Mô Phỏng Hoạt Động Hộp Số Ly Hợp Kép Ford Focus 2015 Sử Dụng MATLAB/SIMULINK

Khám phá ứng dụng MATLAB Simulink trong mô phỏng hoạt động hộp số ly hợp kép của Ford Focus 2015, nâng cao hiệu suất và độ chính xác.

• Tác giả: Trương Việt Thắng
• Người hướng dẫn: ThS. Dương Nguyễn Hắc Lân
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực Ô Tô Ford Focus 2015 Bằng MATLAB/SIMULINK
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu chung về hợp số powershift 6 cấp
• 2.2. Cấu tạo và nguyên lí cơ bản của hộp số
• 2.2.1. Cấu tạo cơ bản
• 2.2.2. Đặc điểm của hộp số
• 2.2.3. Sơ lược nguyên lí và ứng dụng
• 2.2.4. Thông số kĩ thuật hộp số
• 2.3. CẤU TẠO HỘP SỐ LY HỢP KÉP POWERSHIFT 6 CẤP
• 2.3.1. Đường truyền mô men xoắn hộp số
• 2.3.2. Sơ đồ cấu tạo hộp số
• 2.3.3. Trục thứ cấp và cặp bánh răng số lùi
• 2.3.4. Bánh răng đầu ra và vi sai
• 2.3.5. Bộ đồng tốc
• 2.3.6. Đường dẫn mô men xoắn
• 2.3.6.1. Đường truyền mô men ở số 1
• 2.3.6.2. Đường truyền mô men ở số 2
• 2.3.6.3. Đường truyền mô men ở số 3
• 3. MÔ PHỎNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 6DTC XE FORD
• 3.1. Các lực tác động lên oto khi chuyển động
• 3.2. Mô phỏng và kết quả
• 3.2.1. Kết quả mô phỏng
• 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Hướng phát triển

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực Ô Tô Ford Focus 2015

Mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại. Đặc biệt, việc ứng dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK trong mô phỏng hoạt động của hộp số ly hợp kép Ford Focus 2015 mang lại nhiều lợi ích. Hệ thống truyền lực đóng vai trò quan trọng trong việc truyền công suất từ động cơ đến bánh xe, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và khả năng vận hành của xe. Việc mô phỏng giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống này.

1.1. Lý Do Chọn Đề Tài Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực

Sự phát triển của công nghệ ô tô yêu cầu các phương pháp mô phỏng hiện đại để cải thiện hiệu suất. Việc chọn đề tài này nhằm cung cấp cái nhìn sâu sắc về hoạt động của hộp số ly hợp kép, từ đó nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu trong lĩnh vực ô tô.

1.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực

Mục tiêu chính là nghiên cứu và mô phỏng hoạt động của hộp số ly hợp kép Ford Focus 2015 bằng MATLAB/SIMULINK. Qua đó, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và tìm ra giải pháp tối ưu cho hệ thống truyền lực.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực Ô Tô

Mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô gặp nhiều thách thức, từ việc thu thập dữ liệu chính xác đến việc xây dựng mô hình mô phỏng. Các yếu tố như độ chính xác của mô hình, khả năng tính toán và thời gian thực hiện mô phỏng đều ảnh hưởng đến kết quả. Đặc biệt, việc mô phỏng hộp số ly hợp kép yêu cầu hiểu biết sâu sắc về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó.

2.1. Các Thách Thức Trong Việc Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác của mô hình mô phỏng. Các yếu tố như lực cản, ma sát và các thông số kỹ thuật của hộp số cần được tính toán chính xác để mô phỏng hiệu quả.

2.2. Tác Động Của Các Yếu Tố Ngoại Lai Đến Mô Phỏng

Các yếu tố như điều kiện vận hành, tải trọng và tốc độ xe có thể ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng. Việc phân tích các yếu tố này là cần thiết để có được mô hình mô phỏng chính xác và đáng tin cậy.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực Bằng MATLAB SIMULINK

MATLAB/SIMULINK là công cụ mạnh mẽ cho việc mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô. Phương pháp này cho phép xây dựng mô hình mô phỏng chi tiết, từ đó phân tích và đánh giá hiệu suất của hộp số ly hợp kép. Việc sử dụng phần mềm này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình nghiên cứu.

3.1. Cách Xây Dựng Mô Hình Mô Phỏng Trong MATLAB

Xây dựng mô hình mô phỏng trong MATLAB yêu cầu sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Các khối mô phỏng cần được thiết lập chính xác để phản ánh đúng hoạt động của hộp số ly hợp kép.

3.2. Phân Tích Kết Quả Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực

Sau khi hoàn thành mô phỏng, việc phân tích kết quả là rất quan trọng. Các thông số như mô men xoắn, tốc độ động cơ và hiệu suất truyền lực cần được đánh giá để đưa ra những nhận định chính xác về hoạt động của hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực Ô Tô

Mô phỏng hệ thống truyền lực không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của xe mà còn hỗ trợ trong việc thiết kế và phát triển sản phẩm mới. Các kết quả từ mô phỏng có thể được áp dụng trong thực tế để tối ưu hóa hoạt động của hộp số ly hợp kép, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng.

4.1. Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Hệ Thống Truyền Lực

Việc mô phỏng giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống truyền lực, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn nâng cao độ bền của các bộ phận.

4.2. Ứng Dụng Trong Thiết Kế Sản Phẩm Mới

Kết quả từ mô phỏng có thể được sử dụng để thiết kế các sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Việc áp dụng công nghệ mô phỏng giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Lực Ô Tô

Mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô bằng MATLAB/SIMULINK đã chứng minh được giá trị của nó trong việc nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ với sự phát triển của công nghệ và phần mềm mô phỏng. Việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới sẽ tiếp tục mở ra nhiều cơ hội cho ngành công nghiệp ô tô.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ Mô Phỏng

Công nghệ mô phỏng đang phát triển nhanh chóng, với nhiều công cụ và phần mềm mới được giới thiệu. Điều này sẽ giúp nâng cao khả năng mô phỏng và phân tích hệ thống truyền lực ô tô.

5.2. Tương Lai Của Ngành Công Nghiệp Ô Tô

Ngành công nghiệp ô tô sẽ tiếp tục phát triển với sự gia tăng nhu cầu về hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu. Mô phỏng hệ thống truyền lực sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng những yêu cầu này.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật ô tô hiện đại, hệ thống truyền lực đóng vai trò truyền và biến đổi công suất từ động cơ đến các bánh xe chủ động. Quá trình này bao gồm các cụm chi tiết chính: ly hợp, hộp số, biến mô, bộ vi sai và trục truyền động các đăng. Trong quá trình vận hành, sự cản trở cơ học và ma sát tại các khớp nối dẫn đến tổn thất hiệu suất truyền động. Để phân tích định lượng các tổn thất này, việc phân tích kết cấu động học và mô hình hóa các phần tử truyền động là yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

Tại Việt Nam, nguồn học liệu mô phỏng kỹ thuật phục vụ đào tạo chuyên sâu về các cơ cấu truyền động tiên tiến còn hạn chế. Nhằm đáp ứng nhu cầu trực quan hóa quy luật truyền công suất và ảnh hưởng của lực cản khi xe chuyển động, đề tài "Ứng dụng Matlab/Simulink mô phỏng hoạt động hộp số ly hợp kép Ford Focus 2015" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Trương Việt Thắng và Trần Nguyễn Hoài Nam, dưới sự hướng dẫn của ThS. Dương Nguyễn Hắc Lân tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Đồ án xác định rõ 3 mục tiêu nghiên cứu:

1. Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết, nguyên lý hoạt động của hộp số trên ô tô.
2. Mô hình hóa hộp số ly hợp kép Ford Focus 2015 bằng phần mềm MATLAB/Simulink.
3. Mô phỏng các chế độ làm việc của hộp số ly hợp kép Ford Focus 2015.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

• Đối tượng nghiên cứu: Hộp số tự động ly hợp kép 6 cấp PowerShift (mã hiệu DPS6 / 6DCT) trang bị trên dòng xe Ford Focus phiên bản 2015.
• Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu kết cấu cơ khí, tính toán động học và động lực học hệ thống truyền lực; xây dựng thuật toán điều khiển và thực hiện mô phỏng hoạt động chuyển số của xe ở điều kiện thử nghiệm toàn tải với độ mở bướm ga đạt 100%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và đối tượng kỹ thuật

Cơ sở lý thuyết của đồ án tập trung vào dòng hộp số tự động ly hợp kép 6 cấp PowerShift do Ford Motor Company hợp tác cùng Getrag chế tạo (liên doanh Getrag Ford Transmissions). Hộp số này có ký hiệu kỹ thuật là DPS6 (Dual PowerShift 6 cấp) hoặc 6DCT (6-speed Dual Clutch Transmission). Theo dữ liệu kỹ thuật từ nhà sản xuất, việc sử dụng cơ cấu ly hợp kép khô và cơ cấu chấp hành điện cơ giúp cải thiện hiệu suất sử dụng nhiên liệu lên tới 10% so với hộp số tự động truyền thống sử dụng biến mô thủy lực.

Về mặt kết cấu, hộp số PowerShift có khối lượng khô là 76 kg, kết cấu vỏ làm bằng nhôm chia làm 2 phần. Hộp số gồm 6 số tiến và 1 số lùi, trong đó có 2 tỷ số truyền tăng (Overdrive) tại số 5 và số 6.

Tay số	Tỷ số truyền ($i$)	Đặc điểm truyền động
Số 1	3,92	Tỷ số truyền cao nhất ở chiều tiến
Số 2	2,43	Trang bị bộ đồng tốc kép
Số 3	1,44	Trang bị bộ đồng tốc đơn
Số 4	1,02	Trang bị bộ đồng tốc đơn
Số 5	0,87	Tỷ số truyền tăng ($i < 1$)
Số 6	0,70	Tỷ số truyền tăng cao nhất ($i < 1$)
Số lùi (R)	3,51	Đổi chiều quay qua bánh răng trung gian

Khác biệt cơ bản giữa hộp số sàn và hộp số ly hợp kép thể hiện ở biểu đồ mô men xoắn truyền động: trên hộp số sàn, mô men xoắn bị ngắt hoàn toàn trong khoảng thời gian gài số; ngược lại, trên hộp số ly hợp kép, việc chuyển số diễn ra luân phiên giữa hai ly hợp giúp thời gian ngắt mô men được rút ngắn đáng kể, duy trì dải lực kéo gần như liên tục.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

Đồ án kết hợp các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập và đối chiếu tài liệu kỹ thuật chuyên hãng của Ford, giáo trình chuyên ngành kỹ thuật ô tô và các tài liệu đào tạo dịch vụ của hệ thống PowerShift nhằm xác định chính xác kích thước hình học, góc quay cơ cấu cam, nguyên lý của mô-đun điều khiển hộp số (TCM - Transmission Control Module).
• Phương pháp tính toán động lực học: Lập công thức xác định các thành phần lực tác động lên ô tô trong quá trình chuyển động, bao gồm lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản dốc và lực cản quán tính; từ đó xác định phương trình cân bằng lực kéo tại bánh xe chủ động.
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Ứng dụng gói công cụ Simscape Driveline thuộc phần mềm MATLAB/Simulink để chuyển đổi các liên kết cơ học, ma sát ly hợp, quán tính quay và hàm logic điều khiển thành mô hình toán học tương đương.
• Nguồn dữ liệu: Thông số kỹ thuật của xe Ford Focus 2015, sơ đồ cấu tạo và tài liệu bảo dưỡng chi tiết của hộp số Ford PowerShift DPS6.

Nội dung chính theo từng chương

Tổng quan đề tài

Phần tổng quan trình bày lý do chọn đề tài dựa trên xu hướng ứng dụng phần mềm mô phỏng trong công nghệ kỹ thuật ô tô. Tác giả chỉ ra vai trò của công cụ tính toán máy tính trong việc mô phỏng biến thiên các đại lượng động lực học, đồng thời xác lập 3 mục tiêu, phạm vi khảo sát ở độ mở bướm ga 100% và phương pháp tiếp cận từ lý thuyết đến mô hình hóa trên phần mềm MATLAB/Simulink.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương này mô tả chi tiết giải pháp kết cấu cơ điện của hộp số ly hợp kép PowerShift 6 cấp:

• Trục sơ cấp và thứ cấp: Hộp số sử dụng 2 trục sơ cấp đồng tâm lồng vào nhau: trục sơ cấp A dạng rắn (nằm bên trong) gắn các bánh răng chủ động số lẻ 1, 3, 5; trục sơ cấp B dạng rỗng (nằm bên ngoài) gắn các bánh răng chủ động số chẵn 2, 4, 6 và số lùi R. Phía đầu ra gồm 2 trục thứ cấp riêng biệt (trục thứ cấp A và B) mang các bánh răng bị động quay trơn. Khi nhìn theo hình chiếu cạnh, 2 trục sơ cấp và 2 trục thứ cấp bố trí tạo thành hình tam giác, còn khi kết hợp với trục bánh răng vi sai chung sẽ tạo thành tứ giác liên kết.
• Bộ đồng tốc: Các tay số 1, 3, 4, 5, 6 và số lùi sử dụng bộ đồng tốc đơn; riêng tay số 2 sử dụng bộ đồng tốc kép để tăng mô men ma sát đồng tốc.
• Đường truyền mô men xoắn:
  • Số 1: Đĩa ly hợp A $\rightarrow$ Trục sơ cấp A $\rightarrow$ Cặp bánh răng số 1 $\rightarrow$ Bộ đồng tốc 1-5 $\rightarrow$ Trục thứ cấp A $\rightarrow$ Bánh răng vi sai.
  • Số 2: Đĩa ly hợp B $\rightarrow$ Trục sơ cấp B $\rightarrow$ Cặp bánh răng số 2 $\rightarrow$ Bộ đồng tốc 2-6 $\rightarrow$ Trục thứ cấp A $\rightarrow$ Bánh răng vi sai.
  • Số 3: Đĩa ly hợp A $\rightarrow$ Trục sơ cấp A $\rightarrow$ Cặp bánh răng số 3 $\rightarrow$ Bộ đồng tốc số 3 $\rightarrow$ Trục thứ cấp B $\rightarrow$ Bánh răng vi sai.
  • Số 4: Đĩa ly hợp B $\rightarrow$ Trục sơ cấp B $\rightarrow$ Cặp bánh răng số 4 $\rightarrow$ Bộ đồng tốc 4-R $\rightarrow$ Trục thứ cấp B $\rightarrow$ Bánh răng vi sai.
  • Số 5: Đĩa ly hợp A $\rightarrow$ Trục sơ cấp A $\rightarrow$ Cặp bánh răng số 5 $\rightarrow$ Bộ đồng tốc 1-5 $\rightarrow$ Trục thứ cấp A $\rightarrow$ Bánh răng vi sai.
  • Số 6: Đĩa ly hợp B $\rightarrow$ Trục sơ cấp B $\rightarrow$ Cặp bánh răng số 6 $\rightarrow$ Bộ đồng tốc 2-6 $\rightarrow$ Trục thứ cấp A $\rightarrow$ Bánh răng vi sai.
  • Số lùi (R): Đĩa ly hợp B $\rightarrow$ Trục sơ cấp B $\rightarrow$ Bánh răng số 2 trên trục thứ cấp A $\rightarrow$ Bánh răng trung gian $\rightarrow$ Bánh răng số lùi trên trục thứ cấp B $\rightarrow$ Bộ đồng tốc 4-R $\rightarrow$ Bánh răng vi sai (đổi chiều quay đầu ra).
• Trạng thái đỗ xe (P): Cả hai ly hợp đều ở trạng thái mở; bộ đồng tốc số 1 và số lùi cùng được cài đồng thời; một chốt đỗ cơ học được gài giữ chặt trục thứ cấp nhờ lực đẩy lò xo để khóa chuyển động quay.
• Hệ thống chuyển số bằng trống cần số (Shift Drum): Quá trình chuyển số được thực hiện thông qua 2 mô tơ điện một chiều không chổi than (DC motor) điều khiển 2 trống cần số độc lập qua hai cặp bánh răng thẳng kép giảm tốc. Rãnh cam trên trống cần số dẫn hướng các con trượt liên kết với càng cua gạt số:
  • Trống cần số A (điều khiển số lẻ 1, 3, 5): Có tổng góc quay làm việc $200^\circ$. Cụ thể: $0^\circ$ là vị trí biên dưới; $10^\circ$ gài số 1; $55^\circ$ là vị trí trung gian giữa số 1 và 3; $100^\circ$ gài số 3; $145^\circ$ là vị trí trung gian giữa số 3 và 5; $190^\circ$ gài số 5; $200^\circ$ là vị trí biên trên.
  • Trống cần số B (điều khiển số chẵn 2, 4, 6 và lùi): Có tổng góc quay làm việc lớn hơn $290^\circ$. Cụ thể: $0^\circ$ là vị trí biên dưới; $10^\circ$ gài số lùi; $55^\circ$ là vị trí trung gian giữa số lùi và số 2; $100^\circ$ gài số 2; $145^\circ$ là vị trí trung gian giữa số 2 và 4; $190^\circ$ gài số 4; $235^\circ$ là vị trí trung gian giữa số 4 và 6; $280^\circ$ gài số 6; $290^\circ$ là vị trí biên trên.
• Hệ thống ly hợp kép khô và cơ cấu chấp hành: Khác với ly hợp thường (luôn đóng nhờ lò xo), ly hợp kép trên hộp số DPS6 là loại ly hợp chủ động mở khi ở trạng thái nghỉ. Để đóng ly hợp truyền mô men, mô tơ DC không chổi than quay vít me bi, đẩy đai ốc bi tịnh tiến, dịch chuyển con lăn đòn bẩy để tác động lực đẩy lên cần gài ly hợp, ép vòng bi tỳ vào lò xo đĩa để nén đĩa ma sát vào đĩa dẫn động. Hai vòng bi ly hợp A và B trượt độc lập trên cùng một ống dẫn hướng đồng tâm.

Chương 3: Mô phỏng hộp số tự động 6DCT xe Ford

Chương 3 trình bày các phương trình động lực học chuyển động thẳng của ô tô và quy trình thiết lập các khối tính toán trên MATLAB/Simulink. Các thông số tải trọng, lực cản và quán tính được tổng hợp để phản ánh trạng thái làm việc của hộp số khi xe tăng tốc.

Thiết kế và triển khai mô phỏng hệ thống

Căn cứ vào sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền lực xe Ford Focus 2015, mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trên MATLAB/Simulink được thiết kế bao gồm các khối chức năng chính sau:

[Generic Engine] 
[Disk Friction Clutch (A & B)] 
[Simple Gear & Dog Clutch (Hộp số 6 cấp)]
[Final Drive Ratio (Cầu chủ động)] 

Kiến trúc các khối phần cứng trong mô hình

1. Khối động cơ (Generic Engine): Mô hình hóa đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong. Khối kết nối với cảm biến mô men quay lý tưởng (Ideal Torque Sensor) và cảm biến đo chuyển động quay lý tưởng (Ideal Rotational Motion Sensor) để xác định vận tốc góc và mô men đầu ra trục khuỷu.
2. Khối ly hợp (Disk Friction Clutch): Gồm 2 khối ly hợp ma sát đĩa đại diện cho ly hợp A và ly hợp B. Mỗi khối được gắn cảm biến trượt để đo lường độ chênh lệch tốc độ giữa đĩa dẫn động và đĩa bị động trong quá trình đóng/ngắt.
3. Khối hộp số bánh răng: Sử dụng kết hợp các khối bánh răng đơn (Simple Gear) tương ứng với tỷ số truyền từng tay số và khối ly hợp vấu (Dog Clutch) để mô phỏng sự đóng/khớp cơ học của bộ đồng tốc. Lực gài số được cấp bởi khối nguồn lực lý tưởng (Ideal Force Source).
4. Khối thân xe và di chuyển: Gồm khối tỷ số truyền truyền lực chính (Final Drive Ratio), khối bánh xe (Tires) và khối thân xe (Vehicle Body). Khối thân xe giải các phương trình cản chuyển động dựa trên khối lượng toàn bộ xe, diện tích cản chính diện và hệ số cản khí động học.

Kiến trúc hệ thống điều khiển hộp số

Hệ thống điều khiển được thiết kế mô phỏng thuật toán xử lý của mô-đun TCM:

• Khối trạng thái chuyển số (Shift State) và chuyển số (Gear Shift): Tiếp nhận tín hiệu vận tốc xe và vị trí bướm ga để xác định tay số yêu cầu.
• Khối hàm tính toán thời điểm sang số: Gồm 2 khối thuật toán riêng biệt: khối hàm calc_up tính toán đường đặc tính tăng số (Upshifting) và khối hàm calc_down tính toán đường đặc tính giảm số (Downshifting) nhằm tránh hiện tượng nhảy số liên tục tại vùng vận tốc giáp ranh.
• Khối kiểm soát áp suất ly hợp (Clutch Pressure Control): Xử lý tín hiệu áp lực đóng mở cho ly hợp số lẻ và ly hợp số chẵn. Khi tay số kế tiếp được gài trước thông qua khối Gear shift demands, áp lực trên ly hợp đang làm việc giảm dần đồng thời áp lực trên ly hợp chuẩn bị làm việc tăng lên, đảm bảo mô men được chuyển giao tuần tự.
• Khối chuyển đổi tốc độ lấy mẫu (Rate Transition): Đảm bảo tính ổn định số học khi ghép nối giữa các khối điều khiển logic rời rạc và các khối mô hình động lực học liên tục.

Kết quả và đóng góp

Kết quả mô phỏng

Mô hình được tiến hành chạy thử nghiệm trong điều kiện độ mở bướm ga 100% (toàn tải). Kết quả thu được thông qua hệ thống đồ thị hiển thị các thông số động lực học:

• Đặc tính động cơ: Đồ thị tốc độ động cơ (RPM), công suất động cơ và mô men xoắn động cơ phản ánh chính xác chu kỳ tăng tốc và sự biến thiên khi xe chuyển tuần tự từ số 1 lên số 6.
• Quá trình chuyển số: Đồ thị tay số và đồ thị sang số ghi nhận quá trình tăng số diễn ra tuần tự từ 1 đến 6. Quá trình chuyển đổi mô men giữa hai ly hợp diễn ra nhanh chóng, biên độ suy giảm mô men tại các thời điểm chuyển số nhỏ hơn nhiều so với hộp số sàn thông thường.
• Động lực học xe: Đồ thị gia tốc, đồ thị tốc độ xe, đồ thị mô men tại bánh xe chủ động thể hiện xu hướng tăng dần vận tốc theo thời gian.
• Cân bằng lực: Đồ thị biểu diễn tương quan giữa lực kéo tiếp tuyến, lực bám của bánh xe với mặt đường, lực cản chuyển động tổng cộng và đồ thị tổng lực tác dụng lên xe, chứng minh điều kiện chuyển động không xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn ở độ mở ga toàn phần.

Đóng góp của đề tài

• Hệ thống hóa toàn bộ cấu tạo chi tiết, sơ đồ bố trí không gian của các trục sơ cấp/thứ cấp và nguyên lý điều khiển điện cơ của hộp số PowerShift DPS6 trên xe Ford Focus 2015.
• Cung cấp mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trên phần mềm MATLAB/Simulink bao gồm cả phần động lực học cơ khí và thuật toán logic điều khiển sang số tự động, có thể chạy mô phỏng trực quan phục vụ công tác giảng dạy chuyên ngành ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Các kết quả thu được từ mô hình MATLAB/Simulink trong đồ án là những mô phỏng ước lượng dựa trên các khối lý tưởng hóa của Simscape Driveline. Mô hình chỉ mới khảo sát ở trường hợp độ mở bướm ga cố định 100%, chưa đánh giá hoạt động của hộp số ở các dải tải trọng thay đổi, các chế độ ga trung bình hoặc chu trình lái thực tế (Driving Cycle).
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng mô hình để mô phỏng hộp số ở các điều kiện làm việc đa dạng hơn (các độ mở bướm ga khác nhau, chế độ phanh, chuyển số lùi); nghiên cứu sâu hơn về độ êm dịu khi chuyển số và khảo sát ảnh hưởng của độ mòn các đĩa ma sát ly hợp sau thời gian vận hành.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật phù hợp cho:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử nghiên cứu về môn học Lý thuyết ô tô, Thiết kế tính toán hệ thống truyền lực và Mô hình hóa hệ thống cơ điện ô tô.
• Người làm đồ án hoặc đề tài nghiên cứu liên quan đến hộp số tự động ly hợp kép (DCT): phần cấu tạo chi tiết cơ cấu trống cần số (góc quay cam $200^\circ$ và $290^\circ$), cơ cấu dẫn động vít me bi của bộ gài ly hợp khô và cách thiết lập các khối Generic Engine, Disk Friction Clutch, Dog Clutch trong Simscape Driveline là những nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng trực tiếp.

Câu hỏi thường gặp

1. Khối lượng khô và các tỷ số truyền của hộp số Ford PowerShift DPS6 là bao nhiêu?

Theo công bố trong đồ án, hộp số có khối lượng khô là 76 kg. Tỷ số truyền tại các tay số lần lượt là: số 1 đạt 3,92; số 2 đạt 2,43; số 3 đạt 1,44; số 4 đạt 1,02; số 5 đạt 0,87; số 6 đạt 0,70 và số lùi là 3,51.

2. Hai trục sơ cấp của hộp số Ford Focus 2015 được phân chia nhiệm vụ như thế nào?

Hộp số bố trí 2 trục sơ cấp đồng tâm: trục sơ cấp A dạng rắn nằm bên trong, kết nối với ly hợp A để dẫn động các bánh răng số lẻ (1, 3, 5); trục sơ cấp B dạng rỗng bọc ngoài trục A, kết nối với ly hợp B để dẫn động các bánh răng số chẵn (2, 4, 6) và bánh răng số lùi.

3. Góc quay làm việc và chức năng của hai trống cần số A và B khác nhau ra sao?

Trống cần số A có tổng góc quay $200^\circ$, điều khiển càng gạt của các số lẻ 1, 3, 5. Trống cần số B có tổng góc quay lớn hơn ($290^\circ$), điều khiển càng gạt của các số chẵn 2, 4, 6 và số lùi R. Góc quay của trống B lớn hơn do phải đảm nhiệm điều khiển 4 tay số so với 3 tay số của trống A.

4. Cơ chế tạo lực ép đóng bộ ly hợp kép khô trên hộp số DPS6 hoạt động theo nguyên lý nào?

Ở trạng thái nghỉ, ly hợp mở hoàn toàn do áp lực tiếp xúc của lò xo đĩa bằng không. Để đóng ly hợp, mô tơ DC không chổi than quay thanh ren vít me bi, làm đai ốc bi tịnh tiến di chuyển con lăn dọc trục. Nhờ nguyên tắc đòn bẩy, con lăn tạo lực đẩy cần gài ly hợp tác động lên vòng bi gài để ép lò xo đĩa, nén đĩa ma sát vào đĩa dẫn động.

5. Cơ chế khóa ở trạng thái đỗ xe (Park) được thực hiện như thế nào?

Ở vị trí đỗ xe, cả hai bộ ly hợp đều mở, đồng thời hai bộ đồng tốc số 1 và số lùi được gài sẵn. Chốt đỗ cơ học được cài trực tiếp vào trục thứ cấp và được giữ cố định bằng lò xo để ngăn trục thứ cấp quay.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của nhóm tác giả Trương Việt Thắng và Trần Nguyễn Hoài Nam đã phân tích chi tiết kết cấu cơ khí và nguyên lý điều khiển điện cơ của hộp số ly hợp kép PowerShift DPS6 trên xe Ford Focus 2015. Bằng việc ứng dụng phần mềm MATLAB/Simulink, đề tài đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực tích hợp thuật toán chuyển số tự động ở chế độ toàn tải 100% bướm ga. Kết quả mô phỏng đã làm rõ quy luật biến thiên mô men, tốc độ và các lực cản chuyển động, mang lại tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích phục vụ công tác nghiên cứu và đào tạo chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỘP SỐ LY HỢP KÉP FORD FOCUS 2015 GVHD: ThS. DƯƠNG NGUYỄN HẮC LÂN SVTH: TRƯƠNG VIỆT THẮNG TRẦN NGUYỄN HOÀI NAM S K L 0 1 2 3 2 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2024 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỘP SỐ LY HỢP KÉP FORD FOCUS 2015 GVHD: ThS. DƯƠNG NGUYỄN HẮC LÂN SVTH: TRƯƠNG VIỆT THẮNG MSSV: 19145463 SVTH: TRẦN NGUYỄN HOÀI NAM MSSV: 19145101 TP Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2024 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Tên đề tài: ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỘP SỐ LY HỢP KÉP FORD FORCUS 2015 GVHD: ThS.

DƯƠNG NGUYỄN HẮC LÂN SVTH: TRƯƠNG VIỆT THẮNG MSSV: 19145463 SVTH: TRẦN NGUYỄN HOÀI NAM MSSV: 19145101 TP Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2024 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn sự đồng hành và hỗ trợ của gia đình trong suốt 12 năm qua, đặc biệt là trong giai đoạn học đại học kéo dài 4 năm. Nhờ có sự quan tâm và hỗ trợ về cả mặt vật chất lẫn tinh thần từ mọi người trong gia đình, chúng em đã có thể tiếp tục hành trình học tập và phát triển bản thân. Chúng em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Thầy Th.S Dương Nguyễn Hắc Lân đã đồng ý trở thành giáo viên hướng dẫn đồ án của chúng em. Qua suốt quá trình làm việc cùng thầy, chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ dẫn về kiến thức, được thầy định hướng về đề tài và những khía cạnh phát triển trong tương lai.

Sự hỗ trợ từ thầy đã giúp chúng em mở rộng hiểu biết về ô tô, cải thiện khả năng nghiên cứu và tìm kiếm tài liệu, đồng thời trang bị cho chúng em những kỹ năng quan trọng trong tương lai. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Cơ Động Lực đã truyền đạt những kiến thức và kỹ năng cơ bản cho chúng em. Nhờ sự giảng dạy của quý thầy cô, chúng em đã có thể áp dụng những kiến thức này vào đề tài và cũng sẽ áp dụng chúng trong các công việc và nghiên cứu tương lai. Cuối cùng, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Trường Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM và Khoa Cơ Khí Động Lực vì đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đồ án trong thời gian và không gian phù hợp.

Sự quan tâm đến quá trình thực hiện của chúng em đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng em có thể tiến hành nghiên cứu và hoàn thiện đồ án. Nếu trong quá trình báo cáo có bất kỳ thiếu sót nào, chúng em xin kính mong quý thầy cô thông cảm và góp ý giúp chúng em hoàn thiện hơn. Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2024 Nhóm sinh viên thực hiện TRƯƠNG VIỆT THẮNG TRẦN NGUYỄN HOÀI NAM i TÓM TẮT Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật cùng với sự gia tăng nhanh chóng về nhu cầu sử dụng cũng kéo theo số lượng xe ô tô tham gia giao thông tăng nhanh lên.

Các hãng xe lớn luôn cho ra nhiều mẫu xe để đáp ứng những nhu cầu khác nhau về trải ngiệm của người dùng. Vì thế đã có rất nhiều sự thay đổi về động cơ cũng như là hệ thống truyền lực của ô tô. Khi ô tô chuyển động, công suất của động cơ được truyền đến bánh xe chủ động thông qua hệ thống truyền lực. Hệ thống truyền lực trên xe ô tô bao gồm các bộ phận như: ly hợp, hộp số, biến mô, bộ vi sai, truyền động các đăng.

Trong quá trình vận hành của xe thì đều sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố riêng biệt làm thất thoát đi một phần hiệu suất khi đi qua hệ thống truyền lực. Để có thể làm rõ được vấn đề thất thoát cần phải phân tích kết cấu, chức năng, nhiệm vụ và mô hình hóa các phần tử hệ thống truyền lực trên ô tô và sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng hệ thống truyền lực của ô tô. Qua đó, chúng ta sẽ tiến hành phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của hệ thống truyền lực nhằm làm rõ quy luật, đường truyền công suất ở các loại xe sử dụng các loại hộp số khác nhau (hộp số thường, hộp số tự động…) và ở các điều kiện vận hành khác nhau. Từ đó, đề tài mà nhóm chúng em chọn để thực hiện là: “Ứng dụng Matlab Simulink trong mô phỏng hoạt động hộp số ly hợp kép Ford Focus 2015”.

Để có thể xây dựng một mô hình có tính tham khảo, dễ hiểu và tổng quát nhất về hệ thống truyền lực của xe ô tô trong quá trình vận hành. Cùng với tài liệu về hệ thống truyền lực thì việc mô phỏng bằng Matlab/Simulink sẽ cho chúng ta thấy được cái nhìn sâu sắc hơn về đường truyền cũng như ảnh hưởng của các lực cản trong quá trình xe di chuyển. Tuy nhiên đây chỉ là những mô phỏng ước lượng so với thực tế. Nhóm chúng em hi vọng đề tài này sẽ giúp cho bạn đọc có thể hiểu hơn về hệ thống truyền lực sử dụng hộp số ly hợp kép.

ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU. vi DANH MỤC CÁC HÌNH.

vii DANH MỤC CÁC BẢNG. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .Lý do chọn đề tài .Mục tiêu nghiên cứu .Phương pháp nghiên cứu .Phạm vi nghiên cứu. 2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .Giới thiệu chung về hợp số powershift 6 cấp .Cấu tạo và nguyên lí cơ bản của hộp số .Cấu tạo cơ bản .Đặc điểm của hộp số .Sơ lược nguyên lí và ứng dụng .Thông số kĩ thuật hộp số .CẤU TẠO HỘP SỐ LY HỢP KÉP POWERSHIFT 6 CẤP .Đường truyền mô men xoắn hộp số.Sơ đồ cấu tạo hộp số .Đường dẫn mô men xoắn .Trạng thái đỗ xe.Cơ cấu chuyển số .Tổng quan về hệ thống chuyển số .Bố cục cơ cấu chuyển số .Bố cục hệ thống chuyển số.Chức năng của trống cần số .Hệ thống ly hợp kép.Tổng quan hệ thống ly hợp kép. Cấu tạo ly hợp kép .Nguyên lí hoạt động của ly hợp kép.Bộ gài ly hợp .Bộ dẫn động cần điện cơ.1Tổng quan bộ dẫn động cần điên .Nguyên lí hoạt động của bộ dẫn động điện cơ .Tổng quan về TCM .Bản vẽ các chi tiết TCM.Nguyên lí hoạt động của TMC .Chế độ chọn-sang số .MÔ PHỎNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 6DTC XE FORD .Các lực tác động lên oto khi chuyển động .Mô phỏng và kết quả .Kết quả mô phỏng .KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .Hướng phát triển.

71 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU TCM Transmission Control Module RPM Revolutions Per Minute DCT Dual Clutch Transmission DC Direct Current DPS Dual Powershift Synchronizers BCM Body Control Module ISSS Input Shaft Speed Sensor OSSS Output Shaft Speed Sensor PCM Powertrain Control Module ABS Anti-lock Braking System P Park R Reverse N Neutral D Drive vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. 1 Hộp số ly hợp kép Powershift 6 cấp. 2 Quá trình sang số trên hộp số sàn. 3 Biểu đồ sang số trên hộp số trên hộp số ly hợp kép.

1 Trục sơ cấp hộp số. 2 Trục thứ cấp và cặp bánh răng số lùi. 3 Bánh răng đầu ra và vi sai. 4 Bộ đồng tốc.

5 Đường truyền mô men ở số 1. 6 Đường truyền mô men ở số 2. 7 Đường truyền mô men ở số 3. 8 Đường truyền mô men ở số 4.

9 Đường truyền mô men ở số 5. 10 Đường truyền mô men ở số 6. 11 Đường truyền mô men số lùi. 12 Ở trạng thái đậu xe.

13 Tổng quan hệ thống chuyển số. 14 Cơ cấu hệ thống chuyển số. 15 Cơ cấu chuyển số bên trong. 16 Nguyên lí cấu tạo trống cần số A.

17 Nguyên lí cấu tạo trống cần số B. 18 Hệ thống ly hợp kép. 19 Hình cắt mặt phẳng đứng bộ ly hợp. 20 Hình cắt hệ thống ly hợp.

21 Ly hợp đóng và mở. 22 Bộ gài ly hợp. 23 Bộ dẫn động cần điện cơ. 24 Nguyên lý hoạt động của bộ dẫn động cần điện cơ.

25 Các chi tiết cấu tạo của TCM. 26 Sơ đồ hoạt động của TCM. 28 Sơ đồ mạnh điện mô tơ. 1 Sơ đồ khối hệ thống truyền lực của hộp số ly hợp kép Ford Focus 2015.

2 Khối Generic Engine. 3 Khối Ideal Torque Sensor. 4 Ideal Rotational Motion Sensor. 5 Hộp thoại thông số khối Generic Engine.

6 Khối Disk Friction Clutch. 7 Cảm biến trượt. 8 Khối Simple Gear. 9 Khối Dog Clutch.

10 Khối Ideal Force Source. 11 Khối Rate Transition. 12 Cơ cấu chấp hành. 14 Mô hình Truyền động.

15 Khối Vehicle Body. 16 Hình hộp thoại khối vehicle body. 17 Hộp thoại thông số khối Final Drive Ratio. 19 Hộp thoại thông số khối Tires.

20 Khối hệ thống Vehicle. 21 Mô hình khối điều khiển hộp số. 22 Khối Shift State. 23 Khối Gear Shift.

24 Hộp thoại khối Gear Shift. 25 Khối hàm calc_up. 26 Thông số của khối Up ứng với trường hợp Upshifting. 27 Đồ thị thời điểm tăng số của trường hợp Upshifting.

28 Khối hàm calc_down. 29 Thông số của khối Down ứng với trường hợp Downshifting. 30 Đồ thị thời điểm hạ số của trường hợp Downshifting. 31 Code điều khiển 2 ly hợp.

32 Khối Clutch Pressure Control. 33 Khối điều khiển ly hợp số lẻ. 34 Khối Gear shift demands. 35 Khối chuyển số.

36 Đồ thị tốc độ động cơ. 37 Đồ thị công suất động cơ. 38 Đồ thị mô men động cơ. 39 Đồ thị tốc độ xe.

40 Đồ thị tay số. 41 Đồ thị mô men bánh xe. 42 Đồ thị sang số. 43 Đồ thị gia tốc.

44 Đồ thị tốc độ xe. 45 Đồ thị lực kéo lực bám và lực cản. 46 Đồ thị tổng lực tác dụng. 70 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.

1 Giải thích cách sang số ở hình 2. 2 Giải thích biểu đồ sang số trên hộp ly hợp kép. 3 Tỷ số truyền. 1 Các chi tiết trong hệ thống chuyển số 17 Bảng 3.