Nghiên cứu hộp số tự động vô cấp CVT

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AT Automatic Transmission Hộp số tự động CVT Continuosly Variable Transmission Hộp số tự động vô cấp CVTF Continuosly Variable Transmission Fluid Dầu hộp số tự độn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

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

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Tên đề tài:

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

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Họ tên sinh viên: 1 HOÀNG MINH KHÁNH MSSV: 16145422

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

1 Tên đề tài: Nghiên cứu Hộp số tự động vô cấp CVT

2 Nhiệm vụ đề tài:

3 Sản phẩm đề tài: 02 tập báo cáo kết quả nghiên cứu và 02 đĩa CD nội dung báo cáo

4 Ngày giao đề tài: 02/03/2020

5 Ngày nộp đề tài: 17/08/2020

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên: HOÀNG MINH KHÁNH MSSV: 16145422 Hội đồng:

Họ và tên sinh viên: TRẦN NGÔ DUY ANH MSSV: 16145323 Hội đồng:

Tên đề tài: Nghiên cứu Hộp số tự động vô cấp CVT

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV hướng dẫn: TS Huỳnh Phước Sơn

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:

2 Nhận xét về kết quả thực hiện ĐATN:

2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án:

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3 Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá

tối đa

Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần hoặc quy trình

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

4 Kết luận

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2020

Giảng viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

Bộ môn: Khung gầm

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: HOÀNG MINH KHÁNH MSSV: 16145422 Hội đồng:

Họ và tên sinh viên: TRẦN NGÔ DUY ANH MSSV: 16145323 Hội đồng:

Tên đề tài: Nghiên cứu Hộp số tự động vô cấp CVT

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV phản biện:

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá

tối đa

Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần hoặc quy trình

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

7 Kết luận

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo về

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2020

Giảng viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Họ tên sinh viên: 1 HOÀNG MINH KHÁNH MSSV: 16145422

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện

và các thành viên trong Hội đồng bảo về Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2020

Mặc dù đã cố gắng và nổ lực hết mình khi thực hiện đề tài nhưng do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được những góp ý của quý Thầy Cô để chúng em có được đề tài hoàn thiện nhất

Cuối cùng chúng em kính chúc quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh lời chúc sức khoẻ và thành công trong công việc

Nhóm sinh viên thực hiện HOÀNG MINH KHÁNH TRẦN NGÔ DUY ANH

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN i

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC CÁC BẢNG x

TỔNG QUAN 1

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 3

1.1 Hộp số tự động bánh răng hành tinh 4

1.2 Hộp số ly hợp kép (Dual Clutch Transmission) 8

1.3 Hộp số vô cấp (Continuously Variable Transmission) 14

CHƯƠNG 2 HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÔ CẤP CVT 16

2.1 Giới thiệu chung 16

2.2 Cấu tạo của hộp số vô cấp CVT 16

2.2.1 Bộ biến mô 16

2.2.2 CVT không sử dụng bộ biến mô 21

2.2.3 Bộ truyền bánh răng hành tinh và vô cấp 25

2.2.4 Bơm dầu 39

2.2.5 Bộ làm mát dầu CVTF 42

2.2.6 Khoá đỗ xe 44

2.2.7 Hệ thống điều khiển điện 45

2.2.8 Hệ thống điều khiển thuỷ lực 56

2.3 Nguyên lý điều khiển 68

2.3.1 Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền 68

2.3.2 Điều khiển lực ép dây đai 78

2.3.3 Điều khiển làm mát ly hợp trên xe không sử dụng biến mô 83

2.3.4 Điều khiển xe lên xuống dốc 85

2.3.5 Điều khiển an toàn và chẩn đoán 88

2.4 Các kiểu truyền động vô cấp khác 89

2.4.1 Cone CVT 89

2.4.2 Hydrostatic CVT (hộp số vô cấp thuỷ tĩnh) 89

2.4.3 Toroidal CVTs 90

CHƯƠNG 3 : CHẾ ĐỘ LÁI VÀ ĐẶC TÍNH CỦA HỘP SỐ CVT 95

3.1 Các chế độ lái của CVT 95

3.1.1 Chế độ chuyển số bằng tay (số M) 95

3.1.2 Chế độ tự động 97

3.2 Đặc tính của hộp số CVT 99

3.2.1 CVT có vùng chuyển số rộng 99

3.2.2 Đặc tính tiết kiệm nhiên liệu của hộp số CVT 100

3.2.3 Đặc tính cải thiện hiệu suất và cảm giác lái 102

3.3 Ưu và nhược điểm của hộp số tự động vô cấp CVT 105

3.3.1 Ưu điểm 105

3.3.2 Nhược điểm 105

KẾT LUẬN 107

Tài liệu tham khảo 109

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AT Automatic Transmission (Hộp số tự động)

CVT Continuosly Variable Transmission (Hộp số tự động vô cấp)

CVTF Continuosly Variable Transmission Fluid (Dầu hộp số tự động vô cấp)

DCT Dual Cluth Transmission (Hộp số ly hợp kép)

DRP Dynamic control program (Chương trình điều khiển động học)

ECU Electronic Control Unit (Hộp điều khiển điện tử)

TCM Transmission Control Module (Hộp điều khiển hộp số)

ECM Engine Control Module (Hộp điều khiển động cơ)

“P” Park (Sử dụng khi đỗ xe)

“R” Reverse (Sử dụng khi lùi xe)

“N” Neutral (Vị trí trung gian sử dụng khi xe dừng tạm thời động cơ vẫn hoạt động)

“D” Drive (Sử dụng khi cần chuyển số một cách tự động)

“S” Sport (Số tiến kiểu thể thao, lái xe có thể chọn số trên xe hộp số tự động)

“M” Manual (Số tiến, sử dụng để chuyển số bằng tay trên hộp số tự động)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ truyền lực trên ô tô 3

Hình 1.2 Hộp số tự động bánh răng hành tinh 4

Hình 1.3 Cấu tạo hộp số tự động bánh răng hành tinh 5

Hình 1.4 Sơ đồ đường truyền công suất trên hộp số tự động bánh răng hành tinh 6

Hình 1.5 Sơ đồ điều khiển của hộp số tự động bánh răng hành tinh 6

Hình 1.6 Hộp số tự động ZF của Vinfast 8

Hình 1.7 Cấu tạo hộp số tự động DCT 9

Hình 1.8 Đường truyền công suất ở tay số 1 10

Hình 1.9 Hộp số ly hợp kép của Porsche 11

Hình 1.10 Hộp số sử dụng ly hợp kép khô 12

Hình 1.11 Hộp số sử dụng ly hợp kép ướt 12

Hình 1.12 Hộp số DCT sử dụng hai trục thứ cấp 13

Hình 1.13 Hộp số DCT sử dụng một trục thứ cấp 13

Hình 1.14 Hộp số vô cấp 14

Hình 2.1 Tổng quan hộp số vô cấp CVT 16

Hình 2.2 Bộ biến mô 16

Hình 2.3 Cấu tạo bộ biến mô 17

Hình 2.4 Đường dầu trong biến mô 18

Hình 2.5 Nguyên lý khuyếch đại moment của biến mô 19

Hình 2.6 Hoạt động của biến mô khi xe đang đỗ 20

Hình 2.7 Hoạt động của biến mô khi xe chạy 20

Hình 2.8 Đường truyền công suất ở số tiến 21

Hình 2.9 Hệ thống thuỷ lực điều khiển lực ép ly hợp 22

Hình 2.10 Giảm chấn bánh đà 23

Hình 2.11 Vị trí ly hợp khởi động 24

Hình 2.12 Ly hợp khởi động 25

Hình 2.13 Bộ truyền bánh răng hành tinh và vô cấp 25

Hình 2.14 Bộ truyền hành tinh 26

Hình 2.15 Các bộ phận của ly hợp 27

Hình 2.16 Một số dạng rãnh của đĩa ma sát 28

Hình 2.17 Dạng rãnh của đĩa ép 28

Hình 2.18 Cấu tạo phanh dải nhiều đĩa 29

Hình 2.19 Đi tiến đối với bộ truyền hành tinh sử dụng bánh răng đơn 30

Hình 2.20 Đi số lùi đối với bộ truyền hành tinh sử dụng bánh răng đơn 31

Hình 2.21 Đi tiến đối với bộ bánh răng hành tinh sử dụng bánh răng kép 31

Hình 2.22 Đi lùi đối với bộ truyền hành tinh sử dụng bánh răng kép 32

Hình 2.23 Hệ puly trong hộp số vô cấp CVT 32

Hình 2.24 Nguyên lý hoạt động của puly sơ cấp 33

Hình 2.25 Bộ truyền vô cấp ở tỷ số truyền cao (hình a) và tỷ số truyền thấp (hình b) 34 Hình 2.26 Hệ puly hộp số vô cấp Multitronic ở tỷ số thấp (a) và tỷ số truyền cao (b) 35 Hình 2.27 Nguyên lý tạo ra áp suất ép và điều khiển puly 35

Hình 2.28 Cấu tạo đai truyền 37

Hình 2.29 Hộp số CVT sử dụng xích truyền 37

Hình 2.30 Cấu tạo của xích truyền 38

Hình 2.31 Cơ cấu giúp giảm dao động trên xích truyền 39

Hình 2.32 Cơ cấu giảm ma sát giữa các thanh chịu lực 39

Hình 2.33 Cấu tạo bơm dầu trên hộp số Multitronic của Audi 40

Hình 2.34 Cơ cấu điều chỉnh khe hở dọc trục 41

Hình 2.35 Cơ cấu điều chỉnh khe hở xuyên tâm 41

Hình 2.36 Bộ làm mát dầu hộp số 42

Hình 2.37 Sơ đồ hoạt động của hệ thống làm nóng và mát dầu 43

Hình 2.38 Cấu tạo cơ cấu khoá đỗ xe 44

Hình 2.39 Cơ cấu khoá đỗ xe nhìn từ mặt bên của hộp số 44

Hình 2.40 Sơ đồ tổng thể hệ thống điện điều khiển của hộp số vô cấp CVT 45

Hình 2.41 Tín hiệu các cấp số tại chế độ sang số thủ công trên mạng CAN 46

Hình 2.42 Tín hiệu của cần sang số trên mạng CAN 46

Hình 2.43 Sơ đồ hệ thống điện điều khiển của hộp số vô cấp CVT của Toyota 47

Hình 2.44 Cảm biến từ 48

Hình 2.45 Cảm biến Hall 48

Hình 2.46 Cảm biến nhiệt độ 49

Hình 2.47 Công tắc áp suất 49

Hình 2.48 Cảm biến áp suất loại tuyến tính 50

Hình 2.49 Vị trí cảm biến moment 50

Hình 2.50 Cấu tạo cảm biến moment 51

Hình 2.51 Vị trí cần số trên xe Toyota sử dụng hộp số CVT K111 52

Hình 2.52 Sơ đồ mạch điện trong bộ điều khiển của hộp số Multitronic trên Audi 53

Hình 2.53 Sơ đồ mạch điện trong bộ điều khiển của hộp số Xtronic trên Nissan 55

Hình 2.54 Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển thuỷ lực trên hộp số vô cấp CVT 56

Hình 2.55 Cấu tạo thân van 57

Hình 2.56 Van điện từ ON-OFF loại thường đóng (a) và loại thường mở (b) 58

Hình 2.57 Van điện từ loại tuyến tính 58

Hình 2.58 Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực trên hộp số Multitronic của Audi 59

Hình 2.59 Van tay HS khi xe ở sô D 60

Hình 2.60 Van tay HS khi xe ở số P 61

Hình 2.61 Van điều khiển ly hợp KSV 61

Hình 2.62 Van an toàn SIV 62

Hình 2.63 Van làm mát ly hợp KKV 63

Hình 2.64 van áp suất nhỏ nhất MDV 63

Hình 2.65 Van áp suất định hướng VSTV 64

Hình 2.66 Van UV ở tỷ số truyền truyền động nhanh 65

Hình 2.67 Van UV ở tỷ số truyền truyền động chậm 65

Hình 2.68 Van điều áp VSPV 65

Hình 2.69 Van điện từ 66

Hình 2.70 Van giới hạn lưu lượng thể tích VSBV 66

Hình 2.71 Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực trên hộp số Xtronic của Nissan 67

Hình 2.72 Chuyển số từ số thấp sang số cao 68

Hình 2.73 Chuyển số từ số thấp sang số cao 69

Hình 2.74 Chuyển số từ số thấp sang số cao 70

Hình 2.75 Chuyển số từ số thấp sang số cao 71

Hình 2.76 Chuyển số từ số cao sang số thấp 72

Hình 2.77 Chuyển số từ số cao sang số thấp 73

Hình 2.78 Chuyển số từ số cao sang số thấp 74

Hình 2.79 Bộ điều khiển điện thay đổi tỷ số truyền 75

Hình 2.80 Điều khiển tỷ số truyền khởi động trên hộp số của Audi 76

Hình 2.81 Điều khiển tỷ số truyền ở tốc độ cao trên hộp số của Audi 77

Hình 2.82 Điều khiển ép dây đai trên hộp số CVT K111 của Toyota 78

Hình 2.83 Cảm biến moment điều khiển lực ép dây đai cực đại 79

Hình 2.84 Cảm biến moment điều khiển lực ép dây đai trên hộp số của Audi 80

Hình 2.85 Đồ thị mối quan hệ áp lực ép dây đai và tỷ số truyền 80

Hình 2.86 Cấu tạo khoang cảm biến moment 2 trên hộp số của Audi 81

Hình 2.87 Nguyên lý giảm lực ép dây đai khi xe chạy ở tốc độ cao 82

Hình 2.88 Cấu tạo bộ làm mát ly hợp 83

Hình 2.89 Khoang khử áp suất động 83

Hình 2.90 Đồ thị điều khiển xe lên dốc 85

Hình 2.91 Hoạt động bộ làm mát ly hợp 85

Hình 2.92 Tăng tốc độ động cơ khi xuống dốc 86

Hình 2.93 So sánh tốc độ thực tế và tốc độ lý thuyết 87

Hình 2.94 So sánh khả năng lên xuống dốc 87

Hình 2.95 Bộ truyền vô cấp hình côn 89

Hình 2.96 Bộ truyền vô cấp thuỷ lực trên xe nâng Linde 90

Hình 2.97 Bộ truyền moment vô cấp dạng đĩa xuyến 90

Hình 2.98 Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền 91

Hình 2.99 Cấu tạo hệ thống điều khiển 92

Hình 2.100 Cách xác định tỷ số truyền 92

Hình 2.101 Nguyên lý điều khiển tỉ số truyền 93

Hình 3.1 Các chế độ lái của hộp số CVT 95

Hình 3.2 Các cấp số ảo trong chế độ chuyển số bằng tay 95

Hình 3.3 Sơ đồ điều khiển việc chuyển số 96

Hình 3.4 Vùng điều khiển tỷ số truyền khi xe ở số D 97

Hình 3.5 Vùng điều khiển tỷ số truyền khi xe ở chế độ sport 98

Hình 3.6 Chuyển số bằng tay trong số D 98

Hình 3.7 Đồ thị thay đổi tỷ số truyền của hệ puly so với hộp số tự động 4 cấp số 99

Hình 3.8 Vùng cắt nhiên liệu của CVT 100

Hình 3.9 Đặc tính tiết kiệm nhiên liệu của CVT 100

Hình 3.10 Vùng mở rộng khoá biến mô 101

Hình 3.11 Chế độ tiết kiệm nhiên liệu 102

Hình 3.12Biểu đồ tốc độ xe và tốc độ động cơ (a), lực lái (b) 102

Hình 3.13 CVT cải thiện cảm giác lái khi tăng tốc 103

Hình 3.14 CVT cải thiện cảm giác lái khi giảm tốc 104

Hình 3.15 Hiệu suất động cơ tối ưu 104

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Kí hiệu các chi tiết trong mạch điều khiển thuỷ lực 56 Bảng 2.2 Chức năng của các van trên hộp số Xtronic của Nissan 60 Bảng 2.3 Phương pháp tự động khắc phục tạm thời lỗi của hộp số 85

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

Từ khi được giới thiệu lần đầu tiên từ năm 1904 đến nay, hộp số tự động ngày càng phát triển và khẳng định được vị trí cũng như tầm quan trọng của mình trong ngành công nghiệp ô

tô hiên nay Hộp số tự động (Automatic Transmission) là loại hộp số có tính tối ưu, giúp chúng ta giảm bớt được nhiều thao tác khi vận hành xe do việc chuyển số được thực hiện môt cách tự động, giúp người lái chủ yếu tập trung vào quan sát, lái xe và xử lý tính huống So với hộp số sàn thông thường hộp số tự động có những ưu điểm như:

 Làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải sáng số

 Chuyển số một cách tự động và êm dịu tại các tốc độ thích hợp với chế độ lái xe do vậy giảm bớt cho lái xe sự cần thiết phải thành thạo các kỹ thuật lái xe khó khăn và phức tạp như vận hành ly hợp

 Tránh cho động cơ và dòng dẫn động khỏi bị quá tải do hộp số nối chúng bằng thuỷ lực (qua bộ biến mô) tốt hơn so với nối bằng cơ khí

 Tối ưu hoá các chế độ hoạt động của động cơ một cách tốt hơn so với xe lắp hộp số sàn thông thường, điều này làm tăng tuổi thọ của động cơ được trang bị trên xe

Có nhiều loại hộp số tự động khác nhau, chúng được cấu tạo theo vài cách khác nhau nhưng nhìn chung hộp số tự động thường được cấu tạo gồm những bộ phận chính sau:

Hình 1.1 Sơ đồ truyền lực trên ô tô

 Bộ biến mô

 Bộ truyền động

 Hệ thống điều khiển

Với sự phát triển về công nghệ thì hộp số tự động ngày càng trở nên đa dạng, các hãng xe

đã nghiên cứu và cho ra đời những loại hôp số tự động khác nhau có nhiều chức năng và công nghệ mới đáp ứng nhu cầu của khách hàng Sự đa dạng và khác nhau của các loại hộp số tự động được thể hiện thông qua bộ truyền động của chúng Hiện nay, trên thị trường có những loại hộp số tự động phổ biến và được sử dụng nhiều nhất như:

và CVT cũng được đẩy mạnh việc nghiên cứu và phát triển và hướng tới một phân khúc thị trường riêng

1.1 Hộp số tự động bánh răng hành tinh

Hộp số tự động bánh răng hành tinh là loại hộp số có thể tự động thay đổi tỷ số truyền bằng cách sử dụng bánh răng hành tinh bên trong thay vì bánh răng cơ khí thông thường Việc điều khiển thay đổi tỷ số truyền tự động được đảm nhận bởi bộ điều khiển thuỷ lực, điện tử

và việc đóng ngắt đường truyền moment được thực hiện bằng bộ biến mô thay vì ly hợp thông thường Ngày nay, những thành tựu mới ngày càng được áp dụng vào hộp số tự động bánh răng hành tinh nhằm góp phần hoàn thiện hơn về kết cấu, nâng cao được số tay số và tỷ số truyền, thời điểm chuyển số chính xác hơn, điều khiển bằng điện tử…

Nguyên lý làm việc chung của hộp số tự động bánh răng hành tinh

Ta có thể chia hộp số tự động thông thường ra làm 3 phần chính là bộ biến mô, bộ truyền bánh răng hành tinh và bộ điều khiển Dòng công suất truyền từ động cơ qua biến mô đến hộp

số và đi đến hệ thống truyền động sau đó, nhờ cấu tạo đặc biệt, biến mô vừa đóng vai trò là một khớp nối thủy lực vừa là một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực, cũng vừa là một bộ phận khuếch đại mômen từ động cơ đến hệ thống truyền lực phía sau tùy vào điều kiện sử dụng

Hộp số thực hiện truyền công suất bằng sự ăn khớp giữa các bánh răng trong bộ bánh răng hành tinh và đồng thời cũng thông qua phanh và các ly hợp ma sát, để thay đổi tỷ số truyền và

Hình 1.3 Cấu tạo hộp số tự động bánh răng hành tinh

đảo chiều quay thì trong hộp số sử dụng các phanh, ly hợp để thay đổi đường truyền công suất

trên bộ bánh răng hành tinh từ đó thay đổi tỷ số truyền và chiều quay

Các phanh và ly hợp được điều khiển tự động bằng thủy lực hoặc điện tử Tín hiệu đầu vào của hộp số được điều khiển chủ yếu dựa vào tín hiệu góc mở bướm ga và tốc độ xe để điều khiển tỷ số truyền

Hình 1.5 Sơ đồ điều khiển của hộp số tự động bánh răng hành tinh Hình 1.4 Sơ đồ đường truyền công suất trên hộp số tự động bánh răng hành tinh

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại hộp số tự động, phát triển theo xu hướng nâng cao

sự chính xác và hợp lý hơn trong quá trình chuyến số, kèm theo là giá thành và công nghệ sàn xuất, tuy nhiên chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động là giống nhau Trong hộp số tự động,

sự vận hành tất cả các bộ ảnh hưởng đến toàn bộ hiệu suất làm việc của cả hộp số tự động nên yêu cầu kỹ thuật về tất cả các cụm chi tiết hay bộ phận cấu thành nên hộp số điều rất khắt khe

về thiết kế cũng như chế tạo

Phân loại hộp số tự động bánh răng hành tinh

Theo hệ thống điều khiển hộp số tự động có thể chia thành hai loại Một loại là điều khiển bằng thủy lực hoàn toàn, chỉ sử dụng hệ thống thủy lực để điều khiển Một loại là loại điều khiến điện, dùng các chế độ được thiết lập trong bộ điều khiển để điều khiển chuyển số và khóa biến mô Loại này bao gồm thêm cả chức năng tự chấn đoán và tín hiệu dự phòng ngoài chức năng điều khiến chuyến số và khóa biến mô Các hộp số loại này còn được gọi là hộp số ECT (Electronic Controlled Transmission: Hộp số điều khiển điện)

- Công nghệ chế tạo đòi hỏi có độ chính xác cao

- Việc sửa chữa hộp số tự động khá phức tạp và tốn kém

Hiện nay hộp số tự động bánh răng hành tinh được ứng dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe tiêu biểu như: Toyota Camry 2.5Q, Corolla Altis, Vinfast Lux SA2.0,…

1.2 Hộp số ly hợp kép (Dual Clutch Transmission)

Hộp số ly hợp kép được phát minh bởi nhà khoa học người Pháp Adolphe Kegresse, năm

1939 ông đã đưa ra những ý tưởng về bộ ly hợp kép nhưng vào thời điểm này do những vấn

đề bất ổn về chính trị và tài chính đã ngăn cản sự phát triển của dự án này Sau đó cho tới giữa những năm 1980 thì hai ông lớn là Porsche và Audi lần lượt đưa công nghệ hộp số ly hợp kép vào các dòng xe đua của họ là Porsche 956 và Audi Sport Quattro S1 và đạt được nhiều thứ hạng cao trong những giải đua xe trên thế giới Năm 2003, Volkswagen đã đưa hộp số ly hợp kép vào sản xuất hàng loạt với chiếc xe đầu tiên là Volkswagen – GolfR32 và đạt được khá nhiều thành công Sau đó lần lượt những hãng Mercedes Benz, Mazda, Audi đã đưa công nghệ ly hợp kép áp dụng trên những dòng xe của họ

Cấu tạo

Cấu tạo của hộp số ly hợp kép khá giống với một hộp số sàn thông thường điểm khác biệt

để phân biệt giữa hộp số ly hợp kép và những hộp số khác chính là bộ ly hợp kép, bộ ly hợp gồm hai loại là ly hợp khô và ly hợp ướt Bộ ly hợp khô có cấu tạo đơn giản nhẹ gọn và chi phí ít tốn kém hơn Ly hợp ướt được ngâm hoàn toàn trong dầu được điều khiển bằng hệ thống

Hình 1.6 Hộp số tự động ZF của Vinfast

điện - thuỷ lực thường có tuổi thọ và có công suất cao hơn so với ly hợp khô Hầu hết ngày nay các hãng xe đều sử dụng công nghệ ly hợp ướt trong DCT

Hộp số ly hợp kép có cấu tạo gồm hai trục sơ cấp được lồng vào nhau mỗi trục được liên kết với một ly hợp và trên mỗi trục có các bánh răng để liên kết với bánh răng trên trục thứ cấp tạo ra các cấp số Như trên hình vẽ trục sơ cấp màu vàng được liên kết với ly hợp C1 và được sử dụng để điều khiển các cấp số 1-3-5-7 Còn trục màu xanh được chế tạo rỗng lồng bên ngoài trục màu vàng được nối với ly hợp C2 và điều khiển các cấp số 2-4-6 và số lùi

Bộ điều khiển

Dựa vào thông tin từ các cảm biến: cảm biến vị trí số, cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ động cơ… đưa về, máy tính sẽ ra lệnh điều khiển thông qua cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành

Trong DCT van điều khiển điện từ đóng vai trò là cơ cấu chấp hành, thực hiện việc đóng mở

các đường dầu Van điều khiển từ bao gồm lõi thép từ, cuộn dây

Nguyên lý hoạt động

Về nguyên tắc hoạt động, có thể coi hộp số ly hợp kép là sự kết hợp chức năng của hai hộp

số sàn vào thành một thể thống nhất

Hình 1.7 Cấu tạo hộp số tự động DCT

Để nắm được đặc tính của hộp số ly hợp kép, trước tiên chúng ta cần điểm lại cơ chế vận hành của hộp số sàn Ở loại hộp số này, khi tài xế muốn đổi số, thao tác nhấn bàn đạp ly hợp (côn) là bắt buộc Khi đó, bàn đạp này sẽ tác động vào bộ ly hợp nhằm ngắt động cơ khỏi hộp

số và dừng lực truyền tải giữa chúng Sau đó, thao tác đẩy cần số sẽ chuyển hộp số sang một cấp số mới trước khi lái xe thả bàn đạp ly hợp để cho phép động cơ và hộp số kết nối lại với nhau nhằm truyền lực xuống các bánh xe

Trong khi đó, hộp số ly hợp kép lại sử dụng hai bộ ly hợp nhưng không có bàn đạp bên trong khoang lái (bàn đạp côn) Vì hộp số ly hợp kép có cách vận hành khá tương đồng với hộp số tự động nên có thể bạn sẽ thắc mắc khi không nhìn thấy cơ chế chuyển đối mô-men, biến mô trên hộp số ly hợp kép, trong khi đó trên hộp số tự động, biến mô là không thể thiếu giúp chuyển đổi mô-men từ động cơ qua hộp số

Hình 1.8 Đường truyền công suất ở tay số 1

Giả sử xe đang chạy ở số 1 lúc này ly hợp C1 đóng, ly hợp C2 mở, dòng công suất được truyền từ động cơ qua ly hợp C1 đến trục sơ cấp 1 (màu vàng) Sau đó công suất được truyền

tới bộ bánh răng số 1 qua bộ đồng tốc, tới trục thứ cấp và cuối cùng tới vi sai (hình) Khi xe tiếp tục tăng tốc bộ điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến và từ đó tính toán số tiếp theo (số 2) lúc này bộ đồng tốc của bộ bánh răng số 2 được gài sẵn và ở trạng thái chờ Xe chuyển

từ số 1 sang số 2 thì ly hợp C1 mở ly hợp C2 đóng lại do đó dòng công suất sẽ tiếp tục truyền

từ động cơ tới ly hợp số 2, đến trục sơ cấp 2, qua cặp bánh răng số 2 đến bộ đồng tốc, truyền tới trục thứ cấp và dẫn động bộ vi sai Việc chuyển từ ly hợp C1 sang C2 diễn ra rất nhanh do

đó moment được truyền trơn tru và không ngắt quãng Khi người lái muốn giảm số thì quá trình sẽ diễn ra ngược lại

Đối với xe sử dụng hộp số ly hợp kép cũng được trang bị lẫy chuyển số để người lái có thể chuyển số bằng tay giúp người lái chủ động hơn trong việc điều khiển các cấp số và đem lại cảm giác lái chân thật hơn khi lái xe

Hiện nay hộp số ly hợp kép được sử dụng trên các dòng xe như: Ford Focus, Porsche Panamera, Hyundai Tucson Turbo 2018,…

Hình 1.9 Hộp số ly hợp kép của Porsche

 Phân loại theo trục thứ cấp của hộp số

a) DCT sử dụng một trục thứ cấp

b) DCT sử dụng hai trục thứ cấp

Hình 1.13 Hộp số DCT sử dụng một trục thứ cấp

Hình 1.12 Hộp số DCT sử dụng hai trục thứ cấp

Ưu điểm

 Nhờ có hai ly hợp, nên quá trình chuyển số được nhanh hơn, triệt tiêu tối đa độ ngắt quãng giữa hai cấp số, nhờ đó xe vận hành mượt mà hơn

 Thời gian sang số nhanh và chính xác, tạo cảm giác lái phấn khích và thể thao hơn

 So với những hộp số tự động có cấp (sử dụng biến mô thủy lực và cơ cấu bánh răng hành tinh), hộp số ly hợp kép DCT có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ hơn khá nhiều

 Công suất bị thất thoát trong quá trình chuyển số nhỏ

 Tiết kiệm nhiên liệu hơn so với hộp số tự động

Nhược điểm

 Với thiết kế cũng như thuật toán phức tạp khiến giá thành của hộp số DCT còn khá đắt

đỏ, chỉ phù hợp với những dòng xe hạng sang, xe thể thao hay siêu xe

 Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế cũng còn khá cao so với các loại hộp số khác

1.3 Hộp số vô cấp (Continuously Variable Transmission)

Hộp số vô cấp là loại hộp số không sử dụng các cặp bánh răng để tạo tỷ số truyền động mà hoạt động dựa trên hệ thống puly và dây đai Cho phép nó thay đổi tỷ số truyền liên tục và mượt mà không bị khựng lại như hộp số bánh răng truyền thống Bộ phận chính của hộp số

Hình 1.14 Hộp số vô cấp

CVT là hai puly có khả năng thay đổi đường kính và một dây đai chạy trong rãnh giữa hai puly hình nón này Hai khối hình nón này có khả năng thay đổi khoảng cách giữa chúng Hiện nay hộp số CVT được sử dụng nhiều trên những dòng xe như: Honda Civic, Toyota

Vios, Audi A4,…

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:

 Nhiệm vụ:

 Đóng vai trò như một ly hợp thủy lực để truyền (hay không truyền) momnent động cơ đến hộp số

 Khuyếch đại mô men từ động cơ vào hộp số (Bộ truyền bánh răng hành tinh) bằng việc

sử dụng dầu hộp số tự động như một môi chất

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

 Thay thế chức năng của bánh đà

 Cấu tạo:

 Bộ bánh bơm

Các cánh bơm được gắn trực tiếp lên vỏ biến mô và vỏ biến mô kết nối với trục động cơ

Nó là các cánh quạt cong và có góc cạnh Bộ bánh bơm bao gồm dầu hộp số quay cùng với tốc độ động cơ Khi nó quay cùng với động cơ, lực ly tâm khiến cho dầu di chuyển ra phía ngoài Các cánh của bánh bơm được thiết kế theo cách hướng môi chất lỏng về phía các cánh tuabin Nó hoạt động như một máy bơm ly tâm hút môi chất từ hộp số tự động và đưa vào tuabin

của bánh bơm, nó sẽ làm tăng mô-men xoắn lên nhiều lần Stator thay đổi hướng của môi chất lên đến gần 90 độ Nó được gắn với khớp một chiều nên chỉ xoay được theo 1 hướng Tuabin được kết nối với hệ thống truyền lực còn stator nằm ở giữa bánh bơm và tuabin

 Bánh tuabin

Bánh tuabin được kết nối với trục đầu vào hộp số tự động Nó cũng bao gồm các cánh cong

và có góc cạnh Cánh tuabin được thiết kế sao cho nó có thể thay đổi hướng của môi chất đi vào bánh bơm Khi tuabin quay, trục đầu vào hộp số cũng quay làm cho phương tiện di chuyển Tuabin cũng có một ly hợp khóa, công dụng khóa hoạt động của bánh tuabin khi biến mô đạt được đến điểm kết nối động cơ với hộp số (lúc này biến mô được coi như 1 khớp nối), điều này giúp cải thiện hiệu suất của biến mô

 Ly hợp khóa biến mô

Khi xe chuyển động với tốc độ cao để giảm hao phí công suất thì cơ cấu ly hợp hoạt động gắn bánh tuabin với bánh bơm nhằm nối trực tiếp động cơ với hộp số, khi đó công suất từ động cơ được truyền một cách trực tiếp đến hộp số giúp cho nâng cao được hiệu quả công suất

và tiết kiệm nhiên liệu

 Nguyên lý truyền công suất

Hình 2.4 Đường dầu trong biến mô

Stator

Khi tốc độ của bánh bơm tăng thì lực li tâm làm cho dầu bắt đầu chảy từ tâm bánh bơm ra phía ngoài Khi tốc độ bánh bơm tăng lên nữa thì dầu sẽ bị ép văng ra khỏi bánh bơm Dầu va vào cánh của bánh tua bin làm cho bánh tua bin bắt đầu quay cùng chiều với bánh bơm Dầu chảy vào trong dọc theo các cánh của bánh tua bin Khi nó chui được vào bên trong bánh tua bin thì mặt cong trong của cánh sẽ đổi hướng dầu ngược lại về phía bánh bơm, và chu kỳ lại bắt đầu từ đầu Việc truyền mô men được thực hiện nhờ sự tuần hoàn dầu qua bánh bơm và bánh tua bin

 Khuyếch đại moment

Việc khuyếch đại moment do bộ biến mô thực hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng lượng sau khi đã đi qua bánh tua bin trở về bánh bơm qua cánh của Stato Nói cách khác, bánh bơm được quay do mô men từ động cơ mà mô men này lại được bổ sung dầu quay về từ bánh tua bin Có thể nói rằng bánh bơm khuyếch đại mô men ban đầu để dẫn động bánh tua bin

 Hoạt động của biến mô

 Xe đang đỗ động cơ chạy không tải

Khi động cơ đang chạy không tải, moment do chính động cơ tạo ra là nhỏ nhất Nếu đạp phanh (phanh tay hay phanh chân), tải trọng tác dụng lên bánh tuabin lớn do nó không thể

Hình 2.5 Nguyên lý khuyếch đại moment của biến mô

quay Mặc dù vậy, do xe đang đỗ nên tỉ số truyền tốc độ của bánh tuabin và cánh bơm là bằng không trong khi tỉ số truyền mômen là lớn nhất Do vậy, bánh tuabin luôn sẵn sàng quay với mômen cao hơn so với mômen do động cơ tạo ra

Hình 2.6 Hoạt động của biến mô khi xe đang đỗ

Hình 2.7 Hoạt động của biến mô khi xe chạy

Khi tốc độ của xe tăng lên, tốc độ quay của bánh tuabin nhanh chóng bằng với cánh bơm

Tỉ số truyền mômen do đó nhanh chóng đạt đến giá trị 1:1 Khi tỉ số truyền tốc độ của bánh tuabin so với tốc độ cánh bơm đạt đến một giá trị xác định (điểm ly hợp), stato bắt đầu quay

và sự khuếch đại mômen giảm xuống Nói theo một cách khác, biến mô bắt đầu hoạt động như một khớp thủy lực Do vậy, tốc độ của xe tăng hầu như tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ

 Xe chạy với tốc độ từ trung bình đến cao

Chức năng của bộ biến mô chỉ như một khớp thủy lực Bánh tuabin quay với tốc độ gần bằng tốc độ của cánh bơm

2.2.2 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

Hình 2.8 Đường truyền công suất ở số tiến

Trục đầu vào từ

bánh đà

truyền đến puly sơ cấp thông qua ly hợp số tiến (như hình 2.8) Puly sơ cấp truyền moment cho puly thứ cấp thông qua đai truyền Sau đó moment được truyền tới vi sai và qua bán trục tới bánh xe chủ động

Những ly hợp này là ly hợp ướt cũng được sử dụng để thực hiện việc sang số trong hộp số

tự động thông thường Do biến mô đã bị loại bỏ nên việc điều khiển đóng ngắt đường truyền moment và đỗ xe được hiện bằng ly hợp tiến và phanh số lùi thông qua sự giám sát và điều khiển của bộ điều khiển hộp số

Bộ điều khiển hộp số sẽ sử dụng tín hiệu tốc độ động cơ, tốc độ đầu vào của hộp số, vị trí bàn đạp ga, moment xoắn của động cơ, vị trí bàn đạp phanh, nhiệt độ dầu hộp số để điều khiển các van điện từ qua đó điều khiển van thuỷ lực tạo áp suất dầu phù hợp truyền đến ly hợp số tiến hoặc phanh số lùi tương ứng thông qua van tay

 Khi ở số N hoặc P: Đường cung cấp dầu bị đóng bởi van tay, làm cho cả hai ly hợp và phanh đều nhả ra, ngắt đường truyền công suất từ động cơ tới hộp số

Hình 2.9 Hệ thống thuỷ lực điều khiển lực ép ly hợp