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

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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN - 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 2 1 z i z  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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 1 b a z i z   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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN + 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 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 CR-CR 4-Speed Transmission w ith Smoothed Clutch Pressures The clutch control is programmed to step through the four forward CR-CR gear ratios, switch to neutral, then apply the brake clutch. Workspace variables defined. Torque Driver Scopes v Motion Sensor2 Inertia2 Inertia1 Housing BrakePressure BrakeMode vDriven vDriver Clutch Brake ClutchModes[Clutch] [Brake] Env Workspace VariablesToShaf t Damper2 ToShaf t Damper1 Clutches Brake Clutch Control P Clutch Modes In Out CR-CR 4-speed P M B F Brake Clutch Driv en Shaf t 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công n