Nghiên cứu quy luật chuyển số trong hộp số tự động của ô tô

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
1. Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn trực
tiếp của PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan – giảng viên bộ môn ô tô – Trƣờng Đại
học Bách Khoa Hà Nội.
2. Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đều đƣợc trích dẫn rõ ràng. Toàn bộ nội
dung trong luận văn hoàn toàn phù hợp với nội dung đã đƣợc đăng ký và phê
duyệt của Hiệu trƣởng Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.
3. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối tôi xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, Ngày 25 tháng 09 năm 2016
Tác giả

Vũ Tiến Đại

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................... 5
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 9
Chương I: TỔNG QUAN .............................................................................................. 11
1.1. Lịch sử phát triển và tương lai của hộp số tự động trên ô tô. ............................... 11
1.2. Khái quát về hộp số tự động. ................................................................................. 13
1.2.1. Khái quát chung............................................................................................ 13
1.2.2. Phân loại hộp số tự động .............................................................................. 14
1.3. Hộp số tự động trên ô tô ........................................................................................ 16
1.3.1. Cấu tạo hộp số tự động. ................................................................................ 16
1. Bộ biến mô ...................................................................................................... 16

2. Bộ truyền bánh răng hành tinh ........................................................................ 26
3. Phanh (B1, B2, B3) ......................................................................................... 30
4. Ly hợp ............................................................................................................. 32
1.3.2. Nguyên lý hoạt động .................................................................................... 35
1. Hoạt động khi chuyển số................................................................................. 35
2. Bộ điều khiển điện tử (ECU động cơ và ECT) ............................................... 39
1.4. Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài. ............................................................................... 43
1.5. Mục tiêu, phạm vi, phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài. ................... 44
1.5.1. Mục tiêu. ....................................................................................................... 44
1.5.2. Phạm vi ......................................................................................................... 44
1.5.3. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu .......................................................... 44
CHƢƠNG II: TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU VÀ QUY LUẬT CHUYỂN SỐ
TRONG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG. ...................................................................................... 46
2.1. Tính kinh tế nhiên liệu ............................................................................................ 46
2.1.1. Mức tiêu thụ nhiên liệu. ............................................................................... 46
2.1.2. Mức tiêu thụ nhiên liệu đối với hệ thống truyền lực có cấp. ....................... 47
2.2. Quy luật chuyển số trong hộp số tự động. ............................................................. 48
2


2.2.1. Quy luật sang số với mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ............................... 52
2.2.2. Quy luật sang số đảm bảo tính êm dịu ........................................................ 54
2.2.3. Quy luật sang số theo phƣơng án dung hòa. ............................................... 55
2.2.4. Lựa chọn cấp số trong điều kiện vận hành thực. ......................................... 56
CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG QUY LUẬT CHUYỂN SỐ .............. 59
CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG Ô TÔ CON. ....................................................................... 59
3.1. Phương pháp tính toán........................................................................................... 59
3.1.1. Đặc tính động cơ. ......................................................................................... 59
3.1.2. Các công thức tính toán ................................................................................ 62
3.2. Trình tự tính toán ................................................................................................... 63

KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................................... 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 90

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Kí hiệu

Diễn giải

Đơn vị

ma

Khối lƣợng của xe

Cx

Hệ số cản không khí

A

Diện tích cản chính diện

m2

Memax

Mô men cực đại động cơ

Nm

Nemax

Công suất cực đại của động cơ

kW

kg
Const

rbx

Bán kính bánh xe

m

ne

Vận tốc động cơ

v/p

V

Vận tốc của xe

km/h

Ge

Lƣợng nhiên liệu cho 100km

Lít(l)

Q

Lƣợng tiêu thụ nhiên liệu trong 1 giờ

ρn

Khối lƣợng riêng của xăng

iT

Tỉ số truyền của HTTL

f

Hệ số cản lăn

ρ

Mật độ không khí

μ

Hệ số biến mô

ν

Tỷ số truyền của biến mô

α

Góc mở bƣớm ga

l/h
Kg/l

Kg/m3

Độ

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT

Hình vẽ

Trang

Hình 1.1

Khái quát về hộp số tự động

13

Hình 1.2

Phân loại hộp số tự động

14

Hình 1.3

Hộp số tự động điều khiển điện tử

15

Hình 1.4

Hộp số tự động thuần thủy lực

15

Hình 1.5

Cấu tạo bộ biến mô

16

Hình 1.6

Cấu tạo bánh bơm

17

Hình 1.7

Cấu tạo bánh tuabin

17

Hình 1.8

Khớp một chiều

18

Hình 1.9

Sự truyền mô men

19

Hình 1.10 Khuếch đại mô men

19

Hình 1.11

20

Tỉ số truyền và hiệu suất truyền

Hình 1.12 Điểm ly hợp

21

Hình 1.13 Khớp một chiều của Stato

22

Hình 1.14 Hoạt động biến mô – động cơ chạy không tải

22

Hình 1.15 Hoạt động biến mô – xe bắt đầu khởi hành

23

Hình 1.16 Hoạt động biến mô – xe chạy với tốc độ thấp

23

Hình 1.17 Hoạt động biến mô – xe chạy với tốc độ trung bình và cao

23

Hình 1.18 Cơ cấu khóa biến mô

24

Hình 1.19 Hoạt động nhả khớp của biến mô

25

Hình 1.20 Hoạt động ăn khớp của biến mô

25

Hình 1.21 Bộ truyền bánh răng hành tinh

26

5


Hình 1.22 Cấu tạo bộ truyền bánh răng hành tinh

27

Hình 1.23 Truyền giảm tốc trong bộ truyền hành tinh

27

Hình 1.24 Truyền đảo chiều trong bộ truyền hành tinh

28

Hình 1.25 Truyền trực tiếp trong bộ truyền hành tinh

29

Hình 1.26 Truyền tăng tốc trong bộ truyền hành tinh

29

Hình 1.27 Vị trí phanh dải

30

Hình 1.28 Hoạt động của phanh dải

31

Hình 1.29 Cấu tạo phanh đĩa nhiều đĩa ƣớt

32

Hình 1.30 Cấu tạo ly hợp

33

Hình 1.31 Hoạt động ăn khớp của ly hợp

34

Hình 1.32 Hoạt động ăn khớp của ly hợp

34

Hình 1.33 Nguyên lý hoạt động khi chuyển số

35

Hình 1.34 Hoạt động khi chuyển số 1

36

Hình 1.35 Hoạt động khi chuyển số 2

36

Hình 1.36 Hoạt động khi chuyển số 3

37

Hình 1.37 Hoạt động khi chuyển số lùi

37

Hình 1.38 Cấu tạo bộ truyền hành tinh số tăng O/D

38

Hình 1.39 Hoạt động của bộ truyền hành tinh số tăng O/D

39

Hình 1.40 Điều khiển thời điểm chuyển số

40

Hình 1.41 Điều khiển thời điểm chuyển số theo độ mở bƣớm ga

40

Hình 1.42 Điều khiển thời điểm chuyển số theo chế độ tải

41

Hình 1.43 Điều khiển khóa biến mô

41

Hình 1.44 Điều khiển khóa biến mô linh hoạt.

42

Hình 2.1

Đồ thị mức tiêu thụ nhiên liệu ở các cấp số khác nhau của
ô tô con

47

Hình 2.2

Nguyên lý điều khiển sang số trong hộp số tự động

49

Hình 2.3

Đồ thị công suất ở các cấp số khác nhau

50

Hình 2.4

Sơ đồ nguyên lý điều khiển của hệ thống thủy lực

51

6


Hình 2.5

Đặc tính nhiên liệu động cơ đốt trong

53

Hình 2.6

Đặc tính phối hợp động cơ – hệ thống truyền lực

53

Hình 2.7

Đồ thị các điểm sang số của hộp số tự động 5 cấp

54

Hình 2.8

Đặc tính kéo của ô tô ở các góc mở bƣớm ga khác nhau

55

Hình 2.9
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4

Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7

Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10

Hình 3.11

Hình 3.12

Sự dao động của điểm sang số giữa 2 cấp số lân cận
với cùng một góc mở bƣớm ga
Các thông số đầu vào và đầu ra của biến mô thủy lực
Đặc tính động cơ phối hợp với hệ thống truyền lực có biến
mô thủy lực
Đồ thị đƣờng đẳng công suất tay số 1

Đồ thị đặc tính động cơ với với các đƣờng đẳng suất tiêu
hao nhiên liệu tại tay số 1 (V=20 km/h)
Đồ thị đặc tính phối hợp động cơ- hệ thống truyền lực tay
số 1 (V=20 km/h)
Đồ thị đƣờng đẳng công suất tay số 2 (V=20 km/h)
Đồ thị đặc tính động cơ với với các đƣờng đẳng suất tiêu
hao nhiên liệu tại tay số 2 (V=20 km/h)
Đồ thị đặc tính phối hợp động cơ và hệ thống truyền lực
tay số 2 (V=20 km/h)
Đồ thị đƣờng đẳng công suất tay số 3 (V=20 km/h)
Đồ thị đặc tính động cơ với với các đƣờng đẳng suất tiêu
hao nhiên liệu tại tay số 3 (V=20 km/h)
Đồ thị đặc tính phối hợp động cơ và hệ thống truyền lực
tay số 3 (V=20 km/h)
Đồ thị đặc tính phối hợp động cơ và hệ thống truyền lực
ở các tay số khác nhau (V=20 km/h)

57
60
61
66
67

68
69
70

71
72
73

74

75

Hình 3.13 Đồ thị đƣờng đẳng công suất tay số 1 (V=30 km/h)

78

Hình 3.14 Đồ thị đặc tính động cơ với với các đƣờng đẳng suất tiêu

79

7


hao nhiên liệu tại tay số 1 (V=30 km/h)
Hình 3.15

Đồ thị đặc tính phối hợp động cơ- hệ thống truyền lực tay
số 1 (V=30 km/h)

Hình 3.16 Đồ thị đƣờng đẳng công suất tay số 2 (V=30 km/h)
Hình 3.17

Hình 3.18

Đồ thị đặc tính động cơ với với các đƣờng đẳng suất tiêu
hao nhiên liệu tại tay số 2 (V=30 km/h)
Đồ thị đặc tính phối hợp động cơ và hệ thống truyền lực

tay số 2 (V=30 km/h)

Hình 3.19 Đồ thị đƣờng đẳng công suất tay số 3 (V=30 km/h)
Hình 3.20

Hình 3.21

Hình 3.22

Đồ thị đặc tính động cơ với với các đƣờng đẳng suất tiêu
hao nhiên liệu tại tay số 3 (V=30 km/h)
Đồ thị đặc tính phối hợp động cơ và hệ thống truyền lực
tay số 3 (V=30 km/h)
Đồ thị đặc tính phối hợp động cơ và hệ thống truyền lực
(V=30 km/h)

Hình 3.23 Đồ thị các điểm sang số của hộp số tự động

8

80
81
82

83
84
85

86

87
88


PHẦN MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống hiện nay, ô tô đã trở thành phƣơng tiện giao thông không
thể thiếu, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế và phục vụ cho nhu cầu
thiết yếu của con ngƣời. Những thành tựu của KH&CN đang làm cho những chiếc ô
tô ngày càng hoàn thiện hơn. Ô tô hiện đại là cỗ máy cực kì phức tạp, tích hợp
những công nghệ mới nhất của nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ cơ khí , thủy lực, điện
tử , kĩ thuật điều khiển, công nghệ thông tin.... Vì vậy, hệ thống điều khiển trung
tâm của ô tô ngày nay có cấu trúc nhƣ một máy tính điện tử. Nó kiểm soát và chỉ
huy toàn bộ hoạt động của tất cả các bộ phận trên xe, từ động cơ đến hệ thống
truyền lực, hệ thống lái, hệ thống phanh...
Tƣơng tự nhƣ phần điều khiển động cơ tự động, hộp số tự động cũng đƣợc
sử dụng ngày càng phổ biến trên ô tô, đặc biệt trên ô tô con. Hệ thống điều khiển
hộp số tự động là một hệ thống cơ điện tử phức tạp, nó tự cảm nhận thời điểm cần
chuyển số và thực hiện quá trình sang số mà không có sự can thiệp của ngƣời lái.
Cùng với sự phát triển chung của ô tô, hộp số tự động liên tục đƣợc hoàn thiện để
đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao đối với các phƣơng tiện giao thông hiện đại.
Do sự phát triển nhanh chóng của KHKT cùng những vấn đề nóng về môi
trƣờng toàn cầu, sự khan hiếm nguồn nhiên liệu mới, trong khi nguồn nhiên liệu cũ
lại cạn kiệt. Nền công nghiệp ô tô thế giới nói chung, cũng nhƣ ô tô Việt Nam nói
riêng cũng rơi vào hoàn cảnh khó khăn về nhiên liệu. Do việc thay đổi tỷ số truyền
của hộp số tự động đƣợc thực hiện hoàn toàn tự động không phụ thuộc vào ngƣời
lái nên việc nghiên cứu khả năng điều khiển nó kết hợp với động cơ đốt trong nhằm
giảm tối đa mức tiêu thụ nhiên liệu và ô nhiễm môi trƣờng vẫn đang là một hƣớng
nghiên cứu mở, thu hút sự quan tâm ngày càng cao của các nhà khoa học và của các
hãng sản xuất ô tô trên thế giới.
Luận văn này với nội dung : “Nghiên cứu quy luật chuyển số trong hộp số

tự động của ô tô” trình bày phƣơng pháp xây dựng quy luật chuyển số với mức tiêu
thụ nhiên liệu nhỏ nhất. Quy luật chuyển số là các thời điểm chuyển số (tăng số
hoặc xuống số) căn cứ vào hai tín hiệu chính là chế độ tải động cơ (độ mở bƣớm ga)

9


và vận tốc của ô tô. Nhằm có những cải thiện tích cực hơn cho vấn đề nhiên liệu và
môi trƣờng nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc công suất của động cơ trên xe ô tô.

10


Chƣơng I: TỔNG QUAN
1.1. Lịch sử phát triển và tương lai của hộp số tự động trên ô tô.
Hộp số là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền lực của ô tô, nó có chức năng
chính là biến đổi mô men và tốc độ của động cơ truyền tới bánh xe chủ động sao
cho phù hợp với điều kiện chuyển động. Trong lịch sử phát triển của mình, hộp số
ngày càng đƣợc hoàn thiện hơn nhằm nâng cao hiệu suất, tính tiện lợi sử dụng và
hiệu quả hoạt động của động cơ.
Bộ phận cơ bản trong các hộp số là các bánh răng đã đƣợc cong ngƣời sử dụng từ
hơn 1000 năm nay để giảm nhẹ sức lao động cho con ngƣời và súc vật. Những thiết
kế bánh răng đầu tiên xuất hiện từ thời trung cổ với nguồn động lực thời bấy giờ
chính là con ngƣời hoặc súc vật.
Những chiếc ô tô đầu tiên xuất hiện cào cuối thế kỷ thứ 19 với các hộp số kiểu
bánh răng, điều khiển bằng tay. Tuy nhiên, ô tô chỉ bắt đầu đƣợc sản xuất hàng loạt
vào khoảng những năm 1925 trở lại đây. Từ đó đến nay, hộp số và hệ thống truyền
lực của ô tô ngày nay càng đƣợc hoàn thiện hơn. Trong lịch sử phát triển của mình,
hộp số ô tô đƣợc phát triển theo những hƣớng chính nhƣ sau:
-

Hộp số cơ khí có cấp;

-

Hộp số tự động;

-

Hộp số truyền lực vô cấp;

-

Hệ thống truyền lực Hybrid;

Hộp số cơ khí có cấp xuất hiện cùng với những chiếc ô tô đầu tiên và nó cũng bắt
đầu phát triển mạnh từ những năm 20 của thế kỷ trƣớc. Những cải tiến kỹ thuật đối
với hộp số cơ khí chủ yếu nhằm vào việc cải thiện quá trình chuyển số. Lịch sử phát
triển và hoàn thiện hộp số cơ khí có thể đƣợc chia làm bốn giai đoạn. Trong giai
đoạn đầu, các hộp số dƣợc chế tạo với các bánh răng di trƣợt. Để gài một số nào đó
ngƣời ta trƣợt một bánh răng dọc trục để nó ăn khớp với các bánh răng cùng cặp.
Cách gài số này thƣờng gây nên va đập giữa các bánh răng, tạo tiếng ồn, khó vào số
và dễ gây hỏng răng. Vì vậy, ở giai đoạn thứ hai các hộp số đƣợc thiết kế với các
cặp bánh răng luôn ăn khớp, việc gài số đƣợc thực hiện nhờ các khớp răng. Tiến bộ

11


vƣợt bậc của các hộp số trong giai đoạn thứ ba là việc sủa dụng các khớp gài có
đồng tốc, nhờ đó quá trình gài số đƣợc êm dịu và dễ dàng hơn, giảm tối đa tải trọng

động tác dụng lên hộp số và hệ thống truyền lực. Giai đoạn phát triển cuối cùng đối
với hộp số cơ khí đƣợc tập trung vào việc tự động hóa quá trình chuyển số. Việc tự
động hóa có thể là từng phần hoặc toàn phần theo trƣờng hợp cụ thể.
Trên thực tế, để thực hiện quá trình chuyển số, cần phải thực hiện các thao tác cơ
bản sau: ngắt ly hợp, gài số, đóng ly hợp. Nhƣ vậy, để chuyển số cần thực hiện hai
tác động điều khiển: điều khiển ly hợp và điều khiển cơ cấu gài số. Việc tự động
hóa quá trình chuyển số có thể chỉ bao gồm một trong hai thao tác trên (tự động hóa
một phần) hoặc tự động hóa cả hai (tự động hóa toàn phần).
Hộp số tự động đầu tiên đƣợc sản xuất hàng loạt là hộp số Hydramatic của General
Motors. Sau chiến tranh Thế giới thứ hai, việc sản xuất hộp số tự động của ô tô đã
phát triển mạnh tại Mỹ. Trong khi đó, ở châu Âu hộp số tự động cho ô tô con chỉ
chiếm thị phần khoảng 13%. Sau những năm 1950, hộp số tự động mới thực sự phát
triển ở Châu Âu. Cho tới nay hộp số tự động đang dần thay thế hộp số cơ khí
thƣờng trên các loại ô tô con và có thể khẳng định, trong tƣơng lai sẽ không còn các
loại ô tô con với hộp số cơ khí điều khiển bằng tay nữa. Sự tiến bộ của hộp số tự
động trong những năm đầu tiên đƣợc điều khiển chủ yếu bằng thủy lực thì các hộp
số hiện đại ngày nay đƣợc điều khiển bằng hệ thống điện tử nhằm tối ƣu hóa thời
điểm sang số. Tiêu chí tối ƣu ở đây chính là mức tiêu hao nhiên liệu thấp nhất và
lƣợng khí xả độc hại là nhỏ nhất. Xu hƣớng tăng cấp số cho hộp số tự động cũng
đƣợc các nhà sản xuất ô tô quan tâm ngày càng nhiều hơn. Đây là một giải pháp kỹ
thuật nhằm khắc phục nhƣợc điểm cố hữu của ô tô có trang bị hộp số tự động là tiêu
thụ nhiều nhiên liệu hơn so với ô tô có hộp số thƣờng. Tuy nhiên, hộp số này cũng
đƣợc dự báo là đạt tới giới hạn của số cấp trong hộp số tự động của ô tô con, nghĩa
là việc tiếp tục tăng số cấp cho hộp số ô tô con sẽ không còn hiệu quả nữa. Vì, nếu
tiếp tục tăng số cấp thì hộp số sẽ trở nên quá phức tạp và đắt tiền mà mức cải thiện
về tiêu thụ nhiên liệu không thể bù lại đƣợc.

12

Ngày nay, hộp số tự động trở nên phổ biến trên ô tô con, nhƣng lại không đƣợc sử
dụng nhiều trên ô tô tải vì lý do kinh tế. Trên các ô tô tải trọng lớn chỉ có xe buýt là
đƣợc trang bị hộp số tự động một cách tƣơng đối rộng rãi do điều kiện chuyển động
trong thành phố ngày càng khó khăn hơn, đòi hỏi phải tạo điều kiện làm việc tốt
nhất cho ngƣời lái.
Nhƣ vậy, hộp số cơ khí truyền thống về bản chất là hộp giảm tốc nhiều cấp đã
đƣợc hiện đại hóa qua nhiều thế hệ và hiện nay vẫn tiếp tục đƣợc sử dụng rông rãi
trên các lọi ô tô thƣơng mại. Ngoài ra, các bộ biến đổi mô men vô cấp (thủy lực, cơ
khí) đang đƣợc sử dụng ngày càng nhiều hơn, đặc biệt là trên các ô tô con. Trong
những trƣờng hợp này , khái niệm hộp số không còn tồn tại, chức năng thay đổi tỷ
số truyền do một bộ biến đổi vô cấp đảm nhiệm và nó đƣợc thay đổi một cách liên
tục chứ không theo các cấp số xác định. Tất cả các dạng truyền lực trên đây đều
đang đƣợc nghiên cứu phát triển và hiện đại hóa nhằm đạt đƣợc những mục đích cơ
bản sau:
-

Nâng cao tính tiện nghi điều khiển;

-

Tăng độ êm dịu khi chuyển số, giảm tải trọng động;

-

Phối hợp hoạt động hiệu quả nhất với động cơ đốt trong;

-

Nâng cao hiệu suất, giảm mức tiêu hao nhiên liệu;

-

Giảm ô nhiễm môi trƣờng.

1.2. Khái quát về hộp số tự động.
1.2.1. Khái quát chung
Với các xe có hộp số tự động thì ngƣời
lái xe không cần phải suy tính khi nào cần
chuyển 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 đƣợc điều khiển bằng
một ECU (Bộ điều khiển điện tử Hình 1.1. Khái quát về hộp số tự động

13


ECT) - đƣợc gọi là hộp số điều khiển điện tử, và một hộp số không sử dụng ECT
đƣợc 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 phƣơng thức chuyển số có thể đƣợc chọn tuỳ theo
ý muốn của lái xe và điều kiện đƣờng xá. Cách này giúp cho việc tiết kiệm nhiên
liệu, tính năng và vận hành xe đƣợc tốt hơn.
1.2.2. Phân loại hộp số tự động
Các hộp số tự động có thể đƣợc chia thành 2 loại chính, đó là các hộp số
đƣợc sử dụng trong các xe FF (động cơ
ở phía trƣớc, dẫn động bánh trƣớc) và

các xe FR (động cơ ở phía trƣớc, dẫn
động bánh sau).
Các hộp số của xe FF có một bộ
dẫn động cuối cùng đƣợc lắp bên trong,
còn các hộp số của xe FR thì có bộ dẫn
động cuối cùng (vi sai) lắp bên ngoài.
Loại hộp số tự động dùng trong xe FR
đƣợc gọi là hộp truyền động.
Hình 1.2. Phân loại hộp số tự động
Trong hộp số tự động đặt ngang, hộp truyền động và bộ dẫn động cuối cùng
đƣợc bố trí trong cùng một vỏ hộp. Bộ dẫn động cuối cùng gồm một cặp bánh răng
giảm tốc (bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn), và các bánh răng vi sai.
 Hộp số điều khiển điện tử (ECT)
- Bộ biến mô: Để truyền và khuyếch đại mômen do động cơ sinh ra
- Bộ truyền bánh răng hành tinh: Để chuyển số khi giảm tốc, đảo chiều, tăng
tốc, và vị trí số trung gian.
- Bộ điều khiển thuỷ lực: Để điều khiển áp suất thuỷ lực sao cho bộ biến mô
và bộ truyền bánh răng hành tinh hoạt động êm.

14


- ECU động cơ và ECT: Để điều khiển các van điện từ và bộ điều khiển thuỷ
lực nhằm tạo ra điều kiện chạy xe tối ƣu.
Hộp số này sử dụng áp suất thuỷ lực để tự động chuyển số theo các tín hiệu
điều khiển của ECU.
ECU điều khiển các van điện từ theo tình trạng của động cơ và của xe do các
bộ cảm biến xác định, do đó điều khiển áp suất thuỷ lực.

Hình 1.3. Hộp số tự động điều khiển điện tử

 Hộp số tự động thuần thuỷ lực: Kết cấu của một hộp số tự động thuần thuỷ lực
về cơ bản cũng tƣơng tự nhƣ của ECT. Tuy nhiên, hộp số này điều khiển chuyển số
bằng cơ học bằng cách phát hiện tốc độ xe bằng thuỷ lực thông qua van điều tốc và
phát hiện độ mở bàn đạp ga từ bƣớm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bƣớm
ga.

1.4. Hộp số tự động thuần thủy lực

15


1.3. Hộp số tự động trên ô tô
1.3.1. Cấu tạo hộp số tự động.
Có nhiều hộp số tự động khác nhau, chúng đƣợc cấu tạo theo một vài cách khác
nhau nhƣng 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 nhƣ dƣới đây:
- Bộ biến mô.
- Bộ bánh răng hành tinh.
- Bộ điều khiển thủy lực.
- Bộ truyền động bánh răng cuối cùng.
- Các van điều khiển.
- Dầu hộp số tự động.
1. Bộ biến mô
Bộ biến mô gồm bánh bơm, bánh tuabin, khớp một chiều, stato và vỏ biến mô chứa
tất cả các bộ phận đó. Bộ biến mô đƣợc điền đầy ATF do bơm dầu cung cấp. Động
cơ quay và bánh bơm quay, và dầu bị đẩy ra từ bánh bơm thành một dòng mạnh làm
quay bánh tua bin.

1.5. Cấu tạo bộ biến mô
a. Cấu tạo

 Bánh bơm

16


Bánh bơm đƣợc bố trí nằm trong vỏ bộ biến mô và nối với trục khuỷu qua đĩa dẫn
động. Nhiều cánh hình cong đƣợc lắp bên trong bánh bơm. Một vòng dẫn hƣớng đƣợc
lắp trên mép trong của các cánh để đƣờng dẫn dòng dầu đƣợc êm.

1.6. Cấu tạo bánh bơm
 Bánh tua bin
Rất nhiều cánh đƣợc lắp lên bánh tuabin giống nhƣ trƣờng hợp bánh bơm. Hƣớng cong
của các cánh này ngƣợc chiều với hƣớng cong của cánh bánh bơm. Bánh tua bin đƣợc
lắp trên trục sơ cấp của hộp số sao cho các cánh bên trong nó nằm đối diện với các
cánh của bánh bơm với một khe hở rất nhỏ ở giữa.
Bánh tua bin quay cùng với trục sơ cấp của hộp số khi xe chạy với vị trí của cần số ở
dải “D”, “2”, “L” hoặc “R”. Tuy nhiên, nó sẽ không quay khi xe dừng, Khi vị trí số ở
“P” hoặc “N” thì bánh tua bin quay tự do khi bánh bơm quay.

1.7. Cấu tạo bánh tuabin

17


 Stato
Stato nằm giữa bánh bơm và bánh tua bin. Qua khớp một chiều nó đƣợc lắp trên trục
stato và trục này đƣợc cố định trên vỏ hộp số
- Hoạt động của Stato
Dòng dầu trở về từ bánh tua bin vào bánh bơm theo hƣớng cản sự quay của bánh bơm.
Do đó, stato đổi chiều của dòng dầu sao cho nó tác động lên phía sau của các cánh trên

bánh bơm và bổ sung thêm lực đẩy cho bánh bơm do đó làm tăng mômen.
 Khớp một chiều
Khớp một chiều cho phép Stato quay theo chiều quay của trục khuỷu động cơ. Tuy
nhiên nếu Stato định bắt đầu quay theo chiều ngƣợc lại thì khớp một chiều sẽ khoá
stato để ngăn không cho nó quay.

1.8. Khớp một chiều
b. Nguyên lý làm việc
 Sự truyền mô men

18


Hình 1.9. Sự truyền mô men
Khi tốc độ của bánh bơm tăng thì lực ly 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 đƣợc vào bên
trong bánh tua bin thì mặt cong trong của cánh sẽ đổi hƣớng dầu ngƣợc lại về phía
bánh bơm, và chu kỳ lại bắt đầu từ đầu.
Việc truyền mô men đƣợc thực hiện nhờ sự tuần hoàn dầu qua bánh bơm và bánh
tua bin.
 Khuyếch đại mômen
Việc khuyếch đại mômen do bộ biến mô thực
hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng
lƣợng sau khi đã đi qua bánh tua bin trở về
bánh bơm qua cánh của Stato.
Nói cách khác, bánh bơm đƣợc quay do mô
men từ động cơ mà mô men này lại đƣợc 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.

1.10. Khuếch đại mô men
19


 Tỉ số truyền mômen và hiệu suất truyền
Độ khuyếch đại mômen do bộ biến mô sẽ tăng theo tỉ lệ với dòng xoáy. Có nghĩa là
mômen sẽ trở thành cực đại khi bánh tua bin dừng.
Hoạt động của bộ biến mô đƣợc chia
thành hai dải hoạt động:
- Dải biến mô, trong đó có sự khuyếch
đại mômen.
- Dải khớp nối, trong đó chỉ thuần tuý
diễn ra việc truyền mômen và sự
khuyếch đại mômen không xảy ra.
Điểm ly hợp là đƣờng phân chia giữa
hai phạm vi đó.
Hiệu suất truyền động của bộ biến mô
cho thấy năng lƣợng truyền cho bánh
bơm đƣợc truyền tới bánh tua bin với
hiệu quả ra sao.
Hình 1.11. Tỉ số truyền và hiệu suất truyền
Năng lƣợng ở đây là công suất của bản thân động cơ, tỉ lệ với tốc độ động cơ
(vòng/phút) và mômen động cơ. Do mômen đƣợc truyền với tỉ số gần 1:1 trong
khớp thuỷ lực nên hiệu suất truyền động trong dải khớp nối sẽ tăng tuyến tính và tỉ
lệ với tỉ số tốc độ.
Tuy nhiên, hiệu suất truyền động của bộ biến mô không đạt đƣợc 100% và thƣờng

đạt khoảng 95%. Sự tổn hao năng lƣợng là do nhiệt sinh ra trong dầu và do ma sát.
Khi dầu tuần hoàn nó đƣợc làm mát bởi bộ làm mát dầu.
 Điểm dừng và điểm ly hợp
- Điểm dừng
Điểm dừng chỉ tình trạng mà ở đó bánh tua bin không chuyển động. Sự chênh lệch
về tốc độ quay giữa bánh bơm và bánh tua bin là lớn nhất.

20


Tỉ số truyền mô men của bộ biến mô là lớn nhất tại điểm dừng (thƣờng trong phạm
vi từ 1,7 đến 2,5). Hiệu suất truyền động bằng 0.
Ở phần thử điểm dừng mô tả dƣới đây, tính năng của bộ biến mô và công suất ra
của động cơ đƣợc kiểm tra khi động cơ chạy ở chế độ mở hết cỡ bƣớm ga (toàn tải)
ở điểm dừng này.
- Điểm ly hợp
Khi bánh tua bin bắt đầu quay và tỉ số truyền tốc độ tăng lên, sự chệnh lệch tốc độ
quay giữa bánh tua bin và bánh bơm bắt đầu giảm xuống. Tuy nhiên, ở thời điểm
này hiệu suất truyền động tăng. Hiệu suất truyền động đạt lớn nhất ngay trƣớc điểm
ly hợp. Khi tỷ số tốc độ đạt tới một trị số nào đó thì tỷ số truyền mômen trở nên gần
bằng 1:1.
Nói cách khác, Stato bắt đầu quay ở điểm ly hợp và bộ biến mô sẽ hoạt động nhƣ
một khớp nối thuỷ lực để ngăn không cho tỷ số truyền mômen tụt xuống dƣới 1.

Hình 1.12. Điểm ly hợp
Chức năng khớp một chiều của Stato
Hƣớng của dầu đi vào stato từ bánh tuabin phụ thuộc vào sự chênh lệch tốc độ quay
giữa bánh bơm và bánh tuabin.
Khi chênh lệch lớn về tốc độ quay thì dầu tác động lên mặt trƣớc của cánh stato làm
cho stato quay theo chiều ngƣợc lại với chiều quay của bánh bơm. Tuy nhiên, bánh

bơm không thể quay theo chiều ngƣợc lại vì stato bị khớp một chiều khoá lại, do đó
đổi hƣớng của dòng dầu.

21


Khi chênh lệch nhỏ về tốc độ quay, một
lƣợng dầu từ cánh tuabin chảy vào mặt sau
của cánh rô to. Khi chênh lệch về tốc độ ở
mức nhỏ nhất thì phần lớn dầu từ cánh
tuabin ra sẽ tiếp xúc với mặt sau của cánh
stato.
Trong trƣờng hợp đó các cánh stato sẽ cản
trở dòng dầu. Khớp một chiều làm cho
stato quay trơn cùng chiều với bánh bơm,
và dầu sẽ trở về cánh bơm một cách thuận
dòng.

Hình 1.13. Khớp một chiều của Stato
Nếu stato không bị khoá thì xuất hiện dấu hiệu không thể tăng tốc đƣợc do hệ thống
làm việc ở dải khớp nối. Mặt khác, nếu stato không quay đƣợc một cách tự do thì hệ
thống vẫn làm việc trong dải biến mô, và dấu hiệu biểu hiện là tốc độ sẽ không thể
tăng cao hơn một trị số nhất định.
 Hoạt động của biến mô
* Khi xe dừng, động cơ chạy không tải:
Khi động cơ chạy không tải thì mômen do
động cơ sinh ra là nhỏ nhất. Nếu gài phanh (phanh
tay và/hoặc phanh chân) thì tải trên bánh tuabin rất
lớn vì nó không thể quay đƣợc.
Tuy nhiên, do xe bị dừng nên tỷ số truyền tốc độ của

bánh tuabin so với cánh bơm bằng không trong khi
tỷ số truyền mô men ở trị số lớn nhất.

Hình 1.14. Hoạt động biến mô –

Do đó, bánh tua bin luôn sẵn sàng để quay
với một mômen lớn hơn mô men do động cơ sinh ra.

22

động cơ chạy không tải


* Khi xe bắt đầu khởi hành:
Khi nhả các phanh thì bánh tuabin có thể quay cùng
với trục sơ cấp của hộp số. Do đó, bánh tuabin quay
với một mômen lớn hơn mô men do động cơ sinh ra
khi đạp bàn đạp ga. Nhƣ vậy xe bắt đầu chuyển
động.
Hình 1.15. Hoạt động biến mô
– xe bắt đầu khởi hành
* Khi xe chạy với tốc độ thấp:
Khi tốc độ xe tăng lên, thì tốc độ quay của bánh
tua bin sẽ nhanh chóng tiến gần tới tốc độ quay của
bánh bơm. Vì vậy, tỷ số truyền mômen nhanh
chóng tiến gần tới 1.0. Khi tỷ số truyền tốc độ giữa
bánh tua-bin và bánh bơm đạt tới điểm ly hợp thì
stato bắt đầu quay, và sự khuyếch đại mô men
giảm xuống.
Nói cách khác, bộ biến mô bắt đầu hoạt động nhƣ

Hình 1.16. Hoạt động biến mô

một khớp nối thuỷ lực. Do đó, tốc độ xe tăng gần

– xe chạy với tốc độ thấp

nhƣ theo tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ.
* Khi xe chạy ổn định ở tốc độ trung bình và tốc độ
cao:
Bộ biến mô chỉ hoạt động nhƣ một khớp nối thuỷ
lực. Bánh tua bin quay ở tốc độ gần đúng tốc độ của
bánh bơm.
Trong điều kiện bình thƣờng khi xe bắt đầu chuyển
động thì bộ biến mô sẽ đạt đƣợc điểm ly hợp trong
Hình 1.17. Hoạt động biến mô –
xe chạy với tốc độ trung bình và cao

23


thời gian từ 2 đến 3 giây. Tuy nhiên, nếu tải nặng thì thậm chí cả khi xe chạy ở tốc
độ trung bình hoặc tốc độ cao thì bộ biến mô vẫn có thể hoạt động trong dải biến
mô.
Khi nhả các phanh, thậm chí nếu không đạp bàn đạp ga thì xe vẫn từ từ bắt đầu
chuyển động. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là hiện tƣợng trƣờn.
 Cơ cấu ly hợp khoá biến mô
Cơ cấu ly hợp khoá biến mô truyền công suất động cơ tới hộp số tự động một cách
trực tiếp và cơ học. Do bộ biến mô sử dụng dòng thuỷ lực để gián tiếp truyền công
suất nên có sự tổn hao công suất. Vì vậy, ly hợp đƣợc lắp trong bộ biến mô để nối

trực tiếp động cơ với hộp số nhằm giảm tổn thất công suất. Khi xe đạt đƣợc một tốc
độ nhất định, thì cơ cấu ly hợp khoá biến mô đƣợc sử dụng để nâng cao hiệu quả sử
dụng công suất và nhiên liệu.
Ly hợp khoá biến mô đƣợc lắp trong moayơ của bánh tuabin, phía trƣớc
bánh tuabin. Lò xo giảm chấn sẽ hấp thụ lực xoắn khi ăn khớp ly hợp để ngăn
không cho sinh ra va đập. Một vật liệu ma sát (cùng dạng vật liệu sử dụng trong các
phanh và đĩa ly hợp) đƣợc gắn lên vỏ biến mô hoặc píttông khoá của bộ biến mô để
ngăn sự trƣợt ở thời điểm ăn khớp ly hợp.

Hình 1.18. Cơ cấu khóa biến mô.
 Hoạt động

24


Khi ly hợp khoá biến mô đƣợc kích hoạt thì nó sẽ quay cùng với bánh bơm và bánh
tua-bin. Việc ăn khớp và nhả ly hợp khoá biến mô đƣợc xác định từ những thay đổi
về hƣớng của dòng thuỷ lực trong bộ biến mô khi xe đạt đƣợc một tốc độ nhất định.
- Nhả khớp: Khi xe chạy ở tốc độ thấp thì dầu bị nén (áp suất của bộ biến mô) sẽ
chảy vào phía trƣớc của ly hợp khoá biến mô. Do đó, áp suất trên mặt trƣớc và mặt
sau của ly hợp khoá biến mô trở nên cân bằng và do đó ly hợp khoá biến mô đƣợc
đƣợc nhả khớp.

1.19. Hoạt động nhả khớp của biến mô
- Ăn khớp: Khi xe chạy ổn định ở tốc độ trung bình hoặc cao (thƣờng trên 60 km/h)
thì dầu bị nén sẽ chảy vào phía sau của ly hợp khoá biến mô. Do đó, vỏ bộ biến mô
và ly hợp khoá biến mô sẽ trực tiếp nối với nhau. Do đó, ly hợp khoá biến và vỏ bộ
biến mô sẽ quay cùng nhau (ví dụ, ly hợp khoá biến đƣợc đã đƣợc ăn khớp).

1.20. Hoạt động ăn khớp của biến mô

25