CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Bối cảnh hiện tại Hiện nay các phương tiện giao thông vận tải là một phần không thể thiếu trong cuộc sống con người. Cũng như các sản phẩm của nền công nghiệp hiện nay, ô tô được tích hợp các hệ thống tự động lên các dòng xe đã và đang sản xuất với chiều hướng ngày càng tăng. Hệ thống điều khiển trung gian của ô tô ngày nay có cấu trúc như một máy tính điện tử. Nó kiểm soát và chỉ huy toàn bộ hoạt động của tất cả các bộ phận trên xe., từ động cơ đến hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống phanh.
Trong bối cảnh như vậy, hộp số tự động được sử dụng ngày càng phổ biến trên ô tô. Đặc biệt là trên xe ô tô con. Có thể dự đoán rằng trong tương lai không xa nữa hộp số tự động sẽ thay thế hoàn toàn hộp số thường trên các dòng ô tô con thông dụng và sẽ phát triển sang các dòng xe thương mại. Hộp số tự động truyền thống là tổ hợp của một biến mô thủy lực với một số hành tinh, có quá trình sang số được tự động hóa hoàn toàn.
Hệ thống điều khiển hộp số tự động là một hệ thống có điện tử phức tạp, nó tự cảm nhận thời điểm cần chuyển số và thực hiện quá trình chuyển số mà không cần sự can thiệp của người lái. Cùng với sự phát triển chung, hộp số tự động liên tục được hoàn thiện để đáp ứng các yêu cầu ngày càng tăng cao đối với các phương tiện giao thông hiện đại. Ở nước ta, hộp số tự động xuất hiện từ khoảng những năm 1990 trên các ô tô nhập cũ đã qua sử dụng nhập về từ nước ngoài. Hiện nay, ngoài một phần lớn các xe nhập cũ, một số lại được lắp ráp trong nước cũng đã trang bị hộp số tự động ngày càng phổ biến.2 Lịch sử phát triển của hộp số tự động Những chiếc ô tô đầu tiên xuất hiện vào cuối thế kỷ thứ 19 với các hộp số kiểu bánh răng, điều khiển bằng tay.
Tuy nhiên, ô tô chỉ bắt đầu được sản xuất hàng loạt vào khoảng những năm 1925 trở lại đây. Từ đó đến nay, hộp số và hẹ thống truyền lực của ô tô ngày càng được hoàn thiện hơn. Trong lịch sử phát triển của mình, hộp số ô tô được phát triển theo những hướng chính như sau: Hộp số cơ khí có cấp Hộp số tự động Hệ thống truyền lực vô cấp Hệ thống truyền lực hybrid. Hộp số cơ khí có cấp xuất hiện cùng với những chiếc ô tô đầu tiên và nó cũng bắt đầu phát triển mạnh từ những năm 20 của thế kỷ trước.
Những cải tiến kỹ thuật đối với hộp số cơ khí chủ yếu nhằm vào việc cải thiện quá trình chuyển số. Trên thực tế để thực hiện quá trình chuyển số, cần phải thực hiện các thao tác cơ bản sau: ngứt ly hợp, gài số và đóng ly hợp. Như vậy, để chuyển số cần thực hiện 2 tác động điều khiển: điều khiển ly hợp và điều khiển cơ cấu gài số. Việc tự động hóa quá trình chuyển số có thể chỉ bao gồm một trong hai thao tác trên (tự động hóa một phần) hoặc tự động hóa cả hai (tự động hóa hoàn toàn) Năm 1915, hãng ZF đã sản xuất hộp số cơ khí với các cặp bánh răng luôn ăn khớp có quá trình điều khiển cơ cấu gài số được tự động hóa.
Nhờ đó người lái chỉ phải làm tác động chọn số và tác động lên bàn đạp ly hợp. Hộp số tự động đầu tiên được sản xuất hàng loạt là hộp số Hydramatic của General Motors. Sau Chiến tranh Thế giới thứ hai, việc sản xuất hộp số tự động của ô tô đã phát triển rất mạnh tại Mỹ (chiếm tới 85% thị trường thế giới). Sau những năm 1950, hộp số tự động mới thực sự phát triển ở châu Âu với các hãng đi tiên phong như Daimler-Benz, ZF và ngày càng phát triển rộng rãi hơn ở hầu hết các nhà sản xuất ô tô lớn.
Bắt đầu từ năm 1995, các nhà sản xuất đã cho ra đời thế hệ mới các hộp số cơ khí được tự động hóa quá trình điều khiển sử dụng trên ô tô con và ô tô tải, ô tô chở khách loại nhỏ (dưới 3,5 tấn). Thế hệ hộp số này được chế tạo theo hướng lấy nguyên các hộp số cơ khí có sẵn trên các ô tô đang sản xuất hàng loạt và chế tạo thêm vào đó các bộ phận điều khiển tự động hóa (“add-ons”). Hướng phát triển này đã được coi là giải pháp hữu hiệu để tự động hóa quá trình điều khiển hộp số cơ khí của ô tô và cho tới nay vẫn tiếp tục được ứng dụng và phát triển, đặc biệt là đối với các ô tô tải. Ngày nay, hộp số tự động trở nên phổ biến trên ô tô con, nhưng lại không đưuọc sử dụng nhiều trên ô tô tải vì lý do kinh tế.
Trên các ô tô tải trọng lớn chỉ có xe buýt là được trang bị hộp số tự động một cách tương đối rộng rãi do điều kiện chuyển động trong thành phố ngày càng khó khăn hơn, đòi hỏi phải tạo điều kiện làm việc tốt nhất cho người lái. Như vậy, hộp số cơ khí truyền thống về bản chất là hộp giảm tốc nhiều cấp đã được hiện đại hóa qua nhiều thế hệ và hiện nay vẫn tiếp tục được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô thương mại.3 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Trên thế giới có rất nhiều tài liệu khoa học kĩ thuật liên quan đến hộp số tự động. Tuy nhiên, trong quá trình tìm kiếm và tìm hiểu do vấn đề thời gian ngắn, ngoại ngữ và kiến thức chuyên môn nên vẫn còn hạn chế và thiếu sót. Sau đây chín bài báo khoa học quốc tế mà em đã tìm hiểu được.
“Simulation model of the dynamic behavior of an automatic transmission parking mechanism” của tác giả Jeku M Jeyakumceram đăng ngày 22- 9- 2015 trên tạp trí Australian Journal of Mechanical Engineering. “ Mô hình mô phỏng cơ chế đỗ xe của ô tô sử dụng hộp số tự động”. Bài báo mô tả một mô hình mô phỏng có khả năng dự đoán tác động va đập lên hộp số tự động khi đỗ xe. Dựa trên thực nghiệm ô tô lấy kết quả xây dựng là sơ đồ, đồ thị ( độ đàn hồi, giảm sóc, ma sát).
Cải tiến thiết kế các chi tiết của cơ chế đỗ xe. “ Optimal shift control fuel automatic Transmission” của tác giả Sebastian Kahlbau và Design of structures and Machies. “ Điều khiển sang số tối ưu nhất cho hộp số tự động” khi sang số dẫn tới sự thay đổi gia tốc trên các bánh răng dẫn đến hiện tượng giật khi sang số. Tối ưu chuyển đổi gia tốc, phân tích, tính toán số liệu đưa ra giải pháp lý thuyết tối ưu.
Xây dựng mô hình mô phỏng đơn giản của bộ truyền dẫn ly hợp kép chứng minh khả năng ứng dụng của nó. “ Design of a robust controller for an automatic transmission” của các tác giả Kuzushi sanada, Bingzhao Gao, Naoki kudo, hideki Takamatsu, Kuzufumi Toroya đăng ngày 13-8-2012 trên tạp chí Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. “ Thiết kế bộ điều khiển quá trình sang số của hộp số tự động bộ điều khiển gồm ba phần: tín hiệu phản hồi, điều khiển tín hiệu điều khiển nâng cao hiệu suất, cơ cấu chống nhiễu tín hiệu đầu ra. Ứng dụng trên mẫu thử nghiệm, độ trễ đến chi tiết là 10 ms đã được đề xuất ứng dụng trên ô tô.
“ Frictional Behavior of a wet clutch Using blends of automatic transmission Fluid and Biolubricant (jatrapha oil) in a Pin-on-disk tester” của các tác giả Leonaradom Hernandez đăng trên tạp chí Tribology transmission 5. “ Power- based control of an electric pump for an automatic transmission based hybrid electric vehicle” của tác giả Yeoho Kim, Minseok Song, Jonyhyun Kim, Hak Sang lee đăng ngày 20-4-2012 trên tạp trí Proceedings of the Institation of mechanical engineers 6. “ Motor – torque – limited power an upshift control in electric vehicles with automatic transmission” của các tác giả Zhifeng Chen, yanfang Liu, Yanxiao Fu, Xiangyang xcu đăng ngày 29/3/2014 trên tạp chí Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. “ Degradation mechanism of automatic transmission fluid by water as a contaminant” của tác giả Allan Holmgren, Par Maklund, Roland Larson đăng ngày 4/7/2014 trên tạp chí Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers.
“ Development of an electric oil pump control algorithm for an automatic transmission based hybrid electric vehicle considering the gear shift charateristics” của Minseok Song, JosephOH, Jonyhyun Kim, Jaeshin Yi kim, Hyun soo Kim đăng ngày 29/10/2013 trên tạp chí Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. “ Optimization of the gear ratios in automatic transmission system using an certificial nearal network and a genetic algorither” của tác giả Amir H.Shamekhi, Abbas Bidgoly, Ebrahim N.Noureing đăng ngày 15/4/2014 trên tạp chí Prodceedings of the Institution of Mechanical Engineers.4 Tình hình nghiên cứu trong nước Nghiên cứu, khảo sát hộp số tự động cũng được rất nhiều tác giả trong nước xuất bản nhưng việc tìm một tài liệu chất lượng, nổi bật và phù hợp với khả năng tiếp thu của em là không dễ. Dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Th.s Thân Quốc Việt em và các bạn đã có những địa chỉ tìm kiếm tài liệu rất bổ ích. Sau đây năm đề tài khoa học mà em và các bạn đã tìm hiểu được.
Luận văn “ Nghiên cứu động học và động lực học hộp số tự động – mô phỏng hộp số ô tô” 10/2015 của thạc sĩ Chu Thành Khải - Trường ĐH sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Đối tượng nghiên cứu Toyota Camry A140L 2. Luận văn thạc sĩ 2016: - Đề tài : Nghiên cứu quy luật chuyển số trong hộp số tự động của ô tô.
- Tác giả: Vũ Tiến Đại - Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan - Mục đích nghiên cứu: + Suất tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo công suất của động cơ; + Tránh hiện tượng nhảy số liên tục khi xe hoạt động ở lân cận đường chuyển số. Đối tượng: Toyota Camry 3. Luận văn thạc sĩ (2013) - Đề tài: Nghiên cứu xác định chế độ tải trong động tác dụng lên hộp số tự dộng ô tô trong quá trình chuyển động. - Tác giả: Nguyễn Quang Trung - Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan - Mục đích: + Xác định chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số; + Xây dựng mô hình hộp số; + Đề xuất giải pháp thiết kế nhằm giảm tải trọng động trong hộp số.
Luận văn thạc sĩ - Đề tài: Tính toán và khảo sát hoạt động của các cơ cấu gài số trong hộp số tự động của ô tô. - Tác giả: Phan Văn Huân - Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Trọng Hoan 5.