2. Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài
2.2.4 Mô hình khối điều khiển chuyển số
Sơ đồ nguyên lý điều khiển hộp số tự động được mô tả trên hình 2.19. Khi ô tô chuyển động, người lái tác động lên bàn đạp ga ở một mức độ nhất định nhằm đạt được vận tốc mong muốn (Va) trong điều kiện đường xá cụ thể (thể hiện bằng tổng lực cản Fx). Để đáp ứng được yêu cầu của người lái, động cơ phải cung cấp một công suất Ni, được xác định như sau:
a i t F V N (2.10)
- Góc mở bướm ga; Va - vận tốc ô tô; F - lực cản bánh xe; 1 - tín hiệu từ cảm biến vi trí bướm ga; 2 - tín hiệu vận tốc trục ra hộp số; 3 - tín hiệu điều khiển sang số
Hình 2.19 Nguyên lý chuyển số hộp số tự động [10]
Như vậy, có thể thấy rằng vị trí của bàn đạp ga tương ứng với một mức công suất mà động cơ phải cung cấp để đáp ứng yêu cầu chuyển động theo mong muốn của người lái. Trong quá trình hoạt động, công suất yêu cầu thường xuyên thay đổi do vận tốc thay đổi tùy theo điều kiện giao thông và lực cản cũng thay đổi do trạng thái hay độ dốc cùa mặt đường. Chằng hạn, khi lực cản tăng lên (chuyển động lên dốc) vận tốc ô tô sẽ giảm, lúc này người lái sẽ tăng thêm mức ga nhằm duy trì vận tốc mong muốn. Tuy nhiên, nếu tăng ga hết cỡ (góc mở bướm ga đạt giá trị lớn nhất max) mà lực kéo vẫn không đủ để thắng lực cản thì vận tốc ô tô giảm dần, kéo theo vận tốc của động cơ và dẫn đến hiện tượng chết máy. Đây là lúc cần phải tăng tỷ số truyền của hệ thống truyền lực bằng cách chuyển về số thấp hơn. Ngược lại, khi cần tăng tốc ô tô trong điều kiện đường xá thuận lợi thì người lái tăng dần mức ga tới khi động cơ đạt tới vận tốc giới hạn thì vận tốc của ô tô không tăng được nữa. Lúc này phải chuyển sang cấp số cao hơn (giảm tỷ số truyền) để ô tô có thể tiếp tục tăng tốc ở dải vận tốc cao hơn. Vì vậy, đổi với hệ thống truyền lực có
cấp, công suất được truyền tới các bánh xe chủ động được phân bố ở các dải tốc độ khác nhau tùy theo tỷ số truyền (xem hình 2.20).
Tóm lại, điều kiện để chuyển số phụ thuộc chủ yếu vào hai thông số: độ mở bướm ga và vận tốc của ô tô. Vì vậy, hệ thống điều khiển hộp số tự động được thiết kế để thực hiện việc sang số dựa trên sự kết hợp của hai thông tin trên.
Độ mở bướm ga được xác định nhờ một cảm biến góc quay đặt trên trục của nó, còn vận tốc của ô tô được đo gián tiếp thông qua vận tốc trục thứ cấp của hộp số nhờ một cảm biến vận tốc góc (hình 2.19). Dựa trên các thông tin do các cảm biến cung cấp, hệ thống điều khiển thực hiện sang số cho phù hợp với điều kiện chuyển động. Chẳng hạn, nếu góc mở của bướm ga lớn mà vận tốc của trục thứ cấp lại nhỏ thì phải chuyển về số thấp hơn và ngược lại.
Hình 2.20 Đồ thị công suất ở các cấp số khác nhau
Ta xét đồ thị đặc tính thể hiện trên hình 2.20. Có thể thấy rằng, nếu độ dốc của đường bằng 0 và vận tốc chuyển động giới hạn trong khoảng từ 15- 20 km/h thì ô tô chỉ có thể chuyển động ở cấp số 1 hoặc 2, còn trong dải vận tốc từ 40 - 60 km/h thì tất cả các cấp số đều có thể được sử dụng. Ở các dải vận tốc khác nhau, khả năng cung cấp mô men tại bánh xe chủ động phụ thuộc vào cấp số được sử dụng. Chẳng hạn, nếu điều kiện chuyển động yêu cầu phải
cung cấp công suất là 50 kW ở vận tốc 50 km/h thì chỉ có cấp số 1 là có thể đáp ứng. Nhưng nếu mức công suất yêu cầu giảm xuống 40 kW thì số 1 và số 2 đều có thể được sử dụng. Như vậy, trong một điều kiện cụ thể ô tô có thể chuyển động được ở nhiều cấp số khác nhau. Vì vậy, để có thể lựa chọn được cấp số hợp lý nhất cần phải dựa trên các tiêu chí phụ khác (ngoài công suất và vận tốc). Tiêu chí quan ữọng hơn cả trong trường họp này chính là mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu.
Hình 2.21 Mô hình khối điều khiển chuyển số
Trên thực tế, để hệ thống điều khiển có thể hoạt động được thì cần đặt ra giá trị ngưỡng cho các tín hiệu từ các cảm biến. Khi giá trị tín hiệu của các cảm biến đạt tới ngưỡng giới hạn thì hệ thống thực hiện việc sang số. Mối
quan hệ giữa các giá trị ngưỡng này được gọi là quy luật sang số. Vì vậy, để thiết kế hệ thống điều khiển hộp số tự động người ta phải xây dựng quy luật sang số theo các tiêu chí đã chọn trước [10,22].
Trong luận văn này, mô hình khối điều khiển chuyển số được xây dựng bằng modul Stateflow như trình bày trên hình 2.21