Chương 1 HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ (ELECTRONIC CONTROL TRANSMISSION - ECT)

HỘP SỐ TỰ ĐỘNG, ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ,ELECTRONIC CONTROL TRANSMISSION

Chương 1

HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

(ELECTRONIC CONTROL TRANSMISSION - ECT)

1 Giới thiệu về hộp số tự động

Với các xe có hộp số tự động thì người lái xe không cần phải suy tính khi nào cần lên số hoặc xuống số Các bánh răng tự động chuyển số tuỳ thuộc vào tốc độ xe và mức đạp bàn đạp ga Một hộp số mà trong đó việc chuyển số bánh răng được điều khiển bằng một ECU

(Electronic Control Unit) được gọi là ECT (Electronic Control Transmission), và một hộp

số không sử dụng ECU được gọi là hộp số tự động thuần thuỷ lực Hiện nay hầu hết các xe đều sử dụng ECT

Các hộp số tự động có thể được chia thành 2 loại chính, đó là các hộp số được sử dụng trong các xe FF (động cơ ở phía trước, dẫn động bánh trước) và các xe FR (động cơ ở phía trước, dẫn động bánh sau) Các hộp số của xe FF có một bộ dẫn động cuối cùng được lắp bên trong, còn các hộp số của xe FR thì có bộ dẫn động cuối cùng (vi sai) lắp bên ngoài Loại hộp số tự động dùng trong xe FR được gọi là hộp truyền động Trong hộp số tự động đặt ngang, hộp truyền động và bộ dẫn động cuối cùng được bố trí trong cùng một vỏ hộp

Bộ dẫn động cuối cùng gồm một cặp bánh răng giảm tốc (bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn), và các bánh răng vi sai

Hình 1: Sơ đồ bố trí chi tiết hộp số tự động ECT

Hộp số ECT sử dụng áp suất thuỷ lực để tự động chuyển số theo các tín hiệu điều khiển của ECU Nhờ các bộ cảm biến, ECU điều khiển các van điện từ theo tình trạng của động cơ và của xe Sơ đồ các bộ phận hộp số ECT được cho như trong Hình 1

2 Các thành phần hộp số tự động

2.1 Bộ biến mô

Bộ biến mô vừa truyền vừa khuyếch đại moment từ động cơ vào hộp số (Bộ truyền bánh

răng hành tinh) bằng việc sử dụng dầu hộp số tự động (ATF – Automatic Transmission

Fluid) như một môi chất Bộ biến mô gồm bánh bơm, bánh tuabin, khớp một chiều, stator

và vỏ biến mô chứa tất cả các bộ phận đó Bộ biến mô được điền đầy ATF do bơm dầu cung cấp Sơ đồ cấu tạo bộ biến mô như Hình 2

Hình 2: Cấu tạo bộ biến mô

Động cơ quay làm bánh bơm quay, dầu bị đẩy ra từ bánh bơm thành một dòng mạnh làm

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

Hình 3: Hoạt động bánh bơm

Rất nhiều cánh được lắp lên bánh turbine giống như trường hợp bánh bơm Hướng cong

của các cánh này ngược chiều với hướng cong của cánh của bánh bơm Bánh turbine được lắp trên trục sơ cấp của hộp số sao cho các cánh bên trong nó nằm đối diện với các cánh của bánh bơm với một khe hở rất nhỏ ở giữa Bánh turbine quay cùng với trục sơ cấp của hộp số khi xe chạy với vị trí của cần số ở dải “D”, “2”, “L” hoặc “R” Tuy nhiên, nó sẽ không quay khi xe dừng Khi vị trí số ở “P” hoặc “N” thì bánh turbine quay tự do khi bánh bơm quay

Hình 4: Hoạt động bánh turbine Stator nằm giữa bánh bơm và bánh turbine Qua khớp một chiều nó được lắp trên trục

stator và trục này được cố định trên vỏ hộp số

Hình 5: Các thành phần của stator

Dòng dầu trở về từ bánh turbine vào bánh bơm theo hướng cản sự quay của bánh bơm Do

đó, stator đổi chiều của dòng dầu sao cho nó tác động lên phía sau của các cánh trên bánh bơm và bổ sung thêm lực đẩy cho bánh bơm do đó làm tăng moment

Khớp một chiều cho phép stator quay theo chiều quay của trục khuỷu động cơ Tuy nhiên nếu stator định bắt đầu quay theo chiều ngược lại thì khớp một chiều sẽ khoá stator để ngăn không cho nó quay

Khi tốc độ của bánh bơm tăng thì lực li tâm làm cho dầu bắt đầu chảy từ tâm bánh bơm ra phía ngoài Khi tốc độ bánh bơm tăng lên nữa thì dầu sẽ bị ép văng ra khỏi bánh bơm Dầu

va vào cánh của bánh turbine làm cho bánh turbine bắt đầu quay cùng chiều với bánh bơm

Hình 6: Sự truyền moment

Dầu chảy vào trong dọc theo các cánh của bánh turbine Khi nó chui được vào bên trong bánh turbine thì mặt cong trong của cánh sẽ đổi hướng dầu ngược lại về phía bánh bơm, và chu kỳ lại bắt đầu từ đầu Việc truyền moment được thực hiện nhờ sự tuần hoàn dầu qua bánh bơm và bánh turbine

Việc khuyếch đại moment do bộ biến mô thực hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng lượng sau khi đã đi qua bánh turbine trở về bánh bơm qua cánh của stator Nói cách khác,

bánh bơm được quay do moment từ động cơ mà moment này lại được bổ sung dầu quay về

từ bánh turbine Có thể nói rằng bánh bơm khuyếch đại momnet ban đầu để dẫn động bánh turbine

Hình 7: Khuếch đại moment 2.2 Bộ truyền 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 ly hợp và phanh Bộ truyền bánh răng hành tinh trước và bộ truyền bánh răng hành tinh sau được nối với các ly hợp và phanh, 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 8: Bộ truyền bánh răng hành tinh

Các bánh răng trong bộ truyền bánh răng hành tinh có 3 loại: bánh răng bao, bánh răng hành tinh và bánh răng mặt trời và cần dẫn Cần dẫn nối với trục trung tâm của mỗi bánh răng hành tinh và làm cho các bánh răng hành tinh xoay xung quanh

Với bộ các bánh răng nối với nhau kiểu này thì các bánh răng hành tinh giống như các hành tinh quay xung quanh mặt trời, và do đó chúng được gọi là các bánh răng hành tinh Thông thường nhiều bánh răng hành tinh được phối hợp với nhau trong bộ truyền bánh răng hành tinh

Hình 9: Cấu tạo bộ bánh răng hành tinh

 Các phanh (B1, B2 và B3)

Có hai kiểu phần tử cố định phanh: kiểu dải và kiểu nhiều đĩa ướt Kiểu dải được sử dụng cho phanh B1 và kiểu nhiều đĩa ướt cho phanh B2 và B3 Trong một số hộp số tự động, hệ thống nhiều đĩa ướt còn được sử dụng cho phanh B1

Dải phanh được quấn vòng lên đường kính ngoài của trống phanh Một đầu của dải phanh được hãm chặt vào vỏ hộp số bằng một chốt, còn đầu kia tiếp xúc với piston phanh qua cần đẩy piston chuyển động bằng áp suất thuỷ lực Piston phanh có thể chuyển động trên cần đẩy piston nhờ việc nén các lò xo Người ta bố trí các cần đẩy piston có hai chiều dài khác nhau để có thể điều chỉnh khe hở giữa dải phanh và trống phanh

Khi áp suất thuỷ lực tác động lên piston thì piston di chuyển sang phía trái trong xi lanh và nén các lò xo Cần đẩy piston chuyển sang bên trái cùng với piston và đẩy một đầu của dải phanh Do đầu kia của dải phanh bị cố định vào vỏ hộp số nên đường kính của dải phanh giảm xuống và dải phanh xiết vào trống làm cho nó không chuyển động được Tại thời điểm này, sinh ra một lực ma sát lớn giữa dải phanh và trống phanh làm cho trống phanh hoặc một phần tử của bộ truyền bánh răng hành tinh không thể chuyển động được

Khi dầu có áp suất được dẫn ra khỏi xi lanh thì piston và cần đẩy piston bị đẩy ngược lại do lực của lò xo ngoài và trống được dải phanh nhả ra Ngoài ra, lò xo trong có hai chức năng:

để hấp thu phản lực từ trống phanh và để giảm va đập sinh ra khi dải phanh xiết trống

phanh

Hình 10: Phanh dải

 Phanh kiểu nhiều đĩa ướt (B2 và B3)

Phanh B2 hoạt động thông qua khớp một chiều số 1 để ngăn không cho các bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ Các đĩa ma sát được gài bằng then hoa vào vòng lăn ngoài của khớp một chiều số 1 và các đĩa thép được cố định vào vỏ hộp số Vòng lăn trong của khớp một chiều số 1 (các bánh răng mặt trời trước và sau) được thiết kế sao cho khi quay ngược chiều kim đồng hồ thì nó sẽ bị khoá, nhưng khi quay theo chiều kim đồng hồ thì nó có thể xoay tự do Mục đích của phanh B3 là ngăn không cho cần dẫn sau quay Các đĩa ma sát ăn khớp với moay ơ B3 của cần dẫn sau Moay ơ B3 và cần dẫn sau được bố trí liền một cụm và quay cùng nhau Các đĩa thép được cố định vào vỏ hộp số Khi áp suất thuỷ lực tác động lên xi lanh piston sẽ dịch chuyển và ép các đĩa thép và đĩa ma sát tiếp xúc với nhau Do đó tạo nên một lực ma sát lớn giữa mỗi đĩa thép và đĩa ma sát Kết quả là cần dẫn hoặc bánh răng mặt trời bị khoá vào vỏ hộp số Khi dầu có áp suất được xả

ra khỏi xi lanh thì piston bị lò xo phản hồi đẩy về vị trí ban đầu của nó và làm nhả phanh

Hình 11: Phanh đĩa ướt 2.3 Ly hợp

C1 và C2 là các ly hợp nối và ngắt công suất Ly hợp C1 hoạt động để truyền công suất từ

bộ biến mô tới bánh răng bao trước qua trục sơ cấp Các đĩa ma sát và đĩa thép được bố trí xen kẽ với nhau Các đĩa ma sát được nối bằng then với bánh răng bao trước và các đĩa thép được khớp nối bằng then với tang trống của ly hợp số tiến Bánh răng bao trước được lắp bằng then với bích bánh răng bao, còn tang trống của ly hợp số tiến được lắp bằng then với moay ơ của ly hợp số truyền thẳng

Ly hợp C2 truyền công suất từ trục sơ cấp tới tang của ly hợp truyển thẳng (bánh răng mặt trời) Các đĩa ma sát được lắp bằng then với moay ơ của ly hợp truyền thẳng còn các đĩa thép được lắp bằng then với tang trống ly hợp truyền thẳng Tang trống ly hợp truyền thẳng

ăn khớp với tang trống đầu vào của bánh răng mặt trời và tang trống này lại được ăn khớp với các bánh răng mặt trời trước và sau Kết cấu được thiết kế sao cho ba cụm đĩa ma sát, đĩa thép và các tang trống quay cùng với nhau

Khi dầu có áp suất chảy vào trong xi lanh piston, nó sẽ đẩy viên bi van của piston đóng kín van một chiều và làm piston di động trong xi lanh và ép các đĩa thép tiếp xúc với các đĩa ma sát Do lực ma sát lớn giữa các đĩa thép và đĩa ma sát nên các đĩa thép dẫn và đĩa ma sát bị dẫn quay cùng một tốc độ Có nghĩa là ly hợp được ăn khớp, trục sơ cấp được nối với bánh răng bao,và công suất từ trục sơ cấp được truyền tới bánh răng bao

Khi dầu có áp suất được xả thì áp suất dầu trong xi lanh giảm xuống Điều này cho phép viên bi rời khỏi van một chiều nhờ lực li tâm tác động lên nó,và dầu trong xi lanh được xả

ra ngoài qua van một chiều Kết quả là piston trở về vị trí ban đầu của nó nhờ lò xo hồi và nhả ly hợp

2.4 Khớp một chiều

Khi bộ truyền bánh răng hành tinh được thiết kế mà không tính đến va đập khi chuyển số thì B2, F1 và F2 là không cần thiết Chỉ cần C1, C2, B1 và B3 là đủ Ngoài ra, rất khó thực hiện việc áp suất thuỷ lực tác động lên phanh đúng vào thời điểm áp suất thuỷ lực vận hành

ly hợp được xả Do đó, khớp một chiều số 1 (F1) tác động qua phanh B2 để ngăn không cho bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ Khớp một chiều số 2 (F2) ngăn không cho cần dẫn sau quay ngược kim đồng hồ Vòng lăn ngoài của khớp một chiều

sô 2 được cố định vào vỏ hộp số Nó được lắp ráp sao cho nó sẽ khoá khi vòng lăn trong (cần dẫn sau) xoay ngược chiều kim đồng hồ và quay tự do khi vòng lăn trong xoay theo chiều kim đồng hồ

Với cách này có thể sử dụng các khớp một chiều để chuyển các số bằng cách luôn ấn hoặc nhả áp suất thuỷ lực lên một phần tử Nghĩa là, chức năng của khớp một chiều là đảm bảo chuyển số được êm

3 Hộp số tự động điều khiển điện tử (Electronic control transmission – ECT)

ECU động cơ và ECT điều khiển thời điểm chuyển số và khoá biến mô bằng cách điều khiển các van điện từ của bộ điều khiển thuỷ lực để duy trì điều kiện lái tối ưu với việc dùng các tín hiệu từ các cảm biến và các công tắc lắp trên động cơ và hộp số tự động Ngoài

ra ECU còn có các chức năng chẩn đoán và an toàn khi một cảm biến bị hỏng

Các cảm biến, công tắc đóng vai trò thu thập các dạng dữ liệu để quyết định các thông số điều khiển khác nhau và biến đổi chúng thành các tín hiệu điện, và các tín hiệu đó sẽ được truyền tới ECU động cơ và ECT

Hình 12: Sơ đồ ECT

Các cảm biến, công tắc gồm các loại sau

1 Cảm biến vị trí bướm ga/ cảm biến vị trí bàn đạp ga: Cảm biến này phát hiện góc mở của bướm ga

2 Công tắc bàn đạp ga: Nó phát hiện xem bàn đạp ga có bị nhấn xuống hết mức hay

không

3 Cảm biến vị trí trục khuỷu: Nó phát hiện tốc độ động cơ

4 Cảm biến tốc độ hộp số: Cảm biến tốc độ đầu vào tua-bin phát hiện tốc độ trục sơ cấp của hộp số tự động Cảm biến tốc độ bánh răng trung gian phát hiện tốc độ trục thứ cấp của hộp số tự động

5 Cảm biến nhiệt độ nước: Nó phát hiện nhiệt độ nước làm mát

6 Cảm biến tốc độ xe: Nó phát hiện tốc độ xe

7 Cảm biến nhiệt độ dầu hộp số: Nó phát hiện nhiệt độ ATF (Dầu hộp số tự động) trong hộp số tự động

Hình 13: Bố trí ECT

8 Công tắc chính O/D

Công tắc chính O/D là công tắc huỷ O/D Khi công tắc được tắt “OFF”, thì không lên số O/D được, ngày cả khi đã đạt được tốc độ để sang số O/D Nếu công tắc được tắt “OFF” trong khi đang lái ở số truyền tăng thì hộp số chuyển xuống số 3 Ngoài ra, đèn báo O/D OFF được bật sáng trong khi công tắc chính O/D ở “OFF”

Hình 14: Công tắc O/D

9 Công tắc khởi động số trung gian

Công tắc khởi động số trung gian truyền vị trí cần chuyển số đến ECU động cơ và ECT ECU nhận thông tin về vị trí mà hộp số đang hoạt động từ cảm biến vị trí chuyển số đặt trong công tắc khởi động số trung gian, sau đó quyết định phương thức chuyển số thích hợp Các tiếp điểm của công tắc này còn được sử dụng để bật đèn báo vị trí cần số để báo cho lái

xe biết vị trí đang nằm của cần số

Ngoài ra, ECU còn điều khiển sao cho máy khởi động chỉ có thể vận hành khi cần số ở các

vị trí “P” và “N” và sao cho khi cần số ở vị trí “R” thì tín hiệu chuông báo số lùi xe được phát ra và đèn lùi bật sáng Các tín hiệu chuyển tới ECU từ công tắc khởi động số trung gian thay đổi tuỳ theo kiểu xe

Hình 15: Công tắc khởi động số trung gian

10 Công tắc đèn phanh

Khi bàn đạp phanh bị ấn xuống thì ECU động cơ và ECT huỷ trạng thái khoá biến mô Điều này tránh cho động cơ khỏi bị chết do khoá biến mô

Hình 16: Công tắc đèn phanh

11 Công tắc chọn phương thức lái

Công tắc chọn phương thức lái cho phép người lái xe chọn chế độ lái Các công tắc chế độ được lắp đặt tuỳ thuộc vào kiểu xe và thị trường

Chế độ tải nặng: Chế độ này đặt thời điểm chuyển số vào dãy tốc độ cao của động cơ Chế độ tuyết : Chế độ này đặt tốc độ số 2 là tốc độ chuyển bánh (xe bắt đầu chạy)

Chế độ tiết kiệm: Chế độ này làm sớm thời điểm chuyển số để giảm tiêu hao nhiên liệu khi lái xe

Chế độ điều khiển tay: Chế độ này tạo khả năng giữ tốc độ bằng việc sử dụng vị trí cần chuyển số

Hình 17: Công tắc chọn phương thức lái

ECU động cơ và ECT thực hiện các điều khiển sau đây

 Điều khiển thời điểm chuyển số

 Điều khiển khoá biến mô

 Điều khiển khoá biến mô linh hoạt

 Các điều khiển khác

Xe dùng ECT có thể lái một cách êm dịu và thuận tiện nhờ các điều khiển trên

Điều khiển thời điểm chuyển số

ECU động cơ và ECT đã lập trình vào trong bộ nhớ của nó về phương thức chuyển số tối

ưu cho một vị trí cần số và mỗi chế độ lái Trên cơ sở phương thức chuyển số, ECU sẽ Bật hoặc Tắt các van điện từ theo tín hiệu tốc độ xe từ cảm biến tốc độ xe, tín hiệu góc mở bướm ga từ cảm biến vị trí bướm ga và các tín hiệu khác của các cảm biến/ công tắc Với cách như vậy, ECU vận hành từng van điện từ , mở hoặc đóng các đường dẫn dầu vào các

ly hợp và phanh, cho phép hộp số chuyển số lên hoặc xuống

Hình 18: Điều khiển thời điểm chuyển số

Quan hệ giữa tốc độ xe và số của hộp số thay đổi theo góc mở của bàn đạp ga thậm chí trong cùng một số tốc độ của xe Khi lái, trong khi vẫn giữ độ mở của bàn đạp ga không đổi, tốc độ xe tăng lên và hộp số được chuyển lên số trên Khi bàn đạp ga được nhả ra ở điểm A trong hình bên trái và độ mở của bàn đạp ga đạt điểm B, thì hộp số sẽ chuyển từ số

3 lên số O/D Ngược lại, nếu tiếp tục đạp ga ở điểm A và độ mở của bàn đạp ga đạt điểm C, thì hộp số sẽ chuyển từ số 3 về số 2