Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Đỗ Giao Tiến

NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG ĐỘNG
CHO THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ
TẢI THÔNG DỤNG SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 62520116

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội - 2016


Công trình được hoàn thành tại
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan
TS Nguyễn Thanh Quang

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


I. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN:
1. Tính cấp thiết của luận án:
Ngành công nghiệp ô tô trong nước mới chỉ tập trung vào sản
xuất, lắp ráp. Để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm và các
hệ thống cho ô tô có chất lượng cao thì cần phải có đầu tư cho nghiên
cứu phát triển. Trong đó, một trong những ưu tiên hàng đầu cần dành
cho việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo các bộ phận trong HTTL.
2. Mục đích của luận án là:
Nghiên cứu các chế độ tải trọng nguy hiểm tác dụng lên HTTL
ô tô phục vụ cho việc tính toán thiết kế ô tô.
3. Nhiệm vụ của luận án:
- Khảo sát, đánh giá chung về ngành công nghiệp ô tô Việt Nam
hiện nay, trong đó có lĩnh vực sản xuất ô tô tải, các vấn đề trong thiết
kế và chế tạo các cụm chi tiết trong HTTL, từ đó xác định được vị trí,
vai trò và tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu của luận án đối với
thực tế sản xuất ô tô tải thông dụng tại Việt Nam.
- Nghiên cứu chung về các dạng tải trọng nguy hiểm tác dụng
lên HTTL ô tô cũng như tìm hiểu về các công trình nghiên cứu về tải
trọng động trong HTTL ô tô hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới, xác
định vấn đề cần nghiên cứu, từ đó lựa chọn được phương pháp, đối
tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu phù hợp cho luận án, đặc biệt
là trong điều kiện khó khăn của Việt Nam như hiện nay.
4. Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của Luận án là ô tô tải thông dụng với

mẫu xe tham khảo cụ thể là ô tô tải tự đổ có tải trọng 3 tấn, nhãn hiệu
LIFAN 3070G1 được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam.
5. Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu tải trọng cực đại sinh ra trong HTTL ô tô tải loại 3
tấn sản xuất tại Việt Nam trong các điều kiện sử dụng cụ thể là khởi
hành xe với các tốc độ đóng ly hợp khác nhau và với các mức chở tải
khác nhau.
1


6. Phương pháp nghiên cứu:
Luận án kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm:
Phần nghiên cứu lý thuyết là sử dụng các mô hình khác nhau
cho từng nội dung cụ thể để mô phỏng HTTL, tính toán xác định tải
trọng cực đại, khảo sát các thông số ảnh hưởng.
Phần nghiên cứu thực nghiệm, Luận án thực hiện đo mô men
xoắn cực đại trên trục các đăng khi khởi hành xe trong các điều kiện
khác nhau. Kết quả thực nghiệm được sử dụng để đánh giá độ tin cậy
và độ chính xác của mô hình tính toán.
7. Những kết quả mới của luận án:
- Xác định các thông số tính toán HTTL, đánh giá khả năng
cộng hưởng và hiệu chỉnh các thông số kết cấu (nếu cần) nhằm tránh
cộng hưởng ở các chế độ làm việc đặc trưng.
- Xây dựng mô hình và tính toán xác định mô men xoắn cực đại
(thông qua hệ số tải trọng động) có thể xuất hiện ở các tay số.
- Xây dựng mô hình mô phỏng HTTL bằng sơ đồ mạng liên kết
(Bond graph) để tính toán, khảo sát các thông số ảnh hưởng tới giá trị
tải trọng cực đại xuất hiện trong HTTL.
- Lựa chọn phương pháp thí nghiệm hợp lý để đo tải trọng động
trong HTTL khi xe khởi hành ở các điều kiện khác nhau. Kết quả thí

nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng với sai số chấp nhận được.
8. Ý nghĩa khoa học:
- Xây dựng được phương pháp xác định tải trọng động trong
HTTL ô tô tải thông dụng, làm cơ sở cho việc lựa chọn hợp lý các
thống số khi tính toán, thiết kế HTTL ô tô tải tại Việt Nam.
- Kết quả của luận án với bộ thông số về các chế độ tải trọng
động của xe tham khảo có thể sử dụng làm cơ sở khoa học để thiết kế
và tối ưu hóa HTTL của các ô tô tải cùng loại, góp phần hoàn thiện
quy trình thiết kế các bộ phận chính của HTTL.
- Luận án có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các nhà sản
xuất xe tải tại Việt Nam khi nghiên cứu, tính toán thiết kế mới cũng
như đánh giá HTTL của xe ô tô tải cùng loại.
2


II. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN:
1. Xác định các thông số tính toán HTTL
Các thông số tính toán của mô hình mô phỏng động lực học
HTTL gồm khối có lượng quán tính của các chi tiết chuyển động quay,
hệ số độ cứng xoắn và độ cản nhớt của các chi tiết chịu xoắn. Việc
tính toán, xác định các thông số tính toán của mô hình HTTL có thể
sử dụng công thức lý thuyết, công thức thực nghiệm hoặc thông qua
phần mềm thiết kế chuyên dụng (SolidWorks) trên mô hình thiết kế
3D của HTTL.

Hình 3.1 Mô hình 3D (SolidWorks) hệ thống truyền lực ô tô tải
2. Nghiên cứu khả năng cộng hưởng và hiệu chỉnh các thông
số kết cấu của HTTL
2.1 Xác định tần số dao động riêng của HTTL
Để đánh giá khả năng xảy ra cộng hưởng của HTTL với nguồn

kích thích của mô men động cơ cần thiết phải xác định các tần số riêng
của hệ thống và tần số kích thích của động cơ. Luận án sử dụng mô
hình 5 khối lượng với 4 khâu đàn hồi để tính toán tần số riêng của
HTTL [43, 48] như trên hình 3.4. Kết quả tính toán tần số riêng của
HTTL ở các tay số được thể hiện ở bảng 3.2.

Hình 3.4 Mô hình tính toán tần số riêng với 4 khâu đàn hồi
3


Trong đó: Ii (i = 1 ÷ 5) lần lượt là mô men quán tính quy dẫn
của động cơ và phần chủ động của ly hợp; phần bị động ly hợp, hộp
số và các đăng; cầu chủ động; các bánh xe; khối lượng tịnh tiến của ô
tô. E1 là hệ số đàn hồi của ly hợp, E2- của hộp số và các đăng; E3- của
bán trục và E4- của lốp.
Bảng 3.2 Tần số dao động riêng của HTTL
Tay
số
1
2
3
4
5

ω1
17,934
24,947
37,422
49,600
63,838

Tần số riêng rad/s
ω2
ω3
168,549 546,688
158,085 511,424
147,778 475,248
137,591 447,909
238,107 576,463

ω4
1170,837
996,018
1146,347
1400,711
1683,358

Có thể nhận thấy rằng, ở cả 5 tay số, mỗi tần số riêng nằm trong
một vùng biến thiên nhất định và khoảng cách giữa các vùng này tăng
dần theo tần số.
2.2 Xác định tần số kích thích của mô men động cơ
Mô men xoắn của động cơ chính là hàm kích thích tác động vào
HTTL có thể được mô tả bằng tổng của vô số hàm điều hòa thông qua
phổ với các tần số góc là iω nhờ phân tích Fourier (công thức 3.14):
M" = M$ +

.
'/0 M' sin

iωt + φ' (3.14)

Kết qủa tính toán (bảng 3.4) xác định được tần số của 04 hàm
điều hoà đầu tiên của mô men động cơ ở đặc tính ngoài tương ứng với
hai chế độ làm việc đặc trưng của động cơ là chế độ mô men cực đại
Memax và chế độ suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất gemin.
Bảng 3.4 Tần số và pha của các hàm điều hoà đến hài số 4
Chế
độ

Vận tốc
góc (v/p)

Memax
gemin

2000
2300

Tần số góc (rad/s) của các hàm
điều hoà
ω1
ω2
ω3
ω4
376,8 753,6 1130,4 1507,2
481,7 963,4 1445,1 1926,8

4

2.3 Đánh giá khả năng cộng hưởng
Từ kết quả tính toán ở mục 2.1 và 2.2 ta thấy, khi động cơ hoạt
động ở chế độ mô men cực đại Memax (2000 v/ph) thì không xảy ra hiện
tượng cộng hưởng. Ở chế độ suất tiêu hao nhiên liệu bé nhất gemin (2300
v/ph) thì khả năng cộng hưởng có thể xảy ra ở tay số 3 do tần số góc
đầu tiên của động cơ (481,7 rad/s) rất gần với tần số riêng thứ ba của
HTTL ở tay số này (475,248 rad/s).
Để tránh nguy cơ xảy ra cộng hưởng cần thay đổi các thông
số kết cấu của HTTL, trong đó giải pháp đơn giản và hiệu quả nhất là
thay đổi độ cứng của các lò xo giảm chấn trong ly hợp.
2.4 Hiệu chỉnh các thông số để tránh cộng hưởng
Mục đích của bài toán là xác định độ cứng C1 của khâu đàn hồi
E1 (chứa các lò xo giảm chấn) sao cho tất cả các tần số riêng của HTTL
(ở mọi tay số) tránh xa các tần số kích thích của mô men động cơ ở
chế độ gemin.
Kết quả tính toán trong bảng 3.5 tương ứng với giá trị C1 = 8230
Nm/rad, khi đó tần số góc của dao động riêng thứ ba ở tay số 3 giảm
xuống còn 471,3 rad/s, cách xa tần số góc 481,7 rad/s của mô men
động cơ, đồng thời các tần số riêng khác ở tất cả các tay số cũng không
trùng với các tần số kích thích của động cơ ở chế độ gemin.
Bảng 3.5 Kết quả tính toán tần số dao động riêng
với C1 = 8230 Nm/rad
Tay số
1
2
3
4
5

ω

17,9
24,9
35,7
51,3
64,2
1

ω
168,4
157,8
146,9
137,5
236,8
2

ω
538,6
505,3
471,3
445,6
576
3

ω
1170,3
994,3
1144
1398,4
1681,5
4

Trong thực tế, tần số kích thích của động cơ thay đổi theo vận
tốc góc, nên rất khó để có thể tránh được cộng hưởng ở mọi chế độ.
3. Tính toán tải trọng cực đại trong HTTL
3.1 Xây dựng mô hình tính toán
5


Mục đích của việc tính toán tải trọng cực đại là xác định giá trị
tải trọng tối đa có thể xuất hiện trong HTTL với các thông số kết cấu
đã được xác định trên đây. Trong nghiên cứu này, để tính toán tải trọng
cực đại trong HTTL, Luận án sử dụng mô hình 1 khâu đàn hồi có 5
khối lượng với các thông số được quy dẫn về trục các đăng như trên
hình 2.1 [48].

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán tải trọng cực đại trong HTTL
Trong đó: Ii (i = 1 ÷ 5) lần lượt là khối lượng quán tính quy dẫn
về trục các đăng các cụm chi tiết: bánh đà và phần chủ động của ly
hợp; phần bị động của ly hợp; các chi tiết của HTTL; các bánh xe chủ
động; khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô. E là hệ số đàn hồi
của trục các đăng. Các ly hợp L1 và L2 lần lượt mô tả ly hợp của ô tô
và tương tác giữa bánh xe với mặt đường.
3.2 Tính toán tải trọng động cực đại trong HTTL
3.2.1 Phương pháp tính toán
Để tính toán tải trọng (mô men xoắn) cực đại xuất hiện trong
HTTL người ta coi hệ thống chịu tác động tức thời của mô men ma sát
của ly hợp. Tải trọng cực đại trong HTTL ở mỗi trường hợp phụ thuộc
vào trạng thái làm việc của các ly hợp L1 và L2 và tương quan giữa
vận tốc góc giới hạn của đĩa ly hợp (ω2max) với vận tốc góc của bánh
đà (ω1max). Trạng thái của các ly hợp này được mô tả bằng số 0 và số

1. Số 0 tương ứng với trường hợp ly hợp dính, còn số 1 thể hiện ly hợp
bị trượt. Mô men xoắn trong HTTL tương ứng với các trường hợp
trượt ly hợp L1 và L2 được ký hiệu 1230 và 1234 . Mô men 1567 là
mô men quy dẫn cực đại (quy về hoặc trục các đăng). Kết quả phân
tích các trường hợp để tính toán tải trọng động cực đại trong HTTL
được thể hiện ở Bảng 2.1. Với các điều kiện tính toán khác nhau, ta
thu được kết quả tính toán theo các trường hợp khác nhau.
6


Bảng 2.1 Các trường hợp tính toán mô men cực đại trong HTTL

3.2.2 Kết quả tính toán
Với các trường hợp tính toán trong bảng 2.1, NCS đã xây dựng
chương trình tính toán trong phần mềm Matlab. Với 3 chế độ tải trọng
của ô tô là không tải, 100% và 150% tải, các kết quả tính toán ở tất cả
các tay số được thể hiện trong các bảng 3.6, 3.7 và 3.8. Trong đó, Mmax
là mô men cực đại xuất hiện trên trục các đăng, giá trị tải trọng động
được đánh giá thông qua hệ số tải trọng động Kd = Mmax/Memax.
7


Kết quả trong bảng 3.6 cho thấy, ở các tay số 1 và số 2 mô men
cực đại được tính theo trường hợp B3 (L1 = 0, L2 = 1). Nghĩa là, ly hợp
không kịp trượt, còn bánh xe chủ động thì trượt quay trên đường. Ở
các tay số còn lại, mô men cực đại đạt được khi ly hợp trượt, trong khi
các bánh xe chủ động không trượt (trường hợp A2).
Bảng 3.6 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ không tải
Thông số

Tay số
1

2

3

4

5

Mmax

2190,2

2670,5

2233,7

1412,5

919,2

Kd

1,0332

2,1366

3,1438

3,1629

3,17

B3

B3

A2

A2

A2

Trường hợp

Hiện tượng các bánh xe chủ động bị trượt ở các tay số 1 và 2 là
do các tay số này có tỷ số truyền lớn sinh ra mô men tại bánh xe vượt
quá mô men bám.
Bảng 3.7 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ 100% tải
Thông số

Tay số
1

2

3

4

5

3581,8

3632,3

2246,2

1417,8

922,1

Kd

1,67

2,906

3,161

3,175

3,18

Trường hợp

B3

C3

A2

A2

A2

Mmax

Trong trường hợp ô tô chở đủ tải theo định mức (bảng 3.7) thì
tải trọng cực đại sinh ra ở các tay số trong các điều kiện tương tự như
khi xe không tải, trừ tay số 2 được xác định theo trường hợp C3 (cả hai
ly hợp đều trượt).
Khi ô tô chở quá tải tới 150%, kết quả trong bảng 3.8 cho thấy
giá trị mô men cực đại tăng mạnh ở các tay số 1 và 2 so với các trường
hợp đã xét trên đây, trong khi ở các tay số còn lại các kết quả không
khác biệt nhiều. Các trường hợp tính toán giống với khi xe chở đủ tải
theo định mức.
8


Bảng 3.8 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ 150% tải
Thông số
Mmax
Kd
Trường hợp

1
4407.34

2.079
B3

Tay số
3
2254.4
3.173
A2

2
4100.7
3.2809
C3

4
1421.3
3.1826
A2

5
924.0
3.1863
A2

Bảng 3.9 và hình 3.12 so sánh mô men cực đại xuất hiện ở các
tay số trong các điều kiện tải trọng khác nhau.
Bảng 3.9 So sánh hệ số tải trọng động ở các tay số

Kd

Tay số
1
2
3
4
5

Tải trọng
100% tải
1.67
2.906
3.161
3.175
3.18

Không tải
1.0332
2.1366
3.1438
3.1629
3.17

4
3
2
1
0

150% tải
2.079

3.2809
3.173
3.1826
3.1863

Không tải
100% tải
1

2

3
Tay số

4

5

150% tải

Hình 3.12 Hệ số tải trọng động ở các chế độ tải khác nhau
Có thể nhận thấy rằng, ở cả ba chế độ tải trọng của ô tô, hệ số
tải trọng động tăng dần theo tay số và theo mức tải của ô tô. Tuy nhiên,
hệ số Kd không thay đổi nhiều ở 3 số cuối.
9


4. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số tới tải trọng động
trong HTTL
4.1 Xây dựng mô hình mô phỏng HTTL

Có thể xây dựng mô hình mô phỏng động lực học HTTL bằng
nhiều phương pháp [42]. Tại nghiên cứu này, NCS ứng dụng phương
pháp mạng liên kết (Bond graph Method) để mô tả dòng công suất của
HTTL [39, 28,38, 27, …], từ đó thiết lập hệ các phương trình mô tả
động lực học của HTTL.
4.1.1 Phương pháp mạng liên kết
a) Xây dựng sơ đồ mạng liên kết hệ thống
Phương pháp mạng liên kết được xây dựng dựa trên nguyên lý
bảo toàn năng lượng. Mạng liên kết của một hệ thống vật lý (Hình 2.1)
được cấu thành bởi các “phần tử” (A, B), các các liên kết (Đường nối
P1P2) và “điểm liên kết” (P1, P2).

Hình 2.1 Sơ đồ mạng liên kết
- Phần tử: Thể hiện một đối tượng vật lý (chi tiết cơ khí, các
phần tử trong hệ thống điện, cơ cấu chấp hành thủy lực, …). Các phần
tử cơ bản trong mạng liên kết gồm phần tử quán tính (I), phần tử đàn
hồi (C), phần tử cản (R), phần tử chuyển đổi (TF).
- Liên kết: Liên kết mô tả dòng năng lượng và được đặc trưng
bởi giá trị của dòng công suất liên tục được tính bằng tích của các
thông số lực (effort) và dòng (flow). Trong đó, lực thể hiện cường độ
của tương tác (điện áp, áp suất chất lỏng, lực,…), dòng thể hiện sự
biến đổi của lượng theo thời gian (cường độ dòng điện, lưu lượng chất
lỏng, vận tốc chuyển động của một vật,…).
- Có hai dạng điểm liên kết trong mạng liên kết: điểm liên kết
đồng lực (ký hiệu là “0”) là điểm giao nhau của các dòng năng lượng
có cùng lực và điểm liên kết đồng tốc (ký hiệu là “1”) là điểm giao
nhau của các dòng năng lượng có cùng giá trị dòng.
10

b) Thiết lập hệ phương trình động lực học của hệ thống
Hệ phương trình của các biến trạng thái của hệ thống có dạng:
8 = 98 + :;
Trong đó: x là biến trạng thái của hệ thống, trong nghiên cứu hệ
thống chịu xoắn thì biến trạng thái là biến dạng (dịch chuyển) và mô
men; A, B là ma trận các hệ số, u là ma trận ngoại lực tác dụng.
4.1.2 Xây dựng mô hình HTTL
Để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến tải trọng
động trong HTTL, NCS đã ứng dụng phương pháp mạng liên kết để
xây dựng mô hình HTTL phục vụ cho việc khảo sát tải trọng động
trong hệ thống.
NCS tiến hành phân tích kết cấu và nguyên lý hoạt động của
từng cụm chi tiết trong HTTL, từ đó xây dựng sơ đồ mạng liên kết cho
từng cụm chi tiết và cho tổng thể HTTL (hình 2.23). Trong mô hình
này, các đại lượng như khối lượng quán tính Ii, hệ số độ cứng Ci, hệ
số cản nhớt Bi đặc trưng cho tính đàn hồi của hệ thống. Với mỗi liên
kết trong HTTL (có chỉ số từ 1 đến 36) ta xác định được các biến lực
(mô men hoặc lực) và dòng (vận tốc góc hoặc vận tốc dài) là các thông
số động lực học của mỗi chi tiết (hoặc cụm chi tiết) trong HTTL.


Hình 2.23 Sơ đồ mạng liên kết động lực học HTTL
11


Từ sơ đồ mạng liên kết trên hình 2.23, NCS thiết lập hệ các
phương trình trạng thái của các phần tử trong HTTL, phương trình cân
bằng năng lượng tại các điểm liên kết và từ đó biến đổi về phương
trình của các biến trạng thái của HTTL như sau:
<=0

1
=
(1 − 1F )
<>
@AB D
<=H
1
=
(1 − 1K )
<>
@IJ F
4
<=L
2NJO
2NJO
= 4
1K − 4
10P
<>
2NJO @JO + @2B
2NJO @JO + @2B
4
<=0Q
2NRI2
= 4
10P
<>
NRI2 (@2B + 2@SB ) + 2(@T2 + @TO )
2NRI2
− 4

140
NRI2 (@2B + 2@SB ) + 2(@T2 + @TO )
<=4F
1
=
(1 − U4Q VA7 )
<>
@A7 40
= U4Q /Y − Z2 . \
<>
=K = =H − =L
=L
=0P =
− =0Q
NJO
=0Q
=40 =
− =4F
NRI2
=4F
W4Q =
− W4L
V]
1K = ^JO

=K <> + :JO =K

10P = ^2B

=0P <> + :JO =0P

140 = ^AR

=40 <> + :AR =40

U4Q = ^A7

W4Q <> + :A7 W4Q

(1)
(2)
(3)
(4)

(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)

12


Từ 14 phương trình với 14 biến trạng thái trên, NCS đã sử dụng

phần mềm Matlab-Simulink để tính toán, xác định được tất cả các
thông số động lực học của các cụm chi tiết trong HTTL, gồm các thông
số mô men, vận tốc góc, biến dạng,…
Các thông số động lực học trên sơ đồ mạng liên kết HTTL hình
2.23 được xác định gồm: M7 và =K , M14 và =0P , M21 và =40 lần lượt
là mô men xoắn và vận tốc biến dạng xoắn trên trục sơ cấp hộp số,
trục các đăng và bán trục; F26 là lực biến dạng đàn hồi của lốp xe;
=0 , =H , =L , =0Q Wà=4F lần lượt là vận tốc góc của các khối lượng quán
tính các chi tiết phần bị động của ly hợp, hộp số, cầu chủ động và bánh
xe; v26 là vận tốc biến dạng đàn hồi của bánh xe; v29 là vận tốc chuyển
động tịnh tiến của xe.
4.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số tới tải trọng động
trong HTTL
a) Các thông số đầu vào của bài toán
- NCS thực hiện bài toán mô phỏng động lực học HTTL với
thông số của xe ô tô tải 3 tấn nhãn hiệu LIFAN 3070G1 là đối tượng
nghiên cứu của luận án.
- Mô men động cơ cực đại Memax = 290Nm, ne = 2000v/p ở
đường đặc tính ngoài;
- Mô men ma sát của ly hợp được giả thiết tuân theo quy luật
sau: Mc = Mcmax(1 - e- kt);
Trong đó, k là hệ số đặc trưng cho tốc độ đóng ly hợp, được tính
theo thời gian đóng ly hợp τc: k = 3/τc , (trong các tính toán khảo sát,
τc = 0,4 s).
Mcmax là mô men ma sát cực đại của ly hợp, được tính như sau:
Mcmax = β.Memax, với β là hệ số dự trữ mô men của ly hợp, được chọn:
β = 2;
- Xe khởi hành từ trạng thái đứng yên đường nhựa bằng phẳng,
Va(0)= 0;
- Lực cản tác dụng từ đường lên ô tô bao gồm cản lăn và cản do

góc dốc, bỏ qua lực cản không khí do mô phỏng ở trạng thái khởi hành.
13


b) Các thông số khảo sát của bài toán
- Thông số đặc trưng cho kết cấu của hệ thống, bao gồm: khối
lượng quán tính, độ cứng xoắn, hệ số dữ trữ của ly hợp. Đây là những
thông số đặc trưng bởi vật liệu chế tạo, hình dáng và kích thước của
các chi tiết trong HTTL. Do vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các
thông số này tới tải trọng động sẽ góp phần tạo nên cơ sở lý thuyết
phục vụ quá trình tính toán, thiết kế HTTL.
- Thông số đặc trưng cho điều kiện vận hành của xe như: hệ số
cản từ mặt đường, tải trọng của xe.
- Thông số đặc trưng cho thao tác của người lái xe như: thời
gian đóng ly hợp (hay tốc độ đóng ly hợp), vận tốc động cơ tại thời
điểm bắt đầu đóng ly hợp.
c) Chế độ khảo sát
Chế độ khảo sát là: xe khởi hành ở tay số 2, mức chở tải là
100%, thời gian đóng ly hợp τc = 0,4s.
d) Một số kết quả khảo sát
NCS tiến hành khảo sát mô men và xác định hệ số tải trọng động
(Kd) trên trục các đăng. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số thông
số tới hệ số Kd được thể hiện ở các hình dưới đây:


a) Mô men xoắn trong HTTL

b) Giá trị mô men xoắn cực đại
trên trục các đăng

Hình 3.11 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi khối lượng quán
tính hộp số
14


2.11
Kd

Kd

2.11
2.109
2.108
2.107
2.106
2.105
0.005 0.01 0.015 0.02
Ihs (kg.m2)

2.106
2.104
0.04



Hình 3.12 Ảnh hưởng của khối
lượng quán tính hộp số tới Kd

2.108

2.12

Kd

2.108

Kd

2.13

2.1075

2.11
2.1
0

0.0425 0.0625
Jvc (kg.m2)



Hình 3.14 Ảnh hưởng của khối
lượng quán tính BR TCL tới Kd

2000
4000
Chs (Nm/rad)

Hình 3.15 Ảnh hưởng của hệ số độ
cứng xoắn hộp số tới Kd
2.4
Kd

Kd

2.13
2.12
2.11
2.1
2.09
2.08
50

150
Ccd (Nm/rad)

2.2
2
1.8
26000 46000 66000 86000
Cbt (Nm/rad)

250



Hình 3.16 Ảnh hưởng của hệ số
độ cứng xoắn trục các đăng tới Kd

Hình 3.17 Ảnh hưởng của hệ số độ
cứng xoắn bán trục tới Kd
2.25

2.5
2

Kd

Kd



Hình 3.13 Ảnh hưởng của khối lượng
quán tính trục các đăng tới Kd

2.1085

2.107
0.0225

0.09
Icd (kg.m2)

1.5
1.4
1.9

2.4
Hệ số dự trữ của ly hợp (a)

Hình 3.19 Ảnh hưởng của hệ số
dự trữ ly hợp tới Kd

2.2
2.15
2.1
-0.05



0.15
0.35
Hệ số cản từ đường

Hình 3.20 Ảnh hưởng của hệ số cản
từ đường tới Kd

15




Kd(bc )-1000v/p
3

150% tải

Kd(bc )-2000v/p

100% tải

3
Kd

Kd

2.5
2

150% tải

100% tải

2.5
2
1.5

1.5
0

0.3

bc

0.6

0

0.3
bc

0.6



a) Khi tốc động động cơ 1000 v/p
2.3

3

2.2

2

Kd

Kd

b) Khi tốc độ động cơ 2000v/p
Hình 3.21 Ảnh hưởng của tải trọng xe tới Kd

2.1
2
1.9
0.05

1
0

0.25

bc

0.45

0.65

Hình 3.22 Ảnh hưởng của thời
gian (tốc độ) đóng ly hơp tới Kd

700



1200 1700 2200
n0, v/p



Hình 3.23 Ảnh hưởng của vận tốc
động cơ tới Kd

Kết quả khảo sát cho thấy:
- Khi thay đổi (tăng hoặc giảm) 50% giá trị khối lượng quán
tính của hộp số, trục các đăng, cầu chủ động thì hệ số Kđ chỉ thay đổi

đối đa đến 0,09%. Khi thay đổi (tăng hoặc giảm) tối đa đến 50% giá
trị độ cứng xoắn của hộp số, trục các đăng, bán trục, bánh xe thì hệ số
Kd thay đổi tối đa đến 8,27%. Như vậy, các thông số kết cấu như khối
lượng quán tính và độ cứng của các bộ phận trong HTTL ảnh hưởng
không nhiều tới hệ số tải trọng động. Mức độ ảnh hưởng của độ cứng
tới tải trọng động lớn hơn so với ảnh hưởng của mô men quán tính.
Kết quả khảo sát ở các tay số cho thấy hệ số tải trọng động cực
đại nằm trong khoảng Kdmax = 2-3. Các tay số cao (có tỉ số truyền thấp)
thì có Kd lớn.
Kết quả khảo sát ở tay số 2, tốc độ động cơ khi đóng ly hợp là
2000v/p, thời gian đóng ly hợp là 0,1s thì khi khi tăng tải trọng từ
100% lên 150% tải thì Kd tăng lên đến 25%.
16


- Khi thời gian đóng ly hợp tăng lên đến giá trị khoảng 0,5s và
lớn hơn nữa thì Kd giảm rất chậm.
- Vận tốc góc của động cơ lúc đóng hợp cũng ảnh hưởng lớn tới
hệ số Kd. Kết quả khảo sát ở tay số 2, trong cùng điều kiện (100% tải,
thời gian đóng ly hợp là 0,4s) thì Kd ở vận tốc động cơ 2000v/p tăng
lên tăng 45% so với khi vận tốc động cơ ở 750v/p.
- Tải trọng động trong HTTL (đặc trưng bởi hệ số Kd) chịu ảnh
hưởng lớn bởi các thông số thời gian đóng ly hợp, tải trọng của xe,
vận tốc động cơ khi đóng ly hợp.
5. Nghiên cứu thực nghiệm
5.1 Mục đích, đối tượng và các thông số đo
a) Mục đích thí nghiệm:
Mục đích của thí nghiệm là đo mô men xoắn trên trục các đăng
trong quá trình khởi hành xe ở một số chế độ làm việc khác nhau, trên
cơ sở đó xác định hệ số tải trọng động Kd phục vụ cho việc tính toán,

thiết kế HTTL.
b) Đối tượng thí nghiệm
Đối tượng của thí nghiệm là HTTL của xe ô tô tải 3 tấn LIFAN
3070G1 được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam.
c) Các thông số đo
Các thông số cần đo trong thí nghiệm bao gồm:
- Mô men xoắn trên trục các đăng (Nm);
- Vận tốc góc phần chủ động và bị động của ly hợp, v/p;
- Thời gian đóng ly hợp (thông qua tín hiệu lực bàn đạp, s);
- Trọng lượng xe (N).
5.2 Phương pháp thí nghiệm xác định tải trọng động và thông
số đánh giá
Tải trọng động được xác định khi xe khởi hành từ trạng thái
đứng yên, người lái thực hiện ngắt ly hợp, vào số cần thử và nhả nhanh
bàn đạp ly hợp. Để đánh giá mức quá tải trong HTTL, người ta sử
dụng hệ số tải trọng động Kd:
17


dB =

1567
(4.1)
1′D567

Trong đó:
Mmax là giá trị mô men lớn nhất xuất hiện khi đóng ly hợp đột
ngột; M’emax là mô men cực đại của động cơ quy về vị trí xác định tải
trọng động.
Luận án đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm với các nội dung

nghiên cứu chính như sau:
- Dán điện trở tenzo lên trục các đăng để đo mô men.
- Lựa chọn thiết bị truyền tín hiệu từ trục các đăng là bộ thiết bị
thu phát không dây KMT RTSE600 (HBM - Đức).
- Bố thí thiết bị thí nghiệm, hiệu chuẩn thiết bị đo mô men.
- Lập quy trình thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm đo tải trọng
động trong HTTL khi xe khởi hành ở một số chế độ khác nhau.
- So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả tính, mô phỏng lý
thuyết và đánh giá độ tin cậy của phương pháp luận và độ chính xác
của mô hình tính toán.
5.3 Thực hiện thí nghiệm
5.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Hình 4.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo mô men xoắn trên trục các
đăng ô tô tải: 1)Trục các đăng; 2) Tenzo ứng suất; 3) Bộ truyền phát
tín hiệu đo; 4) Bộ thu tín hiệu đo; 5) Bộ khuếch đại tín hiệu đo và máy
tính với phần mềm xử lý tín hiệu.
18


Hình 4.7 thể hiện sơ đồ bố trí các thiết bị đo trong thí nghiệm
đo mô men xoắn trên trục các đăng xe ô tô tải, gồm 2 nhóm thiết bị:
nhóm gắn trên trục các đăng và quay cùng với trục gồm có cầu điện
trở tenzo và máy phát tín hiệu đo; nhóm cố định gồm máy thu tín hiệu
đo, bộ khuếch đại tính hiệu và máy tính cùng với phần mềm xử lý tín
hiệu.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm thực tế được thể hiện trên các hình 4.13,
4.14, 4.16, 4.17:

Hình 4.13 Bộ phát tín hiệu không

dây lắp trên các đăng

Hình 4.14 Bộ khuếch đại tín hiệu
DMC Plus kết nối với máy tính

Hình 4.16 Cảm biến tốc độ đo số
vòng quay của bánh đà và trục sơ
cấp hộp số

Hình 4.17 Cảm biến đo lực lắp trên
bàn đạp ly hợp

5.3.2 Quy trình thí nghiệm
Khi tiến hành thí nghiệm, người lái giữ bàn đạp ga để duy trì
vận tốc động cơ không đổi ở giá trị định trước. Ngắt ly hợp và chuyển
cần số vào vị trí tay số thí nghiệm, sau đó nhả bàn đạp với các tốc độ
khác nhau. Thí nghiệm được thực hiện ở tay số 1 và 2 với 3 chế độ tải
trọng của xe ô tô (không tải, 100% tải và 150% tải).
19


5.3.3 Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm đo được là giá trị mô men trên trục các đăng
(Nm), lực bàn đạp ly hợp (kG). Một số kết quả thí nghiệm được thể
hiện trong các hình dưới đây:
20

4000
Mcd (N.m)

0
F (kG)

2000
0

-40

0 2 4 6 8 10 12 14
bc (s)

-2000



Hình 4.20c Lực đạp bàn đạp ly hợp
(Số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s)
1.5
Kd

1.2
Kd

0.8
0.4

1
0.5
0
0.15

0.3

0.45
bc

0.25

0.6

Hình 4.21 Hệ số tải trọng động ở
tay số 1, xe không tải, ne = 1500v/p

0.35

0.45

bc (s)

Hình 4.22 Hệ số tải trọng động ở tay
số 1, xe không tải, ne = 2000 v/p

2

2
1.5

1

Kd

Kd

bc (s)

-60

Hình 4.20b Mô men trên trục các
đăng (Số 2, 150% tải, 2000v/p,
0,3s)

0
0.15

0 2 4 6 8 10 12 14
-20

1
0.5

0
0.25

0

0.45

0.2

bc (s)

Hình 4.23 Hệ số tải trọng động ở
tay số 1, xe đầy tải, ne = 2000 v/ph

0.3

0.4
bc

0.5

0.6

Hình 4.24 Hệ số tải trọng động ở tay
số 1, 150% tải, ne = 2000 v/p

20


2.8
Kd

2.6
2.4
2.2
2
0.2

0.3

τc

0.4

Hình 4.25 Hệ số tải trọng động ở tay số 2, 150% tải, ne = 2000 v/p

Trên hình 4.26 thể hiện kết quả thí nghiệm khởi hành xe ở tay
số 1 với 3 mức tải trọng khác nhau (không tải, 100% tải và 150% tải)
và vận tốc động cơ là 2000 v/ph.

Ko tải

100% tải

150% tải

Kd

2
1
0
0.15

0.25

0.35
bc (s)

0.45

0.55

Hình 4.26 Đồ thị hệ số tải trọng động phụ thuộc tải trọng của xe
(tay số 1, ne = 2000v/p)
Kết quả trên đồ thị thực nghiệm cho thấy:
- Hệ số tải trọng động kd tăng dần theo tốc độ đóng ly hợp;
- Hệ số tải trọng động kd tăng theo tải trọng.
Trên hình 4.27 mô tả đồ thị thí nghiệm thu được ở các tay số 1
và 2 trong cùng điều kiện thực hiện như nhau: 150% tải và vận tốc
động cơ là 2000 v/p.

21


Số 2

Số 1

3

Kd

2.5
2
1.5
1
0.2

0.25

0.3

0.35

τc (s)

0.4

0.45

0.5

Hình 4.27 Đồ thị so sánh hệ số tải trọng động
ở tay số 1 và tay số 2
Kết quả thí nghiệm cho thấy, trong cùng điều kiện thí nghiệm
như nhau, tải trọng động xuất hiện ở tay số 2 lớn hơn nhiều so với ở
tay số 1. Điều này hoàn toàn phù hợp với quy luật đã biết.
5.3.4 So sánh kết quả lý thuyết và thí nghiệm:
Để kiểm chứng mô hình nghiên cứu, NCS đã sử dụng mô hình
mô phỏng ở Chương 3 để tính toán theo điều kiện thí nghiệm, để có
thể so sánh, NCS đã sử dụng mô hình mô phỏng ở Chương 3 để tính
toán theo điều kiện thí nghiệm. Chế độ so sánh được lựa chọn là tay
số 2, ô tô chở 150% tải, vận tốc của động cơ khi khởi hành là 2000
v/ph. Khi thí nghiệm, để duy trì vận tốc động cơ ở 2000 v/ph, người
lái giữ bàn đạp ga ở mức 70%. Dựa trên đặc tính của cục bộ của động
cơ, tương ứng với độ mở bướm ga 70% ta có mô men xoắn cực đại là
200 Nm.
So sánh 2 kết quả ta thấy, quy luật biến thiên tải trọng động theo
tính toán lý thuyết và đo được bằng thực nghiệm là giống nhau. Sai
lệch lớn nhất giữa kết quả tính toán mô phỏng kết quả thí nghiệm là

8,06%. Với những giả thiết đã chấp nhận khi xây dựng mô hình mô
phỏng thì sai lệch này là có thể chấp nhận được.
Sự so sánh các kết quả lý thuyết và thực nghiệm cũng được thể
hiện bằng đồ thị trên hình 4.28.

22




Thí nghiệm

Mô phỏng

Kd

2.8
2.6
2.4
2.2
2
0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

τc (s)
Hình 4.28 So sánh kết quả lý thuyết và kết quả thí nghiệm
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Luận án đã sử dụng phương pháp mô phỏng và tính toán lý
thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng để nghiên cứu các chế độ
tải trọng nguy hiểm xuất hiện trong HTTL ô tô tải.
2. Trên cơ sở các thông số của xe tham khảo (LIFAN
3070G1), Luận án đã tính toán, xác định các tần số kích thích của động
cơ ở hai chế độ đặc trưng: 2000v/p (tương ứng với mô men xoắn cực
đại) và 2300v/p (tương ứng với suất tiêu hao nhiên liệu tối thiểu) và
đối chiếu với các tần số riêng của HTTL nhằm đánh giá khả năng cộng
hưởng ở các chế độ này. Trên cơ sở đó luận án xây dựng thuật toán
tính toán hiệu chỉnh các thông số kết cấu của hệ thống truyền lực nhằm
tránh cộng hưởng với dao động xoắn của động cơ. Thông số hiệu chỉnh
là độ cứng của khâu C1 trên sơ đồ mô phỏng (các lò xo giảm chấn).
3. Kết quả tính toán tải trọng cực đại có thể xảy ra trong HTTL
theo sơ đồ tính toán tối giản (một khâu đàn hồi) cho thấy, khi ô tô chở
đủ tải, hệ số tải trọng động có thể đạt tới 1,67 ở tay số 1, tăng dần theo
tay số và đạt tới 3,18 ở tay số cao nhất. Khi ô tô chở quá tải tới 150%,
hệ số tải trọng động ở tay số 1 tăng lên tới 2,079.
4. Luận án đã sử dụng phương pháp Sơ đồ mạng liên kết
(Bondgraph) để xây dựng mô hình mô phỏng HTTL và sử dụng phần
23