Nghiên cứu hộp số tự động vô cấp CVT (tt)

Trong đó, hộp số tự động sử dụng trong hệ thống truyền lực của xe là một trong số những hệ thống được khách hàng quan tâm hiện nay khi mua xe ôtô, đặc biệt là hộp số tự động vô cấp CVT v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÔ CẤP CVT

SVTH: HOÀNG MINH KHÁNH MSSV: 16145422

SVTH: TRẦN NGÔ DUY ANH MSSV: 16145323

GVHD: TS HUỲNH PHƯỚC SƠN

TỔNG QUAN Tính cần thiết của đề tài

Hiện nay các phương tiện giao thông vận tải là một phần không thế thiếu trong cuộc sống con người Cũng như các sản phấm của nền công nghiệp hiện nay, ôtô được tích hợp các hệ thống tự động lên các dòng xe đã và đang sản suất với chiều hướng ngày càng tăng Trong đó, hộp số tự động sử dụng trong hệ thống truyền lực của xe là một trong số những hệ thống được khách hàng quan tâm hiện nay khi mua xe ôtô, đặc biệt là hộp số tự động vô cấp CVT vì những tiện ích mà nó mang lại khi sử dụng Việc nghiên cứu hộp số

tự động CVT sẽ giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi

sử dụng, khai thác, sửa chữa và cải tiến chúng

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu hộp số CVT góp phần xây dựng các nguồn tài liệu tham khảo phục vụ

nghiên cứu trong quá trình học tập và công tác

Nội dung

- Nghiên cứu cấu tạo hộp số vô cấp CVT

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và đặc tính của hộp số vô cấp CVT

- Kết luận

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tham khảo tài liệu, trích lọc và phân tích

Các bước thực hiện

Bước 1: Thu thập các tài liệu viết về hộp số CVT

Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống logic chặt chẽ theo từng bước, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định

Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về hộp số CVT phân tích kết cấu, nguyên lý làm việc một cách khoa học

Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hoá lại những kiến thức

(liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã phân tích) tạo ra một hệ thống lý thuyết đầy

đủ và sâu sắc

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Hộp số tự động bánh răng hành tinh

1.2 Hộp số ly hợp kép (Dual Clutch Transmission)

Hộp số tự động bánh răng hành tinh

Cấu tạo hộp số tự động DCT

1.3 Hộp số vô cấp (Continuously Variable Transmission)

Hộp số vô cấp

CHƯƠNG 2 HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÔ CẤP CVT 2.1 Giới thiệu chung

Hộp số CVT là từ viết tắt của Continuously Variable Transmission, tức hộp số biến thiên vô cấp Ngày nay, loại hộp số CVT ngày càng xuất hiện nhiều trên các mẫu xe ô tô mới, chủ yếu là các dòng xe cỡ nhỏ giá rẻ

Cấu tạo của một hộp số vô cấp (CVT) thường bao gồm 3 phần chính:

 Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực

 Thay thế chức năng của bánh đà

CVT không sử dụng bộ biến mô

 Hộp số Mutiltronic của Audi

Không giống với hộp số tự động thông thường sử dụng bộ biến mô cho việc truyền moment, hộp số CVT của Audi không sử dụng bộ biến mô, moment do động cơ tạo ra được truyền đến puly sơ cấp thông qua ly hợp số tiến Puly sơ cấp truyền moment cho

Đường truyền công suất ở số tiến

Trục đầu vào từ

bánh đà

puly thứ cấp thông qua đai truyền Sau đó moment được truyền tới vi sai và qua bán trục tới bánh xe chủ động

Bộ truyền bánh răng hành tinh và vô cấp

2.2.3.1 Bộ truyền hành tinh

Bộ truyền bánh răng hành tinh và vô cấp

Bộ truyền hành tinh

Bộ truyền bánh răng hành tinh được lắp đặt trên các xe sử dụng hộp số vô cấp CVT có tác dụng khuyếch đại moment và đảo chiều chuyển động của xe

Để xe có thể di chuyển tiến hoặc lùi được như các loại hộp số thông thường thì bộ truyền hành tinh sẽ được bố trí trên trục đầu vào của hộp số

Cấu tạo của một bộ truyền hành tinh gồm: một cụm cơ cấu bánh răng hành tinh, ly hợp số tiến và phanh số lùi

2.2.3.2 Bộ truyền vô cấp

Bộ truyền vô cấp được xem là thành phần quan trọng cũng như đặc trưng nhất của CVT, đây là thành phần tạo nên sự khác biệt giữa CVT và các loại hộp số tự động khác Mỗi puly được tạo nên từ hai khối nón có góc nghiêng 20 độ đặt đối diện nhau Khoảng cách giữa hai khối nón có thể thay đổi, khi hai khối nón cách xa nhau thì lúc đó dây đai làm việc ngập sâu trong rãnh nên bán kính làm việc của nó bị giảm, ngược lại thì bán kính làm việc của dây đai sẽ tăng lên Do đó có thể thay đổi tỷ số truyền nhờ vào sự thay đổi đường kính của puly

Cấu tạo chính của bộ truyền vô cấp gồm 3 phần chính:

• Puly chủ động nối với động cơ

• Puly bị động nói với trục đầu ra của hộp số

Hệ puly trong hộp số vô cấp CVT

• Dây đai liên kết hai puly

2.2.3.3 Dây đai

 Đai truyền

Dây đai kim loại là loại dây phức hợp được làm từ những vòng thép mỏng kết hợp

cùng với những phiến thép có độ cứng cao, các phiến thép thì được bố trí phía trên vòng thép Số lượng các phiến thép phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai trục truyền động

 Xích truyền

Hộp số CVT sử dụng xích truyền

Cấu tạo đai truyền

Ở dây xích thông thường, các mắt xích được liên kết với nhau linh động thông qua các chốt xích Để truyền moment, các răng của bánh răng di chuyển khớp với từng chốt xích giữa các mắt xích

Hệ thống điều khiển điện

Tổng quan sơ đồ điều khiển điện

Ở một số hộp số CVT như trên dòng xe Audi A4, cần số cũng được giao tiếp với hộp

số thông qua mạng CAN bus Tín hiệu của cần số ở dạng xung vuông được tạo ra bởi hộp điều khiển hộp số với mức điện áp cao không đổi trong khoảng thời gian cố định (20ms)

và mức điện áp thấp thay đổi theo thời gian Mỗi vị trí cần số hoặc mỗi tỷ số truyền cố định (trong chế độ sang số thủ công) được xác định phụ thuộc khoảng thời gian của mức

Sơ đồ tổng thể hệ thống điện điều khiển của hộp số vô cấp CVT

điện áp thấp Nhờ vào đó mà hộp điều khiển và bảng đồng hồ hiển thị có thể nhận biết vị trí cần số hay mức hoạt động trong các chế độ lái

Hệ thống điều khiển thuỷ lực

Tổng quan hệ thống điều khiển thuỷ lực

Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển thuỷ lực trên hộp số vô cấp CVT

Hệ thống điều khiển thuỷ lực được cấu tạo chủ yếu từ nhiều van thuỷ lực hoạt động dưới sự giám sát và điều khiển của các van điện từ Mỗi hãng sẽ có thiết kế về hệ thống thuỷ lực là khác nhau như hộp số của Audi thì chủ yếu sử dụng các van điện từ tuyến tính

để điều khiển áp suất đường dầu, hệ thống sẽ chia nhiều đường dầu với nhiều áp suất khác nhau để điều khiển van thuỷ lực đóng mở đường dầu tương ứng Còn đối với hộp số CVT của Nissan hay hộp số CVT K111 của Toyota thì sử dụng van điện từ on-off để điều khiển các van thuỷ lực, đồng thời trang bị thêm nhiều van thuỷ lực điều tiết áp suất đường dầu để đảm bảo quá trình điều khiển chính xác và an toàn

2.3 Nguyên lý điều khiển

Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền

Hộp số Multitronic của Audi

Điều khiển tỷ số truyền khởi động trên hộp số của Audi

Van điện từ N216 được cung cấp áp suất không đổi khoảng 5 bar bởi van áp suất định hướng (VSTV) N216 cung cấp áp suất điều khiển tương ứng dòng điều kiển được tính toán bởi hộp điều khiển hộp số điều khiển vị trí của van điều khiển tỷ số truyền (ÜV) Dòng điện điều khiển ở mức cao dẫn tới áp suất điều khiển ở mức cao

Van điều khiển tỷ số truyền (ÜV) sẽ truyền áp suất điều chỉnh tới xylanh chuyển vị của puly sơ cấp và thứ cấp, phụ thuộc vào áp suất điều khiển

Van được đóng tại áp suất điều khiển khoảng giữa 1.8 và 2.2 bar Tại áp suất điều khiển nhỏ hơn 1.8 bar, áp suất điều chỉnh được truyền tới xylanh chuyển vị của puly sơ cấp và xylanh chuyển vị của puley thứ cấp đồng thời thông với bể chứa dầu Bộ puly hướng tới tỷ số truyền tăng (overdrive)

Điều khiển tỷ số truyền ở tốc độ cao trên hộp số của Audi

Nếu áp suất điều khiển cao hơn 2.2 bar, áp suất điều chỉnh được truyền tới xylanh chuyển vị của puley thứ cấp và xylanh chuyển vị của puly sơ cấp đồng thời thông với bể chứa dầu Bộ puly hướng tới tỷ số truyền giảm (tỷ số truyền khởi động)

Điều khiển lực ép dây đai

Việc tạo lực ép đai nhằm giữ lực ma sát giữa dây đai và các puly thích hợp, đảm bảo việc truyền moment đạt hiệu suất cao, dây đai luôn căng, không có hiện tượng trượt đai gây nguy hiểm cho hộp số Lực ép đai phải giữ ở một mức thích hợp, không quá thấp cũng không quá cao Đa số hộp số CVT tạo ra lực ép đai bằng áp lực dầu trong buồng xylanh thứ cấp ở puly thứ cấp đồng thời trang bị thêm một lò xo trụ ở puly này Ngoài chức năng phối hợp với puly sơ cấp để thay đổi tỷ số truyền, xylanh thứ cấp còn có nhiệm vụ tạo áp suất để giữ lực ép dây đai Lò xo trụ được trang bị thêm nhằm đảm bảo

Điều khiển ép dây đai trên hộp số CVT K111 của Toyota

dây đai vẫn được ép nếu có trục trặc trên đường ống dầu, làm mất áp suất ép trong xylanh thứ cấp

Đối với hộp số CVT K111 trên Toyota, bộ điều khiển sẽ điều khiển van điện từ SLS tạo áp suất dầu nhất định vào puly thứ cấp, kết hợp với cảm biến áp suất trong puly thứ cấp, bộ điều khiển có thể điều khiển chính xác lực ép dây đai

Điều khiển xe lên xuống dốc

ECU phát hiện xe lên/xuống dốc dựa vào góc mở bàn đạp ga và tốc độ xe Giúp xe giữ được tốc độ tối ưu khi xe di chuyển trên đường quanh co có lên xuống dốc

Khi lên dốc xe sẽ cần công suất cao hơn nên trong trường hợp này thì tốc độ động cơ

và mức độ đầu ra phải được tăng lên mà không cần người lái phải liên tục mở bướm ga nhiều hơn do đó nếu ECU phát hiện xe đang lên dốc, ECU sẽ điều chỉnh hộp số ở tỷ số truyền phù hợp nhất để đảm bảo cho người lái chạy xe một cách êm dịu nhất

Khi ECU phát hiện xe đang xuống dốc đồng thời nhận tín hiệu từ bàn đạp phanh khi phát hiện người lái đang đạp phanh, ECU sẽ giảm tốc tạo ra một lực phanh động cơ lại, giúp xuống dốc ổn định hơn

Các kiểu truyền động vô cấp khác

Cone CVT

Hydrostatic CVT (hộp số vô cấp thuỷ tĩnh)

Toroidal CVTs

Bộ truyền vô cấp hình côn

Bộ truyền vô cấp thuỷ lực trên xe nâng Linde

Bộ truyền moment vô cấp dạng đĩa xuyến

CHƯƠNG 3 : CHẾ ĐỘ LÁI VÀ ĐẶC TÍNH CỦA HỘP SỐ CVT

3.1 Các chế độ lái của CVT

Hộp số tự động vô cấp thường có hai trạng thái hoạt động là chế độ tự động và chế độ điều khiển bằng tay

Đặc tính tiết kiệm nhiên liệu của hộp số CVT

Không giống với hộp số tự động thông thường yêu cầu phải chuyển số Hộp số CVT cho phép lái xe gần với đường tiết kiệm nhiên liệu tối ưu (Một phạm vi moment xoắn cao

có mức tiêu thụ nhiên liệu thấp) Do đó, có thể đạt được hiệu suất động cơ tối đa

Các chế độ lái của hộp số CVT

Đặc tính tiết kiệm nhiên liệu của CVT

Ngoài ra phạm vi hoạt động của lock-up tại tốc độ thấp được mở rộng, nên những hao hụt của hộp số được giảm bớt trong quá trình tăng tốc, đảm bảo tốc độ đầu ra của động cơ được sử dụng hiệu quả Trong suốt quá trình xe giảm tốc vùng cắt nhiên liệu được mở rộng cải thiện hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu Trong khi xe di chuyển ở tốc độ cao phạm vi

tỷ số truyền của puly cho phép giảm tốc độ động cơ cải thiện đáng kể khả năng tiết kiệm nhiên liệu

Vùng cắt nhiên liệu của CVT

Hình 3.1 Vùng mở rộng khoá biến mô

Đặc tính cải thiện hiệu suất và cảm giác lái

 Cải thiện cảm giác lái

Biểu đồ chuyển số ở bên trái khi bướm ga mở rộng cho thấy hộp số AT thông thường

sẽ thay đổi tốc độ động cơ khi chuyển số trong khi CVT tăng tốc độ xe mà không cần chuyển số Biểu đồ lực lái ở bên phải cho thấy lực lái tối đa trong quá trình bướm ga mở rộng Hộp số AT thông thường cho thấy sự ngắt quãng khi chuyển số và một phần lực lái

bị mất đi Ngược lại, CVT cho phép tăng tốc trong khi vẫn duy trì công suất động cơ cao lực lái được thay đổi một cách trơn tru và không bị mất lực lái Do đó lái xe trơn tru và ít xóc hơn

Biểu đồ tốc độ xe và tốc độ động cơ (a), lực lái (b)

Hình 3.2 Vùng mở rộng khoá biến mô

Cải thiện cảm giác lái khi tăng tốc

Nhu cầu tăng tốc của người lái xe được đánh giá từ sự thay đổi của tốc độ xe và sự thay đổi của đầu vào bàn đạp ga Khi khởi hành hoặc tăng tốc, tốc độ động cơ và tốc độ

xe được kiểm soát để tạo ra cảm giác tuyến tính, cải thiện cảm giác tăng tốc Ngoài ra, trong quá trình tăng tốc, việc tăng số được thực hiện Những lần tăng số này ngăn chặn cảm giác trì trệ trong quá trình tăng tốc cũng như tạo cảm giác tăng tốc tuyến tính

Cải thiện cảm giác lái khi giảm tốc

CVT cải thiện cảm giác lái khi giảm tốc

CVT cải thiện cảm giác lái khi tăng tốc

Để cải thiện cảm giác lái khi giảm tốc, hộp số CVT điều chỉnh các tỷ số truyền liên tục để duy trì được tốc độ động cơ cao đồng thời kết hợp với việc cắt nhiên liệu Điều này giúp cho người lái khi tăng tốc trở lại, lực lái ngay lập tức đáp ứng một cách nhanh chóng

mà vẫn không tiêu hao quá nhiều nhiên liệu

 Hiệu suất động cơ tối ưu

Một trong những đặc tính của hộp số CVT là có khả năng giữ tốc độ động cơ trong phạm vi công suất tối ưu trong suốt quá trình vận hành

Không giống như hộp số tự động thông thường yêu cầu phải chuyển số, CVT cho phép tăng tốc xe trong khi duy trì tốc độ động cơ trong phạm vi công suất tối ưu cao Do

đó, phạm vi đầu ra của động cơ có thể được sử dụng một cách hiệu quả, giúp có được lực truyền động tốt hơn

3.2 Ưu và nhược điểm của hộp số tự động vô cấp CVT

Hộp số tự động vô cấp CVT sử dụng puly và dây đai để thay đổi tỷ số truyền thay cho các cặp bánh răng nên cho phép hộp số thay đổi số liên tục mà không có sự ngắt quãng,

do đó:

Tạo ra sự tăng tốc đều đặn từ lúc đứng yên cho tới lúc đạt tốc độ ổn định, không xảy

ra tình trạng giật đột ngột (shift-shock) khi chuyển số giống như các hộp số thông dụng Hạn chế xe giảm tốc khi sang số đặc biệt là khi leo dốc

Đáp ứng ổn định và êm dịu hơn trong các tình trạng thay đổi đột ngột vận tốc như tăng ga hay giảm ga, luôn đạt được số vòng tua tối ưu ở mọi tốc độ di chuyển, điển hình như Toyota Vios CVT 2016 có số vòng tua chỉ khoảng 1.300 – 1.400 vòng/phút khi chạy đều ở tốc độ 80km/h, trong khi ở phiên bản Vios trước đó cùng động cơ 1.5L nhưng hộp

số tự động 4 cấp có số vòng tua tới 2.000 vòng/phút khi chạy tốc độ như trên

Chính vì sự ổn định mà hộp số tự động vô cấp CVT mang lại một phần nào đó sẽ giúp tiết kiệm được nhiên liệu cho động cơ và giảm lượng khí thải ra môi trường

Nhược điểm

Do sự hạn chế của dây đai nên hộp số CVT không thể truyền được moment lớn Chính

vì vậy hộp số chỉ được trang bị trên những dòng xe có công suất nhỏ như Toyota vios, Mitsubishi Attrage, Honda City, Hyundai Accent,…

Khi tăng tốc đột ngột hoặc ở vòng tua máy cao, hộp số sẽ tạo ra tiếng ồn và thậm chí nếu xe cách âm không tốt thì có thể vọng vào khoang hành khách do đã xảy ra hiện tượng trượt đai giữa hai puly Ngoài ra dây đai có tuổi thọ khá ngắn, trung bình là khoảng

Vùng hoạt động khóa biến mô được mở rộng hơn so với hộp số AT, do vậy đạt được tính kinh tế nhiên liệu tối ưu Ngay cả trong quá trình giảm tốc, khóa biến mô vẫn tiếp tục tham gia, do đó làm giảm tiêu hao nhiên liệu

KẾT LUẬN Kết luận

Chúng em đã trãi qua một thời gian dài thực hiện đồ án, ban đầu có hơi khó khăn do chưa làm quen được với đề tài và mất nhiều thời gian tìm tài liệu, dịch và đọc hiểu nội dung của đồ án Đồng thời chúng em còn gặp khó khăn khi khoảng thời gian đầu không thể gặp nhau do phải dãn cách xã hội trong mùa dịch Nhưng với sự cố gắng của bản thân, sự giúp đở nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và Khoa Cơ khí động lực, chúng em

đã hoàn thành đề tài được giao

Đề tài đã trình bày được những kiến thức cơ bản về hộp số tự động vô cấp CVT Thông qua đề tài, chúng em đã nghiên cứu được những nội dung như sau:

 Tổng quan về hộp số tự động nói chung và hộp số tự động vô cấp CVT nói riêng

 Cấu tạo chi tiết của hộp số tự động vô cấp CVT cũng như là các đặc điểm riêng biệt trên từng hộp số của mỗi hãng

 Các nguyên lý điều khiển của hộp số tự động vô cấp CVT và các đặc tính riêng biệt của hộp số CVT

 Ưu và nhược điểm của hộp số tự động vô cấp CVT cũng như là nghiên cứu được một số dạng hộp số khác, từ đó có cái nhìn tổng quát hơn về các bộ truyền động vô cấp

Đề tài có ý nghĩa thực tiễn là đóng góp vào nghiên cứu khoa học chuyên ngành ô tô của Khoa cơ khí động lực, đóng góp vào kho tài liệu của Khoa từ đó làm tài liệu để

nghiên cứu, thiết kế hộp số tự động vô cấp CVT trên ô tô, làm tài liệu cho quá trình đào tạo sinh viên Khoa cơ khí động lực chuyên ngành CNKT ô tô

Trong thời gian làm đồ án, chúng em chỉ mới hoàn thành những nội dung trong phạm

vi đề tài được giao, với kiến thức thực tế còn ít ỏi, do vậy đề tài này chắc sẽ còn thiếu sót Mong quý Thầy Cô bổ sung, góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn