Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực

LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn nỗ lực thân nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện từ tập thể cá nhân Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả! Trƣớc hết xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, ngƣời tạo điều kiện tận tình hƣớng dẫn để hoàn thành luận văn Xin gửi lời tri ân sâu sắc đến mà Thầy dành cho Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Bộ môn Kỹ thuật Ô tô Xe chuyên dụng, quý Thầy Cô Viện Cơ Khí Động Lực, quý Thầy Cô Viện Sau Đại học – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi suốt trình học tập thực luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến ngƣời thân yêu gia đình, ngƣời sát cánh, động viên tạo điều kiện tốt vật chất lẫn tinh thần suốt trình học tập thực luận văn Cuối , xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo đồng nghiệp Trƣờng Đại học Thành Đô, nơi công tác giúp đỡ tạo điều kiện suốt trình học tập, nghiên cứu thực hoàn thành luận văn XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN! Tác giả Phạm Trọng Phƣớc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: - Những số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chƣa đƣợc sử dụng để bảo vệ học vị - Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn đƣợc cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Tác giả Phạm Trọng Phƣớc MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU 10 Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ 14 1.1 NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ 14 1.1.1 Động nhiệt 14 1.1.2 Ô tô Hybrid 15 1.1.3 Ô tô điện 18 1.2 HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ 18 1.2.1 Hệ thống truyền lực khí 19 1.2.2 Hệ thống truyền lực thủy lực 20 1.2.3 Truyền động thủy 25 Chƣơng 2: PHỐI HỢP HOẠT ĐỘNG GIỮA ĐỘNG CƠ VÀ BIẾN MÔ THỦY LỰC 26 2.1 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 26 2.1.1 Đặc tính động 26 2.1.2 Đặc tính công suất động đốt 27 2.1.3 Đặc tính tốc độ động 28 2.1.4 Biểu đồ suất tiêu hao nhiên liệu 29 2.2 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BIẾN MÔ THỦY LỰC 32 2.3 PHỐI HỢP ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ – HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 35 2.3.1 Ảnh hƣởng tỷ số truyền tới đặc tính làm việc động 35 2.3.2 Ảnh hƣởng quy luật chuyển số đến đặc tính làm việc 38 2.3.3 Đồng hoạt động động hệ thống truyền lực 40 2.3.4 Biểu đồ lực kéo 41 2.3.5 Phối hợp hoạt động hộp số khí với biến mô thủy lực 43 Chƣơng 3:TÍNH TOÁN, KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHỐI HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ VÀ BIẾN MÔ THỦY LỰC 46 3.1 XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ 46 3.1.1 Lựa chọn tính toán thông số đầu vào 46 3.1.2 Xác định hàm vẽ đồ thị đặc tính động 47 3.2 XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BIẾN MÔ THỦY LỰC 52 3.2.1 Tính toán xác định hệ số mô men bánh bơm (λb) 52 3.2.2 Tính toán xác định hiệu suất biến mô( ηbm) 53 3.2.3 Kết tính toán vẽ đồ thị 54 3.3 XÁC ĐỊNH CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHỐI HỢP ĐC – BMTL 55 3.3.1 Tính toán xác định mô men bánh bơm (MP) 56 3.3.2 Xác định tọa độ điểm cắt đồ thị MP Me 57 3.3.3 Xác định số vòng quay(nT), mô men (MT) công suất (NT) bánh tuabin 59 3.4 TÍNH TOÁN LỰC K O CỦA Ô TÔ 62 3.4.1 Tính toán lựa chọn tỷ số truyền cho HTTL 62 3.4.2 Xác định lực kéo ô tô (Pk) mô men kéo (Mk) 63 3.4.3 Xác định vận tốc ô tô ứng với số vòng quay (nT) 65 3.4.4 Xác định thành phần lực cản 65 3.4.5 Tổng hợp kết tính toán vẽ đồ thị 67 3.5 ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ 70 3.5.1 Xây dựng đƣờng đặc tính mô men cản động (MB) 70 3.5.2 Xây dựng đƣờng đặc tính mô men Ne = const 71 3.5.3 Kết tính toán vẽ đồ thị 72 3.5.4 Khi ghép nối với biến mô thủy lực 73 3.5.5 Đánh giá tiêu hao nhiên liệu xe có trang bị hộp số nhiều cấp 76 3.5.6 Tính toán lựa chọn điểm làm việc tối ƣu 81 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 87 4.1 KẾT LUẬN 87 4.2 ĐỀ NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC 90 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu dùng chung Ký hiệu nt nP ωP ωT RP ibm ηbm Kbm MT MP MS NT NP γ λP λT itl ηtl v rbx Pk Mk Nk ne ωe Ne Nemax Me Memax MC vmax Ý nghĩa Tốc độ vòng quay bánh tuabin Tốc độ vòng quay bánh bơm Vận tốc góc bánh bơm Vận tốc góc bánh tuabin Bán kính bánh bơm Tỷ số truyền tốc độ biến mô Hiệu suất biến mô Tỷ số truyền mô men biến mô Mô men bánh tuabin Mô men bánh bơm Mô men bánh stato Công suất phát bánh tuabin Công suất phát bánh bơm Trọng lƣợng riêng chất lỏng biến mô Hệ số mô men sơ cấp biến mô thuỷ lực Hệ số mô men thứ cấp biến mô thuỷ lực Tỷ số truyền hệ thống truyền lực Hiệu suất hệ thống truyền lực Vận tốc ô tô Bán kính bánh xe Lực kéo bánh xe chủ động Mô men bánh xe chủ động Công suất bánh xe chủ động Tốc độ vòng quay động Vận tốc góc động Công suất động Công suất cực đại động Mô men động Mô men cực đại động Mô men cản động Vận tốc cực đại ô tô Đơn vị v/ph v/ph rad/s rad/s m % Nm Nm Nm kW kW kg/m3 % m/s m N Nm kW v/ph rad/s kW kW Nm Nm Nm m/s φ Ψmax f G Gφ m ge Gt qd Sc ρ t i0 ih Pw w K F Pf PΨ Hệ số bám Hệ số cản tổng cộng Hệ số cản lăn Trọng lƣợng toàn ô tô Trọng lƣợng bám ô tô Hệ số phân bố tải trọng Suất tiêu hao nhiên liệu động Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian Mức tiêu hao nhiên liệu theo quãng đƣờng Quãng đƣờng chạy đƣợc ô tô Tỷ trọng nhiên liệu Thời gian làm việc ô tô Tỷ số truyền truyền lực vi sai Tỷ số truyền hộp số Lực cản gió Nhân tố cản khí Hệ số cản không khí Diện tích cản diện ô tô Lực cản lăn Lực cản tổng cộng Các chữ viết tắt Ký hiệu HTTL EHV HHV BMTL AT CVT ECU Ý nghĩa Hệ thống truyền lực Ô tô hybrid điện Ô tô hybrid thủy lực Biến mô thủy lực Hộp số tự động Hộp số vô cấp Bộ điều khiển điện tử kg kg kg/kW.h kg/h lit/100km km kg/lit h N N.s2/m2 m2 N N DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tên bảng số liệu Bảng 3.1: Tổng hợp kết mô men công suất động Bảng 3.2 : Kết tính toán công suất chi phí nhiên liệu Bảng 3.3: Giá trị hệ số mômen tỷ số truyền biến mô Bảng 3.4: Kết tính toán hiệu suất biến mô Bảng 3.5: Tổng hợp kết tính toán trị số động lực biến mô Bảng 3.6: Kết tính tọa độ giao điểm đƣờng cong MB Me Bảng 3.7: Kết tính số vòng quay, mô men công suất tuabin Bảng 3.8: Kết tính toán lực kéo mô men xe Bảng 3.9: Kết tính toán vận tốc tối đa vận tốc thành phần xe Bảng 3.10: Đánh giá hiệu sử dụng ô tô với hộp số khác Bảng 3.11: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 40kW Bảng 3.12: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 40kW Bảng 3.13: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 40kW Bảng 3.14: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 60kW Bảng 3.15: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 60kW Bảng 3.16: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 60kW Bảng 3.17: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 80kW Bảng 3.18: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 80kW Bảng 3.19: Tiêu hao nhiên liệu ô tô trang bị hộp số cấp Ne = 80kW Trang 48 51 53 54 58 58 61 67 68 80 83 83 84 84 84 85 85 85 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Tên hình vẽ Trang 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Hình 1-1: Các nguồn động lực chủ yếu ô tô Hình 1-2: Phối hợp làm việc tổ hợp Hybrid điện Hình 1-3: Các phận truyền động hybrid điện ô tô Hình 1-4: Sơ đồ khối tổ hợp Hybrid thủy lực Hình 1-5: Sơ đồ bố trí tổ hợp Hybrid thủy lực Hình 1-6: Các phận truyền động điện ô tô Hình 1-7: Hệ thống truyền lực ôtô Hình 1-8: Sơ đồ hệ thống truyền lực sử dụng hộp số khí Hình 1-9: Mô hình hệ thống truyền lực thuỷ tĩnh Hình 1-10: Ly hợp thuỷ lực Hình 1-11: Biến mô thuỷ lực Hình 1-12: Cấu tạo biến mô thủy lực Hình 1-13: Bộ biến mô kết hợp với hộp số tự động Hình 2-1: Đƣờng đặc tính động đốt Hình 2-2: Các dạng đặc tính động Hình 2-3: Biểu đồ đặc tính động xe khách, vị trí bàn đạp ga Hình 2-4: Biều đồ tiêu thụ nhiên liệu động xăng Hình 2-5: Biểu đồ lƣợng tiêu hao nhiên liệu riêng ge Hình 2-6: Đặc tính làm việc biến mô Hình 2-7: Biểu đồ vận tốc/tốc độ động cơ, tỷ số truyền hộp số Hình 2-8: Đặc tính động đốt với đƣờng đẳng nhiên liệu Hình 2-9: Ảnh hƣởng việc chuyển số đến điểm làm việc động Hình 2-10: Ảnh hƣởng tỷ số truyền quy luật chuyển số đến điểm làm việc động Hình 2-11: Phối hợp hoạt động động HTTL Hình 2-12: Biểu đồ lực kéo cho tốc độ khác xe khách cỡ trung Hình 2-13: Biểu đồ công suất Hình 2-14: Biểu đồ phối hợp hoạt động hộp số khí với biến mô thủy lực Hình 2-15: Đặc tính kéo ô tô với hộp số tự động cấp biến mô thủy lực bánh công tác 14 15 16 17 17 18 19 20 20 22 23 24 25 26 28 29 30 31 34 36 37 38 23 24 25 26 27 28 39 40 42 43 43 44 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Hình 2-16: Sự kết hợp động - biến mô chế độ toàn tải chế độ tải nhỏ Hình – 1: Đồ thị đặc tính động Hình - 2: Đồ thị đặc tính không thứ nguyên biến mô thủy lực xe Hình - 3: Đồ thị đặc tính tải trọng hệ thống động - biến mô thủy lực Hình - 4: Đồ thị đặc tính hệ thống động - biến mô thủy lực Hình – 5: Đồ thị cân lực kéo ô tô Hình - 6: Đặc tính động đốt với đƣờng đẳng nhiên liệu kbm =1 Hình – 7: Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình – 8: Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình – 9: Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình – 10: Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình – 11: Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền tay số Hình - 12: Đặc tính động đốt với đƣờng đẳng nhiên liệu cho ô tô trang bị hộp số có cấp kbm = Hình - 13: Đặc tính động đốt ứng với dải tỷ số truyền hộp số cấp kbm biến thiên từ kbmmax đến kbmmin Hình - 14: Đặc tính động đốt với đƣờng đẳng nhiên liệu cho hộp số có cấp 45 52 55 59 61 69 72 73 74 74 75 75 77 79 80 LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ô tô phƣơng tiện đƣợc sử dụng rộng rãi thiếu nhiều hoạt động kinh tế vận tải.Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu sử dụng loại phƣơng tiện vấn đề đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu giải Trong năm gần với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghệ ô tô có nhiều bƣớc nhảy vọt đem lại hiệu kinh tế ngày cao đồng thời đảm bảo an toàn điều khiển Những ô tô đặc biệt động truyền thống ngày gần nhƣ đạt tới mức tối ƣu mặt công nghệ Cùng với yêu cầu sử dụng nhiên liệu, nhà sản xuất hƣớng dần sang dòng xe thân thiện môi trƣờng Trong công nghệ chế tạo hộp số mục tiêu chạy đua nhiều nhà sản xuất ô tô lớn giới Việc tạo hộp số nhiều tay số với dải số truyền rộng, điều khiển thông minh đem lại hiệu sử dụng lớn việc nâng cao tính động lực tiết kiệm nhiên liệu Trong hệ thống truyền lực thủy điển hình cho mục tiêu phát triển Để hiểu rõ hiệu sử dụng hệ thống truyền lực thủy cơ, đề tài “Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực” đƣợc thực Đề tài đƣợc thực Bộ môn Kỹ thuật Ô tô Xe chuyên dụng - Viện Cơ khí Động lực,Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội dƣới hƣớng dẫn tận tình Thầy, Cô chuyên ngành Song thời gian có hạn nên tránh khỏi thiếu sót cần đƣợc bổ sung hoàn thiện Tính cấp thiết đề tài Sau gần 20 năm theo đuổi phát triển, công nghiệp Ô tô Việt Nam đƣợc coi ngành công nghiệp non trẻ phát triển với tỷ lệ nội địa hóa thấp công nghiệp ô tô Việt Nam chủ yếu công nghiệp lắp ráp Sự thật buộc nhà quản lý, nhà nghiên cứu phải suy nghĩ tìm hƣớng cho 10 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài „„Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực‟‟ theo phƣơng pháp lý thuyết thực nghiệm, luận văn đƣợc hoàn thành với nội dung nhƣ sau: Tìm hiểu hệ thống động lực ô tô nay, tìm hiểu sâu hệ thống truyền lực thủy lực thủy ô tô làm tiền đề cho việc nghiên cứu tính toán sau Xây dựng sở lý thuyết đặc tính làm việc động biến mô thủy lực, đặc tính động lực học ô tô đặc tính phối hợp làm việc động - biến mô thủy lực phù hợp với lý thuyết quy luật chuyển động xe Đồng thời nghiên cứu sở đánh giá hiệu vận hành xe qua việc đánh giá tính động lực học tiêu hao nhiên liệu vận hành Xây dựng chƣơng trình tính toán mô đặc tính làm việc phối hợp phần mềm Matlab Tính toán đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu động tƣơng ứng với dải tỷ số truyền khác Để hoàn thành luận văn này, tác giả tính toán thu thập số liệu liên quan đến đối tƣợng nghiên cứu Do điều kiện ngành công nghiệp ô tô nƣớc ta non yếu nên việc thí nghiệm thực tế ô tô đặc biệt hệ thống truyền lực thủy hạn chế Do tác giả dành thời gian lớn để tính toán số liệu xây dựng chƣơng trình tính toán, mô Matlab để phù hợp với yêu cầu đề tài Các số liệu tính toán thu thập đƣợc có đủ độ tin cậy làm sở cho nghiên cứu lý thuyết Các kết thu đƣợc nhƣ: Đặc tính động đốt trong, đặc tính biến mô thủy lực, đặc tính phối hợp động – biến mô, đặc tính kéo ô tô đặc biệt đặc tính làm việc động với đƣờng đẳng nhiên liệu sở lý thuyết 87 giúp cho ngƣời sử dụng, cán kỹ thuật so sánh đánh giá hiệu vận hành xe trang bị hệ thống truyền lực thủy so với loại hệ thống truyền lực khác, lựa chọn điểm làm việc phù hợp để tiêu hao nhiên liệu tƣơng ứng với tay số Từ giúp cho việc khai thác sử dụng xe đạt hiệu cao đồng thời đảm bảo an toàn vận hành Kết luận văn tài liệu hữu ích cho học sinh, sinh viên ngành Cơ khí Động lực tìm hiểu nghiên cứu hệ thống truyền lực thủy 4.2 ĐỀ NGHỊ Sau hoàn thành đề tài „„Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực‟‟, với kết thấy việc nghiên cứu tính toán đặc tính làm việc ô tô sử dụng hệ thống truyền lực thủy nhiều vấn đề mới, nhiều vấn đề cần đƣợc quan tâm tiếp tục nghiên cứu Vì đề nghị: - Tiếp tục nghiên cứu tính động lực học ô tô sử dụng hệ thống truyền lực thủy - Tiếp tục nghiên cứu đặc tính làm việc, tiêu kính tế kỹ thuật, mở rộng phƣơng án nghiên cứu đến ảnh hƣởng khác hệ thống truyền lực thủy - Kết luận văn thu đƣợc mang nhiều ý nghĩa mô đặc tính phƣơng pháp lý thuyết thực nghiệm Vì để kiểm chứng độ tin cậy kết trên, đề nghị tiếp tục nghiên cứu xây dựng đặc tính làm việc, đánh giá hiệu vận hành phƣơng pháp thực nghiệm Trong cần khảo nghiệm biến mô để có đặc tính làm việc nó, khảo nghiệm làm việc phối hợp động biến mô để có số liệu làm sở cho việc nghiên cứu đánh giá cách xác hiệu sử dụng xe trang bị hệ thống truyền lực thủy 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn (2008), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Khắc Trai (1999), Cấu tạo hệ thống truyền lực xe con, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Phùng Quang (2004), MATLAB SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Khắc Trai (2006), Cơ sở thiết kế ôtô, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [5] Gisbert Lechner – Harald Naunheimer (1999), Automative Tranmission (Fundamentals, Selection, Design and Application), Stuttgart and Augsburg, Germany 89 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Đặc tính phối hợp động - biến mô thủy lực với hộp số cấp 90 91 Phụ lục 2: Đặc tính phối hợp động - biến mô thủy lực với hộp số cấp 92 93 H ` 94 95 Phụ lục 3: Đặc tính phối hợp động - biến mô thủy lực với hộp số cấp 96 97 98 99 100 101 ... hiệu sử dụng hệ thống truyền lực thủy cơ, đề tài Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực đƣợc thực Đề tài đƣợc thực Bộ môn Kỹ thuật Ô tô Xe... hành Nghiên cứu mô hình hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực nghĩa là: - Nghiên cứu tổng quan hệ thống động lực ô tô - Tìm kiếm tài liệu, thu thập thông... truyền lực sử dụng hộp số khí Hình 1-9: Mô hình hệ thống truyền lực thuỷ tĩnh Hình 1-10: Ly hợp thuỷ lực Hình 1-11: Biến mô thuỷ lực Hình 1-12: Cấu tạo biến mô thủy lực Hình 1-13: Bộ biến mô kết hợp