TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.3.2.Các nghiên cứu về điều khiển truyền động vô cấp
Các khía cạnh nghiên cứu nhằm điều khiển lực ép phù hợp vào puli để đạt đƣợc một tỷ số truyền mong muốn là một phần tất yếu của nghiên cứu CVT hơn hai thập kỷ qua. Nghiên cứu để phát triển một hệ thống điều khiển lực ép CVT tối ƣu không phải là một nhiệm vụ dễ dàng do hai mục tiêu cần phải đối diện đó là: giảm tiêu thụ nhiên liệu và các yêu cầu điều khiển puli / tốc độ thay đổi tải trọng
2200 v/p 40 Nm 9,2 kW(12,5ML) Truyền động vô cấp (i=0,34-2,92) Li hợp R I I II 1,5 12,75 km/h 22,75 4 1 8,5 R Phanh II Dải tốc độ
(mà điều này phụ thuộc vào khả năng truyền mô-men xoắn hệ thống CVT). Sự điều khiển chính xác vị trí và tốc độ thay đổi nhanh chóng là một điều kiện tiên quyết để đáp ứng những mục tiêu này. Vì vậy, thách thức đối với một bộ điều khiển CVT hiệu quả là nâng cao khả năng truyền mô-men xoắn của một hệ thống CVT, giảm thiểu tổn thất trƣợt giữa dây đai và vành đai, tối đa hóa tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất tăng tốc. Việc mô hình hóa chính xác động lực học thay đổi tỷ số truyền để xác định trƣớc lực kẹp thực tế cần thiết để thay đổi tỷ số tốc độ CVT và vị trí xác định puli nhằm tối ƣu chƣơng trình điều khiển là thực sự cần thiết.
Ứng với các mức độ khác nhau của mô-men xoắn, Để đạt đƣợc mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu cần phải đồng thời kiểm soát đƣợc tốc độ động cơ và mô- men xoắn. Để đạt đƣợc điều đó cần phải có tỷ số truyền thích hợp. Mục đích của điều khiển tỷ số truyền CVT là để động cơ hoạt động ở chế độ tối ƣu hay tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu trong khi đáp ứng tốt với tải trọng.
Trong các định hƣớng điều khiển hiện nay, lực kẹp ở puli chủ động nhằm kiểm soát tỷ số truyền trong khi lực kẹp ở puli thứ cấp đƣợc thiết lập để tránh trƣợt của phần tử trung gian. Để điều khiển tỷ số truyền của truyền lực đai vô cấp thƣờng sử dụng hệ thống điều khiển cơ khí hoặc thủy lực thủy tĩnh. Điều khiển cơ học thƣờng đƣợc ứng dụng cho truyền lực vô cấp đai thang có công suất nhỏ (hình 1.21).
Hình 1.21. Truyền lực vô cấp trên xe máy
Nguồn: Jvshan, 2013
Tỷ số truyền CVT trên xe máy đƣợc điều khiển cơ học, đĩa di động của bánh đai chủ động di chuyển nhờ lực li tâm, đĩa di động của bánh đai bị động di chuyển tự lựa nhờ lực lò xo.
Khi động cơ quay, tùy theo tốc độ quay mà lực li tâm sẽ làm 06 viên bi nồi lăn ra theo rãnh bi. Bi lăn ra sẽ ép má puli di chuyển ra / vào theo trục. Tùy theo vị trí của má puli mà dây đai sẽ bị ép vào trong hay chạy ra ngoài làm thay đổi tỷ số truyền của CVT. Đây là dạng điều khiển CVT đơn giản, tỷ số truyền của CVT không những phụ thuộc vào tốc độ mà còn phụ thuộc vào trọng lƣợng bi văng, độ cứng lò xo..và do đó không chính xác.
Đối với bộ truyền lực đai vô cấp có công suất lớn, để điều khiển đĩa di động của vành đai CVT sử dụng hệ thống thủy lực thủy tĩnh đƣợc điều khiển qua chƣơng trình máy tính thông qua van tùy động với các phƣơng thức khác nhau. Abromeit and Wilkinson (1983) điều khiển lực kẹp puli thứ cấp với áp lực và điều khiển tỷ số truyền của CVT bằng cách kiểm soát dòng chảy dầu vào xi lanh kẹp puli chủ động. Wade (1984) điều khiển CVT bằng cách kiểm soát hai áp lực cùng một lúc. Áp suất điều khiển puli chủ động đƣợc tăng cƣờng bởi một bộ điều khiển tỷ số truyền để đạt đƣợc tỷ số truyền đáp ứng mong muốn. Spijker (1994) thực hiện một điều khiển thích ứng để điều khiển cả lực kẹp puli sơ cấp và tỷ số truyền. Về sau, phƣơng pháp này đƣợc điều khiển thông qua vận tốc di chuyển của phần di động của puli chủ động. Sato et al (1996) kiểm soát áp lực thứ cấp với thuật toán tổng hợp PI. Lực kẹp puli thứ cấp đƣợc thiết lập để tránh trƣợt của dây đai. Áp lực cho puli chủ động đƣợc điều khiển trực tiếp để đạt đƣợc tỷ số truyền mong muốn. Cả hai áp lực này đƣợc điều khiển bởi thuật toán PID. Kim et al. (1996) nghiên cứu sự đáp ứng điều khiển tỷ số truyền khi cho tín hiệu đầu vào hình sin khi điều khiển tỷ số truyền với thuật toán PID, LQG / LTR (LQG - Linear Quadratic Gaussian/ loop transfer recovery) và thuật toán điều khiển mờ. Thuật toán điều khiển PID và “mờ” cho thấy phản ứng tốt hơn so với LQG / LTR. Sự đáp ứng kém của bộ điều khiển này đƣợc giải thích bởi thực tế là các hàm truyền phản ánh chính xác tính chất phi tuyến của hệ thống CVT.
Kim et al (1996), Kim and Vachtsevanos ( 2000) giới thiệu một tổng hợp „mờ‟ để điều khiển tỷ số truyền. Ngoài ra, Van and Luh (1999) sử dụng phản hồi tuyến tính với thuật toán PID để điều khiển tỷ số truyền và một PID cho điều khiển lực kẹp puli thứ cấp. Vroemen et al (2000) và Bonsen (2006) trình bày
phƣơng thức điều khiển tỷ số truyền bao gồm một bộ điều khiển PI nhằm xác định áp lực puli chủ động, và một PI tƣơng ứng xác định áp lực puli thứ cấp. Các phƣơng án và thuật toán của các tác giả trên nghiên cứu cho hệ thống điều khiển thủy lực thủy tĩnh với van tùy động có sơ đồ tổng quát nhƣ hình 1.22.
Hình 1.22. Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động
Ngoài ra, để điều chỉnh vị trí xác định của đối tƣợng cần điều chỉnh có thể sử dụng mạch điều chỉnh hai điểm. Một trong những ứng dụng điển hình khi ứng dụng mạch điều khiển, điều chỉnh hai điểm để định vị vị trí góc mở của xupap trên ô tô nhƣ hình 1.23 (Toyota, 2006).
Điều chỉnh sớm hay muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí, hệ thống sử dụng mạch điều khiển thủy lực với van đóng ngắt điện từ 4/3. ECU động cơ tính toán thời điểm đóng, mở xupáp tối ƣu dƣới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lƣu lƣợng khí nạp, vị trí bƣớm ga, nhiệt độ nƣớc làm mát, các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để điều khiển van với phƣơng thức đóng ngắt để định vị vị trí trục cam theo mong muốn.
Bánh đai sơ cấp
Bánh đai thứ cấp
Van điều khiển
Bơn dầu Van điều khiển AS pa ps pp
Hình 1.23. Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí
Trong các phƣơng pháp điều khiển và điều chỉnh đối tƣợng trong kỹ thuật, điều chỉnh tuyến tính với các thuật toán ID, PID.. đã đƣợc nhiều tác giả trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng trong hệ thống thủy lực nhằm điều khiển tỷ số truyền và lực kẹp puli sơ cấp và thứ cấp của truyền lực vô cấp bao vòng. Phƣơng án điều chỉnh này có nhiều ƣu điểm: làm việc ổn định, đảm bảo chính xác của thông số cần điều chỉnh, độ trễ nhỏ… Nhƣng cũng có nhƣợc điển là phải sử dụng van tùy động kèm theo chƣơng trình điều khiển phức tạp có giá thành cao và chi phí bảo dƣỡng lớn. Mặt khác, điều khiển tỷ số truyền bằng van tùy động yêu cầu bắt buộc phải sử dụng hệ thống thủy lực có áp suất không đổi, điều này tạo ra chi phí công suất của động cơ khi hệ thống điều khiển không làm việc.