Chạy mô phỏng với tín hiệu đầu vào được giả lập có độ mở bướm ga tăng dần theo thời gian từ 30% đến 60% trong vòng 50 giây. Kết quả mô phỏng giúp ta thấy được quá trình chuyển số của hộp số dựa trên hai tín hiệu đầu vào là bướm ga và tốc độ xe. Ngoài ra mô phỏng còn hiển thị các kết quả về tốc độ, moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực như động cơ, trục sơ cấp, trục thứ cấp, bánh xe và độ trượt của bánh xe.
49
4.2.1. Kết quả quá trình chuyển số.
Nhận xét:
Bằng việc chạy mô phỏng trong vòng 50 giây với độ mở bướm ga tăng dần theo thời gian từ 30% đến 60%. Kết quả mô phỏng được vận tốc xe tăng tốc từ 0 đến 46 mph và các thời điểm chuyển số. Qua đó ta thấy được mối quan hệ giữa thời điểm chuyển số với hai tín hiệu đầu vào là tốc độ xe và độ mở bướm ga, cụ thể như sau:
Tay số 1: Từ lúc bắt đầu đến giây thứ 4 với tốc độ xe là 0 mph và độ mở bướm ga 30% thì xe sẽ ở tay số 1với khả năng tăng tốc từ 0 đến 9 mph trong vòng 4 giây.
Tay số 2: Tại thời điểm giây thứ 4 xe đạt được tốc độ 9 mph và độ mở bướm 32% sẽ chuyển sang tay số thứ 2. Từ giây thứ 4 đến giây thứ 14, xe tăng tốc từ 9 đến 22 mph trong vòng 10 giây.
50 Tay số 3: Tại thời điểm giây thứ 14 xe đạt được độ mở bướm ga 38% và tốc độ xe là 22 mph thì sẽ chuyển sang tay số thứ 3. Từ giây thứ 14 đến giây 50, xe tăng tốc từ 22 đến 46 mph trong vòng 36 giây.
Với việc chuyển số như vậy, tốc độ xe đã tăng liên tục theo độ mở bướm ga.
4.2.2. Kết quả tốc độ và moment trong hệ thống truyền lực.
Hình 4.8 Đồ thị tốc độ trong hệ thống truyền lực
51 Nhận xét:
Qua kết quả đồ thị mô phỏng trên ta thấy được mối quan hệ giữa tốc độ và moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực thông qua các tỉ số truyền khác nhau. Động cơ hoạt động với tốc độ ban đầu là 960 rpm (tùy chỉnh), đạt được tốc độ cực đại lên tới 2385 rpm trong vòng 50 giây, tuy nhiên tại các thời điểm chuyển số thì tốc độ động cơ sẽ tăng vọt và sau đó giảm xuống là bởi tỉ số tốc độ của bộ biến mô.
Dựa vào đồ thị trên ta thấy được:
Mối liên hệ giữa tốc độ của động cơ và trục sơ cấp đó là nhờ vào bộ biến mô với chức năng truyền và ngắt moment từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số.
Mối liên hệ giữa tốc độ trục sơ cấp và trục thứ cấp đó là nhờ vào hộp số với chức năng lựa chọn các tay số có tỉ số truyền phù hợp với tốc độ và moment của xe đang cần.
Mối liên hệ giữa tốc độ trục thứ cấp và bánh xe là nhờ vào bộ truyền lực chính với chức năng đưa moment từ hộp số đến bánh xe. Tỉ số truyền lực chính trên xe là 4.045.
Ví dụ: Ở giây thứ 5, tốc độ động cơ đạt được 1405 rpm và moment là 59 N*m sau khi đi qua bộ biến mô tốc độ động cơ đã giảm xuống còn 733 rpm nhằm tăng moment lên 67 N*m trước khi đưa vào hộp số, dòng truyền công suất ở đầu ra của hộp số đã giảm tốc độ xuống còn 472 rpm và tăng moment lên 104 N*m trước khi đến trục bánh xe, tỉ lệ này đúng với tỉ số truyền ở tay số thứ 2 của hộp số là 1.552, dòng truyền công suất ở bánh xe đã giảm tốc độ xuống còn 117 rpm và tăng moment lên 211 N*m đó là nhờ vào tỉ số truyền lực chính.
Dựa vào mô phỏng ta có thể hình dung được thực tế xe sẽ cho ra dòng công suất và hoạt động như thế nào, tuy có một vài sai số như ở đồ thị moment vào giây thứ 4 và 14 đã bị nhiễu, đó là do bánh xe đang bị trượt khi chuyển số ngoài ra có thể là do việc mô phỏng vẫn chưa chính xác khi tính toán quán tính của bánh xe.
52
4.2.3. Kết quả độ trượt bánh xe.
Nhận xét:
Dựa vào đồ thị ta thấy được giữa tốc độ xe và tốc độ bánh xe không có chênh lệch sai số lớn bởi mô phỏng ta chạy trên đường phẳng, không nghiêng, không lực cản mặt đường chính vì thể ta thấy độ trượt bánh xe rất thấp chỉ dao động từ 0.01 %. Ở vị trí chuyển số thì sai số này sẽ bị nhảy vọt lên dao động từ 0.06 và 0.07 %, càng về các cấp số sau thì độ trượt khi chuyển số càng nhỏ dần và đây cũng là lí do dẫn đến việc trượt của dòng truyền moment mỗi khi chuyển số.
4.3. Trường hợp mô phỏng, kiểm nghiệm hiệu năng xe theo chu trình thử ECE R15.
Hình 4.10 Đồ thị độ trượt bánh xe, tốc độ xe và bánh xe
53
Hình 4.13 Đồ thị moment trong hệ thống truyền lực
Chạy mô phỏng hộp số tự động U340E với chu trình chạy thử ECE R15 sử dụng bộ điều khiển PID trong vòng 195 giây. Kết quả mô phỏng cho ta thấy được tốc độ và moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực, và hiệu năng của xe để qua đó đánh giá khả năng hoạt động của hộp số U340E trên xe Vios 1.5 G 2012.
4.3.1. Kết quả tốc độ và moment trong hệ thống truyền lực.
54 Nhận xét:
Kết quả đồ thị ở mô phỏng này cho ta thấy được mối quan hệ giữa tốc độ và moment của các thành phần trong hệ thống truyền động thông qua các tỉ số truyền khác nhau.
Động cơ bắt đầu với tốc độ 960 rpm và đạt tốc độ cực đại 2416 rpm. Chu trình chạy thử gồm các chế độ tăng tốc, giữ tốc và giảm tốc xuống vị trí 0 rpm thế nên tốc độ của động cơ ở trạng thái cầm chừng (750 rpm) và có xu hướng dao động từ 700 rpm đến 850 rpm để duy trì động cơ khi tốc độ chu trình ở vận tốc 0. Điều đó dẫn đến tốc độ và moment của các trục khác cũng có xu hướng dao động, nhưng sai số dao động đã được giảm dần khi dòng công suất đi qua các bộ phận trong hệ thống. Cụ thể hơn ta có thể so sánh đường tốc độ của động cơ và tốc độ của trục thứ cấp để thấy được điều này.
Ngoài ra việc lựa chọn hệ số Kp, Ki chưa phù hợp cho bộ điều khiển lái cũng dẫn đến sự dao động khi xe đang chạy với vòng tua cao ở chế độ tăng tốc và giữ tốc.
4.3.2. Hiệu năng của xe.
Nhận xét:
Xe chạy trong chu trình chạy thử ECE R15 với ba dãy tốc độ khác nhau trong vòng 195 giây, thông qua bộ điều khiển lái (Driver). Từ kết quả đồ thị mô phỏng trên ta thấy được tốc độ của xe bám sát theo đường tốc độ của chu trình, sai số chênh lệch rất ít hầu như không có chênh lệch, điều đó chứng tỏ khá năng đáp ứng tốt trong các chế độ tăng tốc (lần lượt từ 0 đến 9mph, 0 đến 20mph và 0 đến 31mph), giữ tốc (lần lượt từ 9 mph,
55 20 mph và 31 mph) và giảm tốc (lần lượt từ 9mph về 0, 20 mph về 0 và 31 mph về 0) trong điều kiện chu trình mô phỏng. Tuy còn một vài dãy tốc độ vẫn còn xuất hiện các sai số giữa tốc độ xe và chu trình, đó là do thông số Kp và Ki ta chọn cho bộ điều khiển lái vẫn chưa được phù hợp nhất.
Từ những kết quả trên ta thấy được hộp số tự động U340E với các tỷ số truyền (2.847, 1.552, 1.000, 0.700) có bốn cấp số và bộ điều khiển dựa trên hai tín hiệu bướm ga và tín hiệu phản hồi tốc độ của xe phù hợp với động cơ 1NZ-FE được sử dụng trên xe Toyota Vios 1.5G 2012.
56
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1. Kết luận.
Thông qua đề tài “Ứng dụng MATLAB SIMULINK mô phỏng đánh giá hộp số tự động
U340E” chúng tôi nghiên cứu đã thực hiện được những nội dung sau:
Đã nghiên cứu về lý thuyết cơ bản của quá trình chuyển số, lý thuyết và chế độ điều khiển sự sang số của hộp số trên cơ sở các tài liệu và hệ thống thực tế trên xe.
Phân tích bản chất vật lý cơ bản, công thức và ứng dụng phần mềm Matlab Simulink, (Simscape Driveline, Statefow) để diễn tả, mô phỏng trạng thái làm việc của hộp số. Quá trình mô phỏng đã hoàn thành các nội dung:
- Xây dựng được mô hình mô phỏng.
- Xác định giá trị các thông số của mô hình mô phỏng. - Xác định các thông số (điều kiện, tín hiệu) đầu vào, đầu ra. - Xác định và đánh giá được bằng kết quả (dưới dạng đồ thị).
Đề tài có ý nghĩa thực tiễn là đóng góp vào nghiên cứu khoa học chuyên ngành ô tô.
- Nghiên cứu về thiết kế hộp số tự động trên xe ô tô.
- Kiểm nghiệm, đánh giá hiệu năng của hộp số và động cơ.
- Kết quả thu được có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho quá trình đào tạo ngành cơ khí động lực.
5.2. Hướng phát triển của đề tài và kiến nghị.
Đánh giá thêm tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ khi mô phỏng trong chu trình chạy thử.
Tính toán lại thời điểm chuyển số để tối ưu nhất hiệu năng của động cơ và hộp số. Xét thêm các yếu tố ảnh hưởng như lực cản của mặt đường, gió để mô phỏng đa dạng trong nhiều trường hợp.
57
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hộp số tự động, Công ty Toyota Việt Nam.
[2] https://cardiagn.com/u340e-and-u441e-automatic-transaxles-service-manual-chassis/
[3] http://timtailieu.vn/tai-lieu/bai-giang-simulink-trong-matlab-36601/
[4] https://ch.mathworks.com/help/physmod/sdl/examples.html