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
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
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.
Đối tượng và mục đích nghiên cứu
Hộp số tự động A140E trên Toyota Camry
Những nội dung nghiên cứu của đề tài
Nội dung nghiên cứu sẽ được trình bày qua 6 chương bao gồm:
➢ Chương 1: Tổng quan về đề tài
➢ Chương 2: Khái quát về hộp số tự động
➢ 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
Các phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu tài liệu
• Phương pháp chọn lọc và thu thập thông tin
• Phương pháp phi thực nghiệm
KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
Khái quát về hộp số tự động
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
Một 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
5 khởi 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 sử dụng trên xe FF kết hợp chúng thành một khối hay còn biết đến là “Hộp số có vi sai”
Hình 2.5: Sơ đồ vị trí của hộp số tự động trên xe a - Dẫn động câu trước:
2 - Cụm cầu và hộp số tự động
3 - Trục dẫn động b - Dẫn động cầu sau:
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
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
2.1.3 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
2.1.3.2 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.
Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động
- 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
- 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
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.
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
R Lùi Sử dụng khi xe lùi
D 1, 2, 3, OD Sử dụng khi cần chuyển số một cách tự động
2 1, 2, 3 Sử dụng khi chạy ở đường thẳng
L 1, 2 Sử dụng khi xe chạy ở đoạn đèo dốc
2.3.2 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
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 B 0 ;
13 – Xi lanh điều khiển ly hợp C 0 ;
14 – Trục trung gian hộp số;
16 – Trục thứ cấp của hộp số;
17 – Bánh răng bị động trung gian;
2.3.2.1 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
Hình 2.11: Đường truyền công suất từ động cơ qua biến mô đến hộp số
2.3.2.2 Hộp số bánh răng hành tinh
2.3.2.2.1 Bộ truyền bánh răng hành tinh a Chức năng
Trong hộp số tự động, bộ truyền bánh răng hành tinh điều khiển việc giảm tốc, tăng tốc, đảo chiều và nối trực tiếp
Bộ truyền bánh răng hành tinh trong hộp số tự động gồm các bánh răng hành tinh, các ly hợp, các phanh và các khớp một chiều
Bộ truyền bánh răng hành tinh trước và sau được nối với các ly hợp và phanh, là các bộ phận ngắt và truyền công suất b Cấu tạo
Có 3 loại bánh răng trong bộ truyền bánh răng hành tinh: bánh răng bao, bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời và cần dẫn Cần dẫn được nối với các trục trung tâm của mỗi bánh răng hành tinh và làm cho các bánh răng hành tinh xoay xung quanh bánh răng mặt trời
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
Hình 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
- 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
Hình 2.14: Chế độ giảm tốc trong hộp số tự động
❖ Chế độ tăng tốc trong hộp số tự động:
- 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
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
❖ Chế độ nối cứng trong hộp số tự động:
- Đầu vào: Bánh răng mặt trời, Bánh răng bao
Bánh răng bao và bánh răng mặt trời quay cùng một tốc độ nên cần dẫn cũng quay với tốc độ đó
Hình 2.17: Chế độ nối trực tiếp trong hộp số tự động
2.3.2.2.2 Ly hợp khóa (C 1 và C 2 ) a Chức năng
Ly 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
Hình 2.18: Ly hợp C 1 , C 2 trong hộp số hành tinh b Cấu tạo
Ly hợp nhiều đĩa loại ướt bao gồm: một vài đĩa thép và đĩa ly hợp được bố trí xen kẽ, áp suất thủy lực được sử dụng để nối và ngắt ly hợp
Hình 2.19: Cấu tạo và vị trí lắp đặt ly hợp C 1 , C 2
Nguyên lý hoạt động của ly hợp C1, C2 gồm 2 quá trình ăn khớp và nhả khớp với sự phối hợp của các pít tông, xi lanh và van một chiều
Hình 2.20: Ly hợp khi chưa hoạt động
Khi dầu có áp suất chảy vào trong xi lanh, dầu tác động vào bi van một chiều một chiều của pít tông làm cho bi đóng van một chiều lại Làm cho pít tông dịch chuyển bên trong xi lanh ấn các đĩa ép tiếp xúc với các đĩa ma sát Lực ma sát cao giữa đĩa ép (đĩa chủ động) và đĩa ma sát (đĩa bị động) quay với tốc độ như nhau làm cho trục sơ cấp nối với bánh răng bao thông qua ly hợp đã ăn khớp, dẫn đến công suất được truyền từ trục sơ cấp đến bánh răng bao
Hình 2.21: Ly hợp thực hiện chức năng ăn khớp
Khi dầu thủy lực có áp suất được xả ra, áp suất dầu trong xi lanh giảm xuống Dưới tác dụng của lực ly tâm viên bi van một chiều tách ra khỏi đế van và dầu trong xi lanh được xả ra ngoài qua van một chiều Lúc này ly hợp sẽ nhả ra, pít tông trở về vị trí ban đầu bằng lò xo hồi
Hình 2.22: Ly hợp thực hiện chức năng nhả khớp
2.3.2.2.3 Phanh hộp số (B 1 , B 2 và B 3 ) a Chức năng
Phanh giữ cố định một trong các bộ phận của bánh răng hành tinh để đạt được tỷ số truyền cần thiết và được dẫn động bằng áp suất thủy lực Có hai loại phanh: phanh ướt nhiều đĩa (phanh B2, B3) và phanh loại dãy (phanh B1)
- Phanh B1: phanh dải khi hoạt động sẽ giữ cố định trống phanh mà trống phanh sẽ giữ cố định bánh răng mặt trời trước sau của vỏ hộp số
- Phanh B2: hoạt động thông qua khớp một chiều F1 để tránh cho các bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ
- Phanh B3: khi hoạt động phanh sẽ giữa cố định cần dẫn sau với vỏ hộp số
Hình 2.23: Phanh B 1 , B 2 , B 3 trong hộp số hành tinh b Cấu tạo
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
Mạch điều khiển thủy lực
Hệ thống điều khiển thủy lực biến đổi tải động cơ và tốc độ xe thành áp suất thủy lực, các áp suất này sẽ quyết định thời điểm chuyển số
Các bộ phanh và ly hợp vận hành bộ truyền bánh răng hành tinh thông qua áp suất thủy lực, bộ điều khiển thủy lực sẽ thay đổi các đường dẫn dầu đến các van chuyển số để đến các phanh và ly hộp làm cho hộp số hoạt động
Cấu tạo bộ điều khiển thủy lực: bơm dầu, thân van, van điều áp sơ cấp, van điều khiển, van chuyển số, van điện từ và van bướm ga
Hình 3.1: Mạch dầu hộp số A140E
39 a Chức năng hệ thống điều khiển:
- Tạo áp suất thủy lực: Bơm dầu bơm tạo áp suất thủy lực cho hoạt động của hộp số tự động bằng việc dẫn động vỏ bộ biến mô
- Điều chỉnh áp suất thủy lực: Áp suất thủy lực được tạo ra từ bơm dầu, áp suất được điều chỉnh bằng van điều áp sơ cấp Van bướm ga cũng tạo ra áp suất thủy lực phù hợp với công suất phát ra của động cơ
- Chuyển số: Đường dầu dẫn các đường khác nhau tùy thuộc vào vị trí chuyển số do van điều khiển thực hiện Khi tốc độ xe tăng các tín hiệu được chuyển tới van điện từ từ ECU động cơ và ECT truyền tín hiệu đến các van điện từ sẽ vận hành các van chuyển số để chuyển các dãy số b Chức năng các van:
- Van điều khiển áp suất sơ cấp: điều chỉnh áp suất thủy lực của bơm cao áp đến áp suất chuẩn cho cơ sở cho các áp suất khác: áp suất ly tâm, áp suất bôi trơn, áp suất bướm ga
- Van điều áp thứ cấp: điều chỉnh áp suất áp suất bôi trơn và áp suất ở biến mô
- Van điều khiển bằng tay (dẫn động bằng cần số): mở khoang dầu đến các van thích hợp cho từng tay số
- Van bướm ga: điều chỉnh áp suất bướm ga tương ứng với góc mở bướm ga
- Van điều khiển bướm ga: giảm áp suất chuẩn do van điều áp sơ cấp tạo ra khi áp suất bướm ga tăng vượt quá giá trị xác định
- Van điều khiển ly tâm: tạo ra áp suất ly tâm dựa vào vận tốc của ô tô
- Van cắt giảm áp: giảm áp suất bướm ga khi áp suất ly tâm cao hơn so với áp suất bướm ga
- Van chuyển số: lựa chọn các khoang số để truyền áp suất chuẩn lên bộ truyền bánh răng hành tinh
- Van tín hiệu khóa biến mô: quyết định thời điểm đóng - mở biến mô và gửi kết quả đến van relay khóa biến mô
- Van relay khóa biến mô: bật và tắt ly hợp khóa biến mô khi chọn các khoang chân không
- Bộ tích năng: làm giảm tình trạng va đập khi các pít tông đóng - mở các ly hợp hoặc lúc phanh hoạt động
Hình 3.2: Hệ thống điều khiển thủy lực
3.1.1 Các bộ phận chính của bộ điều khiển thủy lực
Bộ biến mô dẫn động bơm dầu để cung cấp áp suất thủy lực cần thiết cho sự vận hành của hộp số tự động Bơm dầu trong hộp số tự động dùng bơm dầu bánh răng ăn khớp trong được đặt sau bộ biến mô
Do trục quay không đồng tâm nên các bánh răng khi ăn khớp sẽ tạo ra các khoang dầu Trục chủ động quay, thể tích khoang dầu sẽ tăng lên tương ứng với quá trình hút Sau đó khoang dầu sẽ thu hẹp thể tích lại và tăng áp Quá trình bơm dầu này hoạt động liên tục để cung cấp dầu cho toàn bộ hệ thống
Thân van gồm: thân van trên và thân van dưới Thân van có nhiều đường dẫn dầu để dầu hộp số chảy qua Có nhiều van được lắp vào các đường dẫn dầu, trong các van có áp suất thủy lực điều khiển và chuyển mạch chất lỏng từ đường dẫn này sang đường dẫn khác Thân van chứa các van như: van điều áp sơ cấp, van điều khiển, van chuyển số, van điện từ, van bướm ga, Tùy vào kiểu xe sẽ có số lượng van khác nhau
3.1.1.3 Van điều áp sơ cấp
Van điều áp sơ cấp điều chỉnh áp suất dầu tới các bộ phận phù hợp với công suất động cơ để tránh tổn thất công suất bơm Khi áp suất dầu từ bơm dầu tăng thì lò xo van nén làm dầu ra của xả và áp suất dầu được giữ không đổi
Vị trí “R” áp suất cơ bản tăng lên hơn nữa để ngăn không cho các ly hợp và phanh bị trượt
Hình 3.5: Van điều áp sơ cấp
Van điều khiển được điều khiển trong buồng lái thông qua cần số và xác định vị trí các số truyền cho phép Thông qua thanh kéo được kết nối với cần số trong buồng lái dẫn động van điều khiển trượt trong thân van, thân van có nhiều bậc tương ứng với các lỗ dầu cung cấp tới các cơ cấu chấp hành Khi van trượt sẽ đóng hay mở các đường dầu liên quan đến các đường dầu điều khiển, nên hộp số chỉ hoạt động ở các dãy số truyền có đường dầu cung cấp
Khi hộp số chuyển số van chuyển số này sẽ chuyển mạch đường dầu làm cho áp suất thủy lực tác động lên các phanh và ly hợp
Ví dụ van chuyển số 1-2, khi áp suất dầu thủy lực tác dụng lên phần trên của van chuyển số thì hộp số vẫn ở số một do van chuyển số vẫn ở phía dưới và đường dầu đến phanh và ly hợp bị đứt Khi áp suất thủy lực tác dụng bị cắt do tác dụng của van điện từ khí nén lực lò xo sẽ đẩy van lên trên làm cho đường dầu đến B2 mở làm hộp số chuyển sang số 2
3.1.1.6 Van điện từ khí nén
Van điện từ được điều khiển bằng tín hiệu từ động cơ và ECT để vận hành các van chuyển số và điều khiển áp suất thủy lực Có hai loại van điện từ khí nén:
- Van điện từ khí nén chuyển số mở và đóng các đường dẫn dầu theo tín hiệu từ ECU
Có tác dụng dùng để chuyển số
- Van điện từ khí nén tuyến tính điều khiển áp suất thủy lực tuyến tính theo dòng điện phát từ ECU Có tác dụng điều khiển áp suất thủy lực
Hình 3.8: Van điện từ khí nén
3.1.1.7 Van điều áp thứ cấp
Van điều áp thứ cấp điều chỉnh áp suất bộ biến mô và áp suất bôi trơn, đồng thời truyền tới van relay khóa biến mô
Hình 3.9: Van điều áp thứ cấp
3.1.2 Hoạt động khi chuyển số
Từ số trung gian sang số 1 thì đường dẫn dầu tới C1 được mở bằng van điều khiển Van điện từ số 1 “ON” và van điện từ số 2 “OFF” nên đường dẫn dầu đến C0 mở Áp suất thủy lực tác động đến bộ truyền bánh răng hành tinh:
- Ly hợp C1 từ van điều khiển
- Ly hợp C0 từ van chuyển số 3-4
- Phanh B3 từ van chuyển số 2-3
Hình 3.10: Sơ đồ hoạt động của van điện từ và van chuyển số ở vị trí số 1
Van điện từ số 1 và số 2 đều “ON”
Dầu thủy lực phía bên trên van chuyển số 1-2 và van chuyển số 3-4 được xả ra ngoài và van chuyển số 1-2 được đẩy lên do lực của lò xo → mở đường dẫn dầu vào B2 Ở dãy
“2” đường dẫn dầu vào B1 được mở và phanh động cơ được tác động Áp suất thủy lực tác động đến bộ truyền bánh răng hành tinh:
- Ly hợp C1 từ van điều khiển
- Ly hợp C0 từ van chuyển số 3-4
- Ly hợp B2 (B1 chỉ dùng cho dãy “2” ) từ van chuyển số 1-2
Hình 3.11: Sơ đồ hoạt động của van điện từ khí nén và van chuyển số ở vị trí số 2
Hệ thống điều khiển điện từ
3.2.1 Các bộ phận hệ thống điều khiển
Hình 3.14: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển hộp số
Hệ thống điều kiển thời điểm khóa biến mô và thời điểm chuyển số Với tín hiệu đầu vào là các cảm biến đến bộ xử lý ECU với đầu ra là các van điện từ và đèn báo O/D
Hình 3.15: Các bộ phận trong hệ thống điều khiển trên xe
Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện điều khiển điện tử
3.2.1.1 Công tắc chọn chế độ hoạt động
Công tắc cho phép người lái chọn chế độ hoạt động là bình thường (Normal) hay tải nặng (Power - PWR) ECT ECU không có cực NORM mà chỉ có cực PWR Khi công tắc ở vị trí tải nặng có điện áp 12V cấp đến chân PWR rồi đến ECT ECU rồi hệ thống nhận biết đã chọn chế độ tải nặng, đồng thời cũng có 12V đến đèn báo chế độ làm đèn báo PWR sáng lên Khi công tắc ở vị trí bình thường không có điện áp 12V cấp từ cực PWR nữa thì ECT ECU nhận biết đã chọn chế độ bình thường và cũng có điện áp 12V từ cực NORM đến đèn báo chế độ lái làm sáng đèn NORM
Hình 3.17: Sơ đồ mạch công tắc chọn chế độ hoạt động
3.2.1.2 Công tắc khởi động số trung gian
Thông qua công tắc khởi động số trung gian ECT ECU nhận tín hiệu về vị trí số để xác định chế độ gài số tương ứng Ở trong công tắc khi gài đến từng vị trí số đều có tiếp điểm cho mọi vị trí số làm cùng cấp điện áp bộ đèn báo vị trí cần số Có ba cực N, 2 và L của ECT ECU được nối đến E, giúp ECU xác định hộp số đang ở số N, 2 hay L Nếu khống có tín hiệu từ các cực N, 2 hay L thì ECU xác định hộp số đang ở số D
Hình 3.18: Sơ đồ mạch cấu tạo công tắc khởi động số trung gian
3.2.1.3 Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến được gắn trên cổ họng gió và cảm nhận mức độ mở của bướm ga bằng điện rồi gửi đến ECU dưới dạng tín hiệu điện để điều khiển thời điểm khóa biến mô và thời điểm chuyển số Ở hộp số A140E, ECU động cơ được gắn giữa cảm biến vị trí bướm ga và ECT ECU
Hình 3.19: Vị trí và sơ đồ mạch cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga
Một điện áp không đổi 5V được cấp chân VC từ ECU động cơ Khi bướm ga trượt dọc điện trở thay đổi theo góc mở bướm ga, điện áp tăng lên tại cực VTA tỷ lệ với góc mở bướm ga
ECU động cơ biến tín hiệu điện áp VTA thành 8 tín hiệu góc mở bướm ga khác để báo cho ECT ECU biết góc mở bướm ga bao nhiêu
Khi bướm ga đóng hoàn toàn, cực E nối với cực IDL rồi gửi tín hiệu đến ECT ECU để báo rằng bướm ga đang đóng hoàn toàn
3.2.1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Khi hộp số chuyển lên số truyền tăng mà nhiệt độ nước làm mát thấp hơn nhiệt độ xác định làm cho tính năng và khả năng tải của động cơ sẽ giảm Để không xảy ra hiện tượng này, ECU nhận tín hiệu để ngăn không cho hộp số chuyển lên số truyền tăng trước khi nhiệt độ nước làm mát đạt đến giá trị xác định Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW)
52 là một nhiệt điện trở, khi nhiệt độ thay đổi nó sẽ biến thành tín hiệu điện và gửi đến ECU Khi nhiệt độ dưới nhiệt độ xác định (dưới 60 ℃), ECU động cơ gửi tín hiệu đến cực OD1 của ECT ECU để ngăn hộp số chuyển lên O/D và ly hợp khóa biến mô hoạt động
Hình 3.20: Vị trí và sơ đồ mạch của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hệ thống dùng hai cảm biến tốc độ để đảm bảo rằng luôn nhận chính xác tốc độ của xe đến ECT ECU
Hình 3.21: Sơ đồ cảm biến tốc độ trong hệ thống
Cảm biến tốc độ số 1 được gắn trong bảng đồng hồ tốc độ, nó cung cấp tín hiệu tốc độ xe nếu như cảm biến tốc độ số 2 bị hỏng Cảm biến sẽ sinh ra 4 xung cho mỗi vòng quay của công tơ mét
Hình 3.22: Cảm biến tốc độ số 1
Cảm biến tốc độ số 2 là một rotor có gắn nam châm phía trên được gắn trên trục thứ cấp Khi trục thứ cấp quay một vòng thì nam châm sẽ tác động vào công tắc lưỡi gà tạo ra một tín hiệu Tín hiệu tương ứng với áp suất ly tâm gửi đến ECU và ECU dùng nó điều khiển thời điểm chuyển số và điều khiển ly hợp hộp khóa biến mô
Hình 3.23: Cảm biến tốc độ số 2
Sau khi nhận tín hiệu từ hai cảm biến ECT ECU sẽ so sánh liên tục để xem chúng có giống nhau không:
- Nếu hai tín hiệu giống nhau, hệ thống ưu tiên sử dụng tín hiệu từ cảm biến tốc độ số 2 trong việc điều khiển chuyển số
Hình 3.24: Cả hai cảm biến tốc độ bình thường
- Nếu tín hiệu từ cảm biến tốc độ số 2 sai thì hệ thống không dùng tín hiệu đó nữa mà chuyển sang dùng tín hiệu từ cảm biến tốc độ số 1 để điều khiển chuyển số
Hình 3.25: Cảm biến tốc độ số 2 không bình thường
Công tắc O/D cho ECT ECU biết chuyển sang O/D hay không chuyển Công tắc vị trí ON chuyển sang O/D, khi ở vị trí OFF sẽ ngăn không cho chuyển sang O/D dù bất kỳ điều kiện nào
Khi công tắc ở vị trí ON: tiếp điểm trong công tắc O/D mở dòng điện 12V từ ắc quy đến ECT ECU làm hộp số chuyển sang O/D, đèn báo O/D OFF tắt
Khi công tắc ở vị trí OFF: tiếp điểm trong công tắc O/D đóng dòng điện 12 V từ ắc quy qua đèn báo O/D OFF làm đèn sáng qua công tắc O/D rồi về mass, không có dòng vào chân OD2 ECT ECU biết không chuyển lên O/D
Hình 3.26: Vị trí và sơ đồ mạch công tắc O/D
Công tắc đèn phanh cung cấp tín hiệu cho ECT ECU nhận biết khi nào đang đạp phanh Khi đạp phanh điện áp từ ắc quy đi tiếp điểm đến ECT ECU vào chân STP có tín hiệu điện 12V cho hệ thống biết đang đạp phanh, hệ thống ECU hủy khóa biến mô và chống nhấc đầu khi chuyển cần số từ N sang D
Hình 3.27: Vị trí và sơ đồ mạch công tắc đèn phanh
3.2.2 Điều khiển thời điểm chuyển số
Bên trong ECT ECU được lập trình để chuyển số hiệu quả nhất với các vị trí số như
D, 2 hoặc L và kết hợp với các tín hiệu và các chế độ hoạt động
Sau khi nhận các tín hiệu và kết hợp với sơ đồ chuyển số ECT ECU đưa ra tín hiệu khiển hiển hoạt động của van điện từ số 1 và số 2 ON hay OFF tùy thuộc vào độ mở bướm ga và tốc độ của xe Khi van điện từ hoạt động thì van chuyển số cũng hoạt động làm đóng mở các đường dầu kích hoạt các phanh và ly hợp
Hình 3.28: Sơ đồ hệ thống điều khiển thời điểm chuyển số
Bảng 3.1: Chế độ chuyển số dựa vào vị trí cần số và chế độ lái của xe
Vị trí cần số Bình thường Tăng tốc
Vị trí dãy D Sơ đồ chuyển số 1 Sơ đồ chuyển số 2
Vị trí dãy 2 Sơ đồ chuyển số 3 -
Vị trí dãy L Sơ đồ chuyển số 4 -
3.2.2.1 Sơ đồ chuyển số 1: dãy D, chế độ bình thường
Khi bướm ga mở 50%, ở tốc độ 1500 vòng/phút sẽ chuyển từ số 1 lên số 2, ở 2500 vòng / phút sẽ chuyển từ số 2 lên số 3 , từ 4000 vòng/phút sẽ chuyển lên số 3 lên O/D
Hình 3.29: Sơ đồ chuyển số dãy D, chế độ tải thường
3.2.2.2 Sơ đồ chuyển số 2: dãy D, chế độ tải tăng
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG HỘP SỐ A140E PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIẢNG DẠY
Thiết kế mô hình hộp số A140E
Trước khi đi vào thiết kế mô hình, nhóm đã tiến hành đo đạc một vài mô hình mẫu hộp số có sẵn trong xưởng Sau đó, sử dụng phần mềm vẽ chuyên dụng để thiết kế khung mô hình với kích thước: 730 x 630 x 1400 mm
Hình 4.1: Bản vẽ chi tiết khung của mô hình hộp số
Trước khi thi công, nhóm đã thêm bớt và chỉnh sửa các chi tiết sao cho vừa đẹp mắt và tiện đi dây điện và khí nén nhất có thể
Hình 4.2: Khung mô hình thiết kế khi đặt các thành phần chính
8 Hộp điều khiển tốc độ VS
Sử dụng phần mềm vẽ Autocad để tiến hành thiết kế vị trí các công tắc, đèn led hiển thị, sơ đồ khối và bảng hoạt động các cấp số
Hình 4.3: Thiết kế bảng hiển thị trên Autocad
Các thành phần hiển trị trên bảng bao gồm:
- 2 mạch 3 led 7 đoạn để hiển thị: tốc độ xe (km/h) và độ mở bướm ga (%) và
1 mạch 2 led 7 đoạn để hiển thị số
Hình 4.4: Mạch 3 led 7 đoạn (trái) và mạch 2 led 7 đoạn (phải)
- Biến trở 10kΩ sử dụng để giả lập tốc độ trên động cơ
- Các đèn led đơn được sử dụng hiển thị tín hiệu ở các dãy số trên bảng hoạt động và sơ đồ khối bánh răng hành tinh
- Công tắc được sử dụng để ON/OFF hộp điều khiển tốc độ VS, ly hợp và phanh để dễ dàng quan sát vị trí và cách hoạt động của chúng
Hình 4.5: Số đo đường kính biến trở, led,và công tắc
Hình 4.6: Số đo đường kính công tắc IG/SW và đồng hồ đo áp suất
4.1.3 Tính toán và thiết kế sơ đồ mạch khí nén
4.1.3.1 Tính toán lựa chọn vật liệu
Dựa vào áp suất dầu hoạt động của động cơ, tìm được áp suất tương đương của máy nén khí có sẵn ở xưởng với thông số như sau:
- Tên kiểu máy nén: PK 75250
- Công suất tiêu thụ: 5.5 KW
- Lưu lượng khí nén qua đường ống (CAP): V = 1118 lít/phút ~ 19 lít/s
- Áp suất tối đa: P max = 8 kg/cm2 ~ 13 bar
- Thể tích bình chứa: 250 lít
Ta coi đây là áp suất tổng cung cấp cho cụm khí nén và dựa vào các thông số trên tính toán lựa chọn các vật liệu phù hợp
Hình 4.7: Thông số máy khí nén a Cụm van điện từ khí nén
Dựa vào bảng hoạt động của các dãy số, các khớp 1 chiều F0, F1, F2 là các khớp cơ khí, nên chỉ điều khiển 7 phanh và ly hợp nhờ 7 van điện từ khí nén Ta thấy, ở dãy P và N chỉ cần 1 van hoạt động và nhiều nhất có 4 van điện từ khí nén hoạt động cùng lúc Đây là cơ sở chọn van khí nén sao cho tối ưu áp suất đầu vào nhất
Hình 4.8: Bảng chuyển dãy số:
1 7 van điện từ điều khiển phanh và ly hợp tương ứng
2 Dãy số có 1 van khí nén hoạt động
3 Dãy số có 4 van hoạt động cùng lúc Áp suất tổng từ máy nén là 8 kg/cm2 = 0.785 MPa, dẫn đến áp suất lớn nhất van khí nén phải chịu khi hoạt động một mình là là 0,785 , áp suất nhỏ nhất phải chịu là 0.785 / 4
≈ 0.2 MPa Từ đó, chọn van điện từ khí nén mẫu 4V210 - 08 chịu được áp suất trong khoảng từ 0.15 – 0.8 MPa
Hình 4.9: Van điện từ khí nén 4V210 – 08
❖ Van điện từ Airtac 4V210-06 là van khí nén 5/2 tương ứng có 5 cửa trong đó có 2 ngõ ra là A và B Bên dưới van bao gồm 3 cửa R, P, S:
- Cổng P là cổng đưa khí nén vào hai cửa A và B khi được kích
- Cổng R là cổng xả khí của cửa A
- Cổng S là cổng xả của cửa B Ở mô hình hộp số đang thi công, mỗi một van điện từ điều khiển một phanh và ly hợp tùy vào trường hợp, vậy nên ta chỉ sử dụng một ngõ ra là A hoặc B nên ta sẽ bịt kín một cửa ra để sử dụng b Đường ống Để lựa chọn được đường ống phù hợp, tựa vào công thức tính đường kính ống dẫn khí nén tham khảo của công ty công nghệ IMX:
Hình 4.10: Công thức tính đường ống dẫn khí
Với chiều dài đường ống khí nén từ van điện từ khí nén đến phanh và ly hợp L = 20 cm = 0.2 m và độ tụt áp cho phép khoảng ∆p = 0.1 bar
Thay số các dữ liệu trên vào công thức, ta có:
≈ 7𝑚𝑚 Đường kính trong đường khí nén nên chọn ống có đường kính lớn hơn d = 7 mm Vậy ta chọn đường ống 8 mm c Đồng hồ đo áp suất Đồng hồ đo áp suất dùng để đo áp suất khí nén cấp cho hệ thống phanh và ly hợp của hộp số Với giá trị áp suất tối đa của máy nén khí ở trên (8 kg/cm2), vì thế ta chọn được đồng hồ đo áp suất có giá trị tối đa là 10 kg/cm2
Hình 4.11: Đồng hồ đo áp suất
4.1.3.2 Sơ đồ mạch khí nén Áp suất khí nén được cung cấp từ máy nén khí đi qua các van điện từ khí nén và qua đồng hồ đo áp suất để theo dõi áp suất tổng
Hình 4.12: Sơ đồ mạch khí nén
Hình 4.13: Sơ đồ nối mạch khí nén
Khí nén tổng đi vào cửa P của van điện từ và đồng hồ đo áp suất Cửa B là đầu ra khí nén tương ứng khi van điện từ được kích
Bộ nguồn là máy biến áp hai ngõ ra với các thông số như sau:
- Điện áp đầu vào: từ 100 đến 240VAC - 2A
- Điện áp đầu ra: 24V DC – 1.8A
- Bảo vệ: quá áp, quá tải, ngắn mạch và quá nhiệt
- Hệ thống tản nhiệt: Tự làm mát
Hình 4.14: Máy biến áp và thông số thực tế
Hình 4.15: Đầu nối nguồn vào 220V và nguồn ra 24V và 5V của máy biến áp
4.1.4.2 Cụm điều khiển tốc độ động cơ điện a Động cơ điện Động cơ điện là động cơ gắn khớp từ có khả năng điều chỉnh tốc độ đầu ra Khớp ly hợp ăn khớp bởi từ trường một chiều của nam châm điện Khi từ trường mạnh hay yếu dẫn đến lực từ liên kết giữa trục động cơ và trục máy đầu ra tương ứng nhanh hay chậm Động cơ VS có 2 phần chính là động cơ và cuộn dây VS được điều khiển bởi bộ điều khiển VS
Hình 4.17: Sơ đồ mạch kết nối hộp điều khiển tốc độ VS với động cơ điện
Khi động cơ sơ cấp quay ống lót gắn trên trục sơ cấp quay theo với cùng tốc độ trục sơ cấp Ta cấp nguồn một chiều vào nam châm điện với tác dụng của từ trường càng mạnh thì lực điện từ càng lớn làm cho tốc độ quay của trục thứ cấp càng lớn b Hộp điều khiển tốc độ VS
- Nguồn cấp: 170 đến 240 VAC, >5A, 50Hz
- Điện áp cuộn kích: 0 đến 80 V DC
- Dòng điện kích từ lớn nhât: 5A
- Công suất động cơ: 0,5 – 100HP
- Dãy điều chỉnh tốc độ: 120 đến 1200 vòng/phút
Hình 4.18: Hộp điều khiển tốc độ VS
Các nhãn dây K, J, U,V là nhãn quy ước của động cơ VS Nhật Bản
Tuyệt đối không đấu lộn phát tốc với ngõ ra EX vì sẽ gây hư hại cho máy phát tốc và hộp điều tốc
Hình 4.19: Sơ đồ đấu dây vào hộp VS
73 c Bàn đạp ga Được sử dụng để giả lập tín hiệu độ mở bướm ga và được kết nối với hộp VS để điều chỉnh tốc độ động cơ điện
Hình 4.21: Sơ đồ cảm biến vị trí bàn đạp ga
Cảm biến bàn đạp ga có 6 chân lần lượt được đấu các chân nguồn và tín hiệu điều khiển vào Arduino và hộp VS
Hình 4.22: Sơ đồ nối dây của cụm điều khiển tốc độ động cơ
4.1.4.3 Cụm điều khiển van điện từ khí nén
Sử dụng các mạch kích mosfet để điều khiển tín hiệu van điện từ khí nén từ Arduino chính xác
Nguồn 24V sẽ cấp cho các van điện từ khí nén mắc song song với nhau, nguồn này được điều khiển thông qua 7 con mosfet khi nhận tín hiệu từ Arduino
Hình 4.24: Sơ đồ đấu điện của cụm van khí nén đến các chân của Arduino
4.1.4.4 Cần chuyển số và công tắc O/D
Cần chuyển số được cung cấp 5 VDC từ bộ nguồn và các tín hiệu các dãy được gửi đến Arduino đến các chân 38, 40, 42, 44, 46, 48
Hình 4.25: Sơ đồ các chân của cần chuyển số và công tắc O/D
Công tắc số trung gian (công tắc O/D) sẽ được nối đến chân 52 của Arduino
Hình 4.26: Sơ đồ đấu dây của cần chuyển số và công tắc O/D
4.1.4.5 Led hiển thị Để điều khiển 27 đèn led tín hiệu, ta dùng 2 con ULN2803APG để cấp nguồn riêng cho các đèn led mục đích giảm tải cho vi điều khiển Arduino
Hình 4.27: Sơ đồ nối dây của ULN2803APG đến các chân led và Arduino
4.1.4.6 Mạch điều khiển Arduino MEGA 2560
Thi công mô hình
4.2.1 Chuẩn bị nguyên vật liệu a Nguyên vật liệu
Dựa vào các thiết kế ở trên, ta tính toán được các nguyên vật liệu đầu vào
Bảng 4.1: Nguyên vật liệu để thực hiện mô hình
7 Hộp điều khiển tốc độ VS 1
8 Biến áp nguồn vào 220VAC với 2 ngõ ra 24 và 5VDC 1
9 Van điện từ khí nén 7
11 Đồng hồ đo áp suất khí nén 1
12 Ống hơi khí nén 8 mm 2 m
13 Cút nối khí chữ V (8 mm) 14
14 Đầu nối hơi khí nén (8 mm) 10
15 Khớp nối nhanh khí nén PH 1
17 Ống thép vuông 40x40 12 m Ống thép vuông 40x20 3 m
22 Công tắc xe IG/SW 1
26 Dây điện lõi đồng nhiều sợi
27 Đây điện đôi lõi nhiều sợi 5 m
28 Mạch hạ áp DC-DC 3A
32 Ống xoắn bộc dây điện 5 m
Bảng 4.2: Đồ nghề thi công cần thiết
Tủ đồ nghề bao gồm: kìm, bộ dụng cụ mở bu lông, búa, bộ cờ lê,
4.2.2 Thi công và lắp đặt mô hình a Khung mô hình Đầu tiên, tiến hành cắt và mài các đoạn ống thép thành để tiến hành hàn khung
Hình 4.38: Ống thép được cắt thành các đoạn cần thiết
Sau đó, tiến hành hàn các ống thép lại với nhau và cuối cùng là sơn để hoàn thiện phần khung của mô hình
Hình 4.39: Hàn khung mô hình (trái) và khung sau khi sơn (phải)
Hộp số sau khi được bàn giao, nhóm đã kiểm tra vệ sinh và tiến hành sơn lại
Hình 4.40: Kiểm tra, vệ sinh và sơn lại hộp số
Sau đó hộp số và cần chuyển số vệ sinh được lắp đặt lên mô hình
Hình 4.41: Lắp đặt hộp số và cần chuyển số
Dựa vào mạch điều khiển thủy lực của hộp số tự động A140E, ta xác định được vị trí đặt các ống khí điều khiển phanh và ly hợp
Hình 4.42: Mạch điều khiển thủy lực hộp số tự động A140E
Hình 4.43: Vị trí của phanh và ly hợp tương ứng
Cụm van điện từ khí nén bao gồm 7 van điện từ khí nén tương ứng với các ly hợp và phanh được điều khiển nhờ Arduino Tiến hành cắt, nối các đầu dây dẫn khí tương ứng với các vị trí phanh và ly hợp
Hình 4.44: Các đầu dây dẫn khí được cắt và nối vào cụm van điện từ
Tiến hành lắp đặt cụm khí nén và nối ống khí nén vào vị trí tương ứng trên khung
Hình 4.45: Cụm van điện từ và ống dẫn khí nén được lắp đặt
Bộ nguồn của mô hình là máy biến áp hai ngõ ra được kiểm tra nguồn điện ra đảm bảo 24VDC và 5VDC Để tránh việc rò rỉ điện gây nguy hiểm cho các thiết bị điện và người sử dụng, sử dụng gỗ để gá lên biến áp và dùng keo nến vào 2 đầu ngõ vào dòng điện xoay chiều
Hình 4.46: Bộ biến áp có sử dụng các biện pháp an toàn điện e Cụm điều khiển tốc độ động cơ điện
Dựa vào sơ đồ mạch điện và bản vẽ thiết kế, tiến hành nối dây và lắp đặt bàn đạp
Hình 4.47: Bàn đạp ga được lắp đặt
- Hộp điều khiển tốc độ VS và động cơ điện sau khi được kiểm tra và vệ sinh được đặt vào vị trí dựa vào bản thiết kế
Hình 4.48: Vị trí các thiết bị khi thiết kế (trái) và vị trí lắp đặt thực tế (phải) f Bảng điều khiển
Khi đã có bản thiết kế, tiến hành tách thành 2 file: 1 định dạng PDF để in màu và 1 file DWG để in thành phẩm lên tấm mica, sau đó lắp đặt lên vị trí thiết kế
Hình 4.49: Bảng điều khiển sau khi được cắt và in bằng tia lazer
Sau khi tiến hành lắp đặt bảng điều khiển, tiến hành đấu nối và kiểm tra mạch điện theo sơ đồ đã thiết kế Đầu tiên là lắp đặt và cố định cụm đèn led bằng keo nến
Hình 4.50: Lắp đặt và cố định các cụm led bằng keo nến
Sau đó đấu nối các chi tiết còn lại như đồng hồ biến áp, các công tắc, vi điều khiển Arduino, …
Hình 4.51: Đấu nối mạch điện theo sơ đồ mạch điện đã thiết kế
Mô hình sau đó được gắn thêm 4 tấm thép để bảo vệ các thiết bị bên trong và tăng tính thẩm mỹ của mô hình
Hình 4.52: Mô hình hoàn thiện hộp số tự động A140E
VẬN HÀNH MÔ HÌNH
Kiểm tra mô hình trước khi vận hành
5.1.1 Chức năng của bảng điều khiển
Bảng điều khiển được thiết kế có sự kết hợp của sơ đồ khối và bảng hoạt động các cấp số để tiện quan sát sự hoạt động của các dãy số Có 6 cụm điều khiển chính phù hợp với công tác giảng dạy
Hình 5.1: Bảng điều khiển của mô hình bao gồm 4 cụm điều khiển
1 Công tắc IG/SW: bật và tắt nguồn điện 1 chiều cung cấp đến các thiết bị trên mô hình như arduino, van khí nén, led,
2 Công tắc VS: khi công tắc vị trí ON hộp VS điều khiển làm quay trục thứ cấp động cơ điện làm dẫn động hộp số quay
3 Tốc độ: biến trở 10kΩ có chức năng giả lập tốc độ của động cơ làm tín hiệu đầu vào của hệ thống điều khiển
4 Cụm công tắc phanh và ly hợp: khi bật công tắc thì van điện từ khí nén sẽ kích hoạt phanh hoặc ly hợp tương ứng
5 Cần chuyển số: Chuyển dãy số đến dãy số mong muốn
6 Bàn đạp ga: Giả lập độ mở bướm ga của xe
5.1.2 Thao tác kiểm tra trước khi vận hành
Bước 1: Cung cấp nguồn điện 220 VAC, tiến hành cấp khí nén và bật công tắc IG/SW
Hình 5.2: Bảng điều khiển khi bật công tắc IG/SW
Kiểm tra áp suất khí nén phải đạt từ 6 đến 8 kg/cm 2 (tương đương 85 đến 110 psi) là áp suất lý tưởng để các van điện từ khí nén hoạt động bình thường
Bước 2: Kiểm tra và quan sát hoạt động của các cụm ly hợp và phanh bằng cụm công tắc
Hình 5.3: Cụm công tắc quan sát hoạt động của phanh và ly hợp
Nếu bật công tắc từng cụm ly hợp và phanh đều thấy hoạt động thì các van điện từ khí nén hoạt động tốt
Nếu một trong các cụm van điện từ khí nén không kích hoạt thì có thể dòng điện hoặc áp suất khí cung cấp đến van điện từ khí nén không đủ Lúc này, ta cần tiến hành đo lại hiệu điện thế của biến áp có đủ 24 VDC hay không và kiểm tra lại áp suất tổng
Bước 3: Kiểm tra đèn led ở các dãy và O/D OFF
Lần lượt chuyển cấn số lần lượt từ dãy P, R, N, D, 2 và L Nếu đèn led ở các vị trí đều sáng thì led còn hoạt động tốt
Khi tiến hành ON chế độ O/D mà đèn led tắt thì led ở O/D OFF hoạt động tốt Nếu một trong các đèn không sáng thì nguyên nhân có thể do đèn led đã bị cháy, cần thay thế, hoặc cần chuyển số chưa đưa về đúng vị trí
Hình 5.4: Vị trí các đèn led tín hiệu Bước 4: Kiểm tra hoạt động hộp điều khiển tốc độ VS
Tiến hành ON công tắc VS, nếu thấy động cơ điện dẫn động hộp số quay thì hộp điều khiển tốc độ VS hoạt động tốt
Hình 5.5: Vị trí công tắc VS
Thao tác vận hành mô hình hộp số
Ở dãy P, R, N chỉ là sự thay đổi tín hiệu giữa phanh, ly hợp và khớp một chiều nên chỉ đối chiếu led sáng tương ứng với dãy số Còn các dãy D, 2 và L ngoài đối chiếu tín hiệu led sáng ta còn tăng dần tốc độ và độ mở bướm ga ở các dãy để theo dõi sự thay đổi số dựa vào hai điều kiện trên
Mô hình có 2 chế độ quan sát:
1 Nếu công tắc VS ở vị trí OFF: ta sẽ quan sát được tín hiệu tốc độ, độ mở bướm ga, số của từng dãy qua led 7 đoạn và các led hiển thị các phanh, ly hợp và khớp một chiều hoạt động trên bảng hiển thị
2 Nếu công tắc VS ở vị trí ON: : giống như ở vị trí OFF, ta sẽ quan sát trên hộp số được cách hoạt động của phanh, ly hợp Ngoài ra ta quan sát thêm được hoạt động và tốc độ thay đổi thực tế của bánh răng hộp số với từng dãy số
5.2.1 Vận hành ở các dãy P, R, N a Dãy P
Gạt cần số ở vị trí P thì đèn led ở dãy P và ly hợp C0 sáng
Hình 5.6: Mô hình hoạt động ở tay số P b Dãy R
Khi gạt cần số ở vị trí dãy R thì led ở dãy R, ly hợp C0, C2 và phanh B3 sáng
Hình 5.7: Mô hình hoạt động ở tay số R c Dãy N
Khi cần số ở vị trí N thì đèn led ở dãy N và ly hợp C0 sáng
Hình 5.8: Mô hình hoạt động ở tay số N
5.2.2 Vận hành ở các dãy D, 2, L a Dãy D
Gạt cần số ở dãy D, thay đổi biến trở tăng dần tốc độ đến khoảng 17 km/h thì đèn led ở dãy D, ly hợp C0, C1 và khớp một chiều F0, F2 sáng
Hình 5.9: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy D
Tiếp tục thay đổi biến trở tăng dần tốc độ lên đến khoảng 33 km/h thì hộp số tự động nhảy lên số 2 của dãy D tương ứng với đèn led ở dãy D, ly hợp C0, C1, phanh B2 và khớp một chiều F0, F1 sáng
Hình 5.10: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy D
Khi độ mở bướm ga tăng từ 0% lên 75% với cùng tốc độ thì hộp số tự động chuyển về số 1 dãy D
Hình 5.11: Mô hình tự chuyển từ số 2 dãy D về số 1 dãy D với độ mở bướm ga 75%
Chỉnh độ mở bướm ga về 0% hộp số tự động nhảy lên số 2 và khi tăng dần tốc độ lên đến khoảng 86 km/h thì tự động vào số 3 của dãy D tương ứng với đèn led ở dãy D, ly hợp
C0, C1, C2 phanh B2 và khớp một chiều F0 sáng
Hình 5.12: Mô hình hoạt động số 3 ở dãy D
Giữ nguyên tốc độ ở 86 km/h ở số 3 của dãy D, tăng độ mở bướm ga từ 0 lên khoảng 83% thì lập tức hộp số tự động chuyển về số 2 dãy D
Hình 5.13: Mô hình tự động trả về số 2 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt 83%
Giữ nguyên tốc độ ở 86 km/h cho độ mở bướm ga về lại 0%, lúc này hộp số ở dãy D số 3 Khi bật số truyền tăng thì led O/D OFF sẽ tắt tương ứng với số 4 dãy D hoạt động và đèn led ở dãy D, ly hợp C1, C2 phanh B0 và B2 sáng
Hình 5.14: Mô hình hoạt động số 4 ở dãy D (số truyền tăng OD)
Chuyển tay số ở dãy 2, tăng dần tốc độ đến 10 km/h thì đèn led ở số 1 dãy 2, ly hợp
C0, C1, và khớp một chiều F0, F2 sáng
Hình 5.15: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy 2
Tăng tốc độ lên đến khoảng 42 km/h thì hộp số tự động chuyển sang số 2 của dãy 2 tương ứng đèn led ở dãy 2, ly hợp C0, C1 phanh B1, B2 và khớp một chiều F0, F1 sáng
Hình 5.16: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy 2
Với cùng tốc độ, tăng độ mở bướm ga từ 0% lên 89% thì hộp số tự động trả về số 1 dãy 2
Hình 5.17: Mô hình tự động trả về số 1 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt gần 90%
Khi tốc độ lên đến khoảng 132 km/h thì hộp số tự chuyển sang số 3 của dãy 2 tương ứng đèn led ở dãy 2, ly hợp C0, C1, C2, phanh B2 và khớp một chiều F0 sáng
Hình 5.18: Mô hình hoạt động số 3 ở dãy 2
108 c Dãy L Để tay số ở dãy L, khi ở tốc độ chậm (khoảng 18 km/h) thì led sẽ sáng ở dãy L, ly hợp C0, C1, phanh B3, khớp một chiều F0 và F2 sáng
Hình 5.19: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy L
Tiếp tục tăng tốc độ lên khoảng 36 km/h thì hộp số tự động chuyển sang số 2 dãy L tương ứng với việc led sẽ sáng ở dãy L, ly hợp C0, C1, phanh B1, B2, khớp một chiều F0 và
Hình 5.20: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy L
109 Ở dãy L, cho dù tăng độ mở bướm ga lên 99% thì mô hình vẫn không lùi số vì ở hai chế độ này không phụ thuộc vào độ mở bướm ga
Hình 5.21: Mô hình hoạt động ở dãy L không bị ảnh hưởng bởi độ mở bướm ga
Bài tập thực hành với mô hình
Bài 1 Điền tên bộ phận của hộp số tự động trên sơ đồ khối
Sơ đồ khối của hộp số tự động
Bảng điền tên các bộ phận của hộp số
Bài 2 Hoạt động của hộp số ở dãy số, tay số: Dãy số a Kể tên các bộ phận hoạt động:
111 b Vẽ đường truyền công suất của dãy số, tay số trên sơ đồ khối bằng cách tô đậm đường truyền và vẽ mũi tên lên sơ đồ khối bên dưới: c Nguyên lý hoạt động của tay số:
Bài 3 Quan sát mô hình khi thay đổi độ mở bướm ga và ghi lại vận tốc tại các tay số: a Khi lên số
Dãy Số Độ mở bướm ga
Nhận xét về sự thay đổi vận tốc khi lên số:
Dãy Số Độ mở bướm ga
Nhận xét về sự thay đổi vận tốc khi xuống số:
