Phân tích động học cơ cấu hành tinh kiểu simpson trong hộp số tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.42 MB, 20 trang )
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: Phân tích động học Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson trong hộp số
tự động
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S.NGUYỄN VĂN CHÍ
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
Nguyễn Văn Thuận
Võ Đăng Thuận
Nguyễn Trường Tiếng
Võ Đình Tính
LỚP: CƠ ĐIỆN TỬK53
NHÓM: 06
TP HCM 2015
GVHD : TS. NGUYỄN HỮU CHÍ
Trang 1
Nhận xét của GVHD
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
………………,Ngày……tháng……năm 20……
Giáo viên hướng dẫn
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ
NGHĨAVIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT SC 2
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
Thiết Kế Môn Học
TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT
NHÓM 6
Tên và tóm tắt yêu cầu, nội dung bài tập lớn: Phân tích động học Cơ cấu
hành tinh kiểu Simpson trong hộp số tự động
Nội dung của bản thuyết minh, các yêu cầu chính :
1.
2.
3.
4.
5.
Tổng quan về điều khiển hộp số tự động và ưu nhược điểm của hộp
số hành tinh (SVTH: Nguyễn Văn Thuận)
Cấu tạo, sơ đồ, nguyên lý làm việc, của hộp số hành tinh, các cụm chi
tiết trong hệ thống (SVTH: Võ Đăng Thuận)
Các khả năng làm việc của hộp số hành tinh (SVTH: Nguyễn Trường
Tiếng)
Đánh giá và so sánh về mặt động học của hộp số hành tinh kiểu
Simpson và kiểu Ravigneaux (SVTH: Võ Đình Tính)
Kết luận và đánh giá (SVTH: Nhóm 6 )
GVHD : TS. NGUYỄN HỮU CHÍ
Trang 4
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
MỤC LỤC
GVHD : TS. NGUYỄN HỮU CHÍ
Trang 5
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
1 . Tổng quan về điều khiển hộp số tự động và ưu nhược
điểm của hộp số hành tinh :
1.1, Khái quát
Trên xe sử dụng hộp số thường, thì lái xe phải thường xuyên nhận biết
tải và tốc độ động cơ để chuyển số một cách phù hợp.
Khi sử dụng hộp số tự động, những sự nhận biết như vậy của lái xe là
không cần thiết. Việc chuyển đến vị trí số thích hợp nhất được thực hiện
một cách tự động theo tải động cơ và tốc độ xe.
Với các xe có hộp sốtự động thì người lái xe không cần phải suy tính khi
nào cần lên số hoặc xuống số. Các bánh răng tự động chuyển số tuỳ 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
một ECU (Bộ điều khiển điện tử) được gọi là ECTHộp số điều khiển điện
tử, và một hộp số không sử dụng ECU được gọi là hộp số tự động thuần
thuỷ lực. Hiện nay hầu hết các xe đều sử dụng ECT.
Đối với một số kiểu xe thì phương thức chuyển số có thể được chọn tuỳ
theo ý muốn của lái xe và điều kiện đường xá. Cách này giúp cho việc tiết
kiệm nhiên liệu, tính năng và vận hành xe được tốt hơn.
1.2, Lịch sử phát triển.
Ngay từ những năm 1900, ý tưởng về một loại hộp số tự động chuyển số
đã được các kỹ sư hàng hải Đức nghiên cứu chế tạo. Đến năm 1938, hộp số
tự động đầu tiên ra đời khi hãng GM giới thiệu chiếc Oldsmobile được trang
bị hộp số tự động. Việc điều khiển ô tô được đơn giản hóa bởi không còn
bàn đạp ly hợp. Tuy nhiên do chế tạo phức tạp và khó bảo dưỡng sửa chữa
nên nó ít được sử dụng.
Đến những năm 70 Hộp số tự động thực sự hồi sinh khi hàng loạt hãng ô tô
cho ra các loại xe mới với hộp số tự động đi kèm. Từ đó đến nay hộp số tự
động đã phát triển không ngừng và dần thay thế cho 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 để tăng tính an toàn khi
sử dụng, hộp số tự động có cấp điều khiển bằng điện tử (ECT)ra đời.
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
Vẫn chưa hài lòng với các cấp tỷ số truyền của ECT, các nhà sản xuất ôtô
đã nghiên cứu, chế tạo thành công một loại hộp số tự động với vô số cấp tỷ
số truyền (hộp số tự động vô cấp) vào những năm cuối của thế kỷ XXcụ thể
như sau :.
+ Hộp số tự động (HSTD), theo công bố của tài liệu công nghiệp ô tô
CHLB Đức, ra đời vào 1934 tại hãng Chysler. Ban đầu HSTD sử dụng Ly
hợp thủy lực và Hộp sốhành tinh, điêu khiển hoàn toàn bằng van con trượt
thủy lực, sau đó chuyển sang dùng Biến mômen thủy lực đến ngày nay, tên
gọi ngày nay dùng là AT.
+ Tiếp sau đó là hãng ZIL (Liên xô cũ 1949) và các hãng Tây Âu khác
(Đức, Pháp, Thụy sĩ). Phần lớn các HSTD trong thời kỳ này dùng hộp số
hành tinh 3, 4 cấp trên cơ sở của bộ truyền hành tinh 2 bậc tự do kiểu
Willson, kết cấu AT.
+ Sau những năm 1960 HSTD dùng trên ô tô tải và ô tô buýt với Biến
mômen thủy lực và hộp số cơ khí có các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, kết
cấu AT.
+ Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển
số bằng thủy lực điện tử), loại này ngày nay đang sử dụng.
+ Một loại HSTD khác là hộp số vô cấp sử dụng bộ truyền đai kim
loại (CVT) với các hệ thống điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử,
(cũng là một dạng HSTD).
+ 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 băng chân
ga) và tình huống mặt đường, HSTD có 8 số truyền …. Hệ thống truyền lực
sử dụng HSTD được gọi là hệ thống truyền lực cơ khí thủy lực điện tử, là
khu vực có nhiều ứng dụng của kỹ 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 thuộc vào 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
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 xe 4WD và xe tải nhỏ. Ở nước ta, hộp số tự động đã xuất
hiện từ những năm 1990 trên các xe nhập về từ Mỹ và châu Âu. Tuy nhiên do
khả năng công nghệ còn hạn chế, việc bảo dưỡng, sửa chữa rất khó khăn
nên vẫn còn ít sử dụng. Hiện nay, cùng với những tiến bộ của khoa học kỹ
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
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 cho hộp số
thường.
1.3, Phân loại
Có nhiều cách để phân loại hộp số tự động.
a.Phân loại theo tỉ số truyền :
Hộp số tự động vô cấp: cấp: Là loại hộp số có khả năng thay đổi tự
động, liên tục tỷ 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 tỷ số truyền theo các cấp số nhờ các bộ truyền bánh răng.
b.Phân loại theo cách điều khiển:
Theo cách điều khiển có thể chia hộp số tự động thành hai 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.
c.Phân loại theo cấp số truyền: Có nhiều loại hộp số tự động , hiện nay
thông dụng nhất là loại 4,5.6 cấp số, có một số loại xe còn được trang bị hộp
số tự động 8 cấp.
d.Phân loại theo cách bố trí trên xe.
Loại FF: Hộp số tự động sử dụng cho xe có động cơ đặt trước, cầu trước
chủ động. Loại này có một bộ dẫn động cuối cùng được lắp bên trong.
Loại FR: Hộp số tự động sử dụng cho xe có động cơ đặt trước, cầu sau
chủ động. Loại này có bộ dẫn động cuối cùng(vi sai) lắp ở bên ngoài. Loại
hộp số tự động dùng trong xe FR được gọi là hộp truyền động
1.4, Các bộ phận chính và chức năng cơ bản.
Có nhiều hộp số tự động khác nhau, chúng được cấu tạo theo một vài
cách khác nhau nhưng chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng là
giống nhau. Hộp số tự động bao gồm một số bộ phận chính. Chúng thực
hiện phần lớn các chức năng của hộp số tự động, các bộ phận này vận hành
chính xác cũng như phải kết hợp chặt chẽ với nhau. Để hiểu biết đầy đủ
hoạt động của hộp số tự động, điều quan trọng là phải nắm được các nguyên
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
lý cơ bản của các bộ phận chính. Hộp số tự động gồm các bộ phận chính
sau:
Bộ biến mô.
Bộ bánh răng hành tinh.
Bộ điều khiển thủy lực.
Bộ truyền động bánh răng cuối cùng.
Các thanh điều khiển.
Dầu hộp số tự động.
1.4.1, Biến mô thủy lực.
Biến mô thủy lực được gắn ở trục vào hộp số và được lắp bằng bulông vào
trục khủy thông qua tấm truyền động. Biến mô có tác dụng như bánh đà của
động cơ.
Chức năng của bộ biến mô:
Tăng momen do động cơ tạo ra.
Đóng vai trò như một ly hợp thủy lực để truyền hay không truyền
mômen động cơ đến hộp số.
Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống thủy lực.
Dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thủy lực.
1.4.2, Bộ bánh răng hành tinh.
Bộ bánh răng bao gồm: các bánh răng hành tinh để thay đổi tốc độ đầu ra, ly
hợp và phanh hãm dẫn động bằng áp suất dầu thủy lực để điền khiển hoạt
động của bánh răng hành tinh, các trục để truyền công suất động cơ, và các
vòng bi giúp cho truyền động quay của trục được êm
Chức năng của bộ bánh răng hành tinh như sau:
Cung cấp một vài tỷ số truyền bánh răng để đạt được mômen và
tốc độ quay phù hợp với các chế độ chạy xe và điều khiển của lái
xe.
Cung cấp bánh răng đảo chiều để chạy lùi.
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
Cung cấp vị trí số trung gian để cho phép động cơ chạy không tải
khi xe đỗ.
1.4.3, Hệ thống điều khiển thủy lực.
Hệ thống điều khiển thủy lực bao gồm các te dầu, bơm dầu, các loại van với
các chức năng khác nhau, các khoang và ống dẫn dầu, phanh và các bộ phận
khác của hệ thống điều khiển thủy lực.
Chức năng của hệ thống điều khiển thủy lực như sau:
Cung cấp dầu thủy lực đến bộ biến mô.
Điều chỉnh áp suất thủy lực do bơm dầu tạo ra.
Chuyển hóa tải trọng động cơ và tốc độ xe thành “tín hiệu” thủy
lực.
Cung cấp áp suất thủy lực đến các ly hợp và phanh để điều khiển
hoạt động của bánh răng hành tinh.
Bôi trơn các chi tiết chuyển động quay bằng dầu.
Làm mát biến mô và hộp số bằng dầu.
1.4.4, Liên kết điều khiển bằng tay.
Hộp số tự động chuyển lên số cao và xuống số thấp một cách tự động. Tuy
nhiên cũng có hai liên kết để cho phép lái xe điều khiển hộp số tự động bằng
tay. Các liên kết này bao gồm: Cần và cáp chọn số, cáp chân ga và bướm ga.
Cần chọn số dùng để chọn chế độ lái xe: Tiến hay lùi, số trung gian hay đỗ
xe. Lượng nhấn bàn đạp ga – có nghĩa là độ mở của bướm ga – được truyền
chính xác đến hộp số bằng cáp này. Hộp số tự động tăng hay giảm tốc dựa
vào tải của động cơ và lái xe có thể thay đổi điều đó bằng lượng nhấn bàn
đạp ga
1.4.5, Bộ truyền động cuối cùng.
Trong hộp số tự động có vi sai được đặt nằm ngang, hộp số và bộ truyền
động cuối cùng được đặt chung trong cùng một vỏ. Bộ truyền động cuối
cùng bao gồm một cặp bánh răng giảm tốc cuối cùng và các bánh răng vi sai.
Chức năng của bộ truyền động cuối cùng cũng giống như trên xe có cầu sau
chủ động, nhưng nó dùng các bánh răng xoắn làm các bánh răng giảm tốc
cuối cùng
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
1.4.6, Dầu hộp số tự động.
Dầu hộp số tự động( viết tắt là ATF) để phân biệt với các loại dầu khác.
Chức năng của dầu hộp số tự động:
Truyền mômen trong bộ biến mô.
Điều khiển hệ thống điều khiển thủy lực, cũng như hoạt động của
ly hợp và phanh trong phần hộp số.
Bôi trơn các bánh răng hành tinh và các chi tiết chuyển động khác.
Làm mát các chi tiết chuyển động.
1.4.7, Vỏ hộp số.
Bộ vỏ hộp số bao gồm: Vỏ hộp số có chứa biến mô, vỏ hộp số có chứa
truyền động bánh răng hộp số và phần lớn hệ thống điều khiển thủy lực; và
đuôi hộp số có chứa trục thứ cấp( hộp số tự động có vi sai không có phần
đuôi, và truyền động cuối cùng được đặt trong vỏ hộp số phía có vi sai). Một
ống thông hơi được lắp ở phía trên hộp số để ngăn không cho áp suất trong
vỏ tăng lên quá cao
1.5, 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 khiến 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 ô tô, do đó tạo điều kiện sử dụng gần như tối ưu công suất động
cơ.Vì vậy, hộp số tự động có những chức năng cơ bản sau:
Tạo ra các cấp tỉ số truyền phù hợp nhằm thay đổi moment xoắn từ động
cơ đến các bánh xe chủ động phù hợp với moment 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.
Ngoài ra ECT còn có khả năng tự chẩn đoán.
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
1.6, Điều kiện làm việc của hộp số tự động
Hộp số tự động làm việc trong điều kiện tỷ số truyền luôn thay đổi vì vậy
trong
quá trình làm việc các chi tiết nhanh bị mài mòn.
Hộp số tự động nằm dưới gầm xe nên dễ bị bụi bẩn và có khả năng bị va
đập gây hỏng hóc.
1.7, Ưu , nhược điểm của hộp số tự động
a) Ưu điểm :
Thực hiện việc chyển số chính xác hơn.
Giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp
và thường xuyên phải chuyển 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 kĩ thuật
lái xe khó khăn và phức tạp như vận hành ly hợp.
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 cơ khí .
Hộp số tự động dùng ly hợp thủy lực hoặc biến mô thủy lực việc tách nối
công suất từ động cơ đến hộp số nhờ sự chuyển động của dòng thủy lực từ
cánh bơm sang tua bin mà không qua một cơ cấu cơ khí nào nên không có sự
ngắt quãng dòng công suất vì vậy đạt hiệu suất cao ( 98 % ).
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 động dòng
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 bịgiảm,đặc biệt là
ở tốc độ thấp.
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
2, Điều khiển hộp số tự động.
2.1, 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.
+ 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.
+ 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.
+ 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.
2.2, 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
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
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 momen 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.
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
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.
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.
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
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:
Q = f.( )Với: Q = tổn hao công suất do đóng ly hợp.
= moomen động =
thời gian trượt của ly hợp.
= động năng của các phần tử quaytrong ly hợp
Giảm mômen 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
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
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.
Với: áp lực dầu cần thiết.
áp lực dầu cơ bản
hệ số hiệu chỉnh theo tốc độ trục sơ cấp của hộp số
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
áp lực dầu phụ thuộc vào tốc độ trục sơ cấp của hộp số
hệ số hiệu chỉnh theo momen động cơ
áp lực dầu phụ thuộc vào momen động cơ
hệ số hiệu chỉnh theo tốc độ xe
áp lực dầu phụ thuộc vào tốc độ xe
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.
ΙΙ, Ưu nhược điểm của hộp số hành tinh.
Hộp số hành tinh có những ưu nhược điểm chính sau so với hộp số thường:
1, Ưu điểm của hộp số hành tinh.
Làm việc không gây tiếng ồn, không cần bộ đồng tốc.
Việc gài số được thực hiện nhờ ly hợp và phanh, nên tạo điều kiện
thuận lợi cho việc tự động quá trình gài số.
Kết cấu gọn gàng nhờ ăn khớp bên trong.
Khi có cùng kích thước đường kính bánh răng, hộp số hành tinh sẽ có tỉ
số truyền lớn hơn hộp số thường.
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH:Nguyễn Văn Thuận
Có thể sang số mà không cần ngắt công suất truyền từ động cơ xuống,
do đó thời gian và hành trình gia tốc ngắn hơn.
Có hiệu suất cao hơn hộp số thường.
2, Khuyết điểm của hộp số hành tinh.
Kết cấu phức tạp, khó chế tạo, giá thành cao.
Trên ô tô thường sử dụng hộp số hành tinh hai hoặc ba cấp
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải – CS II
SVTH: Võ Đăng Thuận
2 . Cấu tạo, sơ đồ, nguyên lý làm việc, của hộp số hành
tinh, các cụm chi tiết trong hệ thống :
2.1.Cấu tạo:
Hệ thống bánh răng hành tinh (hộp số hành tinhHSHT) được đặt sau bộ biến
momen thủy lực. Khác với các hộp số cơ khí đơn giản, HSHT có trục di động
nhằm thực hiện các chuyển động theo các bộ truyền bánh răng. HSHT có thể
điều khiển bằng cần số hoặc điều khiển tự động. Nhưng ngày nay HSHT
điều khiển tự động được sử dụng rộng rãi trên xe con.
Trên hộp số AT không co cần chuyển số mà chỉ có cần chọn số, cần chọn số
nhằm xác định giới hạn khả năng tự động điều khiển của quá trình chuyển
số trong một khoảng nhất định.
Cấu tạo của hộp số hành tinh khá phức tạp, có ba dạng cơ bản được dùng
trên oto con:
-
Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập.
-
Cơ cấu hành tinh kiểu sơ đồ Simpson.
-
Cơ cấu hành tinh kiểu sơ đồ Ravigneaux.
Kiểu Wilson là bộ truyền bánh răng ăn khớp trong và ngoài, ba trục.
Bao gồm: một bánh răng mặt trời (răng ngoài), một bánh răng ngoại luân
(răng trong) đặt trên một trục quay khác cùng tâm với trục của bánh răng mặt
trời, các bánh răng hành tinh nằm giữa bánh răng mặt trời và ngoại luân. Trục
của các bánh răng hành tinh được cố định trên “giá hành tinh” và cùng chuyển
động quay quanh đường tâm trục của bánh răng mặt trời và ngoại luân.
Như vậy có ba trục có cùng một tâm quay và ở dạng tục lồng, gọi là đường
tâm của cơ cấu hành tinh. Số lượng bánh răng hành tinh tùy thuộc vào ý đồ
thiết kế của nhà chế tạo, các bánh răng hành tinh có khả năng tự quay quanh
trục của nó và quay quanh trục của cơ cấu hành tinh.
