Xây dựng mô hình động lực học của ô tô sử dụng hộp số tự động

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội

--------- ----------

Luận văn thạc sỹ khoa học

Xây dựng mô hình động lực học của ô tô
sử dụng hộp số tự động

ngành: cơ khí động lực

Lê tuấn hải

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHạM HữU Nam

Hà nội - 2008


mục lục
Nội dung

Trang

Trang 1
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ đồ thị
Tổng quan

Lời mở đầu
Chương 1. Đặc tính ®éng lùc häc cđa « t« khi sư

4

dơng hép sè tự động
Hệ thống truyền lực của ô tô trang bị hộp số tự động

4

Đặc điểm của hộp số tự động

5

1.1. Bộ biến mô thuỷ lực

5

1.1.1 Bánh bơm(B)

6

1.1.2. Bánh tuabin(T)

7

1.1.3. Bánh dÉn h­íng (D)

7

1.1.4. Khíp dÉn ®éng mét chiỊu cđa stato

8

1.2. Hộp số hành tinh.

9

1.2.1. Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

9

1.2.2. Cơ cấu hành tinh kiểu Simson

10

1.3. Hệ thống thuỷ lực

11

1.3.1. Van điều áp sơ cấp

13

1.3.2. Van điều khiển chọn tay sè:

13

1.3.3. Van chun sè

13

1.3.4. Van ®iƯn tõ

14


1.3.5. Van b­ím ga

15

1.3.6. Van ®iỊu biÕn b­ím ga

15

1.3.7. Bé tích năng

15

1.4. Hệ thống điều khiển .

16

1.4.1. Cảm biến tốc ®é

17

1.4.2. C¶m biÕn b­ím ga

17

1.4.2. C¶m biÕn b­ím ga

17

1.4.3. C¶m biến nhiệt độ, nhiệt độ dầu, áp suất dầu

17

1.4.4. Điều khiển thời điểm chuyển số

17

1.4.5. Điều khiển khoá biến mô

19

1.4.6. Điều khiển tối ưu áp suất cơ bản

20

1.4.7. Điều khiển tối ưu áp suất ly hợp

21

1.4.8.Điều khiển mô men động cơ

22

1.5. Kết luận

22

Chương 2. Xây dựng mô hình hệ thống truyền lực

23

ôtô dùng hộp số tự động
2.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực

23

2.2. Phân tích các đặc trưng động học

23

2.3. Mô hình động học của biến mô

27

2.4. Các đặc tính cơ bản của biến mô, hiệu suất và mô men

32

2.4.1.Hệ số khuyếch đại của biến mô

32

2.4.2. Tỷ số truyền của biến mô

32

2.4.3.Hiệu suất của biến mô

32

2.4.4.Hệ số độ nhạy

33

2.4.5. Hệ số khả năng dự trữ mômen

33

2.5. Mô hình động học cđa hép sè hµnh tinh

36


2.5. Mô hình ly hợp và phanh

55

2.6. Mô hình ôtô và hệ truyền lực
Chương3 . Mô phỏng động lực học hệ thống truyền

61

lực ôtô bằng phần mềm MATLAB SIMULINK và STATEFLOW
3.1. Giíi thiƯu chung vỊ MATLAB SIMULINK

61

3.1.1. Matlab

61

3.1.2. Simulink

61

3.1.3 C¸c nhóm và chức năng của các khối thư viện

62

3.1.4 Các bước thực hiện một quá trình mô phỏng

63

3.2. Giới thiệu về Matlab - State flow

65

3.2.1. Khái niệm Stateflow

65

3.2.2. Phân rích mô hình máy

66

3.3. Sử dụng công cụ Simulink trong phần mềm MATLAB để mô

69

phỏng quá trình chuyển số của xe trang bị AT .
3.3.1 Mô phỏng khối động cơ

69

3.3.2 Mô phỏng khối biến mô

70

3.3.4 Mô hìng động học xe

71

Chương 4. Sử dụng Matlab simulink và stateflow

73

khảo sát động lực học của ô tô MITsubishi
tiburon 2004
4.1 Các số liệu về xe ô tô và hệ thống truyền lực

73

4.2 Các chế độ m« pháng

74

KÕt LuËn

80


1

LờI NóI ĐầU
Trong quá trình phát triển của nghành công nghiệp ôtô, xu hướng phát
triển về mặt hình thức, độ an toàn, tính tiện dụng và tính kinh tế nhiên liệu
ngày càng được chú trọng hơn để đáp ứng những nhu cầu của con người. ô tô
được sử dụng rất rộng rÃi và có xu hướng ngày càng gia tăng, các tính năng để
tăng tính tiện nghi sử dụng đồng thời giảm tiêu hao nhiên liệu càng được quan
tâm nhiều hơn, vì vậy đòi hỏi các nhà sản xuất phải nghiên cứu, chế tạo cải
tiến các cụm, các hệ thống sao cho đáp ứng được tiêu chí phát triển.
Nhằm ứng dụng công nghệ nâng cao chất lượng của hệ thống truyền lực
để tăng tính động lực học, tiết kiệm nhiên liệu, đơn giản hóa thao tác trong khi
lái xe thì hộp số tự động được trang bị ngày càng nhiều xe du lịch. Đặc tính
động lực học của xe lắp hộp số tự động là khác hoàn toàn sơ với xe lắp hộp số
thường.
Với mong muốn nghiên cứu nắm bắt được sự khác biệt đặc về tính động
lực học giữa hộp số tự động và hộp số cơ khí thường nhằm góp phần nhỏ nâng
cao chất lượng nghiên cứu, giảng dạy, học tập ở các trường đại học, trung tâm
nghiên cứu chuyên ngành, trung tâm dạy lái xe, đề tài : Xây dựng mô hình
động lực học của ô tô sử dụng hộp số tự động được thực hiện . Đề tài chọn
phương pháp khảo sát bằng phần mềm mô phỏng matlap simulink, vì với phần
mềm này đà cơ bản mô phỏng được mô hình động lực học cđa xe « t«.
D­íi sù h­íng dÉn cđa PGS TSP Phạm Hữu Nam và các Thầy trong bộ

môn, Trung tâm Đào tạo sau đại học và các bạn đồng nghiệp khác, đề tài đÃ
được thực hiện tại bộ môn Ô tô và xe máy chuyên dụng - Viện cơ khí động lực
Trường ĐHBK Hà Nội. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn cũng như
sự đóng góp ý kiến quý báu để bản luận văn được hoàn thành, rất mong sự góp
ý, bổ sung của các nhà kỹ thuật để luận văn được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 11 năm 2008
Tác giả


2

Đặt vấn đề nghiên cứu
Cùng với việc nâng cao chất lượng an toàn kỹ thuật của xe ô tô thì việc tăng
tính tiện nghi sử dụng cũng không ngừng được cải tiến. Các cụm, hệ thống
như truyền lực, treo, lái, phanh,... được thiết kế tối ưu hơn. Hệ thống truyền
lực trang bị hộp số tự động ngày càng được ứng dụng rộng rÃi vì nó nâng cao
được chất lượng động lùc häc cđa xe h¬n so víi hép sè c¬ khí thường, đồng
thời tiện nghi khi sử dụng hơn cho người lái .
Như hộp số tay, chức năng của hộp số tự động là thay đổi tỷ số truyền của hệ
thống truyền lực để tạo ra lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động sao cho phù
hợp giữa chế độ làm việc của động cơ với lực cản tổng cộng của đường, cắt
dòng truyền mô men từ động cơ ®Õn hƯ thèng trun lùc vµ thay ®ỉi chiỊu
chun ®éng ®Ĩ t¹o chun ®éng lïi cho xe. Hép sè tù ®éng thùc hiƯn viƯc lùa
chän sè mét c¸ch tù ®éng và thích hợp nhất với chế độ vận hành của xe thông
qua sự can thiệp của hệ thống điều khiển thủy lực và các thiết bị cơ khí phức
tạp bên trong hộp số. Ngày nay các nhà sản xuất khi đưa ra một dòng sản
phẩm cùng chủng loại, mẫu mà thì thường có 2 loại hộp số trang bị ở hệ thống
truyền lực là hộp số cơ khí thường ( MT- Manual transmission ) và hộp số tự
động ( AT - Auto transmission), với những xe trang bị AT thì thường có giá
thành cao hơn xe trang bị MT, điều này chứng tỏ giá trị về mặt kỹ thuật và

tính tiện nghi sử dụng được đánh giá cao hơn. Việc xây dựng mô hình động
lực học của xe ô tô trang bị hộp số tự động để khảo sát sẽ giúp ta biết được
quy luật điều khiển và trạng thái chuyển số, từ đó có phương pháp nghiên cứu
điều khiển tối ưu quá trình chuyển số nhằm tăng được tính động lực học
nhưng lại giảm được chi phí nhiên liệu .
Nội dung và mục tiêu nghiên cứu của đề tài .
- Đặc tính động lực học của, hệ thống truyền lực của ô tô lắp hộp số tự động,
vai trò của hộp số và ý nghĩa của thời điểm chuyển số. Chuyển số hợp lý làm


3

tăng tính năng động lực học và kinh tế nhiên liệu cho ô tô. Trên các xe con
hiện đại ngày nay sư dơng phỉ biÕn hép sè tù ®éng ®iỊu khiển điện tử .
- Mục tiêu nghiên cứu :
+ Quá trình điều khiển chuyển số.
+ Quy luật chuyển số và các trạng thái chuyển số .
+ Khảo sát sự dao động của mô men trong quá trình chuyển số.
Luận văn cao học : Xây dựng mô hình động lực học của ô tô sử dụng hộp số
tự động là một đề tài mới, do hạn chế về mặt thời gian và kinh phí nên đề tài
mới chỉ dừng lại ở việc xây dựng mô hình động lực học của ô tô sử dụng hộp
số tự động. Đề tài còn hướng phát triển nghiên cứu thuật toán điều khiển tối
ưu thời điểm chuyển số của hộp số tự động.
Ngoài phần lời nói đầu và tổng quan, đề tài được phân thành 4 chương:
- Chương 1: Đặc tính động lực häc cđa « t« khi sư dơng hép sè tù động
- Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống truyền lực ô tô dùng hộp số tự động
- Chương 3: Mô phỏng động lực học hệ thống truyền lực ô tô bằng phần mền
Matlab- Simulik và Stateflow
- Chương 4: Khảo sát, và đánh giá kết quả
- Kết luận và những kiến nghị

Nội dung của đề tài có thể hình thành các tài liệu giảng dạy, nghiên cứu cho
các trường, trung t©m dËy nghỊ…


4

CHƯƠNG I : Đặc tính động lực học của ô tô sử dụng
hộp số tự động
Hệ thống truyền lực của ô tô lắp hộp số tự động
Hệ thống truyền lực của ôtô là tập hợp tất cả các cơ cấu nối từ động cơ
tới bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến
đổi giá trị mômen.
Trong hộp số tự động, quá trình chuyển số được thực hiện tự động hoàn toàn,
người lái không phải điều khiển chuyển số nên giảm thiểu được các thao tác
khi lái xe. Tự động chuyển số nên xe luôn hoạt động ở chế độ phù hợp nhất
tương ứng với điều kiện của tải, địa hình, tốc độ, tận dụng được công suất và
mô men do vậy tránh được tổn hao công suất cũng như nhiên liệu, tăng tính
kinh tế trong quá trình vận hành. Với hộp số thường thì qúa trình chuyển số là
theo cảm nhận của người lái nên phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của
người lái.
- Mômen xoắn được chuyển đến các bánh xe chủ động một cách êm dịu và
gần như liên tục tương ứng với lực cản chuyển động và tốc độ chuyển động
của ô tô. Không xảy ra hiện tượng thay đổi tốc độ đột ngột hoặc rung giật xe
khi tăng hoặc giảm sè nh­ ë hép sè th­êng,
- Hép sè tù ®éng giúp tăng được khả năng động lực học của ô tô. Giảm được
tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống truyền lực. Tránh được quá tải
cho động cơ và hệ thống truyền lực vì giữa chúng được nối với nhau bằng biến
mô thủy lực.
- Các cặp bánh răng của bộ truyền hành tinh luôn ăn khớp với nhau nên quá
trình sang số là việc đóng mở các van điều khiển và đường dầu nên không có

hiện tượng va đập của các bánh răng khi chuyển số và không cần có bộ đồng
tốc để giải quyết việc ăn khớp của các cặp bánh răng. Trong hộp số tự ®éng
ng­êi ta sư dơng ¸p st thủ lùc ®Ĩ tù ®éng chun c¸c tay sè t theo c¸c
tèc ®é xe, góc mở bướm ga và vị trí cần số


5

Đặc điểm của hộp số tự động

Hình 1.1: Sơ đồ hƯ thèng trun lùc cđa xe cã hép sè tù động
Trên hình 1.1 mô tả hệ thống truyền lực của xe có hộp số tự động, ta
thấy sự khác biệt với hộp số cơ khí thường ở bộ biến mô, hép sè hµnh tinh vµ
hƯ thèng thủ lùc
1.1. Bé biÕn mô thuỷ lực.

Hình 1.2 : Cấu tạo biến mô thuỷ lùc


6

Biến mô thuỷ lực được lắp ở đầu vào của hộp số và được bắt bằng
bulông vào trục sau của trục khuỷu thông qua tấm truyền động. Nó có vai trò
làm tăng mômen do động cơ tạo ra, truyền mô men này đến hộp số hoặc đóng
vai trò như một khớp nối thuỷ lực truyền mômen đến hộp số, hấp thụ các dao
động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực.
Biến mô có cấu tạo gồm ba phần cơ bản: phần chủ động gọi là bánh bơm
(B) nối với trục khuỷu động cơ, phần bị động gọi là bánh tuabin (T) nối với
trục vào động cơ, phần phản ứng gọi là bánh dẫn hướng (D) được lắp giữa
bánh bơm và bánh tua bin

Cấu tạo bên trong của bánh bơm B, bánh tuabin T, bánh đẫn hướng D đều
có cánh, các cánh này được sắp xếp sao cho ở trạng thái làm việc chất lỏng
chuyển động theo hình xuyến xoắn ốc tạo nên bởi các cánh. Biên dạng không
gian làm việc phải đảm bảo tổn thất năng lượng là ít nhất khi chất lỏng đi từ
cánh của bánh này sang cánh của bánh kia.
1.1.1 Bánh bơm(B)
Bánh bơm được bố trí trong vỏ bộ biến mô và nối với trục khuỷu qua
đĩa dẫn động, nó có rất nhiều cánh hình cong được lắp bên trong bánh bơm
một vòng dẫn hướng được lắp trên mép trong của các cánh để dẫn dòng dầu
được êm. Vỏ biến mô được nối với trục khuỷu động cơ qua tấm dẫn động

Hình 1.3: Kết cấu bánh b¬m


7

1.1.2. Bánh tuabin(T)
Cũng như bánh bơm bánh tuabin cũng có rất nhiều cánh dẫn động được
lắp bên trong, hướng cong của các cánh này ngược chiều với hướng cong của
các bánh bơm, bánh tua bin được lắp trên trục sơ cấp của hộp số sao cho các
cánh bên trong nó đối diện các cánh của bánh bơm với một khe hở rất nhỏ ở
giữa, bánh tuabin quay cùng trục sơ cấp của hộp số.

Hình 1.4: Kết cấu bánh tuabin
1.1.3. Bánh dẫn hướng (D)
Bánh dẫn hướng được đặt giữa bánh bơm và bánh tuabin. Thông qua
khớp dẫn động một chiều nối bánh dẫn hướng và trục của bánh dẫn hướng.
Trục của bánh dẫn hướng lắp cố định với vỏ hộp số, do các cánh của bánh
dẫn hướng đặt giữa bánh bơm và bánh tuabin nên dòng dầu qua cánh của bánh
dẫn hướng bị đổi chiều hướng đến mặt sau các cánh của bánh bơm bổ sung

lực đẩy của bánh bơm do đó mô men bánh bơm tăng lên .
Ba bộ phận của biến mô tạo nên vòng khép kín để chất lỏng chảy qua. Khi
cánh bơm được dẫn động quay từ trục khuỷu động cơ, dầu trong cánh bơm sẽ
quay cùng với cánh bơm. Khi tốc độ của cánh bơm tăng lên, lực ly tâm làm
cho dầu bắt đầu văng ra và chảy từ trong ra ngoài dọc theo các bề mặt của
cánh dẫn. Khi tốc độ của cánh bơm của cánh bơm tăng lên nữa, dầu sẽ đẩy ra
khỏi cánh bơm và đập vào các cánh dẫn của rôto tuabin làm cho rôto tuabin


8

bắt đầu quay cùng một hướng với cánh bơm. Do góc nghiêng của cánh dẫn
stato được bố trí sao cho dòng dầu ra khỏi cánh dẫn stato sẽ có hướng trùng
với hướng quay của cánh bánh bơm vì vậy cánh bơm không những chỉ được
truyền mômen từ động cơ mà nó còn được bổ sung một lượng mômen của
chất lỏng từ stato tác dụng vào, và một chu kì mới lại tiếp tục. Điều đó có
nghĩa là cánh bơm đà được cường hoá và sẽ khuếch đại mômen đầu vào ®Ĩ
trun ®Õn r«to tuabin.
1.1.4. Khíp dÉn ®éng mét chiỊu cđa stato
Khíp mét chiỊu cho phÐp b¸nh dÉn h­íng quay cïng chiều với trục
khuỷu động cơ. Tuy nhiên nếu bánh dẫn hướng có xu hướng quay theo chiều
ngược lại, khớp một chiều sẽ khoá stato lại không cho nó quay. Do vậy stato
quay hay bị khoá phụ thuộc vào hướng của dòng dầu đập vào cánh dẫn của
nó.
Khi tốc độ quay của cánh bơm và rôto tuabin có sự chênh lệnh tương đối
lớn (tốc độ của cánh bơm lớn hơn tốc độ của rôto tuabin ) thì dòng dầu sau
khi ra khỏi rôto tuabin vào cánh dẫn của stato sẽ tác dụng lên stato một
mômen có xu hướng làm stato quay theo hướng ngược với cánh bơm. Để tạo
ra hướng dòng dầu sau khi ra khỏi cánh dẫn của stato tác dụng lên cánh dẫn
của cánh bơm theo đúng chiều quay của cánh bơm thì khi này stato phải được

cố định tức là khớp một chiều khoá.
Khi tốc độ quay của rôto tuabin đạt gần đến tốc độ của cánh bơm, lúc
này tốc độ quay của dòng dầu sau khi ra khỏi rôto tuabin tác dụng lên cánh
dẫn của stato có xu hướng làm stato quay theo hướng cùng chiều cánh bơm,
vì vậy nếu stato vẫn ở trạng thái cố định thì không những không có tác dụng
cường hoá cho cánh bơm mà còn gây cản trở sự chuyển động của dòng chất
lỏng gây tổn thất tăng. Vì vậy ở chế độ này stato được giải phóng để quay
cùng với rôto tuabin và cánh bơm (khớp một chiều mở). Lúc này biến mô làm
việc như một ly hợp thuỷ lực thông th­êng.


9

1.2. Hép sè hµnh tinh.
Hép sè hµnh tinh lµm nhiƯm vụ biến đổi mô men, thay đổi tốc độ (điều
khiển giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc) chuyển động của xe. Bộ
truyền hành tinh bao gồm các cụm chi tiết như cơ cấu bánh răng hành tinh (ăn
khớp trong hoặc ngoài), cơ cấu ly hợp C, cơ cÊu phanh B vµ khíp mét chiỊu F.
Hép sè hµnh tinh là kết hợp của các bộ truyền hành tinh.
Trên các xe ô tô hiện nay cơ cấu hành tinh được dùng chủ yếu là kiểu
Wilson và kiểu Simson.
1.2.1. Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

Hình 1.5: Cơ cấu hành tinh Wilson
Là bộ truyền bánh răng ăn khớp trong và ngoài, các chi tiết bao gồm:
một bánh răng mặt trời có vành răng ngoài S đặt trên một trục quay một bánh
răng ngoại luân có vành răng ngoài R đặt trên một trục quay khác cùng đường
tâm với trục của S các bánh răng hành tinh T nằm giữa S và R và đồng thời ăn
khớp với S và R, trục của bánh răng T ăn khớp với nhau trên giá hành tinh C
và chuyển động quay xung quanh đường tâm trơc cđa S vµ R, trơc cđa C lµ

trơc thø ba của cơ cấu hành tinh
Cơ cấu hành tinh có ba phần tử: Bánh răng hành tinh T được coi là khâu
liên kết giữa bánh răng mặt trời S và bánh răng bao R. Để có thể xác lập một tỉ
số truyền thì phải có một phần tử chủ động và một phần tử bị động do đó để
xác lập tỉ số truyền có hai khả năng.


10

Khoá một phần tử với vỏ hộp số ; khoá hai phần tử với nhau
Gọi nS, nR, nc là số vòng quay của bánh răng mặt trời, bánh răng bao, cần dẫn,
s , R , C là vận tốc góc của bánh răng mặt trời, bánh răng bao, cần dẫn.

Khi đó tỷ số truyền của bộ bánh răng hành tinh khi cần dẫn được cố định
tính bằng công thøc

i=

n s − nc
=
n R − nc

ω s − ωc
Z
=- R
R c
ZS

Giá trị của i được xác định qua bán kính vòng lăn r hoặc số răng Z
i=

rN
Z
= - R
rM
ZS

Với ZR, ZS, : Số răng của bánh răng bao, số răng của bánh răng mặt trời.
Bảng 1.1: Trạng thái và sơ đồ bố trí của cơ cấu hành tinh wilson
Công thức tính tỷ
Trạng
thái

1

2

Trạng thái khâu
Sơ đồ bố trí

Vào

Ra

Khóa

C

R

S

Khóa hai khâu

số truyền
i=

Z
nvo M ra
=
= bd
nra M vo Z cd

i=

nvào M ra
=
=
nra M vào

1
Z
1 + bd
Z cd

Tû sè truyÒn bằng 1

S và C

1.2.2. Cơ cấu hành tinh kiểu Simson

Cơ cấu hành tinh kiểu simpson gồm 2 cơ cấu hành tinh Wilson liên kết
với nhau. Các phần tử R1, C1, S1 thuéc dÉy hµnh tinh thø nhÊt, R2, C2, S2
thuéc dẫy hành tinh thứ 2 chúng được ghép nối với nhau nh­ h×nh 1.6.


11

Hình 1.6 : Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson
1.3. Hệ thống thuỷ lực
Ta xem xét sơ đồ cấu tạo của một hệ thống thuỷ lực sau:

Hình 1.7: Sơ đồ cấu t¹o cđa hƯ thèng thủ lùc


12

Trong đó : 1, 4, 5 là ly hợp số lùi, số thấp và số cao
2,3 là các phanh LR và 2ND
7, 8, 9 là các cơ cấu chấp hànhcho 2ND, UD, và OD
15, 16, 17, 18 là các van điều khiển áp suất tương ứng với LR,
2ND, UD, và OD.
20, 21, 22, 23, 24 là các van điện từ ứng với LR, 2ND, UD và OD
24 là van điều khiển áp suất biến mô
Nhiệm vụ của hệ thống thuỷ lực như sau:
- Tạo áp suất dầu: trong hệ thống có bơm dầu dẫn động cơ khí (cặp bánh
răng) qua vỏ biến mô để cấp dầu cho các bộ phận trong hộp số
- Điều chỉnh áp suất công tác bằng các van điều áp sơ cấp, van bướm ga...
- Điều khiển đóng mở các ly hợp và phanh để thực hiện chuyển số. Với hệ
thống điều khiển điện tử, các tín hiệu điều khiển từ ECT ECU làm đóng mở
các van điện từ, các van điện từ này làm nhiệm vụ đóng mở đường dầu tương

ứng.
Các bộ phận chính của hệ điều khiển thuỷ lực hộp số gồm có: bơm dầu,
hộp van, van điều áp sơ cấp, van điều khiển, van chuyển số, van điện từ, van
bướm ga.

Hình 1.8: Các chức năng điều khiển của hệ thống thuỷ lực


13

1.3.1. Van điều áp sơ cấp: làm nhiệm vụ điều chỉnh trị số áp suất công tác tới
các bộ phận. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của van trình bày trên hình (1.9)

Hình 1.10: Van điều khiển

Hình 1.9: Van điều áp sơ cấp

1.3.2. Van điều khiển chọn tay số: được nối với cần chuyển số. Khi thay đổi
vị trí chọn số sẽ làm chuyển mạch đường dầu tương ứng đến các tay số đó
(hình 1.8)
Vị trí gài tay số

Đường dầu ®­ỵc van nèi tíi

P

B3

R

C2, B3

N
D

C1

2

C1, B1

L

C1, B3

1.3.3. Van chun sè
Van chuyển số làm chuyển mạch đường dầu dẫn tới các phanh và ly hợp.
Có các van chuyển số 1-2, 2-3, 3-4. Hình 1.9 mô tả nguyên lý hoạt động của
van chuyển số 1-2. Khi van điện từ chưa làm việc, áp suất dầu tác dụng lên
mặt trên của van, thắng lực lò xo, van ở vị trí dưới, các đường dầu tới các ly


14

hợp và phanh bị ngắt. Lúc này hộp số ở vị trí số 1. Khi có tín hiệu tới điều
khiển van điện từ mở, áp suất dầu tác dụng lên mặt trên van mất đi, lò xo đẩy
van lên mở các đường dầu có áp tới phanh B2 và hộp sè chun sang sè 2.

H×nh 1.11: Van chun sè
1.3.4. Van ®iƯn tõ

Van ®iƯn tõ sư dơng ®Ĩ ®iỊu khiĨn sù làm việc của van chuyển số. Có 2 loại
van điện từ: van điện từ điều khiển chuyển số và van điện từ tuyến tính để điều
khiển tăng giảm áp suất dầu theo dòng điện điều khiển từ ECU. Van điện tõ
chun sè cã 2 vÞ trÝ vÝ dơ sè 1, số 2 còn van điện từ tuyến tính chỉ có một
trạng thái làm việc như các van SLT sử dụng thay cho van bướm ga . Van SLU
điều khiển khoá biến mô.

Hình 1.12: Các loại van điện từ


15

1.3.5. Van b­ím ga

H×nh 1.13: Van b­ím ga
Van b­ím ga làm nhiệm vụ điều chỉnh áp suất dầu cấp từ bơm (sau khi
đà qua van điều áp sơ cấp) theo mức độ tải của động cơ tới điều khiển các van
chuyển số.
Có các loại van bướm ga: van cơ khí và van điện từ. Van cơ khí được dẫn
động thông qua cơ cấu cam và cáp nối với bàn đạp ga. Van điện từ tuyến tính
SLT làm việc theo tín hiƯu ®iỊu khiĨn tõ ECU.
1.3.6. Van ®iỊu biÕn b­ím ga
Do áp suất do van bướm ga tạo ra có đặc tính tuyến tính song áp suất trên
đường dầu (do bơm sinh ra) là phi tuyến (hình 1.14) nên thường bố trí thêm
van điều biến áp suất bướm ga để làm giảm bớt áp suất khi bướm ga mở lớn
1.3.7. Bộ tích năng
Bộ tích năng (hình 1.15) có tác dụng giảm chấn trong quá trình chuyển
số. Piston của van có dạng bậc để áp suất dầu trong quá trình chuyển số không
tăng đột ngột. Trong các hệ điều khiển ECT sử dụng van điện từ tuyến tính để
điều khiển áp suất dầu tác dụng lên bộ tích năng nhờ đó quá trình chuyển số

được êm dịu hơn


16

Hình1.14: Van điều biến bướm ga

Hình 1.15: Bộ tích năng

1.4. Hệ thống điều khiển .
ECU động cơ và ECT nhận tín hiệu từ các cảm biến và các các công tắc
lắp trên động cơ và hộp số tự động để ®iỊu khiĨn c¸c van ®iƯn tõ cđa bé ®iỊu
khiĨn thủ lực thực hiện thời điểm chuyển số và khoá biến mô phù hợp với
công suất của động cơ, trạng thái tải và điều kiện đường.
ECT ECU trên các xe hiện nay được tổ hợp chung trong bộ ECU điều
khiển chung cả động cơ, hệ thống truyền lực và các hệ thống điều khiển điện
tử khác.

Hình 1.16: Nguyên lý hệ thống ®iỊu khiĨn ®iƯn tư ECT


17

Các cảm biến chính: cảm biến vị trí bướm ga, công tắc bàn đạp ga, cảm
biến tốc độ động cơ, cảm biến tốc đọ ôtô, cảm biến tốc độ các trục sơ cấp và
thứ cấp hộp số, cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến nhiệt độ dầu hộp số...
1.4.1. Cảm biến tốc độ : chuyển động của ôtô tạo ra tín hiệu tương ứng với
tốc độ chuyển động của ôtô để gửi về ECT điều khiển quá trình chuyển số .
1.4.2. Cảm biến bướm ga : Cảm nhận vị trí bướm ga và gửi thông tin về ECT.
Chuyển đổi thành tín hiệu cơ khí thành tín hiệu điện.

1.4.3. Cảm biến nhiệt độ, nhiệt độ dầu, áp suất dầu : Cảm biến nhiệt độ
nước, nhiệt độ dầu dựa vào sự thay đổi điện trở của hạt điện trong cảm biến.
Khi điện trở thay đổi làm mất cân bằng của mạch cầu ta đo sự thay đổi này
đem khuếch đại chuẩn hoá và tính toán ta có được nhiệt độ hiện thời.
Cảm biến áp suất dầu tương tự như hai cảm biến trên song sự biến đổi của
điện trở dựa vào hiệu ứng biến tenzô. Khi có lực tác dụng sẽ làm cho độ dài
của điện trở tenzô thay đổi dẫn đến điện trở thay đổi do vậy làm mất cân bằng
điện.
Các chức năng điều khiển chính
1.4.4. Điều khiển thời điểm chuyển số

Hình 1.17: Nguyên lý điều khiển thời điểm chuyển số


18

ECT ECU được nạp các chương trình về phương thức (thuật toán) điều
khiển chuyển số tối ưu cho mỗi vị trí cần số và mỗi chế độ tải trọng của xe,
công suất động cơ... Sau khi tiếp nhận các tín hiệu của các công tắc, cảm biến
về trạng thái làm việc của xe, động cơ, vị trí tay số... ECU sẽ xử lý và đưa ra
tín hiệu điều khiển tới các van điện từ điều khiển sự làm việc các van chuyển
số.

Hình 1.18: Mô tả thời điểm chuyển số
Thời điểm chuyển số phụ thuộc vào các thông số chính là tốc độ xe và độ
mở bướm ga. Khi xe chuyển động, với độ mở bướm ga không đổi mà tốc độ
xe tăng lên ECT sẽ điều khiển tự động chuyển lên số trên. Trên hình 1.16, khi
bàn đạp ga được nhả ở điểm A mà tốc độ xe vẫn tăng thì thời điểm độ mở
bướm ga ở điểm B thì hộp số tự động chuyển từ số 3 lên O/D. Nếu ở điểm A
tiếp tục ấn bàn đạp ga mà tốc độ xe giảm thì khi độ mở bướm ga đạt tới điểm

C hộp số tự động giảm số từ 3 và 2. Tốc độ xe mà ở đó hộp số thực hiện
chuyển số (từ thấp lên cao hoặc từ cao xuèng thÊp) x¶y ra trong mét kho¶ng


19

tốc độ nhất định (gọi là độ trễ). Độ trễ này cần thiết để tranh cho việc tăng
giảm số xảy ra liên tục.

Hình 1.19: Thời điểm chuyển số ở các phương thức lái khác nhau
Thời điểm chuyển số còn phụ thuộc vị trí của công tắc chọn phương thức
lái. Ví dụ đối với chế độ tăng tốc, điểm chuyển số và điểm khoá biến mô được
đặt ở chế độ tốc ®é ®éng c¬ cao h¬n so víi ë chÕ ®é bình thường (hình 1.19)
1.4.5. Điều khiển khoá biến mô
ECT ECU được lập trình điều khiển sự làm việc của ly hợp khoá biến mô
phù hợp với từng vị trí công tắc chọn phương thức lái.
ECU điều khiển thời điểm khoá biến mô nhằm giảm bớt chấn động khi
chuyển số. Nếu hộp số chuyển số trong khi khoá biến mô đang đóng thì ECU
sẽ điều khiển nhả khoá biến mô để giảm chấn động khi chuyển số. Sau khi
chuyển số hoàn tất, ECU lại điều khiển cho khoá biến mô hoạt ®éng trë l¹i.


20

Hình 1.20: Chức năng điều khiển khoá biến mô
1.4.6. Điều khiển tối ưu áp suất cơ bản
ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga để phát hiện góc mở bàn
đạp ga và điều khiển áp suất cơ bản của hệ thống thuỷ lực. Việc điều khiển
này phù hợp với công suất động cơ cũng như các điều kiện vận hành khác của
xe làm cho chuyển số được êm và giảm tải cho bơm dầu. Một van ®iƯn tõ

tun tÝnh (SLT) ®­ỵc sư dơng ®Ĩ nhËn tÝn hiệu từ ECU tới điều khiển áp suất
cơ bản. Nếu van này bị hỏng, lõi van bên trong được cố địnhở vị trí trên (vị trí
Hi) do đó chấn động sÏ lín h¬n trong khi chun sè.


21

Hình 1.21. Van SLT điều khiển áp suất cơ bản
Trong các hộp số tự động điều khiển thuỷ lực, áp suất cơ bản được điều
khiển qua van bướm ga (dẫn động từ bàn đạp ga qua cáp tới van bướm ga
trong hộp số)
1.4.7. Điều khiển tối ưu áp suất ly hợp
Sử dụng van điện từ tuyến tính để điều khiển tối ưu áp suất dầu cấp cho
các ly hợp phù hợp với công suất động cơ và tốc độ ở trục turbine nhằm giúp
cho quá trình chuyển số không bị rung giËt