Bài tiểu luận: Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển trong các loại hộp số tự động

Một hộp số mà trong đó việc chuyển số bánh răng được điều khiển bằng ECU Bộđiều khiển điện tử được gọi là ECT-Hộp số điều khiển điện tử và một hộp số không sử dụng ECU được gọi là hộp số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ 2

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY

-THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT

Đề tài: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN

TRONG CÁC LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

SINH VIÊN THỰC HIỆN :

Nhận xét của GVHD:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Nội dung và yêu cầu :

1 Tổng quan về điều khiển hộp số tự động.

2 Cấu tạo và các cụm chi tiết chính trong hệ thống điều khiển

3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển

4 Kết luận và đánh giá

Phần 1: SVTH Huỳnh Hùng Hậu

Phần 2, 3: SVTH Phan Đình Hải, Tô Trung Hiếu, Nguyễn Phi Hùng

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 3

MỤC LỤC

Trang bìa……… ……1

Trang Nhận xét của GVHD……….2

Nội dung và yêu cầu ……… 3

Tổng quan về điều khiển hộp số tự động 5

Cấu tạo và các cụm chi tiết chính trong hệ thống điều khiển 15

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển 30

Kết luận và đánh giá 41

Với các xe có hộp số tự động thì người lái xe không cần suy tính khi nào cần lên

số hoặc xuống số Các bánh răng tự động chuyển số tùy thuộc vào tốc độ xe và mức đạp bàn đạp ga

Một hộp số mà trong đó việc chuyển số bánh răng được điều khiển bằng ECU (Bộđiều khiển điện tử) được gọi là ECT-Hộp số điều khiển điện tử và một hộp số không sử dụng ECU được gọi là hộp số tự động thuần thủy lực Hiện nay các xe đếu sử dụng ECT Đối với một số xe thì phương thức chuyển số có thể được chọn tùy theo ý muốn của lái xe và điều khiển đường xá Cách này giúp cho việc tiết kiệm nhiên liệu, tính năng và vận hành xe được tốt hơn

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 5

Đến những năm 70 hộp số tự động thực sự hồi sinh khi hàng loạt hãng ô tô cho ra đời các loại xe mới với hộp số tự động đi kèm Từ đó đến nay hộp số tự đông đã phát triển không ngừng và dần thay thế hộp số thường Khi mới ra đời hộp số tự động là loại có cấp và được điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực Để chính xác hóa thời điểm chuyển số và tăng tính an toàn khi sử dụng, hộp số tự đông có cấp điều khiển bằng điện tử (ECT) ra đời.

Vẫn chưa hài lòng với các cấp tỷ số truyền trên ECT, các nhà sản xuất ô tô đã nghiên cứu và chế tạo thành công một loại hộp số tự động với vô số cấp tỷ số truyền (Hộp số tự động vô cấp) vào cuối thế kỷ XX cụ thể như sau:

+ Hộp số tự đông (HSTĐ) theo công bố của tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức

ra đời năm 1934 tại hãng Chysler Ban đầu HSTĐ sử dụng Ly hợp thủy lực và Hộp

số hành tinh điều khiển hoàn toàn bằng van con trượt thủy lực, sau đó chuyển sangdùng Biến momen thủy lực đến ngày nay, tên gọi ngày nay sử dụng là AT

+ Tiếp sau đó là hãng ZIL (Liên xô cũ 1949) và các hãng Tây Âu khác (Đức, Pháp,Thụy Sỹ) Phần lớn các HSTĐ dùng trong thời kỳ này dùng HSHT 3, 4 cấp trên cơ

sở của bộ truyền hành tinh 2 bậc tự do kiểu Wilson, kết cấu AT

+ Tiếp sau đó là hãng ZIL (Liên Xô cũ 1949) và các hãng Tây Âu khác (Đức, Pháp, Thụy Sĩ) Phần lớn là các HSTĐ trong thời kì này dùng hộp số hành tinh 3,4 cấp trên cơ sở của bộ truyền hành tinh 2 bậc tự do kiểu WILSON, kết cấu AT

+Sau những năm 1960 HSTĐ dùng trên oto tải và ôto buýt với biến momen thủy lực và hộp số cơ khí có các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, kết cấu AT.

+ Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTĐ kiểu EAT (điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử), loại này ngày nay đang sử dụng

+ Một loại hộp số tự động khác là hộp số vô cấp sử dụng bộ truyền đai kim loại (CVT) với các hệ thống điều khiển chuyển số bằng thủy lục điện tử , (cũng là 1 dạng HSTĐ)

+ Ngày nay đã bắt đầu chế tạo các loại truyền động thông minh cho phép chuyển

số theo thói quen lái xe ( thay đổi tốc độ của động cơ bằng chân ga ) và tình huốngmặt đường, HSTĐ có 8 số truyền Hệ thống truyền thủy lực sử dụng HSTĐ được gọi là hệ thống truyền lực cơ khí thủy lực điện tử, là khu vực có nhiều ứng dụng của kĩ thuật cao, sự phát triển rất nhanh chóng, chẳng hạn, gần đây xuất hiện loại hộp số có khả năng làm việc theo hai phương pháp chuyển số : Bằng tay hay

tự động tùy theo ý thích của người sử dụng

Hiện nay để đáp ứng nhu cầu của khách hàng và để tăng tính an toàn khi sử dụng , các nhà chế tạo đã cho ra đời loại hộp số điều khiển bằng điện tử và có thêm chức năng sang số bằng cần như hộp số thường

Ngày nay hộp số tự động đã được sử dụng khá rộng rãi trên các xe du lịch, thậm chí trên các xe 4WD và xe tải nhỏ Ở nước ta, hộp số tự động xuất hiện từ những năm 1990 trên các xe nhập về từ Mĩ và Châu Âu Tuy nhiên do khả năng công nghệ còn hạn chế việc bảo dưỡng, sửa chữa rất khó khăn nên vẫn ít sử dụng Hiện

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 7

nay cùng với những tiến bộ của khoa học kĩ thuật, công nghệ chế tạo hộp số tự động cũng được hoàn chỉnh, hộp số tự động đã khẳng định được tính ưu việt của

nó và dần thay thế hộp số thường

III Phân Loại

Có nhiều cách để phân loại hộp số tự động

1 Phân loại theo tỉ số truyền

 Hộp số tự động vô cấp: Là loại hộp số có khả năng thay đổi tự động , liên

tuc tỉ số truyền nhờ sự thay đổi bán kính quay của các puly

 Hộp số tự động có cấp: Khác với hộp số vô cấp, hộp số tự động có cấp cho

phép thay đổi tỉ số truyền theo các cấp số nhờ các bộ truyền bánh răng

2.Phân loại theo cách điều khiển

Theo cách điều khiển có thể chia hộp số tự động làm 2 loại,chúng khác nhau về

hệ thống sử dụng để điều khiển chuyển số và thời điểm khóa biến mô Một loại là điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực, loại kia là điều khiển điện tử ( ECT ), nó sử dụng ECU để điều khiển và có thêm chức năng chẩn đoán và dự phòng

Hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực hoạt động bới sự biến đổi một cách cơkhí tốc độ xe thành áp suất li tâm và độ mở bướm ga thành áp suất bướm ga rồi dùng các áp suất thủy lực này điều khiển hoạt động của các li hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh, do đó điều khiển thời điểm lên xuống số Nó được gọi làphương pháp điều khiển thủy lực

Mặt khác đối với các hộp số điều khiển điện tử ECT, các cảm biến phát hiện tốc

độ xe và độ mở bướm ga biến chúng thành tín hiệu điện và gởi chúng về bộ điều khiển ECU Dựa trên tín hiệu này ECU điều khiển hoạt động các ly hợp, phanh thông qua các van và hệ thống thủy lực

-Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực: Điều khiển chuyển số

cơ học bằng cách phát hiện tốc độ xe bằng thủy lực thông qua van điều tốc và phát hiện độ mở bàn đạp ga từ bướm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bướm ga

 Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 9

Loại này sử dụng ECU – ECT để điều khiển hộp số thông qua các tín hiệu điều khiển điện tử.

Sơ đồ tín hiệu điều khiển:

Tín hiệu điện của các cảm biến ( cảm biến tốc độ, cản biến vị trí chân ga ) và tín hiệu thủy lực từ bàn đạp ga ( qua cáp chân ga →bướm ga→cảm biến vị trí bướm ga )→ECU động cơ→ECT - ECU→Van điện từ→Các cần sang số→Bộ bánh răng hành tinh và bộ biến mô.

 Loại điều khiển điện tử hoàn toàn thủy lực:

Loai này sử dụng cáp bướm ga và các tín hiệu điện tử điều khiển để điều khiển hộp số tự động

Sơ đồ tín hiệu điều khiển:

Bàn đạp ga→Cáp dây ga→Cáp bướm ga→van bướm ga, van ly

tâm→Van sang số→Bộ truyền bánh răng hành tinh và bộ biến mô.

-Hộp số tự động điều khiển bằng điện tử: Hộp số này sử dụng áp suất thủy lực

để tự động chuyển số theo các tín hiệu điều khiển của ECU ECU điều khiển các van điện từ tùy theo tình trạng của động cơ và của xe do các bộ cảm biến xác nhận,

từ đó điều khiển áp suất dầu thủy lực

Sơ đồ tín hiệu điều khiển:

Tín hiệu điện từ các cảm biến ( cảm biến chân ga, cảm biến dầu hộp số, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến tốc độ xe, cảm biến đếm vòng quay, cảm biến tốc độ tuabin ) và tín hiệu điện từ bộ điều khiển thủy lực→ECT động cơ và ECU→tín hiệu điện đến các van điện từ→bộ biến mô và bánh răng hành tinh.

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 11

3.Phân loại theo cấp số truyền: Có nhiều loại hộp số tự động, hiện nay

thông dụng nhất là loại có 4,5,6 cấp số, có một số loại xe còn được trang bị hộp số 8 cấp

4.Phân loại theo cách bố trí trên xe:

- Loại FF:

Hộp số tự động sử dụng cho xe có hộp số đặt trước, cầu trước chủ động Loại này được thiết kế gọn do chúng được bố trí ở khoang động cơ

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 13

- Loại FR: Hộp số tự động sử dụng cho xe có động cơ đặt trước,

cầu sau chủ động Loại này có bộ truyền bánh răng cuối cùng( vi sai ) lắp ở bên ngoài nên nó dài hơn

IV: Chức năng của hộp số tự động

Về cơ bản hộp số tự động có chức năng như hộp số thường, tuy nhiên hộp số

tự động cho phép đơn giản hóa việc điều khiển hộp số, quá trình chuyển số êm dịu,không cần ngắt đường truyền công suất từ động cơ xuống khi sang số Hộp số tự động tự chọn tỉ số truyền phù hợp với điều kiện chuyển động của oto, do đó tạo điều kiện chuyển động gần như tối ưu công suất của động cơ

Vì vậy hộp số tự động có những chức năng cơ bản sau:

-Tạo ra cấp tỉ số truyền phù hợp nhằm thay đổi momen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động phù hợp với momen cản luôn thay đổi và nhằm tận dụng tối

đa công suất động cơ

-Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động

-Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc tách ly hợp

V Ưu, nhược điểm của hộp số tự động

- Nó tránh cho động cơ và dòng dẫn động được tình trạng quá tải do

nó nối chung bằng thủy lực qua biến mô tốt hơn so với nối bằng cơkhí

- Thời gian sang số và hành trình tăng tốc nhanh

- Không bị va đập khi sang số, không cần bộ đồng tốc

b) Nhược điểm

- Kết cấu phức tạp hơn hộp số cơ khí

- Tốn nhiều nhiên liệu hơn hộp số cơ khí

- Biến mô nối động cơ với hệ thống truyền động bằng cách tác độngdòng chất lỏng từ mặt này sang mặt khác trong hộp biến mô, khi vận hành có thể gây ra hiện tượng “trượt” hiệu suất sử dụng năng lượng bị giảm, đặc biệt là ở tốc độ thấp

ĐIỀU KHIỂN

1 Hệ thống điều khiển điện tử

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 15

Hệ thống điều khiển điện tử của ECT điều khiển thời điểm chuyển số và khóa biến

mô trong ECT, bao gồm 3 kiểu chi tiết Các cảm biến khác nhau, một ECU và các loại van điện từ Sơ đồ sau chỉ ra mối liên hệ giữa các chi tiết

Hệ thống điều khiển điện tử của ECT điều khiển thời điểm chuyển số và khóa biến

mô trong ECT, bao gồm 3 kiểu chi tiết Các cảm biến khác nhau, một ECU và các loại van điện từ Sơ đồ sau chỉ ra mối liên hệ giữa các chi tiết

1.1 Các bộ phân điều khiển điện tử

Các bộ phận trong hệ thống điều khiển

1.2 mạch điều khiển điện tử

1.3 công tắc chọn chế đô hoạt động

Công tắc chọn chế độ hoạt động cho phép người lái chọn chế độ hoạt động mong muốn (bình thường hay tải nặng)

Công tắc chọn chế độ hoạt động

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 17

- ECT ECU chọn sơ đồ chuyển số, khóa biến mô và chế độ hoạt động đã chọn.

- ECT ECU có cực PWR nhưng không có cực NORMAL Khi chọn chế độ hoạt động , điện áp 12V được cấp lên cực PWR và ECT ECU nhận biết rằng

đã chọn chế độ POWER Khi chọn chế độ NORMAL, điện áp 12V không được cấp lên cực PWR nữa và ECT ECU biết rằng đã chọn chế độn

NORMAL

Các tiếp điểm của công tắc này cũng được sử dụng để bật một trong các đèn báo vị trí của công tắc để báo cho người lái biết chế độ hoạt động

1.4 Công tắc khởi động trung gian

ECT ECU nhận thông tin về số đang gài từ cảm biến vị trí gài số được gắn trong công tắc khởi động trung gian, sau đó xác định chế độ gài số tương ứng

Các cực được nối điện với nhau

- Trong ECT, công tắc khởi động số trung gian có tiếp điểm cho mọi vị trí số

- Nếu cực N, 2 hay L của ECU được nối với cực E, ECU xác định được rằng hộp số đang ở hoặc ở số N, 2 hay L.

- Nếu không có cực nào trong các cực N, 2 hay L được nối với cực E, ECU xác định rằng hộp số đang ở số D

- Chú ý :

Ở số P, D và R, công tắc khởi động số trung gian không gửi các tín hiệu để báo cho ECU về vị trí cần số Ở một vài kiểu hộp số, công tắc khởi động số trung gian gửi các tín hiệu ở số R

- Tiếp điểm của công tắc này cũng được sử dụng để bật trong các đèn báo vị trí cần số, báo cho người lái biết vị trí cần số hiện tại

- Trạng thái đóng – mở của mỗi tiếp điểm được cho ra như bảng dưới

Chú ý :

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 19

Nếu tín hiệu ECT ECU không bình thường, ECU sẽ phản ứng như sau: Hở

- Cảm biến này được gắn trên bướm ga và cảm nhận bằng điện mức độ

mở bướm ga sau đó nó gởi những dữ liệu này đến ECU ( dưới dạng tín hiệu điện ) để điều khiển thời điểm chuyển số và khóa biến mô

- Kiểu dán tiếp

- A140E là kiểu mà ECU động cơ được gắn giữa vị trí cảm biến bướm

ga ECT ECU như hình vẽ dưới

- Cảm biến vị trí bướm ga biến đổi một cách tuyến tính lúc mở bướm ga thành các tín hiệu điện Một điện áp không đổi 5V được cấp đến điện cực

Vc từ ECU động cơ

- Khi bướm ga trượt dọc điện trở theo góc mở bướm ga điện áp tác dụng lên cực Vta tỉ lệ với góc này

- ECU động cơ biến đổi điện áp VTA thành một trong 8 tín hiệu góc mở bướm ga khác nhau để báo cho ECT ECU biết góc mở của bướm ga.

- Những tín hiệu này bao gồm các tập hợp khác nhau của các điện áp cao và thấp tại cực L1, L2, L3 hoặc IDL của ECT ECU như bảng dưới

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 21

- Khi bướm ga đóng hoàn toàn,tiếp điểm cho tín hiệu IDL với cực E, gửi tín hiệu đến ECT ECU để báo rằng bướm ga đóng hoàn toàn.

- Sau khi ECT ECU nhận được các tín hiệu L1, L2, L3 và IDL, nó thay đổi góc mở của bướm ga thành điện áp từ 0V đến 8V để báo cho kỹ thuật viên biết góc mở của bướm ga phát ra từ cực TT có được đưa vào một cách bình thường hay không

1.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát:

Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn nhiệt độ xác định, tính năng của động

cơ và khả năng tải sẽ giảm nếu hộp số chuyển lên tỉ số truyền tăng Để tránh hiện tượng này, các tín hiệu được nhập vào ECU để ngăn không cho

nó chuyển lên tỉ số truyền tăng trước khi nhiệt độ nước làm mát đạt đến nhiệt độ xác định

Cảm biến này cảm nhận nhiệt độ nước làm mát nhờ một nhiệt điện trở, biến

nó thành các tín hiệu điện và gửi các tín hiệu này đến ECU động cơ

Nếu nhiệt độ nước làm mát giảm xuống dưới một nhiệt độ xác định (tức 60°)

ECU động cơ gửi tín hiệu đến OD1 của ECT ECU, ngăn không cho hộp số chuyển lên O/D và ly hợp khóa biến mô hoạt động

Ở một kiểu xe ngăn không cho chuyển lên số 3 tại thời điểm này.

ECU động cơ bao gồm chức năng dự phòng: Nếu cảm biến nhiệt độ nước làm mát hỏng do hở hay chập mạch, ECU động cơ sẽ điều khiển với giả thiết nhiệt độ nước làm mát là 800°C, mà không phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát thực tế

1.7 Cảm biến tốc độ:

Để đảm bảo rằng ECT ECU luôn nhận được thông tin đúng về tốc độ bánh

xe, các tín hiệu được nhập vào ECT ECU nhờ 2 cảm biến tốc độ

Để đạt được độ chính xác hơn nữa, ECT ECU liên tục so sánh tín hiệu này

để xem chúng có giống nhau hay không

LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ_K53 Page 23

Cảm biến này được gắn trong đồng hồ tốc độ và hoạt động để thay thế cảm biến tốc độ chính nếu nó bị hỏng Nó sinh ra 4 xung cho mỗi vòng quay của dây công tơ mét.

Chú ý:

Nếu cả 2 tín hiệu tốc độ đều đúng, các tín hiệu từ cảm biến số 2 được sử dụng để điều khiển thời điểm chuyển số sau khi so sánh với tín hiệu với cảmbiến số 1 Nếu tín hiệu từ cảm biến tốc độ số 2 là sai, ngay lập tức ECU không sử dụng tín hiệu này mà sử dụng cảm biến từ tốc độ số 1 để điều khiển thời điểm chuyển số Nó sẽ phát ra mã chuẩn đoán số 62 nếu hiện tượng này xãy ra thêm vào đó mã chuẩn đoán số 42 cũng được hiển thị nếu cảm biến số 1 trở nên không bình thường

Cảm biến tốc độ số 2:

Một mô tơ có gắn các nam châm bên trong được gắn trên trục dẫn động bánh răng của hộp số hay trục thứ cấp Bất cứ khi nào trục quay được một vòng, nam châm kích thích công tắc lưỡi gà ( được gắn ở trục cảm biến chính ), làm nó sinh ra một tín hiệu Tín hiệu này tương ứng với áp suất ly tâm trong hộp số điều chỉnh thủy lực hoàn toàn , được gửi đến ECU, ECU

sử dụng nó để điều khiển thời điểm chuyển số và hoạt động của ly hợp khóa biến mô Cảm biến này phát ra một xung trong vòng quay thứ cấp

1.8 Công tắc đèn phanh: