Nghiên cứu ảnh hưởng của quy luật điều khiển tỷ số truyền đến mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng HTTL tự động kiểu CVT

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
1. Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn trực
tiếp của PGS. Nguyễn Trọng Hoan.
2. Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đều đƣợc trích dẫn rõ ràng.
3. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối tôi xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE Ô TÔ SỬ DỤNG HTTL TỰ ĐÔNG KIỂU
VÔ CẤP CVT ............................................................................................................ 3
1.1 Lịch sử phát triển, chức năng, phân loại HTTL trên ô tô ................................ 3
1.1.1. Lịch sử phát triển .......................................................................................... 3
1.1.2. Chức năng của hệ thống truyền lực .............................................................. 5
1.1.3. Phân loại hệ thống truyền lực trên xe........................................................... 6
a. Phân loại theo vị trí lắp đặt động cơ .................................................................6
b. Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển hộp số................................................ 7
c. Phân loại theo cấp tỷ số truyền của HTTL ...................................................... 9
1.2. Hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp CVT ........................................................ 12
1.2.1. Những đặc trưng của truyền lực cơ khí vô cấp CVT ................................ 12
1.2.2. Phân loại hộp số CVT .............................................................................. 14
1.2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động truyền lực cơ khí vô cấp ....................... 15
1.2.4. Ưu- nhược điểm của HTTL dùng CVT ..................................................... 22
1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài. ........................................................................ 23
1.4. Mục tiêu, phạm vi, phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài ............ 27

1.4.1 Mục tiêu ..................................................................................................... 27
1.4.2 Phạm vi ...................................................................................................... 27
1.4.2 Phương pháp và nội dung nghiên cứu ...................................................... 27
CHƢƠNG 2: QUY LUẬT ĐIỀU KHIỂN TỶ SỐ TRUYỀN HỆ THỐNG TRUYỀN
LỰC CVT ................................................................................................................. 28
2.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực CVT ................................................... 28
2.1.1 Tỷ số truyền của HTTL thông thường. ...................................................... 28
2.1.2 Tỷ số truyền của của HTTL vô cấp (CVT) ................................................ 28


2.1.3 Phương pháp điều khiển tỷ số truyền CVT theo phương pháp tiêu hao
nhiên liệu tối thiểu .............................................................................................. 29
2.2 Hệ thống điều khiển CVT ............................................................................... 33
2.2.1. Nguyên lí chung ........................................................................................ 33
2.2.2. Hệ thống thủy lực ..................................................................................... 33
2.2.3. Hoạt động của hệ thống thủy lực ............................................................. 34
2.2.4. Hệ thống điện tử. ...................................................................................... 42
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU .......................................... 44
3.1. Phương pháp tính toán .................................................................................. 44
3.1.1 Đặc tính động cơ ....................................................................................... 44
3.1.2 Các công thức tính toán ............................................................................ 46
3.1.3 Trình tự tính toán ...................................................................................... 47
3.2 Kết quả tính toán trong 1 trƣờng hợp đƣờng cụ thể(đƣờng nhựa cứng, khô
phẳng với f=0,02)..................................................................................................52
3.2.1 Tính toán theo phương án tiêu hao nhiên liệu đảm bảo mức tiêu hao nhiên
liệu là nhỏ nhất. ..................................................................................................52
3.2.2. Tính toán theo phương án tiêu hao nhiên liệu để phát huy lực kéo tối đa
tại bánh xe. ......................................................................................................... 55
3.2.3 Tính toán theo phương án dung hòa( đảm bảo lực kéo và mức tiêu hao
nhiên liệu hợp lí) ................................................................................................ 57

3.2.4 Tổng kết, so sánh ba phương án tính toán điều khiển tỷ số truyền. ......... 58
3.3 Khảo sát mức tiêu thụ nhiên liệu trên một số loại đƣờng khác ...................... 59
3.3.1. Khảo sát sự thay đổi quy luật điều khiển tỷ số truyền trên loại đường bê
tông trung bình với hệ số cản lăn f= 0,01. ....................................................... 60
3.3.2 Khảo sát sự thay đổi quy luật điều khiển tỷ số truyền trên loại đường lát
đá tốt với hệ số cản lăn f= 0,035. ...................................................................... 63
KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 68


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Kí hiệu

Diễn giải

Đơn vị

ma

Khối lƣợng của xe

Cx

Hệ số cản không khí

A

Diện tích cản chính diện

m2

Memax

Mô men cực đại động cơ

Nm

Nemax

Công suất cực đại của động cơ

Kw

kg
Const

rbx

Bán kính bánh xe

m

ne

Vận tốc động cơ

V/p

V

Vận tốc của xe

Km/h

Ge

Lƣợng nhiên liệu cho 100km

Lít(l)

ρn

Khối lƣợng riêng của Xăng

Kg/l

iT

Tỉ số truyền của HTTL

f

Hệ số cản lăn

ρ

Mật độ không khí

Kg/m3

DANH MỤC BẢNG BIỂU
STT

NỘI DUNG

Bảng 3.1. Thông số xe tham khảo
Bảng 3.2 Công suất ứng với vận tốc vi tƣơng ứng
Bảng 3.3 Mô men động cơ tại vòng tua tƣơng ứng
Bảng 3.4 Các giá trị ge và Ge theo mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu
Bảng 3.5 Bảng tỷ số truyền HTTL theo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất
Bảng 3.6 Bảng suất tiêu hao nhiên liệu của HTTL để phát huy lực kéo tối đa.
Bảng 3.7 Bảng tỷ số truyền để phát huy lực kéo tối đa.
Bảng 3.8 Bảng suất tiêu hao nhiên liệu theo phƣơng án dung hòa.
Bảng 3.9 Bảng tỷ số truyền HTTL theo phƣơng án dung hòa
Bảng 3.10 Hệ số cản lăn f0 của các lại đƣờng
Bảng 3.11 Công suất theo vi trên đƣờng bê tông trung bình
Bảng 3.12 Mô men động cơ tại mỗi vóng tua tƣơng ứng
Bảng 3.13

Suất tiêu hao phƣơng án nhiên liệu nhỏ nhất trên đƣờng bê tông
trung bình

Bảng 3.14 Bảng suất tiêu hao nhiên liệu theo phƣơng án lực kéo tối đa.
Bảng 3.15 Bảng suất tiêu hao theo phƣơng án dung hòa.
Bảng 3.16 Tốc độ động cơ theo Nei tƣơng ứng trên đƣờng nhựa bê tông
Bảng 3.17 Tốc độ bánh xe với vi tƣơng ứng.
Bảng 3.18 Tỷ số truyền của các phƣơng án ĐK trên đƣờng nhựa Bê tông
Bảng 3.19 Công suất theo vận tốc vi trên đƣờng lát đá tống
Bảng 3.20 Mô men động cơ ứng với tốc độ vòng tua nei

Bảng 3.20 Ge theo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất trêm đƣờng lát đá tốt
Bảng 3.22 Gecho lực kéo phát huy tối ƣu
Bảng 3.23 Ge cho phƣơng án dung hòa công suất
Bảng 3.24 Tốc độ động cơ theo các phƣơng án lựa chọn
Bảng 3.25 Tốc độ bánh xe với vei tƣơng ứng
Bảng 3.26 Tỷ số truyền theo các phƣơng án lựa chọn.


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình vẽ

STT
Hình 1.1

Các kiểu hộp số theo vị trí lắp đặt trên xe

Hình 1.2

Sơ đồ bố trí các bộ phận của hộp số tự động

Hình 1.3

Sơ đồ hệ thống truyền lực trên ô tô.

Hình 1.4

Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp có bộ truyền đai

Hình 1.5

Hình ảnh cắt bổ cấu tạo của một hộp số CVT

Hình 1.6

Truyền động đặc trƣng của hộp số CVT

Hình 1.7

Sơ đồ nguyên lí các hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp

Hình 1.8

Các bộ truyền đai trong hộp số CVT

Hình 1.9

Sơ đồ nguyên lí hệ thống truyền lực vô cấp ô tô con

Hình 1.10

Cấu tạo bộ truyền đai điển hình trên CVT

Hình 1.11

Chế độ làm việc của cơ cấu hành tinh

Hình 1.12

Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp với cơ cấu hành tinh 2 dãy

Hình 1.13

Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp với cơ chế chia công suất

Hình 1.14

Truyền lực bằng các con lăn ( Toroidal CVT)

Hình 1.15

Đặc tính động cơ với các đƣờng đẳng suất tiêu hao nhiên liệu

Hình 1.16

Đặc tính của động cơ với hệ thống truyền lực vô cấp CVT

Hình 1.17

So sánh mức tiêu thụ nhiên liệu giữa hộp số MT và số CVT.

Hình 2.1

Đặc tính làm việc tối ƣu của động cơ

Hình 2.2

Quy luật điều khiển CVT

Hình 2.3

Hệ thống thủy lực điều khiển CVT

Hình 2.4

Sơ đồ hệ thống điều khiển tỷ số truyền CVT

Hình 2.5

Điều khiển giảm tỷ số truyền


Hình 2.6

Trạng thái quá độ trong quá trình điều khiển giảm tỷ số truyền.

Hình 2.7

Quá trình điều khiển tăng tỷ số truyền

Hình 2.8

Trạng thái quá độ của quá trình điều khiển tăng tỷ số truyền

Hình 2.9

Trạng thái kết thúc quá trình điều khiển tăng tỷ số truyền

Hình 2.10

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cơ điện tử CVT

Hình 3.1

Đặc tính của động cơ với hệ thống truyền lực vô cấp CVT
Đặc tính động cơ trong trƣờng hợp tính toán
cho suất nhiên liệu nhỏ nhất.

Hình 3.2

Hình 3.5

Đặc tính động cơ trong trƣờng hợp tính toán để phát huy lực kéo
tối đa.
Đặc tính động cơ trong trƣờng hợp tính toán phƣơng án dung hòa.
Đặc tính động cơ và công suất cản ở các vận tốc khác nhau

Hình 3.6

Suất tiêu hao nhiên liệu ở quy luật điều khiển là nhỏ nhất

Hình 3.7

Tỷ số truyền của HTTL theo quy luật nhiên liệu tối thiểu
Suất tiêu hao nhiên liệu để phát huy lực kéo tối đa

Hình 3.3
Hình 3.4

Hình 3.8
Hình 3.9

Hình 3.11

Đồ thị biểu diễn tỷ số truyền theo quy luật phát huy tối đa lực kéo
Đồ thị tính toán lƣợng nhiên liệu theo quy luật điều khiển dung
hòa
Biểu đồ điều khiển tỷ số truyền theo phƣơng pháp dung hòa

Hình 3.12

Mức tiêu thụ nhiên liệu ở quy luật điều khiển khác nhau

Hình 3.10

Hình 3.13

Tỷ số truyền của HTTL ở các chế độ điều khiển điều khiển khác
nhau

Hình 3.14

Mức tiêu thụ nhiên liệu khi xe chạy ở đƣờng nhựa bê tông

Hình 3.15

Tỷ số truyền của HTTL khi xe chạy trên đƣờng nhựa bê tông

Hình 3.16

Hình 3.17

Tiêu hao nhiên liệu của xe trong các trƣờng hợp khichạy
trên nền đất khô
Tỷ số truyền trong các trƣờng hợp khi xe chạy trên đƣờng đất
khô.


MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống hiện nay, ô tô đã trở thành phƣơng tiện giao thông không
thể thiếu, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế và phục vụ cho nhu cầu
thiết yếu của con ngƣời. Những thành tựu của KH&CN đang làm cho những chiếc ô
tô ngày càng hoàn thiện hơn. Ô tô hiện đại là cỗ máy cực kì phức tạp, tích hợp
những công nghệ mới nhất của nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ cơ khí , thủy lực, điện
tử , kĩ thuật điều khiển, công nghệ thông tin.... Vì vậy, hệ thống điều khiển trung
tâm của ô tô ngày nay có cấu trúc nhƣ một máy tính điện tử. Nó kiểm soát và chỉ
huy toàn bộ hoạt động của tất cả các bộ phận trên xe, từ động cơ đến hệ thống
truyền lực, hệ thống lái, hệ thống phanh...
Tƣơng tự nhƣ phần điều khiển động cơ tự động, hộp số tự động cũng đƣợc
sử dụng ngày càng phổ biến trên ô tô, đặc biệt trên ô tô con. Hệ thống điều khiển
hộp số tự động là một hệ thống cơ điện tử phức tạp, nó tự cảm nhận thời điểm cần
chuyển số và thực hiện quá trình sang số mà không có sự can thiệp của ngƣời lái.
Cùng với sự phát triển chung của ô tô, hộp số tự động liên tục đƣợc hoàn thiện để
đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao đối với các phƣơng tiện giao thông hiện đại.
Hộp số vô cấp CVT không phải là khái niệm mới mẻ trên thế giới, thậm chí
Leonardo da Vinci đã phác thảo ra mô hình này từ hơn 500 năm trƣớc, nhƣng đến
năm 1987 mới đƣợc Subaru tung ra thị trƣờng, đó là chiếc Subaru Justy, sau đó một
số nhà sản xuất ô tô khác nhƣ Audi, GM, Nissan, Mitsubishi… cũng đƣa loại hộp số
này lên những chiếc xe của mình.
Khác với hộp số tự động AT, CVT không sử dụng bánh răng để thay đổi hệ
số truyền động lực mà sử dụng 2 pu-li (ròng rọc thông minh có thể thay đổi đƣờng

kính) đƣợc kết nối bằng dây cu roa (đai truyền). Việc sử dụng pu-li giúp cho CVT
thay đổi tỷ lệ truyền động lực của trục dẫn động đầu vào (từ động cơ) và đầu ra
(trục truyền động chính) một cách liên tục.
Cũng chính nhờ những tính năng ƣu việt của CVT so với các dạng hệ thống
truyền lực khác: điều khiển thuận lợi hơn so với hộp số cơ khí và tiết kiệm nhiên
liệu hơn so với hộp số tự động truyền thống(có biến mô thủy lực).

1


Do sự phát triển nhanh chóng của KHKT cùng những vấn đề nóng về môi
trƣờng toàn cầu, sự khan hiếm nguồn nhiên liệu mới, trong khi nguồn nhiên liệu cũ
lại cạn kiệt. Nền công nghiệp ô tô thế giới nói chung, cũng nhƣ ô tô Việt Nam nói
riêng cũng rơi vào hoàn cảnh khó khăn về nhiên liệu. Do tỷ số truyền của CVT biến
thiên liên tục trong khoảng rộng nên việc nghiên cứu khả năng điều khiển nó kết
hợp với động cơ đốt trong nhằm giảm tối đa mức tiêu thụ nhiên liệu và ô nhiễm môi
trƣờng vẫn đang là một hƣớng nghiên cứu mở, thu hút sự quan tâm ngày càng cao
của các nhà khoa học và của các hãng sản xuất ô tô trên thế giới.
Luận văn này với nội dung : “Nghiên cứu ảnh hưởng của quy luật điều
khiển tỷ số truyền đến mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô sử dụng HTTL tự động
kiểu CVT” trình bày phƣơng pháp tính toán,đƣa ra kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng
của quy luật điều khiển CVT tới mức tiêu thụ nhiên liệu trên ô tô con để có những
cải thiện tích cực hơn cho vấn đề nhiên liệu và môi trƣờng nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc
công suất của động cơ trên xe.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE Ô TÔ SỬ DỤNG HTTL TỰ ĐÔNG
KIỂU VÔ CẤP CVT

1.1 Lịch sử phát triển, chức năng, phân loại HTTL trên ô tô
1.1.1 Lịch sử phát triển
Trên các ô tô đã và đang đƣợc sử dụng hiện nay, hệ thống truyền lực là bộ
phận quan trọng của ô tô, nó có chức năng chính là biến đổi mô men và tốc độ của
động cơ truyền tới bánh xe chủ động sao cho phù hợp với điều kiện chuyển động.
Trong lịch sử phát triển của mình, hệ thống truyền lực ngày càng đƣợc hoàn thiện
hơn nhằm nâng cao hiệu suất, tính tiện lợi sử dụng và hiệu quả hoạt động của động
cơ.
Bộ phận cơ bản trong hệ thống truyền lực là hộp số với các bánh răng đã
đƣợc con ngƣời sử dụng từ hơn 1000 năm nay để giảm nhẹ sức lao động cho con
ngƣời và súc vật. Những thiết kế bánh răng đầu tiên xuất hiện từ thời trung cổ với
nguồn động lực thời bấy giờ chính là con ngƣời hoặc súc vật.Những nội dung dƣới
đây, ta sẽ đi vào tìm hiểu sâu hơn về hộp số trong hệ thống truyền lực của ô tô.
Những chiếc ô tô đầu tiên xuất hiện vào cuối thế kỷ thứ 19 với các hộp số
kiểu bánh răng, điều khiển bằng tay. Tuy nhiên, ô tô chỉ bắt đầu đƣợc sản xuất hàng
loạt vào khoảng những năm 1925 trở lại đây. Từ đó đến nay, hộp số và hệ thống
truyền lực của ô tô ngày nay càng đƣợc hoàn thiện hơn. Trong lịch sử phát triển của
mình, hệ thống truyền lực với hộp số đƣợc phát triển theo những hƣớng chính nhƣ
sau:
a) Hộp số cơ khí có cấp;
b) Hộp số tự động;
c) Hộp số truyền lực vô cấp;
d) Hệ thống truyền lực Hybrid;
Hộp số cơ khí có cấp xuất hiện cùng với những chiếc ô tô đầu tiên và nó
cũng bắt đầu phát triển mạnh từ những năm 20 của thế kỷ trƣớc. Những cái tiến kỹ
thuật đối với hộp số cơ khí chủ yếu nhằm vào việc cải thiện quá trình chuyển số.

3

Lịch sử phát triển và hoàn thiện hộp số cơ khí có thể đƣợc chia làm bốn giai
đoạn. Trong giai đoạn đầu, các hộp số đƣợc chế tạo với các bánh răng di trƣợt. Để
gài một số nào đó ngƣời ta trƣợt một bánh răng dọc trục để nó ăn khớp với các bánh
răng cùng cặp. Cách gài số này thƣờng gây nên va đập giữa các bánh răng, tạo tiếng
ồn, khó vào số và dễ gây hỏng răng.
Vì vậy, ở giai đoạn thứ hai các hộp số đƣợc thiết kế với các cặp bánh răng
luôn ăn khớp, việc gài số đƣợc thực hiện nhờ các khớp răng.
Tiến bộ vƣợt bậc của các hộp số trong giai đoạn thứ ba là việc sử dụng các
khớp gài có đồng tốc, nhờ đó quá trình gài số đƣợc êm dịu và dễ dàng hơn, giảm tối
đa tải trọng động tác dụng lên hộp số và hệ thống truyền lực.
Giai đoạn phát triển cuối cùng đối với hộp số cơ khí đƣợc tập trung vào việc
tự động hóa quá trình chuyển số. Việc tự động hóa có thể là từng phần hoặc toàn
phần theo trƣờng hợp cụ thể.
Trên thực tế, để thực hiện quá trình chuyển số, cần phải thực hiện các thao
tác cơ bản sau: ngắt ly hợp, gài số, đóng ly hợp. Nhƣ vậy, để chuyển số cần thực
hiện hai tác động điều khiển: điều khiển ly hợp và điều khiển cơ cấu gài số. Việc tự
động hóa quá trình chuyển số có thể chỉ bao gồm một trong hai thao tác trên (tự
động hóa một phần) hoặc tự động hóa cả hai (tự động hóa toàn phần).
Hộp số tự động đầu tiên đƣợc sản xuất hàng loạt là hộp số Hydramatic của
General Motors. Sau chiến tranh Thế giới thứ hai, việc sản xuất hộp số tự động của
ô tô đã phát triển mạnh tại Mỹ. Trong khi đó, ở châu Âu hộp số tự động cho ô tô
con chỉ chiếm thị phần khoảng 13%. Sau những năm 1950, hộp số tự động mới thực
sự phát triển ở Châu Âu. Cho tới nay hộp số tự động đang dần thay thế hộp số cơ
khí thƣờng trên các loại ô tô con và có thể khẳng định, trong tƣơng lai sẽ không còn
các loại ô tô con với hộp số cơ khí điều khiển bằng tay nữa. Sự tiến bộ của hộp số tự
động trong những năm đầu tiên đƣợc điều khiển chủ yếu bằng thủy lực thì các hộp
số hiện đại ngày nay đƣợc điều khiển bằng hệ thống điện tử nhằm tối ƣu hóa thời
điểm sang số. Tiêu chí tối ƣu ở đây chính là mức tiêu hao nhiên liệu thấp nhất và
lƣợng khí xả độc hại la nhỏ nhất. Xu hƣớng tăng cấp số cho hộp số tự động cũng

4


đƣợc các nhà sản xuất ô tô quan tâm ngày càng nhiều hơn. Đây là một giải pháp kỹ
thuật nhằm khắc phục nhƣợc điểm cố hữu của ô tô có trang bị hộp số tự động là tiêu
thụ nhiều nhiên liệu hơn so với ô tô có hộp số thƣờng. Tuy nhiên, hộp số này cũng
đƣợc dự báo là đạt tới giới hạn của số cấp trong hộp số tự động của ô tô con, nghĩa
là việc tiếp tục tăng số cấp cho hộp số ô tô con sẽ không còn hiệu quả nữa. Vì, nếu
tiếp tục tăng số cấp thì hộp số sẽ trở nên quá phức tạp và đắt tiền mà mức cải thiện
về tiêu thụ nhiên liệu không thể bù lại đƣợc.
Ngày nay, hộp số tự động trở nên phổ biến trên ô tô con, nhƣng lại không
đƣợc sử dụng nhiều trên ô tô tải vì lý do kinh tế. Trên các ô tô tải trọng lớn chỉ có
xe buýt là đƣợc trang bị hộp số tự động một cách tƣơng đối rộng rãi do điều kiện
chuyển động trong thành phố ngày càng khó khăn hơn, đòi hỏi phải tạo điều kiện
làm việc tốt nhất cho ngƣời lái.
Nhƣ vậy, hộp số cơ khí truyền thống về bản chất là hộp giảm tốc nhiều cấp
đã đƣợc hiện đại hóa qua nhiều thế hệ và hiện nay vẫn tiếp tục đƣợc sử dụng rông
rãi trên các loại ô tô thƣơng mại. Ngoài ra, các bộ biến đổi mô men vô cấp (thủy
lực, cơ khí) đang đƣợc sử dụng ngày càng nhiều hơn, đặc biệt là trên các ô tô con.
Trong những trƣờng hợp này , khái niệm hộp số không còn tồn tại, chức năng thay
đổi tỷ số truyền do một bộ biến đổi vô cấp đảm nhiệm và nó đƣợc thay đổi một cách
liên tục chứ không theo các cấp số xác định. Tất cả các dạng truyền lực trên đây đều
đang đƣợc nghiên cứu phát triển và hiện đại hóa nhằm đạt đƣợc những mục đích cơ
bản sau:
- Nâng cao tính tiện nghi điều khiển;
- Tăng độ êm dịu khi chuyển số, giảm tải trọng động;
- Phối hợp hoạt động hiệu quả nhất với động cơ đốt trong;
- Nâng cao hiệu suất, giảm mức tiêu hao nhiên liệu;
- Giảm ô nhiễm môi trƣờng.
1.1.2. Chức năng của hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực với vai trò là bộ phận trung chuyển công suất từ động cơ
tới các bánh xe chủ động, hệ thống truyền lực đảm bảo các chức năng cụ thể sau:

5


- Giúp ô tô khởi hành từ trạng thái đứng yên , vì động cơ đốt trong chỉ có thể
làm việc trong một dải tốc độ nhất định. Nó không thể tăng tốc từ vận tốc bằng 0.
Vì vậy, hệ thống truyền lực phải có cơ cấu cho phép ô tô khỏi hành từ trạng thái
tĩnh
- Tăng mô men của động cơ để tạo đƣợc mô men (lực kéo) tại bánh xe đủ lớn
trong những trƣờng hợp cần thiết. Động cơ đốt trong thƣờng có mô men xoắn
không lớn, nếu truyền trực tiếp ra bánh xe thì nó không đủ để khắc phục điều kiện
cản chyển động khi xe khởi hành, tăng tốc hoặc chuyển động trên đƣờng xấu, có độ
dốc lớn.Vì vậy hệ thống truyền lực phải có chức năng tăng mô men cho động cơ.
Hệ số mô men chính là tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
-Thay đổi tỷ số truyền để có đƣợc lực kéo và vận tốc tại bánh xe thay đổi
trong dải rộng đáp ứng mọi điều kiện hoạt động của ô tô khi chuyển động trên các
loại đƣờng khác nhau. Chức năng này khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của động cơ đốt
trong là thíc ứng rất hạn chế, nghĩa là vùng thay đổi mô men của nó rất hẹp.
- Đảo chiều chuyển động trong hệ thống truyền lực để tạo ra số lùi. Động cơ
đốt trong chỉ có thể quay đƣợc một chiều, nên muốn xe đi lùi đƣợc, thì phải có cơ
cấu đảo chiều trong trong hệ thống truyền lực.
- Ngắt dòng công suất từ động cơ xuống các bánh xe chủ động để dừng xe
mà không cần tắt động cơ. Việc khởi động động cơ đốt trong khá phức tạp, nên
ngƣời ta chỉ cần tắt nó khi cần thiết. Vì vậy, hệ thống truyền lực cần phải có cơ cấu
ngắt dòng công suất từ động cơ xuống bánh xe chủ động để dừng xe mà không cần
tắt máy. Chức năng này có thể thực hiện nhờ bộ ly hợp hoặc số “0” trong hệ thống.
1.1.3. Phân loại hệ thống truyền lực trên xe.
a. Phân loại theo vị trí lắp đặt động cơ

Các hộp số tự động có thể đƣợc chia thành 2 loại chính, đó là các hộp số
đƣợc sử dụng trong các xe FF (động cơ ở phía trƣớc, dẫn động bánh trƣớc) và các
xe FR (động cơ ở phía trƣớc, dẫn động bánh sau).

6


Các hộp số của xe FF có một bộ dẫn động cuối cùng đƣợc lắp bên trong, còn
các hộp số của xe FR thì có bộ dẫn động cuối cùng (vi sai) lắp bên ngoài. Loại hộp
số tự động dùng trong xe FR đƣợc gọi là hộp truyền động.
Trong hộp số tự động đặt ngang, hộp truyền động và bộ dẫn động cuối cùng
đƣợc bố trí trong cùng một vỏ hộp. Bộ dẫn động cuối cùng gồm một cặp bánh răng
giảm tốc (bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn), và các bánh răng vi sai.

Hình 1.1 : Các kiểu hộp số theo vị trí lắp đặt trên xe.

b. Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển hộp số
*) Hộp số điều khiển điện tử (ECT)
- Bộ biến mô: Để truyền và khuyếch đại mômen do động cơ sinh ra
- Bộ truyền bánh răng hành tinh: Để chuyển số khi giảm tốc, đảo chiều, tăng
tốc, và vị trí số trung gian.

7


- Bộ điều khiển thuỷ lực: Để điều khiển áp suất thuỷ lực sao cho bộ biến mô
và bộ truyền bánh răng hành tinh hoạt động êm.
- ECU động cơ và ECT: Để điều khiển các van điện từ và bộ điều khiển thuỷ
lực nhằm tạo ra điều kiện chạy xe tối ƣu.
Hộp số này sử dụng áp suất thuỷ lực để tự động chuyển số theo các tín hiệu

điều khiển của ECU. ECU điều khiển các van điện từ theo tình trạng của động cơ và
của xe do các bộ cảm biến xác định, do đó điều khiển áp suất thuỷ lực.

Hình 1.2. Sơ đồ bố trí các bộ phận của hộp số tự động
*)Hộp số tự động thuần thuỷ lực:
Kết cấu của một hộp số tự động thuần thuỷ lực về cơ bản cũng tƣơng tự nhƣ
của ECT. Tuy nhiên, hộp số này điều khiển chuyển số bằng cơ học bằng cách phát
hiện tốc độ xe bằng thuỷ lực thông qua van điều tốc và phát hiện độ mở bàn đạp ga
từ bƣớm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bƣớm ga.

8


c. Phân loại theo cấp tỷ số truyền của HTTL
*) Hệ thống truyền lực cơ khí có cấp
Hệ thống truyền lực (HTTL) cơ khí có cấp là HTTL truyền thống, đƣợc sử
dụng trên những ô tô đầu tiên trong lịch sử và vẫn tiếp tục đƣợc sử dụng rộng rãi
trên các loại ô tô hiện đại nhờ có ƣu điểm là đơn giản và hiệu suất cao.
Hệ thống truyền lực cơ khí có các bộ phận cơ bản nhƣ sơ đồ dƣới đây:

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống truyền lực trên ô tô.
1. Động cơ

2. Ly hợp 3. Hộp số 4. Các đăng 5. Cầu chủ động

Ly hợp(2) là bộ phận có nhiệm vụ truyền, đồng thời ngắt nối đƣờng truyền
công suất từ động cơ tới hệ thống truyền lực. Hiện nay, trên các loại ô tô sử dụng
chủ yếu ly hợp ma sát cho hệ thống truyền lực cơ khí và ly hợp thủy lực (hoặc biến
mô thủy lực) cho hộp số thủy cơ
Hộp số(3) là bộ phận đảm nhiệm chức năng thay đổi tỷ số truyền trong hệ

thống truyền lực. Trong đại đa số trƣờng hợp, hộp số sử dụng trên ô tô hiện nay
kiểu bánh răng. Việc thay đổi tỷ số truyền đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi đƣờng
truyền công suất các bộ bánh răng.
Truyền động các đăng(4) đảm bảo việc kết nối trục ra của hộp số với trục
vào cầu chủ động trong trƣờng hợp động cơ đặt xa cầu chủ động và hai trục cần liên
kết không đồng trục với nhau. Trên ô tô con dẫn động cầu trƣớc với động cơ đặt ở

9


phía đầu xe thì không có truyền động các đăng do toàn bộ hệ thống truyền lực đƣợc
bố trí cùng một khối.
Cầu chủ động(5) là bộ phận cuối cùng trong hệ thống truyền lực, nó truyền
mô men tới các bánh xe chủ động thƣờng có ba bộ phận chính: truyền lực chính, vi
sai, các bán trục. Truyền lực chính về bản chất là bộ phận giảm tốc, có nhiệm vụ
tăng tỷ số truyền cho hệ thống truyền lực. Bộ vi sai đƣợc đặt giữa hai bán trục, nhờ
nó mà các bán trục có thể quay với các vận tốc khác nhau khi ô tô quay vòng hoặc
chuyển động trên mặt đƣờng gồ ghề. Các bán trục có nhiệm vụ truyền mô men tới
các bánh xe chủ động. Đối với các loại ô tô đƣợc thiết kế để vận hành trong điều
kiện đƣờng xá xấu hoặc khắc nghiệt, ngƣời ta sử dụng HTTL với nhiều cầu chủ
động.
*) Hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp
Hệ thống truyền lực vô cấp ( Continously Variable Transmission, viết tắt là
CVT) có đặc điểm là tỷ số truyền thay đổi liên tục trong vùng biến thiên của nó.
CVT không có các cấp số xác định nhƣ hệ thống truyền lực có cấp.
Sơ đồ dƣới đây là đại diện điển hình của loại truyền lực cơ khí vô cấp. Trong
đó truyền lực bằng thủy lực là dạng truyền lực vô cấp đƣợc sử dụng nhiều hơn cả
trên ô tô hiện nay. Đặc trƣng là loại có biến mô thủy lực. So với HTTL truyền thống
ở mục 1.1.3.c ta có thể thấy ngay sự khác biệt duy nhất là thay cho ly hợp ma sát là
biến mô thủy lực

Trong HTTL này, biến mô thủy lực không chỉ đóng vai trò đơn thuần là bộ
phận ngắt nối dòng công suất nhƣ ly hợp ma sát trong HTTL cơ khí mà nó còn đảm
nhận thêm một chức năng của hộp số, đó là biến đổi mô men. Thực chất biến mô
thủy lực là một bộ truyền thủy động

10


Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống truyền lực vô cấp có bộ truyền đai
1- Động cơ

2-Biến mô thủy lực 3- Bộ giảm tốc dây đai và bánh răng.
4 Truyền động các đăng

5. Cầu chủ động

Hệ thống truyền động vô cấp thực hiện việc truyền mô men thông qua ma
sát. Bộ biến đổi mô men vô cấp CVT đóng vai trò tƣơng tự nhƣ hộp số truyền lực
truyền thống, nên trong tài liệu chuyên môn, đôi khi ngƣời ta gọi nó là hộp số vô
cấp. Tuy nhiên cách gọi này cũng không thật chuẩn xác vì CVT không có cấp số
hay nói cách khác là nó vô số cấp.
Các bộ biến đổi mô men vô cấp cơ khí có khả năng cung cấp vùng biến thiên
tỷ số truyền (hệ số Kt) đủ lớn để đảm bảo đáp ứng mọi điều kiện vận hành của ô tô .
Tuy nhiên tỷ số truyền lớn nhất của chúng lại không đáp ứng đƣợc yêu cầu về lực
kéo tối đa tại các bánh xe chủ động, nên bộ truyền này thƣờng đƣợc sử dụng cùng
một bộ giảm tốc cơ khí. Nguyên lí chung, cấu tạo cụ thể cùng phƣơng pháp hoạt
động chúng ta sẽ tìm hiểu trong mục 1.3 của chƣơng I.

11

1.2. Hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp CVT
1.2.1. Những đặc trƣng của truyền lực cơ khí vô cấp CVT

Hình 1.5. Hình ảnh cắt bổ cấu tạo của một hộp số CVT
Hệ thống truyền lực vô cấp CVT có đặc điểm là tỷ số truyền thay đổi liên tục
trong vùng biến thiên của nó. Các cấp số của HTTL không xác định nhƣ hệ thống
truyền lực có cấp. Nói cách khác là hệ thống truyền lực này là vô số tỷ số truyền.

Hình 1.6. Truyền động đặc trƣng của hộp số CVT
Hệ thống truyền lực vô cấp đƣợc sử dụng trên ô tô hiện nay tƣơng đối đa
dạng. Có thể phân loại chúng thành những nhóm sau:
12


- Truyền lực cơ khí
- Truyền lực thủy lực
- Truyền lực điện ( chủ yếu trên các ô tô Hybrid).

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lí các hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp
a. Sơ đồ nguyên lí truyền lực ma sát ; b. Truyền lực tiếp xúc nhiều điểm; c.
Truyền lực đai; d. Truyền lực bằng các con lăn (Toroidal CVT)
Nguyên lí chung của truyền lực vô cấp bằng ma sát đƣợc thể hiện trên hình:
mô men đƣợc truyền từ đĩa chủ động 1 sang đĩa bị động 2 nhờ lực ma sát tại điểm
tiếp xúc giữa hai đĩa. Trong trƣờng hợp này, bán kính làm việc đƣợc tính từ điểm
tiếp xúc đến trục quay của các đĩa. Nhƣ vậy, tỷ số truyền đƣợc tính nhƣ sau:
i=
có thể thay đổi một cách liên tục trong vùng điều chỉnh.

13

Sơ đồ cho thấy, bán kính làm việc của đĩa chủ động r1 không thay đổi trong
mọi điều kiện. Để thay đổi tỷ số truyền, ngƣời ta thay đổi r2 bằng cách trƣợt đĩa chủ
động dọc theo trục 3 của nó. Nhƣ vậy, tỷ số truyền i thay đổi liên tục theo r2.
Nhƣợc điểm lớn nhất của dạng truyền lực bằng ma sát là công suất truyền bị
giới hạn do hiện tƣợng trƣợt mà hệ quả của nó là tăng tổn hao năng lƣợng và giảm
tuổi thọ của các bộ phận ma sát. Trên ô tô sử dụng chủ yếu dạng truyền lực ma sát
bằng dây đai.
1.2.2. Phân loại hộp số CVT
a. Phân loại hộp số vô cấp dùng cho ô tô được chia theo phương pháp biến
đổi năng lượng truyền – Bộ biến đổi mô men:
- Bộ biến đổi mô men thủy lực
o Dạng Thuỷ Tĩnh.
o Dạng thuỷ động
- Bộ biến đổi mô men cơ khí
o Bộ truyền đai cao su, đai kim loại,bánh ma sát.
o Bộ truyền con lăn
- Dạng truyền động điện.
- Dạng kết hợp với bộ truyền đai,truyền động kết hợp cơ khí thuỷ lực.
b. Phân loại CVT cách sử dụng bộ truyền đai
Sự phát triển của các loại đai dùng trong CVT bắt đầu với loại đai cao su.
Loại đai này hiện nay vẫn đang đƣợc sử dụng và nghiên cứu phát triển. Tuy nhiên
nó không thích hợp để ứng dụng trên ô tô vì giới hạn về khả năng truyền mô men.
Nhƣng lại có một lợi thế hệ số ma sát giữa dây đai và bánh đai lớn vì vậy mà chỉ
cần tới lực kẹp nhỏ và nhẹ hơn nhiều. Điều này rất có lợi khi lƣợng momen cần
truyền nhỏ và đƣợc áp dụng trên xe máy và ô tô loại nhỏ. Ngày nay, với sự xuất
hiện của đai xích và đặc biệt dây đai thép Van Doorne, hiệu suất của CVT đã đƣợc
nâng lên cao hơn, vận hành êm ái hơn nhiều so với đai cao su.

14


a

b

c.
Hình 1.8.Các bộ truyền đai trong hộp số CVT
a. Đai cao su

b. Đai xích c. Đai thép VanDoorn

1.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động truyền lực cơ khí vô cấp
Đối với hệ thống truyền lực có cấp, chế độ làm việc của động cơ đốt trong
phụ thuộc vào điều kiện chuyển động, cấp số đƣợc chọn và mức ga của ngƣời lái.
Do số cấp số có hạn nên, trong nhiều trƣờng hợp , động cơ phải hoạt động ở chế độ
bất lợi( suất tiêu hao nhiên liệu cao). Hệ thống truyền lực vô cấp khắc phục đƣợc
nhƣợc điểm trên, nó tạo ra điều kiện cho động cơ có thể tìm thấy điểm làm việc tối
ƣu trong mọi điều kiện chuyển động của ô tô.

15


Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lí hệ thống truyền lực vô cấp ô tô con
Hiện nay, trên ô tô và các phƣơng tiện tự hành khác, ngƣời ta vẫn sử dụng
nhiều dạng hệ thống truyền lực vô cấp khác nhau. Tuy nhiên , phổ biến hơn cả vẫn
là biến mô thủy lực. Dạng truyền lực thứ hai đang đƣợc sử dụng ngày càng nhiều
hơn trên ô tô chính là bộ truyền đai có khả năng thay đổi bán kính làm việc của các
puli để thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục.

Bản thân bộ truyền đai không thể đảm nhận hết đƣợc các chức năng của hệ
thống truyền lực, nên nó phải đƣợc kết hợp với một số bộ phận khác để tạo thành
một hệ thống truyền lực hoàn chỉnh, đáp ứng mọi yêu cầu hoạt động của ô tô.

16


Hình 1.10. Cấu tạo một bộ truyền đai điển hình trên CVT
Hệ thống gồm những bộ phận chức năng sau :
- Bộ phận biến đổi mô men( Biến mô thủy lực, bộ giảm tốc, bộ truyền đai)
- Bộ phận ngắt , nối đƣờng truyền( ly hợp, cơ cấu hành tinh)
- Bộ phận đảo chiều
Bộ truyền đai đảm nhận chức năng biến đổi mô men, nhƣng nó chỉ có thể tạo
ra tỷ số truyền tối đa khoảng 6-6,5 nên không thể đáp ứng đƣợc yêu cầu chung đối
với hệ thống truyền lực. Thông thƣờng, bộ truyền lực chính trong cầu chủ động bổ
sung thêm phần tỷ số truyền còn thiếu cho hệ thống truyền lực. Tuy nhiên, để giảm
tải trọng động trong hệ thống truyền lực, ngƣời ta có thể sử dụng thêm một biến mô
thủy lực.
Bộ phận cắt, nối đƣờng truyền công suất có thể là một ly hợp ma sát khô
truyền thống. Tuy nhiên, để thuận lợi cho việc tự động hoá cho quá trình điều khiển,
giải pháp hiệu quả hơn là sử dụng bộ truyền hành tinh nhƣ thể hiện ở hình 1.11.
Cơ cấu đảo chiều chuyển động trong hệ thống truyền lực đai vô cấp thƣờng
là cơ cấu hành tinh.

17


Sơ đồ nguyên lí hoạt động của một hệ thống truyền lực đai vô cấp đƣợc mô
tả trên hình 1.9. Công suất từ động cơ đốt trong đƣợc truyền vào trục bánh bơm của
biến mô thủy lực. Trục ra của biến mô nối với bánh răng bao của cơ cấu hành

tinh(CCHT).
Để điều khiển dòng công suất, trong sơ đồ sử dụng cơ cấu hành tinh đơn giản
3 khâu với một ly hợp khóa cơ cấu và một phanh dừng cần dẫn. Cơ cấu hành tinh có
3 trạng thái làm việc:
a) Trạng thái ngắt đƣờng truyền công suất: Ly hợp khóa CCHT và phanh tạo
số lùi đều mở, các trục của cơ cấu hành tinh quay tự do (hình 1.11 a). Trạng thái
này tƣơng ứng với vị trí của cần số ở các số P và N, mô men ở trục ra của CCHT
bằng 0.
b) Trạng thái truyền mô men theo chiều thuận: ly hợp khóa CCHT đóng,
phanh tạo ra số lùi mở(hình 1.11b). Lúc này, cơ cấu hành tinh bị khóa cứng, trục
vào và trục ra của nó quay cùng một tốc độ và cùng chiều quay. Mô men đƣợc
truyền qua CCHT với tỷ số truyền bằng 1. Trạng thái lúc này tƣơng ứng với vị trí D
của cần số.
c) Trạng thái truyền mô men, đảo chiều quay: ly hợp khóa cơ cấu hành tinh
CCHT mở, phanh tạo số lùi đóng. Lúc này, mô men truyền từ bánh răng bao của
CCHT qua các bánh răng hành tinh tới bánh răng mặt trời và đi sang puli chủ động.
Do cần dẫn bị phanh lại nên bánh răng mặt trời sẽ quay ngƣợc chiều với bánh răng
bao làm cho ô tô chuyển động lùi. Trạng thái này tƣơng ứng với vị trí R của cần số.
Trên hình vẽ thể hiện 1.11c, đƣờng truyền công suất đƣợc mô tả bằng nét
đậm đi theo chiều mũi tên.

18