thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY
HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T18 - 2008

S KC 0 0 2 1 9 0

Tp. Hồ Chí Minh, 2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
-----\±[-----

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG

Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy
hệ thống điện tử
điều khiển hộp số tự động
MÃ SỐ: T18 - 2008

Thuộc nhóm ngành:

KHOA HỌC KỸ THUẬT

Nhóm nghiên cứu:

ThS. HUỲNH PHƯỚC SƠN (Chủ trì)
ĐẶNG VŨ MINH ĐĂNG

Đơn vò:

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2008

Lời nói đầu
Mục tiêu nghiên cứu, đầu tư và cải tiến các thiết bò dạy học, đổi mới phương
pháp dạy và học thực hành, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo theo chương
trình công nghệ hiện nay, là nhiệm vụ quan trọng của những người làm công tác
giảng dạy. Nhiều năm qua, khoa Cơ khí Động lực đã có rất nhiều sáng kiến, đề tài
về chế tạo đồ dùng và thiết bò dạy học, phục vụ đắc lực cho công tác giảng dạy
thực hành ngành công nghệ ôtô tại Khoa và các trường bạn. Điều này chứng tỏ
đây là một đònh hướng đúng, phát huy được thế mạnh và vai trò đầu tàu của Khoa
và Nhà trường trong hệ thống sư phạm kỹ thuật hiện nay của cả nước.
Trên các dòng xe hiện đại, hộp số tự động (Automatic Transmission) ngày càng
được sử dụng rộng rãi và là xu hướng phát triển mạnh trong thời gian tới, đặc biệt
là thế hệ các hộp số được điều khiển bằng điện tử. Nhờ sự điều khiển chính xác của
hệ thống này, các chế độ hoạt động của hộp số ngày càng được tối ưu hóa. Nhưng
đồng thời cấu tạo của hộp số và hệ thống điều khiển cũng càng phức tạp hơn. Do
đó, nhu cầu học tập và sửa chữa về các hộp số tự động điều khiển bằng điện tử là
rất lớn. Việc hướng dẫn cho người học nắm vững cấu tạo, hoạt động và các qui
trình kiểm tra, sửa chữa hộp số một cách chính xác, khoa học là cần thiết.
Với ý nghóa trên, tập thể cán bộ giảng dạy Bộ môn Khung gầm, khoa Cơ khí
Động lực đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường MS:T18 -2008
“Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự
động”, phục vụ cho công tác giảng dạy thực hành.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12/ 2008
Chủ nhiệm đề tài

ThS. Huỳnh Phước Sơn

Thiết kế, chế tạo mơ hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

1

MỤC LỤC:
Trang:
Lời nói đầu

1

PHẦN I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

3

I. Đặt vấn đề

3

II. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

3

III. Mục tiêu nghiên cứu

3

IV. Phạm vi ứng dụng của đề tài

4

V. Phương pháp nghiên cứu

4

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

5

Chương 1: Cấu tạo và hoạt động của ht điện tử điều khiển HSTĐ

5

I. Khái quát về hộp số tự động điều khiển điện tử

5

II. Hệ thống điều khiển điện tử

7

III. Cụm tín hiệu điều khiển

9

IV. Hộp điều khiển điện tử (ECU)

14

V. Bộ phận chấp hành

18

Chương 2: Thiết kế, chế tạo mô hình ht điện tử điều khiển HSTĐ

22

I. Mục đích

22

II. Cấu tạo mô hình

22

III. Hoạt động của mô hình

28

IV. Thực tập trên mô hình

29

PHẦN KẾT LUẬN

31

Tài liệu tham khảo

33

Thiết kế, chế tạo mơ hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

2

PHẦN I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hộp số tự động với các ưu điểm nổi bật hơn so với hộp số thường, nên được sử
dụng rộng rãi trên các dòng xe hiện nay và là xu hướng phát triển mạnh trong
thời gian tới. Trải qua các giai đoạn phát triển, các hộp số tự động ngày càng
được hoàn thiện về kết cấu và tối ưu hóa trong quá trình điều khiển và hoạt động.
Các dòng hộp số tự động hiện nay đều được điều khiển bằng điện tử thay cho
cách điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực trước đây, nhờ vậy hoạt động chuyển số
của hộp số càng được êm dòu và chính xác hơn.
Đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp
số tự động” (MS:T18 -2008) được chọn thực hiện với mong muốn góp phần nâng
cao chất lượng và hiệu quả giảng dạy về hệ thống điều khiển điện tử nói riêng và
hộp số tự động nói chung, nhằm trang bò cho người học các kiến thức và kỹ năng
cơ bản về sửa chữa các hộp số tự động thế hệ mới.
II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Nhờ sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có rất nhiều
công trình nghiên cứu về hộp số tự động và đưa vào ứng dụng có hiệu quả, ngày
càng cải tiến và tối ưu hóa quá trình điều khiển ôtô. Theo đó, nội dung chương
trình và công nghệ chế tạo mô hình để phục vụ cho công tác giảng dạy cũng được
làm rất tốt. Những kết cấu mới, hệ thống mới được đưa ra sử dụng bên ngoài
cũng đều được đưa lên mô hình để giảng dạy. Nhưng phần lớn các mô hình được
giới thiệu ở thò trường Việt Nam cũng chỉ dừng lại ở mô hình dạng cắt bổ hoặc
được bố trí chung trên tổng thành ôtô để học về cấu tạo và có giá thành rất cao.
Trong thời gian qua, việc giảng dạy về hộp số tự động ở nước ta còn gặp
nhiều khó khăn, cả về tài liệu lẫn thiết bò như đã nói ở trên. Đặc biệt, về mảng
thiết bò và mô hình dạy học về hộp số tự động, do giá thành của các thiết bò ngoại
nhập quá cao, nhiều trường khó có thể trang bò. Do đó, việc nghiên cứu và chế

tạo các mô hình dạy học về hộp số tự động để phục vụ cho công tác giảng dạy và
nghiên cứu là cấp thiết và cần khuyến khích.
III. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục tiêu sau :
- Nghiên cứu các vấn đề về cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển điện tử của
hộp số tự động.
- Thiết kế, thi công mô hình hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động, phục
vụ công tác giảng dạy và học tập.
Thiết kế, chế tạo mơ hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

3


Mô hình kết hợp với tài liệu thuyết minh và hướng dẫn các bài tập ứng dụng
trên dụng mô hình giúp người học hiểu sâu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của
hộp số tự động và sử dụng mô hình dễ dàng, cũng là một chuyên đề tham khảo bổ
ích cho những người làm công tác chuyên môn.
IV. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI:
Sản phẩm của đề tài là mô hình hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động
dùng trong giảng dạy thực hành về hộp số tự động tại Bộ môn Khung gầm –
Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ chí
Minh.
Ngoài ra, sản phẩm có thể cung cấp cho các trường đại học, cao đẳng, các
trung tâm dạy nghề và những cán bộ kỹ thuật, công nhân đang làm việc trong
lónh vực chuyên ngành ôtô.
V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Với mục tiêu là thiết kế, chế tạo mô hình để phục vụ công tác giảng dạy, nên
phương pháp nghiên cứu chính ở đây là phương pháp tham khảo tài liệu kết hợp
với phương pháp thực nghiệm, phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
Nghiên cứu các vấn đề về cơ sở lý thuyết là cần thiết và quan trọng, vì đây là

cơ sở để tiến hành công việc thiết kế và chế tạo mô hình. Đồng thời, thông qua
việc khảo sát và tiến hành một số bài thực tập, thực nghiệm trên mô hình cũng
chính là quá trình nghiên cứu để tìm ra bản chất quá trình điều khiển của hệ
thống, củng cố và khẳng đònh lại tính chính xác và giá trò của các vấn đề mà phần
cơ sở lý thuyết đã đề cập đến.

[‘\

Thiết kế, chế tạo mơ hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

4


PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Chương I: CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
I. KHÁI QUÁT VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ.
Hộp số tự động điều khiển điện tử (ECT: Electronic Control Tranmission) là
một hộp số tự động sử dụng các công nghệ điều khiển điện tử hiện đại để điều khiển
hộp số. Cấu tạo của hộp số gồm có 4 cụm bộ phận chính (hình 1):
- Bộ biến mô: truyền mô men xoắn từ động cơ đến trục sơ cấp hộp số;
- Bộ truyền động bánh răng hành tinh: bao gồm các bộ bánh răng hành tinh, các
bộ ly hợp và phanh, có chức năng cung cấp các cấp số có tỉ số truyền khác nhau;
- Hệ thống điều khiển thủy lực: bao gồm bơm dầu và cụm thân van, có chức
năng chính là cấp dầu cho bộ biến mô, các bộ ly hợp và phanh để điều khiển hoạt
động của bộ biến mô và bộ truyền động bánh răng hành tinh;
- Hệ thống điều khiển điện tử: bao gồm hộp điều khiển (ECU), cụm tín hiệu vào
là các cảm biến và công tắc để nhận biết các tín hiệu chính làm cơ sở điều khiển và
bộ phận chấp hành là các van điện từ.

Hình 1: Sơ đồ khối hộp số tự động điều khiển bằng điện tử.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

5


Như thế, về cơ bản, cấu tạo và hoạt động của hộp số điều khiển bằng điện tử gần
giống như của hộp số điều khiển bằng thủy lực hoàn toàn. Chức năng, cấu tạo và
hoạt động của bộ biến mô và bộ truyền động bánh răng hành tinh là hoàn toàn giống
nhau. Ở đây chỉ khác nhau về phương thức điều khiển. Đối với hộp số điều khiển
hoàn toàn bằng thủy lực thì hệ thống điều khiển thủy lực có chức năng nhận biết các
tín hiệu điều khiển như góc mở bướm ga (van bướm ga, thông qua dây cáp, chân
không) và tốc độ xe (van ly tâm) để điều khiển chuyển số. Còn trong hộp số điều
khiển bằng điện tử, chức năng nhận biết các tín hiệu điều khiển như góc mở bướm
ga, tốc độ xe,… thuộc về hệ thống điện tử. Các cảm biến, công tắc có nhiệm vụ
nhận biết các tín hiệu điều khiển và gửi về hộp ECU. Hộp ECU xử lý và đưa ra các
tín hiệu điều khiển đến các van điện từ điều khiển áp suất mạch dầu chính, van điện
từ chuyển số và van điện từ khóa biến mô. Các van điện từ này phối hợp điều khiển
các van trong hệ thống thủy lực cấp dầu cho bộ biến mô và bộ truyền động bánh
răng hoạt động (hình 2).

Hình 2: Sơ đồ hệ thống điều khiển thủy lực.

Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

6


II. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ.
Hệ thống điều khiển điện tử gồm 3 cụm bộ phận chính (hình 3):

- Cụm tín hiệu điều khiển.
- Hộp điều khiển điện tử.
- Các van điện từ.
TÍN HIỆU Đ.KHIỂN
Công tắc chọn chế
độ hoạt động
Công tắc vị trí cần số

HỘP ĐIỀU KHIỂN
ECU

Điều khiển thời
điểm chuyển số

Cảm biến tốc độ
Công tắc đèn phanh

Van điện từ
chuyển số S1
Van điện từ
chuyển số S2

Cảm biến vị trí
bướm ga
Cảm biến nhiệt độ
nước làm mát

BỘ PHẬN
CHẤP HÀNH

Điều khiển khóa
biến mô

Van điện từ
khóa BM S3

Hệ thống tự chẩn
đoán

Đèn báo số
O/D “OFF”

Công tắc số OD
ECU điều khiển chạy
tự động

Hệ thống dự phòng

Hình 3: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển điện tử.
1. Cụm tín hiệu điều khiển:
Các cảm biến và công tắc đóng vai trò nhận biết các tín hiệu khác nhau để xác
định thời điểm chuyển số và khóa bộ biến mô thích hợp, và chuyển đổi thành tín
hiệu điện truyền về ECU.
- Công tắc chọn chế độ hoạt động: Xác định thời điểm chuyển số và khóa bộ
biến mô, áp dụng cho chế độ hoạt động Normal hay Power.
- Công tắc vị trí cần số: Xác định vị trí số.
- Cảm biến vị trí bướm ga: Xác định góc mở bướm ga.
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Xác định nhiệt độ nước làm mát động cơ.
- Cảm biến tốc độ xe: Xác định tốc độ xe.
- Công tắc đèn phanh: Báo hiệu thời điểm đạp phanh.

- Công tắc số truyền tăng OD: Chọn chế độ hoạt động số truyền tăng.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

7


2. Bộ điều khiển điện tử (ECU): (Hình 4)
ECU có các chức năng sau:
- Điều khiển thời điểm chuyển số.
- Điều khiển thời điểm khóa biến mô.
- Điều khiển mạch dầu áp suất chính.
- Chẩn đoán.
- Chức năng an toàn.

Hình 4: Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

8


3. Cơ cấu chấp hành:
- Các van điện từ chuyển số: Điều khiển chuyển số.
- Van điện từ khóa biến mô: Điều khiển ly hợp khóa biến mô.
- Van điện từ điều khiển áp suất mạch dầu chính.
- Đèn báo OD OFF: Báo chế độ OD và báo lỗi hộp số .
- Giắc chẩn đoán.
III. CỤM TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN
1. Cảm biến vị trí bướm ga (TPS):
Cảm biến này được bố trí ở thân bướm ga, được điều khiển bởi trục bướm ga,
cảm biến chuyển góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp gửi về hộp ECU động cơ.

Dựa vào vị trí bướm ga, ECU nhận biết được tải động cơ, từ đó điều khiển sang số
và thời điểm khóa bộ biến mô của hộp số (hình 5).

Biến trở
Mở

Tiếp điểm cho
tín hiệu độ mở
bướm ga
VC
VTA
IDL
E

Đóng
Tiếp điểm cho
tín hiệu IDL

Hình 5: Cảm biến vị trí bướm ga.
Một điện áp cố định 5V được cấp đến chân Vc từ ECU động cơ, khi tiếp điểm
trượt dọc biến trở theo độ mở bướm ga, điện áp cực VTA thay đổi tỷ lệ với góc mở
này và được gửi tới cực VTA của ECU. Điện áp này tăng tuyến tính từ 0V (khi
bướm ga đóng hoàn toàn) đến gần 5V (khi bướm ga mở hoàn toàn).
ECU động cơ biến đổi điện áp VTA thành 1 trong 8 tín hiệu góc mở bướm ga
khác nhau để báo cho ECU hộp số biết góc mở bướm ga. Những tín hiệu này bao
gồm tập hợp khác nhau của điện áp cao thấp tại các cực khác nhau của ECU hộp số
như trình bày ở biểu đồ dưới đây. Diện tích mầu tối của biểu đồ biểu hiện điện áp
thấp (0V), diện tích mầu trắng biểu hiện điện áp cao (L1, L2, L3: khoảng 5V; IDL:
khoảng 12V). (Hình 6)
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

9


IDL
L1
L2
L3
θi 7 15 25 35

50

65

85

100
%

Hình 6: Tín hiệu góc mở bướm ga.
Khi bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cho tín hiệu IDL, nối cực IDL với cực
E, gửi một tín hiệu IDL tới ECU hộp số cho biết bướm ga đã đóng hoàn toàn.
Hình 7 giối thiệu loại cảm biến TPS gửi tín hiệu trực tiếp đến ECU hộp số.

Hình 7: Cảm biến vị trí bướm ga loại trực tiếp.
2. Cảm biến tốc độ xe:
Để thời điểm chuyển số phù hợp, ngoài tín hiệu từ cảm biến bướm ga, bộ điều
khiển còn phải lấy thêm tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe. Nhằm đảm bảo tín hiệu chính
xác ở mọi thời điểm, hộp số sử dụng hai cảm biến tốc độ. Một cảm biến được đặt ở
trục thứ cấp hộp số và cái còn lại nằm trên đồng hồ tốc độ xe, cả hai đều là loại cảm

biến điện từ (hình 8).
Tín hiệu từ các cảm biến tốc độ gửi về ECU đều là dạng xung. ECU luôn so sánh
hai tín hiệu này để điều khiển thời điểm chuyển số được chính xác. Bình thường, hộp
điều khiển chọn tín hiệu từ cảm biến ở trục thứ cấp hộp số để điều khiển chuyển số.
Trường hợp cảm biến này bị hỏng, hộp điều khiển sẽ lấy tín hiệu từ cảm biến trên đồng
hồ tốc độ để điều khiển (hình 9).
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

10


Hình 8: Cảm biến tốc độ xe.

Hình 9: Bộ điều khiển lựa chọn cảm biến khi một cảm biến có sự cố
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

11


3. Công tắc chọn chế độ:
Công tắc chọn chế độ được thiết kế nhằm giúp thuận tiện cho việc điều khiển xe
trong các điều kiện khác nhau, tối ưu tính kinh tế nhiên liệu cũng như cải thiện một
số đặc tính của xe. Công tắc có hai mức chọn: chế độ thường (Normal) và chế độ
mạnh hơn (Power), được kết nối với ECU qua chân PWR như hình 10. Khi bật công
tắc qua chế độ Power, ở chân PWR có tín hiệu điện áp 12V. Khi bật công tắc ở chế
độ Normal, chân PWR của ECU không có tín hiệu điện áp. Ở chế độ Power, ECU điều
khiển thời điểm chuyển số chậm hơn so với chế độ Normal, nhằm tăng thêm mô men
kéo của các bánh xe chủ động. Ngoài ra, đèn báo cho chế độ cũng được lắp trên
tableau.

Hình 10: Sơ đồ mạch điện của tín hiệu Normal và Power
4. Công tắc vị trí cần số:
Công tắc vị trí cần số báo vị trí của cần số trong dãy số P, R, N, D, 2, L (hình
11). ECU nhận biết tín hiệu này để để chọn chế độ hoạt động và chuyển số của hộp
số.Ba dãy số có tín hiệu đưa về hộp điều khiển là N, 2 và L. Khi không có tín hiệu
điện áp từ các tín hiệu này gởi về, hộp điều khiển sẽ chọn dãy số D. các tín hiệu này
cũng đưa đến bảng đèn báo vị trí cần số trên tableau.
Ngoài ra, trên công tắc này còn có thêm một cặp tiếp điểm an toàn, chỉ cho phép
khởi động động cơ khi cần số ở vị trí P hay N.

Hình 11: Công tắc vị trí cần số
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

12


5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát:
Khi nhiệt độ nước làm mát động cơ thấp, tính năng của động cơ và cả khả năng
tải của xe sẽ giảm nếu hộp số chuyển lên số truyền tăng. Vì vậy, để tránh hiện tượng
này, khi nhiệt độ động cơ dưới 60o, bộ điều khiển không cho chuyển vào số OD,
đồng thời không cho phép khóa biến mô.

Điện trở (Ω)

Tín hiệu mà hộp điều khiển nhận được từ cảm biến là dạng biến trở nhiệt (hình
12).

Nhiệt
điện trở

40
20
10
8
6
4
2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
4

32 68 104 140 176 212 248

Nhiệt độ (Fo)

Hình 12: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
6. Công tắc báo phanh:
Tín hiệu phanh báo về hộp điều khiển để ngắt ly hợp khóa biến mô, tránh tình trạng
chết máy. Khi nhấn phanh, một điện áp 12V gởi đến chân STP của bộ điều khiển và
ngược lại, khi buông phanh, không có tín hiệu gởi về ECU (hình 13).

Hình 13: Công tắc báo phanh.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

13

7. Công tắc chính OD:
ECU nhận tín hiệu từ công tắc OD (hình 14) để điều khiển hộp số hoạt động ở
số OD. Khi công tắc đóng, hộp số sẽ chuyển lên số OD trong một số điều kiện khác
nhau. Khi công tắc mở, hộp số không chuyển lên số OD được.
Khi công tắc OD bật lên ON (tiếp điểm hở), dòng điện từ ắc-quy chạy qua bóng
đèn đến bộ điều khiển như hình vẽ, hộp số có thể chuyển qua số OD.
Khi công tắc OD tắt (tiếp điểm đóng), dòng điện chạy từ ắc-quy qua bóng đèn
xuống mass, đèn sáng. Lúc này không có tín hiệu điện áp đến bộ điều khiển, do đó
bộ điều khiển không cho hộp số chuyển sang số OD.

Công tắc
OD

Công tắc
OD

Đèn báo
OD OFF

Công tắc
OD

Công tắc
OD (ON)

Công tắc OD ON

Đèn báo
OD OFF
Công tắc

OD (OFF)

Công tắc OD OFF

Hình 14: Công tắc OD.
IV. HỘP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ (ECU)
ECU là bộ điều khiển trung tâm của hệ thống điều khiển, nhận tín hiệu từ các tín
hiệu vào và đưa ra các tín hiệu điều khiển đến các van điện từ trong bộ chấp hành.
Nó có các chức năng chính sau:
− Điều khiển thời điểm chuyển số.
− Điều khiển khóa bộ biến mô.
− Điều chỉnh áp suất chính (chỉ có trên một số loại xe).
− Chẩn đoán .
− Chức năng an toàn.
1. Chức năng điều khiển thời điểm chuyển số:
Bộ điều khiển hộp số được thiết lập một chương trình trong bộ nhớ và được tối
ưu cho các dãy số (D, 2, L). (hình 15)
Dựa vào cần chọn dãy số, ECU điều khiển đóng hoặc mở các van điện từ phù
hợp với tín hiệu tốc độ xe và vị trí bướm ga, đóng hoặc mở các đường dầu đến các
bộ ly hợp và phanh để tăng giảm số của hộp số.

Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

14


Hình 15: Sơ đồ hệ thống điều khiển thời điểm chuyển số
Sau đây là các sơ đồ chuyển số tương ứng với vị trí cần số và công tắc chọn chế
độ.
- Dãy “D” chế độ Normal:

Chế độ Normal thích ứng cho việc điều khiển xe trong thành phố, ngoại ô và
đường cao tốc. Chế độ này có suất tiêu hao nhiên liệu thấp. (hình 16)

Hình 16: Sơ đồ chuyển số theo dãy D (Normal).
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

15


- Dãy D, chế độ Power:
Đây là sơ đồ tốt nhất để tăng tốc. Vì lý do đó, tốc độ lên và xuống số cao hơn so
với khi ở chế độ Normal. (Hình 17)

Hình 17: Sơ đồ chuyển số theo dãy D (Power).
- Dãy “2”: (hình 18)

Hình 18: Sơ đồ chuyển số theo dãy “2”.
- Dãy “L”: (Hình 19)

Hình 19: Sơ đồ chuyển số theo dãy “L”.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

16


2. Chức năng điều khiển khóa biến mô.
ECU lập trình trong bộ nhớ một sơ đồ hoạt động của ly hợp khóa biến mô với
từng chế độ hoạt động (Normal và Power). (Hình 20)

Hình 20: Sơ đồ điều khiển khóa biến mô.

Dựa trên sơ đồ khóa biến mô này, ECU điều khiển van điện từ khóa biến mô ON
hoặc OFF theo tín hiệu tốc độ xe và tín hiệu góc mở bướm ga. Van điều khiển khóa
biến mô thực hiện việc chuyển giữa các đường dầu có áp suất biến mô tác dụng lên
piston ly hợp khóa biến mô để điều khiển ly hợp khóa biến mô ăn khớp hay nhả
khớp.
a. Điều kiện khóa biến mô:
Hệ thống khóa biến mô hoạt động nếu 3 điều kiện sau xảy ra đồng thời:
− Xe đang chạy ở số 2 hay số 3 hay số truyền tăng (vị trí D)
− Tốc độ xe bằng hay lớn hơn tốc độ tiêu chuẩn và góc mở bướm ga bằng hay
lớn hơn một giá trị tiêu chuẩn.
− ECU không nhận được tín hiệu hủy khóa biến mô cưỡng bức.
b. Hủy khóa biến mô cưỡng bức:
Nếu có bất kỳ một trong những điều kiện sau xảy ra, ECU tắt van điện khóa biến
mô để nhả ly hợp khóa biến mô.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

17


− Đèn phanh sáng (khi phanh).
− Tiếp điểm IDL của cảm biến vị trí bướm ga đóng.
− Nhiệt độ nước làm mát thấp hơn một nhiệt độ tiêu chuẩn (vd: 500C), nhiệt độ
này tùy theo kiểu xe.
− Tốc độ xe giảm khoảng 10 km/h hay thấp hơn so với tốc độ cài đặt trong ECU,
khi hệ thống điều khiển chạy tự động đang hoạt động.
3. Chức năng chẩn đoán:
ECU được trang bị một hệ thống tự chẩn đoán cho phép xác định được chi tiết
hư hỏng trong hệ thống một cách dễ dàng và nhanh chóng trong khi xử lý sự cố của
hộp số.
ECU thường xuyên theo dõi các cảm biến tốc độ, van điện từ và mạch điện của

hệ thống và trong trường hợp có hư hỏng, thì:
- Đèn OD OFF nháy để báo cho lái xe.
- Lưu mã hư hỏng trong bộ nhớ.
- Chỉ ra hư hỏng bằng mã chẩn đoán.
Dưới đây là bảng mã chẩn đoán của hộp số A140E:
MÃ SỐ

ĐÈN OD OFF

CHẨN ĐOÁN

--

Bình thường

42

Hỏng cảm biến tốc độ No.1 (trong bảng táp lô),
hở hay ngắn mạch điện.

61

Hỏng cảm biến tốc độ No.2 (trong hộp số), hở
hay ngắn mạch điện.

62

Hở mạch van điện từ No.1, hở hay
ngắn mạch điện.

63

Hở hay ngắn mạch van điện từ No.2, hở hay
ngắn mạch điện.

64

Hở hay ngắn mạch van điện từ No.3, hở hay
ngắn mạch điện.

V. BỘ PHẬN CHẤP HÀNH.
Thành phần chính của bộ phận chấp hành là các van điện từ dùng để điều khiển
đóng mở cửa thoát của các đường dầu. Trong hộp số tự động điều khiển bằng điện
tử A140E có ba van điện từ: van điện từ số 1 và số 2 dùng để điều khiển thời điểm
sang số và van điện từ số 3 dùng để điều khiển đóng ngắt ly hợp khóa biến mô.
(Hình 21)
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

18


Thân van
Van điện
từ No.1
Van điện
từ No.2
Van điện Van điện Van điện
từ No.1 từ No.2
từ No.3

Van điện
từ No.3

S1
S2

S3

Hình 21: Sơ đồ mạch điện các van điện từ.
1. Hoạt động của các van điện từ chuyển số (S1 và S2):
Các van điện từ chuyển số S1 và S2 được gắn trên thân van. Dựa trên hai tín
hiệu chính là tốc độ xe và góc mở bướm ga và một số tín hiệu khác, ECU điều
khiển hai van điện từ bật (ON) hoặc tắt (OFF) để cấp hay xả đường dầu điều khiển
các van chuyển số, điều khiển các van chuyển số cấp hay cắt dầu đến các bộ phanh
hay ly hợp để điều khiển hoạt động chuyển số từ số 1 đến số OD trong hộp số. Sơ
đồ hoạt động của các van điện từ và các bộ phanh và ly hợp như hình 22.

Hình 22: Sơ đồ mạch điện các van điện từ.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

19


Ví dụ hoạt động ở số 1 dãy số D như hình 23.

C1
F0 C0
F1

Bánh răng

bị động

B0 B3 F2

B2

C2
B1 Trục trung Trục

gian

sơ cấp

Hình 23: Sơ đồ hoạt động số 1 dãy D.
2. Điều khiển khóa biến mơ
Để tránh hiện tượng trượt trong bộ biến mơ khi chạy ở tốc độ cao, ECU điều
khiển khóa biến mơ thơng qua van điện từ S3 và các van điều khiển khóa biến mơ.
a. Điều khiển ly hợp khố biến mơ nhả:
Nếu van điện số 3 khơng bật bởi tín hiệu từ ECU, làm áp suất chuẩn tác dụng
lên phía trên van tín hiệu khố biến mơ. (Hình 24)
Ly hợp khoá
biến mô

p suất chuẩn
p suất
chuẩn

xả
Mạch B2

p suất
biến mô

Van điện từ số 3 tắt
Van tín hiệu
khoá biến mô

Van rơ le khoá
biến mô

Hình 24: Ly hợp khóa biến mơ nhả khớp.
Thiết kế, chế tạo mơ hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

20


Khi van tín hiệu khố biến mơ dịch chuyển xuống dưới, ngăn đường dầu B2 từ
van chuyển số 1-2, làm van rơle khố biến mơ dịch chuyển xuống dưới do áp suất
dầu tác dụng lên phần phía trên. Do đó, mạch dầu biến mơ truyền đi như hình vẽ
dưới, dầu đi vào biến mơ, đẩy và tách ly hợp khóa biến mơ ra khỏi vỏ biến mơ.
b. Điều khiển ly hợp khố biến mơ đóng:
Khi van điện số 3 mở bởi tín hiệu từ ECU, nó giải phóng áp suất dầu tác dụng
lên phần trên của van tín hiệu khóa. Van tín hiệu khố bị đẩy lên phía trên bởi sức
căng lò xo và mạch dầu B2 từ van chuyển số 1-2 tác dụng lên phần dưới của van
rơle khố. Do đó, van rơle khố dịch chuyển lên trên, chuyển đổi đường dầu qua
biến mơ dịch chuyển xuống dưới do áp suất dầu tác dụng lên phần phía trên, làm
đường dầu biến mơ tác dụng lên phía bên phải của ly hợp khóa, đẩy nó tì vào vỏ
phía trước, nên ly hợp biến mơ được khóa (hình 25).
khóa
p suất chuẩn

Ly hợp khoá
biến mô

p suất
chuẩn

xả
Mạch B2

p suất
biến mô

Van điện từ số 3 bật
Van tín hiệu
khoá biến mô

Van rơ le khoá
biến mô

Hình 25: Ly hợp khóa biến mơ đóng khớp

[‘\

Thiết kế, chế tạo mơ hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

21


Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG
ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

I. MỤC ĐÍCH
Trong hoạt động dạy và học hộp số tự động, việc khảo sát quá trình điều khiển
của hệ thống điện tử nói riêng và hoạt động của hộp số nói chung là khó khăn. Nên
vấn đề tách rời và mô phỏng hoạt động của hệ thống điều khiển điện tử để phục vụ
cho công tác giảng dạy là cần thiết.
Bằng cách thể hiện lại tất cả các chi tiết của hệ thống điều khiển điện tử trên mô
hình và thông qua hoạt động của chúng sẽ giúp người học dễ dàng nhận thấy và
hiểu được một cách tường tận về bản chất, cấu tạo, hoạt động của hệ thống trong
quá trình điều khiển chuyển số của một hộp số tự động.
Học tập trên mô hình, người học được quan sát trực quan các bộ phận thực của
hệ thống điều khiển điện tử, vận hành hoạt động của hệ thống. Nhờ đó, người học
tiếp thu kiến thức dễ dàng hơn, hiểu sâu hơn về hệ thống điều khiển điện tử hộp số
tự động. Mô hình còn giúp người học củng cố và kiểm nghiệm lại kiến thức lý
thuyết đã học về hộp số tự động.
II. CẤU TẠO MÔ HÌNH
1. Giới thiệu mô hình
Mô hình được thiết kế trên cơ sở các chi tiết thực của hệ thống điện tử điều
khiển hộp số tự động A140E của Toyota như các cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí
bướm ga, ECU, các van điện từ, công tắc vị trí cần số. Ngoài ra, trên mô hình còn
thiết kế thêm hệ thống dẫn động, các công tắc điều khiển và hệ thống hiển thị thông
tin hoạt động của hộp số. (Hình 26)

Hình 26: Mô hình hệ thống điều khiển hộp số tự động.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

22


Cấu tạo mô hình được thể hiện trên một bảng điều khiển và gồm có các cụm bộ
phận chính sau:

a. Cụm tín hiệu điều khiển:
- Cảm biến vị trí bướm ga;
- Cảm biến tốc độ xe;
- Công tắc vị trí cần số;
- Công tắc nhiệt độ nước;
- Công tắc số OD;
- Công tắc báo phanh;
- Công tắc chọn chế độ;
- Delco.
b. Hộp điều khiển ECU.
c. Bộ phận chấp hành:
- 02 van điện từ chuyển số S1, S2;
- 01 van điện từ khóa biến mô S3.
d. Hệ thống hiển thị thông tin:
- Đồng hồ báo dãy số hoạt động;
- Đồng hồ hiển thị tốc độ xe;
- Đồng hồ hiển thị góc mở bướm ga (%);
- Sơ đồ chuyển số của hộp số;
- Các sơ đồ cấu tạo các bộ phận và cụm chi tiết trong hộp số.
e. Bộ phận dẫn động:
- Công tắc nguồn (12V);
- Mô tơ dẫn động trục cảm biến tốc độ;
- Mạch giao tiếp, hiển thị thông tin.
2. Các thành phần chính.
a. Cảm biến vị trí bướm ga.(hình 27)
Cb vị trí bướm ga

ECM
5V
VC

+B
VTA
IDL
E

Hình 27: Cảm biến vị trí bướm ga.
Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tử điều khiển hộp số tự động

23