Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động.doc

Viết thuê đề tài giá rẻ trọn gói - KB Zalo/Tele : 0973.287.149
Luanvanmaster.com – Cần Kham Thảo - Kết bạn Zalo/Tele : 0973.287.149
i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐỖ NGỌC HUY
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN
CHUYỂN ĐỘNG ĐẾN VẬN TỐC CỦA Ô TÔ
TRANG BỊ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên
ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 8520116
Thái Nguyên -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Đỗ Ngọc Huy, học viên lớp cao học K20 chuyên ngành Kỹ thuật
Cơ khí động lực. Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các
thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của TS. Nguyễn Khắc Tuân, thầy giáo
hướng dẫn tốt nghiệp đến nay tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa
học.
Tôi đã quyết định chọn dề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện
chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động”.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân và chỉ tham khảo các tài
liệu đã được liệt kê. Tôi không sao chép công trình và của cá nhân nào khác
dưới bất cứ hình thức nào.
Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quay định.
Người thực hiện
Đỗ Ngọc Huy

iii
LỜI CẢM ƠN
Có được kết quả này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.
Nguyễn Khắc Tuân, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối Ban lãnh đạo và phòng Đào tạo của
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi
để tôi hoàn thành bài luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa kỹ thuật ô tô và
máy động lực trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện
bản luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt
thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhưng do năng lực bản thân còn nhiều
hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô các nhà khoa học và đồng nghiệp.
Tác giả
Đỗ Ngọc Huy

iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................iii
MỤC LỤC........................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...............................................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................ix
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài.........................................................................................1
2. Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài ...............................2
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................................3
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực..................................................3
1.1.1. Vai trò của hệ thống truyền lực trên ô tô ............................................3
1.1.2. Chức năng của hệ thống truyền lực.....................................................5
1.1.3. Các bộ phận chính trong hệ thống truyền lực .....................................7
1.1.4. Phân loại hệ thống truyền lực..............................................................7
1.2 Tổng quan về hộp số tự động....................................................................8
1.2.1 Lịch sử phát triển hộp số tự động.........................................................8
1.2.2 Khái quát về hộp số tự động ..............................................................14
1.2.2.1 Công dụng...................................................................................14
1.2.2.2 Yêu cầu........................................................................................15
1.2.2.3 Phân loại.....................................................................................15
1.2.2.4. Ưu nhược điểm của hộp số tự động...........................................17
1.2.3 Các bộ phận chính trong hộp số tự động ...........................................19
1.2.3.1 Bộ biến mô men thuỷ lực.............................................................19
1.2.3.2 Hộp số cơ khí ..............................................................................20
1.2.3.3. Hệ thống điều khiển hộp số tự động ..........................................23
1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến hộp số tự động.......25
1.3.1 Các nghiên cứu trong nước ................................................................25
1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước................................................................27
1.4. Kết luận chương 1 ..................................................................................27

v
Chương 2 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ...................................27
2.1. Phương pháp nghiên cứu thông qua mô phỏng .....................................27
2.1.1.Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân
liên kết giữa các vật trong hệ ..........................................................................29
2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết ...........30
2.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu...............................................................34
2.2.1. Mô hình động cơ ...............................................................................34
2.2.2. Mô hình bộ biến mô thủy lực............................................................36
2.2.2.1. Cấu tạo biến mô thủy lực...........................................................36
2.2.2.2 Các thông số cơ bản của biến mô thuỷ lực.................................37
2.2.2.3. Đặc tính không thứ nguyên của biến mô ...................................39
2.2.3. Mô hình hộp số..................................................................................42
2.2.4 Mô hình khối điều khiển chuyển số...................................................46
2.2.5. Mô hình lốp.......................................................................................50
2.2.6. Mô hình thân xe ................................................................................51
2.2.7. Mô hình điều khiển người lái............................................................53
2.2.8. Mô hình toàn xe ................................................................................54
2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................55
Chương 3 - MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH VẬN TỐC CỦA Ô TÔ .....................55
TRANG BỊ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG....................................................................55
3.1. Trường hợp mô phỏng............................................................................56
3.2. Phân tích kết quả ....................................................................................56
3.2.1. Kết quả mô phỏng trường hợp 1-ô tô tăng tốc từ trạng thái đứng
yên ...................................................................................................................56
3.2.2. Kết quả mô phỏng trong trường hợp 2: khi ô tô vượt xe phía trước 60
3.2.3 Kết quả mô phỏng trường hợp ô tô chuyển động lăn trơn.................64
3.2.4 Kết quả mô phỏng trường hợp phanh gấp..........................................68
3.3. Kết luận chương 3 ..................................................................................71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................73

vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Đặc tính kéo lý tưởng của ô tô và khả năng đáp ứng của động cơ đốt trong.
3
Hình 1.2. Vùng làm việc của ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí có 4 cấp............... 5
Hình 1.2 Đặc tính kéo của ôtô có hộp số thường..................................................... 14
Hình 1.3 Hộp số tự động kiểu FF (a) và FR............................................................. 16
Hình 1.4 Cấu tạo chung của hộp số tự động ............................................................ 19
Hình 1.5 Biến mô thủy lực....................................................................................... 19
Hình 1.6 Hộp số cơ khí ............................................................................................ 21
Hình 1.7 Các chế độ làm việc của cơ cấu hành tinh ................................................ 22
Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo của hộp số tự động 5 cấp.................................................... 22
Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điều khiển................................ 23
Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo của liên kết điều khiển bằng tay....................................... 25
Hình 2.1 Sơ đồ các phương pháp mô phỏng............................................................ 29
Hình 2.2 Mô hình mô phỏng ô tô trang bị hộp số tự động bằng phần mềm Maple Sim
31
Hình 2.3 Mô hình các phần tử hệ thống truyền lực với phần mềm Modelica ......... 32
Hình 2.4 Mô hình mô phỏng ô tô với hộp số tự động bằng phần mềm Modelica... 32
Hình 2.5 Mô hình mô phỏng ô tô với hộp số tự động bằng công cụ Simdriveline
Mechanic trong phần mềm Matlab [21]................................................................... 33
Hình 2.6 Mô phỏng ô tô bằng phần mềm Carsim.................................................... 33
Hình 2.7 Mô hình động cơ đốt trong........................................................................ 35
Hình 2.8 Kết quả mô phỏng công suất động cơ phụ thuộc...................................... 35
vào độ mở bướm ga.................................................................................................. 35
Hình 2.9 Biến mô thủy lực....................................................................................... 36
Hình 2.10 Sự làm việc của biến mô thủy lực [10]. .................................................. 36
Hình 2.11 Đặc tính không thứ nguyên [10] ............................................................. 40
Hình 2.12 Mô hình biến mô men thủy lực trong Simscape ..................................... 41
Hình 2.13 Kết quả mô phỏng đặc tính của biến mô................................................. 42
Hình 2.14 Bộ truyền hành tinh 3 tốc độ hộp số A140 Toyota ................................. 42

vii
Hình 2.15 Bộ truyền hành tinh 4 tốc độ loại CR-CR............................................... 43
sử dụng trong hộp số tự động U340......................................................................... 43
Hình 2.16 Bộ truyền hành tinh loại 4 tốc độ ravigneaux ......................................... 44
sử dụng trong hộp số tự động U440......................................................................... 44
Hình 2.17 Sơ đồ bộ truyền hành tinh 4 cấp loại CR-CR với 5 ly hợp .................... 44
Hình 2.18 Mô hình mô phỏng hộp số 4 cấp [21] ..................................................... 46
Hình 2.19 Nguyên lý chuyển số hộp số tự động [10] .............................................. 47
Hình 2.20 Đồ thị công suất ở các cấp số khác nhau ................................................ 48
Hình 2.21 Mô hình khối điều khiển chuyển số ........................................................ 49
Hình 2.22 Sơ đồ Simulink Simscape mô tả lốp ....................................................... 51
Hình 2.23 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô...................................................................... 52
Hình 2.24 Sơ đồ khối Simulink mô tả thân xe......................................................... 53
Hình 2.25 Tác động của người lái............................................................................ 54
Hình 2.26 Mô hình mô phỏng toàn xe trang bị hộp số tự động 4 cấp ..................... 55
Hình 3.1 Tác động phanh và ga của người lái khi tăng tốc từ từ............................. 57
Hình 3.2 Sự thay đổi của tốc độ, mô men xoắn và công suất có ích của động cơ khi ô
tô tăng tốc từ từ ........................................................................................................ 57
Hình 3.3 Đồ thị tốc độ và mô men trên trục bánh bơm và bánh tua bin khi ô tô tăng
tốc từ từ .................................................................................................................... 58
Hình 3.4 Đồ thị tốc độ trên trục sơ cấp và thứ cấp của hộp số ................................ 59
khi ô tô tăng tốc từ từ ............................................................................................... 59
Hình 3.5 Đồ thị tốc độ của ô tô khi tăng tốc từ từ.................................................... 60
Hình 3.6 Quá trình ô tô tăng tốc vượt xe phía trước................................................ 60
Hình 3.7 Tác động phanh và ga của người lái ......................................................... 61
Hình 3.8 Sự thay đổi của tốc độ, mô men xoắn và công suất có ích của động cơ khi ô
tô vượt xe phía trước ................................................................................................ 62
Hình 3.9 Đồ thị tốc độ và mô men trên trục bánh bơm và bánh tua bin khi ô tô thực
hiện vượt xe phía trước ............................................................................................ 62
Hình 3.10 Đồ thị tốc độ trên trục sơ cấp và thứ cấp của hộp số khi ô tô vượt xe phía
trước ......................................................................................................................... 63

viii
Hình 3.11 Đồ thị tốc độ của ô tô trong trường hợp vượt xe phía trước ................... 64
Hình 3.12 Tác động từ người lái khi xe chuyển động lăn trơn ................................ 65
Hình 3.13 Đồ thị biến thiên tốc độ công suất và mô men xoắn của động cơ .......... 65
khi ô tô chuyển động lăn trơn................................................................................... 65
Hình 3.14 Đồ thị biến thiên tốc độ và mô men xoắn trên trục bánh bơm và bánh tuabin
của biến mô thủy lực khi ô tô chuyển động lăn trơn................................................ 66
Hình 3.15 Đồ thị tốc độ trục hộp số và trạng thái làm việc của ly hợp ................... 66
Hình 3.16 Đồ thị vận tốc của ô tô khi lăn trơn......................................................... 67
Hình 3.17 Tác động của người lái khi phanh gấp .................................................... 68
Hình 3.18 Đồ thị biến thiên tốc độ công suất và mô men xoắn của động cơ .......... 69
Hình 3.19 Đồ thị biến thiên tốc độ và mô men xoắn trên trục bánh bơm và bánh tuabin
của biến mô thủy lực ................................................................................................ 69
Hình 3.20 Đồ thị tốc độ trục và trạng thái làm việc của ly hợp hộp số ................... 70
Hình 3.21 Đồ thị vận tốc của ô tô khi phanh gấp..................................................... 70

ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Trạng thái làm việc của các ly hợp ứng với các tay số............................. 45
Bảng 2.2 Giá trị các hệ số B, C, D, E ứng với một số loại đường ........................... 50
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của ô tô........................................................................ 56

x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
TT Ý NGHĨA KÍ HIỆU
1 Hộp số tự động AT
2 Hộp số tự động ly hợp kép DCT
3 Hệ thống truyền lực HTTL
Hộp số với 2 dãy hành tinh với kết cấu cần của
4 bộ truyền hành tinh này nối với bánh răng bao của CR-CR
bộ truyền hành tinh kia

1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, ô tô là một phương tiện vận tải được sử dụng rộng rãi trong tất
cả các hoạt động kinh tế và xã hội của mỗi quốc gia trên thế giới. Vì thế, việc
nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này là một vấn đề
luôn được các nhà khoa học quan tâm. Để đánh giá so sánh các ô tô với nhau
người ta thường quan tâm đến tính chất động lực học của ô tô, đây là một
trong những tính chất rất quan trọng, nó được thể hiện qua các thông số lực
kéo, công suất kéo, lực cản, vận tốc, gia tốc, quãng đường và thời gian tăng
tốc. Tính chất động lực học của ô tô phụ thuộc vào nhiều thông số nhưng
trước hết đó là các thông số kết cấu của ô tô như động cơ, hệ thống truyền lực.
Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng nhiều đến khả năng khởi hành,
tăng tốc, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển.
Vận tốc chuyển động của ô tô là một trong các thông số quan trọng khi
đánh giá tính chất động lực học của ô tô. Khi nghiên cứu chuyển động theo
phương dọc của ô tô người ta thường xem xét tới các trường hợp tăng tốc,
giảm tốc và lên dốc với các chế độ làm việc khác nhau của động cơ.
Từ những yêu cầu đó, dưới sự hướng dẫn của thầy cô giáo tôi đã hoàn thành đề
tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô
trang bị hộp số tự động”. Đây có thể là một tài liệu tham khảo cho việc thiết
kế ô tô và hộp số tự động. Đề tài sẽ góp phần giảm chi phí, tiết kiệm thời gian
và giảm giá thành sản phẩm do giảm được thời gian nghiên cứu thực nghiệm.
Vì vậy, đề tài có ý nghĩa thực tiễn rất lớn nhất là trong lộ trình triển khai đề án
phát triển ngành Công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025 đã được Chính
phủ phê duyệt.

2
2. Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài
2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài
Ô tô được trang bị hộp số tự động hiện nay đã trở rất phổ biến do hộp số này
có ưu điểm nổi trội là giảm nhẹ sức lao động của người lái góp phần làm tăng
tính an toàn chuyển động, đặc biệt là khi xe hoạt động trên các tuyến đường
dài và trong điều kiện đô thị thường xuyên tắc đường. Vận tốc chuyển động
của ô tô trang bị hộp số tự động phụ thuộc vào mức ga, tác động phanh và
việc điều khiển tự động chuyển số trong hộp số tương ứng với điều kiện làm
việc cụ thể của xe. Vì vậy, việc xác định vận tốc chuyển động của ô tô trang
bị hộp số tự động là một vấn đề tương đối phức tạp.
Xây dựng được một mô hình nghiên cứu cho phép xác định được vận tốc
của ô tô trang bị hộp số tự động có cấp ở các điều kiện chuyển động khác
nhau làm cơ sở cho việc nghiên cứu thiết kế hộp số tự động cho ô tô.
2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô
trang bị hộp số tự động. Do hạn chế về mặt thời gian và kinh phí nên đề tài
mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu lý thuyết.
2.3 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.
2.4 Nội dung nghiên cứu
Chương 1- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2 - Xây dựng mô hình mô phỏng ô tô trang bị hộp số tự động
Chương 3 - Mô phỏng xác định vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động
Kết luận, kiến nghị

3
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực
1.1.1. Vai trò của hệ thống truyền lực trên ô tô
Hệ thống truyền lực (HTTL) trên ô tô đóng vai trò của bộ phận kết nối
động cơ với các bánh xe chủ động, giúp cho xe có thể chuyển động trên các
loại đường xá theo điều kiện sử dụng cụ thể.
Về bản chất, hệ thống truyền lực là hệ thống truyền công suất của động
cơ tới các bánh xe chủ động. Nếu gọi hiệu suất của HTTL làT thì mối quan
hệ giữa công suất cực đại của động cơ Nemax với lực kéo tại các bánh xe chủ
động Pk và vận tốc chuyển động của ô tô V được viết như sau:
Biểu thức trên được mô tả bằng đồ thị là một đường hyperbol trên hình
1.1. Đồ thị này thường được gọi là đặc tính kéo lý tưởng, nó thể hiện khả
năng sử dụng tối đa công suất của động cơ để đáp ứng các điều kiện chuyển
động của ô tô.
Hình 1.1. Đặc tính kéo lý tưởng của ô tô và khả năng đáp ứng của động cơ
đốt trong.

4
Trên thực tế, phạm vi hoạt động của ô tô rất rộng, nên lực kéo tại bánh xe
và vận tốc chuyển động phải phải có khả năng thay đổi để đáp ứng các điều kiện
chuyển động cụ thể. Với đặc tính kéo như trên hình 1.1 thì vùng làm việc khả dĩ
của ô tô nằm bên dưới đường đặc tính lý tưởng và đường giới hạn khả năng bám.
Tuy nhiên, động cơ sử dụng trên ô tô hiện nay chủ yếu vẫn là động cơ đốt trong,
tồn tại dưới hai dạng là động cơ xăng và động cơ diesel. Các loại động cơ này
không đáp ứng được vùng làm việc mong muốn theo đặc tính lý tưởng, mà nó
chỉ có thể cung cấp lực kéo trong phạm vi giới hạn của đặc tính làm việc của nó
(vùng trắng trên hình 1.1). Như vậy, không thể kết nối trực tiếp động cơ với các
bánh xe chủ động của ô tô mà cần có bộ phận truyền và biến đổi các thông số
của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện chuyển động thực tế. Bộ phận này
chính là hệ thống truyền lực của ô tô. Để làm được điều này, hệ thống truyền lực
được thiết kế như một bộ biến đổi mô men với hệ số biến đổi được gọi là tỷ số
truyền iT. Khi đó, lực kéo tại bánh xe được tính như sau:
Trong đó Me là mô men của động cơ và rk là bán kính của bánh xe.
Hiện nay, hệ thống truyền lực của ô tô biến đổi mô men theo hai cách
sau:
- Biến đổi theo cấp: hệ thồng truyền lực có số tỷ số truyền xác định, mỗi
tỷ số truyền tương ứng với một cấp số;- Biến đổi vô cấp: tỷ số truyền của hệ
thống truyền lực thay đổi một cách liên tục trong vùng biến thiên của nó (giữa
imax và imin). Đối với HTTL có cấp, mỗi tỷ số truyền tương ứng với một đường
đặc tính kéo. Chẳng hạn, trên hình 1.2 thể hiện đặc tính kéo của ô tô có trang bị
hệ thống truyền lực cơ khí 4 cấp cùng với các đường lực cản chuyển động và
đường mô tả giới hạn bám giữa bánh xe và đường. Vùng làm việc của ô tô chính
là vùng trắng trên đồ thị. Có thể nhận thấy rằng, hệ thống truyền lực có cấp chỉ
có thể tạo được vùng làm việc theo đúng đặc tính kéo lý tưởng nếu nó

5
có vô số cấp. Trên thực tế điều này không thể thực hiện được. Vì vậy, tùy theo
mục đích sử dụng và điều kiện làm việc của từng loại ô tô người ta lựa chọn
số cấp số của hệ thống truyền lực sao cho phù hợp.
Hình 1.2. Vùng làm việc của ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí có 4 cấp.
- HTTL vô cấp (Continuously Variable Transmission, viết tắt là CVT)
thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục. Nhờ đó, nó có thể cung cấp đường đặc
tính tương tự như đặc tính lý tưởng trong vùng biến thiên tỷ số truyền của nó.
Tuy nhiên, các loại truyền lực vô cấp trên ô tô hiện nay có vùng biến thiên tỷ
số truyền tương đối hẹp nên không đáp ứng được trọn vẹn mọi điều kiện
chuyển động của ô tô. Vì vậy, các bộ truyền vô cấp thường được sử dụng
song hành với bộ truyền cơ khí truyền thống. Chẳng hạn, biến mô thủy lực
luôn được sử dụng cùng với một hộp số cơ khí, còn bộ truyền đai vô cấp thì
phải đi cùng với một hộp giảm tốc bánh răng.
1.1.2. Chức năng của hệ thống truyền lực
Với vai trò là bộ phận trung chuyển công suất từ động cơ tới các bánh xe
chủ động, hệ thống truyền lực phải đảm bảo các chức năng cụ thể dưới đây:
- Giúp cho ô tô khởi hành từ trạng thái đứng yên, vì động cơ đốt trong
chỉ có thể làm việc trong một dải tốc độ nhất định. Nó không thể tăng tốc từ

6
vận tốc bằng không. Vì vậy, hệ thống truyền lực phải có cơ cấu cho phép ô tô
khởi hành từ trạng thái tĩnh.
- Tăng mô men của động cơ để tạo được mô men (lực kéo) tại bánh xe
đủ lớn trong những trường hợp cần thiết. Động cơ đốt trong thường có mô
men xoắn không lớn, nếu được truyền trực tiếp tới bánh xe thì nó không đủ để
khắc phục điều kiện cản chuyển động khi xe khởi hành, tăng tốc hoặc chuyển
động trên đường xấu, có độ dốc lớn. Vì vậy, hệ thống truyền lực phải có chức
năng tăng mô men của động cơ. Hệ số tăng mô men chính là tỷ số truyền của
hệ thống truyền lực.
- Thay đổi tỷ số truyền để có được lực kéo và vận tốc tại bánh xe thay
đổi trong dải rộng đáp ứng mọi điều kiện hoạt động ô tô khi chuyển động trên
các loại đường khác nhau. Chức năng này khắc phục nhược điểm của động cơ
đốt trong là khả năng thích ứng rất hạn chế, nghĩa là vùng thay đổi mô men
của nó rất hẹp.
- Đảo chiều chuyển động trong hệ thống truyền lực để tạo số lùi. Động
cơ đốt trong trên ô tô chỉ quay được theo một chiều, nên muốn lùi được thì
phải có cơ cấu đảo chiều trong hệ thống truyền lực
- Ngắt dòng công suất từ động cơ xuống các bánh xe chủ động để khi
dừng xe không cần phải tắt máy. Việc khởi động động cơ đốt trong khá phức
tạp, nên người ta chỉ tắt nó khi cần thiết. Vì vậy, hệ thống truyền lực cần phải
có cơ cấu ngắt dòng công suất từ động cơ xuống các bánh xe chủ động để khi
dừng xe không cần phải tắt máy. Chức năng này có thể được thực hiện nhờ bộ
ly hợp hoặc số “0” trong hộp số.

7
1.1.3. Các bộ phận chính trong hệ thống truyền lực
Để đảm bảo được các nhiệm vụ nêu trên, HTTL của ô tô bao gồm
những bộ phận chức năng chính như ly hợp, hộp số, truyền động các đăng và
cầu chủ động.
Ly hợp là bộ phận có nhiệm vụ ngắt và nối đường truyền công suất từ
động cơ tới HTTL và đảm bảo cho ô tô khởi hành một cách êm dịu. Hiện nay,
trên các loại ô tô sử dụng chủ yếu ly hợp ma sát cho HTTL cơ khí và ly hợp
thủy lực (hoặc biến mô thủy lực) cho hộp số thủy cơ.
Hộp số là bộ phận đảm nhiệm chức năng thay đổi tỷ số truyền trong
HTTL. Trong đại đa số trường hợp, hộp số sử dụng trên ô tô hiện nay là hộp
số kiểu bánh răng. Việc thay đổi tỷ số truyền được thực hiện bằng cách thay
đổi đường truyền qua các bộ truyền bánh răng.
Đối với HTTL vô cấp thì hộp số được thay bằng bộ biến đổi mô men
(đai, xích, con lăn, thủy lực) có tỷ số truyền thay đổi liên tục. Truyền động các
đăng đảm bảo việc kết nối trục ra của hộp số với trục vào cầu chủ động trong
trường hợp động cơ đặt xa cầu chủ động và hai trục cần liên kết không đồng
trục với nhau. Trên ô tô con dẫn động cầu trước với động cơ đặt ở phía đầu xe
thì không có truyền động các đăng do toàn bộ HTTL được bố trí trong cùng
một khối. Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng trong hệ thống, nó truyền mô
men tới các bánh xe chủ động. Trong cầu chủ động thường có ba bộ phận:
truyền lực chính, vi sai và các bán trục. Truyền lực chính về bản chất là bộ
phận giảm tốc, có nhiệm vụ tăng tỷ số truyền cho HTTL. Bộ vi sai được đặt
giữa hai bán trục, nhờ nó mà các bán trục có thể quay với các vận tốc khác
nhau khi ô tô quay vòng hoặc chuyển động trên mặt đường gồ ghề. Các bán
trục có nhiệm vụ truyền mô men tới các bánh xe chủ động.
1.1.4. Phân loại hệ thống truyền lực
HTTL thường được phân loại theo phương pháp truyền mô men thành
các dạng sau:

8
- HTTL cơ khí:
+ Có cấp;
+ Vô cấp;
- HTTL thủy lực:
+ Thủy động;
+ Thủy tĩnh;
- Hệ thống truyền lực thủy cơ: kết hợp truyền lực cơ khí và truyền lực
thủy lực.
- HTTL điện.
Hiện nay, trên ô tô sử dụng chủ yếu các hệ thống truyền lực bằng cơ khí
và thủy cơ kết hợp truyền lực cơ khí và truyền lực thủy động (biến mô thủy
lực). HTTL thủy tĩnh được sử dụng nhiều trên một số phương tiện tự hành
máy móc thi công, khai thác mỏ và máy nâng chuyển hàng trong các kho bãi,
sân bay, bến cảng, …
HTTL điện có thể gặp trên ô tô lai (hybrid) hoặc trên một số ô tô đặc
chủng. Theo cách thay đổi tỷ số truyền, HTTL được phân thành hai loại: HTTL
có cấp và HTTL vô cấp. Theo phương pháp điều khiển, HTTL được phân loại
như sau: HTTL điều khiển bằng tay, HTTL tự động và HTTL bán tự động.
1.2 Tổng quan về hộp số tự động
1.2.1 Lịch sử phát triển hộp số tự động
Hộp số là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền lực của ô tô, nó có
chức năng chính là biến đổi mô men và tốc độ của động cơ truyền tới bánh xe
chủ động sao cho phù hợp với điều kiện chuyển động. Trong lịch sử phát triển
của mình, hộp số ngày càng được hoàn thiện hơn nhằm nâng cao hiệu suất,
tính tiện lợi sử dụng và hiệu quả hoạt động của động cơ.
Bộ phận cơ bản trong các hộp số là các bánh răng đã được con người sử
dụng từ hơn 1000 năm nay để giảm nhẹ sức lao động cho con người và súc vật.

9
Những thiết kế bánh răng đầu tiên xuất hiện từ thời trung cổ với nguồn động
lực thời bấy giờ chính là con người hoặc súc vật.
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 hệ 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. Lịch sử phát triển và hoàn thiện hộp số cơ khí có thể được chia
thành 4 giai đoạn. Trong giai đoạn đầu, các hộp số được chế tạo với các bánh
răng di trượt. Để gài một số nào đó người ta trượt một bánh răng dọc trục để
nó ăn khớp với bánh răng cùng cặp. Cách gài số này thường gây nên va đập
giữa các răng, tạo tiếng ồn, khó vào số và dễ gây hỏng răng. Vì vậy, ở giai
đoạn thử hai các hộp số được thiết kế với các cặp bánh răng luôn ăn khớp,
việc gài số được thực hiện nhờ các khớp răng. Tiến bộ vượt bậc của các hộp
số trong giai đoạn thứ ba là việc sử dụng các khớp gài có đồng tốc, nhờ đó
quá trình gài số được êm dịu và dễ dàng hơn, giảm tối đa tái trọng động tác
dụng lên hộp số và hệ thống truyền lực. Giai đoạn phát triển cuối cùng đối với
hộp số cơ khí được tập trung vào việc tự động hóa quá trình chuyển số. Việc
tự động hóa có thể là từng phần hoặc toàn phần tùy theo trường hợp cụ thể.

10
Trên thực tế, để thực hiện quá trinh chuyển số, cần phải thực hiện các
thao tác cơ bản sau: ngắt 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
toàn phần),
Những cố gắng đầu tiên trong việc tự động hóa một phần quá trình chuyển
số bắt đầu xuất hiện từ năm 1915. Khi đó, hãng ZF đã sản xuất hộp số cơ khí với
các cặp bánh răng luôn ăn khóp có quá trình điều khiển cơ cấu gài số được tự
động hóa. Nhờ đó, người lái chỉ phải làm động tác chọn số và tác động lên bàn
đạp ly hợp. Do có kết cấu phức tạp và quá trình chuyển số khó khăn, nên hộp số
này đã không được tiếp tục phát triển. Những năm sau đó cho tới trước Chiến
tranh Thế giới thứ hai, ZF và một số hãng khác như General Motors và Maybach
đã nghiên cứu tự động hóa một phần quá trình điểu khiển các loại hộp số có bộ
đồng tốc. Tuy nhiên, phải đến sau Chiến tranh Thế giới thứ hai, khi ngành công
nghiệp ô tô thế giới phát triển mạnh, việc hoàn thiện các hộp số mới được quan
tâm nhiều hơn. Năm 1956, Fichtel & Sachs sản xuất ô tô con DKW (tiền thân
của Audi hiện nay) có trang bị ly hợp bán tự động Saxomat điều khiển bằng điện
nhằm tự động hóa một phần quá trình chuyển số. Khi người lái tác động lên cần
điều khiển để chuyển số thì hệ thống điều khiển tự động ngắt ly hợp và đóng nó
lại sau khi quá trình sang số được hoàn tất. Một ví dụ nữa trong quá trình hoàn
thiện hộp số ô tô là hộp số bán tự động 3 cấp có biến mô thủy lực cho ô tô con
của VW sản xuất (1967).
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 được tự động hóa (“add-

11
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 phật triển, đặc biệt là đối với các ô tô tải.
Bản thiết kế đầu tiên của hộp số tự động có biến mô thủy lực và hộp sổ
hành tinh với các cơ cấu điều khiển là các phanh và ly hợp ma sát nhiều đĩa
được H. Rieseler thực hiện vào năm 1925. Tuy nhiện, nó mới chỉ dừng lại ở
bản vẽ thiết kể mà chưa được ứng dụng để sản xuất. Những nghiên cứu sau đỏ
đã thay các ly hợp cơ khí bằng ly hợp thủy lực và băt đâu được hiện thực hóa
thành các hộp số với 3 hoặc 4 cơ cấu hành tinh điều khiển bằng thủy lực.
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)
[1]. Trong khi đó, ở châu Âu hộp số tự động cho ô tô con chỉ chiếm thị phần
khoảng 13%. Sau những năm 1950, hộp số tự động mới thực sự phát triển ở
châu Âu với các hàng đi tiên phong như Daimler-Benz, ZF và ngày càng phát
triển rộng rãi hom ở hầu hết các nhà sản xuất ô tô lớn. Cho tới nay, hộp số tự
động đang dần dần thay thế hộp số cơ khí thường trên các loại ô tô con và có thể
khẳng định rằng, trong tương lai không xa sẽ không còn các loại ô tô con với hộp
số cơ khí điều khiển bằng tay nữa. Sự tiến bộ của hộp sổ tự động trong những
năm qua chủ yếu nằm ở hệ thống điễu khiển. Nếu như, những hộp số tự động
đầu tiên được điều khiển chú yếu băng thủy lực thì các hộp số hiện đại ngày nay
được điều khiển bằng hệ thống điện tử nhằm tối ưu hóa thời điểm sang so. Tiêu
chí tối ưu ở đây chính là mức tiêu hao nhiên liệu thấp nhất và lượng khí xả độc
hại là nhỏ nhất. Xu hướng tăng số cấp cho hộp số tự động cũng được các nhà sản
xuất ô tô quan tâm ngày càng nhiều hơn. Đây là một giải pháp kỹ thuật nhằm
khắc phục nhược điểm cố hữu của ô tô cỏ trang bị hộp số tự động là tiêu thụ
nhiều nhiên liệu hơn so với ô tô có hộp số thường. Gần đây nhất, năm 2013 hãng
Mercedes—Benz đã cho ra đời hộp số tự động 9 cấp,

12
trong đó có tới 3 số truyền tăng: số 7 với tỷ số truyền là 0,87, số 8 với tỷ số
truyền là 0,72 và số 9 với tỷ số truyền là 0,60. Các số truyền tăng này làm
tăng thời gian vận hành của động cơ ở vùng tiết kiệm nhiên liệu, nhờ đó mức
tiêu thụ nhiên liệu giảm đáng kể. Tuy nhiên, hộp số này cũng được dự báo là
đạt tới giới hạn của số cấp trong hộp số tự động của ô tô con, nghĩa là việc
tiếp tục tăng số cấp cho hộp số ô tô con sẽ không còn hiệu quả nữa. Vì nếu
tiếp tục tăng số cấp thì hộp số sẽ trở nên qủá phức tạp và đắt tiền mà mức cải
thiện về tiêu thụ nhiên liệu không thể bù lại được.
Một xu hướng mới trong tự động hóa điều khỉển hộp số ô tô là các hộp
số với ly hợp kép. Loại hộp số này bắt đầu xuất hiện vào khoảng sau năm
2000 và đến nay vẫn đang là một giải pháp được các hãng sản xuất ô tô tiếp
tục nghiên cứu phát triển do có ưu thế về mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn so
vởi hộp số tự động truyền thống. Hiện nay, các hộp số với ly hợp kép loại ma
sát ướt đang được sử dụng phổ biến trên các loại ô tô. Nó có khả năng truyền
tải mô men lớn hơn 300 Nm. Ly hợp kép ma sát khô thường được sử dụng
trong các trường hợp có mô men ở đầu vào nhỏ hơn (dưới 300 Nm).
Trong những năm gần đây, một dạng hệ thống truyền lực tự động mới
được sử dụng ngày càng nhiều trên ô tô, đó là truyền lực vô cấp (continuously
variable transmission, viêt tắt là CVT). Truyền lực vô cấp bằng dây đai thang lần
đầu tiên được phát triển bởi Van Doome vào năm 1950, sau đó được đưa vào sản
xuất công nghiệp năm 1958 (DAF 600). Hệ thống truyền lực này sử dụng dây đai
cao su có tiết diện hình thang với các pu li có thể thay đổi bán kính tiếp xúc với
dây đai, nhờ đó tỷ số truyền được thay đổi một cách liên tục. Tuy nhiên, CVT
không nhận được sự hưởng ứng rộng rãi của các nhà sản xuất
ô tô thế giới lúc bấy giờ, vì sự trượt của dây đai gây tổn hao công suất truyền
(hiệu suất chỉ khoảng 70 - 75%) và giảm tuổi thọ của nó. Để khắc phục hiện
tượng này người ta đã sử dụng 2 bộ truyền đai lắp song song, nhưng mô men
đầu vào vẫn bị giới hạn ở 100 Nm.

13
Sự phát triển của truyền lực vô cấp chi thực sự bắt đầu sau khi Van
Doome sáng chế ra loại dây đai bằng thép vào đầu những năm 1970 và sau đó là
bộ truyền xích của Audi (1999). Từ đó đến nay, truyền lực vô cấp đang được tiếp
tục nghiên cứu phát triển và sử dụng ngày càng rộng rãi hơn trên các loại
ô tô con. Khả năng truyền mô men của CVT dùng dây đai hiện nay có thể lên
tới 350 Nm.
Nếu như trước Chiến tranh Thế giới thứ hai, hộp số ô tô con và ô tô tải
khác nhau chủ yếu ở kích thước, thì ngày nay vấn đề đã được thay đổi về cơ
bản. Do phạm vi hoạt động cứ của các loại ô tô tải ngày càng rộng hơn, đòi hỏi
hộp số và hệ thống truyền lực phải đáp ứng được mọi điều kiện vận hành phức
tạp hơn. Nghĩa là vùng biến thiên tỷ số truyền phải k rộng hơn và số cấp trong
hộp số cần phải nhiều hơn. Ngoài ra, vì lý do tiết kiệm nên trước chiến tranh chỉ
có các hộp số ô tô con là được trang bị bộ đồng tốc để chuyển số, còn các
ô tô tải chỉ bắt đầu được trang bị từ những năm 1950.
Ngày nay, hộp số tự động trở nên phổ biến trên ô tô con, nhưng lại
không được sự 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. Ngoài ra, các bộ biến đổi mô men
vô cấp (thủy lực, cơ khí) đang được sử dụng ngày càng nhiều hơn, đặc biệt là
trên các ô tô con. Trong những trường hợp này, khái niệm hộp số không còn
tồn tại, chức năng thay đổi tỷ số truyền do một bộ biến đổi vô cấp đảm nhiệm
và nó được thay đổi một cách liên tục chứ không theo các cấp số xác định. Tất
cả các dạng truyền lực trên đây đều đang được nghiên cứu phát triển và hiện
đại hóa nhằm đạt được những mục đích cơ bản như sau:

14
- Nâng cao tính tiện nghi điều khiển;
- Tăng độ êm dịu khi chuyển số, giảm tải trọng động
- Phối hợp hoạt động hiệu quả nhất với động cơ đốt trong;
- Nâng cao hiệu suất, giảm mức tiêu hao nhiên liệu;
- Giảm ô nhiễm môi trường.
1.2.2 Khái quát về hộp số tự động
1.2.2.1 Công dụng
Cũng như hộp số thường, công dụng của hộp số tự động là để thay đổi
lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động cho phù hợp với lực cản tổng cộng của
đường.
Hình 1.2 Đặc tính kéo của ôtô có hộp số thường
Đặc tính kéo của ôtô có hộp số thường được thể hiện trên hình 1.2. Mỗi
tay số sẽ cho một đường đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến
ở bánh xe chủ động với tốc độ của xe. Trên đặc tính thể hiện cho ôtô có lắp hộp
số cơ khí ba cấp. Với đặc tính này, ngay cả khi người lái xe chọn điểm làm việc
của tay số phù hợp với lực cản chuyển động của đường thì kết quả là điểm làm
việc cũng chưa phải là tối ưu. Điểm làm việc được coi là tối ưu khi nó nằm trên
đường cong A là tiếp tuyến với tất cả các đường đặc tính của hộp số cơ khí ba
cấp, đường cong đó gọi là đường đặc tính lý tưởng. Đường cong lý tưởng có

15
được chỉ khi sử dụng hộp số vô cấp. Và khi đó chúng ta sẽ tránh được những
mất mát công suất so với sử dụng hộp số có cấp thể hiện trên phần diện tích
gạch chéo.
Hộp số tự động dùng trên ôtô chưa cho đường đặc tính kéo trùng với
đường đặc tính lý tưởng nhưng cũng cho ra được đường đặc tính gần trùng
với đường đặc tính lý tưởng. Với hộp số tự động việc gài các số truyền được
thực hiện một cách tự động tuỳ thuộc vào chế độ của động cơ và sức cản của
mặt đường. Vì vậy, nó luôn tìm được một điểm làm việc trên đường đặc tính
phù hợp với sức cản chuyển động bảo đảm được chất lượng động lực học và
tính kinh tế nhiên liệu của ôtô.
1.2.2.2 Yêu cầu
Hộp số tự động đảm bảo các yêu cầu sau:
- Thao tác điều khiển hộp số đơn giản, nhẹ nhàng.
- Đảm bảo chất lượng động lực kéo cao.
- Hiệu suất truyền động phải tương đối lớn.
- Độ tin cậy lớn, ít hư hỏng, tuổi thọ cao.
- Kết cấu phải gọn, trọng lượng nhỏ.
1.2.2.3 Phân loại
Dựa vào đặc điểm hộp số tự động được chia làm hai loại:
+ Loại hộp số sử dụng trên ô tô FF (động cơ đặt trước, cầu trước chủ
động).
+ Loại hộp số sử dụng trên ô tô FR (động cơ đặt trước, cầu sau chủ động).

16
a) b)
Hình 1.3 Hộp số tự động kiểu FF (a) và FR
Các hộp số sử dụng trên ôtô FF được thiết kế gọn nhẹ hơn so với loại
sử dụng trên ôtô FR do chúng được lắp đặt cùng một khối với động cơ.
Các hộp số sử dụng cho ôtô FR có bộ truyền động bánh răng cuối cùng
với vi sai lắp ở bên ngoài. Còn các hộp số sử dụng trên ôtô FF có bộ truyền
bánh răng cuối cùng với vi sai lắp ở bên trong, vì vậy loại hộp số tự động sử
dụng trên ôtô FF còn gọi là "hộp số có vi sai".
- Phân loại dựa vào cách điều khiển hộp số tự động người ta phân chia
thành hai loại:
+ Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn bằng thuỷ lực (AT) +
Hộp số tự động điều khiển điện tử - thuỷ lực (ECT)
Hộp số tự động điều khiển thuỷ lực được điều khiển thông qua các van
thuỷ lực để chuyển số. Nhược điểm của hộp số này là không tự động chuyển
số mà chỉ tự động chuyển số trong mỗi dải làm việc tương ứng với tay số trên
cần điều khiển. Kết cấu của hệ thống điều khiển thuỷ lực khá cồng kềnh và
phức tạp. Loại điều khiển điện tử là việc chuyển số được máy tính trung tâm

17
dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến để tính toán và đưa ra kết quả tối ưu để
điều khiển chuyển số và khoá biến mô men. Loại này còn bao gồm cả chức
năng chẩn đoán và dự phòng ngoài chức năng điều khiển số và khoá biến mô
men.
1.2.2.4. Ưu nhược điểm của hộp số tự động
a. Ưu điểm
So với hộp số cơ khí thông thường thì hộp số tự động có những tính
năng vượt trội sau đây:
- Chuyển số liên tục không cần cắt dòng lực từ động cơ, làm giảm mệt
mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải
chuyển số.
- Nó chuyển số một cách tự động và êm dịu tại các tốc độ thích hợp với
chế độ lái xe do vậy giảm bớt cho lái xe sự cần thiết phải thành thành thạo các
kỹ thuật lái xe khó khăn và phức tạp như vận hành ly hợp .
- Nó tránh cho động cơ và dòng dẫn động khỏi bị quá tải, do nó nối
chúng bằng thuỷ lực (qua biến mô) tốt hơn so với nối bằng cơ khí.
- Biến mô men truyền dòng động lực thông qua động năng của dòng dầu
thuỷ lực nên truyền động êm dịu, không gây tải trọng động. Ngoài ra, cơ cấu
hành tinh cùng với các kết cấu li hợp khoá, phanh dải được điều khiển tự động
cũng làm cho việc chuyển số nhẹ nhàng, liên tục.
- Tuổi thọ của các chi tiết trong hộp số tự động cao hơn do các chi tiết
thường xuyên được ngâm trong dầu, do đó việc bôi trơn và làm mát các chi
tiết là rất tốt. Việc truyền động giữa các chi tiết là êm dịu, không gây tải trọng
động và lực truyền đồng thời qua một số cặp bánh răng ăn khớp nên ứng suất
trên răng nhỏ. Cơ cấu hành tinh ăn khớp trong nên đường kính vòng tròn ăn
khớp lớn. Các bánh răng hành tinh bố trí đối xứng nên triệt tiêu được lực
hướng trục. Giảm độ ồn khi làm việc.

18
- Hiệu suất làm việc cao, vì các dòng năng lượng có thể là song song,
ma sát sinh ra tiêu hao năng lượng chủ yếu là do chuyển động tương đối còn
không chịu ảnh hưởng của chuyển động theo.
- Cho tỉ số truyền cao nhưng kích thước lại không lớn.
Với kết cấu của cơ cấu hành tinh là bánh răng mặt trời và bánh răng
hành tinh nằm gọn bên trong Bánh răng bao nên kích thước của bộ truyền
hành tinh là rất nhỏ gọn với 1 tỉ số truyền khá lớn. Bên cạnh đó, biến mô men
thuỷ lực còn có thể làm cho mô men từ động cơ tăng lên đến 2,5 lần.
Ngoài ra, việc bố trí hộp số tự động trên xe ô tô còn làm cho việc điều
khiển xe dễ dàng và thuận tiện. Do không bố trí li hợp và việc chuyển số hoàn
toàn tự động cho nên người lái xe bớt được rất nhiều thao tác mỗi khi phải
chuyển số. Nhất là khi khởi hành và lái xe ở trong thành phố…
b. Nhược điểm
Bên cạnh những ưu điểm mà hộp số tự động mang lại như đã nêu ở trên
không thể không kể đến những nhược điểm của nó:
- Giá thành của hộp số tự động cao. Công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác
cao: trục lồng, bánh răng ăn khớp nhiều vị trí.
- Tốn nhiều nhiên liệu hơn hộp số cơ khí
Kết cấu phức tạp, nhiều cụm lồng, trục lồng, phanh dải, li hợp khoá, các
khớp một chiều, … Do đó việc tháo lắp và sửa chữa sẽ rất khó khăn và phức
tạp.
Lực li tâm sinh ra trên các bánh răng hành tinh lớn do tốc độ góc lớn.
Nếu dùng nhiều li hợp và phanh có thể làm tăng tổn hao công suất khi
chuyển số, hiệu suất sẽ giảm.
Các nhược điểm này sẽ dần dần được khắc phục khi lựa chọn tối ưu sơ
đồ cơ cấu và công nghệ chế tạo máy phát triển.

19
1.2.3 Các bộ phận chính trong hộp số tự động
Hộp số tự động được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính: biến mô men thủy lực,
hộp số cơ khí và hệ thống điều khiển như trên hình 1.4.
Hình 1.4 Cấu tạo chung của hộp số tự động
1.2.3.1 Bộ biến mô men thuỷ lực
Hình 1.5 Biến mô thủy lực
Biến mô thuỷ lực được lắp ở đầu vào của chuỗi bánh răng truyền động
hộp số và được bắt bằng bulông vào trục sau cuả trục khuỷu thông qua tấm
truyền động. Bộ biến mô được đổ đầy bằng dầu hộp số tự động, nó làm tăng

20
mômen do động cơ tạo ra và truyền mômen này đến hộp số hoặc đóng vai trò
như một khớp nối thuỷ lực truyền mômen đến hộp số.
Trên xe có lắp hộp số tự động, bộ biến mô cũng có tác dụng như bánh
đà của động cơ. Do không cần có một bánh đà nặng như vậy trên xe có hộp số
thường, nên xe có hộp số tự động sử dụng tấm truyền động có vành bên ngoài
dạng vành răng dùng cho việc khởi động động cơ bằng bằng mô tơ khởi động.
Khi tấm dẫn động quay với tốc độ cao cùng với biến mô thuỷ lực, trọng lượng
của nó sẽ tạo nên sự cân bằng tốt nhằm ngăn chặn sự rung động khi quay với
tốc độ cao.
Các chức năng của bộ biến mô:
- Tăng mômen do động cơ tạo ra.
- Đóng vai trò như một ly hợp thuỷ lực để truyền hay không truyền mômen
động cơ đến hộp số.
- Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực.
- Có tác dụng như một bánh đà để làm đều chuyển động quay của động
cơ.
- Dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thuỷ lực.
1.2.3.2 Hộp số cơ khí
Hộp số cơ khí về bản chất là hộp giảm tốc cơ khí nhiều cấp, các bộ
phận cơ bản của nó gồm cơ cấu giảm tốc bánh răng và cơ cấu điều khiển sang
số. Tùy theo dạng cơ cấu giảm tốc mà người ta phân biệt 2 loại hộp số gồm
hộp số có trục cố định và hộp số hành tinh.

21
a) b)
Hình 1.6 Hộp số cơ khí
Cơ cấu giảm tốc trục cố định là bộ truyền bánh răng với các trục cố định
trong không gian. Trên hình 1.6 a minh họa một cặp bánh răng z1, z2 với đường
truyền công suất theo chiều mũi tên như hình vẽ 1.6a thì bánh răng z1 là chủ
động còn bánh răng z2 là bánh răng bị động. Tỷ số truyền được tính như sau
i 
z
2
z1
Cơ cấu hành tinh là bộ truyền bánh răng có ít nhất một trục quay trong
không gian. Trên hình 1.6b mô tả dạng cơ cấu hành tinh 3 khâu đơn giản. Nó
bao gồm bánh răng trung tâm (còn gọi là bánh răng mặt trời), các bánh răng
hành tinh và bánh răng bao. Các bánh răng hành tinh được liên kết với nhau
bởi khung cứng gọi là giá hay cần dẫn.
Cơ cấu hành tinh có hai bậc tự do nên để truyền công suất qua nó cần
hạn chế bớt một bậc tự do. Chẳng hạn ở trạng thái trên sơ đồ 1.6b bánh răng
bao được gắn cố định với vỏ, công suất được truyền vào bánh răng mặt trời và
lấy ra ở cần dẫn. Khi bánh răng mặt trời quay sẽ làm cho bánh răng hành tinh
quay theo. Các bánh răng này vừa quay quanh trục của nó vừa lăn trên bánh
răng mặt trời làm cho giá đỡ quay cùng chiều với bánh răng mặt trời theo
chiều mũi tên. Tỷ số truyền của cơ cấu hành tinh trong trường hợp này được
tính theo công thức:

22
i  1
z
b
za
Một cơ cấu hành tinh 3 khâu như mô tả trên hình 1.6b có thể tạo được
các đường truyền công suất khác nhau bằng cách phanh hay dừng một trong
các khâu (hình 1.7). Chẳng hạn ngoài cách cố định bánh răng bao người ta có
thể phanh dừng cần dẫn. Khi đó công suất được truyền từ bánh răng mặt trời
và lấy ra ở bánh răng bao. Cách làm này thông thường dùng để tạo số lùi, vì
trong trường hợp này bánh răng bao quay ngược chiều với bánh răng mặt trời.
Nếu nối cứng hai khâu bất kỳ của cơ cấu hành tinh với nhau thì toàn bộ cơ
cấu bị khóa cứng tạo nên số truyền thẳng (i=1).
Hình 1.7 Các chế độ làm việc của cơ cấu hành tinh
a) Hộp số cơ khí loại trục cố định b) Hộp số cơ khí loại hành tinh
Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo của hộp số tự động 5 cấp

23
Ưu điểm của hộp số loại trục cố định là dễ dàng tạo được các tỉ số truyền
theo ý muốn. Hơn nữa, trong hộp số các chi tiết của các bộ ly hợp gài số có thể
được chế tạo đồng bộ, thuận tiện cho việc sản xuất và hạ giá thành sản phẩm.
Ưu điểm của hộp số hành tinh đó là: Thứ nhất, các cơ cấu hành tinh có
thể tạo được nhiều đường truyền công suất khác nhau nên từ một cơ cấu hành
tinh đơn giản có thể tạo được nhiều phương án truyền công suất; thứ hai, các
cơ cấu hành tinh có kết cấu nhỏ gọn nhưng có thể cho tỷ số truyền lớn. Khi sử
dụng tổ hợp nhiều cơ cấu hành tinh có thể giúp hộp số có kết cấu nhỏ gọn
nhưng có nhiều tỷ số truyền; thứ ba, giảm được tải trọng tác dụng lên các răng
do đường truyền công suất được thực hiện qua nhiều bánh răng hành tinh.
Ngày nay, hộp số tự động sử dụng bộ giảm tốc cơ khí kiểu hành tinh
được sử dụng ngày càng rộng rãi.
1.2.3.3. Hệ thống điều khiển hộp số tự động
Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển hộp số tự động nhằm mục đích chuyển hoá tín hiệu
mức tải động cơ và tốc độ ôtô thành tín hiệu thuỷ lực trên cơ sở đó hệ thống

24
điều khiển thuỷ lực sẽ thực hiện việc đóng mở các ly hợp và phanh của bộ
truyền hành tinh để tự động thay đổi tỉ số truyền của hộp số phù hợp với các
chế độ hoạt động của ôtô. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điều khiển
được mô tả trên hình 1.9.
Hệ thống điều khiển hộp số tự động bao gồm hệ thống điều khiển thuỷ
lực trong đó gồm có cácte dầu, bơm dầu để tạo ra áp suất thuỷ lực, các loại
van có chức năng khác nhau, các khoang và ống dẫn dầu để đưa dầu đến các
ly hợp và phanh trong bộ truyền hành tinh. Hầu hết các van trong hệ thống
điều khiển thuỷ lực được bố trí chung trong bộ thân van nằm bên dưới bộ
truyền hành tinh (Hydraulic Control Unit). Đây được coi là bộ phận chấp
hành của hệ thống điều khiển. Để điều khiển bộ phận chấp hành hoạt động hệ
điều khiển hộp số tự động cần có hai tín hiệu được coi là tín hiệu gốc, đó là:
- Tín hiệu mức tải động cơ: theo độ mở của bướm ga tín hiệu mức tải
của động cơ tạo ra áp suất thuỷ lực (còn gọi là áp suất bướm ga) đưa đến bộ
điều khiển thuỷ lực;
- Tín hiệu tốc độ của ôtô: tín hiệu này được lấy từ van ly tâm được dẫn
động từ trục thứ cấp của hộp số. Tuỳ theo tốc độ của ôtô van ly tâm tạo ra áp
suất thuỷ lực (còn gọi là áp suất ly tâm) cũng được đưa đến bộ điều khiển
thuỷ lực.
Áp suất ly tâm và áp suất bướm ga làm cho các van chuyển số trong bộ
điều khiển thuỷ lực hoạt động. Độ lớn của các áp suất này điều khiển độ dịch
chuyển của các van và từ đó chúng điều khiển được áp suất thuỷ lực dẫn tới các
ly hợp và phanh trong bộ truyền hành tinh để thực hiện chuyển số trong hộp số.
Với hai tín hiệu gốc trên hộp số tự động có thể hoàn toàn tự động chọn tỉ
số truyền của hộp số cho phù hợp với điều kiện sử dụng một cách tối ưu. Tuy
nhiên nếu sức cản của mặt đường liên tục thay đổi đột ngột trong một phạm vi
hẹp khi đó hệ điều khiển sẽ làm việc liên tục để thay đổi tỉ số truyền của hộp số
điều đó không cần thiết và không có lợi. Vì vậy, sự hoạt động của các van

25
trong hệ điều khiển thuỷ lực còn phụ thuộc vào sự liên kết điều khiển bằng
tay. Liên kết này bao gồm cần và cáp chọn số. Mục đích của liên kết điều
khiển bằng tay là để hộp số tự động thay đổi tỉ số truyền trong một dải hẹp
phụ thuộc vào mức đặt của cần chuyển số.
Cần chọn chế độ được đặt ở vị trí tương ứng với cần chuyển số ở hộp
số thường. Nó được nối với hộp số thông qua cáp hay thanh nối. Tuỳ theo
điều kiện đường xá, lái xe có thể chọn chế độ: bình thường, tiến hay lùi, số
trung gian hay đỗ xe bằng cách đặt cần chọn chế độ tương ứng với các vị trí
này. Thông thường có các chế độ sau:
"D" (Drive): chế độ bình thường
"2" (Second): dải tốc độ thứ hai
"L" (Low): dải tốc độ thấp
"N" (Neutral): vị trí trung gian (số 0)
"P" (Park): đỗ xe
Sơ đồ cấu tạo của liên kết điều khiển bằng tay được thể hiện trên hình 1.10.
Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo của liên kết điều khiển bằng tay
1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến hộp số tự động
1.3.1 Các nghiên cứu trong nước

26
Trong nước đã có một số công trình nghiên cứu liên quan đến hộp số tự
động trên ô tô. Trong tài luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu động học và
động lực học hộp số tự động, mô phỏng hoạt động của hộp số”, tác giả Chu
Thành Khải [2] đã trình bày được những vấn đề động học, động lực học cơ
bản về hộp số tự động từ tổng quát đến một hộp số cụ thể. Cơ bản đề tài đã
trình bày được cách xác định tỉ số truyền và ảnh hưởng mômen hãm cơ bản
của bộ truyền bánh răng hành tinh. Dựa vào những vấn đề động học, động lực
học đã trình bày, đề tài đã áp dụng vào hộp số tự động A140L, từ đó tính toán
tỉ số truyền các tay số khi xe hoạt động, đồng thời mô phỏng sự hoạt động của
nó khi hoạt động bình thường và tình huống khi gặp sự cố, cụ thể là sinh ra
mômen trượt giữa các phần tử khi bị khóa lại khi lực ép dầu thủy lực vào cơ
cấu phanh và ly hợp bị giảm.
Trong luận văn thạc sĩ [3] nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng
điều khiển hộp số cơ khí thông qua bộ truyền vi sai bánh răng của Nguyễn Văn
Cung (trường đại học Đà Nẵng) nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng
nhờ sử dụng năng lượng của các trục quay tạo ra cơ năng điều khiển hộp số bằng
các tín hiệu điện từ nhờ các nút bấm hay cần gạt bố trí trên bảng điều khiển,
nhằm làm đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển hộp số cơ khí.
Trong tài liệu [5] xây dựng mô hình và mô phỏng động lực học hệ
thống truyền lực cơ khí. Trên cơ sở mô hình đã xây dựng, tác giả xây dựng
thuật toán điều khiển cho hệ thống truyền lực cơ khí tự động AMT nhằm nâng
cao độ êm dịu của ô tô khi khởi hành và chuyển số.
Trong luận văn “Nghiên cứu xây dựng đặc tính động lực học của quá trình
chuyển số của ô tô có hộp số tự động AT” tác giả Nguyễn Lương Huy [7] đã đưa
ra một phương pháp xây dựng đường đặc tính động lực học của quá trình sang số
của ô tô có hộp số tự động bằng phần mềm Matlab- Simulink và đã tiến hành
nghiên cứu thực nghiệm quá trình sang số của Toyota Crown.

27
Ngoài ra, trong nước còn có các công trình khác nghiên cứu như xây dựng
mô hình và mô phỏng động lực học cho hệ thống truyền lực CVT và DCT của
nhóm tác giả Tạ Thị Thanh Huyền, Trần Văn Như [6,8] và nhóm tác giả
Nguyễn Trọng Hoan, Nguyễn Khắc Tuân [9,10].
1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước
Ở nước ngoài, việc nghiên cứu về ô tô trang bị hộp số tự động được thực
hiện từ nhiều năm nay. Phân tích các công trình đã công bố cho thấy, các nghiên
cứu chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu tối ưu hóa quá trình điều khiển hệ
thống truyền lực tự động [10-17]. Một số công trình đề cập đến tính kinh tế
nhiên liệu [18] hoặc đặc tính động lực học của ô tô trang bị hộp số tự động
trong quá trình chuyển số [19].
Như vậy, cho đến nay việc nghiên cứu sự thay đổi của vận tốc chuyển
động ô tô trang bị hộp số tự động ở các điều kiện làm việc khác nhau vẫn là
vấn đề bỏ ngỏ. Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu xác định vận tốc của ô tô
trang bị hộp số tự động trong một số điều kiện chuyển động đặc trưng” là cần
thiết trong tình hình hiện nay.
1.4. Kết luận chương 1
Trong chương 1 tác giả đã nghiên cứu tổng quan về hệ thống truyền lực
và hộp số tự động trên ô tô, phân tích các công trình đã công bố liên quan đến
nội dung của đề tài. Đây là cơ sở quan trọng cho các nội dung nghiên cứu mô
phỏng và xác định vận tốc chuyển động của ô tô trang bị hộp số tự động trong
các chương tiếp theo của luận văn.
Chương 2 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CứU
2.1. Phương pháp nghiên cứu thông qua mô phỏng

28
Để nghiên cứu động học và động lực học ô tô nói chung người ta có thể
sử dụng 2 phương pháp chính [10]:
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên xe thực
- Phương pháp mô phỏng
Đối với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ta có thể tiến hành
nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hoặc trên đường. Ưu điểm của phương
pháp này là đảm bảo tính chính xác cao do việc lựa chọn điều kiện thí nghiệm
đúng với thực tế khai thác cần nghiên cứu, tuy nhiên phương pháp này có
nhược điểm lớn là chi phí nghiên cứu cao do phải tiến hành trên xe thực và
thời gian nghiên cứu kéo dài.
Ngày nay, nhờ sự trợ giúp của các phần mềm mô phỏng mạnh việc
nghiên cứu động lực học của các cơ hệ thường được sử dụng thông qua
phương pháp mô phỏng. So với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
phương pháp này có ưu điểm là giảm được chi phí nghiên cứu do không phải
tiến hành trên mô hình thực, đồng thời phương pháp này cũng cho phép
nghiên cứu một cách chi tiết ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến đối
tượng nghiên cứu một cách nhanh chóng.
Để mô phỏng ô tô có thể sử dụng một trong hai phương pháp:
- Mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa
các vật trong hệ;
- Mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết.

29
a) b)
Hình 2.1 Sơ đồ các phương pháp mô phỏng
a. Mô phỏng thông qua xây dựng hệ phương trình vi phân
b. Mô phỏng thông qua mô tả vật và liên kết
2.1.1.Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân
liên kết giữa các vật trong hệ
Đây là cách thức truyền thống đã được sử dụng trong nhiều năm qua,
khi mô phỏng theo phương pháp này trước tiên ta phải phân tích mô hình
thành cơ hệ nhiều vật và xây dựng các hệ phương trình vi phân cân bằng cho
từng vật. Phương pháp này tuy mất nhiều thời gian hơn nhưng lại giúp chúng
ta kiểm soát mô hình một cách cụ thể rõ ràng hơn. Trình tự của phương pháp
này thực hiện như sau:
+ Xây dựng mô hình tính toán: Để xây dựng được mô hình tính toán
trước tiên cần xây dựng mô hình cơ học từ hệ thống thực, xây dựng mô hình
động lực học và đơn giản hóa mô hình này để nhận được mô hình tính toán.
+ Xây dựng mô hình toán học: Mô hình toán học là hệ các phương
trình toán học biểu diễn hoạt động của hệ thống theo mô hình tính toán. Mô
hình toán học có thể nhận được bằng nhiều phương pháp khác nhau [1] như
phương pháp Newton, Lagrange II, D’alambe, nguyên lý Jodan...

30
+ Giải mô hình toán học bằng phần mềm chuyên dùng: Khi có được
mô hình tính toán ta có thể nghiên cứu dao động của hệ bằng các phần mềm
chuyên dụng. Khảo sát dao động của hệ trên miền thời gian và miền tần số
xác định các thông số “ra”, khi thay đổi các thông số “vào” và các thông số
kết cấu. Các phần mềm chuyên dùng để giải quyết các mô hình toán có thể kể
tới như: MatrixX (từ các hệ tích hợp), EASY5 (của hãng Boeing) và Matlab
với công cụ Simulink (của Mathworks. Inc). Các phần mềm này đều có các
khả năng tương đương, tùy thuộc vào mục tiêu bài toán mà ta lựa chọn phần
mềm phù hợp.
+ Phân tích kết quả:
Đây là bước cuối cùng của việc mô phỏng, dựa trên việc phân tích kết
quả sẽ cung cấp thêm các thông tin để giải quyết mục tiêu ban đầu mà bài
toán đặt ra.
2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết
Mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết là một cách thức mô
phỏng thông qua các vật chuẩn và các liên kết chuẩn có sẵn trong một số phần
mềm chuyên dụng. Để thực hiện cách này, sau khi nghiên cứu hệ thống sẽ
chia hệ thống thành các vật và các liên kết giữa chúng mà không cần quan tâm
đến việc thiết lập các hệ phương trình. Hiện nay có các phần mềm chuyên
dụng để mô phỏng dạng này như Alaska, Adam, Modelica, Universal, Carsim.
Một số phần mềm tích hợp các modul mô phỏng chuyên dụng cho: hệ thống
treo, hệ thống truyền lực như Simdriveline, Simmachanic, Maplesim...Trên
các hình minh họa một số phần mềm mô phỏng kiểu này.
Ưu điểm của phương pháp mô phỏng thông qua mô tả vật và liên kết là
không mất thời gian để thiết lập hệ phương trình cân bằng cho các vật của cơ
hệ nhờ sử dụng các modul chuẩn có sẵn trong các phần mềm. Do đó, thời
gian thiết lập mô hình và lập trình trên máy tính sẽ được rút ngắn.
Tuy nhiên, cách thức mô phỏng theo phương pháp này có một số nhược
điểm. Nhược điểm thứ nhất đó là các phần mềm chuyên dụng dạng này mặc dù
đã xuất hiện ở thị trường Việt Nam nhưng chi phí cho việc mua các phần mềm

31
này còn quá cao và hiện tại chỉ là các bản demo nên độ tin cậy thấp. Nhược
điểm thứ hai là khó nghiên cứu rõ bản chất của các quá trình diễn ra trong các
modul chuẩn và chưa thể can thiệp vào chúng, vì thế sẽ hạn chế khả năng
nghiên cứu mở rộng cũng như việc kiểm soát quá trình tính toán và kết quả
chưa rõ ràng.
a) Mô hình biến mô men thủy lực Maple Sim
b) Mô hình ly hợp Maple sim
Hình 2.2 Mô hình mô phỏng ô tô trang bị hộp số tự động
bằng phần mềm Maple Sim

32
Hình 2.3 Mô hình các phần tử hệ thống truyền lực với phần mềm Modelica
Hình 2.4 Mô hình mô phỏng ô tô với hộp số tự động bằng phần mềm
Modelica

33
Damper1 Damper2
ToShaf t ToShaf t
[Brake] Workspace
Variables
Scopes
[Clutch] CR-CR ClutchModes BrakePressure
vDriver 4-speed
P Clutch Modes BrakeMode
P M
In Out
T orque B F
Driver
Brake
Inertia1
Inertia2 Env Housing
Clutch
CR-CR 4-Speed Transmission vDriven
Driv en Shaf t
v
Clutch
w ith Smoothed Clutch Pressures Clutches
The clutch control is programmed to Motion Sensor2
step through the four forward CR-CR Brake Brake
gear ratios, switch to neutral,
then apply the brake clutch. Clutch Control
Workspace variables defined.
Hình 2.5 Mô hình mô phỏng ô tô với hộp số tự động bằng công cụ
Simdriveline Mechanic trong phần mềm Matlab [21]
Hình 2.6 Mô phỏng ô tô bằng phần mềm Carsim
Ngày nay, một số phần mềm như Matlab-Simulink cho phép ta sử dụng
kết hợp cả hai phương pháp trên bằng cách sử dụng các khối thư viện phần tử
có sẵn trong các modul như Simscape kết hợp với các khối do người dùng tự

34
xây dựng bằng công cụ Simulink vì vậy cho phép việc nghiên cứu mô phỏng
các hệ thống ô tô một cách linh hoạt hiệu quả.
2.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu
Để xây dựng mô hình mô phỏng xác định vận tốc của ô tô trang bị hộp
số tự động bằng phần mềm Matlab Simulink tác giả thực hiện xây dựng mô
hình con của các cụm chi tiết độc lập gồm: động cơ, biến mô, hộp số, bánh xe,
thân xe; trên cơ sở xây dựng mô hình của từng hệ thống con sẽ xây dựng được
mô hình của toàn bộ hệ thống. Trong luận văn này tác giả thực hiện mô phỏng
xác định vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động 4 cấp với 2 dãy hành tinh.
2.2.1. Mô hình động cơ
Khi làm việc trong động cơ xuất hiện lực khí thể do khí cháy sinh ra và
các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và các khối lượng
chuyển động quay [10]. Các lực này đóng vai trò là lực kích thích hệ trục khuỷu
và HTTL. Lực khí thể và lực quán tính của động cơ là những lực có trị số lớn và
thay đổi chu kỳ nên chúng mang tính chất va đập. Momen của các lực này được
gọi là momen kích thích chúng tác động lên HTTL và ảnh hưởng trực tiếp tới độ
bền lâu của các chi tiết trong HTTL. Để phỏng mô men và công suất của động cơ
có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp phân tích điều
hòa, phương pháp sử dụng công thức thực nghiệm... Trong luận văn này, để mô
phỏng động cơ tác giả sử dụng mô hình động cơ Generic Engine (hình 2.7), mô
hình này cho phép xác định quan hệ phụ thuộc của tốc độ, mô men xoắn, công
suất động cơ vào độ mở của bướm ga (Th).

35
Hình 2.7 Mô hình động cơ đốt trong
Hình 2.8 Kết quả mô phỏng công suất động cơ phụ thuộc
vào độ mở bướm ga

36
2.2.2. Mô hình bộ biến mô thủy lực
2.2.2.1. Cấu tạo biến mô thủy lực
Hình 2.9 Biến mô thủy lực
Biến mô thủy lực được cấu tạo gồm: bánh bơm B, tuabin T và thêm vào
đó là bánh phản ứng D [9,10,22,25]. Việc truyền mô men xoán cũng giống
như ly hợp thủy lực được thực hiện bằng việc sử dụng động năng của chất
lỏng tuần hoàn trong các bánh công tác của biến mô thủy lực hay ly hợp thủy
lực. Theo sơ đồ cấu tạo trên hình 2.9
Bánh bơm ly tâm B được dẫn động quay từ trục khuỷu động cơ I; bánh
tuabin T nối với bánh xe chủ động của ô tô qua hệ thống dẫn động cơ khí II và
bánh phản ứng D nối với moay ơ cố định 1 nhờ khớp nối một chiều 2
Hình 2.10 Sự làm việc của biến mô thủy lực [10].
Tất cả ba bánh công tác của bộ biến mô thủy lực tạo thành buồng kín, gọi
là vòng tuần hoàn; trên vòng tuần hoàn này có sự chuyển động liên tục của

37
dòng chất lỏng từ bánh bơm qua bánh tuabin, từ bánh tuabin qua bánh phản
ứng và từ bánh phản ứng ngược trở lại bánh bơm khi bánh bơm đã quay.
Dòng chất lỏng chảy từ bánh bơm đập vào các cánh của bánh tuabin, do đó
bánh tuabin quay quanh trục của nó và làm trục II quay.
Do có mô men xoắn MD của bánh xe phản ứng mà có sự biến đổi mô men
xoắn từ trục bánh bơm tới trục bánh tuabin. Mô men xoắn hình thành là do các
cánh của bộ phận phản ứng cố định làm thay đổi hướng của dòng chất lỏng chảy
từ bánh tuabin quay trở lại bánh bơm. Nếu bánh xe phản ứng có khả năng quay
tự do trong dòng chất lỏng thì việc biến đổi mô men sẽ không xẩy ra và biến mô
thủy lực trở thành ly hợp thủy lực khi đó còn gây cản trở cho việc truyền động,
dẫn đến hiệu suất của bộ truyền giảm. Hệ thống truyền động thủy lực có nhiều
ưu điểm, nhưng hiệu suất thấp so với các xe có truyền động cơ khí. để khắc phục
nhược điểm đó, trong bộ biến mô người ta lắp thêm ly hợp ma sát để nâng cao
hiệu suất của nó mà vẫn đảm bảo sự làm việc êm dịu khi thay đổi tải hay thay
đổi điều kiện làm việc của xe. Sự bố trí đó được tính toán hợp lý, để khi xe hoạt
động đạt đến một tỷ số truyền (iT.B) thích hợp, thì lúc đó ly hợp ma sát làm việc,
nối cứng giữa bánh bơm (bánh chủ động) và bánh tuabin (bánh bị động) thành
một khối, tạo thành sự truyền động thẳng. Bởi thế không còn xẩy ra hiện tượng
trượt trong truyền động thủy lực [9].
Mặt khác hệ thống truyền lực dùng biến mô thủy lực đã làm thay đổi
mô men được cải thiện hơn so với ly hợp thủy lực. Nhưng hệ số biến mô còn
rất bé, để cải thiện hơn người ta ghép thêm hộp số cơ vào trước hoặc sau biến
mô hay ly hợp thủy lực, có thể là hộp số thông thường hoặc cơ cấu hành tinh
vi sai. Như vậy nó đảm bảo việc mở rộng mô men truyền, đáp ứng được khả
năng làm việc của các loại ô tô, máy kéo khác nhau.
2.2.2.2 Các thông số cơ bản của biến mô thuỷ lực

38
Các thông số cơ bản của biến mô thủy lực bao gồm: mô men trên các
trục, hệ số biến mô, tỷ số truyền, hệ số trượt và hiệu suất của biến mô [10].
Mô men trên trục bánh bơm được xác định theo công thức:
MD 5
n2
(2.1)
11a 1
Trong đó:B là hệ số mô men trên bánh bơm; ρ là khối lượng riêng
của chất lỏng công tác (đối với dầu thủy lực = 850 870 / kgm3
); Da
là đường kính hiệu dụng của bánh công tác.
Hệ số mô men trên bánh bơmB phụ thuộc vào kết cấu của bánh công
tác. NếuB =const thì biến mô được gọi là biến mô nhạy, còn nếuB thay
đổi theo tải trọng thì biến mô được coi là không nhạy.
Tỷ số truyền động lực thể hiện quan hệ giữa mô men trên bánh tua bin
và mô men trên bánh bơm (thường được gọi là hệ số biến mô):
K
T .B 
M T
M B (2.2)
Mô men trên trục bánh tua bin có thể được tính từ mô men trên trục bơm và
hệ số biến mô:
M
T
 K
T.B
M
B
(2.3)
Tỷ số truyền động học của biến mô thể hiện quan hệ giữa vận tốc của
bánh tua bin và bánh bơm (thường được gọi tắt là tỷ số truyền):
iT .B
nT
nB (2.4)
Hệ số trượt của biến mô thể hiện mức độ chênh lệch giữa vận tốc quay của
bơm và tuabin. Khi biến mô phải chịu tải, vận tốc của tua bin luôn thấp hơn
vận tốc của bơm và thậm chí có thể bằng 0 (biến mô trượt hoàn toàn). Hệ số
trượt được xác định như sau:

nB nT
n (2.5)
B

Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động.doc

Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động.doc

Similar to Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động.doc (18)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chuyển động đến vận tốc của ô tô trang bị hộp số tự động.doc