4.1.1. Giới thiệu mô hình:
4.1.1.1. Ý tưởng thi công phần cơ khí:
Đối tượng thi công là hộp số tự động Toyota loại A343F được thiết kế cắt phần vỏ hộp số tại các vị trí của các phanh và ly hợp nhằm thấy được vị 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 điều khiển bằng thủy lực thành điều 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 thị 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 khởi động số trung gian bằng cơ cấu cần dẫn khớp xoay.
Hộp số được dẫn động băng motor điện có thể dịch chuyển được trên giá đỡ để thay đổi độ căng dây curoa thích hợp. Đối với cơ cấu truyền động, puly chủ động gắn với motor điện được lựa chọn sẽ có đường kính nhỏ hơn puly bị 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 điều khiển bằng thủy lực.
Phần khung được thiết kế đảm bảo đủ độ cứng, bền để chịu được trọng lượng lớn các chi tiết đặt lên và chịu được tải trọng động do các chi tiết quay gây nên, đảm bảo đủ vị 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 ở đáy khung để thuận tiện cho quá trình giảng dạy.
78 Bảng hiển thị 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 lý hoạt động và đường truyền công suất của hộp số thông qua các đèn led ở từng bộ chấp hành, đồng hồ báo áp suất khí nén, màn hình led thể hiện phần trăm độ mở bướm ga và tốc độ xe, các đèn led thể hiện tay số đang hoạt động, công tắc khởi động ON/OFF, công tắc OD, biến trở điều chỉnh mức tải và một bộ vi xử lý ECT.
4.1.1.2. Các chi tiết trên mô hình:
Bảng 4. 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 A343F 1
2 Motor dẫn động Motor điện 1
3 Cơ cấu truyền động
Puly chủ động ( Đk trục f 22 mm, Đk
ngoài f 60 mm) 1
Puly bị động ( Đk trục f 22 mm, Đk
ngoài f 300 mm) 1
Dây curoa truyền động 1
Bạc đạn nhào (Đk trục f 22mm ) 1 Trục nối biến mô ( Đk trục f 21.9 mm) 1
4 Cơ cấu điều khiển
Bàn đạp ga 1
Cảm biến vị trí bàn đạp ga 1
79
Cảm biến vị trí chuyển số 1
Cảm biến tốc độ xe 1
Van solenoid điều khiển cấp khí nén 7 5 Đường dẫn khí nén Cụm dây dẫn khí nén 6 Bảng hiển thị 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
4.1.1.3. Giới thiệu ý tưởng thiết kế :
Hộp số tự động là một trong những loại hộp số được lựa chọn sử dụng phổ biến nhất trên xe ô tô hiện nay, do vậy nhu cầu nghiên cứu và học tập về 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 bởi 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 về hộp số.
Vì vậy các mô hình về hộp số tự động lần lượt được tạo ra nhằm phục vụ cho quá trình nghiên cứu và học tập về loại hộp số này. Tuy nhiên ở hầu hết các mô hình cắt bổ hiện nay chỉ có thể quan sát được các chi tiết bên trong ở 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 A343F với phần vỏ hộp số được cắt bổ, bộ vi xử lý 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
80 được điều khiển bằng khí nén tạo ra một mô hình hộp số mở giúp sinh viên có thể thấy được cấu tạo, vị trí và trạng thái hoạt động của các bộ chấp hành bên trong ở trạng thái hoạt động của chúng. Dựa trên đề 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 tử điều khiển hộp số tự động: Đề 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”, chúng em đã thực hiện thi công mô hình A343F để giúp sinh viên có thể tìm hiểu them về hộp số tự động . Vì vậy với đồ án " THI CÔNG MÔ HÌNH HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TOYOTA A343F" lần này, chúng em sẽ thi công, phát triển và điều khiển mô hình mới tiếp tục phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập cho sinh viên.
Một số chi tiết được chúng em cải tiến trong mô hình này:
• Nghiên cứu thêm hệ thống điều khiển chế độ tải nặng và tải nhẹ. • Nghiên cứu điều khiển chế độ kick-down của hộp số.
• Thiết kế lại bản điều khiển trực quan hơn giúp người học dễ hiểu được các chế độ hoạt động
• Thay chìa khóa thành nút khởi động On-Off
Mô hình sau khi hoàn thiện:
• Các thông tin hiển thị trực quan hơn. • Các bộ phận điều khiển dễ dàng vận hành. • Các chi tiết cơ khí được gia công tỉ mỉ, sắc sảo. • Mô tả thêm nhiều tính năng
4.1.1.4. Motor điện:
81
Hình 4. 1: Mô-tơ Điện Bảng 4. 2: Thông số motor điện
Công suất 1.0 HP Cực motor 4 P Volts 110/220 V Tần số 50 Hz Tốc độ 1450 R.P.M 4.1.1.5. Cụm van điện từ khí nén:
Là bộ chấp hành nhận lệnh điều khiển từ vi xử lý 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. Van điện từ này là loại 5/2 sử dụng điện áp 24V. Khi cấp điện vào đầu cuộn coil của van, xylanh sẽ đi hết hành trình của mình, và sẽ thu lại vị trí ban đầu ngay khi ngưng cấp điện vào van. Trong mô hình sử dụng cổng đầu dẫn khí ra ở cổng số 4. Với khí nén cấp vào tại cổng số 1 thông qua thân kết nối 7 van điện từ. Phạm vi áp suất của van từ 0.1 ~ 0.7Mpa.
82
Hình 4. 2: Cụm van điện từ điều khiển khí nén
4.1.1.6. Đồng hồ báo áp suất khí nén:
Dùng để thể hiện áp suất trên ống phân phối. Giá trị áp suất cần thiết để các phanh và ly hợp của hợp sốhoạt động tốt là 4-8 kg/cm2, giá trị được trích từ Tài liệu đào tạo
TOYOTA. Hộp số tự động tập 9 giai đoạn 2 .
83
4.1.2. Thi công phần cơ khí của hộp số tự động A343F: 4.1.2.1. Thiết kế và thi công khung đỡ hộp số: 4.1.2.1. Thiết kế và thi công khung đỡ hộp số:
Mục đích: Đỡ hộp số và các chi tiết khác phục vụ cho việc hoạt động của hộp số.
Hình 4. 4: Bản vẽ khung đỡ
84
Hình 4. 6: Khung được thực hiện
4.1.2.2. Thi công cắt vỏ hộp số:
Mục đích: Quan sát được các chi tiết bên trong hộp số trong quá trình hoạt động.
85
4.1.2.3. Thi công đưa đường khí nén vào hộp số:
Mục đích: Tạo đầu nối ống khí nén ở các lỗ dầu giúp dẫn khí nén thông qua các
đường dầu đến các bộ chấp hành C0, C1, C2, B0, B1, B2, B3.
86
Hình 4. 9: Thi công taro tạo ren để dẫn các ống khí
4.1.2.4. Thi công khóa biến mô thủy lực:
Mục đích: Khóa ly hợp khóa biến mô, biến mô lúc này chỉ có chức năng truyền
momen từ động cơ điện đến trục sơ cấp hộp số.
87
4.1.2.5. Thi công motor dẫn động và cơ cấu truyền động:
Mục đích: Truyền chuyển động quay của motor điện thông qua puly chủ động, dây
curoa và puly bị động đến biến mô dẫn động biến mô quay dẫn động trục sơ cấp của hộp số.
Hình 4. 11: Motor dẫn động và cơ cấu truyền động đến trục sơ cấp hộp số.
4.1.2.6. Thi công lắp đặt cơ cấu chuyển số, bàn đạp ga và các cảm biến:
❖ Lắp đặt cần chuyển số và cảm biến vị trí trung gian:
Mục đích: Khi vị trí cần chuyển số thay đổi, cảm biến vị trí trung gian sẽ nhận tín hiệu
88
Hình 4. 12: Cần chuyển số và cơ cấu cần dẫn khớp xoay.
❖ Lắp đặt bàn đạp ga và cảm biến vị trí bàn đạp ga:
Mục đích: Khi thay đổi hành trình bàn đạp ga, cảm biến vị trí bàn đạp ga nhận tín hiệu thay đổi của góc mở cánh bướm ga và gửi tín hiệu đến ECU. ECU điều khiển cấp điện hiển thị % độ mở bướm ga lên màn hình led và đồng thời truyền tín hiệu điều khiển tốc
độ động cơ và chế độ lái thích hợp nhất.
Hình 4. 13: Bàn đạp ga có gắn cảm biến vị trí bướm ga.
4.1.2.7. Thi công lắp đặt cụm van solenoid và cụm dây dẫn khí nén
Chức năng: Nhận lệnh điều khiển từ ECU để đóng ngắt đường dẫn khí nén đến các
89
Hình 4. 14: Cụm van solenoid điều khiển cấp khí nén.
Vị trí van 1 2 3 4 5 6 7
Vị trí được cấp khí nén C0 B0 C2 B1 B2 B3 C1
Bảng 4. 3: Vị trí van solenoid điều khiển cấp khí nén đến các phanh và ly hợp
90
4.1.2.8. Thi công chi tiết bảo vệ:
Mục đích: Bảo vệ người vận hành khi thực hiện khởi động mô hình
Hình 4. 16: Chi tiết bảo vệ người dùng
4.1.2.9. Thiết kế và thi công bảng hiển thị:
Mục đích: Hiển thị giúp người sử dụng dễ dàng quan sát được chi tiết các hoạt động
của mô hình đang diễn ra ở các vị trí cụ thể.
Bản hiện thị được thiết kế với tiêu chí về tính thống nhất và đầy đủ về các tính năng hoạt động của mô hình. Trên bảng hiển thị được thêm một sơ đồ khối hoạt động của hộp số. Sơ đồ này nhìn đơn giản nhưng lại dễ dàng hiểu được nguyên lý cũng như đường truyền công suất của hộp số thông qua việc điều khiển các đèn led bên dưới các bộ phận ví dụ như các phanh, ly hợp, khớp một chiều. Lúc này Led sẽ sáng ở đúng các chế độ hoạt động của từng tay số.
Trên bảng điều khiển có bảng hiện thị hoạt động của các van điện từ, phanh và ly hợp của hộp số tại từng tay số để hiện thị thông tin hoạt động của các bộ phận nhằm so sánh với các đèn Led được mô phỏng trên sơ đồ khối hoạt động bên phải để kiểm tra sự chính xác khi mô hình hoạt động.
91 Ngoài ra còn các hiện thị các thông số của vị trí cánh bướm ga, tốc độ xe,… để hiện thị cho người học đầy đủ thông tin tại thời điểm mà hộp số hoạt động.
Hình 4. 17: Bản thiết kế bảng hiển thị của mô hình trên phần mềm Corel
Hình 4. 18: Bảng hiển thị hoạt động thực tế 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 chiều tại từng tay số • Áp suất khí nén được cấp
92 • Bộ vi xử lí • Hiển thị góc mở cách bướm ga • Hiển thị tốc độ xe • Công tắc nguồn • Núm chỉnh tải
• Đèn báo chế độ O/D OFF • Đèn báo kick down
• Các vị trí kiểm tra tín hiệu: 0V, 5V, 12V, VS, TPS, SOL NO.1, SOL NO.2
4.1.2.10. Sơn mô hình và hoàn thiện phần cơ khí:
Hình 4. 19: Mô hình trước và sau khi sơn khi sơn
4.2. Thi công hệ thống điều khiển hộp số tự động A343F:
4.2.1. Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình hộp số tự động A343F: 4.2.1.1. Thiết kế lưu đồ điều khiển mô hình hộp số tự động 4.2.1.1. Thiết kế lưu đồ điều khiển mô hình hộp số tự động
Lưu đồ thuật toán điều khiển mô hình sau đây được tình bày nguyên lý lên xuống số ở từng tay số tại mức độ tải thường và ở 3 độ mở bướm ga tượng trương. Ở chương trình điều khiển chính sẽ được lập trình bởi 10 trường hợp của góc mở cánh bướm ga để quá trình lên số được chuẩn xác hơn. Dựa vào các lưu đồ này là cơ sở để có thể viết được chương trình điều khiển của mô hình hộp số tự động A343F.
93
LƯU ĐỒ CHỌN DẢI SỐ
94
LƯU ĐỒ CHUYỂN SỐ DẢI “D”
95
LƯU ĐỒ LÊN SỐ TẠI DẢI ”D”
96
LƯU ĐỒ XUỐNG SỐ TẠI DẢI ”D”
97
LƯU ĐỒ CHỌN SỐ DẢI “ 2 “
98
LƯU ĐỒ LÊN SỐ TẠI DẢI “ 2 “
99
LƯU ĐỒ XUỐNG SỐ TẠI DẢI “ 2 “
100
LƯU ĐỒ CHUYỂN SỐ TẠI DẢI “ L “
101
LƯU ĐỒ LÊN SỐ TẠI DẢI “ L “
102
LƯU ĐỒ LÊN SỐ TẠI DẢI “ L “
Hình 4. 29: Lưu đồ xuống số tại dải L
4.2.1.2. Ứng dụng thuật toán Fuzzy điều khiển mô hình hộp số tự động A343F: 4.2.1.2.1. Tổng quan về thuật toán Fuzzy logic: 4.2.1.2.1. Tổng quan về thuật toán Fuzzy logic:
❖ Định nghĩa về Fuzzy logic:
Hệ logic mờ (Fuzzy logic) mô tả quan hệ dựa trên luật nếu–thì (if–then rules), ví dụ như “ nếu mở van nóng thì nhiệt độ tăng”. Sự nhập nhằng (không xác định) trong định nghĩa của các thừa số ngôn ngữ (ví dụ, nhiệt độ cao) được biểu diễn thông qua tập mờ, là tập có các biến chồng khớp. Theo ý nghĩa của tập mờ, thì một miền phần tử có thể đồng thời nằm trong nhiều tập (với các cấp độ tham gia khác nhau). Ví dụ t = 20◦C nằm trong tập nhiệt độ Cao có hàm thành viên là 0.4 và trong tập nhiệt độ Trung bình với hàm thành viên là 0.2. Sự thay đổi từ hàm thành viên sang không tham gia cho một kết quả suy diễn mịn dùng luật mờ nếu-thì , thực ra là một dạng nội suy.
103
Hình 4. 30: Ví dụ về logic mờ