợp với động đốt nhằm giảm tối đa mức tiêu thụ nhiên liệu ô nhiễm môi trƣờng hƣớng nghiên cứu mở, thu hút quan tâm ngày cao nhà khoa học hãng sản xuất ô tô giới Luận văn với nội dung : “Nghiên cứu ảnh hưởng quy luật điều khiển tỷ số truyền đến mức tiêu hao nhiên liệu ô tô sử dụng HTTL tự động kiểu CVT” trình bày phƣơng pháp tính toán,đƣa kết nghiên cứu ảnh hƣởng quy luật điều khiển CVT tới mức tiêu thụ nhiên liệu ô tô để có cải thiện tích cực cho vấn đề nhiên liệu môi trƣờng nhƣng đảm bảo đƣợc công suất động xe CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE Ô TÔ SỬ DỤNG HTTL TỰ ĐÔNG KIỂU VÔ CẤP CVT 1.1 Lịch sử phát triển, chức năng, phân loại HTTL ô tô 1.1.1 Lịch sử phát triển Trên ô tô đƣợc sử dụng nay, hệ thống truyền lực phận quan trọng ô tô, có chức biến đổi mô men tốc độ động truyền tới bánh xe chủ động cho phù hợp với điều kiện chuyển động Trong lịch sử phát triển mình, hệ thống truyền lực ngày đƣợc hoàn thiện nhằm nâng cao hiệu suất, tính tiện lợi sử dụng hiệu hoạt động động Bộ phận hệ thống truyền lực hộp số với bánh đƣợc ngƣời sử dụng từ 1000 năm để giảm nhẹ sức lao động cho ngƣời súc vật Những thiết kế bánh xuất từ thời trung cổ với nguồn động lực thời ngƣời súc vật.Những nội dung dƣới đây, ta vào tìm hiểu sâu hộp số hệ thống truyền lực ô tô Những ô tô xuất vào cuối kỷ thứ 19 với hộp số kiểu bánh răng, điều khiển tay Tuy nhiên, ô tô bắt đầu đƣợc sản xuất hàng loạt vào khoảng năm 1925 trở lại Từ đến nay, hộp số hệ thống truyền lực ô tô ngày đƣợc hoàn thiện Trong lịch sử phát triển mình, hệ thống truyền lực với hộp số đƣợc phát triển theo hƣớng nhƣ sau: a) Hộp số khí có cấp; b) Hộp số tự động; c) Hộp số truyền lực vô cấp; d) Hệ thống truyền lực Hybrid; Hộp số khí có cấp xuất với ô tô bắt đầu phát triển mạnh từ năm 20 kỷ trƣớc Những tiến kỹ thuật hộp số khí chủ yếu nhằm vào việc cải thiện trình chuyển số Sử dụng đƣờng cong Me giá trị công suất , kết hợp với đồ thị đặc tính động hình (3.1) mục 3.1.1, ta có số liệu cần thiết để tính toán Ge theo quy luật mục 3.1.3 Bảng giá trị ne, ge, Me tƣơng ứng với quy luật điều khiển theo mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu V(Km/h) 17.5 35 72.5 107.5 142.5 182.5 215 ne(v/p) 1000 1150 1200 1800 2900 4500 5600 Ne (KW) 1517.13 3299.54 9245.85 19296.44 35865.29 65505.05 100084.02 ge 510 380 305 270 245 260 275 Ge 6.20 5.02 5.46 6.80 8.65 13.09 17.95 Bảng 3.4 Các giá trị ge Ge theo mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu Từ bảng giá trị vẽ đƣợc đồ thị nhƣ hình vẽ : suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ Ge 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 50 100 150 200 250 V (km/h) Theo công thức (3.7), ta có bảng kết tính tỷ số truyền cho trƣờng hợp xe chạy đƣờng với quy luật điều khiển nhiên liệu tối thiểu 54 ne(v/p) 700 nBanhxe 800 6687.90 iT Ge 1000 1600 2500 3600 4500 7643.31 9554.14 15286.62 23885.35 34394.90 42993.63 4.87 2.78 1.68 1.81 2.14 2.40 2.55 Bảng 3.5 Bảng tỷ số truyền HTTL theo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ Đồ thị tỷ số truyền theo quy luật điều khiển nhiên liệu tối thiểu iT theo Ge 6.00 5.00 4.00 3.00 iT theo Ge 2.00 1.00 0.00 50 100 150 200 250 V (km/h) 3.2.2 Tính toán theo phương án tiêu hao nhiên liệu để phát huy lực kéo tối đa bánh xe Bảng giá trị ne, ge, Me tƣơng ứng với quy luật điều khiển để phát huy lực kéo tối đa bánh xe chủ động V(Km/h) 17.5 35 72.5 107.5 142.5 182.5 215 ne(v/p) 1000 1150 1200 1800 2900 4500 5600 Ne 1517.13 3299.54 9245.85 19296.44 35865.29 65505.05 100084.02 ge (Lực kéo tối đa) 630 500 400 360 320 290 290 7.66 6.61 7.15 9.06 11.30 14.60 18.93 Ge( Lực kéo tối đa) Bảng 3.6 Bảng suất tiêu hao nhiên liệu HTTL để phát huy lực kéo tối đa 55 Từ bảng ta có đồ thị mức tiêu hao nhiên liệu theo phƣơng pháp điều khiển quy luật theo phƣơng án ƣu tiên lực kéo tối đa suất tiêu hao lực kéo tối đa Ge 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 suất tiêu hao lực kéo tối đa 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 50 100 150 200 250 V (km/h) Hình 3.8 : Suất tiêu hao nhiên liệu để phát huy lực kéo tối đa Ta có bảng tỷ số truyền cho quy luật điều khiển để phát huy lực kéo tối đa xe ne(v/p) 700 800 1000 1600 2500 3600 4500 nBanhxe 6687.90 7643.31 9554.14 15286.62 23885.35 34394.90 42993.63 iT Lực kéo tối đa 7.65 5.56 5.04 5.38 4.61 3.73 3.28 Bảng 3.7 Bảng tỷ số truyền để phát huy lực kéo tối đa Phát huy lực kéo tối đa 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 Phát huy lực kéo tối đa 100 200 300 V (km/h) Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn tỷ số truyền theo quy luật phát huy tối đa lực kéo 56 3.2.3 Tính toán theo phương án dung hòa( đảm bảo lực kéo mức tiêu hao nhiên liệu hợp lí) Bảng giá trị ne, ge, Me tƣơng ứng với quy luật điều khiển theo phƣơng án dung hòa V(Km/h) 17.5 35 72.5 107.5 142.5 182.5 215 Ne 1517.13 3299.54 9245.85 19296.44 35865.29 65505.05 100084.02 ge(Dung hòa) 580 420 340 290 270 272 280 Ge(Dung hòa ) 7.05 5.55 6.08 7.30 9.53 13.69 18.28 Bảng 3.8 Bảng suất tiêu hao nhiên liệu theo phƣơng án dung hòa Đồ thị tính toán lƣợng nhiên liệu theo quy luật điều khiển dung hòa Phương án dung hòa Ge 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 Phương án dung hòa 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 50 100 150 200 250 V (km/h) Hình 3.10 : Đồ thị tính toán lƣợng nhiên liệu theo quy luật điều khiển dung hòa Ta có bảng tỷ số truyền cho quy luật điều khiển dung hòa để có công suất động nhƣ lƣợng tiêu hao nhiên liệu phù hợp với chế độ vận hành xe ne( v/p) 700 800 1000 1600 2500 3600 4500 nBanhxe 6687.90 7643.31 9554.14 15286.62 23885.35 34394.90 42993.63 iT Dung hòa 8.35 4.35 2.18 2.04 2.48 3.00 2.94 Bảng 3.9 Bảng tỷ số truyền HTTL theo phƣơng án dung hòa 57 iT phương án dung hòa 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 iT phƣơng án dung hòa 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 50 100 150 200 250 V (km/h) Hình 3.11 :Biểu đồ điều khiển tỷ số truyền theo phƣơng pháp dung hòa 3.2.4 Tổng kết, so sánh ba phương án tính toán điều khiển tỷ số truyền Theo kết phƣơng pháp tính toán mục phần 3.2, ta tổng hợp phƣơng án điều khiển quy luật tỷ số truyền HTTL vô cấp CVT đồ thị, để nhận thấy khác biệt phƣơng pháp điều khiển 20.00 18.00 16.00 14.00 Ge(l/100km 12.00 Nhiên liệu nhỏ Phát huy lực kéo tối đa 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 50 100 150 200 250 V (km/h) Hình 3.12: Mức tiêu thụ nhiên liệu quy luật điều khiển khác (1) Mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu;(2) Mức tiêu thụ nhiên liệu theo khả động lực học tối đa;(3) Mức tiêu thụ nhiên liệu theo phương án dung hòa 58 Tƣơng tự, ta có đồ thị tổng quan tỷ số truyền iT HTTL phƣơng án điều khiển nêu 9.00 8.00 7.00 6.00 iT theo mức nhiên liệu nhỏ 5.00 iT phát huy lực kéo tối đa 4.00 iT dung hòa 3.00 2.00 1.00 V(km/h) 0.00 50 100 150 200 250 Hình 3.13: Tỷ số truyền HTTL chế độ điều khiển khác 3.3 Khảo sát mức tiêu thụ nhiên liệu số loại đƣờng khác Khảo sát mức tiêu thụ nhiên liệu số loại đƣờng khác theo thay đổi hệ số cản lăn Một số yếu tố thay đổi độ lớn hệ số cản lăn : o Tính chất lí trạng thái mặt đƣờng o Tải trọng tác dụng lên bánh xe o Vật liệu chế tạo lốp áp suất không khí lốp o Mô men xoắn tác dụng lên bánh xe o Những yếu tố gây biến dạng ngang lốp xe o Tốc độ xe chạy đƣờng Ta có bảng giá trị thay đổi hệ số cản lăn f0 số loại đƣờng [4] 59 Loại đƣờng độ phẳng Hệ số cản lăn f ( V