(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------------------

ĐÀM HỮU VŨ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC Ơ TƠ
VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ KIỂU LY HỢP KÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên - Năm 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Đàm Hữu Vũ, học viên lớp cao học K20 chuyên ngành Kỹ thuật Cơ
khí động lực. Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy
cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của TS. Nguyễn Khắc Tuân, thầy giáo hướng
dẫn tốt nghiệp đến nay tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học.
Tơi đã quyết định chọn dề tài “ Nghiên cứu đặc tính động lực học ơ tơ với
hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép”
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân và chỉ tham khảo các tài liệu

đã được liệt kê. Tôi không sao chép cơng trình và của cá nhân nào khác dưới bất
cứ hình thức nào.
Nếu sai tơi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quay định.
Người thực hiện

Đàm Hữu Vũ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




iii

LỜI CẢM ƠN
Có được kết quả này, tơi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.
Nguyễn Khắc Tn, người đã tận tình hướng dẫn tơi trong suốt q trình nghiên
cứu và hồn thành luận văn này.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối Ban lãnh đạo và phịng Đào tạo của trường
Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn
thành bài luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa kỹ thuật ô tô và máy
động lực trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn
này.
Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhưng do năng lực bản thân cịn nhiều hạn
chế nên luận văn không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận được sự
đóng góp ý kiến của các thầy, cô các nhà khoa học và đồng nghiệp.

Tác giả

Đàm Hữu Vũ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... iii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. x
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................... xi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1
2. Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài .................................. 2
2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài ................................................................ 2
2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ......................................... 2
2.3 Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 2
2.4 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 2
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................... 4
1.1 Tổng quan về hệ thống truyền lực ............................................................... 4
1.2 Tổng quan các hộp số trên ô tô .................................................................... 5
1.2.1 Hộp số thường (MT) .............................................................................. 5
1.2.2 Hộp số tự động (AT) .............................................................................. 7

1.2.3 Hộp số vô cấp (CVT) ............................................................................. 9
1.3 Tổng quan hộp số ly hợp kép (DCT) ......................................................... 11
1.3.1 Giới thiệu ............................................................................................. 11
1.3.2 Phân loại hộp số DCT ......................................................................... 13
1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước ......................................................... 19
1.4.1 Các nghiên cứu trong nước .................................................................. 19
1.4.2 Các nghiên cứu ngoài nước ................................................................. 21
1.5 Kết luận chương 1 ...................................................................................... 22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




v

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................ 24
2.1 Cấu tạo của hệ thống truyền lực cơ khí với ly hợp kép ............................. 24
2.1.1 Cấu tạo và hoạt động............................................................................ 24
2.1.2 Điều khiển hệ thống truyền lực với ly hợp kép ................................... 29
2.2. Mô phỏng ô tô trang bị hệ thống truyền lực kiểu ly hợp kép ................... 32
2.2.1. Phương pháp mô phỏng ...................................................................... 32
2.2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân
liên kết giữa các vật trong hệ ..................................................................... 33
2.2.1.2 Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết ........ 34
2.2.2 Mô phỏng hệ thống truyền lực ơ tơ kiểu cơ khí với ly hợp kép bằng
phương pháp thứ nhất ................................................................................... 35
2.2.2.1 Mơ hình động cơ đốt trong ............................................................ 36
2.2.2.2 Mơ hình hộp số ly hợp kép ............................................................ 36
2.2.2.3 Mơ hình thân xe ............................................................................. 38

2.2.3 Mô phỏng hệ thống truyền lực ô tô bằng phương pháp thứ hai .......... 39
2.3 Kết luận chương 2 ...................................................................................... 43
Chương 3. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ VỚI HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ KIỂU LY HỢP KÉP ................................... 45
3.1 Xây dựng mơ hình nghiên cứu ................................................................... 45
3.1.1. Mơ hình động cơ ................................................................................. 45
3.1.2 Mơ hình hộp số .................................................................................... 46
3.1.3 Mơ hình khối điều khiển hộp số .......................................................... 48
3.1.4. Mơ hình lốp ......................................................................................... 49
3.1.5 Mơ hình thân xe ................................................................................... 50
3.1.6 Mơ hình tồn xe ................................................................................... 52
3.2 Mơ phỏng và phân tích kết quả .................................................................. 53
3.2.1 Kết quả mô phỏng trường hợp 1: ô tơ chuyển động theo chu trình thử
ECE 15 .......................................................................................................... 54
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN




vi

3.2.2 Kết quả mô phỏng trường hợp 2: ô tô chuyển động theo chu trình thử
UEDC ............................................................................................................ 58
3.2.3 Kết quả mô phỏng trường hợp 3: ô tô tăng tốc từ 0 đến 100 km/h ..... 61
3.3 Kết luận chương 3 ...................................................................................... 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hệ thống truyền lực trên ô tô. ................................................................ 4
Hình 1.2 Hộp số thường ........................................................................................ 5
Hình 1.3 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục ............................................................. 6
Hình 1.4 Hộp số tự động ....................................................................................... 7
Hình 1.5 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson .............................................................. 8
Hình 1.6 Hộp số CVT ......................................................................................... 10
Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý của hộp số với ly hợp kép [10] ................................. 13
Hình 1.8 Hộp số DCT sử dụng ly hợp ma sát khô .............................................. 14
Hình 1.9 Hộp số DCT ma sát ướt có 2 ly hợp lồng nhau ................................... 15
Hình 1.10 Hộp số DCT ma sát ướt có 2 ly hợp song song ................................. 15
Hình 1.11 Hộp số DCT sử dụng 2 trục thứ cấp .................................................. 16
Hình 1.12 Hộp số DCT sử dụng 1 trục thứ cấp .................................................. 17
Hình 1.13 Hộp số DCT sử dụng các cấp số khác nhau ....................................... 18
Hình 2.1 Sơ đồ hộp số DCT ................................................................................ 24
Hình 2.2 Hoạt động của một hộp số ly hợp kép khi sang số .............................. 25
Hình 2.3 Cấu tạo của ly hợp kép ma sát khơ hãng Ford ..................................... 26
Hình 2.4 Cơ cấu điều khiển đóng ngắt ly hợp .................................................... 27
Hình 2.5 Trạng thái làm việc của các ly hợp ...................................................... 28
Hình 2.6 Sơ đồ điều khiển thời điểm chuyển số ................................................. 30
Hình 2.7 Sơ đồ chuyển số ở chế độ thường ........................................................ 31
Hình 2.8 Sơ đồ chuyển số ở chế độ tải nặng ....................................................... 32
Hình 2.9 Sơ đồ các phương pháp mơ phỏng ....................................................... 33
Hình 2.10 Mơ hình động lực học hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép ... 35
Hình 2.11 Đồ thị mơ men của động cơ ............................................................... 36

Hình 2.12 Mơ hình cụm ly hợp kép (a) và mơ hình ơ tơ trang bị hệ thống truyền
lực kiểu ly hợp kép xây dựng bằng phần mềm Modelica(b) [27]....................... 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN




viii

Hình 2.13. Mơ hình mơ phỏng ơ tơ với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép
bằng phần mềm Matlab [26] ............................................................................... 40
Hình 2.14. Mơ hình mơ phỏng ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí kiểu ly hợp kép
bằng cơng cụ VeSyMA – Powertrain.................................................................. 41
Hình 2.15 Chu trình thử đơ thị NEDC ................................................................ 42
Hình 2.16 Kết quả mô phỏng các thông số vận tốc, momen của động cơ và vận
tốc ô tô khi làm việc theo chu trình thử đơ thị UNDC bằng cơng cụ VeSyMA –
Powertrain ........................................................................................................... 42
Hình 3.1 Mơ hình động cơ đốt trong................................................................... 45
Hình3.2Kết quả mơ phỏng cơng suất động cơ phụ thuộcvào độ mở bướm ga... 46
Hình 3.3 Sơ đồ hộp số 6 cấp với ly hợp kép ....................................................... 46
Hình 3.4 Mơ hình mơ phỏng hộp số 6 cấp .......................................................... 47
Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc Simulink ....................................................................... 47
Hình 3.6 Mơ hình khối điều khiển hộp số........................................................... 48
Hình 3.7 Mơ hình mơ phỏng tác động của người lái .......................................... 48
Hình 3.8 Sơ đồ khối điều khiển sang số xây dựng bằng State flow ................... 49
Hình 3.9 Sơ đồ Simulink Simscape mơ tả lốp .................................................... 50
Hình 3.10 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô ................................................................. 51
Hình 3.11 Sơ đồ khối Simulink mô tả thân xe .................................................... 52
Hình 3.12 Mơ hình mơ phỏng tồn xe ơ tơ trang bị hệ thống truyền lực cơ khí với

ly hợp kép ............................................................................................................ 53
Hình 3.13 Chu trình thử ECE 15 ......................................................................... 54
Hình 3.14 Đồ thị thay đổi các thơng số của động cơ .......................................... 54
Hình 3.15 Đồ thị vận tốc và gia tốc của ô tô khi làm việc theo chu trình .......... 55
ECE 15 ................................................................................................................ 55
Hình 3.16 Đồ thị lực kéo và lực phanh ............................................................... 56
Hình 3.17 Kết quả mơ phỏng q trình chuyển số ............................................. 56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




ix

Hình 3.18 Đồ thị gia tốc và quãng đường tăng tốc trong giai đoạn đầu tiên chu
trình ECE 15 ........................................................................................................ 57
Hình 3.19 Đồ thị lực kéo trong giai đoạn tăng tốc đầu tiên chu trình ECE 15 ... 57
Hình 3.20 Đồ thị vận tốc và gia tốc của ô tô khi hoạt động theo chu trình thử
UEDC .................................................................................................................. 58
Hình 3.21 Đồ thị lực kéo và quãng đường di chuyển của ô tô khi hoạt động theo
chu trình UEDC ................................................................................................... 59
Hình 3.22 Đồ thị quá trình chuyển số và sự thay đổi lực kéo khi chuyển số ..... 60
Hình 3.23 Đồ thị gia tốc và quãng đường tăng tốc trong giai đoạn tăng tốc đầu
tiên của chu trình UEDC ..................................................................................... 61
Hình 3.24 Đồ thị sang số và sự thay đổi lực kéo trong giai đoạn tăng tốc đầu tiên
của chu trình UEDC ............................................................................................ 61
Hình 3.25 Đồ thị vận tốc và quá trình chuyển số khi ơ tơ tăng tốc đến 100
km/h ..................................................................................................................... 62
Hình 3.26 Đồ thị gia tốc và quãng đường tăng tốc khi ô tô tăng tốc đến 100

km/h ..................................................................................................................... 62
Hình 3.27 Đồ thị trạng thái làm việc của các ly hợp khi ô tô tăng tốc đến 100 km/h
............................................................................................................................. 63
Hình 3.28 Đồ thị lực kéo khi ơ tơ tăng tốc đến 100 km/h................................... 63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




x

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Sơ đồ chuyển số theo chế độ lái xe và vị trí cần số ............................ 30
Bảng 3.1 Giá trị các hệ số B, C, D, E ứng với một số loại đường [14] .............. 50
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của ô tô................................................................... 53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN




xi

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ý NGHĨA

TT

KÍ HIỆU

1

Hệ thống truyền lực

HTTL

2

Hộp số ly hợp kép

DCT

3

Khối lượng của ô tơ

m

4

Góc nghiêng của đường

β

5

Gia tốc trọng trường

g

6

Tốc độ ơ tơ

Vx

7

Ly hợp 1, ly hợp 2

8

Mô men truyền qua các ly hợp số chẵn và ly hợp số
lẻ

9

Độ cứng xoắn và hệ số cản của bán trục

K2, C2

10

Tỉ số truyền của cặp bánh răng số chẵn và số lẻ

ig1 , ig 2

11

Tỉ số truyền của truyền lực chính

12

Mơ men xoắn trên bán trục

13

Hệ số cản lăn



14

Góc quay ccuar trục khuỷu động cơ

θe

15

độ mở bướm ga

e

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

C1, C2
TCL1, TCL2

if
Tout




1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngành công nghiệp sản xuất ôtô hiện nay phát triển rất nhanh và đa dạng,
ôtô được sử dụng rộng rãi đáp ứng nhu cầu của ngày càng cao của người tiêu dùng
và các nền kinh tế. Việc nghiên cứu phát triển ôtô nhằm nâng cao năng suất và
tăng tính kinh tế trong sử dụng ôtô và độ tin cậy cao, giảm ô nhiễm môi trường
luôn là vấn đề mà nhiều nhà khoa học quan tâm giải quyết.
Hệ thống truyền lực trong đó có hệ thống truyền lực kiểu cơ khí có ly hợp
kép là một trong những tổng thành quan trọng của ô tô. Đặc tính động lực học
được đặc trưng bởi các yếu tố như lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố
động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển
động trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện tăng giảm
ga, quay vịng khi phanh. Các đặc tính này ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và
tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận tải, độ êm dịu và
tính an tồn trong chuyển động. Việc tính tốn chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính
động lực học của ơ tơ là một vấn đề rất khó thực hiện. Cùng với sự phát triển
nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày
càng chính xác hơn, nên nhiều bài tốn được giải quyết một cách nhanh chóng
với độ chính xác cao giúp cho q trình tính tốn, thiết kế và chế tạo được thuận
lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng
phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng. Ngày nay cũng đã có
nhiều thiết bị và phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng và tình

trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính
xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng cho các loại xe
ơ tơ có hiệu quả.
Từ những u cầu đó, dưới sự hướng dẫn của thầy cô giáo tôi đã hồn thành
đề tài: “Nghiên cứu đặc tính động lực học ô tô với hệ thống tuyền lực kiểu ly
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2

hợp kép” nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết ban đầu cho quá trình khai thác cũng
như cải tiến loại xe tính năng cho phù hợp với điều kiện ở Việt nam là cần thiết.
2. Mục đích, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài
2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài
Hệ thống truyền lực là một trong những tổng thành quan trọng của ô tô.
Hiện nay các dòng xe được sử dụng ở Việt nam được trang bị từ hệ thống truyền
lực cơ khí đơn giản đến các loại hệ thống truyền lực có hộp số tự động hay hộp
số vơ cấp có bộ truyền đai tương đối phong phú và có nhiều tài liệu hướng dẫn sử
dụng cũng như nghiên cứu tính năng của chúng. Nhưng hệ thống truyền lực có sử
dụng ly hợp kép thì cịn rất hạn chế về mặt tài liệu. Do đó việc nghiên cứu tính
năng của ly hợp kép nhằm phục vụ cho quá trình khai thác cũng như phục vụ cải
tiến tính năng cho phù hợp với điều kiện ở Việt nam là cần thiết. Trên cơ sở đó
tác giả đã thực hiện nghiên cứu với đề tài ” Nghiên cứu đặc tính động lực học của
ơ tơ với hệ thống truyền lực kiểu ly hợp kép”.
2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu đặc tính động lực học của ô tô với hệ thống truyền lực kiểu ly
hợp kép. Do hạn chế về mặt thời gian và kinh phí nên đề tài mới chỉ dừng lại ở
việc nghiên cứu lý thuyết.

2.3 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn là nghiên cứu lý
thuyết, tính tốn mơ phỏng trên phần mềm Matlab
Cách thức tiến hành là tách từng cụm trong hệ thống để nghiên cứu mô
phỏng, trên cơ sở các cụm đã được xây dựng mơ hình nghiên cứu ghép nối các
cụm thành hệ thống truyền lực hoàn chỉnh.

2.4 Nội dung nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




3

- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
- Xây dựng mơ hình nghiên cứu ơ tơ trang bị hộp số cơ khí kiểu ly hợp kép
để xác định các thơng số đặc trưng cho tính năng động lực học và khảo sát quá
trình động lực học của hệ thống truyền lực với ly hợp kép DCT theo một số chu
trình thử mẫu.
- Mô phỏng, nghiên cứu sự thay đổi của các thông số động lực học của ô tô
trong các điều kiện làm việc tiêu chuẩn theo 02 chu trình thử: ECE15, UEDC và
trường hợp ô tô tăng tốc từ 0 đến 100 km/h.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




4

Chương1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực của ô tô đóng vai trị của bộ phận kết nối động cơ với
các bánh xe chủ động, truyền và biến đổi mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe
chủ động phù hợp với chế độ làm việc của động cơ và mơ men cản chuyển động;
cắt dịng cơng suất trong thời gian ngắn hoặc dài; thực hiện đổi chiều chuyển động
giúp ô tô chuyển động lùi; tạo khả năng chuyển động êm dịu và thay đổi tốc độ
cần thiết trên đường. Cấu tạo của hệ thống truyền lực trên xe ô tơ gồm có ly hợp,
hộp số, trục các đăng, cầu chủ động (vi sai và bán trục) như hình 1.1.

Hình 1.1 Hệ thống truyền lực trên ô tô.
- Ly hợp đóng vai trị rất quan trọng, dùng để truyền hay ngắt công suất từ
động cơ đến hệ thống truyền lực khi chuyển số hoặc khi ngắt công suất tạm thời,
giúp cho chuyển số dễ dàng và êm dịu. Ngoài ra ly hợp cịn có vai trị của khớp
nối an tồn và giảm dao động xoắn của hệ thống truyền lưc.
- Hộp số có nhiệm vụ biến đổi mơ men xoắn của động cơ truyền tới các
bánh xe sao cho phù hợp với các chế độ chuyển động, mở rộng vùng tốc độ chuyển
động của ô tô, trong khi vùng tốc độ làm việc của động cơ bị giới hạn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




5

- Truyền động các đăng dùng để truyền mô men xoắn giữa hai trục khơng
đồng tâm hoặc có dịch chuyển tương đối với nhau.
- Cầu chủ động nhận công suất từ động cơ truyền tới để phân phối đến các
bánh xe theo phương vng góc. Cầu xe nâng đỡ các phần gắn lên nó như hệ

thống treo, sát xi.
1.2 Tổng quan các hộp số trên ô tô
Các hộp số trên ôtô dùng để thay đổi tỷ số giữa động cơ và cầu chủ động.
Nói một cách khác khi khơng có hộp số, chiếc xe chỉ chạy được ở một tốc độ duy
nhất với một tốc độ cực đại nhất định. Ngoài ra khả năng tăng tốc từ khi xuất phát
cùng với khả năng leo dốc của xe cũng bị hạn chế nếu như nó khơng sử dụng hộp
số. Vì vậy hộp số sử dụng một hệ thống bánh răng khác nhau từ thấp đến cao để
biến momen xoắn của động cơ phù hợp với điều kiện vận hành( khởi hành, tăng
tốc, leo dốc…). Các số có thể cài theo cách thông thường bằng tay hoặc tự động
[9-11].
1.2.1 Hộp số thường (MT)
Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục)

Hình 1.2 Hộp số thường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




6

V

3

z

IV

z'

z'
3

4

III

z'
1

z'
2

II

2

I

1

L

a

z

z'

z

z

L1

z

z

z

L2

1

2

3

4

a

z

'

L1

Hình 1.3 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục
Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục với nhau, trục trung
gian. Các bánh răng Z1 , Z 2 , Z3 , Z 4 , Z L1 , Z L 2 , Z a , Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z L1 , Z a bánh
răng Z a được chế tạo liền với trục sơ cấp. Các bánh răng trên trục thứ cấp Z1 , Z 2
, Z 3 , Z 4 được quay trơn trên trục. Còn các bánh răng Z1 , Z 2 , Z3 , Z 4 , Z a trên trục
trung gian được cố định trên trục. Các ống gài liên kết then hoa với trục và có các
vấu răng ở 2 phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài.
Nguyên lý hoạt động
- Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, momen truyền từ trục
sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp za-za’, trục trung gian, cặp bánh răng số 1
rồi đi ra trục thứ cấp.
- Vị trí tay số 2: Gạt cần 2 sang bên phải, momen truyền từ trục sơ cấp qua
cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 2 rồi
đến trục thứ cấp.
- Vị trí tay số 3: Gạt cần 2 sang bên trái, momen từ trục sơ cấp truyền qua
cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 3 rồi tới
trục thứ cấp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




7

- Vị trí tay số 4: Khi gạt cần 3 sang bên phải, momen được truyền từ trục
sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, rồi qua cặp bánh răng
số 4 ra trục thứ cấp.
-Vị trí tay số 5: Khi gạt cần 3 sang bên trái, lúc này, trục sơ cấp và thứ cấp
được nối với nhau, momen được truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp.

- Vị trí tay số lùi: Gạt cần 1 sang bên phải, momen được truyền từ trục sơ
cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, qua 2 cặp bánh răng ZL1ZL1’, ZL2-Z1’, rồi tới trục thứ cấp.
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, bền.
- Hiệu suất cao.
Nhược điểm:
- Người lái phải phối hợp điều khiển hệ thống ly hợp, sang sốnên giảm tính
êm dịu, người lái phải thao tác nhiều khi chuyển số.
1.2.2 Hộp số tự động (AT)

Hình 1.4 Hộp số tự động
Hiện nay có rất nhiều hộp số tự động, chúng được cấu tạo theo một vài cách
khác nhau nhưng các chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng là giống
nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




8

- Hộp số cơ cấu hành tinh Wilson (nối tiếp, song song).
- Hộp số cơ cấu hành tinh Simpson.
- Hộp số cơ cấu hành tinh ravigneaux.
Hộp số tự động bao gồm các bộ phận chính sau:
- Bộ biến mơ.
- Hộp số hành tinh và cơ cấu chuyển số (ly hợp và phanh đai).
- Hệ thống điều khiển chuyển số (thường là hệ thống thủy lực hoặc hệ thống
thủy lực điện từ) để điều khiển các ly hợp và phanh đai.
Sơ đồ cấu tạo (cơ cấu hành tinh Wilson):

C0
B1

B2

C2

B3

C1

Trục sơ
Trơc
s¬cấp
cÊp

Z1

Z6

F1

Z2
Z3

Z5
F2

Z4

Trục thứ
Trơc
thøcấp
cÊp

Hình 1.5 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson
Nguyên lý hoạt động chung của hộp số tự động là sử dụng các phanh để
hạn chế một bậc tự do của cơ cấu hành tinh.
Ưu điểm:
- Làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường
xuyên phải chuyển số.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




9

- Chuyển số một cách tự động và êm dịu tùy thuộc vào chế độ loạt động
của động cơ và sức cản của mặt đường.
- Do có sử dụng biến mô nên thay đổi được momen do động cơ phát ra một
cách liên tục trong khoảng nhỏ.
- Giảm độ ồn khi làm việc.
- Kích thước nhỏ gọn.
- Chuyển số liên tục khơng ảnh hưởng tới dịng lực từ động cơ.
Nhược điểm:
- Kết cấu phức tạp.
- Hiệu suất thấp.
- Công nghệ chế tạo địi hỏi có độ chính xác cao.
- Khả năng tăng tốc kém hơn hộp số thường.

- Việc sửa chữa hộp số tự động khá phức tạp và tốn kém.
1.2.3 Hộp số vơ cấp (CVT)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




10

1: puli đầu vào

2: puli đầu ra

3: đai

Hình 1.6 Hộp số CVT
Không giống như những hộp số tự động truyển thống, hộp số vơ cấp CVT
khơng có các cặp bánh răng ăn khớp để tạo tỷ số truyền. Điều này có nghĩa là nó
khơng có sự ăn khớp giữa các bánh răng. Loại CVT thông thường nhất hoạt động
trên một hệ thống puli (ròng rọc) và dây đai truyền cho phép một sự thay đổi vô
cấp và liên tục giữa giới hạn thấp nhất và cao nhất mà khơng có sự tách biệt riêng
rẽ các vị trí số.
Cấu tạo của hộp số vô cấp gồm:
- Đai truyền bằng kim loại hay cao su có cơng suất cao.
- Một hệ puli có đầu vào thay đổi gắn với trục quay động cơ.
- Một hệ puli đầu ra dẫn đến bánh xe.
- CVT cũng có bộ vi xử lí và các cảm biến để theo dõi và điều khiển.
Mỗi puli được tạo thành từ hai khối hình nón có góc nghiêng 20 độ và đặt
đối diện với nhau. Một dây đai chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón này. Dây

đai hình chữ V có ưu điểm hơn nếu chúng được làm từ cao su vì có ma sát cao,
hạn chế trượt. Hai khối hình nón này có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng. Khi
hai khối hình nón tách ra xa nhau, dây đai ngập sâu vào trong rãnh và bán kính
của dây đai quấn quanh puli sẽ giảm đi. Khi hai khối hình nón này ở gần nhau thì
bán kính của dây đai tăng lên. CVT có thể sử dụng áp suất thủy lực hoặc lò xo để
tạo ra lực cần thiết thay đổi khoảng cách giữa hai khối hình nón.
Hệ puli và dây đai có đường kính thay đổi này thường đi với nhau thành
một cặp. Một trong số đó là puli chủ động được nối với trục quay của động cơ.
Puli chủ động cũng được gọi là puli đầu vào bởi vì nó nhận năng lượng trực tiếp
từ động cơ đưa vào hộp số. Puli thứ hai gọi là puli bị động nối với puli chủ động
hay còn gọi là puli đầu ra và nó truyền momen đến trục truyền động dẫn đến bánh
xe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




11

Khi một puli tăng bán kính của nó và cái khác giảm bán kính để giữ cho
dây đai ln bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ tạo ra vô số các tỷ số
truyền từ mức thấp nhất cho đến cao nhất. Về mặt nguyên lý, hộp số CVT hoạt
động với vơ số cấp độ có thể chạy ở bất cứ thời điểm nào, đối với bất cứ loại động
cơ và tốc độ xe nào của xe.
Điều đặc biệt là CVT vẫn có chế độ sang số bằng tay. Máy tính có thể ra
lệnh cho dây cua-roa chuyển lên vị trí khác một cách đột ngột, khơng theo kiểu
tuần tự. Tuy nhiên, các hãng vẫn khuyến cáo khả năng tiết kiệm xăng chỉ tốt ở
kiểu tự động.
Ưu điểm:

- Tạo cảm giác điều khiển mềm và êm hơn.
- Nâng cao hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu nên giảm khí thải, thân thiện với
môi trường.
- Tăng tốc tốt hơn.
Nhược điểm:
- Công nghệ chế tạo phức tạp, các chi tiết phải được tính tốn và chế tạo chính
xác.
- Do truyền động bằng dây đai nên làm hạn chế về công suất của xe (công
suất của động cơ không được lớn quá sẽ gây ra trượt).
- Mịn dây đai.
- Kích thước và trọng lượng lớn.
Để nâng cao hiệu suất, tính kinh tế nhiên liệu, quá trình chuyển số êm dịu
khi sang số và khả năng tăng tốc vượt trội, các nhà thiết kế đã tiến hành nghiên
cứu tự động hoá điều khiển sang số và thời điểm chuyển số cho hệ thống truyền
lực cơ khí với ly hợp kép (DCT - Dual Clutch Transmission).
1.3 Tổng quan hộp số ly hợp kép (DCT)
1.3.1 Giới thiệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




12

Người đã sáng tạo ra hệ thống ly hợp kép là một kỹ sư ôtô người Pháp tên
là Adolphe Kegresse được biết đến nhiều nhất trong vai trò người đã phát triển
loại xe half-track (với bánh lốp đằng trước và bánh xích phía sau), giúp chiếc xe
có thể vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp. Năm 1939, Kegresse đã có những ý
tưởng đầu tiên về hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép. Nhưng khơng may là tình
hình tài chính bất lợi đã ngăn cản kế hoạch phát triển xa hơn của dự án này[10].

Đến đầu những năm 80 khi hệ thống điều khiển điện tử phát triển, máy tính
đã tham gia vào q trình chuyển số và DCT đã có điều kiện thuận lợi để phát
triển xa hơn và Porsche đã đặt những nền tảng đầu tiên của mình trong việc nghiên
cứu và phát triển hệ thống ly hợp kép. Năm 1982, những mẫu xe đua được trang
bị hệ thống ly hợp kép của Porsche đã giành được nhiều thành công trong các giải
đua xe thế giới.
Tuy nhiên hệ thống ly hợp kép chỉ được hạn chế lắp đặt trong các mẫu xe
đua và hệ thống này chỉ được thương mại hóa khi Volkswagen là hang tiên phong
trong việc sản xuất đại trà hộp số ly hợp kép. Hiện nay những chiếc xe trang bị
công nghệ DCT được bán chủ yếu ở thị trường Châu Âu với các hang sản xuất
lớn như: Volkswagen, Audi, Porsche…
Trong loại HTTL này, hộp số được thiết kế đặc biệt và gắn với bộ ly hợp
kép nhằm khắc phục nhược điểm cố hữu của HTTL cơ khí truyền thống là hiện
tượng ngắt dịng cơng suất trong q trình chuyển số.
Về ngun lý cấu tạo, hộp số với ly hợp kép được thiết kế từ ý tưởng ghép
2 hộp số với 2 ly hợp C1 và C2 hoàn toàn độc lập với nhau như trên hình 1.7a.
Một hộp số có các cấp số lẻ 1, 3, 5, …, hộp số cịn lại có các số chẵn 2, 4, 6, …

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




13

a) Nguyên lý

b) Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý của hộp số với ly hợp kép [10]

Tuy nhiên, nếu thiết kế hộp số theo nguyên tắc trên thì kết cấu sẽ cồng kềnh,
hộp số chiếm nhiều khơng gian, nên trong thực tế người ta ghép 2 hộp số trong
một khối chung bằng cách sử dụng 2 trục lồng vào nhau như trên hình 1.7b.
Hộp số trên hình 1.7b gồm có 6 cấp: 3 số lẻ (1, 3, 5) được điều khiển bởi ly
hợp 1, còn các số chẵn 2, 4, 6 được điều khiển bởi ly hợp 2. Hộp số ly hợp, quá
trình chuyển số xảy ra liên tục, khơng gây ngắt dịng cơng suất như trong các hộp
số cơ khí thường (chỉ có một ly hợp).
Bộ phận chính trong hộp số ly hợp kép chính là bộ ly hợp kép. Các ly hợp
này có thể là loại ma sát khô hoặc ma sát ướt. Ly hợp ma sát ướt thường sử dụng
hệ thống thủy lực để điều khiển đóng mở và đồng thời làm mát các đĩa ma sát.
Nhờ có cơ chế làm mát nên ly hợp ma sát ướt có khả năng truyền mơ men lớn hơn
so với ly hợp ma sát khơ. Vì vậy, người ta thường sử dụng ly hợp ma sát khô cho
các ơ tơ loại nhỏ, cịn đối với các loại ô tô lớn thì phải sử dụng ly hợp ma sát ướt.
1.3.2 Phân loại hộp số DCT
Ly hợp kép là một trong những bộ phận quan trọng của DCT, tính năng
cơng tác của nó trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng của việc khởi động và sang
số của ô tô. Để đảm bảo độ tin cậy của việc truyền lực, cắt dứt khốt, đóng êm
dịu, sang số nhanh, thể tích bé, khối lượng nhẹ, tuổi thọ dài… thì cho dù nhìn từ
góc độ tính năng kết cấu hay là chế tạo sản xuất và điều khiển thao tác thì yêu cầu
đối với ly hợp kép trong hệ thống truyền lực có DCT đều rất cao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




14

Theo loại ly hợp được sử dụng
Hiện nay, ly hợp trên DCT thường sử dụng 2 dạng là ly hợp 1 đĩa dạng khô
và ly hợp nhiều đĩa dạng ướt.

a. Hộp số sử dụng ly hợp ma sát khô
Hệ thống ly hợp kép ma sát khơ (hình 1.8) được đánh giá có hiệu suất cao
hơn và có tính điều khiển tốt hơn. Hơn nữa ly hợp kép khơ có thể được điều khiển
bằng điện nên có cơng suất cao hơn, khơng địi hỏi phải bảo dưỡng nhiều, thân
thiện với mơi trường.

Hình 1.8 Hộp số DCT sử dụng ly hợp ma sát khô
b. Hộp số sử dụng ly hợp ma sát ướt
Ly hợp kép ướt là một bộ phận rất quan trọng trong hộp số tự động có ly
hợp kép, nó liên kết động cơ và hộp số tự động, thực hiện việc truyền mô men.
+ Hai ly hợp lồng vào nhau (một ly hợp ở trong và một ly hợp ở ngồi)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN