Theo tài liệu, lý thuyết dòng lực dựa trên ba khái niệm cơ bản: Nhân tố lực, nhân tố vận tốc và nhân tố công suất của dòng năng lƣợng truyền đi trong một đơn vị thời gian. Khi đó một dòng mang năng lƣợng từ vị trí này đến một vị trí khác
34
đƣợc gọi là dòng có hƣớng, nếu năng lƣợng chỉ khuếch tán trong không gian thì đƣợc gọi là dòng khuếch tán. Đối với hệ thống truyền lực cơ khí, nhân tố lực của dòng có hƣớng là mô men xoắn M đặt trên trục truyền, nhân tố vận tốc là vận tốc góc w của trục quay. Khi đó nhân tố công suất N của dòng truyền qua trục sẽ đƣợc tính theo công thức 1.33.
N = Mw (1.33)
Lý thuyết dòng lực cũng chỉ ra rằng, cho dù kết cấu biến đổi có trong hệ thống truyền lực ô tô có đa dạng đến mức độ nào đi nữa, tất cả chúng đều bao gồm các phần tử của hai dạng sau đây:
- Kết cấu biến đổi nhân tố lực khi không thay đổi nhân tố vận tốc. - Kết cấu biến đổi nhân tố vận tốc khi không thay đổi nhân tố lực.
Các kết cấu này đƣợc liên kết với nhau thông qua các trục truyền dẫn năng lƣợng, tổng hợp lại chúng tạo ta các nút này hoặc nút khác của hệ thống truyền lực hay bộ truyền.
Chúng ta có thể phát biểu hai nguyên lý của lý thuyết dòng lực nhƣ sau: - Tổng giá trị các nhân tố công suất của các dòng tuyệt đối và dòng tƣơng
đối của một điểm nút bằng không (công thức 1.34)
- Tổng giá trị các nhân tố lực của các dòng đồng nhất của điểm nút bằng không. (Công thức 1.34)
+ = 0 (1.34) = 0 (1.35) Trong đó:
qk: Véc tơ nhân tố lực của dòng thứ k.
uk: Véc tơ nhân tố vận tốc của dòng thứ k.
Np’: Nhân tố công suất của dòng tƣơng đối thứ p. Với
(1.36) = q. (1.37) Trong đó:
35
u1 , u2: Nhân tố vận tốc tuyệt đối của hai dòng vô hƣớng 1 và 2. : u1,2 : Nhân tố vận tốc tƣơng đối của dòng 1 so với dòng 2.
Hình 1.12. Ký hiệu các nhân tố của dòng lực
Phƣơng pháp dòng lực ra đời từ những năm 50 của thế kỷ XX, nhƣng vì các hệ thống truyền lực lúc đó còn ở dạng đơn giản, nên phƣơng pháp này ít đƣợc chú ý và sử dụng trong ngành kỹ thuật xe máy. Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, xuất hiện nhiều loại xe có hệ thống truyền lực phức tạp và có chất lƣợng vƣợt trội nhƣ hệ thống truyền lực thuỷ cơ, hệ thống truyền lực thay đổi liên tục (CVT), hệ thống truyền lực nhiều dòng công suất v.v., thì việc tính toán các hệ thống truyền lực đó bằng phƣơng pháp lực trở lên khó khăn. Phƣơng pháp dòng lực bắt đầu đƣợc sử dụng ngày một rộng rãi và đƣợc khẳng định là một phƣơng pháp tiên tiến, đáp ứng đƣợc các yêu cầu tính toán khắt khe của các hệ thống truyền lực phức tạp.
Phƣơng pháp dòng lực là phƣơng pháp tính toán dựa trên cơ sở sơ đồ hoá hệ thống truyền lực bằng các nút và các dòng truyền, trong đó điểm nút là điểm thay đổi trạng thái và dạng chuyển động, các dòng truyền công suất trong hệ toạ độ không gian và thời gian đƣợc gọi là dòng lực.
Sự thay đổi trạng thái dòng lực đƣợc hình thành tại các nút nhánh. Nút nhánh đƣợc đặc trƣng bởi nhân tố lực. Sự thay đổi dạng dòng lực đƣợc hình thành tại các nút động lực. Nút động lực đƣợc đặc trƣng bởi nhân tố vận tốc. Tuy nhiên, khi thiết lập sơ đồ dòng lực, không phải lúc nào cũng cần thiết phải biểu diễn các điểm nút là nút nhánh hay nút động lực. Trong nhiều trƣờng hợp có thể và cần phải thiết lập sơ đồ dòng lực với những điểm nút tổng quát. Tại nút tổng quát đồng thời diễn ra sự thay đổi trạng thái và dạng của dòng lực. Đặc tính của các điểm nút tổng
36
quát đƣợc thể hiện bằng các đẳng thức phản ánh tính chất của chúng.
Hình 1.13. Ký hiệu chung của các điểm nút a. Nút nhánh; b. Nút động lực; c. Nút tổng quát.
Nếu nhƣ nút nhánh chỉ tồn tại ở hai dạng là nút phân công suất và nút hợp công suất, thì nút động lực đa dạng hơn rất nhiều và đƣợc sử dụng thƣờng xuyên trong mô hình hệ thống truyền lực. Các dạng đặc trƣng của nút động lực trong mô hình hệ thống truyền lực là nút trƣợt, nút phanh, nút không tải, nút xuyên suốt, nút biến đổi dạng chuyển động...
a b c d
Hình 1.14. Một số dạng nút động lực
a. Nút biến đổi dạng chuyển động; b. Nút trượt; c. Nút không tải; d. Nút xuyên suốt
Các yếu tố lực và vận tốc của mọi dòng lực đều tuân theo hai nguyên tắc cơ bản sau là nguyên tắc cân bằng động lực và nguyên tắc bảo toàn vận tốc tƣơng đối của dòng lực kín. Tuy nhiên, cần phải lƣu ý rằng dòng lực cuối cùng không phải đƣợc đặc trƣng bởi yếu tố lực hay vận tốc, mà bằng công suất. Hai nguyên tắc cơ bản và đặc tính của các điểm nút cho phép ta thiết lập một hệ phƣơng trình kín biểu diễn chuyển động của dòng lực. Giải hệ phƣơng trình này ta tìm đƣợc các giá trị yếu tố lực và vận tốc theo giá trị các yếu tố ban đầu, và đó chính là bản chất của phƣơng pháp dòng lực.
Vì dòng lực là mô hình hoá sự truyền lực giữa các vật thể tƣơng tác, nên phƣơng pháp dòng lực là phƣơng pháp chung để tính toán dòng lực đối với mọi truyền động, bất kể đó là truyền động cơ khí, điện hay thuỷ lực. Biểu diễn hình học các điểm nút và dòng truyền ta sẽ đƣợc sơ đồ dòng lực. Dòng truyền bao giờ cũng
a, u=const b,q=const c, q=var q=var u=var u=var
37
có hƣớng từ khâu chủ động (nơi có công suất cao) đến khâu bị động (nơi có công suất thấp hơn) với tổn hao nào đó (đƣợc tính thông qua hiệu suất η). Phƣơng pháp dòng lực là một trong những phƣơng pháp rất thuận lợi trong việc biểu diễn, phân tích và tính toán các hệ thống truyền lực phức tạp, nhiều dòng công suất, đặc biệt là trong hệ thống truyền lực có dòng lực kín, tuần hoàn công suất. Phƣơng pháp này cho phép lập trình để tính toán hệ thống truyền lực một cách linh hoạt, dễ dàng thay đổi tuỳ theo kết cấu của hệ thống và thông số điều khiển, làm cơ sở cho việc giải các bài toán tối ƣu về thiết kế và điều khiển.
Từ các phân tích trên, ta thấy phƣơng pháp dòng lực có nhiều ƣu điểm trong việc tính toán hệ thống truyền lực, đặc biệt là nghiên cứu hiện tƣợng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực của ô tô có hai hay nhiều cầu chủ động. Ngày nay, sự phát triển của công nghệ thông tin với sự xuất hiện của nhiều công cụ tính toán hiện đại đã mang lại nhiều thuận lợi cho việc nghiên cứu một cách tƣơng đối đầy đủ các quá trình hoạt động của những hệ thống truyền lực phức tạp sát với điều kiện hoạt động thực tế.
Một trong những công cụ nhƣ vậy đã đƣợc sử dụng rộng rãi chính là mô đun SimDriverLine của phần mềm Matlab.