Hộp số A140E điều khiển việc chuyển số dựa trên hai tín hiệu chính là: Tốc độ của xe và độ mở của bướm ga (tải của động cơ). Quá trình điều khiển chuyển số theo nguyên lý chung: Bộ điều khiển điện tử trung tâm ECT sẽ nhận các tín hiệu từ các cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến tốc độ của xe, ECT sẽ xử lý tín hiệu và quyết định thời
điểm chuyển số. Ngoài ra ECT còn có các chức năng chuẩn đoán và an toàn khi có một cảm biến bị hỏng.
- Cảm biến tốc độ xe xác định tốc độ của xe và gửi tín hiệu này đến ECT dưới dạng các tín hiệu điện.
- Cảm biến vị trí bướm ga xác định góc mở bướm ga và biến đổi tín hiệu này thành tín hiệu điện rồi gởi đến ECT.
- ECT quyết định thời điểm chuyển số trên cơ sở các tín hiệu về tốc độ xe và góc mở cánh bướm ga và điều khiển các van điện trong bộ điều khiển thuỷ lực, để điều khiển chuyển động của các van chuyển số. Những van này lại điều khiển áp suất thuỷ lực đến các ly hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh để điều khiển việc chuyển
số.
Các bộ phận điều khiển điện tử của hệ thống điều khiển
Bên dưới là hình tổng quan về tên gọi và vị trí các bộ phận trên xe ( camry SV20)
2.1.2.1.1 Cảm biến vị trí cánh bướm ga (TPS)
Hình 2.15 Cảm biến vị trí cảnh bướm ga
Chức năng
Cảm biến vị trí bướm ga có nhiệm vụ xác định độ mở của bướm ga và gửi thông tin về bộ xử lý trung tâm giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối ưu theo độ mở bướm ga. Trên các dòng xe sử dụng hộp số tự động, vị trí bướm ga là thông số quan trọng để kiểm soát quá trình chuyển số.
Loại tuyến tính:
Loại cảm biến này gồm có 2 con trượt và một điện trở và các tiếp điểm cho các tín hiệu IDL và VTA được cung cấp ở các đầu của mỗi tiếp điểm. Khi tiếp điểm trượt tuyến tính làm thay đổi điện áp ở cực VTA tỷ lệ thuận với góc mở của bướm ga. Khi bướm ga được đóng hoàn toàn, tiếp điểm của tín hiệu IDL được nối với cực E2.
Hình 2.16 Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính
Các tín hiệu gởi từ cảm biến vị trí bướm ga kiểu gián tiếp như hình 2.17
Hình 2.17 Sơ đồ điện cảm biến cánh bướm ga loại tuyến tính
1 - Cảm biến vị trí bướm ga; 2, 3 - Chiều mở và đóng; 4 - Bộ điều khiển ECU.
ECU động cơ biến đổi điện áp VTA thành tín hiệu góc mở bướm ga khác nhau để báo cho ECT ECU biết góc mở của bướm ga. Những tín hiệu này bao gồm các tập hợp khác nhau của các điện áp tại các cực L1, L2, L3 và/hoặc IDL của ECT ECU. Khi
bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm IDL nối với cực E, gửi tín hiệu IDL đến ECT ECU để báo rằng bướm ga đóng hoàn toàn.
2.1.2.1.2 Cảm biến bàn đạp ga.
Chức năng:
Cảm biến bàn đạp chân ga được sử dụng để đo độ mở của bàn đạp chân ga khi người lái xe nhấn vào bàn đạp. Lúc này, tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga sẽ được gửi về ECU và ECU sẽ sử dụng các dữ liệu này để điều khiển mô tơ bướm ga mở bướm ga cho động cơ tăng tốc theo độ mở của bàn đạp chân ga và theo chế độ lái hiện thời hợp lý nhất.
– Với động cơ phun dầu điện tử Common Rail thì tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga truyền về ECU và ECU sử dụng nó để điều khiển lượng phun nhiên liệu để tăng tốc động cơ.
– Hộp ECU điều khiển hộp số tự động cũng sử dụng tín hiệu cảm biến chân ga để điều khiển thời điểm chuyển số trong hộp số tự động, nếu người tài xế đạp ga gấp ECU hộp số sẽ điều khiển Kick Down (về số thấp) để tăng tốc chiếc xe.
Nguyên lý:
Cảm biến bàn đạp ga có cấu tạo khá giống với cảm biến bướm ga, nhưng do yêu cầu về sự an toàn cũng như độ tin cậy về thông tin nên hầu hết các dòng xe ô tô đều sử dụng 2 tín hiệu cảm biến bàn đạp ga để báo về ECU. Một số xe tải sử dụng 1 tín hiệu cảm biến và 1 công tắc IDL ở cảm biến bàn đạp chân ga. Cảm biến bàn đạp ga có 2 loại chính đó là: Loại tuyến tính và loại phần tử hall. Còn trên hộp số A140E sử dụng loại tuyến tính.
Cảm biến có dạng biến trở cấu trúc và nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống cảm biến bước ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm cầm chừng. Nguồn cung cấp cho cảm biến là nguồn 5V từ ECU, tín hiệu VPA từ con trượt gửi về ECU động cơ để xác định vị trí của bàn đạp ga. Để tăng độ tin cậy của cảm biến, người ta sử dụng hai cảm biến bàn đạp ga có tín hiệu VPA và VPA2 khác nhau.
2.1.2.1.3 Cảm biến tốc độ
Để đảm bảo rằng ECT ECU luôn nhận được thông tin chính xác về tốc độ của xe, người ta dùng 2 cảm biến tốc độ như hình 2.19.
Hình 2.19 Cảm biến tốc độ xe và cảm biến tốc độ trục thứ cấp
1 – Cảm biến tốc độ xe (VSS); 2 – Cảm biến tốc độ trục thứ cấp (OSS); 3 – Bộ điều khiển ECT ECU.
Để đạt độ chính xác hơn nữa, ECT ECU liên tục so sánh 2 tín hiệu này để xem chúng có giống nhau không:
Khi cả 2 tín hiệu tốc độ đều giống nhau, các tín hiệu từ cảm biến tốc độ trục thứ cấp sẽ được ưu tiên sử dụng trong việc điều khiển chuyển số (hình 2.20)
Hình 2.20 Các tín hiệu tốc độ đều giống nhau
1 – Cảm biến tốc độ xe (VSS); 2 – Cảm biến tốc độ trục thứ cấp (OSS); 3 – Bộ điều khiển ECT ECU; 4, 5, 6 – Các van Solenoid.
Khi tín hiệu từ cảm biến tốc độ số 2 trục thứ cấp sai, ngay lập tức ECU không sử dụng tín hiệu này mà sử dụng tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe số 1 để điều khiển số (hình 2.21).
Hình 2.21 Các tín hiệu tốc độ khác nhau
1 – Cảm biến tốc độ xe (VSS); 2 – Cảm biến tốc độ trục thứ cấp (OSS); 3 – Bộ điều khiển ECT ECU; 4, 5, 6 – Các van Solenoid.
Chức năng:
Cảm biến tốc độ xe nhận biết tốc độ thực tế mà xe đang chạy. Nó phát ra một tín hiệu xung gửi lên đồng hồ taplo để báo cho người tài xế nhận biết được tốc độ thực tế xe đang chạy và đo số Km xe đã chạy.
Ngoài ra các ECU điều khiển còn sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ xe để thực hiện điều khiển các chức năng khác nhau, ví dụ:
- ECU điều khiển động cơ sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ xe để điều khiển hệ thống ISC, và điều khiển tỷ lệ hỗn hợp không khí – nhiên liệu trong quá trình giảm tốc và tăng tốc, v.v…
- ECU điều khiển hộp số tự động sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ xe để điều khiển thời điểm chuyển số.
- ECU điều khiển trợ lực lái điện tử sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ xe để điều khiển mô tơ trợ lực theo các tốc độ khác nhau.
- ECU điện thân xe sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ xe để điều khiển lock cửa tự động khi xe chạy, điều khiển mô tơ gạt mưa nhanh chậm theo tốc độ xe…
- ECU hệ thống Nâng gầm điện tử (ECS) sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ xe để tự động điều khiển độ cao gầm xe khi xe chạy…
Nguyên lý cảm biến tốc độ xe loại điện từ
Cảm biến này được lắp trong hộp số và nhận biết tốc độ quay của hộp trục thứ cấp hộp số. Nó bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây và một lõi. Một roto có 4 răng được lắp trên trục thứ cấp của hộp số.
Hình 2.23 Cấu tạo của cảm biến tốc độ loại điện từ
Khi trục thứ cấp của hộp số quay, khoảng cách giữa lõi của cuộn dây và roto tăng hay giảm bởi các răng. Số lượng đường sức từ đi qua lõi tăng hay giảm tương ứng, tạo ra một điện áp xoay chiều AC trong cuộn dây.
Do tần số của điện áp xoay chiều này tỷ lệ với tốc độ quay của roto, nó có thể được dùng để nhận biết tốc độ xe.
Hình 2.24 Nguyên lý hoạt động của cảm biến + Sơ đồ mạch điện:
Hình 2.25 Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ loại điện từ
2.1.2.1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Hình 2.26 Sơ đồ mạch điện của cảm biến
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn nhiệt độ quy định, tính năng động cơ và khả năng tải sẽ giảm nếu hộp số chuyển lên số truyền tăng O/D. Để tránh hiện tượng này, các tín hiệu nhập và ECU để ngăn không cho nó chuyển lên tỷ số truyền tăng trước khi nhiệt độ nước làm mát đạt đến nhiệt độ quy định.
Cảm biến cảm nhận nhiệt độ nước làm mát nhờ một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt trở âm, khi nhiệt độ thay đổi thì giá trị điện trở của nó thay đổi theo và làm thay đổi các giá trị điện áp tương ứng gửi đến ECU động cơ.
Nếu nhiệt độ nước làm mát giảm xuống dưới một nhiệt độ quy định (khoảng dưới 600C) ECU động cơ gửi tín hiệu đến OD của ECT – ECU ngăn không cho hộp số chuyển lên số O/D và không cho ly hợp khóa biến mô hoạt động.
ECU động cơ bao gồm chức năng dự phòng: Nếu cảm biến nhiệt độ nước làm mát hỏng do hở hay chập mạch, ECU động cơ sẽ điều khiển với giả thiết nhiệt độ nước làm mát là 800, mà không phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát thực tế.
2.1.2.1.5 Công tắc khởi động số trung gian:
Công tắc khởi động số trung gian truyền vị trí cần chuyển số đến ECU & 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.
Khi cực N, L hay 2 được nối với cực E, ECT ECU xác định hộp số đang ở vị trí N, L hay 2 tuỳ theo tín hiệu điện áp từ các chân N, L hay 2 gửi về ECT ECU. Khi không có cực nào trong các cực N, L hay 2 được nối với E, ECT ECU xác định hộp số đang ở vị trí D. Ở vị trí P, D và R, cảm biến không gửi tín hiệu để báo cho ECT ECU biết về vị trí cần số. Công tắc khởi động trung gian thể hiện như hình 2.27.
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. Các tín hiệu chuyển tới ECU từ công tắc khởi động số trung gian thay đổi tuỳ theo kiểu xe. Trạng thái đóng/mở của mỗi tiếp điểm được chỉ ra như bảng 2.1.
Hình 2.27 Công tắc khởi động trung gian
1, 7 – Cầu chì; 2 – Khóa điện; 3 – Công tắc khởi động trung gian; 4 – Đến máy khởi động; 5 – Bộ điều khiển ECT ECU; 6 – Đèn báo vị trí cần số.
Cực Số
Cho CT khởi động số trung
gian Các đèn báo vị trí cần chuyển số
B NB E P R N D 2 L P ○ ○ ○ ○ R ○ ○ N ○ ○ ○ ○ D ○ ○ 2 ○ ○ L ○ ○
Bảng 2.1 Bảng hoạt động của công tắc vị trí trung gian
2.1.2.1.6 Công tắc chính O/D:
Công tắc chính O/D là công tắc hủy O/D. Khi công tắc được tắt “OFF”, thì không lên số O/D được, ngay 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”.
Công tắc chính O/D
ON OFF
TIẾP ĐIỂM CỦA CÔNG
TẮC CHÍNH O/D Mở Đóng
SỐ O/D Có thể Không thể
ĐÈN BÁO O/D OFF Tắt Sáng
Bảng 2.2 Hoạt động của công tắc O/D. - Sơ đồ hoạt động công tắc O/D
Hình 2.29 Khi O/D bật ON
2.1.2.1.7 Công tắc đèn phanh
Khi bàn đạp phanh bị ấn xuống thì ECU và ECT hủy trạng thái khóa biến mô. Điều này tránh cho động cơ khỏi bị chết máy do khóa biến mô.
Hình 2.30 Công tắc đèn phanh
ECU cũng hủy hoạt động của khóa biến mô trong khi đang phanh để tránh làm tắt máy nếu các bánh chủ động bị phanh cứng.
Công tắc này được gắn trên gá đỡ bàn đạp phanh, khi đạp bàn đạp phanh công tắc này gửi một tín hiệu đến ECU để báo đang đạp phanh. Tín hiệu này cũng được sử dụng để điều khiển chống nhấc đầu xe khi chuyển từ N sang D.
Chân phanh Điện áp cực STP
Đạp 12V
Nhả 0V
Bảng 2.3 Mức điện áp khi hoạt động của công tắc
Nếu có hở mạch ở mạch tín hiệu, việc hủy khóa biến mô và điều khiển chống nhấc đầu xe khi chuyển cần số từ N sang D sẽ không được thực hiện.
Ở một vài kiểu xe, các tín hiệu cũng được nhập từ công tắc phanh tay để sử dụng như những tín hiệu hủy khóa biến mô hay để điều khiển chống nhấc đầu N sang D.
2.1.2.1.8 Công tắc chọn phương thức lái
Công tắc chọn chế độ hoạt động thể hiện như hình 2.31
Hình 2.31 Công tắc chọn phương thức lái
Công tắc chọn chế độ hoạt động cho phép người lái chọn chế độ hoạt động như mong muốn (Normal - bình thường, Power - tải). ECT ECU sẽ chọn sơ đồ chuyển số và khoá biến mô theo chế độ hoạt động đã chọn, vì vậy thời điểm chuyển số và khoá biến mô sẽ thay đổi theo.
Khi chọn chế độ Power bằng công tắc chọn chế độ hoạt động, điện áp 12V được cấp đến cực PWR và ECT ECU nhận biết rằng đã chọn chế độ Power. Khi chọn Normal, điện áp 12V không được cấp đến cực PWR nữa và ECT ECU biết rằng đã chọn chế độ Normal (hình 2.33).
CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG ĐIỆN ÁP CỰC PWR
NORMAL 0V
POWER 12V
Bảng 2.4 Điện áp hoạt động của công tắc chọn chế độ
Các tiếp điểm của công tắc này cũng được sử dụng để bật một trong các đèn báo vị trí của công tắc để báo cho người lái biết chế độ hoạt động.