GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ
Hộp số tự động bánh răng hành tinh
Hình 1.2 Hộp số tự động bánh răng hành tinh
Hộp số tự động bánh răng hành tinh là một loại hộp số tiên tiến, tự động thay đổi tỷ số truyền thông qua bánh răng hành tinh thay vì bánh răng cơ khí truyền thống Hệ thống điều khiển tự động sử dụng công nghệ thuỷ lực và điện tử, trong khi việc điều chỉnh moment được thực hiện bằng bộ biến mô thay vì ly hợp thông thường Hiện nay, nhiều công nghệ mới được áp dụng vào hộp số này, giúp cải thiện cấu trúc, tăng số tay số và tỷ số truyền, cũng như nâng cao độ chính xác trong thời điểm chuyển số và khả năng điều khiển điện tử.
Nguyên lý làm việc chung của hộp số tự động bánh răng hành tinh
Hộp số tự động thông thường được chia thành ba phần chính: bộ biến mô, bộ truyền bánh răng hành tinh và bộ điều khiển Dòng công suất từ động cơ được truyền qua biến mô đến hộp số và hệ thống truyền động Biến mô không chỉ đóng vai trò như một khớp nối thủy lực mà còn là cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực, đồng thời khuếch đại mômen từ động cơ đến hệ thống truyền lực phía sau, tùy thuộc vào điều kiện sử dụng.
Hộp số truyền công suất thông qua sự ăn khớp giữa các bánh răng trong bộ bánh răng hành tinh, kết hợp với phanh và ly hợp ma sát, nhằm thay đổi tỷ số truyền.
Hộp số tự động bánh răng hành tinh sử dụng các phanh và ly hợp để điều chỉnh đường truyền công suất, từ đó thay đổi tỷ số truyền và chiều quay của bánh răng.
Các phanh và ly hợp hiện nay được điều khiển tự động thông qua hệ thống thủy lực hoặc điện tử Hộp số nhận tín hiệu đầu vào chủ yếu từ góc mở bướm ga và tốc độ xe, từ đó điều chỉnh tỷ số truyền một cách hiệu quả.
Hộp số tự động bánh răng hành tinh hoạt động dựa trên sơ đồ điều khiển và sơ đồ đường truyền công suất, cho phép tối ưu hóa hiệu suất và tăng cường khả năng vận hành của xe Các sơ đồ này thể hiện cách thức truyền lực và điều khiển các bánh răng, đảm bảo sự chuyển đổi mượt mà giữa các cấp số.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại hộp số tự động với sự phát triển nhằm nâng cao độ chính xác và tính hợp lý trong quá trình chuyển số Mặc dù có sự khác biệt về giá thành và công nghệ sản xuất, nhưng chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng vẫn tương đồng Trong hộp số tự động, mọi bộ phận đều ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc chung, do đó yêu cầu kỹ thuật đối với các chi tiết và bộ phận cấu thành hộp số rất khắt khe về cả thiết kế lẫn chế tạo.
Phân loại hộp số tự động bánh răng hành tinh
Hệ thống điều khiển hộp số tự động được chia thành hai loại chính: loại điều khiển bằng thủy lực hoàn toàn, sử dụng hệ thống thủy lực để điều khiển, và loại điều khiển điện, áp dụng các chế độ được thiết lập trong bộ điều khiển cho việc chuyển số và khóa biến mô Loại điều khiển điện, còn gọi là hộp số ECT (Electronic Controlled Transmission), không chỉ thực hiện chức năng điều khiển chuyển số và khóa biến mô mà còn tích hợp thêm chức năng tự chẩn đoán và tín hiệu dự phòng.
- Làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải chuyển số
- Do có sử dụng biến mô nên thay đổi được momen do động cơ phát ra một cách liên tục trong khoảng nhỏ
- Giảm độ ồn khi làm việc
- Chuyển số liên tục không ảnh hưởng tới dòng lực từ động cơ
- Độ tiêu hao nhiên liệu lớn hơn so với hộp số sàn truyền thống do sự hao hụt công suất ở biến mô thủy lực
- Công nghệ chế tạo đòi hỏi có độ chính xác cao
- Việc sửa chữa hộp số tự động khá phức tạp và tốn kém
Hiện nay hộp số tự động bánh răng hành tinh được ứng dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe tiêu biểu như: Toyota Camry 2.5Q, Corolla Altis, Vinfast Lux SA2.0,…
Hộp số ly hợp kép (Dual Clutch Transmission)
Hộp số ly hợp kép được phát minh bởi nhà khoa học người Pháp Adolphe Kegresse, năm
Vào năm 1939, ý tưởng về bộ ly hợp kép đã được đề xuất, nhưng sự bất ổn về chính trị và tài chính đã cản trở sự phát triển của dự án Đến giữa những năm 1980, Porsche và Audi đã ứng dụng công nghệ hộp số ly hợp kép vào các dòng xe đua như Porsche 956 và Audi Sport Quattro S1, giúp họ đạt nhiều thành tích cao trong các giải đua quốc tế Năm 2003, Volkswagen đã sản xuất hàng loạt hộp số ly hợp kép với mẫu xe đầu tiên là Volkswagen Golf R32, gặt hái nhiều thành công Sau đó, nhiều hãng xe như Mercedes Benz, Mazda và Audi cũng đã áp dụng công nghệ này cho các dòng xe của mình.
Hộp số ly hợp kép có cấu tạo tương tự như hộp số sàn thông thường, nhưng điểm khác biệt chính là bộ ly hợp kép, bao gồm hai loại: ly hợp khô và ly hợp ướt Ly hợp khô có thiết kế đơn giản, nhẹ và chi phí thấp hơn, trong khi ly hợp ướt được ngâm hoàn toàn trong dầu và được điều khiển bằng hệ thống.
Hình 1.6 Hộp số tự động ZF của Vinfast
Công nghệ ly hợp ướt trong hộp số DCT hiện nay được các hãng xe ưa chuộng hơn vì điện - thuỷ lực có tuổi thọ và công suất cao hơn so với ly hợp khô.
Hộp số ly hợp kép bao gồm hai trục sơ cấp lồng vào nhau, mỗi trục kết nối với một ly hợp riêng Trục sơ cấp màu vàng, liên kết với ly hợp C1, điều khiển các cấp số 1, 3, 5, 7, trong khi trục màu xanh, rỗng và nằm bên ngoài trục vàng, nối với ly hợp C2 để điều khiển các cấp số 2, 4, 6 và số lùi.
Dựa vào dữ liệu từ các cảm biến như cảm biến vị trí số, cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến tốc độ động cơ, máy tính sẽ thực hiện lệnh điều khiển thông qua cơ cấu chấp hành.
Van điều khiển điện từ trong DCT là cơ cấu chấp hành quan trọng, có chức năng đóng mở các đường dầu Cấu tạo của van điều khiển từ bao gồm lõi thép từ và cuộn dây.
Hộp số ly hợp kép hoạt động như một sự kết hợp giữa hai hộp số sàn, tạo thành một hệ thống thống nhất.
Hộp số ly hợp kép (DCT) có cơ chế hoạt động khác biệt so với hộp số sàn truyền thống Khi tài xế muốn chuyển số, việc nhấn bàn đạp ly hợp là cần thiết để ngắt kết nối giữa động cơ và hộp số Sau khi thực hiện thao tác này, tài xế sẽ đẩy cần số để chuyển sang cấp số mới, và cuối cùng thả bàn đạp ly hợp để kết nối lại động cơ với hộp số, cho phép truyền lực xuống các bánh xe.
Hộp số ly hợp kép sử dụng hai bộ ly hợp mà không cần bàn đạp côn trong khoang lái, vận hành tương tự như hộp số tự động Điều này có thể gây thắc mắc khi không thấy cơ chế chuyển đổi mô-men, vì hộp số tự động sử dụng biến mô để chuyển đổi mô-men từ động cơ qua hộp số.
Hình 1.8 Đường truyền công suất ở tay số 1
Khi xe đang chạy ở số 1, ly hợp C1 đóng và ly hợp C2 mở, dòng công suất được truyền từ động cơ qua ly hợp C1 đến trục sơ cấp 1 (màu vàng) Từ đây, công suất tiếp tục được truyền đi.
Khi xe chuyển từ số 1 sang số 2, bộ đồng tốc của bánh răng số 2 được chuẩn bị sẵn, cho phép quá trình chuyển số diễn ra nhanh chóng và mượt mà Ly hợp C1 mở trong khi ly hợp C2 đóng lại, giúp dòng công suất tiếp tục được truyền từ động cơ qua trục sơ cấp 2, cặp bánh răng số 2, đến bộ đồng tốc, và dẫn động bộ vi sai Quá trình chuyển số này diễn ra liên tục, đảm bảo không bị gián đoạn Đối với xe sử dụng hộp số ly hợp kép, lẫy chuyển số cho phép người lái chủ động hơn trong việc điều khiển các cấp số, mang lại cảm giác lái chân thật hơn.
Hiện nay hộp số ly hợp kép được sử dụng trên các dòng xe như: Ford Focus, Porsche Panamera, Hyundai Tucson Turbo 2018,…
Hình 1.9 Hộp số ly hợp kép của Porsche
Phân loại hộp số ly hợp kép
Phân loại theo kiểu ly hợp a) DCT sử dụng ly hợp khô b) DCT sử dụng ly hợp ướt
Hình 1.10 Hộp số sử dụng ly hợp kép khô
Hình 1.11 Hộp số sử dụng ly hợp kép ướt
Phân loại theo trục thứ cấp của hộp số a) DCT sử dụng một trục thứ cấp b) DCT sử dụng hai trục thứ cấp
Hình 1.13 Hộp số DCT sử dụng một trục thứ cấp
Hình 1.12 Hộp số DCT sử dụng hai trục thứ cấp Ưu điểm
Việc sử dụng hai ly hợp giúp quá trình chuyển số diễn ra nhanh chóng và giảm thiểu tối đa độ ngắt quãng giữa các cấp số, từ đó mang lại trải nghiệm vận hành mượt mà hơn cho xe.
Thời gian sang số nhanh và chính xác, tạo cảm giác lái phấn khích và thể thao hơn
Hộp số ly hợp kép DCT có thiết kế đơn giản và gọn nhẹ hơn nhiều so với các hộp số tự động có cấp, vốn sử dụng biến mô thủy lực và cơ cấu bánh răng hành tinh.
Công suất bị thất thoát trong quá trình chuyển số nhỏ
Tiết kiệm nhiên liệu hơn so với hộp số tự động
Hộp số DCT có thiết kế và thuật toán phức tạp, dẫn đến giá thành cao, phù hợp chủ yếu với xe hạng sang, xe thể thao và siêu xe.
Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế cũng còn khá cao so với các loại hộp số khác.
Hộp số vô cấp (Continuously Variable Transmission)
Hộp số vô cấp là một loại hộp số đặc biệt, không sử dụng bánh răng để điều chỉnh tỷ số truyền động mà thay vào đó hoạt động dựa trên hệ thống puly và dây đai Điều này cho phép hộp số thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục và mượt mà, không gặp phải tình trạng khựng lại như ở hộp số truyền thống.
Hình 1.14 Hộp số vô cấp
Hộp số CVT (Continuously Variable Transmission) bao gồm hai puly có khả năng thay đổi đường kính và một dây đai chạy trong rãnh giữa hai puly hình nón Hai khối hình nón này có thể điều chỉnh khoảng cách giữa chúng, mang lại hiệu suất vận hành linh hoạt Hiện nay, hộp số CVT đang được áp dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe như Honda Civic, Toyota Vios và Audi A4.
HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÔ CẤP CVT
Giới thiệu chung
Hộp số CVT, viết tắt của Continuously Variable Transmission, là loại hộp số biến thiên vô cấp đang ngày càng phổ biến trên các mẫu xe ô tô mới, đặc biệt là ở các dòng xe cỡ nhỏ giá rẻ.
Cấu tạo của một hộp số vô cấp (CVT) thường bao gồm 3 phần chính:
Bộ truyền bánh răng hành tinh và vô cấp
Cấu tạo của hộp số vô cấp CVT
Hình 2.1 Tổng quan hộp số vô cấp CVT
Đóng vai trò như một ly hợp thủy lực để truyền (hay không truyền) momnent động cơ đến hộp số
Khuyếch đại mô men từ động cơ vào hộp số (Bộ truyền bánh răng hành tinh) bằng việc sử dụng dầu hộp số tự động như một môi chất
Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực
Thay thế chức năng của bánh đà
Các cánh bơm được gắn trực tiếp lên vỏ biến mô và vỏ biến mô kết nối với trục động cơ
Bánh bơm trong hộp số tự động có thiết kế cánh quạt cong và góc cạnh, hoạt động cùng với tốc độ động cơ Khi quay, lực ly tâm đẩy dầu ra ngoài, trong khi các cánh bánh bơm hướng môi chất lỏng về phía tuabin Nhờ vậy, bánh bơm hoạt động như một máy bơm ly tâm, hút dầu từ hộp số và cung cấp cho tuabin.
Chức năng chính của stator là định hướng dòng chảy của chất lỏng từ tuabin, giúp chất lỏng đi vào bánh bơm theo hướng quay Khi chất lỏng được dẫn vào theo hướng quay, nó sẽ tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống bơm.
Bộ biến mô của bánh bơm, như hình 2.3, có cấu tạo giúp tăng mô-men xoắn lên nhiều lần Stator có khả năng thay đổi hướng của môi chất lên đến gần 90 độ và được gắn với khớp một chiều, cho phép nó chỉ xoay theo một hướng Tuabin được kết nối với hệ thống truyền lực, trong khi stator nằm ở giữa bánh bơm và tuabin.
Bánh tuabin kết nối với trục đầu vào hộp số tự động, bao gồm các cánh cong và có góc cạnh, được thiết kế để thay đổi hướng của môi chất vào bánh bơm Khi tuabin quay, trục đầu vào hộp số cũng quay, giúp di chuyển phương tiện Ngoài ra, tuabin còn có ly hợp khóa, giúp khóa hoạt động của bánh tuabin khi biến mô đạt đến điểm kết nối động cơ với hộp số, cải thiện hiệu suất của biến mô.
Ly hợp khóa biến mô
Khi xe di chuyển với tốc độ cao, cơ cấu ly hợp kết nối bánh tuabin với bánh bơm, giúp nối trực tiếp động cơ với hộp số Điều này cho phép công suất từ động cơ được truyền trực tiếp đến hộp số, nâng cao hiệu quả công suất và tiết kiệm nhiên liệu.
Nguyên lý truyền công suất
Hình 2.4 Đường dầu trong biến mô
Khi tốc độ bánh bơm tăng, lực ly tâm khiến dầu chảy từ tâm ra ngoài, và khi tốc độ tiếp tục tăng, dầu bị ép văng ra khỏi bánh bơm Dầu va chạm vào cánh bánh tua bin, làm bánh tua bin quay cùng chiều với bánh bơm Dầu sau đó chảy dọc theo các cánh của bánh tua bin, và khi vào bên trong, cánh cong trong sẽ đổi hướng dầu trở lại về phía bánh bơm, khởi động chu kỳ mới Quá trình truyền mô men được thực hiện thông qua sự tuần hoàn dầu giữa bánh bơm và bánh tua bin.
Bộ biến mô khuyếch đại mô men bằng cách dẫn dầu khi vẫn còn năng lượng sau khi đi qua bánh tua bin, trở về bánh bơm qua cánh của Stato Điều này có nghĩa là bánh bơm được quay nhờ mô men từ động cơ, và mô men này được bổ sung từ dầu quay về từ bánh tua bin Như vậy, bánh bơm thực hiện việc khuyếch đại mô men ban đầu để dẫn động bánh tua bin.
Hoạt động của biến mô
Xe đang đỗ động cơ chạy không tải
Khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải, moment mà động cơ tạo ra là thấp nhất Việc đạp phanh, dù là phanh tay hay phanh chân, sẽ làm tăng tải trọng lên bánh tuabin do không thể di chuyển.
Nguyên lý khuyếch đại moment của biến mô quay cho thấy rằng khi xe đang đỗ, tỉ số truyền tốc độ giữa bánh tuabin và cánh bơm bằng không, trong khi tỉ số truyền mômen đạt mức cao nhất Điều này dẫn đến việc bánh tuabin luôn sẵn sàng quay với mômen lớn hơn so với mômen mà động cơ sản sinh.
Khi phanh được nhả ra, bánh tuabin quay cùng trục sơ cấp hộp số, giúp tăng mômen quay khi đạp chân ga Điều này tạo ra mômen lớn hơn so với mômen do động cơ cung cấp, từ đó giúp xe bắt đầu chuyển động hiệu quả.
Xe chạy với tốc độ thấp
Hình 2.6 Hoạt động của biến mô khi xe đang đỗ
Hình 2.7 Hoạt động của biến mô khi xe chạy
Khi tốc độ của xe tăng lên, tốc độ quay của bánh tuabin nhanh chóng bằng với cánh bơm
Tỉ số truyền mômen đạt đến giá trị 1:1 một cách nhanh chóng Khi đạt đến điểm ly hợp, stato bắt đầu quay và sự khuếch đại mômen giảm xuống, biến mô hoạt động như một khớp thủy lực Kết quả là, tốc độ của xe tăng gần như tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ, đảm bảo sự vận hành mượt mà và hiệu quả.
Xe chạy với tốc độ từ trung bình đến cao
Chức năng của bộ biến mô chỉ như một khớp thủy lực Bánh tuabin quay với tốc độ gần bằng tốc độ của cánh bơm
2.2.2 CVT không sử dụng bộ biến mô
Hộp số Mutiltronic của Audi
Hộp số CVT của Audi khác biệt so với hộp số tự động thông thường, vì nó không sử dụng bộ biến mô để truyền moment Thay vào đó, moment do động cơ tạo ra được truyền trực tiếp, mang lại hiệu suất cao hơn và trải nghiệm lái mượt mà hơn.
Hình 2.8 Đường truyền công suất ở số tiến
Trục đầu vào từ bánh đà truyền động đến puly sơ cấp qua ly hợp số tiến Puly sơ cấp tiếp tục truyền moment đến puly thứ cấp thông qua đai truyền Cuối cùng, moment được chuyển tới vi sai và qua bán trục đến bánh xe chủ động.
Ly hợp ướt được sử dụng để sang số trong hộp số tự động, giúp loại bỏ biến mô và cho phép điều khiển đường truyền moment và đỗ xe thông qua ly hợp tiến và phanh số lùi Quá trình này được giám sát và điều khiển bởi bộ điều khiển hộp số.
Bộ điều khiển hộp số sử dụng tín hiệu từ nhiều nguồn như tốc độ động cơ, tốc độ đầu vào hộp số, vị trí bàn đạp ga, moment xoắn, vị trí bàn đạp phanh và nhiệt độ dầu hộp số để điều khiển các van điện từ Qua đó, nó điều chỉnh van thủy lực nhằm tạo ra áp suất dầu phù hợp, truyền đến ly hợp số tiến hoặc phanh số lùi thông qua van tay.
Nguyên lý điều khiển
2.3.1 Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền
Hộp số CVT sử dụng Motor bước
Chuyển số từ số thấp sang số cao
Không có dầu được bơm vào trong puly sơ cấp bởi vì đường dầu vào đang bị đóng bởi van điều khiển tỷ số truyền
Hình 2.72 Chuyển số từ số thấp sang số cao
Dòng dầu được bơm vào trong puly thứ cấp bởi van thứ cấp đang hướng xuống dưới
Thanh liên kết di chuyển sang bên trái nhờ mô tơ bước, làm cho đường dầu vào của van điều khiển tỷ số truyền được mở ra Kết quả là áp suất được bơm vào puly sơ cấp.
Trong khi đó van thứ cấp di chuyển lên trên lỗ thoát dầu làm cho dầu trong puly thứ cấp thoát ra ngoài
Hình 2.73 Chuyển số từ số thấp sang số cao
Khi dầu được bơm vào puly sơ cấp, nửa di động của puly sẽ di chuyển sang phải, tạo áp lực lên dây đai và làm tăng đường kính của nó.
Khi nửa di động của puly sơ cấp di chuyển sang phải, van điều khiển tỷ số truyền cũng sẽ di chuyển theo hướng bên phải thông qua thanh liên kết gắn liền với nửa di động này.
Hình 2.74 Chuyển số từ số thấp sang số cao
71 puly sơ cấp.Dây đai được kéo về phía puly sơ cấp làm cho nửa di động của puly thứ cấp di chuyển sang bên phải
Khi nửa di động của puly thứ cấp dịch chuyển sang phải, van điều khiển tỷ số truyền cũng di chuyển theo và đóng đường dầu vào, hoàn thành quá trình chuyển số Đồng thời, van thứ cấp di chuyển xuống để bơm dầu vào puly thứ cấp, tạo áp lực cho dây đai.
Hình 2.75 Chuyển số từ số thấp sang số cao
Chuyển số từ số cao sang số thấp
Thanh liên kết di chuyển sang bên phải nhờ mô tơ bước, khiến van điều khiển tỷ số truyền cũng di chuyển theo, mở lỗ thoát dầu và cho phép dầu trong puly sơ cấp chảy về cacte Dầu được bơm vào puly thứ cấp thông qua van thứ cấp đang hướng xuống dưới.
Hình 2.76 Chuyển số từ số cao sang số thấp
Dầu được bơm vào puly thứ cấp, khiến nửa di động của puly này di chuyển sang bên trái, làm mở rộng đường kính dây đai Khi dây đai được kéo về phía puly thứ cấp, nửa di động của puly sơ cấp cũng di chuyển sang trái Sự di chuyển này dẫn đến việc van điều khiển tỷ số truyền bắt đầu dịch chuyển sang trái thông qua thanh liên kết với nửa di động của puly sơ cấp.
Hình 2.77 Chuyển số từ số cao sang số thấp
Khi nửa di động của puly thứ cấp di chuyển sang trái, nó ép dây đai ra ngoài, làm tăng đường kính Đồng thời, nửa puly di động của puly sơ cấp cũng sẽ dịch chuyển sang trái để đồng bộ hóa với chuyển động này.
Khi nửa puly di động của puly sơ cấp di chuyển sang trái, van điều khiển tỷ số truyền cũng sẽ di chuyển theo và đóng lại lỗ thoát dầu, hoàn tất quá trình chuyển số.
Hình 2.78 Chuyển số từ số cao sang số thấp
Điều khiển thay đổi tỷ số truyền của hộp số Audi Multronic Điều khiển điện
Hộp điều khiển của Multitronic sử dụng chương trình điều khiển động học (Dynamic Control Program - DRP) để tính toán tốc độ đầu vào hộp số danh định, là phiên bản nâng cấp từ chương trình sang số động học (DSP) của hộp số tự động thông thường Tín hiệu đầu vào của hộp số cùng với trạng thái hoạt động của xe được phân tích để đảm bảo tỷ số truyền tối ưu trong mọi tình huống lái xe.
Chương trình điều khiển động học (dynamic control program (DRP)) tính toán tốc độ đầu vào hộp số danh định phụ thuộc vào điều kiện giới hạn
Hình 2.79 Bộ điều khiển điện thay đổi tỷ số truyền
Cảm biến G182 ghi lại giá trị tốc độ thực tế tại puly sơ cấp
Bộ điều khiển hộp số gửi tín hiệu cho van điện từ N216 bằng cách so sánh giá trị thực tế với điểm đặt trước, từ đó tạo ra áp suất điều khiển cho van giảm áp theo tỷ lệ với tín hiệu dòng điện Việc điều khiển tỷ số truyền được giám sát thông qua tín hiệu từ cảm biến tốc độ đầu vào G182 và cảm biến tốc độ đầu ra G195, cùng với tốc độ động cơ, nhằm đảm bảo tính hợp lý trong quá trình điều khiển thủy lực.
Hình 2.80 Điều khiển tỷ số truyền khởi động trên hộp số của Audi
Van điện từ N216 hoạt động với áp suất không đổi khoảng 5 bar, nhờ vào van áp suất định hướng (VSTV) Van này cung cấp áp suất điều khiển tương ứng với dòng điều khiển, được tính toán bởi hộp điều khiển của hộp số điều khiển vị trí van điều khiển tỷ số truyền (ĩV).
Dòng điện điều khiển ở mức cao dẫn tới áp suất điều khiển ở mức cao
Van điều khiển tỷ số truyền (ĩV) sẽ truyền áp suất điều chỉnh đến xylanh chuyển vị của puly sơ cấp và thứ cấp, tùy thuộc vào áp suất điều khiển.
Van hoạt động ở áp suất điều khiển từ 1.8 đến 2.2 bar Khi áp suất dưới 1.8 bar, áp suất điều chỉnh được gửi đến xylanh chuyển vị của puly sơ cấp và thứ cấp, kết nối với bể chứa dầu Bộ puly hướng tới việc tăng tỷ số truyền (overdrive).
Hình 2.81 Điều khiển tỷ số truyền ở tốc độ cao trên hộp số của Audi
Khi áp suất điều khiển vượt quá 2.2 bar, áp suất điều chỉnh sẽ được truyền đến cả xylanh chuyển vị của puley thứ cấp và xylanh chuyển vị của puly sơ cấp, đồng thời kết nối với bể chứa dầu.
Bộ puly hướng tới tỷ số truyền giảm (tỷ số truyền khởi động)
2.3.2 Điều khiển lực ép dây đai
Việc tạo lực ép đai là rất quan trọng để duy trì ma sát giữa dây đai và các puly, từ đó đảm bảo hiệu suất truyền moment cao và tránh hiện tượng trượt đai, gây nguy hiểm cho hộp số Lực ép này cần được giữ ở mức hợp lý, không quá thấp cũng không quá cao Hầu hết các hộp số CVT sử dụng áp lực dầu trong buồng xylanh thứ cấp của puly thứ cấp để tạo lực ép đai, cùng với một lò xo trụ để hỗ trợ Xylanh thứ cấp không chỉ phối hợp với puly sơ cấp để điều chỉnh tỷ số truyền mà còn tạo áp suất giữ lực ép dây đai Lò xo trụ được trang bị để đảm bảo dây đai vẫn được ép ngay cả khi có sự cố làm mất áp suất trong ống dầu.
Hình 2.82 Điều khiển ép dây đai trên hộp số CVT K111 của Toyota
Các kiểu truyền động vô cấp khác
Hộp số CVT sử dụng trục côn là loại hộp số đơn giản nhất, bao gồm hai trục côn đối diện và một bộ phận trung gian ở giữa Vòng xoay có thể thay thế bằng con lăn hoặc dây đai, giúp truyền moment qua lực ma sát giữa các chi tiết Việc điều chỉnh hành trình của bộ phận trung gian sẽ thay đổi bán kính tiếp xúc của hai trục côn, từ đó liên tục điều chỉnh tỷ số truyền moment.
2.4.2 Hydrostatic CVT (hộp số vô cấp thuỷ tĩnh)
Hộp số thuỷ tĩnh bao gồm hai bộ phận chính: bơm và động cơ Bơm được dẫn động bởi động cơ để bơm dầu qua các ống dẫn vào motor thuỷ tĩnh Tại motor thuỷ tĩnh, áp lực và lưu lượng dầu được chuyển đổi thành chuyển động quay, từ đó 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 thủy tĩnh trên xe nâng có cấu tạo tương tự với ba phần chính là đĩa quay, piston và xylanh Đĩa quay được lắp đặt nghiêng, và độ nghiêng của đĩa quay trong bơm đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Bộ truyền vô cấp hình côn cho phép điều chỉnh trong khi motor thuỷ lực không có khả năng này Khi bơm hoạt động, trục bơm kéo đĩa quay, qua các khớp nối với piston, chuyển động quay được chuyển thành chuyển động tịnh tiến, từ đó ép dầu trong các xylanh.
Khi xe đứng im, đĩa quay ở vị trí trung gian và piston không tạo ra áp suất dầu, khiến bánh xe không chuyển động Khi người lái nhấn bàn đạp ga, đĩa xoay nghiêng, piston di chuyển trong xylanh, tạo ra hai đường dầu áp suất cao và thấp, làm quay bánh xe Đĩa quay càng nghiêng, xe càng tăng tốc Việc chuyển đổi giữa số tiến và số lùi thông qua độ nghiêng của đĩa xoay giúp điều khiển xe nâng trở nên dễ dàng và linh hoạt.
Hình 2.97 Bộ truyền moment vô cấp dạng đĩa xuyến
Hình 2.96 Bộ truyền vô cấp thuỷ lực trên xe nâng Linde
Nguyên lý thay đổi tỉ số truyền liên tục
Moment từ động cơ được truyền tới đĩa chủ động qua con lăn, sau đó tiếp tục tới đĩa bị động và cuối cùng là đầu ra của hộp số Hộp số vô cấp Toroidal CVTs có khả năng thay đổi tỷ số truyền liên tục bằng cách điều chỉnh độ nghiêng của con lăn.
Các điểm tiếp xúc giữa đĩa chủ động và con lăn tạo thành một vòng tròn có tâm trên trục sơ cấp của hộp số, với đường kính tương ứng là khoảng cách giữa hai điểm Tương tự, các điểm tiếp xúc giữa con lăn và đĩa bị động cũng tạo thành một vòng tròn với tâm trên trục thứ cấp Hai vòng tròn này có bán kính khác nhau, và tỷ số giữa hai bán kính này chính là tỷ số truyền tốc độ giữa hai trục sơ cấp và thứ cấp, đồng thời cũng là tỷ số truyền của hộp số.
Khi kích thước vòng tròn trên đĩa bị động lớn hơn đĩa chủ động, đĩa bị động sẽ quay chậm hơn, dẫn đến tỷ số truyền giảm trong hộp số sử dụng bánh răng thông thường Ngược lại, nếu vòng tròn trên đĩa bị động nhỏ hơn đĩa chủ động, tỷ số truyền sẽ tăng lên.
Hộp số vô cấp Toroidal CVTs điều chỉnh tỷ số truyền thông qua việc xoay các con lăn, nhưng lực xoay không được tác động trực tiếp mà được cung cấp bởi các đĩa quay Nhờ vào tốc độ cao của các đĩa quay, lực này cho phép các con lăn nghiêng một cách nhanh chóng, liên tục và mượt mà, từ đó giúp hộp số thay đổi tỷ số truyền một cách hiệu quả.
Hình 2.98 Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền
Cần điều khiển con lăn được cấu tạo bởi một con lăn gắn với trục quay, cho phép trục này di chuyển lên xuống Chuyển động này được điều khiển thông qua một piston thủy lực.
Hình 2.100 Cách xác định tỷ số truyền
Hình 2.99 Cấu tạo hệ thống điều khiển i = r 0 / r i
Khi trục của con lăn đi qua tâm của đĩa quay, lực tác động từ đĩa lên con lăn sẽ vuông góc với trục, giữ cho con lăn ở vị trí cố định Tuy nhiên, khi hệ thống đẩy con lăn lên, lực tác động từ đĩa sẽ theo phương xiên, được phân thành hai thành phần: một lực vuông góc và một lực trùng với đường tâm của con lăn Lực trùng với đường tâm này tạo ra một moment quay, giúp con lăn quay theo chiều của lực, từ đó thay đổi tỷ số truyền trong hộp số.
Khi hệ thống đưa con lăn về vị trí ban đầu, con lăn vẫn giữ nguyên độ nghiêng và tỷ số truyền không thay đổi Để điều chỉnh tỷ số truyền, hệ thống kéo con lăn xuống một khoảng tương đương, dẫn đến sự lệch giữa đường tâm của con lăn và tâm của đĩa Lực tác động từ đĩa vào con lăn (lực A’) sẽ có phương xiên và phân tác thành hai lực thành phần (lực B’ và lực C’) Lực thành phần có phương trùng với đường tâm con lăn (lực C’) sẽ có chiều ngược lại so với trước, tạo ra moment ngược kéo con lăn về vị trí ban đầu và làm mất đi độ nghiêng trước đó.
Do các đĩa quay với tốc độ rất cao, hệ thống chỉ cần điều chỉnh các con lăn nghiêng một cách chính xác bằng cách di chuyển chúng lên xuống một khoảng nhỏ từ 0.1 đến 1 mm.
Nguyên lý điều khiển tỉ số truyền cho phép hộp số tự động toroidal CVT phản hồi ngay lập tức khi có sự thay đổi về tỷ số truyền.
Hộp số tự động vô cấp toroidal CVT của Nissan, được gọi là EXTROID CVT, bao gồm hai bộ đĩa quay đối diện nhau và các con lăn sắp xếp liên tiếp Moment được truyền từ hai đĩa chủ động qua các con lăn tới hai đĩa bị động thông qua một cặp bánh răng trụ ở giữa Tiếp theo, moment được truyền tới trục trung gian, sau đó kết nối với trục thứ cấp qua một cặp bánh răng trụ khác, từ đó tiếp tục truyền tới các bánh xe thông qua các cơ cấu khác.
