GIỚI THIỆU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG U340E VÀ PHẦN MỀM MATLAB
Giới thiệu hộp số tự động U340E
Hộp số U340E là hộp số tự động với hệ thống truyền động bánh răng hành tinh, điều khiển điện tử, có 4 cấp số, được trang bị trên xe TOYOTA VIOS 1.5G năm 2012.
Các thành phần chính của hộp số U340E:
Biến mô thủy lực: được bố trí ngay tiếp sau động cơ, nhận mô-men từ động cơ và truyền tới các trục của hộp số cơ khí
Bộ truyền động bánh răng hành tinh
Hệ thống điều khiển chuyển số: gồm các cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị trí bướm ga, các van điện từ
Mạch dầu của hộp số: điều khiển các phanh, khớp một chiều, ly hợp ma sát, cung cấp dầu cho biến mô
Khi xe hoạt động, động cơ truyền mô-men qua biến mô đến hộp số cơ khí, nơi tỷ số truyền được điều chỉnh tự động thông qua các bộ ly hợp, phanh và khớp một chiều Đầu ra của hộp số cơ khí kết nối với bộ truyền lực chính qua vi sai, từ đó truyền lực tới các bánh xe chủ động.
2.1.1 Bộ truyền động bánh răng hành tinh Được cấu tạo từ các cơ cấu hành tinh cơ bản Cần dẫn của bộ truyền thứ nhất nối với
Bộ truyền thứ hai bao gồm 4 bánh răng bao, với cần dẫn nối liền với bánh răng bao của bộ truyền thứ nhất Cơ cấu hành tinh cơ bản là hệ thống 2 bậc tự do, trong đó bánh răng hành tinh tương tác với bánh răng mặt trời và bánh răng bao, cho phép trục bánh răng hành tinh quay tự do Nhờ đó, hệ thống có một trục công suất vào và hai trục công suất ra, đồng thời có khả năng đảo chiều quay của trục ra.
1-bánh răng bao; 2-bánh răng hành tinh; 3-trục bánh răng hành tinh; 4: bánh răng mặt trời
Hộp số tự động hoạt động nhờ vào việc đóng mở các bộ phanh, bộ ly hợp và các khớp một chiều, tạo ra tổ hợp điều khiển cho hộp số Quá trình này thay đổi đường truyền công suất và các khâu chủ động, bị động, từ đó điều chỉnh tỷ số truyền và chiều quay của trục ra hộp số.
Sơ đồ bộ truyền động bánh răng hành tinh hộp số U340E
Các bộ ly hợp thủy lực gồm có C1, C2, C3 Ly hợp khóa biến mô Các cơ cấu phanh ký hiệu B1, B2, B3 Các khớp một chiều kí hiệu F1, F2
Hộp số tạo ra 4 cần dẫn trong dãy số tiến, trong đó số 3 là số truyền thẳng và số 4 là số truyền tăng Đối với dãy số lùi, hộp số chỉ tạo ra 1 tỷ số truyền Trục đầu ra của hộp số nằm ở phía trước.
Hình 2.2 Cơ cấu hành tinh cơ bản của hộp số
Hình 2.3 Bộ truyền động bánh răng hành tinh hộp số U340E
5 đầu vào (nối với bánh tua-bin) tùy theo từng vị trí gài số (tay số truyền) là có thể là trục bánh răng hành tinh trước, sau hoặc C2
Các bộ phận Chức năng
C1: Ly hợp số tiến kết nối trục trung gian với bộ truyền HT và BR mặt trời của bộ truyền HT thứ nhất C2: Ly hợp số truyền thẳng kết nối trục trung gian với cần dẫn của bộ truyền HT thứ hai C3: Ly hợp số lùi kết nối trục trung gian với BR mặt trời của bộ truyền HT thứ hai B1: Phanh OD và số 2 khóa BR mặt trời của bộ truyền HT thứ hai.
B2: Phanh số 2 giữ BR mặt trời của bộ truyền HT thứ hai không quay ngược chiều kim đồng hồ B3: Phanh số 1 và số lùi khóa BR bao bộ truyền HT thứ nhất và cần dẫn bộ truyền HT thứ hai F1: Khớp 1 chiều số 1 giữ BR mặt trời của bộ truyền HT thứ hai không quay ngược chiều kim đồng hồ.
F2 Khớp 1 chiều số 2 Giữ BR bao bộ truyền HT thứ nhất và cần dẫn bộ truyền HT thứ hai không quay ngược chiều kim đồng hồ
Bánh răng hành tinh BR HT điều chỉnh tỷ số truyền thông qua việc mở và đóng của ly hợp và phanh, từ đó giúp tăng hoặc giảm tốc độ đầu ra một cách hiệu quả.
C2 Ly hợp số truyền thẳng 3
Bảng 2.1 Chức năng các bộ ly hợp, phanh, khớp một chiều
Bảng 2.2 Đặc điểm thông số cơ cấu hành tinh hộp số U340E
B1 Phanh OD và số 2 Số đĩa 2
B3 Phanh số 1 và số lùi 4
Bộ bánh răng hành tinh phía trước
Số răng của bánh răng mặt trời 46
Số răng của bánh răng hành tinh 21
Số răng của bánh răng bao 85
Bộ bánh răng hành tinh phía sau
Số răng của bánh răng mặt trời 32
Số răng của bánh răng hành tinh 21
Số răng của bánh răng bao 75
Cần dẫn Số răng của bánh răng chủ động 52
Số răng của bánh răng bị động 53
Tỉ số truyền lực chính 4.045
Bộ biến mô được thiết kế tối ưu, mang lại hiệu suất truyền động vượt trội, đảm bảo khởi động mượt mà, tăng tốc nhanh chóng và tiết kiệm nhiên liệu Ngoài ra, cơ chế khóa hoạt động của bộ biến mô cũng góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng.
7 bằng thủy lực giúp giảm tổn thất truyền tải điện do trượt ở tốc độ trung bình và cao được sử dụng
Tỉ số truyền bộ biến mô: 1.87 – 1
Bánh răng Ly hợp Phanh Khớp một chiều
Hình 2.4 Cấu tạo bộ biến mô
Số 1 (Dãy D, 3 hoặc 2): C1, F2 hoạt động
Số 2 (Dãy D hoặc 3): C1, B2, F1 hoạt động
Số 3 (Dãy D hoặc 3): C1, C2, B2 hoạt động
Số 4 - Số truyền tăng OD (Dãy D): C2, B1, B2 hoạt động
Số lùi (Vị trí R): C3, B3 hoạt động.
Giới thiệu Matlab Simulink, Simscape Driveline, Stateflow
MATLAB là ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ, tích hợp tính toán và hình ảnh hóa trong một môi trường thân thiện Ngôn ngữ này cho phép người dùng trình bày vấn đề và giải pháp thông qua các chú thích toán học MATLAB thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nghiên cứu khoa học đến kỹ thuật và phân tích dữ liệu.
Hình 2.10 Phần mềm MATLAB & SIMULINK
Dựng mô hình, giả lập, tạo nguyên mẫu
Phân tích, khám phám hình ảnh hóa dữ liệu
Đồ họa khoa học và kỹ thuật
Phát triển ứng dụng, có cả xây dựng giao diện đồ họa người dùng Graphic User Interface
MATLAB là một hệ thống tương tác cho phép xử lý dữ liệu dưới dạng mảng mà không cần chiều hướng, giúp giải quyết nhanh chóng nhiều vấn đề tính toán, đặc biệt là liên quan đến ma trận và véc-tơ So với việc viết phần mềm bằng các ngôn ngữ lập trình không tương tác như C hay Fortran, MATLAB tiết kiệm thời gian đáng kể.
MATLAB, viết tắt của Matrix Laboratory, ban đầu được phát triển để cung cấp truy cập dễ dàng vào phần mềm ma trận từ các dự án LINPACK và EISPACK Qua thời gian, MATLAB đã trở thành công cụ tiêu chuẩn trong giáo dục, hỗ trợ cả khóa học nhập môn lẫn chuyên sâu về toán học, kỹ thuật và khoa học Ngoài ra, trong ngành công nghiệp, MATLAB cũng được ưa chuộng cho nghiên cứu, phân tích và phát triển.
MATLAB cung cấp một bộ giải pháp ứng dụng gọi là toolbox, rất quan trọng cho người dùng vì cho phép họ học và áp dụng các công nghệ chuyên môn hóa Toolbox bao gồm các hàm MATLAB (M-file) mở rộng môi trường MATLAB, giúp giải quyết nhiều vấn đề khác nhau Các lĩnh vực mà toolbox hỗ trợ bao gồm xử lý tín hiệu, hệ thống kiểm soát, mạng thần kinh, logic mờ, phép biến đổi wavelet và mô phỏng.
Simulink là một công cụ mở rộng của Matlab, được sử dụng để mô hình hóa, mô phỏng và phân tích các hệ thống động Phần mềm này thường được áp dụng trong thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống thông tin và nhiều ứng dụng mô phỏng khác.
Simulink là một công cụ mô phỏng mạnh mẽ, kết hợp giữa hai khái niệm Simulation và Link Nó cho phép người dùng mô tả các hệ thống tuyến tính và phi tuyến, cũng như các mô hình trong miền thời gian liên tục, gián đoạn hoặc kết hợp cả hai.
Simulink cung cấp một giao diện đồ họa thân thiện, cho phép người dùng xây dựng và khảo sát mô hình bằng cách kéo thả, tạo sự trực quan và dễ dàng hơn so với các phần mềm trước đây yêu cầu nhập phương trình bằng ngôn ngữ lập trình Là một công cụ mô phỏng hệ động lực, Simulink hoạt động bên trong môi trường Matlab, tận dụng nhiều hàm của Matlab và cho phép trao đổi dữ liệu linh hoạt giữa hai phần mềm, nâng cao khả năng ứng dụng của nó.
Simulink cho phép người dùng xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống một cách trực quan như vẽ sơ đồ khối Phần mềm này đi kèm với một thư viện phong phú chứa nhiều khối chức năng khác nhau Để bắt đầu, người dùng cần khởi động Matlab, khởi tạo Simulink và mở thư viện khối để chọn các nhóm phù hợp Thư viện Simulink thường được chia thành 8 nhóm chính.
Nhóm Continuous và Discrete: chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc
Nhóm Function & table: chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab, khối nội suy và khối hàm truyền
Nhóm Math: chứa các khối thực thi các hàm toán học
Khối Nonlinear: chứa các khối phi tuyến
Nhóm Sinks & Systems: chứa các khối công cụ xử lý tín hiệu
Nhóm Sinks: chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả
Nhóm Source bao gồm các khối phát tín hiệu, cho phép người dùng dễ dàng sao chép khối từ thư viện vào cửa sổ mô hình bằng cách chọn và kéo thả Để sao chép một khối trong cửa sổ mô hình, nhấn phím Ctrl và kéo chuột đến vị trí mong muốn; để xóa khối, chỉ cần chọn và nhấn phím Delete Quá trình mô phỏng được thực hiện qua các bước: xây dựng mô hình mô phỏng, xác định giá trị các thông số, thiết lập điều kiện ban đầu, lựa chọn phương thức xuất kết quả, và điều khiển quá trình thực thi mô phỏng.
Simscape cho phép tạo mô hình hệ thống vật lý nhanh chóng trong Simulink, giúp xây dựng các mô hình thành phần vật lý với kết nối tích hợp trực tiếp Người dùng có thể mô hình hóa các hệ thống như động cơ điện, chỉnh lưu cầu, bộ truyền động thủy lực và hệ thống lạnh bằng cách lắp ráp các thành phần cơ bản Các sản phẩm bổ sung của Simscape cung cấp thêm các thành phần phức tạp và khả năng phân tích Để truy cập thư viện của Simscape, người dùng cần thực hiện các bước cụ thể.
Hộp thoại Simulink Library Browser sẽ xuất hiện Kéo xuống chọn Simscape Ta sẽ có được thư viện chứa các khối như bên dưới:
Hình 2.12 Thư viện Simscape Hình 2.11 Hộp thoại thư viện Simscape
Thư viện khối Simscape chứa một lựa chọn toàn diện các khối đại diện cho các thành phần kỹ thuật như van, điện trở, lò xo bao gồm:
Foundation Library: chứa các khối nền tảng như cơ khí, thủy lực, các van
Utilities: chứa các khối tiện ích như khối kết nối, khối chuyển đổi tín hiệu
Driveline: chứa các khối quay cơ học và tịnh tiến như khối động cơ, phanh, ly hợp, bánh xe, cảm biến
Electronics; chứa các khối thiết bị điện như các khôi nguồn, các mạch tích hợp
Fluids: chứa các khối thủy lực như bộ chấp hành, các van điều khiển, bơm, motor
Multibody: chứa các khối như bánh răng, belts và cables
Power Systems: chứa các khối hệ thống năng lượng như
Thư viện Simscape bao gồm hai thư viện chính là Foundation và Utility, cùng với các thư viện bổ sung nếu bạn đã cài đặt sản phẩm Mô hình vật lý Những thư viện này có thể chứa các thư viện con cấp hai và cấp ba Để mở rộng mỗi thư viện, bạn chỉ cần nhấp đúp vào biểu tượng của nó.
Ta sử dụng nhiều về Simscape Driveline để mô phỏng nên sẽ tìm hiểu kỹ hơn về nó
Simscape Driveline: Là một phần trong thư viện Simscape
Simscape Driveline cung cấp thư viện các thành phần để mô hình hóa và mô phỏng hệ thống cơ học quay và tịnh tiến, bao gồm mô hình bánh răng, động cơ, lốp xe, truyền động và bộ biến mô Người dùng có thể sử dụng các thành phần này để mô phỏng việc truyền năng lượng cơ học trong hệ thống truyền động của nhiều phương tiện, từ trực thăng đến máy móc công nghiệp và ô tô Ngoài ra, các hệ thống điện, thủy lực, khí nén và các hệ thống vật lý khác có thể được tích hợp vào mô hình thông qua các bộ phận từ sản phẩm Simscape.
Simscape Driveline cho phép phát triển hệ thống điều khiển và kiểm tra hiệu năng cấp hệ thống hiệu quả Bạn có thể tạo mô hình thành phần tùy chỉnh bằng ngôn ngữ Simscape dựa trên MATLAB, giúp xây dựng các thành phần mô hình vật lý và thư viện dễ dàng Hơn nữa, bạn có thể tham số hóa mô hình bằng các biến và biểu thức MATLAB, đồng thời thiết kế hệ thống kiểm soát trong Simulink Đặc biệt, Simscape Driveline hỗ trợ tạo mã C, giúp triển khai mô hình sang các môi trường mô phỏng khác, bao gồm hệ thống kiểm nghiệm phần cứng (HIL).
Thư viện Simscape Driveline bao gồm:
Brakes & Detents: chứa các khối phanh như phanh dải, phanh trống, đĩa, …
Clutches: chứa các khối ly hợp, ly hợp kép, khớp một chiều, bộ đồng tốc, …
Coupling: chứa các khối khớp nối như bộ biến mô, lò xo, giảm chấn, xích, …
Engines: chứa các khối động cơ, piston, …
Gears: chứa các khối ăn khớp với nhau bằng bánh răng như vi sai, cơ cấu hành tinh
Inertias & Loads: chứa các khôi quán tính
Sensors: chứa các khối cảm biến quay
Sources: chứa các khối nguồn có chức năng cung cấp đầu vào như moment, tốc độ quay, lực, …
Tires & Vehicles: chứa các khối bánh xe, thân xe
Transmission: chứa các khối hộp số như hộp số 4 cấp, 5 cấp, …
Các khối này bao gồm các thư viện con cấp hai và cấp ba, cho phép người dùng mở rộng từng thư viện bằng cách nhấp đúp vào biểu tượng tương ứng Ví dụ, khi nhấp đúp vào khối Clutches, một thư viện con khác sẽ xuất hiện, chứa các khối con bổ sung.
Hình 2.14 Thư viện con Clutches Hình 2.13 Thư viện Simscape Driveline
Stateflow cung cấp một ngôn ngữ đồ họa để mô tả các trạng thái và lưu đồ thuật toán Nó cho phép người dùng mô tả các thuật toán MATLAB một cách trực quan và phản ứng với các tín hiệu đầu vào, điều kiện thời gian và các tín hiệu khác.
ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG U340E
Mô phỏng dòng truyền công suất của hộp số U340E
Trong bài mô phỏng này, quá trình diễn ra trong 30 giây với tín hiệu đầu vào cố định cho trục sơ cấp là 1000 rpm Các bộ ly hợp và phanh được điều khiển thông qua bảng điều khiển, với mỗi tay số hoạt động trong vòng 5 giây Trong 20 giây đầu, mô phỏng quá trình chuyển số từ số 1 đến số 4, sau đó xe sẽ chạy quán tính Đến giây 28, lực phanh sẽ được tác động để dừng xe, từ đó thu được tốc độ quay của trục thứ cấp.
Mô phỏng trên bao gồm các khối:
Bảng điều khiển các bộ by hợp, bộ phanh (Clutch Control)
3.1.1 Mô hình hóa hộp số U340E trên Matlab Simulink
Thành phần cấu tạo của hộp số U340E
Hộp số U340E được cấu tạo từ hai bộ bánh răng hành tinh phía trước và phía sau, cùng với ba bộ ly hợp, ba bộ phanh, hai khớp một chiều và trục sơ cấp.
Bộ bánh răng hành tinh trước kí hiệu là G1
Bộ bánh răng hành tinh sau kí hiệu là G2
Hình 3.4 Sơ đồ khối mô phỏng dòng truyền công suất hộp số U340E
Ba bộ ly hợp có kí hiệu lần lượt là C1, C2, C3
Ba bộ phanh có kí hiệu lần lượt là B1, B2, B3
Hai khớp môt chiều kí hiệu là F1, F2
Mô hình hóa hộp số U340E trong môi trường Simscape Driveline
Dùng để mô phỏng hai bộ bánh răng hành tinh G1, G2 Đường dẫn: Simulinks Library Browser/ Simscape/ Driveline/ Gears/ Planetary Gear
Chúng tôi sẽ thiết kế hai khối bánh răng hành tinh G1 và G2 với ba chân: chân C cho bánh cần dẫn, chân R cho bánh răng bao và chân S cho bánh răng mặt trời Tỉ số giữa bánh răng bao và bánh răng mặt trời của bộ bánh răng hành tinh G1 là 85/46, trong khi tỉ số của bộ G2 là 75/32.
Khối Disk Friction Clutch là một mô hình ly hợp ma sát có khả năng điều khiển hoặc phanh, cho phép hoặc hạn chế việc truyền mô-men xoắn giữa đầu vào và trục đầu ra Mô hình này được sử dụng để mô phỏng các bộ ly hợp C1, C2, C3 và các bộ phanh B1, B2, B3 Để truy cập, người dùng có thể tìm thấy nó trong đường dẫn: Simscape/ Driveline/ Clutches/ Disk Friction Clutch.
Chúng tôi sẽ thiết kế sáu khối Disk Friction Clutch cho ba bộ ly hợp và ba bộ phanh Các chân của hệ thống bao gồm: chân P nhận tín hiệu từ bàn đạp ly hợp, chân B đóng vai trò là trục quay cơ sở cho bộ ly hợp và là trục nối với khung xe cho bộ phanh, và chân F là trục đầu ra.
Hình 3.5 Khối bánh răng hành tinh
Số bề mặt ma sát của các bộ ly hợp và phanh:
Các bộ ly hợp, phanh Số bề mặt ma sát
Khối mô phỏng khớp một chiều cho phép trục cơ sở quay theo một chiều, có thể là cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ Trong đó, chân H đại diện cho trục quay đầu vào và R là trục quay đầu ra Đường dẫn để truy cập là: Simscape/ Driveline/ Clutches/ Unidirectional Clutch.
Ta sẽ sử dụng hai khối Unidirectional Clutch để mô phỏng hai khớp một chiều F1 và F2
Khối này đại diện cho khung xe hoặc vỏ hộp số, được sử dụng để kết nối với các chân B của ba khối phanh B1, B2 và B3 Đường dẫn để truy cập là: Simscape/ Foundation Library/ Mechanical/ Rotational Element.
Hình 3.8 Khối Mechanical Rotational Reference
Bảng 3.1 Số bề mặt ma sát các bộ ly hợp, phanh
Bảng 3.2 Cấu trúc hộp số U340E trong môi trường Simscape Driveline
Là một moment quán tính quay Được nối với các chân F của các khối ly hợp và phanh
Chọn giá trị moment quán tính là 10^ (-2) kg*m^2 Đường dẫn: Simscape/ Foundation Library/ Mechanical/ Rotational Element/ Inertia
Thiết kế mô hình hóa cấu trúc của hộp số U340E trên Matlat Simulink
Kết nối các chân của các khối bằng cách nối các chân của những ô cùng màu với nhau; chân B của ba bộ ly hợp C1, C2, C3 sẽ được liên kết với một khối đầu vào.
C của G1 và chân R của G2 sẽ được nối với một khối đầu ra
Additionally, the B terminals of the three brake assemblies B1, B2, and B3 will connect to the Mechanical Rotational Reference blocks, which are integrated with the gearbox casing The F terminals of the clutch and brake blocks will be linked to the rotational inertia block.
Các chân tín hiệu P của ba khối ly hợp C1, C2, C3 và ba khối B1, B2, B3 sẽ được kết nối với các khối From, đại diện cho tín hiệu bàn đạp ly hợp Kết nối này được thực hiện thông qua khối chuyển đổi Simulink-PS Converter, có chức năng chuyển đổi tín hiệu Simulink thành tín hiệu vật lý.
Các chân của khối ly hợp
Các chân của khối phanh
Các chân của khối bánh răng hành tinh
Bảng 3.3 Các khối liên quan
Kết nối các khối đã nêu ở trên sẽ có được mô hình bộ truyền bánh răng hành tinh:
Khối Đường dẫn Khái quát
- Khối kết nối với các hệ thống con
- Đại diện cho khối đầu vào và khối đầu ra của hộp số
Simulink-PS Converter Simulink Library
- Có công dụng chuyển đối tín hiệu Simulink thành tín hiệu vật lý
- Khối tạo tín hiệu đầu vào, đại diện cho áp suất của các bộ ly hợp, lấy tín hiệu từ khối Goto
- Khối lấy tín hiệu là áp suất của ly hợp để gửi đến khối From
- Lấy tín hiệu từ khối Clutch Schedule
Browser/ Simulink/ Math Operations/ Gain
- Khối khuyến đại tín hiệu áp suất ly hợp với hệ số Po là 1.000.000
Hình 3.10 Mô hình hóa hộp số U340E trong môi trường Simscape
Hệ thống con Clutch Schedule (bảng hoạt động của các bộ ly hợp và phanh)
Tín hiệu Gear sẽ đi qua bảng hoạt động của ly hợp (Clutch Schedule) để điều khiển việc đóng mở ly hợp cho từng tay số Chẳng hạn, số 0 biểu thị ly hợp không hoạt động, trong khi số 1 biểu thị ly hợp đang hoạt động Đối với tay số 4, có các ly hợp C2, B1, B3 hoạt động, do đó trạng thái hoạt động của các ly hợp được ghi nhận là [0 1 0 1 1 0], và quy tắc này cũng áp dụng cho các tay số khác.
Sau khi xác định trạng thái hoạt động của ly hợp, tín hiệu sẽ được gán vào khối Gain để khuếch đại, nhằm tránh hiện tượng trễ tín hiệu.
Kết hợp tất cả các khối đã nói ở trên, ta sẽ có được một Subsystem (hệ thống) của hộp số U340E trong Matlab Simulink:
Hình 3.11 Trạng thái làm việc của ly hợp ứng với từng tay số
Chúng ta sẽ mô phỏng tín hiệu đầu vào với tốc độ quay của trục sơ cấp là 1000 vòng/phút Chức năng giả lập này cho phép hộp số hoạt động, và sau khi hoàn thành chu trình, chúng ta sẽ kiểm tra kết quả dựa trên thông số này với các tỷ số truyền ở từng tay số.
Là một khối tạo ra một tín hiệu vật lý không đổi (const) Ta chọn là 1000 v/p Đường dẫn: Simulink Library Browser/ Simscape/ Foundation Library/ Physical Signal/ Source/ PS Constant
Khối Ideal Angular Velocity Source:
Là khối đại diện cho một nguồn quay lý tưởng là tốc độ góc
The Ideal Angular Velocity Source block provides a constant rotational velocity to a mechanical system, with ports R and C being the mechanically rotational conserving ports and port S being the physical signal input port This block can be accessed through the Simulink Library Browser, navigating to Simscape, Foundation Library, Mechanical, Mechanical Sources, and selecting Ideal Angular Velocity Source.
Hình 3.13 Các khối tạo nên tín hiệu đầu vào
Có chức năng giảm chấn để dòng công suất không bị mất mát khi truyền đi Đường dẫn: Simulink Library Browser/ Simscape/ Driveline/ Coupling & Drives/ Spring & Dampers/ Rotational Damper
3.1.3 Tín hiệu đầu ra Đầu ra của hộp số sẽ là tốc độ quay của trục thứ cấp
Nhận tín hiệu phanh từ bảng điều khiển ly hợp thông qua bộ chuyển đổi Simulink – PS Converter giúp chuyển đổi đơn vị Simulink sang đơn vị vật lý Dòng công suất được xuất ra từ quá trình này.
Hình 3.16 Khối Rotational Damper Hình 3.15 Khối Ideal Angular Velocity Source
Hình 3.17 Các khối đầu ra
Mô phỏng động lực học của xe theo điều kiện giả lập
Mô phỏng quá trình truyền động của xe Toyota Vios với hộp số U340E cho thấy sự chuyển số và tốc độ xe trong 50 giây, khi độ mở bướm ga thay đổi từ 30% đến 60% Kết quả mô phỏng không chỉ hiển thị tốc độ xe mà còn cung cấp thông tin về moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực, bao gồm động cơ, trục sơ cấp, trục thứ cấp và bánh xe.
Hình 3.19 Sơ đồ mô phỏng dòng truyền công suất
3.2.1 Sơ đồ khối trong hệ thống truyền lực.
Sơ đồ trên minh họa dòng truyền công suất trong hệ thống truyền lực, bắt đầu từ động cơ đến bộ biến mô, hộp số tự động bốn tốc độ U340E, các đăng, bánh xe và thân xe Để mô phỏng hệ thống này, chúng ta sử dụng các khối có trong Simscape Driveline.
Động cơ trong Simscape được mô phỏng qua đường dẫn Simscape / Driveline / Generic Engine, đại diện cho động cơ đốt trong với các yếu tố như độ mở bướm ga, quán tính quay và độ trễ Các thông số về công suất và moment sẽ được cung cấp dựa trên loại động cơ mà người dùng lựa chọn.
Có hai tín hiệu đầu vào gồm bướm ga (Throttle) và chân B (Block) sẽ được nối với
Mechanical Rotational Reference đóng vai trò là một điểm tham chiếu cơ học, tương tự như khung hoặc mặt đất Bên cạnh đó, chân B được kết nối với cấu hình Solver, giúp cung cấp các tham số cần thiết cho mô hình trước khi tiến hành mô phỏng.
Hình 3.20 Sơ đồ khối trong hệ thống truyền lực
Có 3 tín hiệu đầu ra gồm P (công suất động cơ tức thời), FC (mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ) và F (trục khuỷu động cơ) sẽ cho ra dòng công suất mà động cơ sản sinh ra kèm theo một moment động cơ trước khi đi vào bộ biến mô
Các thông số sử dụng trong khối Engine lấy từ động cơ trên xe Vios 1.5G 2012 gồm:
Công suất cực đại: 107 Hp
Số vòng quay tại công suất cực đại: 6000 rpm
Số vòng quay cực đại: 6600 rpm
Quán tính động cơ: 0.16 kg*m^2
Tốc độ ban đầu: 960 rpm
Tốc độ cầm chừng: 800 rpm
Bộ biến mô (Torque Converter) là một mô hình trong Simscape thuộc danh mục Driveline, Couplings & Drives Mô hình này bao gồm ba bộ phận chính: bánh bơm, bánh tuabin và bánh stato Nó nhận tín hiệu đầu vào là dòng công suất từ moment quán tính của cánh bơm và xuất ra dòng công suất ở cánh tuabin sau khi đã được biến đổi Các thông số sử dụng trong khối Torque Converter được lấy từ Carsim.
Vecto tỉ lệ tốc độ: được lấy từ phương pháp nội suy trên Carsim
Hình 3.22 Hộp thoại khối Generic Engine
Vecto tỉ lệ moment: được lấy từ phương pháp nội suy trên Carsim
Vector hệ số công suất: được lấy từ phương pháp nội suy trên Carsim
Hộp số U340E đã trình bày ở mục 3.1 Hộp số sẽ nhận dòng công suất được truyền từ bộ biến mô sau khi đã qua moment quán tính trục sơ cấp
Hình 3.23 Hộp thoại khối Torque Converter
Khối mô tả Body của xe bao gồm các bánh xe và phanh, với cầu chủ động phía trước Dòng công suất từ trục thứ cấp của hộp số được nối trực tiếp vào cầu trước, nơi trang bị phanh đĩa, trong khi cầu sau sử dụng phanh trống để hãm tốc độ theo yêu cầu Tín hiệu phanh được nhận từ Driver Inputs, và Body của xe tích hợp các tín hiệu cần thiết để vận hành.
W — Headwind speed: Cổng đầu vào tín hiệu vật lý cho tốc độ gió ban đầu
Beta — Road incline angle: Cổng đầu vào tín hiệu vật lý cho góc nghiêng đường
V — Longitudinal velocity: Cổng đầu ra tín hiệu vật lý cho vận tốc xe
NR — Rear axle normal force: Cổng đầu ra tín hiệu vật lý cho lực thẳng đứng ở trục sau
NF — Front axle normal force: Cổng đầu ra tín hiệu vật lý cho lực thẳng đứng ở trục trước
H — Horizontal motion: liên quan đến chuyển động ngang của thân xe Kết nối chuyển động lực kéo lốp với cổng này
Hình 3.25 Hệ thống con Vehicle Body
Bánh xe (Tire) trong Simscape / Driveline / Tires & Vehicles đại diện cho một bánh xe với khả năng tùy chỉnh các thông số quán tính, độ trượt và cản lăn Bánh xe cũng cung cấp các tín hiệu quan trọng cho quá trình mô phỏng.
N – Phản lực tác dụng lên bánh xe từ mặt đường
A – Nối với trục của bánh xe
H – Lực kéo và tốc độ tịnh tiến tác dụng lên thân xe
S – Cổng đầu ra tín hiệu vật lý báo cáo độ trượt của lốp
Khối truyền lực chính (Differential) Đường dẫn: Simscape/ Driveline/ Gear/ Differential
Truyền moment xoắn từ các bán trục đến bánh xe của cầu trước Ta có tỷ số truyền lực chính là 4.045
D – Nối với trục thứ cấp của hộp số
S1, S2 – lần lượt là các chân nối với hai bánh xe cầu trước chủ động
Hình 3.27 Khối truyền lực chính
Như vậy, tổng hợp tất cả các khối trên ta sẽ có được hệ thống truyền lực trong môi trường Matlab Simulink như sau:
3.2.2 Hệ thống điều khiển chuyển số của hộp số
Bộ điều khiển hộp số tự động được phát triển trong môi trường Stateflow, có chức năng lựa chọn tay số để truyền công suất Hệ thống này nhận hai tín hiệu đầu vào là bướm ga và tốc độ xe, từ đó đưa ra tín hiệu đầu ra là tay số mong muốn.
Hình 3.29 Hệ thống điều khiển chuyển số của hộp số
Hình 3.30 Khối Shift Logic Hình 3.28 Hệ thống truyền lực trong môi trường MatLab Simulink
Bài viết này trình bày hai biểu đồ quan trọng trong hệ thống điều khiển tự động Biểu đồ đầu tiên, gear_state, mô tả lựa chọn tay số với bốn cấp số, cùng với các trạng thái và điều kiện chuyển số dựa trên dữ liệu từ biểu đồ thứ hai, selection_state, được gửi qua các nút giao trung tâm Biểu đồ thứ hai còn bao gồm các biến down_th và up_th, được xác định thông qua bảng tra trong hàm Simulink Function, nhằm điều chỉnh tín hiệu phản hồi của tốc độ xe và thời gian tối thiểu cần thiết để giữ ở mỗi tay số (TWAIT), từ đó tránh tình trạng chuyển số quá nhanh.
Biểu đồ thứ hai steady_state cho thấy quá trình sang số được điều khiển tự động, dựa trên việc so sánh tốc độ xe với giá trị ổn định mà hộp số cung cấp cho từng cấp số trong Simulink Function (down_th, up_th).
Xe tiếp tục di chuyển ổn định ở cấp số vừa chuyển cho đến khi tốc độ thay đổi, quá trình này lặp đi lặp lại cho đến khi đạt được tốc độ ổn định theo cấp số Mô hình bắt đầu bằng việc thực hiện các tính toán được chỉ định trong hàm trong suốt quá trình hoạt động.
Hình 3.31 Hộp thoại khối Shift Logic
Việc xác định ngưỡng tốc độ cho hai biến down_th và up_th được thực hiện thông qua bảng tra thực nghiệm giữa tín hiệu bướm ga và tay số, bao gồm hai trường hợp là Upshifting và Downshifting.
Hình 3.33 Các thông số thực nghiệm cho trường hợp Upshifting
Hình 3.32 Khối điều kiện chuyển số
Hình 3.34 Biểu đồ thể hiện thời điểm chuyển số trường hợp Upshifting
Bảng tra hiển thị độ mở bướm ga với các mức 0, 25, 35, 50, 90, 100 và các tay số từ 1 đến 4 Khi bướm ga đóng hoàn toàn, nếu tốc độ xe dưới 6.6 mph, xe sẽ ở tay số 1; dưới 20 mph, xe sẽ ở tay số 2; dưới 33.3 mph, xe sẽ ở tay số 3; và trong khoảng từ 33.3 đến 45 mph, xe sẽ ở tay số 4.
Trong trường hợp downshifting, bảng tra cho thấy mối liên hệ giữa độ mở bướm ga (0, 5, 40, 50, 90, 100) và các tay số (1, 2, 3, 4) cùng với khoảng tốc độ tương ứng Cụ thể, khi bướm ga ở mức 40% và tốc độ xe vượt quá 22.6 mph, xe sẽ ở tay số 4 Nếu tốc độ giảm xuống dưới 22.6 mph, xe sẽ chuyển xuống tay số 3, dưới 16.6 mph sẽ chuyển xuống tay số 2, và khi tốc độ còn dưới 3.3 mph, xe sẽ chuyển xuống tay số 1.
Mô phỏng kiểm nghiệm hiệu năng xe
Mô phỏng chu trình chạy thử ECE R15 với bộ điều khiển PID trong 195 giây cho thấy tốc độ và mô-men xoắn của các bộ phận trong hệ thống truyền lực Kết quả này giúp đánh giá hiệu năng hoạt động của hộp số U340E trên xe Vios 1.5 G 2012.
3.3.1 Chu trình chạy thử và vai trò trong mô phỏng
Chu trình chạy thử là chuỗi dữ liệu thể hiện sự thay đổi vận tốc xe theo thời gian, với sự khác biệt giữa các quốc gia và tổ chức trong việc đánh giá công suất xe Một ứng dụng quan trọng của chu trình chạy thử là mô phỏng, đặc biệt trong việc dự đoán hiệu suất của động cơ đốt trong, hộp số, hệ thống lái điện, ắc quy và pin nhiên liệu.
Hình 3.42 Sơ đồ khối mô phỏng kiểm nghiệm hiệu năng xe
Có hai loại chu trình chạy thử cho các phương tiện, bao gồm chu trình Transient, mô tả nhiều lần thay đổi vận tốc, phản ánh điều kiện lái xe thực tế, và chu trình Modal, kéo dài thời gian duy trì một vận tốc nhất định Một số chu trình chạy thử được thiết kế dựa trên lý thuyết, như chu trình của khối liên minh Châu Âu (EU), trong khi một số khác được đo đạc trực tiếp từ thực tế.
Chu trình chạy thử ECE R15 được áp dụng trong mô phỏng kiểm nghiệm xe trong điều kiện thực tế tại Việt Nam, với đặc trưng tải động cơ thấp, nhiệt độ khí thải thấp và tốc độ tối đa 50 km/h, phù hợp với luật giao thông Chu trình này bao gồm ba dãy tốc độ: Ở tốc độ thấp, xe tăng tốc từ 0 đến 15.2 km/h trong 3 giây, duy trì tốc độ trong 9 giây và giảm về 0 km/h trong 3 giây, tương ứng với tình huống kẹt xe và dừng đèn đỏ Ở tốc độ trung bình, xe tăng tốc từ 0 đến 35 km/h trong 8 giây, duy trì trong 19 giây và giảm về 0 km/h trong 8 giây, phản ánh điều kiện chạy trong khu vực nội thành Cuối cùng, ở tốc độ cao, xe tăng tốc từ 0 đến 50.1 km/h trong 11 giây, duy trì trong 13 giây, giảm xuống 35.5 km/h trong 5 giây, giữ tốc độ này trong 13 giây và cuối cùng giảm về 0 km/h trong 8 giây, tương ứng với điều kiện chạy ở khu vực ngoại thành.
Hình 3.43 Chu trình chạy thử ECE R15
Hình 3.44 Hệ thống truyền lực chạy chu trình thử trong Matlab Simulink
3.3.2 Mô phỏng và kiểm nghiệm Ở mô phỏng này ta chọn chu trình chạy thử ECE R15 vào trong hệ thống để kiểm nghiệm hiệu năng của xe Đường dẫn: Vehicle Scenarios / Drive Cycle and Maneuvers
Chúng tôi sẽ kiểm nghiệm xe theo chu trình chạy thử ECE R15, yêu cầu một khối điều khiển lái để điều chỉnh tốc độ xe phù hợp với tiêu chuẩn của chu trình.
Hình 3.45 Hệ thống điều khiển lái
Trong khối Driver, bộ điều khiển PID nhận hai tín hiệu đầu vào là tốc độ mong muốn của chu trình và tốc độ phản hồi của xe Độ sai số được xác định bằng hiệu giữa tốc độ chu trình và tốc độ xe, sau đó được xử lý qua bộ điều khiển PID để giảm thiểu sai số thông qua việc điều chỉnh giá trị đầu vào Trong mô phỏng này, chúng ta chỉ sử dụng điều khiển PI với hai thông số.
Sau khi giảm sai số, khối Saturation được sử dụng để tách tín hiệu Nếu tốc độ xe phản hồi nhỏ hơn tốc độ mong muốn, tín hiệu bướm ga sẽ được phát ra để tăng tốc độ xe đạt yêu cầu Ngược lại, nếu tốc độ phản hồi lớn hơn tốc độ chu trình, tín hiệu phanh sẽ được phát ra để giảm tốc độ xe Do giá trị này là âm, ta sử dụng khối Abs để lấy giá trị tuyệt đối.
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH
Trường hợp mô phỏng dòng truyền công suất hộp số U340E
Chạy mô phỏng hộp số tự động U340E trong 30 giây với tín hiệu đầu vào cố định 1000 rpm, các bộ ly hợp và phanh hoạt động theo bảng điều khiển Mỗi tay số hoạt động trong 5 giây, trong 20 giây đầu tiên mô phỏng quá trình lên số, sau đó xe sẽ chạy quán tính Đến giây 28, lực phanh được tác động để dừng xe Kết quả thu được từ mô phỏng này sẽ được phân tích chi tiết.
4.1.1 Kết quả tốc độ trục sơ cấp và thứ cấp
Hình 4.1 Mô hình mô phỏng hộp số U340E
Hình 4.2 Đồ thị tốc độ trục sơ cấp và thứ cấp
Bảng 4.1 Tỉ số truyền hộp số U340E thực tế và mô phỏng
Tốc độ đầu vào của trục sơ cấp là: 1000 (rpm)
Tốc độ đầu ra của trục thứ cấp ở cấp số 1 là 351 rpm, cấp số 2 là 644 rpm, cấp số 3 là 1000 rpm, cấp số 4 là 1426 rpm
Kết quả mô phỏng tỉ số truyền của hộp số U340E cho thấy sự chính xác với hộp số thực tế, tạo cơ sở vững chắc cho các mô phỏng tiếp theo Mặc dù có một số sai số nhỏ do việc làm tròn số thập phân, nhưng điều này không ảnh hưởng đáng kể đến kết quả.
4.1.2 Kết quả mô phỏng đường truyền công suất hộp số U340E
Kết quả nghiên cứu cho phép quan sát dòng truyền công suất trong bộ truyền động bánh răng hành tinh của hộp số, điều mà khó có thể thấy được từ bên ngoài Với tốc độ đầu vào của trục sơ cấp là 1000 rpm, quá trình lên số được mô phỏng trong 20 giây, mỗi cấp số hoạt động trong 5 giây, sau đó xe chạy quán tính Đến giây thứ 28, lực phanh được tác dụng để dừng xe lại.
Loại hộp số U340E Kết quả mô phỏng hộp số U340E
Loại động cơ 1NZ-FE
Hình 4.3 Bộ truyền động hành tinh U340E
Nhận xét hoạt động của các thành phần ở từng cấp số
Trong 5 giây đầu tiên, tay số 1 hoạt động với ly hợp C1 và khớp một chiều F2 Dòng công suất bắt đầu từ trục trung gian, đi qua ly hợp C1 và bánh răng mặt trời S1 với tốc độ 1000rpm Tại đây, dòng công suất chia thành hai nhánh: nhánh một tới bánh răng bao R1 nhưng không quay do khớp F2 hoạt động, trong khi nhánh thứ hai dẫn tới cần dẫn Cd1 với tốc độ 351 rpm và truyền ra cặp bánh răng truyền lực chính.
Bài viết trình bày đồ thị tốc độ quay của bộ truyền động bánh răng hành tinh, với Hình 4.5 thể hiện tốc độ quay của bộ truyền động trước và Hình 4.4 thể hiện tốc độ quay của bộ truyền động sau.
Tay số 2 hoạt động từ giây thứ 5 đến 10, với ly hợp C1, phanh B2 và khớp một chiều F1 đang hoạt động Dòng công suất bắt đầu từ trục trung gian qua ly hợp C1 đến bánh răng mặt trời S1 với tốc độ 1000 rpm Tại đây, dòng công suất chia thành hai nhánh: nhánh một dẫn đến cần dẫn C2 và bánh răng mặt trời S2, nhưng do khớp F1 hoạt động, bánh răng mặt trời không quay; nhánh thứ hai dẫn đến cần dẫn Cd1 với tốc độ 644 rpm và truyền đến cặp bánh răng truyền lực chính.
Tay số 3 hoạt động từ giây 10 đến 15, với ly hợp C1, C2 và phanh B1 đều hoạt động Dòng truyền công suất từ trục trung gian được chia thành hai nhánh: nhánh một dẫn đến ly hợp C1 và bánh răng mặt trời S1 với tốc độ 1000 rpm; nhánh hai dẫn đến ly hợp C2, cần dẫn hai Cd2, và bánh răng bao R1 cũng với tốc độ 1000 rpm Cuối cùng, cả hai nhánh đều kết nối với cần dẫn Cd1, duy trì tốc độ 1000 rpm và truyền lực chính qua cặp bánh răng.
Tay số 4 hoạt động từ giây 15 đến 20, với ly hợp C2, B1, B2 đang hoạt động Dòng công suất bắt đầu từ trục trung gian, đi qua ly hợp C2 và cần dẫn Cd2 với tốc độ 1000 rpm, sau đó chia thành hai nhánh Nhánh 1 dẫn đến bánh răng mặt trời S2, nhưng bị khóa lại do phanh B1 hoạt động Nhánh 2 hướng tới bánh răng bao R2, với cần dẫn một đạt tốc độ 1426 rpm, kết nối với cặp bánh răng truyền lực chính.
Trường hợp mô phỏng động lực học xe theo điều kiện giả lập
Mô phỏng được thực hiện với tín hiệu đầu vào là độ mở bướm ga tăng dần từ 30% đến 60% trong 50 giây, cho phép phân tích quá trình chuyển số của hộp số dựa trên bướm ga và tốc độ xe Kết quả mô phỏng cung cấp thông tin về tốc độ, mô-men xoắn của các bộ phận trong hệ thống truyền lực, bao gồm động cơ, trục sơ cấp, trục thứ cấp, và bánh xe, cùng với độ trượt của bánh xe.
Hinh 4.6 Sơ đồ mô phỏng truyền động xe theo điều kiện giả lập
4.2.1 Kết quả quá trình chuyển số
Trong một mô phỏng kéo dài 50 giây, với độ mở bướm ga tăng dần từ 30% đến 60%, xe đã tăng tốc từ 0 đến 46 mph và thực hiện các thời điểm chuyển số Kết quả cho thấy mối quan hệ giữa thời điểm chuyển số, tốc độ xe và độ mở bướm ga.
Tay số 1 cho phép xe tăng tốc từ 0 đến 9 mph trong vòng 4 giây, bắt đầu từ lúc khởi động với tốc độ 0 mph và độ mở bướm ga 30%.
Tay số 2: Vào giây thứ 4, xe đạt tốc độ 9 mph với độ mở bướm 32% và sẽ chuyển sang tay số thứ 2 Trong khoảng thời gian từ giây thứ 4 đến giây thứ 14, xe tăng tốc từ 9 mph lên 22 mph trong 10 giây.
Hình 4.7 Đồ thị độ mở bướm ga, cấp số, tốc độ xe
Tay số 3 được chuyển khi xe đạt độ mở bướm ga 38% và tốc độ 22 mph vào giây thứ 14 Từ giây 14 đến giây 50, xe tăng tốc từ 22 mph lên 46 mph trong 36 giây.
Với việc chuyển số như vậy, tốc độ xe đã tăng liên tục theo độ mở bướm ga
4.2.2 Kết quả tốc độ và moment trong hệ thống truyền lực
Hình 4.8 Đồ thị tốc độ trong hệ thống truyền lực
Hình 4.9 Đồ thị moment trong hệ thống truyền lực
Kết quả từ đồ thị mô phỏng cho thấy mối quan hệ giữa tốc độ và moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực qua các tỷ số truyền khác nhau Động cơ khởi động với tốc độ 960 rpm (có thể điều chỉnh) và đạt tốc độ tối đa 2385 rpm trong 50 giây Tuy nhiên, tại các thời điểm chuyển số, tốc độ động cơ tăng vọt rồi giảm xuống do ảnh hưởng của tỷ số tốc độ của bộ biến mô.
Dựa vào đồ thị trên ta thấy được:
Mối liên hệ giữa tốc độ động cơ và trục sơ cấp được thiết lập thông qua bộ biến mô, có chức năng truyền và ngắt moment từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số.
Hộp số đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối tốc độ trục sơ cấp và trục thứ cấp, cho phép lựa chọn các tay số với tỉ số truyền phù hợp Điều này giúp tối ưu hóa tốc độ và moment của xe, đáp ứng nhu cầu vận hành hiệu quả.
Mối liên hệ giữa tốc độ trục thứ cấp và bánh xe được thiết lập thông qua bộ truyền lực chính, có nhiệm vụ truyền moment từ hộp số đến bánh xe Tỷ số truyền lực chính trên xe là 4.045.
Ở giây thứ 5, động cơ đạt 1405 rpm với moment 59 N*m Sau khi đi qua bộ biến mô, tốc độ giảm xuống 733 rpm và moment tăng lên 67 N*m trước khi vào hộp số Tại đầu ra của hộp số, tốc độ tiếp tục giảm xuống 472 rpm và moment tăng lên 104 N*m, tương ứng với tỉ số truyền ở tay số thứ 2 là 1.552 Cuối cùng, tại bánh xe, tốc độ giảm còn 117 rpm và moment đạt 211 N*m nhờ vào tỉ số truyền lực chính.
Mô phỏng giúp chúng ta hình dung rõ ràng về công suất và hoạt động của xe, mặc dù có một số sai số, như ở đồ thị mô men tại giây thứ 4 và 14 bị nhiễu do bánh xe trượt khi chuyển số Điều này cũng có thể là do việc mô phỏng chưa chính xác trong việc tính toán quán tính của bánh xe.
4.2.3 Kết quả độ trượt bánh xe
Dựa vào đồ thị, ta nhận thấy rằng tốc độ xe và tốc độ bánh xe gần như không có sự chênh lệch lớn do mô phỏng được thực hiện trên đường phẳng, không nghiêng và không có lực cản Điều này dẫn đến độ trượt bánh xe rất thấp, chỉ dao động khoảng 0.01% Tuy nhiên, tại vị trí chuyển số, sai số này tăng lên đáng kể, dao động từ 0.06% đến 0.07% Khi chuyển sang các cấp số cao hơn, độ trượt giảm dần, điều này giải thích nguyên nhân gây ra hiện tượng trượt của dòng truyền mô men mỗi khi chuyển số.
4.3 Trường hợp mô phỏng, kiểm nghiệm hiệu năng xe theo chu trình thử ECE R15
Hình 4.10 Đồ thị độ trượt bánh xe, tốc độ xe và bánh xe
Hình 4.11 Sơ đồ mô phỏng kiểm nghiệm hiệu năng xe
Hình 4.13 Đồ thị moment trong hệ thống truyền lực
Mô phỏng hộp số tự động U340E với chu trình thử nghiệm ECE R15 sử dụng bộ điều khiển PID trong 195 giây cho thấy tốc độ và moment của các bộ phận trong hệ thống truyền lực Kết quả này giúp đánh giá hiệu năng của xe và khả năng hoạt động của hộp số U340E trên xe Vios 1.5 G 2012.
4.3.1 Kết quả tốc độ và moment trong hệ thống truyền lực
Hình 4.12 Đồ thị tốc độ trong hệ thống truyền lực
Kết quả mô phỏng cho thấy mối quan hệ giữa tốc độ và moment trong hệ thống truyền động qua các tỉ số truyền khác nhau Động cơ khởi động ở tốc độ 960 rpm và đạt tối đa 2416 rpm Chu trình thử nghiệm bao gồm các chế độ tăng tốc, giữ tốc và giảm tốc về 0 rpm, trong đó tốc độ cầm chừng của động cơ là 750 rpm, dao động từ 700 rpm đến 850 rpm để duy trì hoạt động khi tốc độ chu trình ở mức 0 Sự dao động này cũng ảnh hưởng đến tốc độ và moment của các trục khác, nhưng sai số đã được giảm dần khi dòng công suất đi qua các bộ phận trong hệ thống So sánh đường tốc độ của động cơ với tốc độ của trục thứ cấp giúp minh chứng rõ hơn về hiện tượng này.
Việc lựa chọn hệ số Kp và Ki không phù hợp cho bộ điều khiển lái có thể gây ra sự dao động khi xe hoạt động ở vòng tua cao trong chế độ tăng tốc và giữ tốc.
Xe chạy trong chu trình chạy thử ECE R15 với ba dãy tốc độ khác nhau trong vòng
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Kết luận
Thông qua đề tài “Ứng dụng MATLAB SIMULINK mô phỏng đánh giá hộp số tự động
U340E” chúng tôi nghiên cứu đã thực hiện được những nội dung sau:
Đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết cơ bản về quá trình chuyển số và chế độ điều khiển sự sang số của hộp số, dựa trên các tài liệu và hệ thống thực tế trên xe.
Bài viết phân tích bản chất vật lý cơ bản và công thức liên quan đến hộp số, đồng thời ứng dụng phần mềm Matlab Simulink, bao gồm Simscape Driveline và Stateflow, để mô phỏng trạng thái làm việc của hộp số Quá trình mô phỏng đã hoàn thành nhiều nội dung quan trọng, giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của hệ thống truyền động.
- Xây dựng được mô hình mô phỏng
- Xác định giá trị các thông số của mô hình mô phỏng
- Xác định các thông số (điều kiện, tín hiệu) đầu vào, đầu ra
- Xác định và đánh giá được bằng kết quả (dưới dạng đồ thị)
Đề tài có ý nghĩa thực tiễn là đóng góp vào nghiên cứu khoa học chuyên ngành ô tô
- Nghiên cứu về thiết kế hộp số tự động trên xe ô tô
- Kiểm nghiệm, đánh giá hiệu năng của hộp số và động cơ
- Kết quả thu được có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho quá trình đào tạo ngành cơ khí động lực.
Hướng phát triển của đề tài và kiến nghị
Đánh giá thêm tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ khi mô phỏng trong chu trình chạy thử
Tính toán lại thời điểm chuyển số để tối ưu nhất hiệu năng của động cơ và hộp số
Xét thêm các yếu tố ảnh hưởng như lực cản của mặt đường, gió để mô phỏng đa dạng trong nhiều trường hợp.
