2.5.1. Kiểu hộp số
Hộp số được sử dụng để truyền cơng suất từ động cơ tới các bánh xe dẫn động, đáp ứng tốc độ quay và mơ-men xoắn yêu cầu về điều kiện lái xe. Các hộp số được chia thành hai phần: phần thủy lực (van từ và xi lanh) và phần cơ khí (hệ thống đồng bộ hĩa). Như hình 2.8 cho thấy, chất lỏng thủy lực ban đầu được bơm bởi bộ điều khiển từ bể chứa đến bộ tích lũy áp suất, đĩ là nơi nĩ được lưu trữ dưới nhiệt độ cao sức. Sau đĩ, chất lỏng được truyền qua van từ trường đến các nhánh khác nhau.
20
2.5.1.1. Các thành phần thủy lực
Để thực hiện một hoạt động chuyển dịch, chủ yếu cĩ hai loại van từ: Van điều khiển áp suất (PCV1 và PCV2 trong hình 2.8) và van chuyển mạch (SV1và SV2 trong hình 2.8). Hai van điều khiển áp suất được sử dụng để điều khiển chuyển động quay của một bộ điều khiển piston, được kết nối với một cần chuyển số. Hai van chuyển mạch được kết nối với một bộ điều chỉnh piston khác, được sử dụng để chọn vị trí cổng. Van điều khiển áp suất thể hiện trong hình 2.9 cĩ ba cổng: cổng cung cấp, cổng phát hành và cổng đầu ra. Cổng đầu ra được kết nối với cảm biến tích hợp buồng, tạo ra một phản lực hồi cho pít tơng. Độ lớn của lực này phụ thuộc vào áp suất cổng ra và diện tích hiệu dụng của buồng cảm biến.
Hình 2.9: Sơ đồ kiểm sốt áp suất van
Chất lỏng thủy lực đi qua cổng cung cấp, tạo ra một lực và di chuyển pít tơng sang trái cho đến khi lực F bằng với áp lực cung ứng. Vị trí giữa chính là trạng thái ổn định. Các trạng thái ổn định được biểu diễn trong phương trình 1, trong đĩ As , Ar là các khu vực hiệu quả của cảng tiếp liệu và các khoang cảng giải phĩng, Ps , Pr là cổng cung cấp và cổng nhả thủy lực áp suất, Fspring0 biểu thị lực ban đầu của lị xo.
Khi van từ tính này được kích hoạt bởi dịng điện i, cuộn dây tạo ra một lực điện từ Fmagnetic, tạo cho pít tơng một xung lực để di chuyển sang phía bên trái. Trong quá trình chuyển động của pít tơngquá trình, diện tích lỗ của cổng cung cấp cho cổng đầu ra tăng và áp lực đầu ra tăng lên. Khi cổng đầu ra được kết nối với buồng cảm biến,
21
một chất lỏng được tích lũy và tạo ra phản ứng chống lại pít tơng. Bên cạnh những phản ứng của áp lực do chất lỏng sinh ra, pít tơng cũng chịu tác dụng của lực lị xo và lực ma sát. Phương trình 2 mơ tả phản lực tạm thời,
trong đĩ xplunger, vplunger và mplunger là vị trí pít tơng, tốc độ và khối lượng. Aslider
là vùng hiệu quả của cảm biến buồng, Fmagnetic là lực từ gây ra bởi dịng điện i, độ tự cảm của cuộn dây L và hằng số của bộ biến đổi c (phụ thuộc vào các thơng số cấu trúc như thơng lượng mật độ và chiều dài dây), Ffriction là lực ma sát trong đĩ cĩ lực ma sát liên tục Fcoulomb, lực ma sát tỷ lệ với tốc độ Fprop và ma sát Fstribeck , Fspring là lực lị xo với độ cứng k . Nếu một tín hiệu hịa sắc được thêm vào từ tính điều khiển van, Fstribeck cĩ thể được lấy bằng khơng. Trạng thái ổn định cuối cùng được biểu thị bởi phương trình 3. Trong trạng thái này, pít tơng dừng lại ở vị trí giữa, vận tốc và gia tốc bằng khơng.
Với phương trình 1 và phương trình 3, mối quan hệ giữa lực từ và phản ứng của buồng cảm biến lực cĩ thể được biểu thị trong phương trình 4. Đối với một chi tiết van từ tính các thơng số hình học vật lý là cố định, vì vậy kết luận rằng van điều khiển áp suất cĩ mối quan hệ tuyến tính với áp lực đầu ra. Mối quan hệ này được mơ tả
(2)
22
trong phương trình 5, với m là hệ số gĩc, n là độ lệch và i0 biểu thị dịng điện ban đầu được sử dụng để vượt qua ma sát từ trong điều kiện tĩnh.
Lưu lượng chất lỏng q trong quá trình này cĩ thể được biểu thị theo phương trình Bernoulli (phương trình 6), α là hệ số xả và ρ là mật độ của chất lỏng. Khi pít tơng di chuyển từ giữa sang vị trí bên trái, cổng đầu ra được kết nối với cổng cung cấp, lưu lượng chất lỏng và mức áp suất của nĩ tăng lên. Khi pít tơng di chuyển sang bên phải từ vị trí giữa, cổng đầu ra được kết nối với cổng phát hành. Điều này làm chất lỏng chảy sang bể. Khi pít tơng ở vị trí giữa, khơng cĩ tốc độ dịng chảy ngoại trừ rị rỉ, áp lực ở cổng đầu ra cĩ một giá trị ổn định.
(4)
(5)
23
Hình 2.10: Mơ-đun động của van điều khiển áp suất
2.5.1.2. Các thành phần cơ khí
Bộ đồng bộ là thành phần quan trọng trong truyền tải. Nĩ sử dụng các yếu tố ma sát và khĩa để đồng bộ hĩa sự khác biệt tốc độ xảy ra trong quá trình bánh răng dịch chuyển. Như trong hình 2.11, quá trình chuyển số cĩ thể được chia thành 5 giai đoạn theo vị trí và tốc độ chênh lệch.
Giai đoạn 1: Lực sang số FS tác dụng lên trục chuyển động của tay cần sang số và làm cho bánh răng chuyển dịch. Chuyển động dừng lại khi vịng đồng bộ chặn tay cần sang số.
Giai đoạn 2: Lực dọc trục được truyền từ tay sang số đến vịng đồng bộ hĩa, tạo ra momen ma sát TR , lớn hơn nhiều so với mơ-men xoắn TZ. Ở giai đoạn này, sự khác biệt về tốc độ ∆w giữa bánh răng khơng tải và trục truyền được giảm về khơng. Giai đoạn 3: Khi tốc độ chênh lệch ∆w gần với bằng khơng, mơmen ma sát TR biến mất. Tại thời điểm này vịng đồng bộ quay trở lại để nhả số.
24
Giai đoạn 4: Tay sang số bắt đầu di chuyển cho đến khi nĩ gặp phải bánh răng bên ngồi của trung tâm đồng bộ hĩa. Chênh lệch ∆w tăng trở lại khi đồng bộ hĩa mơ-men xoắn giảm dần.
Giai đoạn 5: Tồn bộ quá trình đồng bộ hĩa hồn thành ngay sau khi tay sang số tham gia vào bánh răng trung tâm đồng bộ hĩa. Dịng điện được truyền từ trục truyền tới bánh răng.
Hình 2.11: Quy trình đồng bộ hĩa
Các giá trị chi tiết mơ-men xoắn được thay đổi theo các giai đoạn đồng bộ hĩa: Mơmen ma sát TR được đưa ra trong phương trình 7 (áp dụng cho giai đoạn 1 và 2) được tính tốn thơng qua lực sang số FS , số bề mặt ma sát j và một số giá trị hình học khác. Cácmơ-men xoắn TZ được biểu thị trong phương trình 8 (được sử dụng trong giai đoạn 2 và 3) được tính bằng lực sang số FS, đường kính ly hợp dKS, gĩc răng β và ma sát µlt giữa tay sang số và vịng đồng bộ hĩa dựa trênmơ-đun đồng bộ hĩa được biểu thị trong hình 2.12.
(7)
25
Hình 2.12: Mơ-đun động của bộ đồng bộ hĩa
26
Hình 2.13: Sơ đồ ly hợp
Nĩa phát hành và lị xo đĩa được sử dụng để tạo ra áp lực dọc trục đối với vịng bi nhả và áp suất đĩa ăn. Lực giải phĩng Frelease làm tăng lực bình thường trên đĩa ly hợp (bao gồm đĩa truyền động, lị xo xoắn, trung tâm...), động cơ và hộp số sau đĩ được tách ra. Khi lực Frelease, đĩa áp suất đến gần đĩa ly hợp, mơ-men xoắn động cơ cĩ thể được truyền từ bánh đà đến hộp số qua đĩa truyền động và lị xo xoắn.
2.5.2.1. Các thành phần thủy lực
Một van tỷ lệ (PV1 trong hình 2.8) được sử dụng để điều khiển sự chuyển động của xi lanh ly hợp. Quá trình này được mơ tả trong phương trình 9. Chuyển động phụ thuộc vào khối lượng của xylanh pít tơng mpiston, gia tốc apiston , diện tích pít tơng Apiston , áp suất P , lực ma sát Ffriction (được đề cập trong phương trình 2) và lực phản F(s) từ thành phần ly hợp cơ khí.
Tính tốn áp suất của piston thơng qua phương trình 10, trong đĩ K là khả năng nén mơđun và V0 là thể tích bù đắp do thủy lực ống tiếp liệu.
27
Van tỷ lệ cĩ tính năng vùng mở APV sẽ phản hồi tuyến tính với đầu vào hiện tại i. Biểu thức lưu lượng thể tích gây ra q tương tự như phương trình 6 (diện tích mở van được điều khiển bởi dịng điện thay vì vị trí piston xplunger).
2.5.2.2. Các thành phần cơ khí
Cơng suất ly hợp mơ tả đặc tính của mơ-men xoắn truyền qua ly hợp trong khi trượt. Nĩ được thể hiện trong phương trình 11,
với lực dọc trục Fax trên lớp lĩt ma sát, tốc độ phụ thuộc hệ số ma sát µ , số tấm bề mặt ma z , bán kính bề mặt ma sát bên ngồi và bên trong r0 và ri . Điều đáng chú ý là trong quá trình ly hợp bị trượt, ly hợp truyền mơ-men xoắn bằng ly hợp sức chứa. Khi ly hợp tham gia (trở thành khớp nối hệ thống), mơ-men xoắn bằng với mơ-men xoắn động cơ trừ đi ma sát. Để đơn giản hĩa, việc chuyển vị dọc trục được sử dụng làm đầu vào mơ-đun cho việc tính tốn cơng suất ly hợp và mối quan hệ giữa ly hợp truyền mơ-men xoắn và gây ra chuyển vị dọc trục được mơ tả bằng bảng tra cứuđ ược tạo ra thơng qua thử nghiệm. Các phản lực dọc trục Fcounterlà kết quả lực của đĩa và áo lị xo. Nĩ cĩ thể được lấy từ lực dọc trục Fax theo giả thiết rằng đĩa lị xo là một địn bẩy cứng. Nhưng thực tế lị xo đĩa cĩ độ cứng thay đổi phụ thuộc vào ly hợp nén. Hệ thống giảm xĩc xoắn ly hợp được sử dụng để giảm sự bất thường quay do động cơ đốt trong gây ra. Phần tử này cĩ ý nghĩa đối với mơ hình động trong mục đích chuyển dịch hiệu chuẩn tiện nghi. Hệ thống giảm xĩc xoắn ly hợp được mơ hình hĩa với một hệ thống giảm chấn lị xo (nhiều lị xo nén và một van điều tiết). Hình 2.14 mơ tả đặc tính lị xo xoắn. Khi gĩc tương đối ∆ bắt đầu từ 0 thì lị xo nhỏ hơn cĩ độ cứng k1 sẽ được nén (quy trình này được sử dụng cho xe hoạt động khơng tải), sau khi gĩc tương đối đạt đến ∆1, lị xo hồn tồn nén, và lị xo cĩ độ cứng k2 bắt đầu bị
(10)
28
nén. Khi đạt tới ∆2, lị xo dừng nén và di chuyển đến một điểm dừng cơ học. Các thơng số tương ứng là cố định thơng qua các phép đo và các thí nghiệm trên băng thử.
29
30
Chương 3
HỘP SỐ AMT Ở MỘT SỐ HÃNG XE HIỆN NAY
3.1. Easytronic AMT (Opel)
Hộp số sàn tự động Easytronic cĩ bộ truyền động điện thủy lực hỗn hợp để ngắt ly hợp và hai bộ truyền động điện để chuyển số (lựa chọn và tham gia).
Hình 3.1: Easytronic (AMT) - thành phần
1. Ly hợp (ly hợp tự điều chỉnh) 2. Xi lanh phụ ly hợp (CSC)
31
3. Động cơ điện (dịng điện một chiều) - khởi động ly hợp 4. Piston (bên trong xi lanh)
5. Cơ cấu sang số
6. Động cơ điện (dịng điện một chiều) - lựa chọn bánh răng 7. Động cơ điện (dịng điện một chiều) - tham gia bánh răng
Khi vị trí ly hợp được điều khiển bởi một mơ-đun điều khiển điện tử, điều quan trọng là phải giữ cho các thơng số cơ học của ly hợp khơng đổi hoặc điều chỉnh các thuật tốn điều khiển cho phù hợp với độ mịn ly hợp.
Đĩa ma sát bị mịn trong thời gian sử dụng, làm cho hành trình ly hợp (khoảng cách đĩng / mở) cĩ thể thay đổi (nhỏ hơn đối với ly hợp mới). Đối với mơ-đun điều khiển điện tử, điều này được coi là sự xáo trộn của quá trình tháo / lắp ly hợp và cĩ thể dẫn đến hoạt động ly hợp bị lỗi. Cĩ hai cách để vượt quá điều này:
▪ Cơ khí tự điều chỉnh ly hợp.
▪ Học về hành trình ly hợp và điều chỉnh các thuật tốn điều khiển. Bộ ly hợp (1) tự động điều chỉnh chức năng hành trình (khoảng cách đĩng / mở) về độ mịn của đĩa ma sát. Nĩ được gọi là ly hợp tự điều chỉnh (SAC) và nĩ được sản xuất bởi LuK (Schaeffler).
32
Hình 3.2: Easytronic - bộ truyền động ly hợp
1. Hộp thiết bị truyền động với bộ điều khiển truyền động tích hợp (TCU) 2. Sâu (bánh răng)
3. Bánh xe giun
4. Động cơ điện DC (cĩ chổi than) 5. Pít tơng
6. Ống đầu ra (về phía CSC)
7. Đường ống đầu vào (từ bể chứa) 8. Thanh kết nối
Bộ truyền động ly hợp là sự kết hợp giữa bộ truyền động thủy lực và điện. Khi cần ngắt ly hợp, động cơ điện (4) được cấp điện bởi TCU. Rơto của động cơ điện được nối trực tiếp với bánh sâu (2), ăn khớp khơng đổi với bánh sâu (3). Chuyển động quay của bánh con sâu được thanh truyền (8) chuyển thành chuyển động thẳng, cĩ
33
tác dụng đẩy piston (5) và tạo ra áp suất. Thơng qua cửa xả (6), chất lỏng cĩ áp suất đến xi lanh phụ ly hợp (CSC) và kích hoạt ly hợp.
Mạch thủy lực được làm bằng một xi lanh và một pít tơng ở phía thiết bị truyền động và xi lanh phụ ly hợp ở phía bên kia. Lực truyền động của ly hợp tỷ lệ thuận với áp suất chất lỏng trong mạch.
Do đĩ, vị trí của ly hợp được điều khiển bởi áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực, áp suất này phụ thuộc vào vị trí của động cơ điện một chiều (DC).
Hình 3.3: Easytronic - thiết bị truyền động bánh răng
1. Đầu nối điện cho động cơ điện tham gia bánh răng 2. Đầu nối điện để lựa chọn bánh răng động cơ điện 3. Động cơ điện lựa chọn bánh răng
34
5. Ngĩn tay tương tác bánh răng (cho tương tác bánh răng) 6. Bánh xe
Từ vị trí trung hịa, nếu một bánh răng cần ăn khớp, động cơ chọn bánh răng (3) sẽ di chuyển thanh răng (4) lên và xuống. Khi mặt phẳng bánh răng (cổng) thích hợp đã được chọn, động cơ ăn khớp bánh răng (1) sẽ quay bánh răng (6) sẽ quay ngĩn tay ăn khớp bánh răng (5). Các ống trượt của bộ đồng bộ hĩa bánh răng được kết nối thơng qua một cái dĩa và một trục với ngĩn tay ăn khớp bánh răng (5). Khi ngĩn tay ăn khớp bánh răng (5) được di chuyển đến một trong các vị trí cuối của nĩ, bánh răng được ăn khớp.
Các động cơ điện được tích hợp cảm biến vị trí. Dựa trên thơng tin vị trí, mơ- đun điều khiển truyền lực điều chỉnh cơng suất điện của động cơ để đưa chúng về vị trí mong đợi.
3.2. Easytronic 3.0 (Opel)
Hộp số sàn tự động 5 cấp mới của Opel / Vauxhall, Easytronic 3.0, sử dụng bộ truyền động điện thủy lực để chuyển số và ly hợp. AMT mới cũng cĩ thể hỗ trợ chức năng Dừng & Khởi động động cơ.
Mơ-men xoắn đầu vào tối đa của hộp số là 190 Nm và cĩ thể được trang bị trên động cơ xăng 1.4L hoặc động cơ diesel 1.3. Bộ chuyển số và bộ đồng bộ hĩa phổ biến với phiên bản hộp số sàn.
35
Hình 3.4: Easytronic 3.0 AMT
Mơ-đun điện thủy lực chịu trách nhiệm về ly hợp và truyền động bánh răng bao gồm chủ yếu bao gồm: bơm (với động cơ điện), bộ tích lũy áp suất thủy lực, bình chứa chất lỏng và khối van điện từ. Ngồi ra, các cảm biến lựa chọn bánh răng và vị trí tham gia và cảm biến áp suất chất lỏng được tích hợp trong cùng một mơ-đun mà khơng cần đi dây. Điều này mang lại lợi thế về chi phí, khối lượng, đĩng gĩi và độ tin cậy của hệ thống.
Để đo tốc độ trục đầu vào, hộp số sàn tự động mới được trang bị cảm biến tốc độ, sử dụng nguyên lý hiệu ứng Hall. Bánh răng thứ 4 đĩng vai trị là mục tiêu cho cảm biến tốc độ, do đĩ khơng cần một bánh xe đích riêng biệt và tất cả các trục cĩ thể được sử dụng khơng thay đổi, trong các ứng dụng AMT hoặc MT.
36
Tham số Giá trị
Mơ-men xoắn cực đại [Nm] 190 Tỷ số truyền [-] Tay số 1 3.727 Tay số 2 2.136 Bánh răng thứ 3 1.323 Bánh răng thứ 4 0,892 Bánh răng thứ 5 0,674 Số lùi 3.308 Bánh răng truyền động cuối cùng
4.188 (4.625), tùy thuộc vào tay số
Khoảng cách giữa [mm] 180 Chiều dài [mm] 365 Khối lượng (khơ) [kg] 39 Thể tích chất lỏng truyền [L] 1,6