3.1.1. Giới thiệu mô hình
Hộp số tự động là một trong những loại hộp số được lựa chọn sư dụng phổ biến nhất trên xe ô tô hiện nay, do vậy nhu cầu nghiên cứu và học tập vê loại hộp số này cũng ngày càng tăng cao. Tuy nhiên với kết cấu khá phức tạp, các chi tiết được bố trí hoàn toàn bên trong và được bao bọc kín bơi vỏ hộp số nên việc khảo sát được quá trình hoạt động của các bộ chấp hành bên trong hộp số khi đang hoạt động trên xe là rất khó khăn đối với quá trình nghiên cứu, giảng dạy và học tập vê hộp số.
Vì vậy các mô hình vê hộp số tự động lần lượt được tạo ra nhằm phục vụ cho quá trình nghiên cứu và học tập vê loại hộp số này. Tuy nhiên ơ hầu hết các mô hình cắt bổ hiện nay chỉ có thể quan sát được các chi tiết bên trong ơ trạng thái tĩnh. Vì vậy để khắc phục nhược điểm này, các thầy thuộc Khoa Cơ Khí Động Lực trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã thiết kế và thi công mô hình hộp số tự động với phần vỏ hộp số được cắt bổ, bộ vi xư ly được lập trình với thuật toán phù hợp, mô phỏng được các trạng thái giống với hoạt động của hộp số khi hoạt động trên xe, các bộ chấp hành của hộp số được điêu khiển bằng khí nén tạo ra một mô hình hộp số mơ giúp sinh viên có thể thấy được cấu tạo, vi trí và trạng thái hoạt động của các bộ chấp hành bên trong ơ trạng thái hoạt động của chúng. Dựa trên đê tài nghiên cứu khoa học cấp trường của thầy Huỳnh Phước Sơn, Đặng Vũ Minh Đăng: “Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện tư điêu khiển hộp số tự động: Đê tài nghiên cứu khoa học cấp trường T18- 2008/ Huỳnh Phước Sơn, Đặng Vũ Minh Đăng. Tp.Hồ Chí Minh - Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM, 2008”, mô hình đã được cải thiện lại vì ly do thời gian dài gần 10 năm dẫn đến mô hình bi hư hỏng vê cả phần cơ khí lẫn điện tư. Vì vậy với đồ án " THI CÔNG MÔ HÌNH HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TOYOTA A140E" lần này, chúng em sẽ thi công và phát triển lại phần cơ khí một mô hình mới tiếp tục phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập cho sinh viên.
3.1.2. Ý tưởng thực hiện phần cơ khí
Đối tượng thi công là hộp số tự động Toyota loại A140E được thiết kế cắt phần vỏ hộp số tại các vi trí của các phanh và ly hợp nhằm thấy được vi trí, cấu tạo và hoạt động thực tế trong quá trình hoạt động. Việc cắt bỏ vỏ hộp số cần được đảm bảo tuyệt đối không phạm vào các đường dầu để tránh việc làm mất đi đường cung cấp khí nén đến các phanh và ly hợp.
Thay thế điêu khiển bằng thủy lực thành điêu khiển bằng khí nén. Khí nén sẽ được cấp từ máy nén khí qua cụm van solenoid điểu khiển cấp khí nén đến 2 đường, một đường đến đồng hồ đo áp suất khí nén trên bảng hiển thi và đường còn lại đến các phanh và ly hợp. Việc tiến hành taro ren trên mạch dầu để gắn ống dẫn khí nén phải đảm bảo được độ kín tối đa nhằm giảm tối thiểu việc xì khí nén ra ngoài để đảm bảo đủ áp lực khí nén vào xylanh của phanh và ly hợp.
Cần chuyển số được thiết kế liên kết với công tắc khơi động số trung gian bằng cơ cấu cần dẫn khớp xoay.
Hộp số được dẫn động băng motor điện có thể dich chuyển được trên giá đỡ để thay đổi độ căng dây curoa thích hợp. Đối với cơ cấu truyên động, puly chủ động gắn với motor điện được lựa chọn sẽ có đường kính nhỏ hơn puly bi động được gắn với vỏ biến mô để đảm bảo cho trục sơ cấp của hộp số luôn quay với vận tốc thấp tránh làm hỏng các chi tiết bên trong hộp số khi không thể chứa dầu bôi trơn như khi điêu khiển bằng thủy lực.
Phần khung được thiết kế đảm bảo đủ độ cứng, bên để chiu được trọng lượng lớn các chi tiết đặt lên và chiu được tải trọng động do các chi tiết quay gây nên, đảm bảo đủ vi trí và diện tích cho các chi tiết được gá và đảm bảo được tính thẩm mỹ cho mô hình. Ngoài ra khung còn có thể di chuyển được nhờ các bánh xe ơ đáy khung để thuận tiện cho quá trình giảng dạy.
Bảng hiển thi được thiết kế trực quan, sinh động và đầy đủ thông tin, bao gồm sơ đồ khối hoạt động của hộp số giúp quan sát được nguyên ly hoạt động và đường truyên công suất của hộp số thông qua các đèn led ơ từng bộ chấp hành, đồng hồ báo áp suất khí nén, màn hình led thể hiện phần trăm độ mơ bướm ga và tốc độ xe, các đèn led thể hiện tay số đang hoạt động, công tắc khơi động ON/OFF, công tắc OD, biến trơ điêu chỉnh mức tải và một bộ vi xư ly ECT.
3.1.3. Các chi tiết trên mô hình
Bảng 3.1: Bảng chi tiết các thiết bị trên mô hình
STT Nội dung thi công Thiết bị và thông số cơ bản Số lượng
1 Hộp số Hộp số tự động Toyota A140E 1
3 Cơ cấu truyên động
Puly chủ động ( Đk trục f 24 mm, Đk
ngoài f 60 mm) 1
Puly bi động ( Đk trục f 25 mm, Đk
ngoài f 300 mm) 1
Dây curoa truyên động 1
Bạc đạn nhào (Đk trục f 25mm ) 1
Trục nối biến mô ( Đk trục f 27.85
mm) 1
4 Cơ cấu điêu khiển
Bàn đạp ga 1
Cảm biến vi trí bàn đạp ga 1
Cơ cấu cần chuyển số 1
Cảm biến vi trí chuyển số 1
Cảm biến tốc độ xe 1
Van solenoid điêu khiển cấp khí nén 7
5 Đường dẫn khí nén Cụm dây dẫn khí nén
6 Bảng hiển thi Đồng hồ báo áp suất khí nén 1 Màn hình Led 2 Đèn Led - 7 Bộ biến áp 1 8 Khung Sắt, tôn - Bánh xe 4
3.1.3.1. Motor điện
Motor điện dùng để dẫn động quay biến mô hộp số
Hình 3.1: Mô-tơ Điện Công suất 1.5 HP Cực motor 4 P Volts 110/220 V Tần số 50 Hz Tốc độ 1450 R.P.M
Bảng 3.2: Thông số motor điện 3.1.3.2. Bộ biến áp và mạch chỉnh lưu
Bộ biến áp dùng để chuyển đổi điện áp từ 220V sang 24V để điêu khiển các van điện từ đóng ngắt dường dẫn khí, 12V để cấp nguồn cho vi điêu khiển và 5V để cấp nguồn các Led hiển thi.
Hình 3.2: Biến áp chuyển đổi AC sang DC
Tuy nhiên để có được điện áp, 24V và 12V như trên ta cần phải lắp lắp một tụ điện và một mạch điot chỉnh lưu toàn kỳ đển có thể đổi điện áp xoáy chiêu sang 1 chiêu. Và lắp thêm một IC 7805 để chuyển từ 12V sang 5V.
Hình 3.3: Mạch chuyển đổi điện áp thành 24V, 12V. 3.1.3.3. Van điện từ 5/2
Van điện từ có chức năng nhận lệnh điêu khiển từ vi xư ly để đóng ngắt đường dẫn khí nén đến các phanh và ly hợp để giúp cho hộp số có thể chuyển chế độ hoạt động.
Hình 3.4: Van điện từ loại 5/2
Van điện từ loại 5/2 sư dụng điện áp 24V, áp suất khí nén từ 4-8 kg/cm2, có kết cấu gồm 5 cổng và 2 vi trí:
• 2 vi trí : Chỉ điêu khiển được xi lanh đi 2 vi trí đó là vi trí đi hết hành trình và vi trí vê hết hành trình.
• 5 cổng gồm:
- 1 cổng đưa áp suất vào, đây là cổng chúng ta đưa áp suất từ máy nén khí vào. - 2 cổng kết nối vào 2 cổng của xi lanh giúp xi lanh hoạt động.
- 2 cổng còn loại là 2 cổng xả, áp suất (hơi) trong xi lanh được xả ra ngoài thông qua 2 cổng này.
Nguyên lý hoạt động: Van hoạt động chủ yếu dựa vào cuộn hút điện từ (cuộn coil van điện từ) chúng kích hoạt và điêu khiển chiếc van hoạt động.
Khi cuộn coil điện từ được cấp điện, từ trường được tạo ra và tác động trực tiếp lên piston của thân van làm cho piston di chuyển, tùy thuộc vào thiết kế của van thì piston sẽ đóng hoặc mơ và khi ngưng cấp điện vào cuộn hút điện từ thì piston sẽ trơ vê trạng thái ban đầu.
3.1.3.4. Đồng hồ báo áp suất khí nén
Đồng hồ có chức năng dùng để thể hiện áp suất trên ống phân phối. Giá tri áp suất cần thiết để các phanh và ly hợp của hợp số hoạt động tốt là 4-8 kg/cm2
Hình 3.5: Đồng hồ báo áp suất khí nén 3.1.4. Yêu cầu đặt ra đối với mô hình hoàn thiện
- Mô hình là sự kết hợp giữa sự sáng tạo vê khoa học- kỹ thuật, tính thẩm mỹ và tính ứng dụng trong công tác giảng dạy.
- Đáp ứng được tính trực quan, sinh động và tính linh hoạt trong quá trình giảng dạy.
- Dễ tháo lắp, thuận tiện bảo trì và sưa chữa khi cần thiết.
- Bảng hiển thi thể hiện đầy đủ thông tin, bố trí hợp ly, dễ quan sát . - Tính an toàn cho người sư dụng.
- Vận hành đơn giản, êm diu.
3.2. THI CÔNG MÔ HÌNH3.2.1. Quy trình thi công 3.2.1. Quy trình thi công
3.2.1.1. Thiết kế và thi công khung.
Mục đích: Đỡ hộp số và các chi tiết khác phục vụ cho việc hoạt động của hộp số.
Hình 3.7: Khung được thiết kế trên bản vẽ Hình 3.8: Khung thực hiện ngoài thực tế
3.2.1.2. Thi công cắt và sơn vỏ hộp số
Mục đích: Quan sát được các chi tiết bên trong hộp số trong quá trình hoạt động.
Hình 3.10: Hộp số được cắt, sơn và lắp các bộ phận lại như ban đầu. 3.2.1.3. Thi công đường dẫn khí nén trên hộp số.
Mục đích: Tạo đầu nối ống khí nén ơ các lỗ dầu giúp dẫn khí nén thông qua các
đường dầu đến các bộ chấp hành.
Hình 3.11: Đầu nối dây hơi được gắn thông qua tấm đệm mạch dầu và qua các lỗ dầu.
3.2.1.4. Thi công khoan khóa biến mô
Mục đích: Khóa ly hợp khóa biến mô, biến mô lúc này chỉ có chức năng truyên
momen từ động cơ điện đến trục sơ cấp hộp số.
Hình 3.12: Khoan khóa ly hợp khóa biến mô. 3.2.1.5. Thi công lắp đặt motor dẫn động và cơ cấu truyền động.
Mục đích: Truyên chuyển động quay của motor điện thông qua puly chủ động, dây curoa và puly bi động đến biến mô dẫn động biến mô quay.
3.2.1.6. Thi công lắp đặt cơ cấu chuyển số, bàn đạp ga và các cảm biến
Lắp đặt cần chuyển số và cảm biến vi trí chuyển số
Mục đích: Khi vi trí cần chuyển số thay đổi, cảm biến gài số sẽ nhận tín hiệu và
truyên tín hiệu lên bộ vi điêu khiển để hiển thi lên LED và đóng mơ các van Solenoid.
Hình 3.14: Cần chuyển số cơ cấu cần dẫn khớp xoay.
Lắp đặt bàn đạp ga và cảm biến vi trí bàn đạp ga
Mục đích: Khi thay đổi hành trình bàn đạp ga, cảm biến vi trí bàn đạp ga nhận tín hiệu
thay đổi của góc mơ cánh bướm ga và gưi tín hiệu đến ECU. ECU điêu khiển cấp điện hiển thi % độ mơ bướm ga lên màn hình led và đồng thời truyên tín hiệu điêu khiển tốc độ động cơ và chế độ lái thích hợp nhất.
3.2.1.7. Thi công lắp đặt cụm van solenoid và cụm dây dẫn khí nén
Chức năng: Nhận lệnh điêu khiển từ ECU để đóng ngắt đường dẫn khí nén đến các phanh và ly hợp để giúp cho hộp số có thể chuyển chế độ hoạt động
Hình 3.16: Cụm van solenoid điều khiển cấp khí nén.
Vi trí van 1 2 3 4 5 6 7
Vi trí được cấp khí nén C2 B2 B3 Bo Co C1 B1
Bảng 3.3: Vị trí van solenoid điều khiển cấp khí nén đến các phanh và ly hợp.
(a) (b)
Hình 3.17: Cụm dây dẫn khí nén đến các phanh và ly hợp
(a) Vị trí Solenoid (mặt trên) – (b) Vị trí Solenoid (mặt dưới) – (c) Các cụm dây khí nén được nối từ Solenoid đến các phanh và ly hợp
3.2.1.8. Thiết kế và thi công bảng hiển thị
Mục đích: Hiển thi giúp người sư dụng dễ dàng quan sát được chi tiết các hoạt động
của mô hình đang diễn ra ơ các vi trí cụ thể.
Hình 3.18: Bản thiết kế bảng hiển thị của mô hình
Bảng điều khiển được thiết kế bao gồm:
Sơ đồ khối hoạt động của hộp số
Bảng hoạt động của các phanh, li hợp, khớp 1 chiêu tại từng tay số Sơ đồ 2 van điện từ của hộp số
Áp suất khí nén được cấp Hộp đựng mạch điêu khiển Góc mơ cách bướm ga Tốc độ xe
Công tắc của mô hình Nút chỉnh tải
Đèn báo chế độ O/D OFF Đèn báo kick down
3.2.1.9. Mô hình hoàn thiện
3.3. Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện 220V AC được cấp cho mô hình, motor điện được khơi động quay và dẫn động biến mô quay theo.
Dòng điện 220V AC đồng thời được cấp thông qua bộ biến áp và bộ chỉnh lưu thành nguồn 24V DC cấp cho hệ thống thành 2 nguồn: một nguồn cấp điện cho cụm van solenoid điêu khiển cấp khí nén đến các phanh và ly hợp và một nguồn thông qua IC 7812 thành nguồn 12V cấp đến led, bộ vi xư ly, biến trơ tải, công tắc chuyển số.
-Tay số ơ vi trí P: Cần chuyển số ơ vi trí P, cảm biến chuyển số gưi tín hiệu từ chân P vê ECU. ECU cấp nguồn điện 5V đến đèn Led báo tay số P, Led báo vi trí hoạt động của phanh và ly hợp rồi vê mass. Đồng thời ECU cấp dòng điện 24V điêu khiển van điện từ tương ứng hoạt động cấp khí nén đến đóng Co. Số P hoạt động.
- Tương tự như vậy đối với các tay số R, N, D, 2, L.
- Tay số ơ vi trí D: Cần số ơ vi trí D, cảm biến chuyển số gưi tín hiệu từ chân D vê ECU. Đồng thời các tín hiệu từ các cảm biến vi trí bàn đạp ga, cảm biến tốc độ, mức tải, công tắc O/D OFF cũng được gưi vê ECU. ECU xư ly thông tin và truyên tín hiệu điêu khiển các van solenoid cũng như các đèn Led hoạt động ơ số D1, D2 hay D3 tương ứng với kết quả xư ly được. Tương tự như thế với các tay ơ hai dãy số 2 và L.
- Khi ta nhấn công tắc O/D OFF, đèn O/D OFF trên bảng hiển thi tắt, khi đó ơ dãy số D ECU cho phép lên đến tay số OD là cao nhất.
- Ở chế độ kick down, khi ECU nhận thấy tốc độ xe tăng cao đột ngột ( thời gian đi hết hành trình bàn đạp < 1 giây), lúc này hộp số sẽ hoạt động ơ chế độ lực kéo cao nhất, ECU sẽ điêu khiển hộp số vê số cưỡng bức ơ tay số D1 đồng thời cấp nguồn làm đèn kick down sáng.
BẢNG 3.4: HOẠT ĐỘNG CỦA VAN ĐIỆN TỪ VÀ BỘ CHẤP HÀNH Ở TỪNG TAY SỐ
Tay số Van điện từ ON Bộ chấp hành ON
P 5 C0 R 2, 3, 5 C0, B2, B3 N 5 C0 D 1 5, 6 C0, C1 2 2, 5, 6 C0, C1, B2
3 1, 2, 5, 6 C0, C1, C2, B2 OD 1, 2, 4, 6 C1, C2, B0, B2 2 1 5, 6 C0, C1 2 2, 5, 6, 7 C0, C1, B1, B2 3 1, 2, 5, 6 C0, C1, C2, B2 L 1 3, 5, 6 C0, C1, B3 2 2, 5, 6, 7 C0, C1, B1, B2
CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH
4.1. KIỂM TRA TRƯỚC VẬN HÀNH
- Kiểm tra sơ bộ hệ thống dây điện đảm bảo không bi tuột dây điện và rò rỉ điện.