Việc tạo lực ép đai nhằm giữ lực ma sát giữa dây đai và các puly thích hợp, đảm bảo việc truyền moment đạt hiệu suất cao, dây đai luôn căng, không có hiện tượng trượt đai gây nguy hiểm cho hộp số. Lực ép đai phải giữ ở một mức thích hợp, không quá thấp cũng không quá cao. Đa số hộp số CVT tạo ra lực ép đai bằng áp lực dầu trong buồng xylanh thứ cấp ở puly thứ cấp đồng thời trang bị thêm một lò xo trụ ở puly này. Ngoài chức năng phối hợp với puly sơ cấp để thay đổi tỷ số truyền, xylanh thứ cấp còn có nhiệm vụ tạo áp suất để giữ lực ép dây đai. Lò xo trụ được trang bị thêm nhằm đảm bảo dây đai vẫn được ép nếu có trục trặc trên đường ống dầu, làm mất áp suất ép trong xylanh thứ cấp.
79 Đối với hộp số CVT K111 trên Toyota, bộ điều khiển sẽ điều khiển van điện từ SLS tạo áp suất dầu nhất định vào puly thứ cấp, kết hợp với cảm biến áp suất trong puly thứ cấp, bộ điều khiển có thể điều khiển chính xác lực ép dây đai.
Đối với hộp số CVT không sử dụng bộ biến mô như trên Audi A4, cảm biến moment sẽ đảm nhận nhiệm vụ điều khiển áp lực ép dây đai.
Khi xe hoạt động trong điều kiện không đổi, khe thoát dầu chỉ đóng một phần. Vậy nên dầu được bơm vào buồng xylanh áp suất cũng thoát ra một phần làm cho áp suất lúc này được giữ cố định và áp lực cân bằng với lực dọc trục do moment đầu vào gây ra.
Khi moment đầu vào tăng, nhờ vào cơ cấu các rãnh và các viên bi làm cho lỗ thoát dầu đóng nhiều hơn khiến dầu thoát ra ít hơn làm tăng áp suất trong buồng xylanh áp suất. Áp suất lúc này tăng lên cho đến khi cân bằng lại lực dọc trục và đẩy piston cảm biến moment mở lỗ thoát dầu nhiều lại, giữ áp suất ép ở mức cố định.
Tương tự khi moment giảm, lỗ thoát dầu được mở nhiều hơn làm áp suất giảm cho tới khi cân bằng lại lực dọc trục.
Tại mức moment lớn, lỗ thoát dầu sẽ đóng hoàn toàn, áp lực ép sẽ gia tăng nhanh chóng do đó đáp ứng được yêu cầu để truyền moment.
Áp lực ép dây đai tác dụng lên các puly không chỉ phụ thuộc ở moment đầu vào mà còn ở tỷ số truyền thực tế của các puly.
Hình 2.84 Cảm biến moment điều khiển lực ép dây đai trên hộp số của Audi
81 Như biểu đồ, tỷ số truyền trong quá trình khởi động đòi hỏi áp lực ép là lớn nhất. Khi tỷ số truyền giảm dần thì lực ép dây đai cũng giảm. Để thực hiện được điều này, cảm biến moment được trang bị thêm buồng cảm biến moment thứ 2.
Áp suất trong khoang cảm biến moment thứ 2 được điều khiển bởi hai lỗ trên trục của puley sơ cấp. Những lỗ này đóng mở thông qua sự chuyển động ngang của puly di động sơ cấp.
Khi các puly thay đổi tới tỷ số truyền thấp ở tốc độ cao, những lỗ này được đóng lại. Các lỗ được mở hoàn toàn khi ở tỷ số truyền cao (khi khởi động).
Khi lỗ thoát dầu được mở ra, lúc này buồng xylanh áp suất sẽ thông với khoang cảm biến moment 2 và áp suất dầu bây giờ được truyền đi. Chính áp suất này sẽ chống lại lực ngang của cảm biến moment và di chuyển piston cảm biến moment về bên trái. Cạnh điều chỉnh mở lỗ thoát dầu nhiều hơn làm giảm áp suất dầu bên trong xylanh áp suất.
Lợi ích chính của chu trình điều chỉnh áp suất 2 giai đoạn là để làm giảm áp lực ép, gia tăng hiệu suất có thể được tận dụng ở tỷ số truyền ở giữa.
Ngoài ra, để kết hợp với cảm biến moment điều khiển áp suất ép, hộp số CVT trên Audi còn có buồng khử áp suất động do dầu thuỷ lực gây ra trang bị trên puly thứ cấp.
Tại tốc độ cao, dầu hộp số trong buồng xylanh áp suất tạo ra lực ly tâm cao, dẫn đến gia tăng áp suất. Việc gia tăng này là điều không mong muốn và ảnh hưởng xấu đến việc điều khiển truyền moment.
Hộp số được trang bị thêm một buồng áp suất đối diện để khử áp suất động có thể xãy ra. Buồng khử áp suất nhận và xả dầu thông qua thông qua lỗ phun dầu. Lỗ phun dầu này có nhiệm vụ cung cấp dầu hoặc xả dầu ra tuỳ thuộc vào áp suất cẩn thiết trong khoang áp suất.
83
2.3.3 Điều khiển làm mát ly hợp trên xe không sử dụng biến mô
Hình 2.88 Cấu tạo bộ làm mát ly hợp Hình 2.89 Khoang khử áp suất động
Đối với các loại hộp số không sử dụng biến mô, moment sẽ được truyền trực tiếp từ bánh đà đến bộ truyền bánh răng hành tinh thông qua ly hợp số tiến và phanh số lùi, nên sẽ làm cho các đĩa ma sát tại đây quá mức. Vậy nên các ly hợp sẽ được làm mát bởi các đường ống dầu riêng biệt được thiết kế riêng để bảo vệ chúng khỏi tiếp xúc với nhiệt độ cao (đặc biệt là khi chạy đoạn đường xa với tải trọng nặng).
Để sự mất mát năng lượng ít nhất do bộ phận làm mát ly hợp gây nên, dòng dầu làm mát chỉ được thổi vào khi cần thiết thông qua bộ điều khiển làm mát dầu tích hợp trong bộ thân van. Lượng dầu cũng được gia tăng thông qua một bơm hút.
Để tối ưu dầu làm mát, dòng dầu làm mát chỉ được truyền qua các bộ ly hợp đang truyền năng lượng.
Dầu làm mát và áp lực dầu cho ly hợp số tiến được truyền thông qua các đường ống bên trong trục đầu vào của hộp số. Cả hai tín hiệu dầu được tách biệt làm hai đường bởi các ống thép
Một “bộ chia dầu” được gắn ở đầu ra dầu trên trục các lỗ trên trục đầu vào của hộp số dẫn các dòng dầu làm mát tới bộ ly hợp số tiến và số lùi.
Làm mát ly hợp số tiến
Khi ly hợp số tiến đóng, thì xylanh của ly hợp số tiến sẽ đẩy bộ chia dầu về sau.
Ở vị trí này, dầu làm mát được thổi qua mặt trước của bộ chia dầu và qua ly hợp số tiến Làm mát ly hợp số lùi
Khi ly hợp số tiến không hoạt động (khi động cơ chạy ở tốc độ cầm chừng hoặc ly hợp số lùi hoạt động), bộ chia dầu sẽ ở vị trí ban đầu.
Ở vị trí này, dầu làm mát sẽ được đưa tới bộ chia dầu và điều hướng tới ly hợp số lùi bằng đĩa phân phối. Các nhánh của ống phân phối dẫn một lượng dầu tới bộ bánh răng hành tinh và cung cấp một lượng bôi trơn cần thiết.
85
2.3.4 Điều khiển xe lên xuống dốc
Hình 2.90 Đồ thị điều khiển xe lên dốc
ECU phát hiện xe lên/xuống dốc dựa vào góc mở bàn đạp ga và tốc độ xe. Giúp xe giữ được tốc độ tối ưu khi xe di chuyển trên đường quanh co có lên xuống dốc.
Khi lên dốc xe sẽ cần công suất cao hơn nên trong trường hợp này thì tốc độ động cơ và mức độ đầu ra phải được tăng lên mà không cần người lái phải liên tục mở bướm ga nhiều hơn do đó nếu ECU phát hiện xe đang lên dốc, ECU sẽ điều chỉnh hộp số ở tỷ số truyền phù hợp nhất để đảm bảo cho người lái chạy xe một cách êm dịu nhất.
Khi ECU phát hiện xe đang xuống dốc đồng thời nhận tín hiệu từ bàn đạp phanh khi phát hiện người lái đang đạp phanh, ECU sẽ giảm tốc tạo ra một lực phanh động cơ lại, giúp xuống dốc ổn định hơn.
Nếu người lái muốn được hỗ trợ bởi phanh động cơ khi lái xe xuống dốc, người lái phải chỉ ra điều này bằng cách nhấn bàn đạp phanh .Nếu động cơ đang trong giai đoạn quá tốc độ và tốc độ đường tăng ngay cả khi nhấn bàn đạp phanh, tỷ số truyền của hộp số sẽ được điều chỉnh dần về phía underdrive và moment hãm động cơ được tăng lên.
Bằng cách nhấn bàn đạp phanh nhiều lần (không giảm tốc độ trên đường), bộ điều khiển hộp số sẽ điều khiển tỷ số truyền dần về số thấp. Do đó người lái có thể kiểm soát tốt về cường độ phanh động cơ.
87 Nếu độ dốc giảm, tỷ số truyền hộp số được điều chỉnh về số cao và tốc độ trên đường của xe sẽ tăng nhẹ.
Lưu ý:
Khi lái xe xuống dốc nhấn bàn đạp phanh (và giữ bàn đạp phanh xuống) chức năng xuống dốc sẽ không hoạt động giống như mô tả. Nếu tốc độ xe trên đường được giữ không đổi bằng cách sử dung phanh thì hộp số sẽ không thể nhận ra ý định của người lái và do đó không thể hỗ trợ người lái tăng hiệu ứng phanh động cơ.
Tuy nhiên, nếu xe vượt quá tốc độ đã định, chức năng xuống dốc sẽ được kích hoạt một cách tự động. Moment hãm động cơ có thể điều khiển bằng cách sử dung chức năng tiptronic.
Hình 2.93 So sánh tốc độ thực tế và tốc độ lý thuyết Hình 2.94 So sánh khả năng lên xuống dốc
Tốc độ thực tế được tính toán từ các tín hiệu tốc độ trên xe sẽ được đem so sánh với tốc độ lý thuyết (dựa trên đường bình thường) được lưu trữ trong ECU để xác định đang lên dốc hay xuống dốc.
2.3.5 Điều khiển an toàn và chẩn đoán
Khi các cảm biến hoặc van điện từ trong hộp số có vấn đề, hộp điều khiển sẽ có biện pháp thay thế để đảm bảo xe vẫn có thể chạy bình thường, không ảnh hưởng tới quá trình vận hành xe quá nhiều. Đồng thời bảng đồng hồ hiển thị cũng sẽ cảnh báo người lái để nhanh chóng khắc phục các phần bị lỗi.
Bảng 2.3 Phương pháp tự động khắc phục tạm thời lỗi của hộp số
Phần bị lỗi Khắc phục
Cảm biến tốc độ đầu vào Giá trị tốc độ đầu vào được tính toán dựa vào tốc độ động cơ
Cảm biến tốc độ đầu ra Giá trị tốc độ đầu ra được tính toán dựa vào tốc độ bánh xe lấy từ hộp điều khiển ABS thông qua mạng CAN Cảm biến áp suất puly sơ
cấp và thứ cấp
Giá trị áp suất sẽ được lấy từ giá trị thay thế có sẳn trong bộ điều khiển
Van điện từ điều khiển ép dây đai
Việc điều khiển ép dây đai sẽ ngừng và lực ép dây đai sẽ phụ thuộc trực tiếp vào áp lực trên đường ống dầu Lúc này tỷ số truyền của puly sẽ được cố định tại giá trị xác định
Van điện từ điều khiển tỷ
số truyền Tỷ số truyền sẽ được cố định tại một giá trị xác định Van điện từ khoá biến mô
(đối với những hộp số sử dụng biến mô)
Việc điều khiển khoá biến mô sẽ ngừng và biến mô sẽ không đóng
Cảm biến nhiệt độ dầu hộp số
Giá trị nhiệt độ dầu hộp số sẽ được tính toán thông qua giá trị nước làm mát
89 Khi bộ điều khiển hộp số xác định lỗi, bộ điều khiển sẽ ghi lại các thông tin liên quan tới lỗi, đèn báo lỗi trong bảng đồng hồ hiển thị sẽ sáng hoặc nhấp nháy để thông báo cho người lái về lỗi. Tại cùng thời điểm, mã lỗi sẽ được lưu vào bộ nhớ, từ đây, kỹ thuật viên sửa chữa có thể dùng máy chẩn đoán để kết nối vào đây, đọc mã lỗi và tiến hành sữa chữa.
2.4 Các kiểu truyền động vô cấp khác 2.4.1 Cone CVT 2.4.1 Cone CVT
Hộp số CVT sử dụng các trục côn là loại hộp số CVT đơn giản nhất. Hộp số gồm hai trục côn đặt ngược nhau và một bộ phận trung gian ở giữa, vòng xoay có thể thay thế bằng con lăn
hoặc dây đai. Hộp số truyền moment qua lực ma sát giữa các chi tiết. Việc thay đổi hành trình của bộ phận trung gian sẽ thay đổi bán kính tiếp xúc của hai trục côn từ đó thay đổi tỷ số truyền moment một cách liên tục.
2.4.2 Hydrostatic CVT (hộp số vô cấp thuỷ tĩnh)
Hộp số thuỷ tĩnh gồm hai phần chính là bơm và motor. Trục của bơm được dẫn động bằng bằng động cơ để bơm dầu theo các đường ống vào motor thuỷ tĩnh, tại motor thuỷ tĩnh, áp lực và lưu lượng dầu sẽ được chuyển thành chuyển động quay làm quay bánh xe.
Thực tế, hộp số thuỷ tĩnh thường được trang bị trên các dòng xe nông nghiệp như xe máy kéo, máy cày, máy xúc,… và các dòng xe nâng.
Hộp số thuỷ tĩnh trên xe nâng của hãng Linde
Bơm và motor thuỷ tĩnh trên xe nâng được cấu tạo tương tự nhau gồm ba phần chính là đĩa quay, piston và xylanh. Các đĩa quay được đặt nghiêng, độ nghiêng của đĩa quay ở bơm
có thể điều chỉnh được trong khi ở motor thuỷ lực thì không. Khi bơm hoạt động, trục của bơm sẽ kéo đĩa quay quay, thông qua các khớp nối với piston sẽ chuyển chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, ép dầu trong các xylanh.
Khi xe đứng im, đĩa quay ở vị trí trung gian, hành trình của piston bằng không nên không tạo ra áp suất dầu, bánh xe không chuyển động. Khi người lái nhấn bàn đạp ga tiến hoặc lùi, đĩa xoay sẽ nghiêng một góc nhất định, piston sẽ di chuyển tịnh tiến trong lòng xylanh tạo ra hai đường dầu áp suất cao và áp suất thấp tác động liên tục vào đĩa quay của motor thuỷ lực làm quay bánh xe. Đĩa quay càng nghiêng thì xe càng tăng tốc. Do việc chuyển đổi số tiến số lùi bằng cách thay đổi độ nghiên của đĩa xoay nên việc điều khiển xe nâng trở nên dễ dàng và linh hoạt.
2.4.3 Toroidal CVTs
Hình 2.97 Bộ truyền moment vô cấp dạng đĩa xuyến Hình 2.96 Bộ truyền vô cấp thuỷ lực trên xe nâng Linde
91 Nguyên lý thay đổi tỉ số truyền liên tục
Moment từ động cơ tới đĩa chủ động, thông qua con lăn moment tiếp tục được truyền qua đĩa bị động từ đó tới đầu ra hộp số. Bằng cách thay đổi độ nghiêng của con lăn, hộp số vô cấp Toroidal CVTs có thể thay đổi tỷ số truyền liên tục.
Các điểm tiếp xúc giữa đĩa chủ động với con lăn tạo thành vòng tròn với tâm nằm trên trục sơ cấp hộp số, đường kính là khoảng cách hai điểm đó, tương tự các điểm tiếp xúc giữa con lăn và đĩa bị động cũng tạo thành vòng tròn như vậy và có tâm nằm trên trục thứ cấp. Hai vòng tròn này có bán kính khác nhau. Tỷ số giữa hai bán kính này chính là tỷ số truyền tốc độ giữa hai trục sơ cấp và thứ cấp. Đây cũng là tỷ số truyền của hộp số.
Khi vòng tròn trên đĩa bị động lớn hơn đĩa chủ động thì đĩa bị động sẽ quay chậm hơn tương ứng với tỷ số truyền giảm trên hộp số sử dụng bánh răng thông thường. Ngược lại, khi vòng tròn trên đĩa bị động nhỏ hơn đĩa chủ động thì tương ứng với tỷ số truyền tăng.
Mặc dù hộp số vô cấp Toroidal CVTs thay đổi tỷ số truyền bằng cách xoay các con lăn nhưng hộp số không tác dụng lực trực tiếp để xoay chúng mà lực để xoay các con lăn được cung cấp bởi các đĩa quay. Vì các đĩa quay với tốc độ cao nên việc sử dụng lực của các đĩa quay để điều khiển con lăn cho phép con lăn nghiêng ngay lập tức, liên tục và mượt mà. Điều này giúp hộp số thay đổi tỷ số truyền nhanh chóng.
Cấu tạo của cần điều khiển con lăn bao gồm con lăn gắn một trục quay. Trục này có thể chuyển động tịnh tiến lên xuống và được điều khiển bằng một piston thuỷ lực.