Về phần ngoại vi, dựa vào kiến thức đã học và hỗ trợ từ các giảng viên, nhóm đã thành công thiết kế bản thảo 2D và 3D của mô hình, bảng điều khiển và các chức năng hoạt động trên hộp số
Trang 1THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
NGUYỄN MINH TÂM
S K L 0 1 2 5 0 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
SVTH : NGUYỄN MINH TÂM MSSV : 19145458
SVTH : VÕ LAM TRƯỜNG MSSV : 17145381
Trang 10LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, góp ý và chỉ dẫn từ các giảng viên đầy kinh nghiệm và bạn bè Nhóm chúng em xin cảm ơn tất cả mọi người đã giúp đỡ và ủng hộ nhóm để có được những kinh nghiệm quý giá và thành công trong đồ án này
Đầu tiên, nhóm xin gửi đến lời cảm ơn chân thành đến ThS Văn Ánh Dương, người đã giúp nhóm nhận đề tài và giải đáp nhiều thắc mắc trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Nhờ vào những chỉ dẫn của thầy mà nhóm đã có thêm kinh nghiệm để áp dụng không chỉ vào đồ án mà còn áp dụng vào sự nghiệp tương lai sau này
Ngoài ra còn có rất nhiều sự giúp đỡ từ các giảng viên thuộc xưởng khung gầm và đồng sơn thuộc khoa Cơ khí động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Các quý thầy cô đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để nhóm hoàn thành công việc và phát triển chuyên môn
Không chỉ có sự hỗ trợ từ các giảng viên, nhóm còn được rất nhiều bạn bè từ lớp khác hỗ trợ Nhóm xin cảm ơn các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ và trao đổi kiến thức trong suốt quá trình nghiên cứu của nhóm
Cuối cùng nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, những người thân yêu và nhà trường Để đi được đến chặng đường này không thể không có sự hỗ trợ về tinh thần của gia đình và một môi trường năng động để hoàn thành luận văn tốt nghiệp
Nhóm chúng em thừa nhận có rất nhiều khuyết điểm và thiếu sót xuyên suốt quá trình thực hiện đồ án vì kiến thức còn non trẻ và thời gian thực hiện bị hạn chế Vì thế nhóm chúng em mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến từ các giảng viên với mong muốn phần nào hoàn thiện hơn
Một lần nữa, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn những người đã đóng góp vào thành công của luận văn tốt nghiệp của nhóm Sự hỗ trợ và động viên của mọi người là một phần không thể thiếu trong hành trình đầy gian nan này Xin chân thành cảm ơn!
Trang 11Phần chính thứ 2 là phần thi công mô hình hộp số tập trung vào thiết kế và thi công cơ khí, hệ thống khí nén và hệ thống điện Về phần ngoại vi, dựa vào kiến thức đã học và hỗ trợ từ các giảng viên, nhóm đã thành công thiết kế bản thảo 2D và 3D của mô hình, bảng điều khiển và các chức năng hoạt động trên hộp số sao cho phù hợp với việc giảng dạy nhờ vào các phần mềm chuyên dụng Các hệ thống điện và khí nén cũng được thiết kế qua phần mềm để tính toán và chuẩn bị thi công mô hình
Cuối cùng là phần vận hành mô hình dựa vào nguyên lý và sơ đồ chuyển số Để vận hành mô hình, nhóm đã dùng vi điều khiển Arduino MEGA 2560 để tiến hành điều khiển thời điểm chuyển số bằng việc giả lập tín hiệu độ mở bướm ga và tốc độ của xe Nhờ đó mà vi điều khiển có thể điều khiển van điện từ khí nén khởi động theo dãy số mong muốn, qua đó điều khiển các hệ thống led sáng tương ứng
Tóm lại, bài luận văn của nhóm đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thành công trong việc thi công và vận hành mô hình hộp số A140E Các nghiên cứu trong bài luận văn sẽ là nguồn kiến thức bổ sung cần thiết để hiểu rõ hơn về hộp số tự động
Trang 121.2 Đối tượng và mục đích nghiên cứu 1
1.3 Những nội dung nghiên cứu của đề tài 1
1.4 Các phương pháp nghiên cứu 2
Chương 2.KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 3
2.1 Khái quát về hộp số tự động 3
2.1.1 Lịch sử ra đời 3
2.1.2 Phân loại hộp số tự động 5
2.1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 7
2.2 Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động 8
2.2.1 Ưu điểm 8
2.2.2 Nhược điểm 9
2.3 Khảo sát hộp số tự động A140E trên hãng xe Toyota 9
2.3.1 Giới thiệu hộp số tự động A140E 9
2.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số tự động A140E 10
Trang 13Chương 3.HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 38
3.1 Mạch điều khiển thủy lực 38
3.1.1 Các bộ phận chính của bộ điều khiển thủy lực 40
3.1.2 Hoạt động khi chuyển số 45
3.2 Hệ thống điều khiển điện từ 48
3.2.1 Các bộ phận hệ thống điều khiển 48
3.2.2 Điều khiển thời điểm chuyển số 56
Chương 4.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG HỘP SỐ A140E PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIẢNG DẠY 60
4.1 Thiết kế mô hình hộp số A140E 60
4.2 Thi công mô hình 85
4.2.1 Chuẩn bị nguyên vật liệu 85
4.2.2 Thi công và lắp đặt mô hình 90
Chương 5.VẬN HÀNH MÔ HÌNH 98
5.1 Kiểm tra mô hình trước khi vận hành 98
5.1.1 Chức năng của bảng điều khiển 98
5.1.2 Thao tác kiểm tra trước khi vận hành 99
5.2 Thao tác vận hành mô hình hộp số 101
5.2.1 Vận hành ở các dãy P, R, N 101
5.2.2 Vận hành ở các dãy D, 2, L 103
Trang 145.3 Bài tập thực hành với mô hình 110
Chương 6.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 113
6.1 Kết luận 113
6.2 Hướng phát triển trong tương lai 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO 114
PHỤ LỤC 115
Phụ lục 1: Code lập trình điều khiển Arduino 115
Phụ lục 2: Lưu đồ chi tiết dãy D và 2 130
Trang 15DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
4 ECU Electronic Controlled Unit Bộ điều hiển trung tâm
5 ECT Electronic Controlled Transmission
Hệ thống điều khiển điện của hộp số tự động
6 FF Front-Wheel Drive Động cơ đặt ở cầu trước, cầu trước chủ động
7 FR Rear-Wheel Drive Động cơ đặt ở cầu trước, cầu sau chủ động
8 SP1, SP2 Speed sensor Cảm biến tốc độ số 1 và 2
Water Temperature Sensor
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
12 "N" Neutral Tay số vị trí trung gian
Trang 1616 "L" Manual Low Tay số khi chạy trên đường dốc
17 VS V.S motor controller Hộp điều khiển tốc độ VS
Trang 17DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Chiếc xe được cho là có hộp số tự động đầu tiên 3
Hình 2.2: Mô hình hộp số tự động đầu tiên 3
Hình 2.3: Hộp số Hydra-Matic của General Motors năm 1939 4
Hình 2.4: Cách phân loại hộp số tự động dựa hệ thống điều khiển 5
Hình 2.5: Sơ đồ vị trí của hộp số tự động trên xe 6
Hình 2.6: Hộp số tự động vô cấp CVT 6
Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo chính của hộp số điều khiển điện tử 7
Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo chính của hộp số thuần thủy lực 8
Hình 2.9: Kết cấu mặt cắt dọc hộp số tự động A140E 10
Hình 2.10: Cấu tạo bộ biến mô 11
Hình 2.11: Đường truyền công suất từ động cơ qua biến mô đến hộp số 11
Hình 2.12: Cấu tạo của bộ truyền bánh răng hành tinh 12
Hình 2.13: Các bộ phận của bộ bánh răng hành tinh 13
Hình 2.14: Chế độ giảm tốc trong hộp số tự động 13
Hình 2.15: Chế độ tăng tốc trong hộp số tự động 14
Hình 2.16: Chế độ đảo chiều trong hộp số tự động 14
Hình 2.17: Chế độ nối trực tiếp trong hộp số tự động 15
Hình 2.18: Ly hợp C1, C2 trong hộp số hành tinh 16
Hình 2.19: Cấu tạo và vị trí lắp đặt ly hợp C1, C2 16
Hình 2.20: Ly hợp khi chưa hoạt động 17
Hình 2.21: Ly hợp thực hiện chức năng ăn khớp 18
Hình 2.22: Ly hợp thực hiện chức năng nhả khớp 18
Hình 2.23: Phanh B1, B2, B3 trong hộp số hành tinh 19
Hình 2.24: Cấu tạo phanh ướt nhiều đĩa 20
Hình 2.25: Cấu tạo phanh dải 20
Hình 2.26: Phanh hoạt động khi áp suất thủy lực tác dụng 21
Hình 2.27: Phanh khi áp suất xả ra 21
Hình 2.28: Phanh dải khi hoạt động 22
Hình 2.29: Phanh dải hoạt động khi áp suất dầu tăng cao 22
Trang 18Hình 2.30: Khớp một chiều F1,F2 trong hộp số hành tinh 23
Hình 2.31: Cấu tạo của khớp một chiều 24
Hình 2.32: Hoạt động của khớp một chiều dạng con lăn trong bánh phản ứng 25
Hình 2.33: Sơ đồ hộp số tự động 4 tốc độ 25
Hình 2.34: Cấu tạo hộp số tự động 4 tốc độ 26
Hình 2.35: Dòng truyền công suất khi không có số truyền tăng 27
Hình 2.36: Dòng truyền công suất khi có số truyền tăng 27
Hình 2.37: Sơ đồ khối hộp số tự động 4 tốc độ 28
Hình 2.38: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “D” hoặc dãy “2” số 1 29
Hình 2.39: Sơ đồ khối dòng truyền công suất dãy “D” hoặc dãy “2” số 1 29
Hình 2.40: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “D” số 2 30
Hình 2.41: Sơ đồ khối dòng truyền công suất dãy “D” số 2 30
Hình 2.42: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “D” số 3 31
Hình 2.43: Sơ đồ khối dòng truyền công suất dãy “D” số 3 31
Hình 2.44: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “D” số truyền tăng 32
Hình 2.45: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “2” số 2 33
Hình 2.46: Sơ đồ khối dòng truyền công suất dãy “2” số 2 33
Hình 2.47: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “L” số 1 34
Hình 2.48: Sơ đồ khối dòng truyền công suất dãy “L” số 1 35
Hình 2.49: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh ở số lùi 36
Hình 2.50: Sơ đồ khối dòng truyền công suất dãy “R” 36
Hình 2.51: Cơ cấu hãm khóa khi đỗ xe loại xe FF 37
Hình 2.52: Cơ cấu hãm khóa khi đỗ xe loại FR 37
Trang 19Hình 3.8: Van điện từ khí nén 44
Hình 3.9: Van điều áp thứ cấp 44
Hình 3.10: Sơ đồ hoạt động của van điện từ và van chuyển số ở vị trí số 1 45
Hình 3.11: Sơ đồ hoạt động của van điện từ khí nén và van chuyển số ở vị trí số 2 46
Hình 3.12: Sơ đồ hoạt động của van điện từ khí nén và van chuyển số ở vị trí số 3 46
Hình 3.13: Sơ đồ hoạt động của van điện từ và van chuyển số ở vị trí số OD 47
Hình 3.14: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển hộp số 48
Hình 3.15: Các bộ phận trong hệ thống điều khiển trên xe 48
Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện điều khiển điện tử 49
Hình 3.17: Sơ đồ mạch công tắc chọn chế độ hoạt động 50
Hình 3.18: Sơ đồ mạch cấu tạo công tắc khởi động số trung gian 50
Hình 3.19: Vị trí và sơ đồ mạch cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga 51
Hình 3.20: Vị trí và sơ đồ mạch của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 52
Hình 3.21: Sơ đồ cảm biến tốc độ trong hệ thống 52
Hình 3.22: Cảm biến tốc độ số 1 53
Hình 3.23: Cảm biến tốc độ số 2 53
Hình 3.24: Cả hai cảm biến tốc độ bình thường 54
Hình 3.25: Cảm biến tốc độ số 2 không bình thường 54
Hình 3.26: Vị trí và sơ đồ mạch công tắc O/D 55
Hình 3.27: Vị trí và sơ đồ mạch công tắc đèn phanh 55
Hình 3.28: Sơ đồ hệ thống điều khiển thời điểm chuyển số 56
Hình 3.29: Sơ đồ chuyển số dãy D, chế độ tải thường 57
Hình 3.30: Sơ đồ chuyển số dãy D, chế độ tải nặng 57
Hình 3.31: Sơ đồ chuyến số dãy 2 58
Hình 3.32: Sơ đồ chuyển số dãy L 58
Hình 3.33: Sơ đồ điều khiển thời điểm chuyển số 59
Hình 4.1: Bản vẽ chi tiết khung của mô hình hộp số 61
Hình 4.2: Khung mô hình thiết kế khi đặt các thành phần chính 62
Hình 4.3: Thiết kế bảng hiển thị trên Autocad 63
Hình 4.4: Mạch 3 led 7 đoạn (trái) và mạch 2 led 7 đoạn (phải) 63
Trang 20Hình 4.5: Số đo đường kính biến trở, led,và công tắc 64
Hình 4.6: Số đo đường kính công tắc IG/SW và đồng hồ đo áp suất 64
Hình 4.14: Máy biến áp và thông số thực tế 69
Hình 4.15: Đầu nối nguồn vào 220V và nguồn ra 24V và 5V của máy biến áp 70
Hình 4.24: Sơ đồ đấu điện của cụm van khí nén đến các chân của Arduino 74
Hình 4.25: Sơ đồ các chân của cần chuyển số và công tắc O/D 75
Hình 4.26: Sơ đồ đấu dây của cần chuyển số và công tắc O/D 75
Hình 4.27: Sơ đồ nối dây của ULN2803APG đến các chân led và Arduino 76
Hình 4.28: Arduino MEGA 2560 76
Hình 4.29: Mạch hạ áp DC 3A LM2596 77
Hình 4.30: Sơ đồ mạch điện của mô hình 78
Hình 4.31: Sơ đồ nối dây 79
Hình 4.32: Sơ đồ chuyển số dãy D của của hộp số A140E 81
Trang 21Hình 4.35: Lưu đồ sang số dãy D 83
Hình 4.36: Lưu đồ thuật toán sang số dãy 2 83
Hình 4.37: Lưu đồ thuật toán xuống số dãy L 84
Hình 4.38: Ống thép được cắt thành các đoạn cần thiết 90
Hình 4.39: Hàn khung mô hình (trái) và khung sau khi sơn (phải) 90
Hình 4.40: Kiểm tra, vệ sinh và sơn lại hộp số 91
Hình 4.41: Lắp đặt hộp số và cần chuyển số 91
Hình 4.42: Mạch điều khiển thủy lực hộp số tự động A140E 92
Hình 4.43: Vị trí của phanh và ly hợp tương ứng 92
Hình 4.44: Các đầu dây dẫn khí được cắt và nối vào cụm van điện từ 93
Hình 4.45: Cụm van điện từ và ống dẫn khí nén được lắp đặt 93
Hình 4.46: Bộ biến áp có sử dụng các biện pháp an toàn điện 94
Hình 4.47: Bàn đạp ga được lắp đặt 94
Hình 4.48: Vị trí các thiết bị khi thiết kế (trái) và vị trí lắp đặt thực tế (phải) 95
Hình 4.49: Bảng điều khiển sau khi được cắt và in bằng tia lazer 95
Hình 4.50: Lắp đặt và cố định các cụm led bằng keo nến 96
Hình 4.51: Đấu nối mạch điện theo sơ đồ mạch điện đã thiết kế 96
Hình 4.52: Mô hình hoàn thiện hộp số tự động A140E 97
Hình 5.1: Bảng điều khiển của mô hình bao gồm 4 cụm điều khiển 98
Hình 5.2: Bảng điều khiển khi bật công tắc IG/SW 99
Hình 5.3: Cụm công tắc quan sát hoạt động của phanh và ly hợp 99
Hình 5.4: Vị trí các đèn led tín hiệu 100
Hình 5.5: Vị trí công tắc VS 100
Hình 5.6: Mô hình hoạt động ở tay số P 101
Hình 5.7: Mô hình hoạt động ở tay số R 102
Hình 5.8: Mô hình hoạt động ở tay số N 102
Hình 5.9: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy D 103
Hình 5.10: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy D 103
Hình 5.11: Mô hình chuyển từ số 2 dãy D về số 1 dãy D với độ mở bướm ga 75% 104
Hình 5.12: Mô hình hoạt động số 3 ở dãy D 104
Trang 22Hình 5.13: Mô hình tự động trả về số 2 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt 83% 105Hình 5.14: Mô hình hoạt động số 4 ở dãy D (số truyền tăng OD) 105Hình 5.15: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy 2 106Hình 5.16: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy 2 106Hình 5.17: Mô hình tự động trả về số 1 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt gần 90% 107Hình 5.18: Mô hình hoạt động số 3 ở dãy 2 107Hình 5.19: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy L 108Hình 5.20: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy L 108Hình 5.21: Mô hình hoạt động ở dãy L không bị ảnh hưởng bởi độ mở bướm ga 109Hình phụ lục 2.1: Lưu đồ chi tiết lên số dãy D 130Hình phụ lục 2.2: Lưu đồ chi tiết xuống số dãy D 130Hình phụ lục 2.3: Lưu đồ chi tiết lên số dãy 2 131Hình phụ lục 2.4: Lưu đồ chi tiết xuống số dãy 2 131
Trang 23DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các dãy số trong hộp số tự động A140E 9Bảng 2.2: Hoạt động của ly hợp, phanh và khớp một chiều tại các vị trí số 28Bảng 3.1: Chế độ chuyển số dựa vào vị trí cần số và chế độ lái của xe 56Bảng 4.1: Nguyên vật liệu để thực hiện mô hình 85Bảng 4.2: Đồ nghề thi công cần thiết 88
Trang 24Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài
Trong thời đại phát triển vượt bậc của công nghệ kỹ thuật, các phương tiện giao thông vận tải đóng vai trò rất quan trọng đối với nền kinh tế và cả chất lượng cuộc sống của con người Nhờ vào đó, ô tô được cải tiến rất nhiều theo thiên hướng thân thiện với môi trường và người sử dụng Một phần rất quan trọng trong những sự đổi mới này đó là hộp số tự động – điều mà khách hàng luôn quan tâm hàng đầu khi chọn mua xe Hộp số tự động có rất nhiều ưu điểm vượt trội và đặc biệt giúp khách hàng sử dụng xe thoải mái và yên tâm hơn khi sử dụng phương tiện giao thông Vì thế, việc nghiên cứu hộp số tự động trên ô tô giúp không chỉ người sử dụng và cả người sửa chữa cập nhật và nắm bắt được những kiến thức nền tảng để khai thác tối ưu hiệu quả khi sử dụng hoặc tìm ra nguyên nhân hư hỏng và sửa chữa một cách dễ dàng Ngoài ra, mô hình hộp số tự động còn giúp quá trình giảng dạy được chuyên sâu và có cái nhìn trực quan hơn về hộp số chứ không dừng lại ở trên lý thuyết
Xe ô tô hộp số tự động hiện nay đang rất phổ biến đến người dùng vì sự dễ sử dụng và tính an toàn của nó Vì thế, nhu cầu học tập, sửa chữa và bảo dưỡng là rất lớn Để tối đa hóa sự vượt trội của hộp số tự động so với số sàn thì việc nghiên cứu và nắm vững các nguyên lý hoạt động và cách điều khiển điện tử là cần thiết Dựa trên những kiến thức đã được học ở Đại học, kết hợp với mô hình và tài liệu là cơ sở khảo sát nguyên lý làm việc qua đó phát triển hệ thống điều khiển tự động mô phỏng trên vi điều khiển
Qua những lý do trên, nhóm chúng em đã tiến hành chọn đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển mô hình hộp số tự động A140E phục vụ công tác giảng dạy” cho nội dung đề tài tốt nghiệp
1.2 Đối tượng và mục đích nghiên cứu
Hộp số tự động A140E trên Toyota Camry
1.3 Những nội dung nghiên cứu của đề tài
Trang 25➢ Chương 3: Hệ thống điều khiển của hộp số tự động
➢ Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình A140E phục vụ giảng dạy ➢ Chương 5: Vận hành mô hình
➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
1.4 Các phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu tài liệu
• Phương pháp chọn lọc và thu thập thông tin • Phương pháp thực nghiệm
• Phương pháp phi thực nghiệm
Trang 26Chương 2 KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 2.1 Khái quát về hộp số tự động
2.1.1 Lịch sử ra đời
Hiện nay vẫn còn rất nhiều tranh luận về sự ra đời của hộp số tự động Một trong số đó cho rằng hộp số tự động đầu tiên là hộp số của cỗ xe Sturtevant năm 1904, được anh em nhà Sturtevant phát minh ở Boston (nước Anh) Hộp số tự động này có hai số tiến (không có số lùi) và được hoạt động bởi các khối lượng gắn vào động cơ
Hình 2.1: Chiếc xe được cho là có hộp số tự động đầu tiên
Nhưng hộp số này đã không thể chịu được áp lực dẫn đến dễ bị gãy mỗi khi sang số 20 năm sau, một nghiên cứu khác nhằm tạo ra hộp số tự động cho ô tô đã được thực hiện
Hình 2.2: Mô hình hộp số tự động đầu tiên
Trang 27Một ý kiến khác tin rằng hộp số tự động đầu tiên là hộp số của một kỹ sư người Canada - Alfred Horner Munro phát minh vào năm 1923 Ông là một kỹ sư hơi nước, và thiết kế của ông sử dụng khí nén thay vì thủy lực để truyền động các bánh răng
Vào những năm 1932, các kỹ sư người Brazil - Fernando Lehly Lemos và José Braz Araripe – cho ra đời mẫu hộp số tự động sử dụng chất lỏng thủy lực đầu tiên
Các công ty lớn như Chryster và General Motors các năm sau đó đã lần lượt cho ra đời các mẫu hộp số tự động thủy lực của họ, nhưng phương thức hoạt động rất khác với hộp số tự động hiện nay bởi vì những hộp số này chỉ tự động chuyển số một phần Những hộp số bán tự động này có thể tự chuyển số khi ô tô đang di chuyển với vận tốc cao, nhưng cần sử dụng ly hợp khi ô tô đang dừng lại
Mẫu hộp số Hydra-Matic được General Motors cho ra đời vào năm 1939 trong một số mẫu xe với thương hiệu Oldsmobile Chi phí lúc đầu của mẫu hộp số này là 57 đô, nhưng chỉ sau một năm, giá đã tăng gần như gấp đôi (100 đô la)
Hình 2.3: Hộp số Hydra-Matic của General Motors năm 1939
Hộp số Hydra-Matic có nhiều điểm tương đồng với hộp số tự động ngày nay, ngoại trừ việc nó sử dụng khớp nối chất lỏng thay vì bộ biến mô Vì thế mà hộp số hiện đại có mức độ hiệu quả hơn khi vận hành việc truyền năng lượng từ động cơ thông qua hộp số
Hộp số Hydra-Matic có một đặc điểm rất khác biệt đó là có thể ngắt và mở động cơ ở mọi cấp số Nếu bạn muốn dừng một chiếc xe hơi có hệ thống Hydra-Matic, bạn phải tắt máy rồi sau đó chuyển số lùi mới khiến hệ thống truyền động bị khóa Ngoài ra, bạn có thể
Trang 28khởi động nó ở bất kỳ số nào nên khi vừa khởi động, ô tô sẽ bắt đầu di chuyển ngay khi khởi động máy Để tránh được điều này, ta phải đạp phanh và đảm bảo hộp số ở số N (trung tính) trước khi khởi động xe
2.1.2 Phân loại hộp số tự động 2.1.2.1 Phân loại theo hệ thống
Dựa vào hệ thống điều khiển, hộp số tự động có thể chia thành hai loại Một loại là
điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực và loại còn lại là điều khiển bằng điện tử (Electronic Controlled Transmission), nó dùng các chế độ được thiết lập trong ECU (Bộ điều khiển điện tử) để điều chỉnh thời gian chuyển số và khóa biến mô
Hình 2.4: Cách phân loại hộp số tự động dựa hệ thống điều khiển
2.1.2.2 Phân loại theo vị trí đặt của hộp số
Ngoài cách phân loại ở trên, hộp số tự động còn được phân loại theo vị trí đặt trên xe và thông thường được chia làm 2 loại: hộp số sử dụng trên xe FF (động cơ đặt trước - cầu trước chủ động) và FR (động cơ đặt trước - cầu sau chủ động)
Các hộp số tự động trên xe FF được thiết kế tinh giản hơn khối lượng và diện tích so với loại được lắp trên xe FR vì hộp số này được đặt gọn vào khoang động cơ
Các loại xe FR sử dụng hộp số kết hợp bộ vi sai ở bên ngoài, trong khi đó các hộp số
Trang 29Hình 2.5: Sơ đồ vị trí của hộp số tự động trên xea - Dẫn động câu trước:
1 - Mặt trước
2 - Cụm cầu và hộp số tự động 3 - Trục dẫn động
b - Dẫn động cầu sau: 4 - Hộp số tự động 5 - Trục các đăng
6 - Truyền động cuối của vì sai
2.1.2.3 Phân loại theo cấp số tiến của xe
Ngoài ra, hộp số tự động còn được phân loại theo cấp số tiến của hộp số có được và hầu như hộp số tự động có 4 cấp Hiện nay, số cấp mà hộp số tự động có được cao nhất là 10 cấp, hãng xe Toyota đã trang bị hộp số tự động 10 cấp này trên Lexus LC500 vào cuối 2019
Hộp số tự động vô cấp CVT (Continuosly Variable Transmission) là loại hộp số tự động đang dần được chào đón rộng rãi ngày nay Nó thường sử dụng đai truyền bằng kim loại hoặc cao su công suất cao để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau dựa vào tín hiệu của vòng tua động cơ và tải trọng
Hình 2.6: Hộp số tự động vô cấp CVT
Trang 302.1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 2.1.3.1 Hộp số điều khiển điện tử (ECT)
Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo chính của hộp số điều khiển điện tử
Một hộp số điều khiển điện tử (ECT) gồm các bộ phận sau: 1 Bộ biến mô: truyền và khuếch đại mômen do động cơ sinh ra
2 Bộ truyền bánh răng hành tinh: chuyển số để giảm tốc, đảo chiều, tăng tốc, và vị trí số trung gian
3 Bộ điều khiển thuỷ lực: điều khiển áp suất thuỷ lực sao cho bộ biến mô và bộ truyền bánh răng hành tinh hoạt động êm dịu
4 Bộ điều khiển điện tử: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
Trang 312.1.3.2 Hộp số tự động thuần thủy lực
Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo chính của hộp số thuần thủy lực
Kết cấu của một hộp số tự động thuần thuỷ lực về cơ bản cũng tương tự như 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 bướm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bướm ga
2.2 Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động 2.2.1 Ưu điểm
- Ưu điểm đầu tiên của hộp số tự động là có các thao tác đơn giản, dễ sử dụng bởi vì các thao tác như ngắt ly hợp, lựa chọn cấp số do hệ thống cơ khí và điện tử tự động điều khiển Vì thế mà đặc điểm này cực kỳ hữu ích trong trường hợp di chuyển ở đường đô thị và những nơi đông người hoặc giờ cao điểm tắc đường - Thứ hai là khả năng vận hành êm dịu trong quá trình sử dụng vì hộp số tự động
kiểm soát tốc độ di chuyển nhờ so sánh các tín hiệu từ cảm biến, đặc biệt ở những lúc đèn đỏ hoặc địa hình phức tạp, nhiều dốc, gồ ghề
- Đối với những người mới lái xe, hộp số tự động sẽ mang đến trải nghiệm thoải mái, dễ dàng, an toàn khi vận hành Đây cũng là lý do ngày nay phụ nữ chủ yếu lựa chọn xe số tự động để di chuyển, phục vụ công việc và sinh hoạt hàng ngày
Trang 322.2.2 Nhược điểm
- Chi phí bảo trì tốn kém:
Hộp số tự động phức tạp hơn hộp số sàn Vì thế, việc sửa chữa các hộp số tự động cũng mất nhiều thời gian hơn để sửa chữa, đòi hỏi phải có kiến thức nền tảng về điện tử điều khiển để khắc phục các lỗi đặc thù trên hộp số tự động, dẫn đến cuối cùng chi phí bảo trì cao hơn
- Tốn nhiên liệu hơn:
Chúng có thể tốn nhiều nhiên liệu hơn xe số tay, nhưng trên thực tế, điều này sẽ khác nhau tùy theo từng loại xe do cấu tạo hộp số tự động phức tạp và mọi thứ được lập trình sẵn
2.3 Khảo sát hộp số tự động A140E trên hãng xe toyota 2.3.1 Giới thiệu hộp số tự động A140E
Hộp số A140E được đưa vào sử dụng lần đầu tiên trên dòng xe CAMRY trên hãng xe Toyota vào năm 1984 Không chỉ giúp nâng cao vị thế của dòng xe CAMRY trên thị trường xe cao cấp mà A140E còn giúp TOYOTA cạnh tranh được với các hãng xe lớn trên thế giới khác như MECEDES, FORD,
A140E (“A”: tự động, “1”: hộp số ngang, “4”: 4 cấp số, “0”: số seri, “E”: điện tử) là hộp số tự động điều khiển điện tử có 4 cấp số tiến nhờ có bộ truyền hành tinh OD và một cấp số lùi Đây là một trong những hộp số hiện đại nhất trong thị trường xe lúc bấy giờ, việc tăng thêm một tỷ số truyền là tăng thêm một sự lựa chọn tay số cho người lái, hoạt động của động cơ sẽ ổn định hơn, tiêu hao nhiên liệu giảm
Bảng 2.1: Các dãy số trong hộp số tự động A140E
P Đỗ xe Sử dụng khi đỗ xe
N Trung gian Sử dụng khi xe dừng tạm thời động cơ vẫn hoạt động
D 1, 2, 3, OD Sử dụng khi cần chuyển số một cách tự động
Trang 332.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số tự động A140E
Hình 2.9: Kết cấu mặt cắt dọc hộp số tự động A140E 1 – Vỏ biến mô;
2 – Bơm dầu; 3 – Ống thông hơi; 4 – Ly hợp truyền thẳng; 5 – Ly hợp số tiến;
6 – Phanh ma sát ướt B2; 7 – Khớp một chiều F2; 8 – Phanh ma sát ướt B3;
9 – Xi lanh điều khiển phanh B3; 10 – Bánh răng chủ động trung gian; 11 – Xi lanh điều khiển phanh B0;
12 – Phanh ma sát ướt số truyền tăng B0; 13 – Xi lanh điều khiển ly hợp C0;
14 – Trục trung gian hộp số; 15 – Lò xo hồi vị;
16 – Trục thứ cấp của hộp số; 17 – Bánh răng bị động trung gian; 18 – Phốt chắn dầu;
19 – Ổ bi đỡ; 20 – Vi sai;
21 – Cảm biến tốc độ
Trang 342.3.2.1 Bộ biến mô thủy lực
Bộ biến mô có chức năng truyền và khuếch đại mô men truyền từ động cơ vào hộp số tự động thông qua dầu hộp số tự động làm môi trường truyền mô men
Bộ phận của bộ biến mô: bánh tua-bin, bánh bơm, khớp một chiều, stator, trục stator, vỏ biến mô và các bộ phận khác
Hình 2.10: Cấu tạo bộ biến mô
Khi hoạt đồng bộ biến mô đổ đầy dầu do bơm dầu cung cấp Khi quay dầu văng ra khỏi cánh bơm thành một dòng truyền công suất làm cho rotor tua bin quay truyền mô men đến hộp số
Trang 352.3.2.2 Hộp số bánh răng hành tinh 2.3.2.2.1 Bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 2.12: Cấu tạo của bộ truyền bánh răng hành tinh
c Nguyên lý hoạt động
Bằng cách thay đổi vị trí đầu vào, đầu ra, phần và các phần tử cố định có thể giảm tốc, tăng tốc, đảo chiều và nối trực tiếp
Trang 36Hình 2.13: Các bộ phận của bộ bánh răng hành tinh
❖ Chế độ giảm tốc trong hộp số tự động: - Đầu vào: Bánh răng bao
- Đầu ra: Cần dẫn
- Cố định: Bánh răng mặt trời
Bánh răng bao quay theo chiều kim đồng hồ, các bánh răng hành tinh sẽ quay xung quanh bánh răng mặt trời đồng thời cũng quay quanh trục của chúng theo chiều kim đồng hồ Tốc độ quay của cần dẫn sẽ giảm xuống tùy theo số răng của bánh răng bao và mặt trời.
Trang 37❖ Chế độ tăng tốc trong hộp số tự động: - Đầu vào: Cần dẫn
- Đầu ra: Bánh răng bao - Cố định: Bánh răng mặt trời
Khi cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ thì các bánh răng hành tinh xung quanh bánh răng mặt trời cũng xoay quanh trục của nó theo chiều kim đồng hồ Lúc này, bánh răng bao sẽ tăng tốc dựa vào số răng của bánh răng bao và mặt trời
Hình 2.15: Chế độ tăng tốc trong hộp số tự động
❖ Chế độ đảo chiều trong hộp số tự động: - Đầu vào: Bánh răng mặt trời - Đầu ra: Bánh răng bao - Cố định: Cần dẫn
Khi bánh răng mặt trời quay theo chiều kim đồng hồ, do cần dẫn cố định nên các bánh răng hành tinh quay xung quanh trục quay ngược chiều kim đồng hồ dẫn đến bánh răng bao quay ngược chiều kim đồng hồ Bánh răng bao sẽ giảm tốc phụ thuộc vào số răng của bánh răng bao và bánh răng mặt trời
Hình 2.16: Chế độ đảo chiều trong hộp số tự động
Trang 38Ly hợp là cầu kết nối giữa bộ biến mô và bánh răng hành tinh với chức năng truyền và ngắt mô men từ động cơ đến trục trung gian
Ly hợp C1 (ly hợp số tiến) có chức năng truyền công suất từ biến mô qua bánh răng bao ở bộ truyền hành tinh trước khi qua trục sơ cấp Các đĩa ma sát và đĩa thép được bố trí xen kẽ sao cho các đĩa ma sát ăn khớp bằng then hoa với bánh răng bao trước, các đĩa thép ăn khớp với tang trống ly hợp số tiến
Ly hợp C2 (ly hợp số truyền thẳng và số lùi) có chức năng truyền công suất từ trục sơ cấp đến bánh răng mặt trời Các đĩa ma sát được khớp then hoa với moay ơ ly hợp số truyền thẳng, các đĩa thép được khớp then hoa với trống ly hợp số truyền thẳng