Tuy nhiên, các van điều chỉnh áp suất dầu tỉ lệ theo tốc độ (van tiết lưu theo tốc độ) và theo độ mở cánh bướm ga (van ga) để điều khiển các van sang số không còn được sử dụng, thay và[r]
Trang 1Điều khiển tự động hộp số tự động
Chúng ta cùng tìm hiểu điều khiển tự động sang số bằng thủy lực và điều khiển tự động quá trình sang số bằng điện tử
I ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH SANG SỐ BẰNG THỦY LỰC
Sang số: được thực hiện dựa trên tốc độ xe và độ mở cánh bướm ga Mỗi dải tốc
độ và độ mở cánh bướm ga gây ra một chênh lệch áp suất làm thay đổi trạng thái của một van sang số tương ứng Do giới hạn về đặc tính hoạt động của cơ cấu cơ khí và thủy lực, hoạt động của van sang số sẽ không thể hoạt động hoàn toàn theo
ý muốn Do đó, hộp số sẽ không linh hoạt, gây ra cảm giác không thoải mái khi vận hành
Trả số: có 3 trường hợp: trả số khi đang thả trôi, trả số cưỡng bức, và trả số khi
cần gạt chuyển sang số thấp hơn
Ø Khi thả trôi, bướm ga đóng hoàn toàn và tốc độ giảm dần Lúc đó, áp lực dầu tỉ
lệ với độ mở cánh bướm ga giảm xuống, tay số vẫn được duy trì cho đến khi áp lực dầu tỉ lệ với tốc độ nhỏ hơn áp lực do lò xo gây ra
Trang 2Ø Khi đang ở tốc độ thấp mà người lái đột ngột tăng ga, áp lực dầu tỉ lệ với độ mở cánh bướm ga tăng vọt trong khi áp lực dầu tỉ lệ với tốc độ lại đang nhỏ Quá trình trả số cưỡng bức xảy ra Quá trình này có thể trả số 4->3, 3->2, 2->1 hay từ 4->1, 3->1 tùy thuộc vào thiết kế của hộp số, cách sang số đang được chọn, tốc độ xe, tốc độ đạp ga Nếu tốc độ xe đủ lớn, quá trình trả số sẽ không xảy ra Trả số cưỡng bức giúp xe tăng tốc nhanh Yêu cầu về trả số cưỡng bức hoàn toàn tương tự như khi người lái sử dụng xe với hệ thống truyền động thường
Ø Trả số cũng có thể xảy ra khi người lái gạt cần chọn sang vị trí tay số thấp hơn Van chọn chế độ hoạt động của hộp số sẽ thay đổi vị trí và làm trả số về Trường hợp này không nên thực hiện trừ khi có sự cho phép của nhà sản xuất
II ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH SANG SỐ BẰNG ĐIỆN TỬ
Hệ thống truyền động điều khiển tự động bằng điện tử vẫn dùng thủy lực để tác động đến các ly hợp và đai thắng Tuy nhiên, các van điều chỉnh áp suất dầu tỉ lệ theo tốc độ (van tiết lưu theo tốc độ) và theo độ mở cánh bướm ga (van ga) để điều khiển các van sang số không còn được sử dụng, thay vào đó là TCU và các van solenoid để điều khiển các van sang số Do được điều khiển bằng lệnh từ TCU, các van sang số có thể được điều khiển một cách tự do Nhờ đó, thời điểm và cách sang số có thể được tối ưu; quá trình sang số đạt chất lượng cao hơn nhiều so với
hệ thống điều khiển bằng thủy lực
Càng ngày, hệ thống truyền động điều khiển tự động bằng điện tử càng phát triển mạnh về phần điều khiển Ban đầu, TCU chỉ điều khiển ly hợp của bộ biến mô bằng van solenoid để giảm tiêu hao nhiên liệu thay cho ly hợp ly tâm Tiếp đến, TCU phát triển chức năng điều khiển quá trình sang số tự động bằng cách điều khiển các van solenoid để cung cấp dòng dầu đến các van điều khiển sang số Các cảm biến thay vì phải có đường truyền tín hiệu riêng rẽ cho từng bộ điều khiển trên xe thì dần dần được thay bằng hệ thống mạng TCU từ chỗ không giao tiếp với ECU đã yêu cầu ECU điều khiển giảm moment động cơ khi sang số, mà cao hơn là TCU trực tiếp điều khiển giảm moment động cơ mà không cần thông qua
Trang 3ECU Từ cách điều khiển sang số dựa trên tính toán bằng công thức, TCU chuyển sang sử dụng các bảng tra với khả năng sang số linh hoạt hơn Hiện đại hơn, TCU
sử dụng các bộ điều khiển thích nghi để cập nhật lại các bảng tra, các hệ số của bộ điều khiển khiến cho hệ thống truyền động hoạt động ngày càng hiệu quả, đem lại cảm giác êm dịu cho người sử dụng Bên cạnh đó, bộ điều chỉnh áp lực dầu từ chỗ
ổn định áp lực dựa trên phản lực của lò xo đã được thay bằng bộ điều chỉnh có khả năng thay đổi áp lực bằng các van điện tuyến tính, và cao hơn nữa là điều chỉnh áp lực dầu bằng các van solenoid được điều khiển theo phương pháp điều rộng xung Càng ngày, các phần tử chấp hành, các thiết bị phụ càng được giảm đi; khả năng điều khiển bởi chương trình ngày càng linh hoạt đem lại cảm giác thoải mái nhất cho người sử dụng
Điều khiển thời điểm đóng ly hợp của bộ biến mô: để truyền được công suất
bánh côg tác và turbine luôn có độ trượt Độ trượt này gây ra tổn thất công suất ở
bộ biến mô Để tăng hiệu suất của bộ biến mô, turbine và vỏ biến mô sẽ được ép chặt vào nhau càng thường xuyên càng tốt để truyền công suất trực tiếp từ động
cơ Tiêu hao nhiên liệu (tổn thất công suất) do bộ biến mô gây ra sẽ giảm nhưng đồng thời khả năng khuếch đại moment của biến mô cũng bị giảm theo Vì vậy, việc điều khiển đóng ly hợp cần phải giải quyết ổn thoả mâu thuẫn trên
Thời điểm đóng ly hợp cũng được xác định như thời điểm sang số Thông thường,
ở mỗi tay số khác nhau sẽ có một đường đặc tính đóng ly hợp khác nhau
Để giảm dao động trong hệ thống truyền động khi đổi số, ly hợp được mở trong lúc sang số hay trả số, tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng Sau khi đổi số, tùy theo điều kiện mà ly hợp được đóng lại để tiết kiệm nhiên liệu
Khi chạy ở tay số 1, ly hợp luôn được mở Thời gian ở tay số 1 thường rất ngắn, nếu đóng ly hợp sẽ làm cho ly hợp phải làm việc nhiều do việc đổi số liên tục, làm giảm cảm giác thoải mái cho người sử dụng Hơn nữa, mở ly hợp ở tay số 1 sẽ tận dụng được khả năng khuếch đại moment của bộ biến mô, giúp xe tăng tốc nhanh hơn
Khi ga tăng nhanh nhưng tốc độ xe còn thấp, quá trình sang số cưỡng bức xảy ra,
Trang 4ly hợp được mở để tận dụng khả năng khuếch đại moment của bộ biến mô, giúp xe tăng tốc nhanh hơn
Hệ thống điều khiển đời mới kết hợp tín hiệu từ các cảm biến và giải thuật điều khiển thông minh để đóng/mở ly hợp đúng thời điểm, tạo cảm giác thoải mái nhất
và tiết kiệm nhiên liệu tối đa Ly hợp có thể được đóng khi động cơ đang ở tốc độ thấp và tải thấp mà vẫn thoả mãn cả hai yêu cầu này
Để tăng cảm giác thoải mái khi sử dụng xe, pittông điều khiển đóng ly hợp sẽ không còn là loại đóng/mở dứt khoát mà có hành trình có thể điều khiển được bằng cách điều chỉnh áp lực dầu Áp lực dầu từ chỗ được bật/tắt dứt khoát bằng các van solenoid 2 trạng thái được chuyển sang điều chỉnh nhuyễn bằng bộ điều áp tuyến tính hay bằng van solenoid điều khiển áp lực dầu theo phương pháp điều rộng xung
Điều khiển thời điểm sang số: quá trình sang số thường được điều khiển bằng các
bảng tra đã được ghi trong bộ nhớ, Những bảng tra này với các dải điều khiển khác nhau có thể được thay đổi trong quá trình điều khiển Giới hạn của điểm sang
số được xác định bởi tốc độ lớn nhất và thấp nhất cho phép của động cơ đảm bảo cảm giác thoải mái và độ ồn của động cơ trong mỗi điều kiện hoạt động Thời điểm sang số được dựa trên tín hiệu độ mở cánh bướm ga, tốc độ động cơ (xác định từ tốc độ trục thứ cấp của hộp số), vị trí chân ga
Để tránh sự chuyển số liên tục giữa 2 tay số, giữa giới hạn thời điểm sang số và thời điểm trả số có một khoảng trễ (khoảng không nhạy) Khoảng trễ này được xác định từ đặc tính của xe và phong cách sang số được chọn
Trang 5Các đường đặc tính sang số ở một hộp số 4 số
Một bộ điều khiển sẽ có nhiều bảng tra điều khiển sang số tương ứng cho các phong cách sang số khác nhau Bảng tra tương ứng với các điểm sang số sẽ làm cho hao phí nhiên liệu là thấp nhất Bảng tra tương ứng với các điểm sang số sẽ tạo ra công suất lớn nhất Người lái có thể lựa chọn bảng tra có đặc tính mong muốn bằng cách lựa chọn bằng các nút hay công tắc Việc xác định các bảng tra phụ thuộc nhiều vào quan điểm thiết kế của nhà sản xuất Hệ thống điều khiển hiện đại có khả năng tự nhận biết phong cách lái của người lái bằng cách quan sát cách đạp ga của họ và tự chọn phong cách sang số (bảng tra) thích hợp
Khi bướm ga mở nhanh mà tốc độ động cơ còn thấp, TCU trả số cưỡng bức để xe tăng tốc nhanh hơn
Khi xe gặp khúc cua hay phải tránh chướng ngại vật, có thể sẽ xảy ra trường hợp bướm ga đóng lại nhưng tốc độ xe vẫn tăng, quá trình sang số có thể diễn ra Để tránh trường hợp này, TCU kiểm soát vị trí bướm ga và tốc độ xe nhằm tránh trường hợp sang số không mong muốn Tương tự như trường hợp này, TCU sẽ không cho sang số khi xe đang xuống dốc, thậm chí TCU có thể trả số về
Điều khiển giảm moment động cơ khi sang số: để thực hiện chức năng này, TCU
cần có giao tiếp với ECU điều khiển động cơ để điều khiển moment khi sang số nhằm hỗ trợ sự đồng bộ của hộp số và giảm hiện tượng giật mạnh khi sang số
Trang 6điểm vượt trội so với truyền động tự động điều khiển bằng thủy lực cổ điển Giá trị áp lực dầu khi có và không có sang số có thể tính theo các phương pháp khác nhau hay được tra từ bảng tra Cùng với yêu cầu về cảm giác thoải mái khi sang số, TCU sử dụng các tín hiệu từ moment động cơ, tốc độ trục sơ cấp của hộp
số, moment turbine, vị trí cánh bướm ga…để xác định áp lực dầu cần thiết Các tín hiệu này có thể được đưa đến TCU qua các hệ thống điều khiển khác trên xe bằng
hệ thống mạng dữ liệu Giá trị áp lực dầu cần thiết bao gồm các giá trị hiệu chỉnh cộng với một áp lực dầu cơ bản phụ thuộc vào kết cấu của hộp số
Các hệ số điệu chỉnh được tìm ra trong giai đoạn thiết kế hộp số và thử nghiệm với toà hệ thống trên xe Một số hộp số sử dụng bảng tra để xác định áp lực dầu cần thiết Với bảng tra, áp lực dầu có thể đạt được tối ưu cho các điểm làm việc do không phụ thuộc vào phương pháp tính
Hệ thống điều khiển đời mới dùng giải phương pháp điều khiển thích nghi để điều khiển áp lực dầu phù hợp khi đặc tính của các phần tử ma sát và chất lượng dầu thay đổi theo thời gian sử dụng, cũng như sự thay đổi moment động cơ theo tuổi thọ động cơ Dựa trên sai lệch thời gian sang số lý thuyết và thực tế (dựa trên tốc
độ trục sơ cấp), áp lực dầu sẽ được hiệu chỉnh bằng cách tăng thêm hay giảm đi một lượng Tuy nhiên, sự thay đổi này nằm trong một giới hạn an toàn Các giá trị
áp lực dầu tìm sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ để phục vụ cho lần sử dụng sau
Chẩn đoán lỗi: ưu điểm của hệ thống truyền động điều khiển bằng điện tử là có
Trang 7thể tự giám sát hoạt động của các cơ cấu trong hệ thống Nhờ đó, những hư hỏng, trục trặc trong hệ thống dễ dàng được nhận biết và sửa chữa