Hiện nay đối với 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. Nhưng 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 của động cơ và tốc độ của xe. Với các xe có hộp số tự động thì người lái xe không càn phải suy tính lên số hoặc xuống số. Các bánh răng tự động chuyển số tùy thuộc vào tốc độ xe và mức đạp bàn đạp ga. Hình 1.1. Ảnh sử dụng hộp số tự động. 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 ECT hộp số điều kiển điện tử, và một hộp số không sử dụng ECU được gọi là hộp số điều khiển thuần thủy 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 tùy theo ý muốn của lái xe và điều kiện đường xá. Cách này giúp cho việc tiết kiệm nhiên liệu, tính năng vận hành xe được tốt hơn. 1.2. Lịch sử phát triển của hộp số tự động Hộp số tự động (HSTD), theo công bố của tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức, ra đời vào năm 1934 tại hãng Chysler: ban đầu HSTD sử dụng ly hợp thủy lực và hộp số hành tinh, điều khiển hoàn toàn bằng con trượt thủy lực, sau đó, sau đó chuyển sang dùng biến mô thủy lực đến ngày nay, tên gọi ngày nay dung là AT. Tiếp sau đó hãng ZIL (Liên Xô cũ 1949) và các hãng Tây Âu khác (Đức, Pháp, Thụy Sĩ). Phần lớn các HSTD trong thời kỳ này sử dụng 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 được sử dụng trên ô tô tải và xe bus với biến mô men thủy lực và hộp số cơ khí có các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, kết cấu AT. Sau 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển số bằng thủy lực bằng 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 bằng thủy lực điện tử, cũng là một dạng HSTD. Ngày nay đã bắt đầu chế tạo các truyền động thông minh, cho phép chuyển số theo thói quen lái xe ( thay đổi tốc độ của động cơ bằng chân ga ) và tình huống mặt đường, HSTD có 8 cấp 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 chuyển số tùy thuộc vào ý thích của người sử dụng. 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 có hạn chế, việc bảo dưỡng sửa chữa rất khó khan nên ít được sử dụng. Hiện nay, cùng với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ chế tạo hộp số 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. Công dụng, yêu cầu và điều kiện làm việc của hộp số tự động 1.3.1. Công dụng Về cơ bản thì hộp số tự động có chức năng như hộp số thường, tuy nhiên hộp số tự động cho phép đơn giản hóa việc điều khiển hộ 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 lựa chọn tỷ số truyền phù hợp với điều khiển chuyển động của ô tô, do đó tạo điều kiện sử dụng gần như tối ưu công suất của động cơ. Tạo ra các cấp tỷ số truyền phù hợp nhằm thay đổi momen xoắn từ động cơ dến các bánh xe chủ động phù hợp với momen cản luôn thay đổi và nhằm tận dụng tối đa công suất của động cơ . Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động. Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hay tách ly hợp. Ngoài ra ECT còn có khả năng tự chẩn đoán. 1.3.2. Yêu cầu Khi gài chuyển số đảm bảo nhẹ nhàng, không gây ra va đập. Hộp số phải có tỉ số truyền thích hợp với đặc tính của động cơ, tốc độ, điều kiện sử dụng xe, tính kinh tế. Hộp số phải đảm bảo khả năng ngắt dòng truyền công suất trong thời gian dài. 1.3.3. Điều kiện làm việc 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. 1.4. Phân loại hộp số tự động 1.4.1. Phân loại theo tỉ số truyền Hộp số tự động vô 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. Hình 1.2. Hộp số tự động vô cấp 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 nhờ các bộ truyền bánh răng. Hình 1.3. Hộp số tự động có cấp 1.4.2. Phân loại theo cách điều khiển a. Loại điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực Điều khiển chuyển số 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 bướm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bướm ga. Hình 1.4. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực b. Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực Loại này sử dụng ECU ECT để điều khiển hộp số thông qua các tín hiệu điều khiển điện tử. Sơ đồ tín hiệu điều khiển : Tín hiệu điện của các cảm biến (cảm biến tốc độ , cảm biến vị trí chân ga….) và tín hiệu thủy lực từ bàn đạp ga (qua cáp chân ga → bướm ga → cảm biến vị trí bướm ga) → ECU động cơ → ECT ECU → Van điện từ → các can sang số → bộ bánh răng hành tinh và bộ biến mô. Hình 1.5. Hệ thống điều khiển điện tử kết hợp thủy lực c. Hộp số tự động điều khiển bằng điện tử 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, từ đó điều khiển áp suất dầu thuỷ lực. Sơ đồ tín hiệu điều khiển : Tín hiệu điện từ các cảm biến (cảm biến chân ga , cảm biến dầu hộp số, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến tốc độ xe, cảm biến đếm vòng quay, cảm biến tốc độ tuabin...v.v) và tín hiệu điện từ bộ điều khiển thủy lực → ECT động cơ và ECT → tín hiệu điện đến các van điện từ → bộ biến mô và bánh răng hành tinh.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TRÊN XE ÔTÔ 1.1 Giới thiệu chung Hiện nay đối với 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 Nhưng 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 của động cơ và tốc độ của xe Với các xe có hộp số tự động thì người lái xe không càn phải suy tính lên số hoặc xuống số Các bánh răng tự động chuyển số tùy thuộc vào tốc độ xe và mức đạp bàn đạp ga Hình 1.1 Ảnh sử dụng hộp số tự động 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 ECT- hộp số điều kiển điện tử, và một hộp số không sử dụng ECU được gọi là hộp số điều khiển thuần thủy 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 tùy theo ý muốn của lái xe và điều kiện đường xá Cách này giúp cho việc tiết kiệm nhiên liệu, tính năng vận hành xe được tốt hơn 1.2 Lịch sử phát triển của hộp số tự động Hộp số tự động (HSTD), theo công bố của tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức, ra đời vào năm 1934 tại hãng Chysler: ban đầu HSTD sử dụng ly hợp thủy lực và hộp số hành tinh, điều khiển hoàn toàn bằng con trượt thủy lực, sau đó, sau đó chuyển sang dùng biến mô thủy lực đến ngày nay, tên gọi ngày nay dung là AT Tiếp sau đó hãng ZIL (Liên Xô cũ 1949) và các hãng Tây Âu khác (Đức, Pháp, Thụy Sĩ) Phần lớn các HSTD trong thời kỳ này sử dụng 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 được sử dụng trên ô tô tải và xe bus với biến mô men thủy lực và hộp số cơ khí có các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, kết cấu AT Sau 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển số bằng thủy lực bằng 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 bằng thủy lực điện tử, cũng là một dạng HSTD Ngày nay đã bắt đầu chế tạo các truyền động thông minh, cho phép chuyển số theo thói quen lái xe ( thay đổi tốc độ của động cơ bằng chân ga ) và tình huống mặt đường, HSTD có 8 cấp 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 chuyển số tùy thuộc vào ý thích của người sử dụng 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 có hạn chế, việc bảo dưỡng sửa chữa rất khó khan nên ít được sử dụng Hiện nay, cùng với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ chế tạo hộp số 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 Công dụng, yêu cầu và điều kiện làm việc của hộp số tự động 1.3.1 Công dụng - Về cơ bản thì hộp số tự động có chức năng như hộp số thường, tuy nhiên hộp số tự động cho phép đơn giản hóa việc điều khiển hộ 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 lựa chọn tỷ số truyền phù hợp với điều khiển chuyển động của ô tô, do đó tạo điều kiện sửi dụng gần như tối ưu công suất của động cơ - Tạo ra các cấp tỷ số truyền phù hợp nhằm thay đổi momen xoắn từ động cơ dến các bánh xe chủ động phù hợp với momen cản luôn thay đổi và nhằm tận dụng tối đa công suất của động cơ - Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động - Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hay tách ly hợp - Ngoài ra ECT còn có khả năng tự chẩn đoán 1.3.2 Yêu cầu - Khi gài chuyển số đảm bảo nhẹ nhàng, không gây ra va đập - Hộp số phải có tỉ số truyền thích hợp với đặc tính của động cơ, tốc độ, điều kiện sử dụng xe, tính kinh tế - Hộp số phải đảm bảo khả năng ngắt dòng truyền công suất trong thời gian dài 1.3.3 Điều kiện làm việc - 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 1.4 Phân loại hộp số tự động 1.4.1 Phân loại theo tỉ số truyền - Hộp số tự động vô 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 Hình 1.2 Hộp số tự động vô cấp - 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 nhờ các bộ truyền bánh răng Hình 1.3 Hộp số tự động có cấp 1.4.2 Phân loại theo cách điều khiển a Loại điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực Điều khiển chuyển số 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 bướm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bướm ga Hình 1.4 Hệ thống điều khiển bằng thủy lực b Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực Loại này sử dụng ECU- ECT để điều khiển hộp số thông qua các tín hiệu điều khiển điện tử Sơ đồ tín hiệu điều khiển : Tín hiệu điện của các cảm biến (cảm biến tốc độ , cảm biến vị trí chân ga….) và tín hiệu thủy lực từ bàn đạp ga (qua cáp chân ga → bướm ga → cảm biến vị trí bướm ga) → ECU động cơ → ECT - ECU → Van điện từ → các can sang số → bộ bánh răng hành tinh và bộ biến mô Hình 1.5 Hệ thống điều khiển điện tử kết hợp thủy lực c Hộp số tự động điều khiển bằng điện tử 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, từ đó điều khiển áp suất dầu thuỷ lực Sơ đồ tín hiệu điều khiển : Tín hiệu điện từ các cảm biến (cảm biến chân ga , cảm biến dầu hộp số, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến tốc độ xe, cảm biến đếm vòng quay, cảm biến tốc độ tuabin v.v) và tín hiệu điện từ bộ điều khiển thủy lực → ECT động cơ và ECT → tín hiệu điện đến các van điện từ → bộ biến mô và bánh răng hành tinh Hình 1.6 Hệ thống điều khiển bằng điện tử 1.4.3 Phân loại theo các 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, 10 cấp 1.4.4 Phân loại theo cách bố trí trên xe a Động cơ đặt trước, cầu trước chủ động (FF) Hộp số tự động sử dụng cho xe có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động Loại này được thiết kế gọn do chúng được bố trí ở khoang động cơ Hình 1.7 Hộp số tự động đặt ngang b Động cơ đặt trước, cầu chủ động sau (FR) Loại này có bộ truyền bánh răng cuối cùng (vi sai) lắp ở bên ngoài nên nó dài hơn Hình 1.8 Hộp số tự động đặt dọc Các hộp số sử dụng cho loại ôtô FR có bộ truyền động bánh răng cuối cùng với vi sai lắp bên ngoài Còn các hộp số sử dụng trên ôtô FF có bộ truyền bánh răng cuối cùng với vi sai lắp bên trong, vì vậy loại hộp số tự động sử dụng trên ôtô FF còn gọi là hộp số có vi sai Hình 1.9 Bố trí hộp số đặt ngang và dọc trên ô tô 1.5 Ưu, nhược điểm của hộp số tự động 1.5.1 Ưu điểm - Nó giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải chuyển số - Nó 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 - Nó 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 1.5.2 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 bị giảm,đặc biệt là ở tốc độ thấp 1.6 Cấu tạo chung của hộp số tự động 1.6.1 Bộ biến mô Hình 1.10 Cấu tạo bộ biến mô - Bộ biến mô vừa truyền vừa khuyếch đại mômen từ động cơ vào hộp số ( bộ truyền bánh răng hành tinh ) bằng việc sử dụng dầu hộp số tự động (ATF) như một môi chất thông qua bộ biến mô làm thay đổi momen truyền Momen được biến đổi sẽ được truyền tới trục sơ cấp của động cơ - Cấu tạo bộ biến mô gồm: + Bánh bơm (impeller pump) + Bánh dẫn hướng( Startor) + Bánh bị động ( tuabine) + Khớp một chiều và giảm chấn + Vỏ biến mô (cover) chứa tất cả các bộ phận đó Bộ biến đổi được đổ 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 tuabin Thông qua bánh dẫn hướng và khớp một chiều sẽ điều chỉnh hoạt động của biến mô Hình 1.11 Bộ biến mô 1.6.2 Bộ truyền động bánh răng hành tinh Trong các xe lắp hộp số tự động, bộ truyền bánh răng hành tinh điều khiển việc giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc Bộ truyền bánh răng hành tinh gồm các bánh răng hành tinh, các li hợp và phanh Bộ truyền bánh răng hành tinh trước và bộ truyền bánh răng hành tinh sau được nối với các li hợp và phanh Các ly hợp và phanh này đóng vai trò là các bộ phận nối và ngắt công suất Những cụm bánh răng này chuyển đổi vị trí của phần sơ cấp và các phần tử cố định để tạo ra các tỷ số truyền bánh răng khác nhau và vị trí số trung gian Hình 1.12 Bộ truyền bánh răng hành tinh