Điều khiển tự động hộp số tự động pps

Điều 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.
Ø 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
ECU. 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,
ly 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.

Các 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.
Thông thường, momen của động cơ được giảm bằng cách thay đổi thời điểm đánh
lửa (tác động nhanh). Thời điểm đánh lửa thích hợp phụ thuộc vào moment cần
thiết và phong cách sang số.

Khi sang số, công suất truyền từ động cơ đến các bánh xe không bị gián đoạn.
Việc giảm moment động cơ dựa trên theo dõi sự giảm tốc độ động cơ. Thời điểm
bắt đầu giảm moment phụ thuộc vào sai lệch tốc độ đã xác định trước. Thời điểm
kết thúc giảm moment là khi bắt đầu có sự đồng tốc ở tay số mới.
Ngoài ra, tổn hao công suất dưới dạng nhiệt khi đóng ly hợp trong bộ bánh răng
hành tinh phụ thuộc vào moment động cơ và thời gian trượt của ly hợp theo công
thức:

Giảm moment khi sang số làm giảm nhiệt phát ra khi đóng các ly hợp trong bộ
bánh răng hành tinh. Do đó, thời gian trượt khi đóng ly hợp có thể tăng lên để làm
tăng độ êm dịu khi sang số, nhưng nhiệt độ phát ra (tổn hao công suất) vẫn được
giữ trong mức cho phép.
Điều khiển giảm moment động cơ khi trả số cưỡng bức: khi trả số cưỡng bức,
công suất truyền từ động cơ đến các bánh xe bị gián đoạn và chỉ truyền trở lại khi
đã có sự đồng tốc. Tốc độ quay lớn của động cơ sẽ gây ra dao động khi truyền
động. Dao động này được giảm bằng cách giảm mometn trước khi có sự đồng tốc
ở tay số mới. Khi tốc độ trục sơ cấp của hộp số bắt đầu đạt tốc độ đồng bộ ở tay số
mới, moment động cơ được giảm một lượng. Sau đó, moment sẽ được tăng trở lại
dần dần.
Thời điểm đánh lửa thay đổi để giảm moment khi sang số hay trả số được xác định
riêng cho mỗi loại xe với mỗi loại động cơ và hộp số. Ở một số hệ thống hiện đại,
TCU có thể can thiệp trực tiếp vào quá trình thay đổi thời điểm đánh lửa để không
làm ảnh hưởng đến thông số hoạt động của ECU điều khiển động cơ. Ngoài ra,
giảm moment động cơ còn có thể được kết hợp với thay đổi áp lực dầu để đạt
được cảm giác thoải mái cao nhất khi chuyển số.

Điều khiển áp lực dầu: những hệ thống mới không còn sử các van solenoid để
điều khiển on/off áp lực dầu một cách đơn giản. Để nâng cao chất lượng sang số,
nâng cao cảm giác êm dịu khi sang số, bên cạnh kỹ thuật giảm moment động cơ,
áp lực dầu cung cấp cho các phần tử ma sát sẽ được điều chỉnh cho phù hợp với

từng điểm làm việc. Các bộ điều chỉnh áp lực dầu tuyến tính có giải áp lực điều
khiển rộng được sử dụng, mà cao hơn nữa là sử dụng van solenoid điều khiển
bằng phương pháp điều rộng xung. Bộ điều khiển điện tử TCU có khả năng làm
công việc này dễ dàng giúp cho truyền động tự động điều khiển bằng điện tử có ưu
điểm 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
thể 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