Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp điều khiển hộp số ly hợp kép đến tính chất động lực học ô tô

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ LY HỢP KÉP ĐẾN TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ TÓM TẮT Hộp số với ly hợp kép là một loại hộp số được điều khiển bán tự động hoặc tự độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN ANH PHONG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ LY HỢP KÉP ĐẾN TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Đà Nẵng, 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN ANH PHONG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ LY HỢP KÉP ĐẾN TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Đà Nẵng, 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp

điều khiển hộp số ly hợp kép đến tính chất động lực học ô tô” đây là công trình

nghiên cứu của riêng tôi Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác

nếu có đều được trích dẫn đầy đủ

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Luận văn này cho đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ

luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như ở nước ngoài và cho đến nay vẫn chưa

hề được công bố trên bất kỳ phương tiên thông tin nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 09 năm 2018

Tác giả

TRẦN ANH PHONG

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến:

Thầy giáo hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Việt đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Các Thầy, Cô Khoa Cơ khí giao thông, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng đã luôn tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Lãnh đạo Trung tâm Đăng Kiểm Xe Cơ Giới Quãng Ngãi 7602D đã luôn tạo mọi điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn

Gia đình và toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn

TRẦN ANH PHONG

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1

Bảng danh mục các thuật ngữ viết tắt 2

Bảng danh mục các ký hiệu 3

Danh mục các hình 5

Danh mục các bảng 7

I Lý do chọn đề tài 8

II Mục tiêu nghiên cứu 8

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

IV Phương pháp nghiên cứu 8

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 8

VI Dự kiến kết quả đạt được 9

VII Cấu trúc nội dung luận văn 9

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRANG BỊ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ 10

1.1 Tổng quan về trang bị hộp số trên ô tô 10

1.1.1 Giới thiệu các loại hộp số trang bị trên ô tô 10

1.1.1.1 Hộp số điều khiển cơ khí MT 10

1.1.1.2 Hộp số tự động AT 11

1.1.1.3 Hộp số vô cấp CVT 11

1.1.1.4 Điều khiển tự động hệ thống truyền lực bằng hộp số với hợp kép DCT 12

1.1.1.5 Hộp số sử dụng trên xe ô tô Hybrid 13

1.1.1.6 Hộp số bán tự động AMT 14

1.1.2 Vấn đề khai thác sử dụng hộp số ô tô 15

1.2 Tình hình nghiên cứu phát triển hộp số ô tô trên thế giới 17

1.2.1 Xu hướng chung về nghiên cứu phát triển hộp số ô tô trên thế giới 17

1.2.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ hộp số với ly hợp kép 18

1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng hộp số ô tô ở việt nam 20

1.4 Kết luận chương 21

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 22

2.1 Tính chất động lực học ô tô 22

2.1.1 Cân bằng lực kéo của ô tô 22

2.1.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo 22

2.1.1.2 Đồ thị cân bằng lực kéo 24

2.1.2 Nhân tố động lực học của ô tô 25

2.1.2.1 Phương trình nhân tố động lực 25

2.1.2.2 Đồ thị nhân tố động lực hoc 26

2.1.2.3 Sử dụng đồ thị nhân tố động lực học 26

2.2 Động lực học quá trình gài số trong hộp số ô tô 32

2.2.1 Ảnh hưởng và tác dụng của ly hợp đến quá trình gài số 32

2.2.2 Động lực học quá trình gài số bằng đồng tốc 35

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất động lực học ô tô 38

2.3.1 Ảnh hưởng của tỷ số truyền của truyền lực chính 38

2.3.2 Ảnh hưởng của ly hợp 38

2.3.3 Ảnh hưởng của hộp số đến tính chất tính chất động lực học ô tô 39

2.3.3.1 Ảnh hưởng của hộp số AT và hộp số vô cấp CVT đến tính chất động lực học ô tô 41

2.3.3.2 Ảnh hưởng của hộp số với ly hợp kép DCT đến tính chất động lực học ô tô 42 2.4 Kết luận chương 45

CHƯƠNG III LÝ THUYẾT VỀ HỘP SỐ VỚI LY HỢP KÉP TRÊN Ô TÔ 46

3.1 Giới thiệu chung về hợp số với ly hợp kép 46

3.1.1 Hộp số với ly hợp kép loại ly hợp ma sát khô 47

3.1.2 Hộp số với ly hợp kép loại ly hợp ma sát ướt 48

3.1.3 Đồng tốc và gài số 51

3.2 Khảo sát hộp số ly hợp kép trên xe Ford Ecosport JK8 5D UEJA-AT-TITA 52

3.2.1 Cấu tạo chung của hộp số với ly hợp kép Powrshift DPS6 53

3.2.2 Nguyên lý truyền động công suất trong hộp số Powershift DPS6 57

3.2.3 Động lực học hộp số với ly hợp kép 61

3.3 Động lực học ô tô Ford EcoSport 63

3.3.1 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ sử dụng trên xe khảo sát 64

3.3.2 Xây dựng tính chất động lực học của xe Ford EcoSport 65

3.3.2.1 Tính chất động lực của xe Ford EcoSport 6DPS (DCT) 67

3.3.2.1 Tính chất động lực của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 71

3.4 Kết luận chương 76

CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA HỘP 77

SỐ VỚI LY HỢP KÉP ĐẾN TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 77

4.1 Phương pháp thực nghiệm xác định tính chất động lực học ô tô 77

4.2 Điều kiện thực nghiệm chạy xe trên đường thử nghiệm 78

4.2.1 Đường thử nghiệm 78

4.2.2 Xe thực nghiệm 78

4.2.3 Tốc độ thực nghiệm 81

4.2.4 Chế độ tải trọng của xe thực nghiệm 81

4.3 Thiết bị sử dụng trong quá trình thực nghiệm 81

4.3.1 Giới thiệu trang thiết bị thực nghiệm 81

4.3.2 Thiết bị chẩn đoán đa năng OBD Link USB 82

4.3.3 Quy trình thực nghiệm và kết quả đo được trên đường 84

4.3.3.1 Chuẩn bị xe thử nghiệm 84

4.3.3.2 Quy trình thử nghiệm 84

4.3.3.3 Kết quả đo 84

4.4 Xử lý kết quả đo 87

4.4.1 Phân tích số liệu thực nghiệm 87

4.4.2 Xử lý kết quả do của xe thực nghiệm Ford EcoSport DPS6 (DCT) 89

4.4.3 Xử lý kết quả do của xe thực nghiệm Ford EcoSport iB5 (MT) 90

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 93

I- KẾT LUẬN 93

II- HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 93

Tài Liệu Tham Khảo 94

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ LY HỢP KÉP

ĐẾN TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ TÓM TẮT

Hộp số với ly hợp kép là một loại hộp số được điều khiển bán tự động hoặc tự động hóa hoàn toàn Cấu trúc đặc trưng của hộp số với ly hợp kép gồm một mô đun ly hợp kép với hai trục sơ cấp của hộp số vào lồng vào nhau Trong đó ly hợp thứ nhất điều khiển trục vào (trục sơ cấp) thứ nhất của hộp

số, trên đó có các bánh răng chuyển số lẻ Ly hợp còn lại điều khiển trục vào thứ hai trên đó có các bánh răng chuyển số chẵn Về cơ bản có thể hiểu một hộp số với ly hợp kép như một sự kết hợp của hai hộp số cơ khí thông thường mà quá trình làm việc của chúng là luân phiên nhau Với cơ chế chọn

số trước và làm việc luân phiên của các ly hợp, nhờ vậy mô men xoắn chuyển đổi từ động cơ sang các bánh xe chủ động không bị gián đoạn trong quá trình chuyển số Do đó, hộp số với ly hợp kép cung cấp quá trình chuyển số một cách nhanh chóng mà không giảm hiệu quả tiêu hao nhiên liệu Đề tài đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của phương pháp điều khiển hộp số với ly hợp kép đến tính chất động lực học ô tô Thể hiện qua các chỉ tiêu đặc trưng là thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của xe Bên cạnh tính toán lý thuyết, đề tài đã tiến hành thực nghiệm xác định các chỉ tiêu trên với xe Ford Ecosport trang bị hộp số với ly hợp kép 6 cấp Powershift DPS6 Nhằm đánh giá kiểm nghiệm mức độ chính xác của phương pháp lý thuyết so với thực tế

Từ khóa: Hộp số với ly hợp kép, cơ chế chọn số trước, phương pháp điều khiển, thời gian tăng tốc,

quãng đường tăng tốc, động lực học ô tô,

STUDY ON THE IMPACT OF THE CONTROL METHODS OF DUAL CLUTCH

TRANSMISSION OF VEHICLE DYNAMIC ABSTRACT

Dual Clutch Transmission (DCT) is a semi-automatic or fully automatic transmission Feature structure of the DCT consists of a dual-clutch module with two primary shafts mounted on the gearbox The first clutch controls the first input shaft (first primary shaft) of the gearbox, which the odd gear shift The other clutch controls the second input shaft which the even gears shift It is basically possible to understand a DCT is a combination of two conventional mechanical transmission which its processes are rotating The coordinate between pre-selectshift of the mechanism and the rotating of the clutches, the working of torque from the engine to the direct wheels is not interrupted

by the gear shifting Therefore, DCT provides a quick gear shifting without wasting energy resources The study concentrates on the theory of the effects of dual-clutch transmissiom control on the automotive dynamics It is represented by the feature characteristics which are the acceleration time and acceleration distange to the car In addition to support for the theoretical calculations, the subject has been conducted by experiments to determine the above criterias with the Ford Ecosport equipped with Powershift DPS6 which aims to evaluate the accuracy of the theory methodology versus reality

Key work: Dual clutch transmission, Pre-selectshift mechanism, Control methods, Accelation

time, Accelation distange, Vehicles dynamic,

Bảng danh mục các thuật ngữ viết tắt

1 MT Manual Transmission Hộp số cơ khí

2 AT Automatic Transmission Hộp số tự động

3 CVT Continuously Variable

4 DCT Dual Clutch Transmission Hộp số với ly hợp kép

5 AMT Automatic Manual Transmission Hộp số bán tự động

6 PSD Power Split Device Thiết bị phân chia công suất

7 MG1 Motor/generate 1 Động cơ/ máy phát 1

8 MG2 Motor/generate 2 Động cơ/ máy phát 2

13 ECM Electronic Control Module Mô đun điều khiển động cơ

14 ECT Electronic Control Transmission Hộp số điều khiển điện tử

Bảng danh mục các ký hiệu

1 PK N Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động

12 𝜃 rad Góc dốc của đường

13 G Kg Trọng lượng toàn bộ của ô tô

14 𝜓 - Hệ số cản tổng cộng của đường

15 D - Nhân tố động lực học ô tô

16 V m/s Vận tốc ô tô

17 J m/s2 Gia tốc tịnh tiến của ô tô

18 S m Quãng đường tăng tốc của ô tô

19 t s Thời gian tăng tốc ô tô

24 ihi - Tỷ số truyền của số truyền thứ i trong hộp số

25 a, b, c - Các hằng số thực nghiệm trong công thức S.R

Lây Đécman với động cơ xăng 4 kỳ a =b =c = 1

26 𝛿! - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng

chuyển động quay trong hệ thống truyền lực

N.m Mô men động cơ, mô men cực đại, mô men động

cơ tương ứng với công suất cực đại

35 Mms N.m Mô men ma sát của ly hợp

36 Mdt N.m Mô men ma sát của bề mặt ma sát bộ đồng tốc

37 𝜇 - Hệ số ma sát các bề mặt ma sát bộ đồng tốc

Danh mục các hình

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý hộp số điều khiển cơ khí MT 10

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động AT kiểu cơ cấu hành tinh 11

Hình 1 3 Sơ đồ nguyên lý hộp số vô cấp CVT 12

Hình 1 4 Sơ đồ nguyên lý hộp số với ly hợp kép DCT 13

Hình 1 5 Sơ đồ nguyên lý hộp số trên xe Hybrid kiểu kết hợp 13

Hình 1 6 Sơ đồ nguyên lý hộp số bán tự động AMT 14

Hình 1 7 Đồ thị thống kê tình hình sử dụng các loại hộp số trên 16

Hình 1 8 Đồ thị thống kê tình hình sử dụng các loại hộp số trên ô tô 17

Hình 1 9 Phát triển số cấp trên ô tô sử dụng hộp số AT theo thời gian 18

Hình 2 1 Sơ đồ phân bố hệ thống truyền động trên ô tô……… 22

Hình 2 2 Sơ đồ phân bố các lực lên ô tô trong trường hợp chuyển động tổng quát 23

Hình 2 3 Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô 24

Hình 2 4 Đồ thị nhân tố động lực học của ô tô 26

Hình 2 5 Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ô tô 28

Hình 2 6 Đồ thị nghịch đảo của gia tốc ở tất cả các tay số theo vận tốc và xác định thời điểm chuyển số của ô tô 29

Hình 2 7 Đồ thị quãng đường tăng tốc của ô tô S = f (V) 30

Hình 2 8 Đồ thị tính toán thời gian tăng tốc t = f(V) và quãng đường tăng tốc 31

Hình 2 9 Sơ đồ nguyên lý mô hình hóa quá trình gài số 32

Hình 2 10 Mô đun đồng bộ hóa quá gài số 35

Hình 2 11 Mô hình quá trình đồng tốc 5 giai đoạn 35

Hình 2 12 Kết cấu bộ đồng tốc loại thanh trượt và vành đồng tốc 36

Hình 2 13 Đồ thị phân tích các trạng thái làm việc của ly hợp ma sát 39

Hình 2 14 Đặc tính động lực học của ô tô 39

Hình 2 15 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tốc độ động cơ và độ mở bướm ga 41

Hình 2 16 Đồ thị quan hệ giữa lực điều khiển và tốc độ của xe 41

Hình 2 17 Giản đồ mức tiêu hao nhiên liệu tối ưu và cắt nhiên liệu khi giảm tốc 42

Hình 2 18 Đồ thị quan hệ giữa thời gian chuyển số và mô men 43

Hình 2 19 Đồ thị quan hệ giữa tốc độ động cơ, các ly hợp và thời gian chuyển số trên xe trang bị hộp số với ly hợp kép DCT 44

Hình 3 1 Sơ đồ nguyên lý hộp số ly hợp kép DCT 46 Hình 3 2 Ly hợp kép loại ly hợp ma sát khô 47

Hình 3 3 Sơ đồ kết cấu và phân loại ly hợp kép ma sát ướt 48

Hình 3 4 Ly hợp kép ma sát ướt loại ly tâm 49

Hình 3 5 Sơ đồ kết cấu hộp số với ly hợp kép DSG trên xe Wolkswagen 50

Hình 3 6 Hiệu suất của ly hợp ma sát trong hộp số ly hợp kép DCT 50

Hình 3 7 Bộ đồng tốc hình nón dạng đơn 51

Hình 3 8 Sơ đồ cấu tạo cần gạt chuyển số điều khiển thủy lực 52

Hình 3 9 Hình ảnh 3D hộp số Powershift DPS6 trên xe khảo sát 53

Hình 3 10 Sơ đồ cấu tạo mô đun ly hợp kép và các trục sơ cấp hộp số 54

Hình 3 11 Sơ đồ cấu tạo các trục thứ cấp hộp số Powershift DPS6 54

Hình 3 12 Sơ đồ cấu tạo các bánh răng ra đầu hai trục thứ cấp và vi sai 55

Hình 3 13 Cấu tạo bộ điều khiển gài số tự động 56

Hình 3 14 Điều khiển tự động hóa ly hợp kiểu cơ điện 56

Hình 3 15 Kết cấu mô đun ly hợp kép và bộ dẫn động điều khiển ly hợp kiểu cơ điện trên hộp số Powershift DPS6 57

Hình 3 16 Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn số 1 57

Hình 3 17 Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn số 2 58

Hình 3 18 Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn số 3 58

Hình 3 19 Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn số 4 59

Hình 3 20 Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn số 5 59

Hình 3 21 Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn số 6 60

Hình 3 22 Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn số lùi R 60

Hình 3 23 Sơ đồ nguyên lý làm việc số P 61

Hình 3 24 Hình ảnh tổng thể xe Ford EcoSport 63

Hình 3 25 Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ trên xe Ford EcoSport 65

Hình 3 26 Đồ thị cân bằng công suất của xe Ford EcoSport 6DPS (DCT) 68

Hình 3 27 Đồ thị cân bằng lực kéo của xe Ford EcoSport 6DPS (DCT) 69

Hình 3 28 Đồ thị nhân tố động lực học của xe Ford EcoSport 6DPS (DCT) 69

Hình 3 29 Đồ thị gia tốc của xe Ford EcoSport 6DPS (DCT) 70

Hình 3 30 Đồ thị gia tốc ngược của xe Ford EcoSport 6DPS (DCT) 70

Hình 3 31 Đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của xe Ford EcoSport DPS6 (DCT) 71

Hình 3 32 Đồ thị cân bằng công suất của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 73

Hình 3 33 Đồ thị cân bằng lực kéo của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 73

Hình 3 34 Đồ thị nhân tố động lực học của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 74

Hình 3 35 Đồ thị gia tốc của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 74

Hình 3 36 Đồ thị gia tốc ngược của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 75

Hình 3 37 Đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 76

Hình 4 1 Đường thực nghiệm……… 78

Hình 4 2 Xe thực nghiệm Ford EcoSport DPS6 (DCT) và Ford EcoSport iB5 (MT) 79

Hình 4 3 Hình ảnh bên trong xe thực nghiệm Ford EcoSport DPS6 (DCT) 79

Hình 4 4 Hình ảnh bên trong xe thực nghiệm Ford EcoSport iB5 (MT) 80

Hình 4 5 Thiết bị OBD link USB và màn hình dao diện 82

Hình 4 6 Dao diện màn hình chính thiết bị OBD Link USB 83

Hình 4 9 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của 90

Hình 4 10 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của xe 92

Danh mục các bảng

Bảng 1 1 Thống kê tình hình sử dụng các loại hộp số trên ô tô du lịch theo % tại Mỹ năm

2014 theo [22] 15 Bảng 1 2 Thống kê tình hình sử dụng các loại hộp số trên ô tô du lịch ở Việt Nam từ năm

2014 đến năm 2016 16 Bảng 1 3 Công nghệ hộp số và mức giảm tiêu hao nhiên liệu so với hộp số tự động 4 cấp 20

Bảng 2 2 So sánh các nhân tố ảnh hưởng tới tính kinh tế nhiên liệu của các loại hộp số 44 Bảng 3 1.Thông số kỹ thuật các số truyền của hộp số Powershift DPS6 53

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật cơ bản của xe khảo sát Ford EcoSport 63 Bảng 3 3 Giá trị của mô men xoắn Me và công suất động cơ Ne phụ thuộc vào số vòng quay ne và tốc độ góc ωe. 65 Bảng 3 4 Bảng giá trị các thông số tính toán tính chất động lực học xe Ford EcSport 6DPS (DCT) theo tốc độ góc động cơ ωe 67 Bảng 3 5 Giá trị tính toán thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của xe Ford EcoSport DPS6 (DCT) 71 Bảng 3 6 Bảng giá trị các thông số tính toán tính chất động lực học xe Ford EcoSport iB5 (MT) theo tốc độ góc động cơ ωe 72 Bảng 3 7 Giá trị tính toán thời gian và quãng đường tăng tốc của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 75

Bảng 4 2 Thông số kỹ thuật xe thực nghiệm Ford EcoSport DPS6 (DCT) và Ford EcoSport iB5 (MT) 80 Bảng 4 3 Giới hạn các đại lượng đo của thiết bị OBDLink – USB 83 Bảng 4 4 Giá trị đo thời gian tăng tốc đối với xe thử nghiệm Ford EcoSport DPS6 (DCT) 85 Bảng 4 5 Giá trị đo quãng đường tăng tốc của xe Ford EcoSport DPS6 (DCT) 85 Bảng 4 6 Giá trị đo thời gian tăng tốc đối với xe thử nghiệm Ford EcoSport iB5 (MT) 86 Bảng 4 7 Giá trị đo quãng đường tăng tốc của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 87 Bảng 4 8 Thời gian và quãng đường tăng tốc trung bình đối với xe thử nghiệm Ford EcoSport DPS6 (DCT) của các lần đo 89 Bảng 4 9 Thời gian và quãng đường tăng tốc trung bình đối với xe thử nghiệm Ford EcoSport iB5 (MT) của các lần đo 90 Bảng 4 10 Các giá trị ai trong của các đa thức đường cong thời gian tăng tốc các số truyền Ford EcoSport iB5 (MT) 91 Bảng 4 11 Các giá trị ai trong của các đa thức đường cong quãng đường tăng tốc các số truyền của xe Ford EcoSport iB5 (MT) 91 Bảng 4 12 Đánh giá kết quả thực nghiệm 92

I Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, cũng như công nghệ thông tin, điện - điện tử mà ngành ô tô cũng phát triển không ngừng Hiện nay yêu cầu về tính năng an toàn, tiện nghi, tiết kiệm nhiên liệu, thao tác đơn giản,… cho một chiếc

xe là những yếu tố được các nhà sản xuất ô tô quan tâm hàng đầu Vì vậy điều khiển tự động hệ thống truyền lực trên ô tô cũng mang tính đột phá Trang bị hộp số điều khiển

tự động hóa trên xe cũng được các nhà sản xuất ô tô hay các hãng xe luôn luôn đổi mới và phát triển không ngừng Nhằm đem lại tính năng dễ thao tác, điều khiển đơn giản, bên cạnh đó giảm tiêu hao nhiên liệu, làm giảm lượng phát xạ các chất ô nhiễm

ra môi trường Điều khiển tự động hóa hệ thống truyền lực trên ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi và phát triển, nên việc nghiên cứu lý thuyết cũng như tìm hiểu kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống này là rất cần thiết đối với đối với cán bộ và sinh viên chuyên ngành cơ khí động lực

Xuất phát từ những lý do trên, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của

phương pháp điều khiển hộp số ly hợp kép đến tính chất động lực học ô tô” làm

đề tài nghiên cứu của mình với mong muốn được tìm hiểu, khảo sát các tính năng của

hộp số với ly hợp kép

II Mục tiêu nghiên cứu

- Khẳng định tính ưu việt của hộp số với ly hợp kép DCT so với các loại hộp số khác

- Định hướng sản xuất và định hướng người người tiêu dùng

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

! Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là xe FORD EcoSport JK8 5D

UEJA-AT-TITA (trang bị điều khiển tự động hệ thống truyền lực bằng hộp số với ly hợp kép

DCT) và xe FORD EcoSport JK8 5D UEJA-MT-MID (trang bị hộp số cơ khí thông

thường MT)

! Phạm vi nghiên cứu

- Thời gian tăng tốc của ô tô

- Quãng đường tăng tốc của ô tô

IV Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp, là sự kết hợp của phương pháp lý thuyết đồng thời sử dụng phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp lý thuyết: Tính toán và phân tích lý thuyết

- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm trên đường thử nghiệm

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Tự động hóa điều khiển hệ thống truyền lực là phương tiện rất hiệu quả để đơn giản và giảm nhẹ điều khiển ô tô để tăng năng suất làm việc và tăng tính an toàn

chuyển động Hiện nay trang bị hộp số điều khiển tự động hóa trên ô tô du lịch ngày càng phổ biến và đa dạng

Đề tài có ý nghĩa khoa học là khẳng định tính năng ưu việt của hộp số với ly hợp kép DCT so với các loại hộp số khác như tối ưu về tính chất động lực học ô tô cũng như nâng cao tính kinh tế kỹ thuật của ô tô

Đề tài có ý nghĩa thực tiễn là định hướng người tiêu dùng lựa chọn sản phẩm không những đáp ứng được các yêu cầu như tính tiện nghi, dễ điều khiển Mà còn, đáp ứng được thời gian gia tốc xe trong những điều kiện cấp thiết, nâng cao tính an toàn chuyển động

VI Dự kiến kết quả đạt được

- Xác định thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc từ 0 – 100 [km] của xe thực nghiệm bằng lý thuyết và thực nghiệm

- Đánh giá và phân tích kết quả của các phương pháp nghiên cứu

- Đánh giá và phân tích kết quả của hai xe thực nghiệm

- Đưa ra tính năng ưu việt và hạn chế của hộp số với ly hợp kép với hộp số cơ khí

VII Cấu trúc nội dung luận văn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRANG BỊ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ CHƯƠNG III LÝ THUYẾT VỀ HỘP SỐ VỚI LY HỢP KÉP TRÊN Ô TÔ CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA HỘP SỐ VỚI LY HỢP KÉP ĐẾN TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

1 Kết luận

2 Hướng phát triển đề tài

VIII Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRANG BỊ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ

1.1 Tổng quan về trang bị hộp số trên ô tô

1.1.1 Giới thiệu các loại hộp số trang bị trên ô tô

Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, cũng như công nghệ thông tin mà ngành ô tô cũng phát triển không ngừng Hiện nay yêu cầu về tính năng oan toàn, tiện nghi, tiết kiệm nhiên liệu, thao tác đơn giản cho một chiếc xe là những yếu

tố được các nhà sản xuất ô tô quan tâm hàng đầu Vì vậy điều khiển tự động hệ thống truyền lực trên ô tô cũng mang tính đột phá Hộp số được đặt trong hệ thống truyền lực của ô tô nhằm đảm bảo khả năng khắc phục lực cản của mặt đường luôn thay đổi trong các điều kiện chuyển động khác nhau Hộp số sử dụng trên ô tô được phân thành các loại như sau:

1.1.1.1 Hộp số điều khiển cơ khí MT

Sơ đồ nguyên lý hộp số cơ khí MT được trình bày như Hình 1 1, gồm có 5 số truyền 3 trục, trong đó trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng trục

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý hộp số điều khiển cơ khí MT

Thao tác chọn số và thay đổi tỷ số truyền được thực hiện bởi người lái thông qua cần chuyển số và thao tác điều khiển ly hợp (đóng/ngắt dòng công suất từ động cơ sang hộp số để thực hiện đồng tốc) Do vậy, trên xe trang bị hộp số điều khiển cơ khí luôn có bàn đạp ly hợp Tín hiệu thay đổi tốc độ của xe bao gồm: Bàn đạp ly hợp, cần chuyển số, bàn đạp ga Đối với loại hộp số này luôn có sự ngắt dòng công suất khi chuyển số, thời gian sang số lâu Nhưng đơn giản về kết cấu, gọn nhẹ, giá thành rẻ, nên hiện nay hộp số MT được trang bị phổ biến trên các loại xe con và xe tải cỡ nhỏ, thường có từ 5 đến 6 cấp tốc độ

1.1.1.2 Hộp số tự động AT

Thao tác chọn số và thay đổi tỷ số truyền được thực hiện tự động hóa nhờ mô đun điều khiển hộp số điện tử ECT, thông thường mô đun ECT được tích hợp trong mô đun điều khiển động cơ ECM Trên xe trang bị hộp số AT không có ly hợp cơ khí mà thay vào đó là biến mô men thủy lực, do vậy đặc trưng trên các xe trang bị hộp số AT

là không có bàn đạp ly hợp Thao tác chọn số bao gồm: cần chọn số (công tắc các số P,

R, N, D) và vị trí bàn đạp ga Hộp số AT cũng sử dụng các cặp bánh răng ăn khớp với nhau, nhưng thực hiện đồng tốc giữa chúng khi thay đổi số truyền là rất phức tạp Do vậy, ngày nay hộp số AT sử dụng cơ cấu bánh răng hành tinh rất phổ biến, cho phép sang số dễ dàng, nhanh chóng, tỷ số truyền lớn, nhược điểm là kết cấu phức tạp, giá thành cao hơn hộp số MT Hiện nay các xe trang bị hộp số AT thường có 4,5,6,7 và 8 cấp tốc độ, trong tương lai sẽ phát triển các cấp số cao hơn nữa Hình 1 2 là sơ đồ nguyên lý hộp số tự động AT sử dụng biến mô thủy lực và bộ truyền bánh răng hành tinh

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động AT kiểu cơ cấu hành tinh

1.1.1.3 Hộp số vô cấp CVT

Cũng tương tự như hộp số AT, trên xe trang bi hộp số vô cấp CVT, thao tác chọn

số và thay đổi tỷ số truyền được thực hiện tự động nhờ mô đun điều khiển hộp số điện

tử ECT, mô đun này cũng được tích hợp vào mô đun điều khiển động cơ ECM Về cơ bản thì hộp số vô cấp CVT cũng giống với hộp số AT, cũng có biến mô men thủy lực Nhưng khác với hộp số AT, hộp số vô cấp CVT không dùng các bánh răng hay cơ cấu hành tinh để thay đổi tỷ số truyền mà dùng bộ truyền động bánh đai Các bánh đai chủ động và bị động có thể thay đổi được đường kính, giá trị đường kính này có thể thay đổi trong phạm vi giới hạn bởi đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của mỗi bánh đai Do

đó, sự thay đổi tỷ số truyền diễn ra trong một dải rộng được giới hạn bởi tỷ số truyền lớn nhất và nhỏ nhất được xác định bởi kích thước giới hạn của bánh bị động và bánh

chủ động Do vậy, việc thay đổi tỷ số truyền và mô men phù hợp với từng điều kiện vận hành và tải trọng khác nhau được ETC điều khiển Nên quá trình chuyển số êm dịu và không tổn thất công suất như hộp số tự động thông thường Sơ đồ nguyên lý của hộp số vô cấp CVT được thể hiện như Hình 1 3

Hình 1 3 Sơ đồ nguyên lý hộp số vô cấp CVT

1.1.1.4 Điều khiển tự động hệ thống truyền lực bằng hộp số với hợp kép DCT

Cũng tương tự như 2 hộp số AT và CVT, thao tác chọn số và thay đổi tỷ số truyền cũng được thực hiện tự động nhờ mô đun điều khiển hộp số điện tử ECT Điểm khác biệt lớn nhất của hộp số DCT với hai hộp số trên là không dùng biến mô men thủy lực

mà sử dụng hai ly hợp ma sát (có thể là ma sát khô hoặc ma sát ướt) có trục lồng vào nhau Trong đó trục của ly hợp thứ nhất có gắn các bánh răng chuyển số lẻ, trục của ly hợp còn lại có gắn các bánh răng chuyển số chẵn và số lùi hoặc ngược lại

Nguyên lý chuyển số thì hoàn toàn giống với hộp số MT, nhưng nhờ cơ chế chọn

số trước và cơ chế luôn phiên của các ly hợp mà quá trình sang số được nhanh chóng

Vì vậy khi sang số không làm tổn thất dòng công suất của động cơ, thời gian chuyển

số nhanh, kết cấu gọn nhẹ Hình 1 4 là sơ đồ nguyên lý của hộp số với ly hợp kép DCT 6 cấp Ly hợp thứ nhất có trục vào sơ cấp thứ nhất (trục nằm trong) điều khiển các bánh răng chuyển số lẻ 1,3,5 và số lùi R Ly hợp còn lại có trục vào sơ cấp thứ hai (trục phía ngoài) điều khiển các bánh răng chuyển số chẵn 2,4,6

Hình 1 4 Sơ đồ nguyên lý hộp số với ly hợp kép DCT

1.1.1.5 Hộp số sử dụng trên xe ô tô Hybrid

Đối với các dòng xe thế hệ mới, hiện đại ngày nay như xe hybrid đều trang bị hộp

số điều khiển điện tử, nhờ vậy việc chuyển số và thay đổi tỷ số truyền được thực hiện một cách tự động Một tính năng rất đặc trưng trên xe hybrid là hệ thống tái tạo lực phanh (khi xe giảm tốc độ, phanh và xuống dốc thì năng lượng dư thừa, tổn thất dưới dạng nhiệt năng được chuyển đổi thành điện năng và được đưa về ắc quy) Dựa vào bố trí kết cấu của động cơ điện và động cơ đốt trong trên xe Hybrid, xe Hybrid được phân thành 3 kiểu: kiểu nối tiếp, kiểu song song và kiểu kết hợp Do vậy, tương ứng với mỗi kiểu có một loại hộp số riêng

Hình 1 5 Sơ đồ nguyên lý hộp số trên xe Hybrid kiểu kết hợp

Hình 1 5 trình bày sơ đồ nguyên lý hộp số trên xe hybrid kiểu kết hợp Đặc trưng của hộp số trên xe Hybrid kiểu này là thiết bị phân chia công suất PSD, thực chất PSD cũng là một cơ cấu hành tinh Khác với cơ cấu hành tinh trong hộp số AT quá trình chuyển số được thực hiện nhờ các ly hợp và phanh dải, còn trên xe hybrid kiểu kết hợp quá trình chuyển số được thực hiện nhờ vào sự đóng mở của MG1, MG2 và mô đun điều khiển động cơ, trong đó :

- Cần dẫn G kết nối với động cơ đốt trong

- Bánh răng mặt trời M kết nối động cơ/máy phát MG1

- Bánh răng bao N kết nối động cơ/máy phát MG2

1.1.1.6 Hộp số bán tự động AMT

Hộp số bán tự động là sự kết hợp của hai hộp số MT và AT Hình 1.6 là sơ đồ nguyên lý hộp số bán tự động AMT có một đĩa ma sát khô

Hình 1 6 Sơ đồ nguyên lý hộp số bán tự động AMT

Thao tác sang số có thể thực hiện bằng một trong hai cách sau: tự động chuyển số nhờ vào mô đun điều khiển chuyển số điện tử ECT hoặc sang số bằng thao tác của người điều khiển bằng cách tăng hay giảm tỷ số truyền thông qua cần điều khiển số, trên xe trang bị hôp số AMT ngoài mô đun điều khiển ECT còn có thêm mô đun chuyển số và mô đun dẫn động ly hợp điện tử Hộp số AMT được trang bị nhiều trên các dòng xe thể thao Sử dụng hộp số AMT có lợi thế khi sử dụng ở nhưng nơi tắc đường, giảm tiêu hao nhiên liệu, hoặc tạo cảm giác lái cho người điều khiển Kết cấu phức tạp, nhiều bộ phận, nên giá thành cao

1.1.2 Vấn đề khai thác sử dụng hộp số ô tô

Như đã trình bày ở phần trên trang bị hộp số trên ô tô dịch lịch bao gồm nhiều loại khác nhau Vấn đề khai thác sử dụng các loại hộp số trên ô tô du lịch ở mỗi quốc gia trên thế giới cũng khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện kinh tế, vị trí địa lý và thời điểm Ngay từ khi ra đời hộp số điều khiển cơ khí MT được trang bị hầu như tất cả các xe du lịch và vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay Nhưng với việc tăng nhanh các ô tô

du lịch dung tích nhỏ và rất nhỏ cũng làm tăng số lượng lái xe nghiệp dư với tay nghề không cao Do đó yêu cầu phải đơn giản hóa việc điều khiển, bên cạnh đó những thành tựu phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật mà công nghệ hộp số điều khiển tự động hóa cũng phát triển không ngừng Hộp số điều khiển tự động hóa được trang bị trên ô

tô du lịch bắt đầu phát triển và sử dụng rỗng rãi vào những năm đầu những năm 1980

Và đi theo thời gian càng ngày càng được trang bị phổ biến trên các ô tô, ngược lại hộp số điều khiển cơ khí MT trang bị trên xe ngày càng giảm dần Đối với việc trang

bị hộp số trên xe du lịch như hộp số cơ khí MT, hộp số tự động AT, hộp số vô cấp CVT hay hộp số với ly hợp kép DCT còn phụ thuộc vào quan điểm về tính kinh tế nhiên liệu, giá thành và nhu cầu của người sử dụng mà chúng được trang bị trên các loại xe du lịch Tình hình chung thì hiện nay các quốc gia trên thế giới như ở Châu

Mỹ, Châu Âu hay một số quốc gia lớn ở Châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, trang bị hộp số điều khiển tự động hóa là phổ biến Sau đây, là các khảo sát thể hiện tình hình

sử dụng các loại hộp số ô tô trên thế giới và Việt Nam

Bảng 1 1 Thống kê tình hình sử dụng các loại hộp số trên ô tô du lịch theo % tại

Dựa vào biểu đồ thống kế về tình hình sử dụng ô tô du lịch tại Mỹ theo số liệu năm

2014 đã cho thấy Xe sử dụng hộp số điều khiển cơ khí MT chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, và con số này ngày càng giảm đi Ngược lại xe sử dụng hộp số điều khiển tự động hóa chiếm số lượng chủ yếu Điều này chứng tỏ xu hướng sử dụng ô tô trang bị hộp số điều khiển tự động hóa ngày càng tăng cao

Hình 1 7 Đồ thị thống kê tình hình sử dụng các loại hộp số trên

ô tô du lịch tại Mỹ năm 2014

Thống kê từ dữ liệu bằng “Chương Trình Quản Lý Kiểm Định” tại Trung Tâm

Đăng Kiểm Xe Cơ Giới Quảng Ngãi 76-02D Xác định được tình hình sử dụng các loại hộp số trên xe ô tô du lịch ở Việt Nam theo % số xe từ năm 2014 đến năm 2016 được thể hiện trong Bảng 1 2

Bảng 1 2 Thống kê tình hình sử dụng các loại hộp số trên ô tô du lịch ở Việt Nam

3.7

19.3

77

Hộp số cơ khí MT Hộp số vô cấp CVT Hộp số tự động ( AT và DCT)

Hình 1 8 Đồ thị thống kê tình hình sử dụng các loại hộp số trên ô tô

du lịch ở Việt Nam từ năm 2014-2016.

1.2.1 Xu hướng chung về nghiên cứu phát triển hộp số ô tô trên thế giới

Trải qua các giai đoạn phát triển của ngành công nghiệp ô tô, đến nay xu hướng chung của tình hình nghiên cứu phát trển ô tô thế giới là tự động hóa việc điều khiển các hệ thông trên ô tô, trong đó bao gồm cả hệ thống truyền lực mà trọng tâm là hộp số

ô tô

Cho đến nay có thể kể ra những thành tựu của sự phát nghiệp các loại hộp số ô tô như: Hộp số tự động kiểu biến mô thủy lực, thường gọi chung là hộp số tự động AT (Automatic Transmission), hộp số vô cấp CVT (Continously Variable Transmission), hộp số với ly hợp kép DCT (Dual Clutch Transmission), hộp số kết hợp trên xe ô tô Hybrid (Hybrid Transmission) Tùy thuộc vào mục tiêu từng dòng xe, ưu nhược điểm

và giá thành của mỗi loại hộp số mà các nhà sản xuất ô tô lựa chọn từng loại hộp số khác nhau để trang bị trên xe

Hộp số tự động AT sử dụng biến mô đã đạt được những thành tựu và phát triển vượt bậc về công nghệ như nâng cao số cấp hộp số, lên đến 7, 8 cấp thậm chí 9 cấp, đi đầu trong lĩnh vực này có thể kể đến các dòng xe của các hãng Mercedes, Ford, General Motors ,… Hình 1 9 thể hiện sự phát triển số cấp hộp số AT theo thời gian Hộp số vô cấp CVT có ưu điểm là chuyển số êm dịu, thích ứng nhanh chóng, khi thay đổi tỷ số truyền thì tổn thất công suất là rất nhỏ so với các loại hộp số tự động AT thông thường, do đó theo các báo cáo nghiên cứu người ta đã chỉ ra rằng sử dụng hộp

số vô cấp CVT trên xe có thể tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu 5% so với sử dụng hộp

Hộp số MT Hộp số MT Hộp số CVT Hộp số DCT

số tự động AT thông thường Đối với các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản và ở các nước Châu Á thì hộp số vô cấp CVT được phát triển rộng rãi trên các xe cỡ nhỏ và vừa vì hạn chế của hộp số vô cấp CVT là khả năng tải bị giới hạn bởi bộ truyền động bánh đai, tuổi thọ dây đai không cao

Hình 1 9 Phát triển số cấp trên ô tô sử dụng hộp số AT theo thời gian

Khác với các nhà sản xuất ô tô ở Châu Á hay Nhật Bản, các nhà sản xuất ô tô ở Châu Âu và Châu Mỹ có khuynh hướng phát triển công nghệ hộp số với ly hợp kép DCT Cũng theo các công bố của các hãng xe, trang bị hộp số với ly hợp kép trên xe cũng có thể tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu [30] Ngoài ra, có thể tăng hiệu quả quá trình tăng tốc, tức là rút ngắn thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc [16] Điều này sẽ được chứng minh lại trong luận văn này

Các bài báo, tạp chí khoa học đã được công bố về nghiên cứu công nghệ hộp số tự động AT kiểu biến mô và hộp số vô cấp CVT trên ô tô:

- Theo [18] Ayman Moawad, Aymeric Rousseau (2012) :Đã nghiên cứu Ảnh hưởng công nghệ hộp số đến hiệu quả tiêu hao nhiên liệu Kết quả cho thấy các giải

pháp truyền động hộp số tự động có thể tiết kiệm nhiên liệu đến 5%

- Theo [20] Michiel Pesgens Bas Vroemen, Frans Veldpaus and Maarten Steinbuch

(2003) : Đã tiến hành nghiên cứu Thực nghiệm điều khiển hộp số CVT trên một ô tô

- Theo [21] Modern Mechanical Engineering, 2016, 6, 99-112: Mô hình cơ bản điều khiển áp suất dây đai trong một hộp số vô cấp CVT

1.2.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ hộp số với ly hợp kép

Hộp số với ly hợp kép là một loại hộp số được điều khiển bán tự động hoặc tự động hóa hoàn toàn Cấu trúc đặc trưng của hộp số với ly hợp kép gồm một mô đun ly hợp kép với hai trục sơ cấp của hộp số vào lồng vào nhau Trong đó ly hợp thứ nhất điều khiển trục vào (trục sơ cấp) thứ nhất của hộp số, trên đó có các bánh răng chuyển

số lẻ Ly hợp còn lại điều khiển trục vào thứ hai trên đó có các bánh răng chuyển số

chẵn Về cơ bản có thể hiểu một hộp số với ly hợp kép như một sự kết hợp của hai hộp

số cơ khí thông thường mà quá trình làm việc của chúng là luân phiên nhau

Một hộp số với ly hợp kép có thể cung cấp khả năng sang số một cách nhanh chóng và êm dịu với cơ chế chọn số trước và luân phiên Cơ chế chọn số trước có nghĩa là việc đồng bộ hóa các bánh răng chuyển số được hoàn thành trước khi bắt đầu quá trình chuyển đổi thực tế Cơ chế luân phiên có nghĩa là hai ly hợp thay nhau làm việc một cách luân phiên, tuy vậy có khoảng trùng điệp hay giao thoa giữa các cặp bánh răng Khi xe đang hoạt động với một số truyền nhất định ứng với sự làm việc của một ly hợp cụ thể, thì ly hợp còn lại đã ở trạng thái thường trực sẵn để thực hiện việc chuyển sang số truyền khác khi có yêu cầu Vì vậy, do cơ chế luân phiên của hai ly hợp mà mô men xoắn chuyển đổi từ động cơ sang các bánh xe chủ động không bị gián đoạn trong quá trình chuyển số Do đó, hộp số với ly hợp kép cung cấp quá trình chuyển số một cách nhanh chóng mà không giảm hiệu quả tiêu hao nhiên liệu Thêm vào đó với sự đóng - ngắt chính xác và điều khiển chính xác của các mô đun ly hợp kép quá trình sang số được êm dịu; đồng thời cho phép truyền được tải trọng lớn Do những tính năng ưu việt của hộp số với ly hợp kép đem lại mà ngày nay hộp số với ly hợp kép đang được phổ biến và trang bị trên các dòng xe thương mại, trên các xe thể thao Ngày nay đang được áp dụng và phát triển trên các xe tải và xe bus

Các bài báo, tạp chí khoa học đã được công bố về nghiên cứu công nghệ hộp số với ly hợp kép trên ô tô

- Theo [15] Marius-Valentin BAȚAUS, Nicolae VASILIU (2012) ,U.P.B Sci Bull

Series D, Vol 74, Iss 2, 2012: Mô hình mô phỏng thời gian sang số trong hộp số với

ly hợp kép

- Theo [16] 2012 SAE International; 2013-01-0340: Điều khiển tự động hệ thống truyền lực hộp số với ly hợp kép ma sát ướt với cơ chế chuyển số trước

- Theo [17] Xiaohui Xia, ChinaInternational Journal of Control and Automation

Vol.8, No.12 (2015), pp.241-252: Phân tích và điều khiển chuyển số của hộp số với ly hợp kép trên ô tô

Trong quá khứ quan niệm sử dụng hộp số cơ khí cho hiệu quả giảm tiêu hao nhiên liệu Tuy nhiên với sự phát triển vượt bậc về khoa học và kỹ thuật, sử dụng hộp số điều khiển tự động hóa có thể có hiệu quả hơn trong việc giảm tiêu hao nhiên liệu Lựa chọn một chiếc xe có công nghệ hộp số tiên tiến nhất có thể nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu bên cạnh đó làm giảm sự phát xạ ô nhiễm khí thải CO2 Bảng 1 3 cung tóm tắt về công nghệ hộp số tiên tiến nhất với hiệu quả giảm tiêu hao nhiên liệu

so với hộp số tự động AT 4 cấp được trang bị trên ô tô Mức giảm tiêu hao nhiên liệu được ước tính từ (1-9)% tùy theo công nghệ hộp số, theo [22]

Bảng 1 3 Công nghệ hộp số và mức giảm tiêu hao nhiên liệu so với hộp số tự động 4 cấp

cao tính năng động học của xe

cao tính năng động học của xe

cao tính năng động học của xe

cao tính năng động học của xe

Chúng có sự khác biệt liên quan về cảm giảm và tiếng ồn động cơ, nhưng sẽ được cải thiện bởi kích cỡ động cơ

Là một loại hộp tự động, dựa trên hộp số MT, nhưng thay vì có ly hợp được bổ sung bằng bộ điều khiển điện- thủy lực

1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng hộp số ô tô ở việt nam

Vấn đề nghiên cứu sử dụng hiệu quả hộp số ô tô không chỉ được nghiên cứu bởi các nhà khoa học trên thế giới nói chung mà còn là vấn đề của các nhà khoa học trong nước nói riêng Hiện nay các công trình nghiên cứu khoa học hay trong các đề tài khoa học, luận văn Thạc sỹ, luận văn Tiễn sĩ nghiên cứu về tính chất động lực học của ô tô khi sử dụng nhiên liệu thay thế, đánh giá tính kinh tế kỹ thuật của ô tô, có thể kể đến như sau:

Nguyễn Quân (2004), Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện nhiệt hai chỗ ngồi

Luận văn thạc sĩ, Đại Học Kỹ thuật Thủ Đức

Hồ Sĩ Xuân Diệu (2009), Nghiên cứu thiết kế ô tô hybrid hai chỗ ngồi điện-nhiệt dùng LPG, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại Học Đà Nẵng

Nguyễn Tiến Lợi (2012), Nghiên cứu đánh giá mức độ hao mòn cho ly hợp xe ô-tô tập lái, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng – 2012

Lê Văn Tụy (2013), “ Ứng dụng băng thử CD-48” để nghiên cứu hao mòn ly hợp

ô tô do các yếu tố vận hành, Tạp chí KH&CN Đại học Đà nẵng, Số 3[64].2013

Lê Văn Tụy & các cộng sự (2015) Nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô Mini Hybrid DUT40 Đề tài KH&CN cấp cơ sở - kỷ niệm 40 năm thành lập trường Đại học

Bách khoa – Đại học Đà nẵng

1.4 Kết luận chương

Chức năng cơ bản của hộp số trên ô tô là truyền và thay đổi tốc độ cũng như mô men của động cơ tới các bánh xe chủ động Bên cạnh việc nâng cao hiệu suất truyền động thì hộp số ô tô ngày càng được chú trọng vào việc giảm tiêu hao nhiên liệu của ô

tô từ đó làm giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện- điện tử cho phép các ô tô thương mại và đặc biệt là trên các ô tô du lịch có xu hướng trang bị hộp số điều khiển tự động hóa như hộp số tự động AT, hộp số vô cấp CVT và hộp sô với ly hợp kép DCT ngày càng phổ biến Đối với mỗi loại hộp số kể trên đều có ưu nhược điểm khác nhau, tùy theo quan điểm cũng như mỗi thời điểm và khu vực mà các hãng xe sẽ định hướng theo từng hướng đi khác nhau Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại một số hạn chế nhất định, do vậy ngày nay bên cạnh việc nâng cao các biện pháp về mặt công nghệ các nhà nghiên cứu và các hãng xe cũng không ngừng cải tiến để đưa ra các giải pháp tối ưu nhất nhằm nâng cao tính công nghệ cũng như tính kinh tế nhiên liệu của ô tô

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 2.1 Tính chất động lực học ô tô

2.1.1 Cân bằng lực kéo của ô tô

2.1.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo

Công suất của động cơ được truyền đến bánh xe chủ động của ô tô qua hệ thống truyền lực Như vậy, công suất của động cơ sẽ bị tổn hao trong hệ thống truyền lực và công suất ở bánh xe chủ động sẽ nhỏ hơn công suất của động cơ phát ra Công suất của bánh xe chủ động thể hiện qua hai thông số là mô men xoắn và số vòng quay của bánh

xe chủ động Nhờ có mô men xoắn truyền tới bánh xe chủ động và nhờ có sự tiếp xúc của bánh xe chủ động với mặt đường cho nên tại vùng tiếp xúc của bánh xe chủ động với mặt đường sẽ phát sinh ra lực kéo tiếp tuyến theo chiều chuyển động Hình 2 1 mô

tả sơ đồ phân bố hệ thống truyền động trên ô tô

Hình 2 1 Sơ đồ phân bố hệ thống truyền động trên ô tô

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực được tính theo công thức sau:

𝑖! = 𝑛!

𝑛!" =

𝜔!

𝜔!" (2 1) Hiệu suất của hệ thống truyền lực được tính theo công thức sau:

Hình 2 2 Sơ đồ phân bố các lực lên ô tô trong trường hợp chuyển động tổng quát

Chú thích:

Pk : Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động

Pf1, Pf2 : Lực cản lăn tại bánh trước và bánh sau

Mf1, Mf 2 : Mô men cản lăn tại các bánh xe trước và bánh xe sau

Mj1, Mj2 : Mô men quán tính chuyển động quay các bánh xe trước và bánh xe sau

Pj : Lực quán tính chuyển động tịnh tiến

Pw : Lực cản không khí

Pm : Lực cản móc kéo

G : Tọa độ trọng tâm ô tô

Phương trình cân bằng lực kéo trong trường hợp chuyển động tổng quát của ô tô

𝑃! = 𝑃! ± 𝑃!+ 𝑃! ± 𝑃! + 𝑃! (2 5)

- Dấu của Pj phụ thuộc vào chuyển động nhanh dần hay chậm dần của ô tô Dấu (+) khi ô tô chuyển động chầm dần và ngược lại dấu (-) khi ô tô chuyển động nhanh dần

- Dấu của Pi phụ thuộc vào chiều chuyển động ô tô lên dốc hay xuống dốc Dấu (+) khi ô tô chuyển động lên dốc, và ngược lại dấu (-) khi ô tô chuyển động xuống dốc Trường hợp ô tô không kéo móc, ta có:

𝑃! = 𝑃!± 𝑃! + 𝑃!± 𝑃! = 𝑃!+ 𝑃!± 𝑃! (2 6) Xác định các lực cản chuyển động

- Lực cản lăn Pf :

𝑃! = 𝑓 𝐺 𝑐𝑜𝑠𝜃

- Lực cản lên dốc:

𝑃! = 𝐺 𝑠𝑖𝑛𝜃

𝑉 = 𝜔!" 𝑅!" = 𝜔!

𝑖! 𝑅!" =

𝜋𝑛!30𝑖!𝑅!" (2 8)

2.1.1.2 Đồ thị cân bằng lực kéo

Hình 2 3 Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô.

Phương trình cần bằng lực kéo của ô tô (2.7) có thể được biểu diễn bằng đồ thị, xây dựng quan hệ giữa lực kéo phát ra tại bánh xe chủ động Pk và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô V, nghĩa là : Pk = f (V) Hình 2 3 thể hiện đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô sử dụng hộp số điều khiển cơ khí MT, có năm số truyền, trong đó số 5 là số truyền thẳng

Khi sử dụng đồ thị cân bằng lực kéo ô tô có thể xác định được các chỉ tiêu động lực học ô tô khi chuyển động ổn định Ví dụ như vận tốc chuyển động lớn nhất của ô

tô Vmax Tại một vận tốc V1 xác định nào đó ta có thể xác định được lực cản thành phần, lực kéo tiếp tuyến Pk phát ra tại bánh xe chủ động, Lực kéo dư Pd tương ứng với mỗi số truyền Để xem xét đến khả năng có thể xảy ra sự trượt quay của bánh xe chủ động trên đồ thị cân bằng lực kéo cũng xây dựng thêm đường lực bám của các bánh xe chủ động phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của ô tô P𝜑, nghĩa là P𝜑 = 𝑓(𝑉)

Lực bám P𝜑 được tính theo biểu thức: 𝑃! = 𝑚𝐺!𝜑

Như vậy điều kiện thỏa mãn cho ô tô chuyển động ổn định, không bị trượt quay:

đó Thông số đó gọi là “Nhân tố động lực học ô tô”

Nhân tố động lực học ô tô được xác định theo biểu thức sau:

𝐷 = 𝑃𝐾− 𝑃𝜔

𝐺 =

1𝐺

Nếu tính đến khả năng bị trượt quay của bánh xe chủ động trong quá trình làm việc thì nhân tố động lực học cũng bị giới hạn theo điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường

Ta có lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của các bánh xe chủ động giới hạn bởi điều kiện bám như sau:

𝑃! ≥ 𝑃!"#$ ℎ𝑎𝑦 𝑚𝜑𝐺! ≥ 𝑃!"#$

Thay vào biểu thức (2.10) ta có nhân tố động lực học tính theo điều kiện bám như sau:

Hình 2 4 Đồ thị nhân tố động lực học của ô tô

Hình 2 4 thể hiện đồ thị nhân tố động lực học ô tô sử dụng hộp số điều khiển cơ khí MT gồm có năm số truyền, trong đó số 5 là số truyền thẳng khi ô tô đầy tải và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải

Trên đồ thị ta cũng xây dựng các đường cong 𝐷! = 𝑓(𝑣) và 𝜓 = 𝑓 𝑣 để xét mối quan hệ giữa nhân tố động lực học ô tô theo điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường và điều kiện cản của mặt đường

Nếu ô tô chuyển động trên đường bằng (f = 0) khi đó hệ số cản tổng cộng của mặt đường 𝜓 = f, khi đó hình chiếu giao điểm của đường cong nhân tố động lực học D của

số truyền cao nhất với đường cong hệ số cản tổng cộng của mặt đường chiếu xuống trục hoành ta xác định được vận tốc cực đại của ô tô

! Xác định độ dốc lớn nhất của ô tô

Trong trường hợp ô tô chuyển động ổn định, ta có D = 𝜓, khi đó ô tô sẽ chuyển động với vận tốc cực đại ứng với mỗi số truyền và tại đây ô tô không còn khả năng tăng tốc hay khắc phục lực cản được nữa Mặt khác, nếu biết hệ số cản lăn của loại đường ta có thể tìm được độ dốc lớn nhất của đường mà ô tô có thể khắc phục được ở một vận tốc cho trước tương ứng với mỗi số truyền khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải, được xác định như sau:

Theo (2.11) ta có: 𝐷 = 𝜓 = 𝑓 + 𝑖 → 𝑖 = 𝜓 − 𝑓 = 𝐷 − 𝑓

Hay độ dốc lớn nhất :

𝑖!"# = 𝜓!"# − 𝑓 = 𝐷!"# − 𝑓 (2 15)

! Xác định sự tăng tốc của ô tô

Dựa vào đồ thị nhân tố động lực học D = f(V) ta có thể xác định được sự tăng tốc của ô tô khi hệ số cản đã biết và khi ô tô chuyển động ở một số truyền bất kỳ với một vận tốc cho trước

! Xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô

Nhờ đô thị nhân tố động lực học D = f(v) của ô tô chúng ta sẽ xác định được sự tăng tốc của ô tô qua đồ thị J = f(v) Và cũng từ đây ta sẽ xác định thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc Đây là các chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá tính năng động lực học của ô tô

- Xác định thời gian tăng tốc của ô tô:

𝑑𝑡 → 𝑑𝑡 =

1

𝐽 𝑑𝑣 Thời gian tăng tốc của ô tô từ vận tốc V1 đến vận tốc V2 được tính theo công thức :

Tích phân (2.17) không thể giải bằng phương pháp giải tích, do nó không có quan

hệ phụ thuộc chính xác về mặt giải tích giữa sự tăng tốc ô tô J và vận tốc chuyển động

ô tô V Nhưng tích phân này có thể giải được bằng đồ thi dựa trên cơ sở đặc tính động lực học hoặc nhờ vào đồ thị gia tốc của ô tô J = f(v) Để tiến hành xác định thời gian tăng tốc của ô tô theo phương pháp tích phân bằng đồ thị, ta cần xây dựng đường cong nghịch đảo của gia tốc ở mỗi số truyền khác nhau theo vận tốc, nghĩa là xây dựng đồ thị 1/J = f(v) được thể hiện trên Hình 2 5

Ta giả thiết xây dựng đồ thị nghịch đảo của gia tốc 1/J = f (v) ở số truyền cao nhất của hộp số được thể hiện như trên Hình 2 5 a, lấy một phần diện tích nào đó tương ứng với khoảng vận tốc dv, phần diện tích được giới hạn bởi đường cong nghịch đảo của gia tốc 1/J = f (v), trục hoành và hai hoành độ tương ứng với sự biến thiên vận tốc

dv, sẽ biểu thị thời gian tăng tốc của ô tô Tổng cộng các diện tích nhỏ này lại ta được thời gian tăng tốc của ô tô từ vận tốc V1 đến vận tốc V2 và xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc của ô tô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô t = f (v) như trên Hình 2 5 b

Hình 2 5 Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ô tô

Giả sử ô tô tăng tốc từ vận tốc Vo = 10 [m/s] lên vân tốc Vn = 20 [m/s] thì cần có một khoảng thời gian được xác định bằng diện tích abcd được thể hiện trên Hình 2 5a

Để đơn giản cho việc xác định diện tích abcd ta chia nhỏ đoạn ab thành nhiều phần tương ứng với sự biến thiên vận tốc Vo V1, V2, …, Vn-1, Vn Lúc này ta xem mỗi phần nhỏ có diên tích gần với diện tích hình chữ nhật có các cạnh tương ứng là ∆𝑉 =(𝑉!!!− 𝑉!) và 1/Ji+1 , khi đó ta có

Trong quá trình trình tính toán và xây dựng đồ thị, ta cần lưu ý rằng:

Tại vận tốc lớn nhất của ô tô Vmax thì gia tốc J = 0 và do đó 1/J = ∞, vì vậy trong tính toán ta chỉ lấy vận tốc của ô tô khoảnh 0,95% Vmax

Tại vận tốc nhỏ nhất của ô tô Vmin thì lấy trị số t = 0

Đối với ô tô trang bị hộp số có cấp như hộp số cơ khí MT, hộp số điều khiển tự động hóa AT, khi chuyển số từ số thấp lên số cao xảy ra hiện tượng giảm vận tốc chuyển động của ô tô một khoảng Δ𝑉, trị số giảm vận tốc chuyển động của ô tô Δ𝑉 có thể xác định nhờ phương trình chuyển động lăn trơn của ô tô như sau:

Δ𝑉 = 𝜓𝑔Δ𝑡

Xác định thời gian tăng tốc ở tất cả các tay số, cần xây dựng đồ thị nghịch đảo của gia tốc theo vận tốc cho tất cả các tay số được thể hiện như Hình 2 6 Sau đó xác định thời gian tăng tốc cho tất cả các tay số bằng phương pháp tương tự như đối với một tay

số

Đồ thị trên Hình 2 6 cho phép giải quyết một loạt các vấn đề lên quan đến quá trình tăng tốc ô tô ở các tay số trung gian nói chung và xác định thời điểm chuyển từ

số này sang số khác hợp lý nhất nói riêng

Hình 2 6 Đồ thị nghịch đảo của gia tốc ở tất cả các tay số theo vận tốc và xác

định thời điểm chuyển số của ô tô

Từ đồ thị rõ ràng rằng, phần diện tích giới hạn giữa đường cong nghịch đảo của gia tốc theo vận tốc và trục hoành, các tung độ giới hạn bởi vận tốc đầu và cuối xác định thời gian tăng tốc của ô tô Vì vậy, thời gian tăng tốc sẽ nhỏ nhất chỉ khi thời điểm chuyển số được thực hiện ở tốc độ tương ứng với giao điểm của các đường cong nghịch đảo của gia tốc ứng với mỗi tay số

Nếu thời điểm chuyển số sớm hay muộn hơn tốc độ trên thì phần diện tích xác định thời gian tăng tốc sẽ tăng lên Phần tăng lên được thể hiện bằng các diện tích gạch chéo trên Hình 2 6.

Trường hợp này có thể xảy ra, ví dụ: khi có bộ phận hạn chế số vòng quay của động cơ Khi đó, các đường cong nghịch đảo của gia tốc ứng với mỗi tay số có thể sẽ không cắt nhau và thời gian tăng tốc sẽ lớn lơn khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay động cơ

- Xác định quãng đường tăng tốc của ô tô

Sau khi lập được đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động cuả ô tô V, ta có thể xác định được quãng đường tăng tốc của ô

tô tương ứng với thời gian tăng tốc đó:

𝑑𝑡 → 𝑑S = V𝑑t Quảng đường tăng tốc của ô tô S từ vận tốc V1 đến vận tốc V2:

𝑆 = 𝑉 𝑑𝑡

!!

!!

Tích phân (2.19) không thể giải bằng phương pháp giải tích, do nó không có quan

hệ phụ thuộc chính xác về mặt giải tích giữa thời gian tăng tốc ô tô và vận tốc chuyển động ô tô Vì vậy chúng ta cũng áp dụng phương pháp giải bằng đồ thị trên cơ sở đồ thị thời gian tăng tốc của ô tô

Trên Hình 2 5 b chúng ta lấy một phần nào đó diện tích tương ứng với khoảng biến thiên thời gian dt, phần diện tích được giới hạn bởi đường cong thời gian tăng tốc, trục tung và hai tung độ tương ứng với độ biến thiên thời gian dt, sẽ biểu thị quãng đường tăng tốc của ô tô Tổng cộng các diện tích nhỏ này lại, ta được quãng đường tăng tốc của ô tô từ vận tốc V1 tới vận tốc V2 và xây dựng được quãng đường tăng tốc của ô tô phụ thuốc vào vận tốc chuyển động của chúng S = f (v) được thể hiện như trên Hình 2 7

Hình 2 7 Đồ thị quãng đường tăng tốc của ô tô S = f (V)

Giả sử ô tô tăng tốc từ vận tốc Vo = 10 [m/s] lên vân tốc Vn = 20 [m/s] ô tô đi được một quãng đường được xác định bằng diện tích abcd như trên Hình 2 5 b

Để đơn giản cho việc xác định diện tích abcd ta chia nhỏ đoạn cd thành nhiều phần tương ứng với sự biến thiên thời gian dt , tương ứng với độ biến thiên vận tốc Vo, V1,

…, Vn-1, Vn Lúc này ta xem mỗi phần nhỏ có diên tích gần với diện tích hình chữ nhật

có các cạnh tương ứng là Vi+1 và ∆!= 𝑡!!!− 𝑡!, khi đó ta có:

Hình 2 8 Đồ thị tính toán thời gian tăng tốc t = f(V) và quãng đường tăng tốc

S = f(V) của ô tô tải gồm có chín số truyền

Xác định thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của ô tô theo đồ thị nhân tố động lực học tuy đơn giản nhưng thiếu chính xác, mặc dù đã bao hàm sự giảm vận tốc khi chuyển số Vì vậy, nó chỉ có giá trị trong phạm vi lý thuyết, còn trong thực tế người ta phải kiểm nghiệm lại bằng các thí nghiệm ô tô chuyển động trên đường

2.2 Động lực học quá trình gài số trong hộp số ô tô

2.2.1 Ảnh hưởng và tác dụng của ly hợp đến quá trình gài số

Ly hợp ô tô là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực Ly hợp dùng để ngắt, nối truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực Ngoài ra, ly hợp còn được dùng như một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải

Nếu ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sự dập răng, thậm chí có thể gây vỡ răng hộp số Hơn thế nữa, nếu ly hợp không tự động ngắt khi phanh đột ngột thì có thể gây quá tải cho cả hệ thống truyền lực

Để thấy rõ hơn ảnh hưởng và tác dụng của ly hợp đến việc gài số, ta hãy xét các quá trình gài số, quá trình phanh ôtô mà không mở ly hợp Hình 2 9 mô tả mô hình quá trình gài số

Hình 2 9 Sơ đồ nguyên lý mô hình hóa quá trình gài số

Trong đó:

ωe : Tốc độ góc trục khuỷu động cơ

ωb : Tốc độ góc trục ly hợp

ωa : Tốc độ góc trục thứ cấp hộp số

Je : Mô men quán tính khối lượng của bánh đà và các chi tiết chuyển động trong

động cơ (cả phần chủ động của ly hợp gắn trên bánh đà) qui dẫn về trục bánh đà, thứ

Mô men quán tính tương đương Ja có thể được xác định từ phương trình cân bằng động năng như sau :

𝐽! 𝜔!!

2 =

𝐺𝑔

Giả thiết việc gài số là trực tiếp bằng khớp răng (không có bộ đồng tốc) và không

ngắt ly hợp : bánh răng (4) vào ăn khớp với bánh răng (3), bỏ qua mô men xoắn động

cơ và mô men cản chuyển động của đường (vì mô men xung kích trong trường hợp này

là rất lớn so với chúng) Áp dụng phương trình mô men xung lượng trong thời gian

t [s] đối với chuyển động của hệ trục về phía bánh răng (4) :

𝑃!𝑟! 𝑡 = 𝐽! 𝜔!! − 𝜔! (2 24) Trong đó :

P4 : Lực tác dụng lên răng bánh răng (4) trong thời gian gài số t, [N];

r4 : Bán kính vòng lăn của bánh răng (4), [m];

ωa : Tốc độ góc của trục thứ cấp hộp số trước khi gài số, [rad/s];

ωa' : Tốc độ góc của trục thứ cấp hộp số sau khi gài số, [rad/s];

Tương tự, ta có phương trình mô men xung lượng trong thời gian t [s] đối với chuyển động của hệ trục về phía bánh răng (3) :

𝑃!𝑟! 𝑡 = 𝑗! + 𝑗!! 𝑖!"! 𝜔!

𝑖!"− 𝜔!!𝑖!" (2 25) Trong đó :

P3 : Lực tác dụng lên răng bánh răng (3) trong thời gian gài số t, [N];

r3 : Bán kính vòng lăn của bánh răng (3), [m];

ωb : Tốc độ góc của trục ly hợp trước khi gài số, [rad/s];

i12 : Tỷ số truyền của cặp bánh răng (1) và (2)

i34 : Tỷ số truyền của cặp bánh răng (3) và (4)

Vì P3 = P4, nên từ hai phương trình (2.24) và (2.25) ta rút ra được tốc độ góc của trục thứ cấp sau khi gài số ωa' Thế trở lại vào phương trình (2.25) ta có mô men xung lương tác dụng lên bánh răng (4) trong thời gian t là :

𝑃!𝑟! 𝑡 = 𝐽! 𝑗! + 𝑗!! 𝑖! 𝜔! − 𝜔!𝑖!

𝑗! + 𝑗!! 𝑖!!+ 𝑗! (2 26) Trong đó ih chính là tỷ số truyền của hộp số (ih = i12.i34)