MỤC LỤC
MỤC LỤC.. 1
LỜI NÓI ĐẦU.. 3
Chương 1. 4
TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG.. 4
1.1.Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hộp số tự động. 4
1.1.1.Nhiệm vụ 4
1.1.2.Yêu cầu 4
1.1.3.Phân loại hộp số tự động. 4
1.2.Đặc điểm vận hành và ưu, nhược điểm của hộp số tự động. 7
1.2.1.Đặc điểm vận hành. 7
1.2.2.So sánh hộp số cơ khí với hộp số tự động: 9
1.2.3.Ưu điểm của hộp số tự động. 12
1.2.4.Nhược điểm của hộp số tự động. 12
Chương 2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG U340 TRÊN XE CAMRY.. 13
2.1.Đặc điểm hộp số tự động U340. 13
2.1.1.Xe tham khảo: 13
2.1.2.Cấu tạo hộp số U340. 13
2.2.Kết cấu của hộp số U340. 15
2.2.1.Kết cấu chung của hộp số U340. 15
2.2.2.Biến mô thủy lực. 16
2.2.3.Các phanh ( B1, B2 và B3 ). 26
2.2.4.Các ly hợp ( C1, C2 và C3 ). 28
2.2.5.Khớp một chiều. 30
2.2.6.Bộ bánh răng hành tinh. 31
2.3.Nguyên lý làm việc của hộp số U340. 34
2.3.1.Dòng truyền công suất 34
2.3.2.Sơ đồ đi số. 37
2.4.Hệ thống thủy lực. 37
2.4.1.Cấu tạo hệ thống thủy lực. 37
2.4.2.Hệ thống điều khiển. 43
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH CHUYỂN SỐ CHO HỘP SỐ U340 45
3.1. Các đặc tính cơ bản của biến mô, hiệu suất và mô men: 45
3.2. Xây dựng đặc tính phối hợp động cơ – biến mô: 46
3.3. Xây dựng đặc tính trục ra biến mô: 48
3.4. Tính tỷ số truyền của các tay số của hộp số U340. 52
3.5. Xây dựng quy luật điều khiển chuyển số của hộp số tự động U340. 57
3.5.1. Xây dựng quy luật chuyển số của hộp số U340. 60
3.5.2. Cách lựa chọn giá trị tỷ số truyền điều khiển lên số và xuống số: 62
3.6. Mô phỏng quá trình điều khiến sang số bằng STATEFLOW... 64
3.6.1: Phân tích đặc trưng động lực học của các thành phần trong HTTL.. 67
3.6.2. Sử dụng công cụ Simulink Stateflow trong phần mềm MATLAB để mô phỏng Hệ thống truyền lực của ôtô. 70
3.6.3. Các chế độ mô phỏng: 72
3.6.4. Một số kết quả và phân tích: 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 76
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình phát triển của nghành công nghiệp ôtô, xu hướng phát triển về mặt hình thức, độ an toàn, tính tiện dụng và tính kinh tế nhiên liệu ngày càng được chú trọng hơn để đáp ứng những nhu cầu của con người. Ô tô được sử dụng rất rộng rãi và có xu hướng ngày càng gia tăng, các tính năng để tăng tính tiện nghi sử dụng đồng thời giảm tiêu hao nhiên liệu càng được quan tâm nhiều hơn, vì vậy đòi hỏi các nhà sản xuất phải nghiên cứu, chế tạo cải tiến các cụm, các hệ thống sao cho đáp ứng được tiêu chí phát triển.
Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong bộ môn ô tô trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định. Được sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp: “Tính toán thiết kế bộ chuyển số cho hộp số tự động trên xe Toyota Camry”. Đồ án tốt nghiệp của em gồm ba chương:
Chương 1: Tổng quan về hộp số tự động
Chương 2: Phân tích kết cấu hộp số tự động U340 trên xe Camry
Chương 3: Tính toán thiết kế quá trình chuyển số cho hộp số U340
Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy giáo: TS……………, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: TS……………, các thầy cô giáo trong bộ môn Ô tô trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua.
Vĩnh Yên, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
…………..
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
1.1. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hộp số tự động
1.1.1. Nhiệm vụ
Hộp số tự động có nhiệm vụ:
- Truyền và biến đổi mômen từ động cơ tới bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mômen cản sinh ra trong quá trình ôtô chuyển động
- Cắt dòng truyền mômen trong thời gian ngắn hoặc dài, thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ôtô
1.1.2. Yêu cầu
- Khi gài chuyển số đảm bảo nhẹ không gây ra va đập
- Hộp số phải có tỷ số truyền thích hợp với đặc tính của động cơ, tốc độ, điều kiện sử dụng xe, tính kinh tế
1.1.3. Phân loại hộp số tự động
* Hộp số tự động có cấp số:
- Hộp số sử dụng bộ truyền bánh răng hành tinh:
Khi xe hoạt động, động cơ truyền momen qua biến mô tại đầu ra của biến mô (bánh tuabin) truyền momen vào hộp số cơ khí, hộp số cơ khí thay đổi được tỷ số truyền, việc thay đổi tỷ số truyền được điều khiển tự động nhờ các ly hợp, phanh và khớp một chiều.
- Hộp số ly hợp kép – DCT (hộp số bán tự động):
Không giống như số tay truyền thống, vốn đưa tất cả các bánh răng lên một trục truyền mô-men xoắn, DCT gồm hai trục truyền mô-men xoắn lồng vào nhau, một trục nằm phía bên trong của trục kia. Hai trục này gồm một trục gắn các bánh răng ở cấp số lẻ (trục trong) và một trục gồm các bánh răng ở cấp số chẵn (trục ngoài).
* Hộp số tự động vô cấp:
- Hộp số vô cấp sử dụng dây đai (CVT):
Không giống như hộp số truyền thống, hộp số vô cấp (continuously variable transmission - CVT) không có các cặp bánh răng tạo tỷ số truyền. CVT thường hoạt động trên một hệ thống puli (ròng rọc) và dây đai truyền cho phép thay đổi vô cấp và liên tục, không tách biệt riêng rẽ các số.
- Hộp số vô cấp sử dụng con lăn (Toroidal CVT):
Một phiên bản khác của CVT đó là Toroidal CVT nhưng thay dây đai và puli bằng các đĩa và con lăn. Mặc dù có sự khác biệt lớn tất cả các thành phần nhưng đều mang đến kết quả tương tự như CVT sử dụng puli và dây đai.
1.2. Đặc điểm vận hành và ưu, nhược điểm của hộp số tự động
1.2.1. Đặc điểm vận hành
Trong hộp số tự động, quá trình chuyển số được thực hiện tự động hoàn toàn, người lái không phải điều khiển chuyển số nên giảm thiểu được các thao tác khi lái xe.
Tự động chuyển số nên xe luôn hoạt động ở chế độ phù hợp nhất tương ứng với điều kiện của tải, địa hình, tốc độ, tận dụng được công suất và mô men do vậy tránh được tổn hao công suất cũng như nhiên liệu, tăng tính kinh tế trong quá trình vận hành. Với hộp số thường thì qúa trình chuyển số là theo cảm nhận của người lái nên phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của người lái.
1.2.2. So sánh hộp số cơ khí với hộp số tự động:
Hộp số sử dụng trên ô tô gồm có 2 loại: Hộp số cơ khí và hộp số tự động
a. Hệ thống truyền lực trên xe:
Trên xe ô tô sử dụng hộp số cơ khí thì dòng momen truyền từ động cơ sang hộp số thì phải đi qua ly hợp, ly hợp chỉ có khả năng truyền hết momen do động cơ sinh ra. Trong khi đó trên xe lắp hộp số tự động, dòng truyền momen từ động cơ xuống hộp số được thông qua biến mô thủy lực.
b. Dạng tay số:
- Hộp số cơ khí có tay số dạng zíc zắc (Hình 1.8a)
- Hộp số tự động có tay số dạng thẳng (Hình 1.8b)
e. Đặc điểm động lực học:
Quá trình chuyển số là tự động nên giảm thao tác điều khiển ly hợp và hộp số so với hộp số thường. Do vậy tạo điều kiện cho người lái xử lý các tình huống khác trên đường. Điều này làm tăng tính tiện nghi cho ô tô.
Trong hộp số cơ khí: Các bánh răng khi sang số mới gài vào nhau (gài trực tiếp hoặc qua bộ đồng tốc).
1.2.4. Nhược điểm của hộp số tự động
- Số tự động nhanh mòn và nhanh hỏng hơn nên gây tốn kém vì cần được bảo trì nhiều hơn.
- Khó làm chủ được hộp số tự động: Khi rơi vào trường hợp cần xử lý nhanh, nếu người lái mất bình tĩnh khi xử lý tình huống sẽ dễ đạp chân ga quá mức cần thiết hoặc nhầm chân phanh với chân ga khi cần phanh khẩn cấp.
Chương 2
PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG U340 TRÊN XE CAMRY
2.1. Đặc điểm hộp số tự động U340
Hộp số tự động U340E được lắp trên xe Toyota Camry là loại hộp số thủy cơ sử dụng bộ truyền hành tinh có điều khiển điện tử, hộp số gồm 4 số tiến và 1 số lùi.
2.1.1. Xe tham khảo:
Tên xe : Toyota Camry 2.0
Hộp số : 4 cấp số tự động
Kiểu động cơ : 1AZ-FE 4 xylanh, thẳng hàng, 16 van, DOHC-VVT-i
Dung tích xy lanh : 1975cc
rbx : 0,282 (m)
Tỷ số truyền lực chính : io = 4,237
Công suất tối đa : 165/6500 HP/Vòng – phút
Kích thước tổng thể : 4850 x 1825 x 1470 (mm)
2.1.2. Cấu tạo hộp số U340
Hộp số U340E được tổ hợp từ 2 cơ cấu hành tinh Wilson ghép với nhau kiểu CR–CR (cần dẫn của cơ cấu này nối với bánh răng bao của cơ cấu kia).
2.2. Kết cấu của hộp số U340
2.2.1. Kết cấu chung của hộp số U340
- Biến mô thủy lực: được bố trí ngay phía sau động cơ, nhận momen từ động cơ và truyền tới các trục của hộp số.
- Các bánh răng ăn khớp với tỉ số truyền xác định: thường sử dụng các cơ cấu bánh răng hành tinh.
- Hệ thống điều khiển chuyển số: hệ thống bao gồm các cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị trí bướm ga, các van điện từ.
2.2.2. Biến mô thủy lực
Biến mô thủy lực được lắp ở đầu vào của chuỗi bánh răng truyền động hộp số và được bắt bằng bulong vào trục sau của trục khuỷu thông qua tấm truyền động. Biến mô làm tăng momen do động cơ tạo ra, truyền momen này đến hộp số, nó còn đóng vai trò như 1 khớp nối thủy lực truyền momen đến hộp số, hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực.
a. Bánh bơm:
Bánh bơm (hình 2.5) được bố trí bên trong và gắn liền với vỏ biến mô. Bánh bơm được nối với trục khuỷu qua đĩa bị động 1. Trên bề mặt của bánh bơm có các cánh bơm, các cánh có biên dạng cong hướng kính được lắp bên trong bánh bơm có tác dụng tạo động năng cho dòng chất lỏng.
c. Bánh phản ứng:
Bánh phản ứng (hình 2.7) được đặt giữa bánh bơm và bánh tuabin, trục bánh phản ứng được lắp cố định vào vỏ hộp số qua khớp một chiều, các cánh của bánh phản ứng nhận dòng dầu khi nó đi ra khỏi bánh tuabin và hướng cho nó đập vào mặt sau của cánh quạt trên bánh bơm làm cho bánh bơm được cường hóa.
e. Điểm khóa biến mô và các thông số cơ bản của biến mô:
- Khóa biến mô:
Khóa biến mô là một cơ cấu thủy lực cho phép khóa bánh bơm và bánh tuabin khi biến mô quay ở tốc độ cao.
Khi xe chuyển động ở tốc độ thấp, tỷ số truyền tốc độ thấp, khi đó tỷ số truyền momen cao do có sự cường hóa momen. Khi tốc độ của xe tăng lên, tỷ số truyền tốc độ của xe tăng lên nhưng tỷ số truyền momen lại giảm xuống, hiệu suất của biến mô cũng giảm nhanh, khi đó để giữ được momen của bánh tuabin và nâng hiệu suất của biến mô thì khóa biến mô hoạt động như một ly hợp, khóa bánh bơm và bánh tuabin lại thành một khối cứng.
- Các thông số cơ bản của biến mô:
Các biến mô được đặc trưng bởi đường đặc tính không thứ nguyên.
Việc khuếch đại momen do biến mô sẽ tăng theo tỷ lệ với dòng xoáy, điều đó có nghĩa là nó lớn nhất khi bánh tuabin không quay. Hoạt động của biến mô được chia làm 2 dải hoạt động: dải biến mô trong đó có sự khuếch đại momen, dải khớp nối trong đó chỉ diễn ra việc truyền momen và sự khuếch đại momen không xảy ra.
- Điểm ly hợp:
Đường thẳng dóng từ điểm ly hợp lên là đường phân chia giữa hai giai đoạn đo hiệu suất truyền động của bộ biến mô cho thấy năng lượng truyền cho bánh bơm được truyền đến bánh tuabin hiệu quả ra sao.
2.2.3. Các phanh ( B1, B2 và B3 )
Phanh sử dụng trong hộp số tự động U340 đều là kiểu nhiều đĩa ướt.
Phanh B1 được sử dụng để khóa bánh răng mặt trời phía sau.
Phanh B2 hoạt động thông qua khớp một chiều số 1 để ngăn không cho các bánh răng mặt trời sau quay ngược chiều kim đồng hồ.
Khi thay các đĩa phanh bằng các đĩa ma sát mới hãy ngâm các đĩa ma sát mới vào ATF khoảng 15 phút hoặc lâu hơn trước khi lắp chúng.
2.2.5. Khớp một chiều
Khi bộ truyền bánh răng hành tinh được thiết kế mà không tính đến va đập khi chuyển số thì B2, F1 và F2 là không cần thiết. Chỉ cần C1, C2, B1 và B3 là đủ. Ngoài ra, rất khó thực hiện việc áp suất thủy lực tác động lên phanh đúng vào thời điểm áp suất thủy lực vận hành ly hợp được xả. Do đó, khớp một chiều số 1 (F1) tác động qua phanh B2 để nhăn không cho bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ.
2.2.6. Bộ bánh răng hành tinh
a. Giới thiệu về hộp số hành tinh:
Trong hộp số cơ khí thường sử dụng các cơ cấu hành tinh, các cơ cấu hành tinh bao gồm các bánh răng ăn khớp tạo ra 3 bậc tự do. Hộp số cơ khí có tác dụng:
- Thay đổi tỷ số truyền giữa trục vào và trục ra khi cần (thực hiện chuyển số )
- Đảo chiều quay của trục ra khi cần
- Ngắt đường truyền công suất trong thời gian dài
b. Cơ cấu hành tinh của hộp số U340:
Cấu tạo của HSHT trên ô tô và các phương tiện giao thông khá phức tạp, HSHT được tổ hợp từ các cơ cấu hành tinh cơ bản hoặc các cơ cấu hành tinh tổng hợp. Cơ cấu hành tinh của hộp số U340 là cơ cấu hành tinh hỗn hợp theo sơ đồ CR-CR.
2.3. Nguyên lý làm việc của hộp số U340
2.3.1. Dòng truyền công suất
- Số 1 (Dãy D, 3 hoặc 2):
Ly hợp C1 hoạt động, đồng thời khớp một chiều F2 cũng tham gia hoạt động. Dòng truyền công suất như sau: Trục sơ cấp (+)→ bánh bơm (+)→ bánh tuabin (+)→ ly hợp C1→ S1 (+)→ BR hành tinh H1 (-) ( vì F2 hoạt động nên không cho R1 và Cd2 quay ngược chiều kim đồng hồ)→ Cd1(+)→ bánh răng bị động truyền lực cuối cùng.
- Số 3 (Dãy D hoặc 3):
C1, C2, B2 hoạt động, dòng công suất truyền như sau: Trục sơ cấp bộ truyền hành tinh(+)→ ly hợp C1 đóng làm S1, H1, Cd1 đều quay chiều (+); đồng thời ly hợp C2 đóng nên Cd2, bánh răng hành tinh H2 đều quay (+)→ bánh răng R1(+)→ Cd1(+)→ bánh răng bị động của truyền lực cuối cùng và quay theo chiều dương.
- Số lùi (Vị trí R):
C3, B3 hoạt động, dòng truyền cồng suất như sau: Trục sơ cấp bộ truyền hành tinh(+)→ ly hợp C3 đóng→ S2(+); đồng thời B3 đóng nên bánh răng hành tinh H2 quay (-) quanh Cd2→ R2(-)→ Cd1(-)→ bánh răng bị động của truyền lực cuối cùng và quay theo ngược chiều trục sơ cấp của hộp số.
2.3.2. Sơ đồ đi số
Sơ đồ đi số như bảng 1.1.
2.4. Hệ thống thủy lực
2.4.1. Cấu tạo hệ thống thủy lực
Hệ thống thủy lực gồm các cụm cơ bản sau:
- Nguồn cung cấp năng lượng.
- Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu chuyển số.
- Bộ van thủy lực chuyển số.
- Bộ tích năng giảm chấn.
- Các đường dầu.
a. Van điều áp sơ cấp:
Làm nhiệm vụ điều chỉnh trị số áp suất công tác tới các bộ phận. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của van trình bày trên hình 2.34.
c. Van chuyển số:
Van chuyển số làm chuyển mạch đường dầu dẫn tới các phanh và ly hợp. Có các van chuyển số 1-2, 2-3, 3-4. Hình 2.39 mô tả nguyên lý hoạt động của van chuyển số 1-2. Khi van điện từ chưa làm việc, áp suất dầu tác dụng lên mặt trên của van, thắng lực lò xo, van ở vị trí dưới, các đường dầu tới các ly hợp và phanh bị ngắt.
d. Van điện từ:
Van điện từ sử dụng để điều khiển sự làm việc của van chuyển số. Có 2 loại van điện từ: van điện từ điều khiển chuyển số và van điện từ tuyến tính để điều khiển tăng giảm áp suất dầu theo dòng điện điều khiển điện từ ECU.
e. Bộ tích năng:
Bộ tích năng có tác dụng giảm chấn trong quá trình chuyển số. Piston của ban có dạng bậc để áp suất dầu trong quá trình chuyển số không tăng đột ngột. Trong các hệ điều khiển ECT sử dụng van điện từ tuyến tính để điều khiển áp suất dầu tác dụng lên bộ tích năng nhờ đó quá trình chuyển số được êm dịu hơn.
2.4.2. Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển chuyển số tự động bao gồm:
- Các cảm biến của hộp số, động cơ, tốc độ xe, …
- Bộ điều khiển điện tử trung tâm (ECU và ECT)
- Các cơ cấu chấp hành (van điện từ)
Chương 3
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH CHUYỂN SỐ CHO HỘP SỐ U340
3.1. Các đặc tính cơ bản của biến mô, hiệu suất và mô men:
a. Tỷ số truyền mô men của biến mô.
Tỷ số truyền mô men của biến mô được tính theo công thức sau: IM = M1/M2
b. Tỷ số truyền tốc độ của biến mô.
Tỷ số truyền của biến mô (ibm) là tỷ số giữa số vòng quay của trục bánh tuabin n2 và số vòng quay của trục bánh bơm n1.
c. Hiệu suất của biến mô.
Hiệu suất của biến mô cho biết có bao nhiêu năng lượng được truyền một cách hiệu quả từ cánh bơm tới cánh tuabin
3.2. Xây dựng đặc tính phối hợp động cơ – biến mô:
Từ đường đặc tính cục bộ của động cơ ta xây dựng đường đặc tính phối hợp giữa động cơ và biến mô.
Do biến mô U340 là biến mô loại nhạy nên hệ số mô men trên bánh bơm thay đổi, để xác định được M1 thì phải xác định được các giá trị λ1, do vậy ứng với mỗi giá trị λ1 ta vẽ được một đường M1.Từ đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến mô ta xác định các giá trị λ1 ứng với mỗi giá trị của tỷ số truyền của biến mô ibm.
Lập bảng tính mô men trục vào biến mô:
Các mô men trục vào biến mô nhue bảng 2.
Từ đồ thị trên ta xác định được tập hợp các giao điểm của các đường cong
Me = f(ne) và M1 = f(n1). Các giao điểm này chính là điểm làm việc của tổ hợp động cơ đốt trong - biến mô thủy lực.
3.3. Xây dựng đặc tính trục ra biến mô:
- Đồ thị cụm làm việc động cơ – biến mô biểu thị mối quan hệ:
M2 = f(n2), N2 = g(n2)
- Công suất trên trục ra biến mô được tính theo công thức:
N2 = η.N1
- Mô men trên trục ra biến mô được xác định theo công thức:
M2 = M1.kbm
- Số vòng quay trên trục ra biến mô:
n2 = ibm.n1
Công suất trục bánh bơm:
N1 = M1.ω1 = M1.П.n1/30
Công suất bánh tuabin:
N2 = M2.ω2 = M2.П.n2/30
3.4. Tính tỷ số truyền của các tay số của hộp số U340.
Bảng trạng thái làm viêc hộp số U 340 nhue bảng 4.
Từ các thông số của cơ cấu hành tinh và trạng thái làm việc ở bảng trên ta xây dựng được tỷ số truyền và mô men các khâu của hộp số.
a. Tính tỷ số truyền ih1.
Ly hợp C1 khóa ωS1 = ω1
Khóa F2 hoạt động ωR1 = 0
Lại có: ωR2 = ωC1 = ω2
b. Tính tỷ số truyền ih2.
Ly hợp C1 khóa ωS1 = ω1
Khóa F1 và phanh B2 hoạt động ωS2 = 0
d. Tính tỷ số truyền ih4 (Số truyền tăng OD).
Ly hợp C2 khóa ωC2 = ω1
Phanh B1, B2 hoạt động, ωS2 = 0
e. Tính tỷ số truyền số lùi (Vị trí R).
Ly hợp C3 khóa ωS2 = ω1
Phanh B3 hoạt động ωR1 = ωC2 = 0
3.5. Xây dựng quy luật điều khiển chuyển số của hộp số tự động U340
Trên cơ sở của phương pháp của việc điều khiển hộp số tự động, ta tiến hành xây dựng sơ đồ cho việc điều khiển.
Khi thiết kế ra một chiếc xe nhà sản xuất luôn mong muốn xe tiết kiệm nhiên liệu nhất, tức là xe làm việc với hiệu suất lớn nhất (ứng với điểm B hình 3.9)
Trong trường hợp 2, 3, 4 việc chọn số theo phân tích ở trên. Với trường hợp 1 đúng theo lý thuyết phải chọn số lớn hơn số 4 nhưng do kết cấu cơ khí không quá được số 4 nên bộ điều khiển giữ nguyên số 4. Tương tự đối với trường hợp 5 thì theo lý thuyết phải chọn số nhỏ hơn số 1 nhưng hộp số giới hạn bởi số 1 nên bộ điều khiển giữ nguyên ở số 1.
3.5.1. Xây dựng quy luật chuyển số của hộp số U340.
Từ trên ta có được các giá trị số vòng quay của bánh tuabin n2 (bảng 3) ứng với mỗi góc mở bướm ga tương ứng.
Với thông số xe đã biết:
Bán kính bánh xe = 0,282 (m), tỷ số truyền lực chính = 4,237 và = 3,14.
Từ công thức tính tỷ số truyền tính toán iTT khi đã biết n2 , , ta tính được các giá tri iTT . Tổng hợp các giá trị iTT ở trên ta được bảng
3.5.2. Cách lựa chọn giá trị tỷ số truyền điều khiển lên số và xuống số:
Theo phân tích ở trên ta phải tìm được 2 giá trị của tỷ số mà tại đó phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện:
Điều kiện 1:
Các tỷ số truyền được chọn phải nằm trong dải tỉ số truyền cho phép của hộp số U340 ( từ 0,701 ÷ 2,848) từ đây ta loại được các tỷ số truyền không thỏa mãn, thể hiện bằng các giá trị bị bôi đen và bị gạch trên bảng là các giá trị nằm ngoài khoảng tính toán của hộp số U340.
Điều kiện 2:
Từ các giá trị tỷ số truyền còn lại, kết hợp với đồ thị đường đặc tính biến mô để xe làm việc với tính kinh tế nhiên liệu nhất, cụ thể lấy giá trị hiệu suất biến mô η>= 80%.
Từ các giá trị phù hợp được lựa chọn trên bảng 4 ta sẽ tìm được 2 giá trị ih1 và ih2 tương ứng là 2 giá trị n2 và 2 vận tốc xe, và ih1 là giới hạn tăng tỷ số truyền (giảm số), ih2 là giới hạn giảm tỷ số truyền (tăng số).
3.6. Mô phỏng quá trình điều khiến sang số bằng STATEFLOW
Khối điều khiến có nhiệm vụ phát ra các tín hiệu số theo các điều kiện xác định để hộp số thay đổi tỉ số truyền. Các tín hiệu đầu vào của Khối điều khiển là góc mở bướm ga, tốc độ xe và trạng thái tay số Khối diều khiến gồm hai phân hệ con : Tính toán vả Điều khiển (thuật toán chuyển số) (Hình 4.2)
Khối “steady State” thể hiện trạng thái số hiện thời và phát tín hiệu không có
hiện tượng sang số.
Khối “upshiptting” cho biết có hay không có tín hiệu cần để tăng số
(tocđo>=nguongtangso).
Khối “downshiptting” biết có hay không có tín hiệu cần để giảm số
(tocđo>=nguonggiamso).
3.6.1. Phân tích đặc trưng động lực học của các thành phần trong HTTL
Hình 3.15 là sơ đồ nối ghép động lực học các thành phần trong hệ thống truyền lực ô tô dùng hộp số tự động. Mỗi thành phần trong hệ thống truyền lực được biểu diễn bằng khối có các thông số tốc độ góc và mô men tác dụng ở đầu vào và đầu ra
a. Động cơ.
Phương trình động học của động cơ được viết theo định luật Newton 2 có dạng:
Iei. = Me – Mfr1 – M1
b. Biến mô thuỷ lực.
Khối biến mô với đầu vào là mô men M1 và n1 và đầu ra là mô men trên trục bánh tuabin M2 và tốc độ vòng quay trên trục tuabin n2 .
Khi có ne ta tính được mô men tại bánh tuabin (M2) và tốc độ bánh tuabin n2 ;
M2 = M1.IM n2 = K.ne
c. Hộp số hành tinh.
Khối hộp số với đầu vào là mô men và tốc đô trên bánh tua bin M2 ,n2 và đầu ra là mô men và tốc độ trục thứ cấp hộp số Mh , nh
Ứng với mỗi tay số khác nhau ta có ta có tỷ số truyền khác nhau và được xác định bằng phương trình sau:
ih = n2/ nh
3.6.2. Sử dụng công cụ Simulink Stateflow trong phần mềm MATLAB để mô phỏng Hệ thống truyền lực của ôtô.
Để tiến hành mô phỏng ta thực hiện theo nguyên tắc mô phỏng từng khối một. Với mỗi khối đều có các tín hiệu đầu vào đầu ra, để mô phỏng hệ thống truyền lực của xe trên máy tính ta sử dụng các phương trình vi phân đặc trưng cho từng khối, việc nối ghép các khối với nhau cũng chính là ghép nối đầu vào đầu ra tương ứng của mỗi khối và thực hiện như hình dưới đây.
3.6.3. Các chế độ mô phỏng:
a. Các số liệu về xe ôtô và hệ thống truyền lực đưa vào tính toán
- Khối lượng xe: ma = 1650 kg, phân bố lên cầu trước m1= 910 kg
- Dung tích động cơ: 1975 cm3
- Bán kính bánh xe rbx = 0,282 m
- Tỷ số truyền các tay số :
Số 1: ih1 = 2,848; Số 2: ih2 = 1,553; Số 3: ih3= 1; Số 4: ih4 = 0,701;
Số lùi: ihR = 2,343
- Tỷ số truyền của truyền lực chính: i0 = 4,237
b. Các chế độ khảo sát gồm có :
- Quy luật chuyển số ứng với vận tốc ô tô và tải động cơ.
- Khảo sát đặc tính kéo của xe ứng với các chế độ điều khiển ( độ mở bướm ga khác nhau)
3.6.4. Một số kết quả và phân tích:
Quy luật chuyển số ứng với tải động cơ và vận tốc xe thay đổi.
Khi xe chạy trên đường thẳng lực cản không đổi và với mong muốn tăng tốc nhanh (ví dụ để vượt xe khác), người lái tăng ga đột ngột, lúc đó xe phải về số nhỏ hơn để tăng mô men kéo, được thể hiện trên hình 3.23.
Từ kết quả mô phỏng ta rút ra được kinh nghiệm vận hành:
Khi sử dụng hộp số tự động nên tăng ga từ từ hay không nên tăng ga đột ngột vì khi ga đột ngột thì xảy ra trường hợp về số chứ không phải tăng số.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua các nội dụng đã trình bày ở trên, đồ án của em đã đạt mục tiêu tính toán ban đầu đặt ra. Các kết quả chính mà đồ án đã thực hiện được gồm có:
- Nêu được tổng quan về các loại hộp số tự động sử dụng trên ô tô, các ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động.
- Đã phân tích các đặc điểm về kết cấu và hoạt động của hộp số tự động U340
- Xây dựng được quy luật chuyển số cho hộp số tự động. Quy luật chuyển số là các thời điểm chuyển số (tăng số hoặc xuống số) căn cứ vào hai tín hiệu chính là chế tải động cơ (độ mở bướm ga) và tốc độ ô tô.
- Đã sử dụng công cụ Matlab- simulink và stateflow để mô phỏng quy luật chuyển số trog hộp số U340 và mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô có sử dụng hộp số U340.
Với những kiến thức đã được học, tài liệu tham khảo và sự chỉ bảo nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn : TS…………… và các thầy cô giáo trong bộ môn ô tô, khoa Cơ khí trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, sau khoảng thời gian hơn 3 tháng, bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tính toán thiết kế bộ chuyển số cho hộp số tự động trên xe Toyota Camry” đã được hoàn thành.
Trong thời gian học tập và làm đồ án, được sự hướng dẫn của thầy giáo và bản thân em cũng đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu quyết tâm hoàn thành những yêu cầu mà đồ án đề ra. Tuy nhiên do nhận thức của bản thân còn hạn chế, thời gian làm đồ án cũng không nhiều và tiếp xúc thực tế không được nhiều nên đồ án của em còn nhiều khiếm khuyết và không tránh khỏi sai sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo trong bộ môn ô tô, khoa Cơ khí trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải để bản đồ án này có thể hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên (1986), Thiết kế và tính toán ôtô máy kéo, Nxb ĐH&THCN.
[2]. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài (1996), Lý thuyết ô tô máy kéo, Nxb KHKT, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Hữu Cẩn (2000), Lý thuyết ôtô, NXB khoa học và kỹ thuật, NXB đại học và trung học chuyên nghiệp
[4]. Nguyễn Khắc Trai (2006), Cơ sở thiết kế ôtô, NXB Giao thông vận tải.
[5]. Nguyễn Khắc Trai (2006), Cấu tạo hệ thống truyền lực ôtô con, NXB Giao thông vận tải
[6]. Nguyễn Trọng Hoan (2003), Thiết kế tính toán ôtô, Tài liệu lưu hành nội bộ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"