Luận văn thạc sĩ hay nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép

Khám phá luận văn thạc sĩ về động lực học ô tô và hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép, ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô.

• Tác giả: Đàm Hữu Vũ
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Khắc Tuân
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.2.1. Mục đích nghiên cứu của đề tài
• 1.2.2. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
• 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tổng quan về hệ thống truyền lực
• 2.2. Tổng quan các hộp số trên ô tô
• 2.2.1. Hộp số thường (MT)
• 2.2.2. Hộp số tự động (AT)
• 2.2.3. Hộp số vô cấp (CVT)
• 2.3. Tổng quan hộp số ly hợp kép (DCT)
• 2.3.1. Phân loại hộp số DCT
• 2.4. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.4.1. Các nghiên cứu trong nước
• 2.4.2. Các nghiên cứu ngoài nước
• 2.5. Kết luận chương 1
• 3. CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC KIỂU LY HỢP KÉP
• 3.1. Cấu tạo của hệ thống truyền lực cơ khí với ly hợp kép
• 3.1.1. Cấu tạo và hoạt động
• 3.1.2. Điều khiển hệ thống truyền lực với ly hợp kép
• 3.2. Mô phỏng ô tô trang bị hệ thống truyền lực kiểu ly hợp kép
• 3.2.1. Phương pháp mô phỏng
• 3.2.1.1. Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa các vật trong hệ
• 3.2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết
• 3.2.2. Mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô kiểu cơ khí với ly hợp kép bằng phương pháp thứ nhất
• 3.2.2.1. Mô hình động cơ đốt trong
• 3.2.2.2. Mô hình hộp số ly hợp kép
• 3.2.2.3. Mô hình thân xe
• 3.2.3. Mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô bằng phương pháp thứ hai
• 3.3. Kết luận chương 2
• 4. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ KIỂU LY HỢP KÉP
• 4.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu
• 4.1.1. Mô hình động cơ
• 4.1.2. Mô hình hộp số
• 4.1.3. Mô hình khối điều khiển hộp số
• 4.1.4. Mô hình lốp
• 4.1.5. Mô hình thân xe
• 4.1.6. Mô hình toàn xe
• 4.2. Mô phỏng và phân tích kết quả
• 4.2.1. Kết quả mô phỏng trường hợp 1: ô tô chuyển động theo chu trình thử ECE 15
• 4.2.2. Kết quả mô phỏng trường hợp 2: ô tô chuyển động theo chu trình thử UEDC
• 4.2.3. Kết quả mô phỏng trường hợp 3: ô tô tăng tốc từ 0 đến 100 km/h
• 4.3. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu động lực học ô tô với ly hợp kép

Nghiên cứu động lực học ô tô với hệ thống truyền lực ly hợp kép là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Hệ thống này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất vận hành mà còn nâng cao tính năng an toàn và tiết kiệm nhiên liệu. Việc hiểu rõ về động lực học ô tô sẽ giúp các kỹ sư thiết kế và cải tiến các mẫu xe mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

1.1. Định nghĩa và vai trò của động lực học ô tô

Động lực học ô tô là nghiên cứu về chuyển động của xe và các lực tác động lên nó. Hệ thống truyền lực ly hợp kép đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe, giúp xe hoạt động hiệu quả hơn.

1.2. Lịch sử phát triển của hệ thống ly hợp kép

Hệ thống ly hợp kép đã được phát triển từ những năm 1980 và ngày càng trở nên phổ biến trong các mẫu xe hiện đại. Sự phát triển này giúp cải thiện khả năng tăng tốc và tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu động lực học ô tô

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong công nghệ ô tô, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc nghiên cứu động lực học ô tô với hệ thống ly hợp kép. Các vấn đề như độ chính xác trong mô phỏng, khả năng tương thích giữa các bộ phận và điều kiện vận hành thực tế cần được giải quyết.

2.1. Độ chính xác trong mô phỏng động lực học

Mô phỏng động lực học ô tô yêu cầu độ chính xác cao để phản ánh đúng các điều kiện thực tế. Việc này đòi hỏi các phần mềm mô phỏng phải được cập nhật thường xuyên và cải tiến.

2.2. Khả năng tương thích giữa các bộ phận

Hệ thống ly hợp kép cần phải tương thích với các bộ phận khác trong xe như động cơ và hộp số. Sự không tương thích có thể dẫn đến hiệu suất kém và hư hỏng.

III. Phương pháp nghiên cứu động lực học ô tô với ly hợp kép

Để nghiên cứu động lực học ô tô với hệ thống ly hợp kép, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm mô phỏng số, thử nghiệm thực tế và phân tích dữ liệu.

3.1. Mô phỏng số trong nghiên cứu động lực học

Mô phỏng số giúp tạo ra các mô hình động lực học chính xác, cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của ô tô. Phần mềm như Matlab thường được sử dụng trong quá trình này.

3.2. Thử nghiệm thực tế và phân tích dữ liệu

Thử nghiệm thực tế trên các mẫu xe trang bị hệ thống ly hợp kép giúp thu thập dữ liệu quan trọng. Dữ liệu này được phân tích để đánh giá hiệu suất và đưa ra các cải tiến cần thiết.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu động lực học ô tô

Nghiên cứu động lực học ô tô với hệ thống ly hợp kép không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các ứng dụng này bao gồm cải tiến thiết kế xe, tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4.1. Cải tiến thiết kế xe

Kết quả nghiên cứu giúp các nhà sản xuất ô tô cải tiến thiết kế xe, từ đó nâng cao hiệu suất và tính năng an toàn cho người sử dụng.

4.2. Tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu

Hệ thống ly hợp kép giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, từ đó giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải khí độc hại.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu động lực học ô tô

Nghiên cứu động lực học ô tô với hệ thống ly hợp kép đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp ô tô. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến đáng kể trong thiết kế và hiệu suất của xe.

5.1. Xu hướng phát triển trong ngành ô tô

Ngành công nghiệp ô tô đang chuyển mình với sự phát triển của công nghệ điện và tự động hóa. Hệ thống ly hợp kép sẽ tiếp tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu này.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu động lực học

Nghiên cứu động lực học ô tô sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp ô tô trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp ô tô toàn cầu trong những thập kỷ gần đây luôn hướng tới mục tiêu nâng cao hiệu suất truyền động, tối ưu hóa mức tiêu hao nhiên liệu từ 8% đến 15% và giảm thiểu phát thải khí xả nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường khắt khe. Trong cấu trúc tổng thành của xe ô tô, hệ thống truyền lực đóng vai trò quyết định đến khả năng truyền và biến đổi mô-men xoắn từ động cơ tới các bánh xe chủ động. Tuy nhiên, các dòng xe sử dụng hộp số cơ khí truyền thống thường gặp phải nhược điểm gián đoạn dòng công suất từ 0.5 đến 1.0 giây trong quá trình chuyển số, làm suy giảm tính êm dịu và tính năng động lực học. Ngược lại, hộp số tự động thủy cơ truyền thống tuy chuyển số êm ái nhưng lại có hiệu suất truyền động thấp hơn khoảng 10% đến 15% do tổn thất năng lượng tại bộ biến mô thủy lực.

Xuất phát từ thực tiễn kỹ thuật đó, đề tài nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán phân tích đặc tính động lực học của ô tô trang bị hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép, nhằm kết hợp ưu điểm hiệu suất cao của hộp số sàn và tính tiện nghi chuyển số của hộp số tự động. Mục tiêu cốt lõi là thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động lực học toàn xe, xây dựng thuật toán điều khiển chuyển số điện tử và mô phỏng đánh giá các chỉ tiêu lực kéo, gia tốc, vận tốc theo chu trình tiêu chuẩn.

Nghiên cứu được triển khai trong phạm vi mô hình hóa lý thuyết và mô phỏng số trên xe con 6 cấp số, hoàn thành tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp thuộc Đại học Thái Nguyên vào năm 2019. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa quan trọng trong việc làm sáng tỏ quy luật phân bố mô-men trong giai đoạn trượt ly hợp với độ chính xác cao, cung cấp cơ sở dữ liệu tính toán ban đầu giúp cải thiện hiệu suất truyền lực đạt trên 95% và hỗ trợ đắc lực cho công tác khai thác, hiệu chỉnh các dòng xe hiện đại tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Cơ sở lý thuyết của luận văn được xây dựng trên nền tảng vững chắc của lý thuyết động lực học ô tô hiện đại kết hợp với mô hình truyền động cơ hệ nhiều vật. Cụ thể, nghiên cứu áp dụng hai khối lý thuyết trọng tâm:

1. Lý thuyết cân bằng động lực học kéo ô tô: Xác định quan hệ giải tích giữa mô-men phát ra từ trục khuỷu động cơ, lực kéo tiếp tuyến tại vệt tiếp xúc bánh xe với mặt đường và các thành phần cản chuyển động như lực cản lăn, lực cản không khí và lực quán tính khi tăng tốc.
2. Lý thuyết ma sát và chuyển tiếp mô-men ly hợp kép: Mô tả toán học quá trình trượt và đóng ngắt đồng thời của hai đĩa ma sát độc lập, thiết lập biểu thức tính toán mô-men truyền qua ly hợp số lẻ và ly hợp số chẵn trong giai đoạn quá độ.

Bên cạnh đó, nghiên cứu làm rõ các khái niệm then chốt bao gồm:

• Hộp số ly hợp kép (Dual Clutch Transmission - DCT): Cơ cấu truyền động gồm hai trục sơ cấp lồng đồng trục, cho phép gài trước cấp số tiếp theo mà không làm ngắt dòng công suất truyền tới trục thứ cấp.
• Sơ đồ chuyển số thích nghi: Quy luật điều khiển thời điểm sang số tự động dựa trên hai thông số đầu vào chính là tốc độ góc trục thứ cấp hộp số và góc mở bướm ga động cơ từ 0% đến 100%.
• Chu trình thử nghiệm động lực học tiêu chuẩn: Các quy chuẩn kiểm tra chế độ vận hành gồm chu trình đô thị ECE 15 và chu trình ngoại ô tốc độ cao UEDC.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình hóa lý thuyết kết hợp mô phỏng số thông qua việc thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa các vật thể trong cơ hệ. Về nguồn dữ liệu và thiết lập mô phỏng, tác giả xây dựng bộ thông số kỹ thuật chuẩn của một mẫu xe con 5 chỗ ngồi có khối lượng toàn tải khoảng 1.500 kg, bán kính tĩnh của bánh xe 0.30 m, diện tích cản chính diện khoảng 2.0 m² và hệ số cản không khí đạt 0.32.

Phương pháp chọn mẫu khảo sát được thực hiện thông qua việc phân tích 3 kịch bản vận hành điển hình với hơn 1.200 bước quét thời gian:

1. Chế độ vận hành đô thị theo chu trình ECE 15 với dải vận tốc từ 0 đến 50 km/h.
2. Chế độ vận hành ngoại ô theo chu trình UEDC với vận tốc cực đại đạt 120 km/h.
3. Chế độ tăng tốc toàn tải mở bướm ga 100% từ 0 đến 100 km/h.

Lý do lựa chọn phương pháp thiết lập hệ phương trình vi phân trên công cụ Matlab/Simulink kết hợp Stateflow thay vì các khối module có sẵn là nhằm kiểm soát trực tiếp bản chất vật lý của từng thành phần: động cơ đốt trong, quán tính bánh đà, độ cứng xoắn của trục bán trục, hiện tượng trượt của cụm ly hợp và động lực học thân xe. Nhờ đó, sai số mô phỏng giữa mô hình toán học và động học thực tế được khống chế ở mức dưới 3.5%. Toàn bộ tiến trình nghiên cứu và xử lý số liệu được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2017 đến năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và phân tích động lực học hệ thống truyền lực ly hợp kép 6 cấp số đã mang lại các phát hiện kỹ thuật quan trọng sau:

1. Khả năng duy trì dòng công suất liên tục: Quá trình sang số từ cấp 1 đến cấp 6 diễn ra cực kỳ nhanh chóng với thời gian chuyển số trung bình chỉ khoảng 0.20 đến 0.35 giây. Mô-men xoắn tại trục ra không bị sụt giảm về mức 0 như ở hộp số cơ khí thông thường, giúp loại bỏ hoàn toàn độ trễ kéo và hiện tượng giật cục khi chuyển số.
2. Đặc tính tăng tốc vượt trội từ 0 đến 100 km/h: Khi xe tăng tốc toàn tải, gia tốc cực đại ở tay số 1 đạt xấp xỉ 3.2 m/s² và duy trì ổn định trên 1.5 m/s² ở các cấp số tiếp theo. Thời gian tăng tốc từ 0 lên 100 km/h được rút ngắn khoảng 12% so với xe trang bị hộp số sàn truyền thống cùng thông số động cơ.
3. Sự tối ưu hóa vòng tua động cơ trong chu trình đô thị ECE 15: Khối điều khiển Stateflow kích hoạt chuyển số nhịp nhàng tại dải tốc độ trục thứ cấp 1.500 vòng/phút (từ số 1 lên 2) và 2.500 vòng/phút (từ số 2 lên 3) khi bướm ga mở 50%, giúp động cơ luôn làm việc trong vùng tiêu hao nhiên liệu tối ưu với mức tiết kiệm ước tính đạt khoảng 9.5%.
4. Tính ổn định lực kéo trong chu trình UEDC: Tại vận tốc cao từ 70 km/h đến 120 km/h, lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động biến thiên mượt mà trong khoảng từ 800 N đến 2.400 N, giúp xe vận hành đầm chắc và duy trì vận tốc ổn định trên đường trường.

Thảo luận kết quả

Các kết quả mô phỏng cho thấy sự phù hợp chặt chẽ giữa mô hình giải tích lý thuyết và động học vận hành thực tế. Cơ chế cốt lõi tạo nên tính êm dịu của hộp số DCT nằm ở giai đoạn giao thoa trượt giữa hai ly hợp: khi ly hợp số lẻ giảm dần áp lực ép thì ly hợp số chẵn tăng dần mô-men ma sát, tổng mô-men truyền động tại bánh xe luôn được đảm bảo liên tục.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trực quan hóa rõ ràng qua các dạng đồ thị và bảng số liệu:

• Đồ thị lực kéo và gia tốc theo thời gian: Thể hiện rõ đường cong lực kéo không có điểm đứt gãy tại các mốc chuyển số, chứng minh ưu thế vượt trội so với đồ thị dạng bậc thang ngắt quãng của hộp số sàn MT.
• Bảng so sánh thông số chuyển số ở các chế độ tải: Khi chuyển từ chế độ bình thường sang chế độ tải nặng, điểm chuyển số được dời lên dải tốc độ cao hơn (từ số 1 lên 2 xảy ra tại 1.800 vòng/phút thay vì 1.500 vòng/phút; từ số 2 lên 3 tại 3.100 vòng/phút thay vì 2.500 vòng/phút), giúp tăng lực kéo dự trữ thêm 20% khi vượt dốc.

Khi so sánh với các công trình nghiên cứu quốc tế của các hãng xe như Volkswagen và BorgWarner, kết quả mô phỏng trong luận văn có sự tương đồng cao về biên độ dao động xoắn và thời gian quá độ, khẳng định tính đúng đắn của mô hình toán vi phân đã xây dựng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện và nâng cao khả năng ứng dụng thực tiễn của hệ thống truyền lực ly hợp kép tại Việt Nam, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp cụ thể:

1. Ứng dụng thuật toán điều khiển mờ (Fuzzy Logic) cho bộ điều khiển ECT: Nâng cấp thuật toán sang số thích nghi theo tải trọng và độ dốc mặt đường nhằm giảm thời gian trượt ly hợp xuống dưới 0.18 giây và giảm hao mòn nhiệt đĩa ma sát khoảng 15%, do các kỹ sư điều khiển thực hiện trong lộ trình 12 tháng.
2. Chuẩn hóa quy trình bảo dưỡng và thay dầu cho ly hợp ướt: Thiết lập định kỳ kiểm tra áp suất thủy lực và thay dầu truyền động chuyên dụng sau mỗi 40.000 đến 60.000 km để duy trì độ nhớt và hệ số ma sát ổn định, nâng cao tuổi thọ cụm van điện từ thêm 25%, áp dụng ngay tại các trung tâm dịch vụ kỹ thuật ô tô.
3. Phát triển hệ thống thử nghiệm bán tự nhiên (Hardware-in-the-Loop - HIL): Kết nối bộ điều khiển điện tử ECU thực tế với mô hình mô phỏng thời gian thực trên máy tính nhằm kiểm chứng độ tin cậy của tín hiệu cảm biến và cơ cấu chấp hành servo trước khi sản xuất hàng loạt, thực hiện bởi các viện nghiên cứu cơ khí động lực trong giai đoạn 2 năm tới.
4. Tích hợp hộp số ly hợp kép vào hệ thống truyền động xe Hybrid (HEV): Tận dụng cấu trúc 2 trục sơ cấp độc lập để ghép nối một động cơ điện vào nhánh số chẵn hoặc số lẻ, nâng cao hiệu suất thu hồi năng lượng phanh lên trên 30%, do các nhóm nghiên cứu phát triển phương tiện xanh triển khai từ năm 2021 trở đi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp khối lượng kiến thức học thuật và ứng dụng thực tiễn sâu sắc, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

1. Giảng viên và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Ô tô - Cơ khí Động lực: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chất lượng cao phục vụ giảng dạy môn học Động lực học ô tô, Mô hình hóa hệ thống truyền lực và hướng dẫn sinh viên làm đồ án mô phỏng Simulink/Stateflow.
2. Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các doanh nghiệp sản xuất ô tô: Khai thác hệ phương trình vi phân và các thông số mô hình hóa để tính toán, tối ưu hóa tỷ số truyền và thiết kế hệ thống điều khiển chuyển số tự động cho các dòng xe mới.
3. Kỹ thuật viên chẩn đoán và sửa chữa ô tô cao cấp: Nắm vững cấu tạo lồng trục, nguyên lý hoạt động của cụm ly hợp kép ma sát ướt và khô, cơ chế servo điện - thủy lực nhằm chẩn đoán chính xác các hiện tượng trượt tải, giật cục hoặc quá nhiệt hộp số.
4. Sinh viên đại học chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Làm tài liệu học tập mẫu mực trong việc áp dụng phần mềm chuyên ngành giải quyết bài toán động lực học xe theo các chu trình chuẩn quốc tế ECE 15 và UEDC.

Câu hỏi thường gặp

1. Hộp số ly hợp kép (DCT) có ưu điểm vượt trội nào so với hộp số sàn (MT) và hộp số tự động thủy cơ (AT)?
Hộp số DCT khắc phục triệt để nhược điểm ngắt dòng công suất của hộp số sàn nhờ cấu trúc 2 ly hợp hoạt động xen kẽ, giảm thời gian chuyển số xuống dưới 0.35 giây. Đồng thời, do truyền động bằng các cặp bánh răng ăn khớp trực tiếp không qua biến mô thủy lực, DCT đạt hiệu suất truyền động trên 95%, tiết kiệm nhiên liệu từ 8% đến 12% so với hộp số AT truyền thống.

2. Vì sao nghiên cứu lựa chọn hai chu trình ECE 15 và UEDC để mô phỏng?
Chu trình ECE 15 đại diện cho điều kiện lái xe nội đô với dải tốc độ thấp dưới 50 km/h và tần suất chuyển số liên tục, giúp đánh giá tính êm dịu và tiêu hao năng lượng khi khởi hành. Chu trình UEDC mô phỏng điều kiện đường trường ngoại ô với tốc độ lên đến 120 km/h, giúp kiểm tra lực kéo dự trữ, gia tốc ở các cấp số cao và độ ổn định động lực học toàn xe.

3. Sự khác nhau giữa ly hợp kép ma sát khô và ma sát ướt là gì?
Ly hợp kép ma sát khô có kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất truyền động cao và điều khiển đơn giản bằng mô tơ servo, thường trang bị cho xe du lịch cỡ nhỏ có mô-men xoắn dưới 250 Nm. Ngược lại, ly hợp kép ma sát ướt có các đĩa ma sát ngâm trong dầu làm mát, chịu được mô-men xoắn lớn trên 350 Nm và tải trọng nhiệt cao, thích hợp cho các dòng xe công suất lớn.

4. Mô hình toán học vi phân trong luận văn được xây dựng dựa trên những thành phần nào?
Mô hình toán học gồm hệ phương trình vi phân liên kết 5 khối chính: động cơ đốt trong (hàm mô-men phụ thuộc góc mở bướm ga), cụm bánh đà và 2 ly hợp, hệ thống bánh răng các cấp số và trục sơ cấp lồng nhau, bán trục và bánh xe chủ động có tính đến độ cứng xoắn, và thân xe chuyển động dưới tác dụng của các lực cản mặt đường và lực cản không khí.

5. Kết quả của luận văn có khả năng áp dụng thực tế tại thị trường ô tô Việt Nam không?
Hoàn toàn khả thi. Mô hình mô phỏng cung cấp cơ sở dữ liệu tính toán chuẩn xác cho các kỹ sư trong nước làm chủ công nghệ điều khiển hộp số tự động, hỗ trợ hiệu chỉnh bản đồ chuyển số ECU phù hợp với điều kiện giao thông đông đúc tại các đô thị Việt Nam và phục vụ công tác chẩn đoán kỹ thuật tại các xưởng dịch vụ.

Kết luận

• Luận văn đã tổng quan toàn diện lịch sử phát triển, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực ô tô trang bị hộp số cơ khí kiểu ly hợp kép (DCT).
• Xây dựng thành công hệ phương trình vi phân mô tả chính xác động lực học của toàn bộ hệ thống truyền lực từ động cơ, ly hợp kép, hộp số 6 cấp đến thân xe.
• Thiết lập mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trên Matlab/Simulink kết hợp Stateflow, làm chủ thuật toán điều khiển đóng ngắt ly hợp và lựa chọn thời điểm chuyển số tối ưu theo tải trọng.
• Kiểm chứng và đánh giá định lượng tính năng động lực học của xe qua 3 kịch bản: chu trình đô thị ECE 15, chu trình ngoại ô UEDC và bài thử tăng tốc toàn tải 0 - 100 km/h với thời gian chuyển số đạt khoảng 0.2 đến 0.35 giây.
• Đóng góp nguồn tư liệu học thuật và phương pháp luận giá trị cao cho ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực tại Việt Nam, mở ra hướng phát triển tích hợp điều khiển hộp số ly hợp kép trên xe lai Hybrid và xe điện trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngành công nghiệp sản xuất ôtô hiện nay phát triển rất nhanh và đa dạng, ôtô được sử dụng rộng rãi đáp ứng nhu cầu của ngày càng cao của người tiêu dùng và các nền kinh tế. Việc nghiên cứu phát triển ôtô nhằm nâng cao năng suất và tăng tính kinh tế trong sử dụng ôtô và độ tin cậy cao, giảm ô nhiễm môi trường luôn là vấn đề mà nhiều nhà khoa học quan tâm giải quyết. Hệ thống truyền lực trong đó có hệ thống truyền lực kiểu cơ khí có ly hợp kép là một trong những tổng thành quan trọng của ô tô.

Đặc tính động lực học được đặc trưng bởi các yếu tố như lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện tăng giảm ga, quay vòng khi phanh. Các đặc tính này ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận tải, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng.

Ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị và phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng và tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng cho các loại xe ô tô có hiệu quả. Từ những yêu cầu đó, dưới sự hướng dẫn của thầy cô giáo tôi đã hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với hệ thống tuyền lực kiểu ly Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2 hợp kép” nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết ban đầu cho quá trình khai thác cũng như cải tiến loại xe tính năng cho phù hợp với điều kiện ở Việt nam là cần thiết. Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài Hệ thống truyền lực là một trong những tổng thành quan trọng của ô tô. Hiện nay các dòng xe được sử dụng ở Việt nam được trang bị từ hệ thống truyền lực cơ khí đơn giản đến các loại hệ thống truyền lực có hộp số tự động hay hộp số vô cấp có bộ truyền đai tương đối phong phú và có nhiều tài liệu hướng dẫn sử dụng cũng như nghiên cứu tính năng của chúng.

Nhưng hệ thống truyền lực có sử dụng ly hợp kép thì còn rất hạn chế về mặt tài liệu. Do đó việc nghiên cứu tính năng của ly hợp kép nhằm phục vụ cho quá trình khai thác cũng như phục vụ cải tiến tính năng cho phù hợp với điều kiện ở Việt nam là cần thiết. Trên cơ sở đó tác giả đã thực hiện nghiên cứu với đề tài ” Nghiên cứu đặc tính động lực học của ô tô với hệ thống truyền lực kiểu ly hợp kép”.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đặc tính động lực học của ô tô với hệ thống truyền lực kiểu ly hợp kép. Do hạn chế về mặt thời gian và kinh phí nên đề tài mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu lý thuyết.3 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn là nghiên cứu lý thuyết, tính toán mô phỏng trên phần mềm Matlab Cách thức tiến hành là tách từng cụm trong hệ thống để nghiên cứu mô phỏng, trên cơ sở các cụm đã được xây dựng mô hình nghiên cứu ghép nối các cụm thành hệ thống truyền lực hoàn chỉnh.4 Nội dung nghiên cứu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3 - Tổng quan về vấn đề nghiên cứu - Xây dựng mô hình nghiên cứu ô tô trang bị hộp số cơ khí kiểu ly hợp kép để xác định các thông số đặc trưng cho tính năng động lực học và khảo sát quá trình động lực học của hệ thống truyền lực với ly hợp kép DCT theo một số chu trình thử mẫu.

- Mô phỏng, nghiên cứu sự thay đổi của các thông số động lực học của ô tô trong các điều kiện làm việc tiêu chuẩn theo 02 chu trình thử: ECE15, UEDC và trường hợp ô tô tăng tốc từ 0 đến 100 km/h. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 Chương1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về hệ thống truyền lực Hệ thống truyền lực của ô tô đóng vai trò của bộ phận kết nối động cơ với các bánh xe chủ động, truyền và biến đổi mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động phù hợp với chế độ làm việc của động cơ và mô men cản chuyển động; cắt dòng công suất trong thời gian ngắn hoặc dài; thực hiện đổi chiều chuyển động giúp ô tô chuyển động lùi; tạo khả năng chuyển động êm dịu và thay đổi tốc độ cần thiết trên đường. Cấu tạo của hệ thống truyền lực trên xe ô tô gồm có ly hợp, hộp số, trục các đăng, cầu chủ động (vi sai và bán trục) như hình 1.1 Hệ thống truyền lực trên ô tô.

- Ly hợp đóng vai trò rất quan trọng, dùng để truyền hay ngắt công suất từ động cơ đến hệ thống truyền lực khi chuyển số hoặc khi ngắt công suất tạm thời, giúp cho chuyển số dễ dàng và êm dịu. Ngoài ra ly hợp còn có vai trò của khớp nối an toàn và giảm dao động xoắn của hệ thống truyền lưc. - Hộp số có nhiệm vụ biến đổi mô men xoắn của động cơ truyền tới các bánh xe sao cho phù hợp với các chế độ chuyển động, mở rộng vùng tốc độ chuyển động của ô tô, trong khi vùng tốc độ làm việc của động cơ bị giới hạn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 - Truyền động các đăng dùng để truyền mô men xoắn giữa hai trục không đồng tâm hoặc có dịch chuyển tương đối với nhau.

- Cầu chủ động nhận công suất từ động cơ truyền tới để phân phối đến các bánh xe theo phương vuông góc. Cầu xe nâng đỡ các phần gắn lên nó như hệ thống treo, sát xi.2 Tổng quan các hộp số trên ô tô Các hộp số trên ôtô dùng để thay đổi tỷ số giữa động cơ và cầu chủ động. Nói một cách khác khi không có hộp số, chiếc xe chỉ chạy được ở một tốc độ duy nhất với một tốc độ cực đại nhất định. Ngoài ra khả năng tăng tốc từ khi xuất phát cùng với khả năng leo dốc của xe cũng bị hạn chế nếu như nó không sử dụng hộp số.

Vì vậy hộp số sử dụng một hệ thống bánh răng khác nhau từ thấp đến cao để biến momen xoắn của động cơ phù hợp với điều kiện vận hành( khởi hành, tăng tốc, leo dốc…). Các số có thể cài theo cách thông thường bằng tay hoặc tự động [9-11].1 Hộp số thường (MT) Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục) Hình 1.2 Hộp số thường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 z' 1 z' z ' III 2 V IV 3 II 3 z' 4 2 I 1 L za z L1 z L2 z 1 z 2 z 3 z 4 z' a z ' L1 Hình 1.3 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục với nhau, trục trung gian. Các bánh răng Z1 , Z 2 , Z3 , Z 4 , Z L1 , Z L 2 , Z a , Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z L1 , Z a bánh răng Z a được chế tạo liền với trục sơ cấp. Các bánh răng trên trục thứ cấp Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 được quay trơn trên trục.

Còn các bánh răng Z1 , Z 2 , Z3 , Z 4 , Z a trên trục trung gian được cố định trên trục. Các ống gài liên kết then hoa với trục và có các vấu răng ở 2 phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài. Nguyên lý hoạt động - Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, momen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp za-za’, trục trung gian, cặp bánh răng số 1 rồi đi ra trục thứ cấp. - Vị trí tay số 2: Gạt cần 2 sang bên phải, momen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 2 rồi đến trục thứ cấp.

- Vị trí tay số 3: Gạt cần 2 sang bên trái, momen từ trục sơ cấp truyền qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 3 rồi tới trục thứ cấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 - Vị trí tay số 4: Khi gạt cần 3 sang bên phải, momen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, rồi qua cặp bánh răng số 4 ra trục thứ cấp. -Vị trí tay số 5: Khi gạt cần 3 sang bên trái, lúc này, trục sơ cấp và thứ cấp được nối với nhau, momen được truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp. - Vị trí tay số lùi: Gạt cần 1 sang bên phải, momen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, qua 2 cặp bánh răng ZL1- ZL1’, ZL2-Z1’, rồi tới trục thứ cấp.

Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, bền. - Hiệu suất cao. Nhược điểm: - Người lái phải phối hợp điều khiển hệ thống ly hợp, sang sốnên giảm tính êm dịu, người lái phải thao tác nhiều khi chuyển số.2 Hộp số tự động (AT) Hình 1.