1.3.3.1. Cấu tạo chung:
Động cơ điện V141 cũng được biết đến như động cơ điện 3 pha VX54 theo tài liệu dịch vụ. Nó là một động cơ đồng bộ ba pha. Từ trường tạo ra bởi 24 cuộn dây của stator dẫn động đồng bộ rotor chứa 32 thanh nam châm vĩnh cửu. Động cơ điện V141 được dùng khởi động điện, khởi động ĐCĐT và tăng khả năng tăng tốc.
Để tăng hiệu quả cho công nghệ hybrid, V141 cũng hoạt động như một máy phát điện. Điều này cho phép động năng của xe được thu hồi dưới dạng năng lượng điện (Tái tạo) để dự trữ trong pin hybrid.
Động cơ điện V141 nặng 26 kg. Nó có thể phát ra công suất 40 kw ở vòng tua 2300 rpm. Mô men xoắn tối đa là 210 Nm. Trong suốt thời gian chạy điện, công suất được giới hạn ở mức 30 kw.
Đây là động cơ điện là mát bằng nước. Rãnh nước bao phủ xung quanh động cơ tạo thành áo nước. Áo nước này nối với đường dẫn nước nhiệt độ cao của ĐCĐT. Hệ thống làm mát động cơ điện là một phần không thể thiếu của hệ thống quản lý nhiệt độ. [1]
31
Hình 1.33. Cấu tạo động cơ điện V141 [1]
32
1.3.3.2. Rotor:
Mỗi thanh nam châm vĩnh cửu trong 32 thanh bao gồm những thanh nam châm riêng lẻ ghép lại với nhau, chúng được bọc bên ngoài bởi 1 tấm kim loại. Thanh nam châm được làm từ neodymium iron boron (NdFeB). Trục cực chạy theo hướng xuyên tâm. Cực bắc và cực nam được sắp xếp xe kẽ từ nam châm này đến nam châm khác. Rotor và ly hợp F tạo thành một khối. Ly hợp F kết nối ĐCĐT với trục sơ cấp của hộp số và động cơ điện V141. Công suất truyền từ ĐCĐT đến ly hợp F và động cơ điện khi ly hợp F ở trạng thái đóng. [1]
33
1.3.3.3. Stator:
Hình 1.36. Cấu tạo stator động cơ điện V141 [1]
Hình 1.37. Cấu tạo stator động cơ điện V141(phân loại cuộn dây) [1]
Trong stator có 3 nhóm cuộn dây, mỗi nhóm gồm 8 cuộn mắc song song và mắc theo kiểu tam giác.
Tổng cộng stator gồm 24 cuộn dây được sắp xếp theo nhóm (Lam, cam, lục) liên tiếp với nhau. Với cách mắc này, động cơ điện có thể hoạc động nhờ đòng điện 3 pha. Với mục địch
34 này, nguồn điện và mạch điều khiển điện tử kích hoạt các nhóm cuộn dây bằng điện áp xoay chiều 3 pha.
Để đảm bảo rotor quay đúng hướng, mạch điều khiển phải kích hoạt 3 pha theo một trình tự nhất định. Vì vậy, hệ thống yêu cầu chính xác vị trí của rotor cũng như vị trí của nam châm vĩnh cửu so với các cuộn dây.
Vị trí chính xác của rotor được theo dõi bởi cảm biến vị trí rotor G713 và được chuyển đến mạch điều khiển và nguồn điện. [1]
Hình 1.38. Phương pháp đấu dây trong động cơ điện V141(kiểu tam giác) [1]
1.3.3.4. Cảm biến nhiệt độ động cơ và mạch công suất G712:
G712 là một cảm biến nhiệt độ có hệ số nhiệt điện trở âm. Nó đo nhiệt độ của động cơ điện V141 giữa 2 cuộn dây. Nhiệt độ này được dung để tính toán điểm nóng nhất của động cơ điện. Lần lượt, các giá trị được tính toán được dùng để điều khiển hệ thống là mát động cơ điện.
Nếu giá trị được tính toán vượt quá khoảng nhiệt độ 160 – 1800C , công suất đầu ra sẽ giảm. Công suất động cơ V141 có thể giảm đến 0 trong khi ĐCĐT đang hoạt động và ở chế độ máy phát.
Trong trường hợp này, đèn cảnh báo của hệ thống hybrid trên bảng hiển thị sẽ chuyển sang màu vàng.
35 ĐCĐT chỉ có thể khởi động khi động cơ V141 đạt đến ngưỡng giới hạn nhiệt độ tính toán. Trước khi đạt đến ngưỡng này, ĐCĐT được khởi động bởi V141. Nó vẫn hoạt động cho đến khi V141 được làm mát đến một nhiệt độ khả thi. [1]
Những hư hỏng:
Khi cảm biến nhiệt độ động cơ điện G712 xảy ra hư hỏng, đèn cảnh báo của hệ thống hybrid trên bảng hiển thị chuyển sang màu vàng . Trong trường hợp này, giá trị tính toán thay thế được sử dụng là nhiệt độ của động cơ điện. ĐCĐT được khởi động sau khi phát hiện ra lỗi và không bao giờ tắt. Khi đó không có sự dẫn động bằng điện hay hỗ trợ. Lúc này, động cơ điện sẽ hoạt động ở chế độ máy phát chỉ cung cấp điện cho tải hiện có. Pin hybrid không được sạc. [1]
1.3.3.5. Cảm biến vị trí rotor G713: 1.3.3.5.1. Cấu tạo: 1.3.3.5.1. Cấu tạo:
Khi công tắc đánh lửa được bật (cực 15), bộ điều khiển động cơ J841 tính toán vị trí chính xác của rotor từ tín hiệu được phát ra từ G713.
Vị trí chính xác của rotor so với các cuộn dây rất quan trọng trọng việc kích hoạt các cuộn dây. JX1 phải biết chính xác làm thế nào để nam châm vĩnh cửu của rotor được định vị so với các cuộn dây stator ngay cả khi đứng yên. JX1 cần thông tin này để điều khiển dòng điện 3 pha theo cách để rotor khởi động theo hướng mong muốn với mức tiêu thụ tối thiểu và mô men xoắn tối đa. [1]
36 Kết nối 10 cổng cho cảm biến nhiệt độ động cơ điện G712 và cảm biến vị trí rotor G713:
Hình 1.40. Giắc cắm 10 cổng [1]
Pin 1 – Tín hiệu cảm biến nhiệt độ động cơ điện G712 Pin 2 – Mass cảm biến nhiệt độ động cơ điện G712 Pin 3 – Vỏ bọc stator, Mass
Pin 4 – Không được chỉ định Pin 5 – R2 (cuộn kích thích -) Pin 6 – R1 (cuộn kích thích +)
Pin 7 – S1 (cuộn thứ cấp 2, tín hiệu 2+) Pin 8 – S3 (cuộn thứ cấp 2, tín hiệu 2-) Pin 9 – S4 (cuộn thứ cấp 1, tín hiệu 1-) Pin 10 – S2 (cuộn thứ cấp 1, tín hiệu 1+)
Dựa trên tín hiệu của cảm biến vị trí rotor G713, hệ thống quản lý hộp số và động cơ xác định được tốc độ động cơ điện đang chạy. Tín hiệu được dùng để điều khiển các bộ phận như:
Động cơ điện V141 hoạt động như một máy phát
Động cơ điện V141 hoạt động như động cơ
Động cơ điện V141 khởi động ĐCĐT. [1]
Cảnh báo hư hỏng:
Khi xảy ra hư hỏng, đèn cảnh báo của hệ thống hybrid trên bảng hiển thị chuyển sang màu đỏ. Khi đó:
ĐCĐT và động cơ điện ngưng hoạt động làm phương tiện không thể di chuyển
37
Chế độ máy phát không hoạt động
ĐCĐT không thể khởi động. [1]
Hình 1.41. Cảnh báo hư hỏng [1]
1.3.3.5.2. Phương pháp tạo sóng sin:
Sơ đồ gổm 4 răng stator và 1 đĩa cam. Mỗi răng stator có một cuộn kích thích và một cuộn thứ cấp. Cuộn kích thích được mắc lại với nhau. Cuộn thứ cấp của mỗi răng stator nằm đối nhau thì mắc với nhau (cuộn thứ cấp 1 và 2) và cung cấp tín hiệu sóng sin (1 và 2) với góc lệch pha 900. [1]
Hình 1.42. Cấu tạo đơn giản của cảm biến [1]
1.3.3.5.3. Phương pháp điều biên:
Biên độ điện áp tạo ra trên cuộn thứ cấp thay đổi bởi vì sự thay đổi của khoảng cách giữa đỉnh đĩa cam và răng stator.
Hình 1.43. Mối liện hệ giữa điện áp được tạo ra và khoảng cách stator/đĩa cảm biến [1]
Điện áp xoay chiều tạo ra ở cuộn thứ cấp
Khoảng cách giữa răng stator và cam đĩa cảm biến
38
Cuộn thứ cấp 1: Tín hiệu 1
Hình 1.44. Tín hiệu 1 [1]
Biên độ điều biên của cuộn thứ cấp 1 có hai cực trị: Một tại 00/3600 và một tại 1800. Đường cong bao bọc tương ứng với tín hiệu 1. [1]
Cuộn thứ cấp 2: Tín hiệu 2
Hình 1.45. Tín hiệu 2 [1]
Biện độ điều biên của cuộn thứ cấp 2 có hai cực trị: Một tại 900 và một tại 2700, trái ngược với tín hiệu 1. Đường cong bao bọc tương ứng với tín hiệu 2. [1]
Cuộn kích thích:
Hình 1.46. Tín hiệu kích thích [1]
Một điện áp xoay chiều được đặt lên cuộn kích thích.
Điện áp xoay chiều tạo ra từ trường biến thiên gây ra điện áp xoay chiều trên cuộn 1 và cuộn 2. [1]
39 Nếu tín hiệu 1, tín hiệu 2 và góc phần tư tương ứng trên 3600 được gán cho nhau, phần mềm của bộ điều khiển J841 có thể liên tục xác định vị trí của rotor ngay cả khi đứng yên. Ngoài vị trí của rotor tốc độ của rotor cũng như tốc độ của động cơ V141 cũng được xác định.
Bảng 1.6. Ví dụ về cách xác định vị trí rotor [1] Ví dụ Tín hiệu 1 Tín hiệu 2 Góc phần tư I (0 - 900) + + Góc phần tư II (900 – 1800) - + Góc phần tư III (1800 – 2700) - - Góc phần tư IV (2700 – 3600) + - 1.4. Hoạt động:
1.4.1. Sơ đồ chuyển số và bảng chuyển số:
Hình 1.47. Sơ đồ chuyển số [1]
Bảng 1.7. Điều khiển và hoạt động của van điện từ [1]
Phần tử chuyển số/van điện từ/van điều khiển áp suất N486 P N88 N443 N371 F N215 A N216 B N217 C Dãy P Gài số P 0 0 0 0 - 1 1 1 1 Ngắt số P 1 1 X 0 - 1 1 1 1 Duy trì ngắt 1 0 0 0 - 1 1 1 1
40
Dãy “N” 0 0 X 0 - 1 1 1 1
Dãy N hoặc P: Nổ máy với
V141 0 0 X 1 1 1 1
Xe đang chạy: Nổ máy với
stater B 0 0 X 1 1 1 0 1st
Nổ máy với starter B 0 0 X 0 1 1 0 1st
Dẫn động bằng điện 0 0 X 0 1 1 0 1st
Dẫn động bằng ĐCĐT 0 0 X 1 1 1 0 1st
Hỗ trợ khởi hành dừng 0 0 X 0 1 1 0 1st
Điều khiển trung gian khi
ĐCĐT đang chạy 0 0 X 1 1 1 0 1st
Dẫn động hai hệ thống 0 0 X 1 1 1 0 1st
Sạc bởi ĐCĐT 0 0 X 1 1 1 0 1st
Tái tạo năng lượng phanh
và quán tính 0 0 X 0 1 1 0 1st Chế độ Freewheel 0 0 X 0 1 1 0 1st N218 D N233 E 2nd 0 1 1 1 1 3rd 0 1 0 1 0 4th 1 1 0 1 1 5th 1 0 0 1 0 6th 1 1 0 0 0 7th 1 0 1 0 0 8th 1 1 1 0 1 R 1 0 1 1 1
41
1.4.2. Các chế độ hoạt động: 1.4.2.1. Số đỗ xe P (khóa đỗ xe) 1.4.2.1. Số đỗ xe P (khóa đỗ xe)
Khóa đỗ xe trong chiếc Audi A8 2010 mới hoạt động bằng điện – thủy lực. Khóa đỗ xe được điều khiển bởi mạch thủy lực. Nó có thể được điều khiển bằng tay bởi người lái(sử dụng ca điều khiển) hoặc bằng tự động chức năng khóa đỗ xe. Cơ chế khóa đỗ xe trong hộp số xuất phát từ cơ chế trước đó.
Khóa đỗ xe được gài nhờ lực lò xo. Nó được vận hành bằng điện - thủy lực và được bảo vệ bằng điện từ. [2]
1.4.2.1.1. Gài khóa đỗ xe:
Các bộ phận hoạt động:
Lò xo khóa đỗ xe
Cần khóa đỗ xe với lò xo
Thanh liên kết
Van trượt hình nón với lò xo
42
Hình 1.48. Khóa đỗ xe được gài [2]
Khi van N486 và van N88 không được cấp điện, khóa đỗ xe được gài. Van khóa đỗ xe ở vị trí trung gian, khi đó không có áp suất dầu ở buồng xy lanh van trượt khóa đỗ xe. Piston của van N486 bị đẩy bởi lò xo và mở móc giữ. Lò xo của cần khóa đỗ xe đẩy chốt hãm gài vào bánh răng số đỗ xe thông qua thanh liên kết và van trượt hình nón. [2]
1.4.2.1.2. Ngắt và giữ khóa đỗ xe:
Các bộ phận hoạt động:
Van điện từ N88
Van điện từ khóa đỗ xe N486
Van trượt khóa đỗ xe
Về cơ bản, khóa đỗ xe được ngắt bằng cách kích hoạt điện thủy lực của van trượt khóa đỗ xe. Lực thủy lực được cấp lớn hơn nhiều lần so với lực lò xo trên cần khóa đỗ xe. Áp suất thủy lực cần thiết được tạo ra bởi bơm ATF.
Lưu ý: Để ngắt khóa đỗ xe, động cơ phải hoạt động. Nếu động cơ không hoạt động. Khóa
43 Để ngắt khóa đỗ xe, van N486 và van N88 được cấp điện. Áp suất điều khiển từ van N88 tác động lên van khóa đỗ xe. Piston của van này di chuyển đến vị trí làm việc của nó và cung cấp áp suất hệ thống đến xy lanh của van trượt khóa đỗ xe. Van trượt khóa đỗ xe kéo van trượt hình nón ra khỏi chốt hãm và ngắt khóa đỗ xe. Để chống lại sự sụt giảm áp suất, van trượt khóa đỗ xe bị khóa ngay sau đó.
Hình 1.49. Ngắt và giữ khóa đỗ xe [2]
Khi van N486 được kích hoạt, piston được rút lại. Lò xo giữ trở về vị trí ban đầu và khóa giữ móc vào van trượt khóa đỗ xe.
Áp suất hệ thống giảm trở về như trạng thái gài khóa đỗ xe. Van N486 vẫn được cấp điện. Lúc này, van trượt khóa đỗ xe được giữ nhờ lò xo giữ và khóa giữ. Vị trí giữ chỉ được duy trì trong một khoảng thời gian giới hạn vì nó tiêu hao điện năng của pin. [2]
Không có áp suất
Áp suất điều khiển (5 bar) Áp suất hệ thống (5- 16.5 bar)
44
1.4.2.2. 8 cấp số tiến và cấp số lùi R:
Hình 1.50. Sơ đồ hộp số [1]
Cấp số 1:
Hình 1.51. Dòng truyền công suất số 1 [4]
Tỉ số truyền: 4.714
Các phần tử chuyển số được kích hoạt: A,B,C.
Ly hợp F (Chạy bằng ĐCĐT)/ V141 > S4 > P4 > PT4 > Trục thứ cấp. [2] Công thức: 1 4 4 4 S H S Z Z i Z
45
Cấp số 2:
Hình 1.52. Dòng truyền công suất số 2 [4]
Tỉ số truyền: 3.143
Các phần tử chuyển số được kích hoạt: A, B, E.
Bánh đà kép/V141 > Ly hợp F > PT2 > P2 > H2 > clutch E > S4 > P4 > PT4 > Trục thứ cấp [2] Công thức: 2 2 4 2 4 H PT PT S Z Z i X Z Z Cấp số 3:
Hình 1.53. Dòng truyền công suất số 3 [4]
Tỉ số truyền: 2.106
Các phần tử chuyển số được kích hoạt: B, E, C.
1. Ly hợp F/ V141 > Ly hợp C > S4 > P4 > PT4 > Trục thứ cấp
2. Ly hợp C > Ly hợp E > H2 > P2 (RS2 đang bị khóa bởi H2 và PT2 đang được kết nối bởi ly hợp E và ly hợp C)
46 Công thức: 3 4 1 4 4 1 PT S S H PT Z i Z Z Z Z Cấp số 4:
Hình 1.54. Dòng truyền công suất số 4 [4]
Tỉ số truyền: 1.667
Các phần tử chuyển số được kích hoạt: B, E, D.
1. Ly hợp E khóa bộ bánh răng hành tinh RS3 ( S3, H3, PT3 quay cùng tốc độ), ly hợp D nối PT3 Và PT4. Vì vậy, tốc độ của PT3 = tốc độ của PT4
2. Ly hợp F/ V141 > PT2 > P2 > S2/S1 > P1 > PT1 > H4 > P4 > PT4 > Trục thứ cấp. Công thức: 4 1 2 2 PT H PT Z Z i Z Cấp số 5:
Hình 1.55. Dòng truyền công suất số 5 [4]
Tỉ số truyền: 1.285
Các phần tử chuyển số được kích hoạt: B, C, D.
1. Ly hợp F/ V141 > Ly hợp C > S4 + H3 (PT2, H3 and S4 = tốc độ trục sơ cấp) 2. Ly hợp D kết nối PT3 với PT4
47 3. Ly hợp F/ V141 > PT2 > P2 > S2/S1 > P1 > PT1 > H4 > Tốc độ PT4 phụ thuộc vào tốc độ của S4 và H4, được xác định theo công thức nPT4 = nS4.(ZS4/ZPT4) +
nH4.(ZH4/ZPT4). [2] Công thức: 1 4 3 3 2 4 5 2 3 4 1 3 3 2 4 2 PT PT S PT H H PT S S PT S H H H H Z Z Z Z Z Z i Z Z Z Z Z Z Z Z Z Cấp số 6:
Hình 1.56. Dòng truyền công suất số 6 [4]
Tỉ số truyền: 1.000
Các phần tử chuyển số được kích hoạt: C, D, E.
Ly hợp E và D khóa nhóm RS3 và RS4
Công suất truyền đến các nhóm bánh răng hành tinh thông qua ly hợp C Tốc độ trục sơ cấp = tốc độ trục thứ cấp. [2]
48
Hình 1.57. Dòng truyền công suất số 7 [4]
Tỉ số truyền: 0.839
Các phần tử chuyển số được kích hoạt: A, C, D.
1. Ly hợp F/ V141 > Ly hợp C > S4 + H3 (= tốc độ trục sơ cấp) 2. Ly hợp F/ V141 > PT2 > P2 > H2 > S3 > P3 > PT3 > Ly hợp D > PT4 Ly hợp D kết nối PT3 với PT4 (= tốc độ trục thứ cấp). [2] Công thức: 7 3 2 3 3 2 PT PT S H H Z i Z Z Z Z Cấp số 8:
Hình 1.58. Dòng truyền công suất số 8 [4]
Tỉ số truyền: 0.67
Các phần tử chuyển số được kích hoạt: A, E, D.