CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu: Hộp số CVT, viết tắt của Continuous Variable Transmission, là một thành tựu đáng kinh ngạc trong lĩnh vực công nghệ ô tô, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất vượt trội trong việc truyền động cho các phương tiện di chuyển. So với hộp số truyền thống sử dụng bánh răng cố định với các tỷ số truyền cố định, hộp số CVT sử dụng một cơ chế không ngừng để tạo ra tỷ số truyền động liên tục, linh hoạt. Nguyên lý hoạt động của hộp số CVT dựa trên việc sử dụng một dây đai hoặc một hệ thống con lăn để kết nối hai bánh đĩa, mỗi bánh đĩa được kết nối với một cục biến đổi hoặc máy bom dầu.
Thay vì có các bậc số rời rạc, như trong hộp số truyền thống, hộp số CVT có thể tạo ra tỷ số truyền động liên tục trong phạm vi một dải rộng, từ tỷ số nhỏ nhất đến tỷ số lớn nhất, tùy thuộc vào điều kiện lái xe và yêu cầu của người lái. Trong chương này, chúng ta sẽ đào sâu vào lý do lựa chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phạm vi của đồ án tốt nghiệp. Lý do chọn đề tài: Lựa chọn nghiên cứu về hộp số CVT được thúc đẩy bởi nhiều yếu tố quan trọng. Trước hết, trong thời đại tăng cường ý thức về vấn đề môi trường và nguyên liệu, việc tối ưu hóa hệ thống truyền động để giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải là vô cùng quan trọng.
Thứ hai, sự phát triển của công nghệ ô tô và yêu cầu về trải nghiệm lái xe ngày càng cao đòi hỏi các hệ thống truyền động linh hoạt và hiệu quả. Cuối cùng, tiềm năng phát triển thị trường ô tô điện cũng là một động lực mạnh mẽ cho nghiên cứu và phát triển hộp số CVT, vì chúng có thể cung cấp sự tương thích linh hoạt với các động cơ điện. Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá hiệu suất hoạt động của hộp số CVT thông qua các bài báo nghiên cứu mới nhất, tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng và đề xuất các phương pháp tối ưu hóa để cải thiện hoạt động của hộp số. Cụ thể, nghiên cứu sẽ tập trung vào các khía cạnh sau: 1 - Đánh giá hiệu suất và hiệu quả năng lượng của hộp số CVT trong các điều kiện vận hành khác nhau.
- Nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hộp số, bao gồm cấu trúc cơ học, điều khiển, và vật liệu. - Phát triển các phương pháp tối ưu hóa thiết kế và điều khiển hộp số CVT để cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Hộp số CVT trong các phương tiện di động như ô tô và máy móc. - Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hộp số CVT và các phương pháp tối ưu hóa để cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng thông qua các bài nghiên cứu mới nhất.
Phân tích và đánh giá các hướng nghiên cứu đã có: Các nghiên cứu trước đây về hộp số CVT đã tập trung vào nhiều khía cạnh khác nhau, bao gồm thiết kế cấu trúc, điều khiển và quản lý, tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ nhiên liệu. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hạn chế và thách thức cần được giải quyết, bao gồm tính ổn định và độ bền của hộp số, hiệu suất tải cao, và tính ứng dụng trong các điều kiện khác nhau. Vấn đề cần tập trung nghiên cứu giải quyết: Đề tài này sẽ tập trung vào nghiên cứu và giải quyết các vấn đề sau: - Tối ưu hóa cấu trúc và thiết kế của hộp số CVT để cải thiện hiệu suất và độ bền. - Phát triển các thuật toán điều khiển mới để tăng hiệu suất và đảm bảo tính ổn định của hộp số.
- Nghiên cứu về các vật liệu và công nghệ sản xuất mới để giảm trọng lượng và tổn thất năng lượng. - Nghiên cứu này dự kiến sẽ đóng góp vào sự phát triển của công nghệ hộp số CVT và ngành công nghiệp ô tô, đồng thời hỗ trợ các nỗ lực trong việc cải thiện hiệu suất và bảo vệ môi trường. 2 CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP PHÂN TÍCH CÁC NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỘP SỐ CVT 2. Các nghiên cứu về thay đổi hình dạng kết cấu cải tiến 2.
Hiệu suất của một EVT được vận hành bằng CVT được Đánh Giá Thực Nghiệm So với Half-Toroidal và Push-Belt CVTs Bài nghiên cứu này được thực hiện bởi 4 tác giả: Joachim Druant, Hendrik Vansompel, Frederik De Belie, và Peter Sergeant 2. Giới thiệu Ứng dụng ô tô, hệ thống hộp số biến phôi liên tục (CVT) phổ biến trong trong lĩnh vực ô tô, các hệ thống Hộp số Biến Phôi Liên Tục (CVT) phổ biến nhất là CVT sử dụng dây đai kim loại và CVT sử dụng hệ thống truyền động nửa cầu. Trong số này, phiên bản sử dụng dây đai đã chứng minh có khả năng tăng cường sự thoải mái khi lái và giảm tiêu thụ nhiên liệu khoảng 5–15% trung bình so với hộp số tự động trước. Do đó, hệ thống này có thể coi là tiêu chuẩn ngành công nghiệp.
Tuy nhiên, những hệ thống cơ này có thể gặp phải một số vấn đề quan trọng. Cả hai hệ thống CVT truyền tải mô-men xoắn dựa trên liên lạc cơ học, gây ra trượt và ma sát. Điều này đòi hỏi sự bôi trơn và sự cần thiết của chất lỏng truyền động để truyền mô-men xoắn giữa các bộ phận kim loại. Tỷ lệ truyền động bị hạn chế do ràng buộc hình học của thiết kế, yêu cầu một cụm ly hợp hoặc bộ chuyển mô-men xoắn để đạt được tình trạng đứng yên và một đơn vị đảo chiều để thay đổi hướng quay.
Hơn nữa, việc thay đổi tỷ lệ truyền động thường chậm và có thể gây ra mài mòn. Ngược lại, các hệ thống điện từ có thể mang lại lợi ích từ việc giảm bảo dưỡng và tăng hiệu suất do không có tiếp điểm trượt, các hệ thống bơm để bôi trơn và làm việc, cũng như việc loại bỏ bộ chuyển mô-men xoắn hoặc bộ đảo chiều. Hơn nữa, động lực học nhanh chóng có thể được kì vọng tự nhiên trong các hệ thống điều khiển điện. Ví dụ, hệ thống truyền động diesel-electric bao gồm một máy phát điện, một bộ làm phẳng được điều khiển và một hoặc nhiều biến tần và động cơ điện.
Nguyên tắc này hiện nay được sử dụng trong hệ thống truyền động cho tàu thủy, xe lửa và máy móc nặng. Nhược điểm chính của nó là toàn bộ công suất đầu ra cần phải được chuyển đổi bởi ít nhất hai máy điện và hai bộ chuyển đổi điện năng. 3 Các hệ thống CVT điện từ khác cố gắng vượt qua nhược điểm này bằng cách kết hợp một bộ hộp số hành tinh với hai máy điện. Hệ thống này có ưu điểm là một phần của công suất đầu vào được truyền trực tiếp đến trục đầu ra, trong khi chỉ có một phần được chuyển đổi theo cách điện.
Trong các bài viết khác, đã được đề xuất một giải pháp thay thế để cải thiện sự nhỏ gọn và hiệu quả chi phí của hệ thống bằng cách thay thế hai máy điện bằng một máy đôi-rotor. Tuy nhiên, tất cả các giải pháp đã được đề cập trước đó vẫn yêu cầu một hộp số cơ. Hệ thống CVT điện từ với máy đôi-rotor mà bài báo này mô tả cũng chỉ chuyển đổi một phần của công suất đầu vào thông qua các biến tần, trong khi tránh việc sử dụng bộ hộp số hành tinh. Hệ thống này dựa trên một Hộp số Biến Phôi Điện (EVT), đã được mô tả trước đó, có thể được xem xét như là một máy điện có hai rotor tập trung, như được minh họa theo cách mô tả ở Hình 2.
Stator và rotor bên trong thường được trang bị dây cuộn ba pha, mỗi cái được cung cấp bởi biến tần riêng. Để cung cấp nguồn điện cho các rotor quay, cần có vòng trơn. Các biến tần được kết nối với một DC-bus (hệ thống dòng điện một chiều) chung, được hỗ trợ bởi hệ thống tụ DC-bus. Rotor ngoại cùng có thể được thiết kế dạng lồng, rotor nam châm vĩnh cửu (PM), hoặc là sự kết hợp của PMs (nam châm vĩnh cửu) với một dây đặc trường DC- field như trong trường hợp của bài báo này.
1 Sơ đồ của một PM EVT được sử dụng như một hộp số biến đổi liên tục (CVT) giữa động cơ đốt cháy và bánh xe 4 Hình 2. 2 Phần cắt ngang của EVT, thể hiện stator (chỉ số s), rotor ngoại (chỉ số r2) và rotor trong (chỉ số r1) Các tính toán cho một EVT được sử dụng như một thiết bị chia công suất với chức năng lưu trữ và được áp dụng trong một xe ô tô điện hỗn hợp (HEV) được đề cập và thảo luận, trong đó tập trung chủ yếu vào điều khiển hệ thống ở mức cao hơn. Trong bài báo này, máy được xem xét mà không có lưu trữ pin, và DC-bus được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho thiết bị bổ sung. Trước khi giới thiệu dữ liệu về hiệu suất của EVT, có yêu cầu phải mô tả nguyên tắc hoạt động của máy khi sử dụng như một CVT, tập trung vào việc tạo mô-men xoắn của các bộ phận EVT khác nhau và dòng điện trong máy và biến tần.
Điều này được thực hiện trong phần đầu tiên của bài báo này. Tiếp theo, thiết bị thử nghiệm EVT được giới thiệu, và dữ liệu về hiệu suất và dòng điện được đưa ra để hỗ trợ các kết luận lý thuyết. Cuối cùng, hiệu suất của EVT được so sánh với kết quả về dữ liệu CVT dây đai và CVT hình nửa cầu như được mô tả trong văn kiện nghiên cứu. Hệ thống truyền động điện 2.
Cấu trúc Một phần cắt ngang một cặp cực của hệ thống truyền động điện (EVT) đang được xem xét trong bài báo này được thể hiện trong Hình 2.2, trong đó cả rotor và stator đều có thể được nhìn thấy. Cả stator và dây cuộn rotor trong được cung cấp bởi một bộ biến tần được kết nối nghịch với một bus-dc chung. Rotor ngoại chứa một kết hợp của từ tính vĩnh cửu và một dây cuộn trường dc. 3 Đường truyền năng lượng và quy ước dấu.
Làm ví dụ, tốc độ của rotor ngoại bằng một nửa tốc độ đầu vào Dây cuộn trường dc kết hợp với một cầu flux cho phép chúng ta thay đổi liên kết flux của stator. Dây cuộn stator được sử dụng mỗi khi có sự khác biệt về mô-men xoắn giữa cả hai trục. Điều này đặc biệt đúng trong trường hợp tăng tốc từ đứng yên, trong đó cần có mô-men xoắn stator cao.