Nghiên cứu ảnh hưởng của mômen ma sát trong các phần tử trung tâm tới động học hộp số tự động

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng của mômen ma sát trong các phần tử trung tâm tới động học hộp số tự động

1. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔMEN MA SÁT TRONG CÁC PHẦN TỬ TRUNG TÂM TỚI ĐỘNG HỌC HỘP SỐ TỰ ĐỘNG RESEARCH EFFECTS OF FRICTIONALTORQUE AMONG THE CENTER OF ELEMENTS TO AUTOMATIC TRANMISSION KINEMATICS Chu Thành Khải Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh TÓM TẮT Ngày nay,với sự phát triển của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình tự động hóa đã từ lâu đi sâu vào ngành công nghệ ô tô và ngày càng phát triển mạnh mẽ. Các hệ thống tự động luôn được trang bị cho dòng xe cao cấp và dần áp dụng cho loại xe công dụng. Hệ thống thủy lực trong hộp số tự động ngày nay gần như được điều khiển bằng điện tử nhưng trong quá trình hoạt động của hộp số luôn có các vấn đề bị ảnh hưởng bởi nhiều nhân tố bên ngoài tác động vào.Khi xảy ra sự cố vì một lý do nào đó của hệ thống thủy lực làm cho áp lực dầu yếu, lúc nàysẽ sinh ra sự trượt giữa các đĩa ma sát và đĩa thép của ly hợp và phanh, mômen hãm sẽ không còn hãm cứngđược như ban đầu đồng nghĩa với việc tốc độ đầu ra của hộp số sẽ bị giảm xuống. Lúc này, tỉ số truyền của cơ cấu sẽ thay đổi và tốc độ xe sẽ không còn được như mong muốn. Trong bài báo này, sẽ trình bày về quan hệ động học, động lực học của cơ cấu hành tinh, tính toán ảnh hưởng của mômen hãm của phanh và ly hợp khi bị trượt đến tốc độ của xe Toyota Camry sử dụng hộp số tự động A140L. Từ đó, vẽ đồ thị mô tả sự phụ thuộc của tỉ số truyền hộp số, tốc độ xe vào lực ép dầu của phanh và ly hợp. Cuối cùng, xây dựng mô hình điều khiển và mô phỏng sự hoạt động đó bằng phần mềm SolidWorks và Matlab Simulink Simmechanics để thấy rõ về sự ảnh hưởng này. ABSTRACT Nowadays, with the development of information technology as navigation, process automation has long going into the automotive industry and is growing strongly.The automation systems are equipped for high-end cars and gradually apply for utility vehicles. Today, hydraulic system automatic transmission is controlled almost electronically but in the course of transmission operations always have problems are affected by many external factors impact on.When the incident as a reason of hydraulic system makes low oil pressure, this time will generate a slip between the friction plates and clutch discs and brake steel, will no longer brake braking torque initial hard as synonymous with the output speed of the gear will be reduced.At this time, transmission ratio of the structure will change and vehicle speed will not be as desired. In this paper,Itwill present the kinematic relations, the dynamics of planetary structure, calculating the impact of braking torque of brake and clutch to slip to the speed of the vehicle Toyota Camry used automatic transmission A140L. Since then, the graph describing the dependence of the transmission ratio gearbox in the hands of, the speed of vehicles on the oil pressure brake and clutch. Finally, modeling and simulation control of such operations by SolidWorksand Matlab Simulink Simmechanics software toclear about this effect. 1
2. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT I. Giới thiệu Để nghiên cứu, tính toán ảnh hưởng của mômen hãm của các phanh và ly hợp trong hộp số tự động đến tốc độ xe khi hoạt động, trước tiên ta phải tìm mối quan hệ động học và động lực học của một cơ cấu tổng quát, từ đó suy ra được lực mô men hãm cần thiết để hãm cứng một phần tử trung tâm của bộ truyền bánh răng hành tinhtương ứng với lực ép dầu sinh ra do hệ thống thủy lực đưa đến khi hoạt động tốt. Từ cơ sở lý thuyết đó, ta áp dụng vào hộp số tự động Toyota A140L cụ thể sử dụng trên xe Toyota Camry động cơ 3S-FE, với hai bộ truyền hành tinh kiểu Wilson được gắn nối tiếp nhau trong hộp số. Trong quá trình hoạt động, vì một lý do nào đó khi xảy ra sự cố lực ép dầu lúc này sẽ không còn đủ lớn như mong muốn, mômen hãm các phần tử trung tâm sẽ giảm và sinh ra sự trượt giữa các đĩa thép và đĩa ma sát của phanh và ly hợp, làm cho tốc độ đầu ra của hộp số cũng như tốc độ xe sẽ bị giảm xuống. Để thấy rõ sự ảnh hưởng này, trước tiên ta tính toán trên lý thuyết sau đó xây dựng mô hình điều khiển và mô phỏng sự hoạt động của hộp số khi mômen ma sát của phanh và ly hợp bị giảm. Các kết quả mô phỏng cho thấy khi lực ép dầu thủy lực giảm thì mômen ma sát bị giảm và tốc độ xe cũng sẽ giảm xuống theo. II. Nghiên cứu ảnh hưởng mômen hãm đến tốc độ xe sử dụng hộp số Toyota A140L 1. Xét ở tay số 1 . Ở tay số 1, bộ truyền hành tinh hoạt động như sau: - Phần tử chủ động: Bánh răng bao trước N1 được dẫn động bằng ly hợp C1 - Phần tử bị động: Cần dẫn trước G1liên kết với bánh răng bao sau N2. Khi lực ép dầu giảm và sẽ sinh rasự trượt giữa các đĩa thép và đĩa ma sát trong cơ cấu ly hợp C1, ta có được sơ đồ nguyên lý hoạt động thể hiện qua hình 2.1 và hình 2.2. Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động tay số 1 2
3. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT Hình 2.2: Khi ly hợp C1 bị trượt Tỉ số truyền hoạt động tốt ở tay số 1 của cơ cấu hành tinh: N1 ZG1 ZM1 Z N 2 iHT . (2.5) G1 Z N1 Z N1 ZM 2 Tỉ số truyền ra tới bánh xe chủ động: i1 iHT .iOD .iTG .iVsai (2.6) Lực ép để hãm cứng ly hợp C1 khi hoạt động tốt: M e FC1 Hamcung (N) (2.7)  RZtb ms Khi ly hợp C1 bị trượt, tốc độ N1 sẽ bị giảmtheo lực ép ly hợp: e ..FC1.Rtb .zms N1 (rad/s) (2.8) M e Khi ly hợp C1 bị trượt, tốc độ đầu ra sẽ bị giảm phụ thuộc: N11  e  F C R tb z ms G1 (rad/s) (2.9) iHT ZZGN12ZM1 M e ZZZNNM1 1 2 Khi ly hợp C1 bị trượt, tỉ số truyền bộ truyền hành tinh sẽ tăng lên và tốc độ xe sẽ giảm xuống: 3.6. .r e N1 bx iHT Truot ; Vxe (km/h) (2.10) G1 i1 Trong đó, N1 thay đổi theo phương trình (2.8). 2. Xét ở tay số lùi, khi C2 hoạt động tốt và B3 bị trượt . Ở tay số lùi, bộ truyền hành tinh hoạt động như sau: - Phần tử chủ động: Bánh răng mặt trời sau M2 được dẫn động bằng ly hợp C2. - Phần tử bị động: Bánh răng bao sau N2. 3
4. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT - Phần tử hãm: Cần dẫn sau G2 được hãm cứng với vỏ hộp số bởi phanh ly hợp B3. Khi lực ép dầu giảm và sẽ sinh ra sự trượt giữa các đĩa thép và đĩa ma sát trong cơ cấu phanhly hợp B3, ta có được sơ đồ nguyên lý hoạt động được mô tả qua hình 2.3. Hình 2.3: Sơ đồ hoạt động tay số lùi khi B3 bị trượt Tỉ số truyền hoạt động tốt ở tay số lùi của cơ cấu hành tinh: M 2 ZN 2 iHT (2.11) NM22Z Tỉ số truyền ra tới bánh xe chủ động: ilui i HT i OD i TG i Vsai (2.12) Lực ép để hãm cứng phanh ly hợp B3 khi hoạt động tốt: MiM2 (1 HT ) FB3 hamcung (N) (2.13)  RZtb ms Khi phanh ly hợp B3 bị trượt, tốc độ N 2 sẽ bị giảmtheo lực ép phanh ly hợp: M MM22. N 2 (rad/s) (2.14) MM2 . R tb . z ms . 2. F B 3 HamCung F B 3 giam Khi phanh ly hợp B3 bị trượt, tỉ số truyền bộ truyền hành tinh sẽ tăng lên và tốc độ xe sẽ giảm xuống:  3.6.M2 .r bx M 2 V iHTLui Truot ; xe (km/h) (2.15) N 2 iHT Truot. i OD i TG i Vsai 4
5. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT III. Kết quả Đồ thị tốc độ xe tay số 1 phụ thuộc vào lực ép ly hợp C1 được mô tả như hình 3.1: 70 V phu thuoc luc F-C1 60 50 40 30 Van Van toc xe (km/h) 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Luc ep F-C1 (N) Hình 3.1: Sự phụ thuộc tốc độ xe vào lực ép ly hợp C1 tay số 1 Đồ thị tốc độ xe tay số lùi phụ thuộc vào lực ép phanh ly hợp B3 được mô tả như hình 3.2: 70 65 V phu thuoc luc F-B3 60 55 50 45 Van Van toc xe (km/h) 40 35 30 25 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Luc ep F-B3 (N) Hình 3.2: Sự phụ thuộc tốc độ xe vào lực ép ly hợp B3 tay số lùi Từ các hình 3.1, 3.2, ta nhận thấy rằng khi lực ép dầu của ly hợp và phanh thay đổi thì tốc độ của xe sẽ thay đổi theo. Ví dụ xét ở tay số lùi, khi lực ép phanh ly hợp B3 đạt giá trị là 2652 (N), ly hợp được hãm cứng thì lúc này tốc độ xe đạt giá trị trên tính toán lý thuyết sẽ là 67,61 (km/h) đạt gái trị là cực đại. Khi sự cố xảy ra làm lực ép dầu ly hợp giảm thì mômen ma sát phanh ly hợp sẽ bị giảm theo và sinh ra sự trượt giữa các đĩa thép và đĩa ma sát, lúc này tốc độ xe sẽ bị giảm xuống theo sự giảm của lực ép dầu của phanh ly hợp. 5
6. TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC KỸ THUẬT IV. Kết luận Với các trường hợp nghiên cứu và kết quả mô phỏng về mối quan hệ động học và động lực học của bộ truyền bánh tinh trong hộp số tự động, ta thấy rằng khi xe đang hoạt động bình thường mà xảy ra sự cố về hệ thống thủy lực, các van điện từ hay đường dẫn dầu làm cho lực ép dầu tới các ly hợp, phanh bị giảm thì mômen ma sát để hãm các phần tử trung tâm của bộ truyền hành tinh cũng giảm xuống, kết quả là làm cho tốc độ xe bị giảm so với lúc bình thường. Ngoài ra, trên thực tế sự trượt giữa các đĩa thép và đĩa ma sát trong các phanh và ly hợp còn ảnh hưởng của nhiều yếu tố phức tạp như đĩa ma sát bị mòn, xe lên dốc, tăng tải hay lực cản của gió, mặt đường thì lúc này tốc độ xe cũng bị giảm theo, bài báo này làm cơ sở cho các vấn đề khác nghiên cứu sâu và rộng hơn về sự giảm của tốc độ xe khi được trang bị hộp số tự động. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hoàng Việt, Chuyên đề ô tô, Nhà xuất bản Đà Nẵng, 2006. [2] Lê Văn Tụy, Hướng dẫn thiết kế ô tô, Nhà xuất bản Đà Nẵng, 2006. [3] Nguyễn Khắc Trai, Cấu tạo hệ thống truyền lực ô tô con,Hà Nội, 1999. Nhà Xuất Bản KhoaHọc Và Kỹ Thuật. [4] Công ty FORD Việt Nam, Hộp số tự động, Thành phố Hồ Chí Minh. [5] Juan Wang, Huiyan Chen, Gang Tao, and Peng Gong, Research on Shift Quality of Automatic Transmission, Transctions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, vol. 39, no. 2, pp. 38–42, 2008. [6] Lidui Dong, Simulation Analysis of ZL50 Transmission Shift Change Hydraulic System, Jilin University, 2009. [7] Xinghua Li, Wei Ye, and Zongyi Huang, Dynamic Analysis of Automatic Transmission during Shifting, Journal Of Tongji University, vol. 31, no. 5, pp. 576–580, May 2003. Thông tin tác giả chính: Họ tên: Chu Thành Khải Đơn vị: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại: 0933956917 Email: thanhkhaioto@gmail.com Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Xác nhận giảng viên hướng dẫn 6
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.