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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 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 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 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 Ơ TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số : 8520116 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 phương pháp điều khiển hộp số ly hợp kép đến tính chất động lực học tơ” cơng trình nghiên cứu riêng Mọi kết nghiên cứu ý tưởng tác giả khác có trích dẫn đầy đủ Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Luận văn chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ toàn quốc nước chưa công bố phương tiên thông tin Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm mà cam đoan 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 Hồng Việt tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Các Thầy, Cơ Khoa Cơ khí giao thơng, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng ln tận tình dẫn, giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Lãnh đạo Trung tâm Đăng Kiểm Xe Cơ Giới Quãng Ngãi 7602D tạo điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn Gia đình toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Tác giả TRẦN ANH PHONG MỤC LỤC TÓM TẮT Bảng danh mục thuật ngữ viết tắt Bảng danh mục ký hiệu Danh mục hình Danh mục bảng I Lý chọn đề tài II Mục tiêu nghiên cứu III Đối tượng phạm vi nghiên cứu IV Phương pháp nghiên cứu V Ý nghĩa khoa học thực tiễn VI Dự kiến kết đạt VII Cấu trúc nội dung luận văn CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRANG BỊ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ 10 1.1 Tổng quan trang bị hộp số ô tô 10 1.1.1 Giới thiệu loại hộp số trang bị ô tô 10 1.1.1.1 Hộp số điều khiển 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 hộp số với hợp kép DCT 12 1.1.1.5 Hộp số sử dụng 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 tô giới 17 1.2.1 Xu hướng chung nghiên cứu phát triển hộp số ô tô giới 17 1.2.2 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ hộp số với ly hợp kép 18 1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng hộp số ô tô việt nam 20 1.4 Kết luận chương 21 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ơ TƠ 22 2.1 Tính chất động lực học tơ 22 2.1.1 Cân lực kéo ô tô 22 2.1.1.1 Phương trình cân lực kéo 22 2.1.1.2 Đồ thị cân lực kéo 24 2.1.2 Nhân tố động lực học 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 q trình gài số hộp số tô 32 2.2.1 Ảnh hưởng tác dụng ly hợp đến trình gài số 32 2.2.2 Động lực học trình gài số đồng tốc 35 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất động lực học tô 38 2.3.1 Ảnh hưởng tỷ số truyền truyền lực 38 2.3.2 Ảnh hưởng ly hợp 38 2.3.3 Ảnh hưởng hộp số đến tính chất tính chất động lực học tơ 39 2.3.3.1 Ảnh hưởng hộp số AT hộp số vơ cấp CVT đến tính chất động lực học ô tô 41 2.3.3.2 Ảnh hưởng hộp số với ly hợp kép DCT đến tính chất động lực học 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 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 gài số 51 3.2 Khảo sát hộp số ly hợp kép xe Ford Ecosport JK8 5D UEJA-AT-TITA 52 3.2.1 Cấu tạo chung hộp số với ly hợp kép Powrshift DPS6 53 3.2.2 Nguyên lý truyền động công suất 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 ngồi động sử dụng xe khảo sát 64 3.3.2 Xây dựng tính chất động lực học xe Ford EcoSport 65 3.3.2.1 Tính chất động lực xe Ford EcoSport 6DPS (DCT) 67 3.3.2.1 Tính chất động lực 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 Ơ TƠ 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 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 xe thực nghiệm 81 4.3 Thiết bị sử dụng trình thực nghiệm 81 4.3.1 Giới thiệu trang thiết bị thực nghiệm 81 4.3.2 Thiết bị chẩn đoán đa OBD Link USB 82 4.3.3 Quy trình thực nghiệm kết đo 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 đo 84 4.4 Xử lý kết đo 87 4.4.1 Phân tích số liệu thực nghiệm 87 4.4.2 Xử lý kết xe thực nghiệm Ford EcoSport DPS6 (DCT) 89 4.4.3 Xử lý kết 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 Ơ TƠ TĨM TẮT Hộp số với ly hợp kép loại hộp số điều khiển bán tự động tự động hóa hồn tồn Cấu trúc đặc trưng hộp số với ly hợp kép gồm mô đun ly hợp kép với hai trục sơ cấp hộp số vào lồng vào Trong ly hợp thứ điều khiển trục vào (trục sơ cấp) thứ hộp số, có bánh chuyển số lẻ Ly hợp lại điều khiển trục vào thứ hai có bánh chuyển số chẵn Về hiểu hộp số với ly hợp kép kết hợp hai hộp số khí thơng thường mà q trình làm việc chúng luân phiên Với chế chọn số trước làm việc luân phiên ly hợp, nhờ mô men xoắn chuyển đổi từ động sang bánh xe chủ động khơng bị gián đoạn q trình chuyển số Do đó, hộp số với ly hợp kép cung cấp trình chuyển số cách nhanh chóng mà khơng giảm hiệu tiêu hao nhiên liệu Đề tài sâu vào nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng phương pháp điều khiển hộp số với ly hợp kép đến tính chất động lực học ô tô Thể qua tiêu đặc trưng thời gian tăng tốc qng đường tăng tốc xe Bên cạnh tính tốn lý thuyết, đề tài tiến hành thực nghiệm xác định tiêu với xe Ford Ecosport trang bị hộp số với ly hợp kép cấp Powershift DPS6 Nhằm đánh giá kiểm nghiệm mức độ xác phương pháp lý thuyết so với thực tế Từ khóa: Hộp số với ly hợp kép, 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 thuật ngữ viết tắt TT Ký hiệu Tên tiếng Anh MT Manual Transmission Hộp số khí AT Automatic Transmission Hộp số tự động CVT DCT Dual Clutch Transmission Hộp số với ly hợp kép AMT Automatic Manual Transmission Hộp số bán tự động PSD Power Split Device Thiết bị phân chia công suất MG1 Motor/generate Động cơ/ máy phát MG2 Motor/generate Động cơ/ máy phát P Parking số đỗ 10 R Reverse Số lùi 11 N Neutral Số trung gian 12 D Drive Số tiến 13 ECM Electronic Control Module Mô đun điều khiển động 14 ECT Electronic Control Transmission Hộp số điều khiển điện tử 15 OD Overdrive Số truyền tăng Continuously Variable Transmission Tên tiếng Việt Hộp số vô cấp Bảng danh mục ký hiệu TT Ký hiệu Đơn vị Mô tả PK N Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động Pf N Lực cản lăn Pi N Lực cản lên dốc Pj N Lực cản quán tính Pm N Lực cản móc kéo PA N Lực gài số tác dụng lên ống gài f - 𝜌 kg/m3 CD 10 A m2 11 i - Độ dốc đường 12 𝜃 rad Góc dốc đường 13 G Kg Trọng lượng toàn ô tô 14 𝜓 - Hệ số cản tổng cộng 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 ô tô 18 S m Quãng đường tăng tốc ô tô 19 t s Thời gian tăng tốc ô tô 20 Rbx mm Bán kính bánh xe chủ động 21 𝜂! - Hiệu suất hệ số truyền lực 22 𝑖! - Tỷ số truyền hệ thống truyền lực 23 i0i - Tỷ số truyền truyền lực Hệ số cản lăn Khối lượng riêng khơng khí Hệ số cản khơng khí Diện tích cản diện 95 [15] J.Y.Wong, Theory of ground vehicle, A wiley-intersience publication John wiley& Sons, New York, (1998) [16] Marius-Valentin BAȚAUS, Nicolae VASILIU ,U.P.B Sci Bull “Modeling of a Dual clutch Transmission for real - time simulation”; Series D, Vol 74, Iss 2, 2012 [17] Mohammad adhitya, Rashad Mustafa “A New Control Strategy of Wet Dual Clutch Transmission (DCT) Clutch and Synchronizer for Seamless Gear Preselect” 2012 SAE International; 2013-01-0340 [18] Xiaohui Xia “ Shifting Control and Analysis of Dual Clutch Transmission of Automobile” Changzhou College of Information Technology, Changzhou, Jiangsu 213164, ChinaInternational Journal of Control and Automation Vol.8, No.12 (2015), pp.241-252 [19] Ayman Moawad, Aymeric Rousseau “Impact of Transmission Technologies on Fuel Efficiency” 2003 Final Repor; Energy Systems Division Argonne National Laboratory Argonne, IL 60439 [20] Sameh Bdran, Samo Saifullah, and Ma Shuyuan “An Overview on Control Concepts of Push-Belt CVT”,; IACSIT International Journal of Engineering and Technology, Vol 4, No 4, August 2012 [21] Michiel Pesgens Bas Vroemen, Frans Veldpaus and Maarten Steinbuch “Control of a Continously Variable Transmission in an Expremantal vehicle”; Technische Universiteit Eindhoven, P.O Box 513, 5600 M.B Eindhoven, The Netherlands Drivetrain Innovations b.v., Horsten 1, 5612 AX, The Netherlands [22] Bashar Alzuwayer, Aviral Singh, Prasanth Muralidharan, Zhijun Han (2016) “Model Based Pressure Control of a Push Belt Continuously Variable Transmission” Modern Mechanical Engineering, 2016, 6, 99-112 [23] Committee on the Assessment of Technologies for Improving Fuel Economy of Light-Duty Vehicles, Phase 2; Board on Energy and Environmental Systems; Division on Engineering and Physical Sciences; National Research Council, “Cost, effectiveness and Deployment of FE technologies for light-duty vehicles” [24] Gisbert Lechner Harald Naunheimer in Collaboration With Joachim Ryborz , “ Automomtive transmission, Fundametals, selection, Design and Aplication” 96 [25] www.sersc.org/journals/IJCA/vol8_no12/22.pdf [26] www.schaeffler.com/ /LuK_TecBr_2CT_Basis_LowRes_GB.pdf [27]http://www.seminarsonly.com/mech%20&%20auto/dual-clutchtransmission-seminar-report-ppt.php [28]https://www.atzmagazine.com/download/More%20Efficiency %20with%20the%20Dry%20Seven-speed%20Dualclutch%20Transmission %20by%20Hyundai.pdf [29]https://www.researchgate.net/publication/241078694_Dynamic_ and_kinematic_model_of_a_dual_clutch_transmission [30] www.wseas.us/e-library/transactions/systems/2009/32-478.pdf [31] www.scientificbulletin.upb.ro/rev_docs_arhiva/full332_ 767059.pdf [32]http://www.infineuminsight.com/insight/dec-2013/transmissions-deliverfuel-economy [33]https://gar44.blogspot.com/2016/02/pengertian-tentang-continouslyvariable.html [34] https://www.topspeed.com/cars/ford/2014-ford-fiesta-ar160008.html [35]http://www.infineuminsight.com/insight/dec-2013/transmissions-deliverfuel-economy [36] http://ecomodder.com/wiki/index.php/Vehicle_Coefficient_of_Drag_List [37] http://www.team-bhp.com/forum/technical-stuff/168683-ford-powershiftdual-clutch-transmission-dct-technical-overview.html [38]https://www.audi-technology-portal.de/en/drivetrain/transmissiontechnologies/s-tronic_en ... 94 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ LY HỢP KÉP ĐẾN TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC Ơ TƠ TĨM TẮT Hộp số với ly hợp kép loại hộp số điều khiển bán tự động tự động hóa hồn... 2.3.2 Ảnh hưởng ly hợp 38 2.3.3 Ảnh hưởng hộp số đến tính chất tính chất động lực học ô tô 39 2.3.3.1 Ảnh hưởng hộp số AT hộp số vô cấp CVT đến tính chất động lực học tơ ... phương pháp điều khiển hộp số ly hợp kép đến tính chất động lực học ô tô làm đề tài nghiên cứu với mong muốn tìm hiểu, khảo sát tính hộp số với ly hợp kép II Mục tiêu nghiên cứu - Khẳng định tính