Nghiên cứu thi công mô hình hộp số tự động toyota a343f

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Lý do chọn đề tài

Hiện nay, ô tô và các phương tiện giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống con người, với hộp số tự động trở thành một trong những hệ thống được khách hàng quan tâm khi mua xe Nghiên cứu về hộp số tự động không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và sửa chữa mà còn cung cấp tài liệu tham khảo cho học tập và công tác Tại Việt Nam, hộp số tự động đã xuất hiện từ những năm 1990 trên xe nhập khẩu và ngày càng phổ biến trên các mẫu xe lắp ráp trong nước Ngành công nghiệp ô tô, với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật, đã phát triển hộp số tự động từ năm 1977, mang lại nhiều cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng và chất lượng, giúp nâng cao hiệu suất động cơ và an toàn cho người sử dụng Hộp số tự động cho phép tăng tốc dễ dàng và cung cấp dải tốc độ lớn hơn, đồng thời sử dụng hệ thống bánh răng ăn khớp sẵn để tối ưu hóa hiệu quả động cơ theo tải trọng và nhu cầu của người lái.

Nhu cầu học tập, sửa chữa và bảo dưỡng hộp số tự động ngày càng tăng cao Để khai thác hiệu quả các tính năng ưu việt của hộp số tự động, đặc biệt là hộp số tự động điều khiển bằng điện tử, việc nghiên cứu và nắm vững kiến thức về hộp số tự động là rất cần thiết.

Dựa trên mô hình cũ và tài liệu liên quan, bài viết khảo sát nguyên lý hoạt động của hộp số tự động và các cụm chi tiết, đồng thời giải thích các hiện tượng xảy ra trong quá trình hoạt động Những thông tin này sẽ làm cơ sở cho quá trình thiết kế và thi công mô hình hộp số tự động.

Vì những lý do trên nhóm em chọn đề tài "NGHIÊN CỨU THI CÔNG MÔ HÌNH HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A343F" để làm đề tài tốt nghiệp.

Ý nghĩa của đề tài

Đề tài này hỗ trợ sinh viên củng cố và nâng cao kiến thức chuyên ngành, không chỉ trong học tập mà còn trong thực tiễn xã hội Nó cũng giúp sinh viên khoa cơ khí động lực và những người quan tâm đến ngành ô tô có cái nhìn sâu sắc hơn về lĩnh vực này.

Kết quả thu thập được giúp chúng em hiểu rõ hơn về hộp số tự động, bao gồm nguyên lý, cấu trúc, điều kiện hoạt động và những hư hỏng thường gặp Từ đó, chúng em được trang bị kiến thức bổ ích về hộp số tự động, đồng thời cung cấp nguồn tài liệu quý giá cho các bạn học sinh, sinh viên khóa sau và những ai muốn tìm hiểu về chuyên ngành ô tô để nghiên cứu và học tập.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý của hộp số tự động A343F

- Thi công thiết kế cho mô hình hoạt động

- Kiểm tra, đánh giá được tình trạng kĩ thuật, các thông số bên trong và các thông số kết cấu của hộp số tự động

- Các thông số khi mô hình hoạt động phải hiển thị ra cho người xem thấy rõ.

Đối tượng và khách thể nghiên cứu

- Đối tượng: Hộp số tự động A343F trên Toyota Fortuner

- Khách thể nghiên cứu: Hộp số tự động.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Hộp số tự động A343F trên Toyota Fortuner.

Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu được trình bày qua 6 chương gồm:

• Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu

• Chương 2: Tổng quan về hộp số tự động

• Chương 3: Khảo sát hộp số tự động A343F

• Chương 4: Giới thiệu, thiết kế mô hình và thi công hệ thống điều khiển hộp số tự động A343F

• Chương 5: Vận hành mô hình và ứng dụng

• Chương 6: Kết luận và kiến nghị.

TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

Lịch sử phát triển của hộp số tự động

Từ những năm 1900, kỹ sư hàng hải Đức đã nghiên cứu ý tưởng về hộp số tự động, và đến năm 1938, GM giới thiệu chiếc Oldsmobile đầu tiên trang bị hộp số tự động, giúp đơn giản hóa việc điều khiển ô tô mà không cần bàn đạp ly hợp Tuy nhiên, do tính phức tạp và khó bảo trì, hộp số tự động ít được sử dụng Đến những năm 70, hộp số tự động hồi sinh với nhiều mẫu xe mới, đánh dấu sự phát triển không ngừng và dần thay thế hộp số thường Ban đầu, hộp số tự động có cấp được điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực, nhưng sau đó, để cải thiện thời điểm chuyển số và an toàn, hộp số tự động có cấp điều khiển bằng điện tử (ECT) ra đời Không hài lòng với ECT, các nhà sản xuất ô tô đã phát triển hộp số tự động vô cấp vào cuối thế kỷ XX, mở ra nhiều khả năng mới cho ngành công nghiệp ô tô.

Hộp số tự động (HSTD) được giới thiệu lần đầu vào năm 1934 bởi hãng Chrysler, theo tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức Ban đầu, HSTD sử dụng ly hợp thủy lực và hộp số hành tinh, được điều khiển hoàn toàn bằng van con trượt thủy lực Qua thời gian, công nghệ đã chuyển sang sử dụng biến mômen thủy lực, và hiện nay, HSTD thường được gọi là AT.

Sau hãng ZIL (Liên Xô cũ 1949), nhiều hãng Tây Âu như Đức, Pháp và Thụy Sĩ cũng phát triển hộp số hành tinh Trong giai đoạn này, phần lớn các hệ thống truyền động (HSTD) sử dụng hộp số hành tinh 3 hoặc 4 cấp, dựa trên bộ truyền hành tinh 2 bậc tự do kiểu Willson với cấu trúc tự động (AT).

Sau những năm 1960, hệ thống truyền động thủy lực đã được áp dụng cho ô tô tải và ô tô buýt, sử dụng biến mô men thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí và các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, tạo nên kết cấu tự động.

• Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử), loại này ngày nay đang sử dụng

Một loại hộp số vô cấp (CVT) sử dụng bộ truyền đai kim loại và hệ thống điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử cũng thuộc dạng hộp số tự động (HSTD).

Ngày nay, việc chế tạo các loại truyền động thông minh đã trở nên phổ biến, cho phép chuyển số theo thói quen lái xe và tình huống mặt đường Hệ thống truyền lực sử dụng công nghệ HSTD với 8 số truyền, được gọi là hệ thống truyền lực cơ khí thủy lực điện tử, đang phát triển nhanh chóng và có nhiều ứng dụng kỹ thuật cao Gần đây, đã xuất hiện loại hộp số có khả năng chuyển số theo hai phương pháp: bằng tay hoặc tự động, tùy thuộc vào sở thích của người sử dụng.

Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu của khách hàng và nâng cao tính an toàn, các nhà sản xuất đã phát triển hộp số điều khiển điện tử, tích hợp chức năng sang số bằng cần giống như hộp số truyền thống.

Để đáp ứng nhu cầu về thiết bị truyền công suất lớn và tốc độ cao cho chiến hạm quân sự, truyền động thủy cơ đã được nghiên cứu và ứng dụng từ lâu Khi ngành công nghiệp ôtô phát triển và cạnh tranh gia tăng, các nhà sản xuất ôtô đã tìm cách nâng cao chất lượng xe và tích hợp công nghệ mới nhằm mở rộng thị trường Họ đã đưa vào sử dụng nhiều hệ thống tự động như hệ thống chống hãm cứng, đèn xe tự động, treo khí nén, hộp số tự động, camera cảnh báo khi lùi và hệ thống định vị toàn cầu Đây là bước tiến quan trọng thứ hai trong ngành công nghiệp ôtô sau khi động cơ đốt trong ra đời Đến giữa thập kỷ 70, hộp số thường là loại phổ biến nhất của TOYOTA, nhưng từ năm 1977, hộp số tự động lần đầu tiên được trang bị trên xe CROWN, dẫn đến sự gia tăng sử dụng hộp số tự động trên nhiều loại xe, bao gồm cả xe hai cầu và xe tải nhỏ Các hãng xe khác như HONDA, BMW, MERCEDES và GM cũng nhanh chóng áp dụng hộp số tự động trong sản phẩm của họ vào thời điểm này.

Trên bảng 2.1 là các mốc thời gian hãng TOYOTA trang bị hộp số tự động trên các dòng xe

Bảng 2 1: Bảng các mốc thời gian trang bị hộp số tự động của TOYOTA

Các ưu điểm của hộp số tự động

2.2.1 Vì sao phải sử dụng hộp số tự động:

Khi tài xế điều khiển xe với hộp số thường, việc sang số là cần thiết để điều chỉnh mô men xoắn tại các bánh xe, đặc biệt là khi lái xe lên dốc hoặc khi động cơ không đủ công suất.

7 đủ lực kéo để vượt chướng ngại ở số đang chạy, hộp số được chuyển về số thấp hơn bằng thao tác của người lái xe

Việc nhận biết tải và tốc độ động cơ là rất quan trọng đối với người lái xe để chuyển số phù hợp Tuy nhiên, ở những xe sử dụng hộp số tự động, lái xe không cần phải lo lắng về điều này, vì hệ thống tự động sẽ tự động chuyển đến số thích hợp tại thời điểm tối ưu dựa trên tải động cơ và tốc độ xe.

2.2.2 Các ưu điểm của hộp số tự động:

So với hộp số thường, hộp số tự động có các ưu điểm sau:

• Giảm mệt mỏi cho người lái qua việc loại bỏ thao tác ngắt và đóng ly hợp cùng thao tác chuyển số

• Chuyển số một cách tự động và êm dịu tại các tốc độ thích hợp với chế độ lái xe

Để bảo vệ động cơ và hệ thống dẫn động khỏi tình trạng quá tải, ly hợp cơ khí truyền thống đã được thay thế bằng biến mô thủy lực, mang lại hệ số an toàn cao hơn cho hệ thống truyền động phía sau động cơ.

Tối ưu hóa chế độ hoạt động của động cơ mang lại hiệu quả vượt trội so với xe trang bị hộp số thường, giúp gia tăng tuổi thọ cho động cơ.

2.3.1 Theo hệ thống sử dụng điều khiển:

Hộp số tự động được chia thành hai loại dựa trên cách điều khiển: điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực và điều khiển điện tử (ECT) Loại ECT sử dụng ECU để điều khiển chuyển số và có khả năng chẩn đoán cũng như dự phòng, mang lại hiệu suất cao hơn so với loại thủy lực.

Hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực sử dụng sự biến đổi cơ khí của tốc độ xe thành áp suất ly tâm và độ mở bướm ga thành áp suất bướm ga Các áp suất thủy lực này sau đó được dùng để điều khiển hoạt động của ly hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh, từ đó xác định thời điểm lên xuống số Phương pháp này được gọi là điều khiển thủy lực.

Sơ đồ tín hiệu điều khiển :

Bàn đạp ga → cáp dây ga → cáp bướm ga → van bướm ga , van ly tâm → van sang số → bộ truyền bánh răng hành tinh và bộ biến mô

Hộp số điều khiển điện tử ECT sử dụng các cảm biến để phát hiện tốc độ xe và độ mở bướm ga, sau đó chuyển đổi thông tin này thành tín hiệu điện gửi đến bộ điều khiển ECU.

Dựa trên tín hiệu này ECU điều khiển hoạt động các ly hợp, phanh thông qua các van và hệ thống thủy lực

Sơ đồ tín hiệu điều khiển :

Tín hiệu điện từ các cảm biến như cảm biến chân ga, cảm biến dầu hộp số, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến tốc độ xe, cảm biến đếm vòng quay và cảm biến tốc độ tuabin được truyền đến bộ điều khiển thủy lực Từ đó, ECT động cơ và ECT tạo ra tín hiệu điện đến các van điện từ, điều khiển bộ biến mô và bánh răng hành tinh.

Hình 2 1 Hai loại hộp số tự động được phân loại theo hệ thống sử dụng để điều khiển

2.3.2 Theo vị trí đặt trên xe:

AT * (Loại điều khiển hoàn toàn thủy lực)

(Electronic Controlled Transmission: Loại điều khiển điện) Điều khiển chuyển số và thời điểm khóa biến mô Dự phòng

Chẩn đoán Chức năng khác

Hộp số tự động được phân loại không chỉ theo cách điều khiển thủy lực hay điện, mà còn theo vị trí lắp đặt trên xe Thông thường, chúng được chia thành hai loại chính: hộp số cho xe FF (động cơ đặt trước với cầu trước chủ động) và hộp số cho xe FR (động cơ đặt trước với cầu sau chủ động).

Hộp số trên xe FF có thiết kế gọn nhẹ hơn so với hộp số trên xe FR, nhờ vào việc được lắp đặt trong khoang động cơ.

Hộp số trên xe FR có bộ truyền bánh răng cuối cùng (vi sai) lắp ở bên ngoài, trong khi đó, hộp số trên xe FF lại lắp ở bên trong Hộp số tự động sử dụng cho xe FF thường được gọi là “Hộp số có vi sai”.

Cả động cơ đặt trước - cầu trước chủ động và động cơ đặt trước - cầu sau chủ động đều được phát triển trên các dòng xe du lịch đầu tiên, nhằm đáp ứng nhu cầu tự động hóa trong ngành ô tô Hiện nay, hộp số tự động không chỉ được sử dụng cho xe du lịch mà còn cho cả xe tải và xe có hai cầu chủ động.

Hộp số tự động trên xe được bố trí theo sơ đồ vị trí, với các thành phần chính bao gồm dẫn động cầu trước và cầu sau Cụ thể, mặt trước của xe chứa cụm cầu và hộp số tự động, trong khi trục dẫn động kết nối với hộp số tự động và trục các đăng, dẫn đến truyền động cuối cùng của vi sai.

Ngoài cách phân loại hộp số theo cấp số tiến, còn có nhiều phương pháp khác Đa số hộp số tự động hiện nay có 4 cấp, nhưng nhiều nhà sản xuất đang chuyển sang các hộp số thế hệ mới với 5, 6 cấp Hiện tại, hộp số tự động cao nhất có 8 cấp, và theo thông tin từ một hãng xe Mỹ, vào cuối năm 2017, Ford F-150 2017 sẽ được trang bị hộp số tự động 10 cấp.

Hộp số tự động vô cấp CVT (Continuously Variable Transmission) đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi, sử dụng đai truyền bằng kim loại hoặc cao su công suất cao cùng với hai pulley có đường kính thay đổi để tạo ra tỷ số truyền linh hoạt Ví dụ, hộp số MMT (Multi-Matic Transmission) được trang bị trên mẫu Civic của Honda và Lancer Gala của Mitsubishi, cho phép tỷ số truyền thay đổi dựa trên vòng tua của động cơ và tải trọng.

2.3.4 Phân loại theo tỉ số truyền:

Nguyên lý làm việc chung của hộp số tự động

Biến mô là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền động, đóng vai trò là khớp nối thủy lực và cơ cấu an toàn Nó truyền công suất từ động cơ đến hộp số, giúp khuếch đại mômen tùy thuộc vào điều kiện sử dụng.

Hộp số không chỉ truyền công suất qua sự ăn khớp giữa các bánh răng mà còn sử dụng ly hợp ma sát để thay đổi tỷ số truyền và đảo chiều quay Để thực hiện điều này, hộp số áp dụng các phanh và cơ cấu hành tinh đặc biệt, được điều khiển tự động bằng thủy lực hoặc điện tử.

Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại hộp số tự động được phát triển nhằm nâng cao độ chính xác và tính hợp lý trong quá trình chuyển số Mặc dù giá thành và công nghệ sản xuất khác nhau, chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng vẫn tương đồng Sự vận hành đồng bộ của tất cả các bộ phận trong hộp số tự động ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc, do đó, yêu cầu thiết kế và chế tạo cho từng cụm chi tiết và bộ phận là rất khắt khe.

Hình 2 5: Dòng truyền công suất trên xe có sử dụng hộp số tự động

Hộp số tự động hoạt động tương tự như hộp số thường nhưng mang lại nhiều tiện ích hơn, bao gồm việc đơn giản hóa điều khiển và chuyển số êm ái mà không cần ngắt kết nối công suất từ động cơ Nó tự động chọn tỷ số truyền phù hợp với điều kiện di chuyển, giúp tối ưu hóa hiệu suất của động cơ.

Vì vậy, hộp số tự động có những chức năng cơ bản sau:

Tạo ra các cấp tỉ số truyền phù hợp giúp điều chỉnh moment xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động, đồng thời thích ứng với moment cản luôn biến đổi, nhằm tối ưu hóa công suất động cơ.

• Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động

• Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc tách ly hợp

• Ngoài ra ECT còn có khả năng dự phòng và tự chẩn đoán

KHẢO SÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A343F

Giới thiệu chung về hộp số tự động A343F

Hộp số tự động A343F, được phát triển từ các phiên bản trước và lần đầu tiên được lắp trên TOYOTA HILUX SURF vào năm 1990, đã được sử dụng trên TOYOTA FORTUNER từ 2005 đến 2014 Sản phẩm này không chỉ nâng cao vị thế của dòng xe trong phân khúc cao cấp mà còn giúp TOYOTA khẳng định thương hiệu trước các đối thủ lớn như FORD, GM và MERCEDES, điều này rất quan trọng trong kế hoạch mở rộng thị trường xe của TOYOTA.

Mỹ và Châu Âu trong những năm của thập kỷ 80

Hộp số A343F là một hệ thống tự động 4 cấp số tiến và 1 cấp số lùi, được điều khiển điện tử, là sản phẩm tiên tiến nhất trên thị trường ô tô thế giới vào thời điểm ra mắt Việc bổ sung tỷ số truyền tăng không chỉ mang lại nhiều lựa chọn cho người lái mà còn giúp động cơ hoạt động ổn định hơn, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường Trước khi A343F ra đời, các tỷ số truyền tăng chỉ có trên hộp số cơ khí, điều này đã giúp các dòng xe của TOYOTA nâng cao vị thế cạnh tranh trên thị trường.

Các dãy số trong hộp số tự động A343F:

“P”: Sử dụng khi xe đỗ

“N”: Vị trí trung gian sử dụng khi xe dừng tạm thời động cơ vẫn hoạt động

“R”: Sử dụng khi lùi xe

“D”: Sử dụng khi cần chuyển số một cách tự động

“2”: Sử dụng khi chạy ở đường bằng

“L”: Sử dụng khi xe chạy ở đoạn đèo dốc

Bảng 3 1: Mốc thời gian ứng dụng hộp số tự động A343F của TOYOTA

Năm ứng dụng Model xe

1990-1996 Toyota Hilux Surf 4x4 - 2.4 & 3.0 (4x4) 1993-2014 Toyota Land Cruiser Prado (3.0l, 2.7l) 1995-1997 Toyota Land Cruiser 80-series (4x4) 1998-2001 Toyota Land Cruiser 100-series (4x4) 1996-1998 Lexus LX 450 (4 x 4)

1998-2002 Lexus LX 470 (4 x 4) 2005-2014 Toyota Fortuner V 2.7 AT (4 x 4)

Tổng quan các chi tiết chính của hộp số A343F:

Hình 3 1: Vị trí các chi tiết các van chuyển số và các cảm biến

Hình 3 2: Tổng quan các chi tiết của hộp số A343F ( có phụ lục kèm theo)

Bộ biến mô là thiết bị truyền và khuếch đại mômen từ động cơ thông qua dầu hộp số Nó bao gồm các thành phần chính như cánh bơm, rôto tuabin và stator, tất cả được chứa trong vỏ bộ biến mô Cánh bơm, được dẫn động bởi trục khuỷu, tích lũy năng lượng từ dầu thủy lực do bơm cung cấp Khi dầu va đập vào bánh tuabin, nó tạo ra dòng công suất, làm quay rôto tuabin và thực hiện chức năng truyền mômen hiệu quả.

Hình 3 3: Cấu tạo bộ biến mô

1 – Bánh bơm; 2 – Bánh tuabin; 3 – Stato; 4 – Khớp một chiều; 5 – Trục sơ cấp hộp số; 6 – Vỏ hộp số; 7 – Vỏ bộ biến mô; 8 – Moayơ stato

Chức năng của biến mô:

• Tăng mômen do động cơ tạo ra

• Đóng vai trò như một ly hợp thủy lực để truyền hoặc không truyền mômen từ động cơ đến hộp số

• Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực

• Có tác dụng như một bánh đà để làm đồng điều chuyển động quay của động cơ

• Dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thủy lực

Hộp số tự động với bộ biến mô thủy lực không chỉ giúp truyền động mà còn hoạt động như một bánh đà cho động cơ Thay vì sử dụng bánh đà nặng như trong hộp số thường, xe trang bị hộp số tự động tận dụng biến mô thủy lực kết hợp với tấm truyền động có vành răng khởi động Khi tấm dẫn động quay với tốc độ cao, trọng lượng của nó cùng với biến mô thủy lực tạo ra sự cân bằng hiệu quả, ngăn chặn rung động và đồng điều chuyển động của động cơ trong quá trình hoạt động.

Bánh bơm là thành phần quan trọng trong hệ thống truyền tải năng lượng của biến mô, bao gồm bánh bơm, bánh tuabin và bánh phản ứng Các tính chất kỹ thuật của bánh bơm sau khi chế tạo sẽ quyết định hiệu suất hoạt động của toàn bộ biến mô Bánh bơm được chế tạo bằng phương pháp lắp ghép từng cánh bằng thép lên bánh mang cánh, đảm bảo độ bền và hiệu quả tối ưu.

Cánh sẽ được gắn lên vành dẫn hướng, giúp dòng dầu chuyển hướng dễ dàng hơn Bánh mang cánh đã được lắp ráp cùng với vỏ biến mô, tạo thành một bơm ly tâm như hình (3.4).

Hình 3 4: Sơ đồ vị trí bánh bơm trong biến mô

1 – Vỏ biến mô; 2 – Cánh bơm; 3 – Vành dẫn hướng; 4 – Tấm dẫn động

Bánh bơm có vai trò quan trọng trong việc nhận năng lượng từ trục khuỷu động cơ thông qua tấm dẫn động, giúp tích tụ dầu Số lượng cánh bơm và góc đặt cánh được tính toán kỹ lưỡng dựa trên công suất tối đa và các thông số kỹ thuật cần thiết Ngoài ra, bánh bơm hoạt động trong dải tốc độ rộng từ 0 đến 8000 vòng/phút, có thể lên đến 10000 vòng/phút, do đó cần chú trọng đến việc cân bằng động để giảm thiểu tải trọng động khi vận hành.

Vấn đề cân bằng động của biến mô không chỉ liên quan đến khối lượng cơ khí mà còn phụ thuộc vào lực ly tâm sinh ra trong quá trình hoạt động Điều này được thể hiện rõ ràng qua khả năng tích tụ năng lượng của dòng dầu trong từng khoang giữa các cánh bơm, đảm bảo rằng các khoang này được cân bằng với nhau.

Bánh tuabin là một phần quan trọng trong hệ thống truyền tải năng lượng của biến mô, bao gồm bánh bơm, bánh tuabin và bánh phản ứng Các đặc tính kỹ thuật của bánh tuabin sau khi chế tạo sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của toàn bộ biến mô Quy trình chế tạo bánh tuabin thường sử dụng phương pháp lắp ghép từng cánh bằng thép lên bánh mang cánh, trong khi các cánh còn lại được gắn vào vành dẫn hướng để điều hướng dòng dầu.

Bánh tuabin sẽ được lắp ghép với trục sơ cấp của hộp số thông qua then hoa, giúp truyền tải năng lượng hiệu quả từ các cánh của bánh.

Hình 3 5: Sơ đồ vị trí bánh tuabin trong biến mô

1 – Trục sơ cấp hộp số; 2 – Vành dẫn hướng; 3 – Cánh tuabin

Bánh tuabin có những yêu cầu kỹ thuật tương tự như bánh bơm về độ cân bằng, độ nhám bề mặt cánh và góc đặt cánh Tuy nhiên, yêu cầu về độ đồng trục khi lắp ghép với trục sơ cấp của hộp số là khác biệt, vì bánh tuabin không được lắp liền với vỏ biến mô như bánh bơm.

Stato được lắp giữa bánh bơm và bánh tuabin, gắn trên trục stato cố định với vỏ hộp số qua khớp một chiều Hoạt động của bánh stato đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành.

Khi có sự chênh lệch lớn giữa tốc độ của bánh tuabin và bánh bơm, dòng dầu từ bánh tuabin sẽ tác động vào mặt trước của cánh stato Cánh stato hoạt động như một bánh lái, điều chỉnh hướng dòng dầu để tác động lên phía sau các cánh bánh bơm, từ đó gia tăng lực đẩy cho bánh bơm và làm tăng mô men quay của nó.

Khi tốc độ quay của bánh tuabin và bánh bơm nhỏ có sự chênh lệch, dòng dầu trở về từ bánh tuabin sẽ tác động vào mặt sau của cánh stato Điều này khiến khớp một chiều làm cho bánh stato quay cùng chiều với bánh bơm, giúp dầu trở về bánh bơm một cách thuận dòng Hình vẽ minh họa hướng quay của bánh stato.

Bánh phản ứng là một thành phần quan trọng trong hệ thống truyền tải năng lượng của biến mô, có chức năng không chỉ truyền mômen từ động cơ đến hệ thống truyền lực mà còn khuếch đại mômen trong giai đoạn khuếch đại Như hình 3.44 minh họa, bánh phản ứng được lắp đặt giữa bánh bơm và bánh tuabin, kết nối với vỏ hộp số qua khớp một chiều Cấu trúc này cho phép bánh tuabin điều chỉnh hướng chuyển động của dòng dầu từ bánh tuabin biến áp, biến đổi năng lượng thành động năng trước khi dòng dầu tiếp tục quay trở lại bánh bơm, như thể hiện trong hình 3.6.

Hình 3 6: Sơ đồ vị trí lắp bánh phản ứng trong biến mô thủy lực

1 – Vỏ hộp số; 2 – Bánh bơm; 3 – Bánh phản ứng; 4 – Bánh tuabin; 5 – Khớp một chiều;

Hình 3 7: Hình mô tả chức năng của bánh phản ứng

1 – Hướng dòng dầu khi có bánh phản ứng; 2 – Cánh bánh phản ứng; 3 – Dòng dầu từ tuabin; 4 – Hướng dòng dầu khi không có bánh phản ứng

Sơ đồ kết cấu và nguyên lý hoạt động của hộp số tự động A343F

3.2.1 Sơ đồ kết cấu hộp số tự động A343F:

Kết cấu mặt cắt dọc hộp số tự động A343F như hình 3.23

Hình 3 23: Kết cấu mặt cắt dọc hộp số tự động A343F

Bảng 3 2: Chức năng của các chi tiết của bộ bánh răng hành tinh

Ly hợp số truyền thẳng

OD Nối cần dẫn bộ truyền OD với bánh răng mặt trời

C1 Ly hợp số tiến Nối trục sơ cấp và bánh răng mặt trời bộ hành tinh trước

C2 Ly hợp số truyền thẳng Nối trục trung gian và bánh răng mặt trời bộ hành tinh sau

Khóa bánh răng mặt trời OD ngăn không cho nó quay theo cả 2 chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ

Khóa bánh răng mặt trời trước và sau không cho nó quay theo cả 2 chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ

Khóa bánh răng mặt trời trước sau không cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ đồng thời với F1 hoạt động

B3 Phanh số lùi và số 1

Khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh sau, ngăn không cho quay theo cả 2 chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ

Khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh OD, ngăn nó quay theo ngược chiều kim đồng hồ xung quanh bánh răng mặt trời

Khi B2 hoạt động nó ngăn bánh răng mặt trời trước sau không cho quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

Khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh trước sau, ngăn không cho nó quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

3.2.2 Nguyên lý hoạt động hộp số tự động A343F:

3.2.2.1 Giới thiệu bộ truyền hành tinh hộp số tự động A343F:

Hộp số tự động A343F của TOYOTA được trang bị bộ bánh răng hành tinh 3 tốc độ loại SIMPSON và bộ truyền hành tinh OD loại WILLD, giúp cải thiện hiệu suất truyền động như mô tả trong hình 3.24.

Bộ bánh răng hành tinh 3 tốc độ SIMPSON là một hệ thống truyền động bao gồm hai bộ bánh răng hành tinh đơn giản, được lắp đặt trên cùng một trục Chúng được sắp xếp ở vị trí trước và sau trong hộp số, liên kết với nhau qua bánh răng mặt trời Mỗi bánh răng hành tinh trong bộ truyền này được gắn trên trục hành tinh của cần dẫn và ăn khớp với bánh răng bao, cũng như bánh răng mặt trời của hệ thống truyền động.

Bộ truyền hành tinh cho số truyền tăng được lắp bên cạnh bộ truyền hành tinh 3 tốc độ, bao gồm bộ truyền hành tinh đơn giản (WILLD), phanh số truyền tăng (B0) để giữ bánh răng mặt trời, ly hợp số truyền tăng (C0) nối bánh răng mặt trời và cần dẫn, cùng với khớp một chiều cho số truyền tăng (F0) Công suất được truyền vào cần dẫn số truyền tăng và thoát ra từ bánh răng bao của bộ truyền hành tinh này.

Sơ đồ bố trí các bộ truyền hành tinh hộp số tự động A343F như hình 3.24

Hình 3 24: Sơ đồ bố trí các bộ truyền hành tinh hộp số tự động A343F

Chức năng của các bộ phận:

• Ly hợp số truyền tăng OD (C0) nối cần dẫn bộ truyền OD với bánh răng mặt trời

• Ly hợp số tiến (C1) dùng để nối trục sơ cấp với bánh răng bao của bộ truyền trước

• Ly hợp số truyền thẳng (C2) dùng nối trục sơ cấp với bánh răng mặt trời trước và sau

• Phanh OD (B0) khóa bánh răng mặt trời OD ngăn không cho nó quay theo cả hai chiều thuận và ngược kim đồng hồ

• Phanh dải (B1) khóa bánh răng mặt trời trước và sau không cho chúng quay theo cả hai chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ

• Phanh ma sát ướt (B2) khóa bánh răng mặt trời trước và sau, không cho chúng quay theo chiều kim đồng hồ trong khi khớp một chiều F1 đang hoạt động

• Phanh ma sát ướt (B3) khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh sau ngăn không cho chúng quay cả chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ

• Khớp một chiều OD (F0) khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh OD, ngăn không cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ xung quanh bánh răng mặt trời

• Khớp một chiều (F1) khi (B2) hoạt động, nó khóa cứng bánh răng mặt trời trước và sau không cho chúng quay ngược chiều kim đồng hồ

• Khớp một chiều (F2) khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh sau, ngăn không cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ

Trên hình 3.25 là mô hình hoạt động của các ly hợp, phanh và các bánh răng khi tay số ở dãy “D” hoặc “2”, hộp số đang ở số 1

Ly hợp truyền thẳng OD (C0) hoạt động ở số 1, kết nối cần dẫn bộ truyền OD với bánh răng mặt trời, giúp truyền động quay từ trục sơ cấp đến bánh răng mặt trời.

OD cần được dẫn quay theo chiều kim đồng hồ Khớp một chiều OD (F0) khóa bộ bánh răng hành tinh OD, ngăn cản nó quay ngược chiều kim đồng hồ quanh bánh răng mặt trời Điều này khiến các bánh răng hành tinh số truyền tăng quay cưỡng bức theo chiều kim đồng hồ, làm cho bánh răng bao OD cũng quay theo chiều kim đồng hồ Ly hợp số tiến C1 kết nối trục sơ cấp với bánh răng bao trước, khiến bánh răng bao trước quay cùng chiều kim đồng hồ, kéo theo cần dẫn và bánh răng hành tinh trước cũng quay theo chiều kim đồng hồ, dẫn đến bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ.

Bánh răng mặt trời hoạt động như phần tử chủ động, kéo theo bánh răng hành tinh quay theo chiều kim đồng hồ Đồng thời, khớp 1 chiều F2 ngăn cản bánh răng hành tinh quay ngược chiều.

Khi các bánh răng hành tinh trước quay theo chiều kim đồng hồ, bánh răng dẫn trước cũng sẽ quay theo chiều kim đồng hồ Điều này dẫn đến việc bánh răng hành tinh sau và bánh răng bao cùng quay theo chiều kim đồng hồ, khiến trục thứ cấp quay theo chiều kim đồng hồ.

Bảng 3 3:Sơ đồ nguyên lý làm việc ở dãy “D” hoặc “2” số 1

Hình 3 25: Mô hình hoạt động ở dãy “D” hoặc “2” số 1

Trên hình 3.26 là mô hình hoạt động của các ly hợp, phanh và các bánh răng khi tay số ở dãy “D” hộp số đang ở số 2

Ly hợp truyền thẳng OD (C0) hoạt động ở số 1, kết nối cần dẫn bộ truyền OD với bánh răng mặt trời, từ đó chuyển động quay của trục sơ cấp được truyền đến bánh răng mặt trời.

OD cần được dẫn quay theo chiều kim đồng hồ Khớp một chiều OD (F0) khóa bộ bánh răng hành tinh OD, ngăn không cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ quanh bánh răng mặt trời Do đó, các bánh răng hành tinh số truyền tăng sẽ quay cưỡng bức theo chiều kim đồng hồ quanh bánh răng mặt trời OD, dẫn đến việc bánh răng bao OD cũng quay theo chiều kim đồng hồ Ly hợp số tiến C1 kết nối trục sơ cấp với bánh răng bao trước, tạo điều kiện cho bánh răng bao hoạt động hiệu quả.

Bánh răng hành tinh trước quay cùng chiều kim đồng hồ, khiến bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ Khi phanh B2 hoạt động, khớp 1 chiều F1 ngăn cản bánh răng mặt trời quay ngược chiều kim đồng hồ, dẫn đến việc trục thứ cấp quay cùng chiều kim đồng hồ do kết nối với cần dẫn bánh răng hành tinh trước.

Bảng 3 4: Sơ đồ nguyên lý làm việc ở dãy “D” số 2

Hình 3 26: Mô hình hoạt động ở dãy “D” số 2

Trên hình 3.27 là mô hình hoạt động của các ly hợp, phanh và các bánh răng khi tay số ở dãy “D” hộp số đang ở số 3

Ly hợp truyền thẳng OD (C0) hoạt động ở số 1, kết nối cần dẫn bộ truyền OD với bánh răng mặt trời, giúp truyền động quay từ trục sơ cấp đến bánh răng mặt trời.

OD cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ nhờ vào khớp một chiều OD (F0), khóa bộ bánh răng hành tinh OD Điều này ngăn cản bánh răng hành tinh quay ngược chiều kim đồng hồ xung quanh bánh răng mặt trời, dẫn đến việc các bánh răng hành tinh số truyền tăng quay cưỡng bức theo chiều kim đồng hồ Kết quả là, bánh răng bao OD cũng quay cùng chiều kim đồng hồ.

Ly hợp số tiến C1 kết nối trục sơ cấp với bánh răng bao trước, hoạt động đồng thời với ly hợp số truyền thẳng C2 nối trục sơ cấp với bánh răng mặt trời trước sau Điều này khiến bánh răng bao trước và bánh răng mặt trời trước sau quay cùng chiều kim đồng hồ Kết quả là, cần dẫn bộ bánh răng hành tinh trước cũng quay theo chiều kim đồng hồ, dẫn đến trục thứ cấp quay cùng chiều kim đồng hồ.

Bảng 3 5 Sơ đồ nguyên lý làm việc ở dãy “D” số 3

Hình 3 27: Mô hình hoạt động ở dãy “D” số 3

3.2.2.2.4 Dãy “D” số truyền tăng OD:

Mô hình hoạt động của ly hợp, phanh và bánh răng trong hộp số truyền tăng OD được thể hiện trong hình 3.28 Khi ở số truyền tăng OD, phanh OD (B0) khóa bánh răng mặt trời OD, ngăn cản nó quay theo cả hai chiều Các bánh răng hành tinh OD quay quanh bánh răng mặt trời theo chiều kim đồng hồ, đồng thời cũng quay quanh trục của chúng Kết quả là bánh răng bao OD quay nhanh hơn bánh răng dẫn OD theo chiều kim đồng hồ.

Ly hợp số tiến C1 và ly hợp truyền thẳng C2 hoạt động đồng thời, truyền động quay từ trục sơ cấp đến bánh răng bao phía trước qua ly hợp C1 và đến bánh răng mặt trời trước và sau qua ly hợp C2 Kết quả là bánh răng bao phía trước quay cùng với trục sơ cấp, trong khi bộ truyền bánh răng hành tinh trước cũng quay theo trục sơ cấp, dẫn đến trục thứ cấp quay theo chiều kim đồng hồ.

Bảng 3 6: Sơ đồ nguyên lý làm việc ở dãy “D” số truyền tăng OD

Hình 3 28: Mô hình hoạt động ở dãy “D” số truyền tăng OD

3.2.2.2.5 Dãy “2” số 2, phanh bằng động cơ:

Trên hình 3.29 là mô hình hoạt động của các ly hợp, phanh và các bánh răng khi tay số ở dãy “2” hộp số đang ở số 2

Hệ thống điều khiển thủy lực và điện tử ở hộp số tự động A343F

Hệ thống điều khiển hộp số tự động A343F gồm 2 phần chính:

❖ Hệ thống điều khiển thủy lực:

Hệ thống điều khiển thủy lực A343F bao gồm bơm dầu, van điều khiển thủy lực, bộ điều khiển áp suất và các bộ tích năng Sơ đồ khối của hệ thống này được minh họa trong hình 3.32.

Hình 3 32: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động A343F

❖ Hệ thống điều khiển điện tử:

Hệ thống điều khiển điện tử bao gồm cảm biến tín hiệu đầu vào, công tắc điều khiển, van điện từ solenoid, bộ điều khiển điện tử ECU động cơ và ECT Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển thủy lực cho hộp số tự động A343F được minh họa trong hình 3.33.

Hình 3 33: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử hộp số tự động A343F

Hộp số A343F điều khiển việc chuyển số dựa trên hai tín hiệu chính: tốc độ xe và độ mở bướm ga Bộ điều khiển điện tử trung tâm ECT nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến tốc độ xe, từ đó xử lý và quyết định thời điểm chuyển số Hệ thống này còn có chức năng tự chuẩn đoán và đảm bảo an toàn khi có sự cố xảy ra trong hộp số trong quá trình lái xe.

Cảm biến tốc độ xe xác định tốc độ của xe và gởi tín hiệu này đến ECT dưới dạng các tín hiệu điện

Cảm biến vị trí bướm ga xác định góc mở bướm ga và biến đổi tín hiệu này thành tín hiệu điện rồi gởi đến ECT

Hệ thống ECT quyết định thời điểm chuyển số dựa trên tín hiệu từ tốc độ xe và góc mở bướm ga, đồng thời điều khiển các van điện trong bộ điều khiển thủy lực Những van này có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất thủy lực đến các ly hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh, từ đó kiểm soát quá trình chuyển số một cách hiệu quả.

3.3.1 Hệ thống điều khiển điện tử:

3.3.1.1 Chức năng, nhiệm vụ của hệ thống điều khiển điện tử:

• Nhận biết các tín hiệu góc mở bướm ga và tốc độ xe

• Kết hợp với hệ thống điều khiển thủy lực điều khiển:

• Thời điểm khóa biến mô

• Áp suất mạch dầu chính

• Tự kiểm tra chuẩn đoán

3.3.1.2 Các cảm biến và công tắc:

Cảm biến và công tắc thu thập dữ liệu để quyết định các thông số điều khiển khác nhau, chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện Những tín hiệu này sau đó được truyền đến ECU động cơ và ECT.

3.3.1.2.1 Cảm biến vị trí cánh bướm ga (TPS):

Cảm biến vị trí bướm ga (TPS) là một biến trở được lắp đặt trên cổ họng gió của đường ống nạp, có chức năng xác định góc mở bướm ga thông qua giá trị điện trở Thông tin này được gửi đến ECT ECU dưới dạng tín hiệu điện áp, giúp điều khiển thời điểm chuyển số và khóa biến mô ECT ECU sử dụng tín hiệu từ TPS để thực hiện các điều khiển cần thiết cho hoạt động của động cơ.

• Áp suất mạch dầu chính

• Thời điểm đóng ly hợp khóa biến mô

Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính (kiểu gián tiếp) như hình 3.34

Hình 3 34: Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính

Loại cảm biến này sử dụng hai tiếp điểm trượt, với các tiếp điểm ở mỗi đầu để tạo tín hiệu IDL và VTA ECU động cơ cung cấp một điện áp không đổi 5V cho cực VC Khi tiếp điểm trượt di chuyển theo góc mở bướm ga, điện áp tại cực VTA sẽ tỷ lệ thuận với góc mở này.

❖ Các tín hiệu gởi từ cảm biến vị trí bướm ga kiểu gián tiếp như hình 3.35

Hình 3 35: Cách gửi tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga kiểu gián tiếp

1 - Cảm biến vị trí bướm ga; 2, 3 - Chiều mở và đóng; 4 - Bộ điều khiển ECU

ECU động cơ chuyển đổi điện áp VTA thành tín hiệu góc mở bướm ga để thông báo cho ECT ECU về vị trí bướm ga Các tín hiệu này bao gồm nhiều tập hợp điện áp tại các cực L1, L2, L3 và/hoặc IDL của ECT ECU Khi bướm ga hoàn toàn đóng, tiếp điểm IDL kết nối với cực E sẽ gửi tín hiệu IDL đến ECT ECU, xác nhận rằng bướm ga đã đóng hoàn toàn.

Cảm biến tốc độ xe (VSS) và cảm biến tốc độ trục thứ cấp (OSS) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin chính xác về tốc độ của xe cho ECT ECU Việc sử dụng hai loại cảm biến này giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của hệ thống.

Hình 3 36: Cảm biến tốc độ xe và cảm biến tốc độ trục thứ cấp

1 – Cảm biến tốc độ xe (VSS); 2 – Cảm biến tốc độ trục thứ cấp (OSS); 3 – Bộ điều khiển ECT ECU

ECT ECU sử dụng tín hiệu VSS và OSS để điều khiển

• Áp suất mạch dầu chính

Để nâng cao độ chính xác, ECU ECT liên tục so sánh hai tín hiệu để kiểm tra sự tương đồng giữa chúng trong quá trình đóng ngắt bộ biến mô.

Khi hai tín hiệu tốc độ tương đương nhau, tín hiệu từ cảm biến tốc độ trục thứ cấp sẽ được ưu tiên trong việc điều khiển chuyển số.

Hình 3 37: Khi các tín hiệu tốc độ đều giống nhau

1 – Cảm biến tốc độ xe (VSS); 2 – Cảm biến tốc độ trục thứ cấp (OSS); 3 – Bộ điều khiển ECT ECU; 4, 5, 6 – Các van Solenoid

Khi tín hiệu từ cảm biến tốc độ số 2 trên trục thứ cấp không chính xác, ECU sẽ không sử dụng tín hiệu này mà thay vào đó sẽ lấy tín hiệu từ cảm biến tốc độ số 1 để điều khiển số.

Hình 3 38: Khi các tín hiệu tốc độ khác nhau

1 – Cảm biến tốc độ xe (VSS); 2 – Cảm biến tốc độ trục thứ cấp (OSS); 3 – Bộ điều khiển ECT ECU; 4, 5, 6 – Các van Solenoid

3.3.1.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (THW):

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ, hay còn gọi là nhiệt điện trở âm, được lắp đặt trên nắp máy Thiết bị này cung cấp tín hiệu THW cho ECU, giúp điều khiển hiệu quả hoạt động của động cơ.

• Áp suất mạch dầu chính

• Thời điểm đóng ly hợp khóa biến mô

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát của động cơ sử dụng nhiệt điện trở để chuyển đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện, gửi đến ECU động cơ Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn mức xác định, hiệu suất động cơ và khả năng tải của xe sẽ bị giảm nếu hộp số được chuyển lên số truyền tăng Để ngăn chặn tình trạng này, ECU nhận tín hiệu để không cho chuyển lên số truyền tăng và đảm bảo ly hợp khóa biến mô hoạt động cho đến khi nhiệt độ nước làm mát đạt ít nhất 60°C.

Hình 3 39: Cách gửi tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ

1 - Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ; 2 – ECU động cơ; 3 – Đến cơ cấu chấp hành; 4 - Bộ điều khiển ECT ECU

ECU động cơ có chức năng dự phòng để đảm bảo hoạt động ổn định, ngay cả khi cảm biến nhiệt độ nước làm mát gặp sự cố do hở hay chập mạch Trong trường hợp này, ECU sẽ tự động điều khiển dựa trên giả thiết nhiệt độ nước làm mát là 80 độ C, không phụ thuộc vào nhiệt độ thực tế của nước làm mát.

3.3.1.2.4 Cảm biến vị trí cần số (TR):

ECT ECU sử dụng tín hiệu TR để điều khiển:

• Áp suất mạch dầu chính

• Thời điểm đóng ly hợp khóa biến mô

Giới thiệu, thi công cơ khí mô hình hộp số tự động A343F

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 hệ thống điều khiển bằng thủy lực bằng hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong đó khí nén được cung cấp từ máy nén khí qua cụm van solenoid Khí nén sẽ được dẫn đến hai 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 taro ren trên mạch dầu để gắn ống dẫn khí nén cần đảm bảo độ kín tối đa nhằm giảm thiểu xì khí nén, đảm bảo đủ áp lực khí nén vào xilanh 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 bằng motor điện có khả năng dịch chuyển trên giá đỡ để điều chỉnh độ căng của dây curoa Trong cơ cấu truyền động, puly chủ động gắn với motor điện có đường kính nhỏ hơn puly bị động gắn với vỏ biến mô, nhằm đảm bảo trục sơ cấp của hộp số luôn quay với vận tốc thấp Điều này giúp tránh hư hỏng cho các chi tiết bên trong hộp số, đặc biệt khi không có dầu bôi trơn như khi sử dụng điều khiển thủy lực.

Khung được thiết kế với độ cứng và bền bỉ cao, có khả năng chịu trọng lượng lớn và tải trọng động từ các chi tiết quay, đồng thời đảm bảo vị trí và diện tích cho các chi tiết được gá Thiết kế cũng chú trọng đến tính thẩm mỹ của mô hình Bên cạnh đó, khung còn được trang bị bánh xe ở đáy, giúp dễ dàng di chuyển trong quá trình giảng dạy.

Bảng hiển thị được thiết kế sinh động và trực quan, cung cấp thông tin đầy đủ về hoạt động của hộp số Nó bao gồm sơ đồ khối hoạt động, cho phép quan sát nguyên lý hoạt động và đường truyền công suất qua các đèn LED ở từng bộ chấp hành Ngoài ra, bảng còn có đồng hồ báo áp suất khí nén, màn hình LED hiển thị phần trăm độ mở bướm ga và tốc độ xe, cùng với các đèn LED chỉ thị tay số đang hoạt động, công tắc khởi động ON/OFF, công tắc OD, biến trở điều chỉnh mức tải và 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

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

Bạc đạn nhào (Đk trục f 22mm ) 1 Trục nối biến mô ( Đk trục f 21.9 mm) 1

Cảm biến vị trí bàn đạp ga 1

Cơ cấu cần chuyển số 1

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 -

4.1.1.3 Giới thiệu ý tưởng thiết kế :

Hộp số tự động hiện đang là loại hộp số phổ biến nhất trên ô tô, dẫn đến nhu cầu nghiên cứu và học tập về nó ngày càng gia tăng Tuy nhiên, với cấu trúc phức tạp và các chi tiết được bố trí kín bên trong, việc khảo sát quá trình hoạt động của các bộ chấp hành trong hộp số khi xe đang hoạt động gặp nhiều khó khăn, gây trở ngại cho nghiên cứu, giảng dạy và học tập về loại hộp số này.

Các mô hình hộp số tự động đã được phát triển nhằm phục vụ nghiên cứu và học tập, nhưng hầu hết chỉ cho phép quan sát các chi tiết bên trong ở trạng thái tĩnh Để khắc phục nhược điểm này, các giảng viên 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 Mô hình này có phần vỏ hộp số được cắt bổ, cùng với bộ vi xử lý được lập trình với thuật toán phù hợp, giúp mô phỏng các trạng thái hoạt động của hộp số khi vận hành trên xe, cũng như các bộ chấp hành của hộp số.

Mô hình hộp số tự động A343F được điều khiển bằng khí nén, giúp sinh viên quan sát cấu tạo và hoạt động của các bộ chấp hành bên trong Dựa trên nghiên cứu của thầy Huỳnh Phước Sơn và Đặng Vũ Minh Đăng, chúng tôi đã thực hiện thi công mô hình này để nâng cao hiểu biết về hộp số tự động Đồ án "THI CÔNG MÔ HÌNH HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TOYOTA A343F" nhằm phát triển và cải tiến mô hình, phục vụ cho việc giảng dạy và học tập hiệu quả hơn 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

Motor điện dùng để dẫn động quay biến mô hộp số

Hình 4 1: Mô-tơ Điện Bảng 4 2: Thông số motor điện

4.1.1.5 Cụm van điện từ khí nén:

Bộ chấp hành nhận lệnh từ vi xử lý để điều khiển việc đóng ngắt đường dẫn khí nén đến phanh và ly hợp, giúp hộp số chuyển chế độ hoạt động Van điện từ 5/2 sử dụng điện áp 24V, khi cấp điện vào cuộn coil, xylanh sẽ di chuyển hết hành trình và trở về vị trí ban đầu khi ngừng cấp điện Mô hình này sử dụng cổng dẫn khí ra tại cổng số 4, với khí nén vào từ cổng số 1 qua thân kết nối 7 van điện từ Phạm vi áp suất của van dao động từ 0.1 đến 0.7Mpa.

Hình 4 2: Cụm van điện từ điều khiển khí nén

4.1.1.6 Đồng hồ báo áp suất khí nén:

Áp suất trên ống phân phối là yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của phanh và ly hợp trong hợp số Giá trị áp suất cần thiết cho hoạt động này nằm trong khoảng 4-8 kg/cm2, theo thông tin được trích dẫn từ tài liệu đào tạo.

TOYOTA Hộp số tự động tập 9 giai đoạn 2

Hình 4 3: Đồng hồ báo áp suất khí nén

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:

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

Hình 4 5:Khung được thiết kế trên phần mềm Catia

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

Hình 4 7: Hộp số sau khi được cắt

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

Hình 4 8: Thi công khoang các lỗ dẫn dầu

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

Hình 4 10: Khoan khóa biến mô

4.1.2.5 Thi công motor dẫn động và cơ cấu truyền động:

Mục đích của hệ thống này là truyền động quay từ motor điện qua puly chủ động và dây curoa đến puly bị động, nhằm dẫn động biến mô Biến mô này sẽ quay và điều khiển trục sơ cấp của hộp số, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho toàn bộ hệ thống.

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:

Khi vị trí cần chuyển số thay đổi, cảm biến vị trí trung gian sẽ nhận và truyền tín hiệu đến bộ vi xử lý, từ đó hiển thị lên đèn LED và điều khiển việc đóng mở các van Solenoid.

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:

Khi thay đổi hành trình bàn đạp ga, cảm biến vị trí sẽ nhận tín hiệu từ góc mở cánh bướm ga và gửi đến ECU ECU sau đó điều khiển cấp điện hiển thị % độ mở bướm ga trên màn hình LED, đồng thời truyền tín hiệu để điều chỉnh tốc độ động cơ và chế độ lái phù 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 của hệ thống là nhận lệnh từ ECU để điều khiển việc đóng mở đường dẫn khí nén đến các phanh và ly hợp, nhằm hỗ trợ hộp số chuyển đổi chế độ hoạt động một cách hiệu quả.

Hình 4 14: Cụm van solenoid điều khiển cấp khí nén

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

Hình 4 15: Cụm dây dẫn khí nén đến các phanh và ly hợp

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 nhằm đảm bảo tính thống nhất và đầy đủ các tính năng hoạt động của mô hình Nó bao gồm một sơ đồ khối hoạt động của hộp số, giúp người dùng dễ dàng hiểu nguyên lý và đường truyền công suất thông qua việc điều khiển các đèn LED dưới các bộ phận như phanh, ly hợp và khớp một chiều Khi đó, đèn LED sẽ phát sáng đúng theo chế độ hoạt động của từng tay số.

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

Lưu đồ thuật toán điều khiển mô hình mô tả nguyên lý lên số ở từng tay số tại mức tải thường và 3 độ mở bướm ga tượng trưng Chương trình điều khiển chính sẽ được lập trình với 10 trường hợp góc mở cánh bướm ga nhằm nâng cao độ chính xác cho quá trình lên số Các lưu đồ này là cơ sở quan trọng để phát triển chương trình điều khiển cho mô hình hộp số tự động A343F.

Các lưu đồ điều khiển lên xuống số của mô hình hộp số

LƯU ĐỒ CHỌN DẢI SỐ

Hình 4 20: Lưu đồ chọn dải số

LƯU ĐỒ CHUYỂN SỐ DẢI “D”

Hình 4 21: Lưu đồ chuyển số dải “D”

LƯU ĐỒ LÊN SỐ TẠI DẢI ”D”

Hình 4 22: Lưu đồ lên số dải “D”

LƯU ĐỒ XUỐNG SỐ TẠI DẢI ”D”

Hình 4 23: Lưu đồ xuống số dải “D”

LƯU ĐỒ CHỌN SỐ DẢI “ 2 “

Hình 4 24: Lưu đồ chuyển số dải 2

LƯU ĐỒ LÊN SỐ TẠI DẢI “ 2 “

Hình 4 25: Lưu đồ lên số tại dải 2

LƯU ĐỒ XUỐNG SỐ TẠI DẢI “ 2 “

Hình 4 26: Lưu đồ xuống số tại dải 2

LƯU ĐỒ CHUYỂN SỐ TẠI DẢI “ L “

Hình 4 27: Lưu đồ chuyển số tại dải L

LƯU ĐỒ LÊN SỐ TẠI DẢI “ L “

Hình 4 28: Lưu đồ lên số tại dải L

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:

❖ Định nghĩa về Fuzzy logic:

Hệ logic mờ (Fuzzy logic) sử dụng các quy tắc nếu–thì (if–then rules) để mô tả mối quan hệ, chẳng hạn như “nếu mở van nóng thì nhiệt độ tăng” Sự không rõ ràng trong định nghĩa của các thừa số ngôn ngữ, như nhiệt độ cao, được thể hiện qua tập mờ, cho phép một phần tử nằm trong nhiều tập với các mức độ tham gia khác nhau Ví dụ, nhiệt độ t = 20◦C có thể thuộc về tập nhiệt độ Cao với hàm thành viên 0.4 và tập nhiệt độ Trung bình với hàm thành viên 0.2 Sự chuyển đổi từ hàm thành viên sang không tham gia trong quá trình suy diễn mịn bằng luật mờ nếu-thì thực chất là một dạng nội suy.

Hình 4 30: Ví dụ về logic mờ

Trong logic truyền thống, biểu thức logic chỉ có hai giá trị: True hoặc False Ngược lại, logic mờ cho phép biểu thức nhận vô số giá trị trong khoảng từ 0 đến 1, phản ánh mức độ đúng của một sự kiện Trong khi logic truyền thống xác định một sự kiện là đúng (True - 1) hoặc sai (False - 0), logic mờ đánh giá mức độ đúng bằng các giá trị thực từ 0 đến 1, tùy thuộc vào mức độ đúng "nhiều" hay "ít" Các biến trong logic mờ không phải là con số mà là các khái niệm như "nhanh", "trung bình", "chậm" hay "nóng", "vừa", "lạnh" Do đó, việc giải quyết các bài toán trong logic mờ gần gũi hơn với cách tư duy của con người.

Tập mờ là một khái niệm trong lý thuyết tập hợp, trong đó cho S là một tập hợp và x là một phần tử của nó Một tập con mờ F của S được xác định thông qua hàm tư cách thành viên μF(x), thể hiện “mức độ” mà x thuộc về tập F, với giá trị nằm trong khoảng 0 đến 1 (0 ≤ μF(x) ≤ 1).

Khi μF(x) = 0 nghĩa là x hoàn toàn không thuộc tập F

Khi μF(x) = 1 nghĩa là x thuộc F hoàn toàn

Nếu μF(x) = 0 hoặc 1 thì tập F được xem là “giòn”

Các toán tử logic trên tập mờ:

Logic mờ không chú trọng đến cách thức hình thành các tập mờ, mà tập trung vào các quy luật hỗ trợ cho quá trình suy luận trên những tập này Bài viết này sẽ giới thiệu các phép toán quan trọng trên các tập mờ, bao gồm phép bù (complement), phép hợp (union) và phép giao (intersection).

Phép hợp hay toán tử OR:

Khái niệm: Hợp của hai tập mờ thể hiện mức độ một phần tử thuộc về một trong hai tập là bao nhiêu

Ví dụ: μTre(An) = 0.8 và μTrung niên(An) = 0.3

=> μTre ∨ Trung Niên(An) = max( 0.8, 0.3) = 0.8

Phép giao hay toán tử AND:

Khái niệm: Giao của hai tập mờ (A B) thể hiện mức độ một phần tử thuộc về cả hai tập là bao nhiêu

Công thức: MA∧ B(x) = min (μA(x) , μB(x) ) μTre(An) = 0.8 và μTrung niên(An) = 0.3

=> μTre ∧ Trung Niên(An) = min( 0.8, 0.3) = 0.3

Phép bù hay toán tử NOT:

Khái niệm: Bù của một tập mờ thể hiện mức độ một phần tử không thuộc về tập đó là bao nhiêu

Luật mờ: Một luật mờ là một biểu thức if- then được phát biểu ở dạng ngôn ngữ tự nhiên thể hiện sự phụ thuộc nhân quả giữa các biến

Ví dụ :if nhiệt độ là lạnh và giá dầu là rẻ then sưởi ấm nhiều

‘nhiệt độ’, ‘giá dầu’ và ‘sưởi ấm’ là các biến

‘lạnh’, ‘rẻ’, ‘nhiều’ là các giá trị hay chính là các tập mờ

Nếu một người có chiều cao vượt trội và cơ bắp mạnh mẽ, thì họ sẽ có lợi thế trong việc chơi bóng rổ Chiều cao giúp họ dễ dàng ghi điểm và phòng thủ, trong khi sức mạnh cơ bắp hỗ trợ cho khả năng di chuyển và tranh chấp bóng hiệu quả.

Các giá trị hay tập mờ là: ‘cao’, ‘lực lưỡng’, ‘hay’

Thủ tục ra quyết định mờ bao gồm ba bước chính để hệ thống mờ có thể suy luận từ các luật mờ và đưa ra kết luận chính xác dựa trên dữ liệu đầu vào.

Mờ hóa: Tính toán các giá trị mờ từ các giá trị chính xác ở đầu vào

Suy luận mờ là quá trình áp dụng tất cả các luật mờ có thể để xác định giá trị mờ cho kết luận, sau đó kết hợp các kết quả đầu ra để đưa ra quyết định chính xác hơn.

Phi mờ hóa là quá trình xác định giá trị chính xác từ kết quả mờ ở bước trước Trong số nhiều kỹ thuật phi mờ hóa, phương pháp trọng tâm (centroid method) là phương pháp phổ biến nhất được áp dụng.

Cho hệ thống mờ dùng trong điều trị bệnh gồm các luật sau đây:

IF sốt nhẹ THEN liều lượng asperine thấp

IF sốt THEN liều lượng asperine bình thường

IF sốt cao THEN liều lượng asperine cao

IF sốt rất cao THEN liều lượng asperine cao nhất

Và các tập mờ được biểu diễn như sau:

Biểu diễn của các tập mờ trong bài toán trên:

Một bệnh nhân sốt ở 38.7 độ, hãy xác định liều lượng asperince cần thiết để cấp cho bệnh nhân

Bước 1: Mờ hóa giá trị x = 38.7 đã cho: ta thấy 38.7 thuộc về các tập mờ như sau: μSốt nhẹ (x) = 0.3 μSốt (x) = 0.7 μSốt cao (x) = 0 μSốt rất cao (x) = 0

Hình 4 36: Biểu diễn tập mờ

Bước 2: Ta thấy có 2 luật 1 và 2 có thể áp dụng cho ra hai liều lượng aspirine: μThấp (x) = 0.3 μBình thường (x) = 0.7

Kết hợp các giá trị mờ này lại ta được vùng được tô màu sau đây:

Hình 4 37: Kết hợp giá trị mờ

Để xác định liều lượng aspirin cần cấp cho bệnh nhân, bước 3 là phi mờ hóa kết quả bằng cách tính trọng tâm của diện tích được tô trong hình Khi chiếu xuống trục hoành, ta nhận được giá trị ±480mg.

4.2.1.2.2 Điều khiển hộp số tự động bằng Fuzzy logic:

ECU ECT thực hiện việc sang số dựa vào bản đồ sang số, với thời điểm sang số phụ thuộc vào tốc độ xe và tải trọng Các giá trị này được lưu trữ trong bộ nhớ ECU như các bảng tra (look-up table) ECU có khả năng điều khiển quá trình sang số thông qua các câu lệnh điều kiện, cho phép tối ưu hóa hiệu suất vận hành của xe.

Khi tải ở mức 50%, nếu tốc độ dưới 1450 vòng/phút, vị trí được xác định là số 1; nếu tốc độ dưới 2450 vòng/phút, vị trí là số 2; nếu tốc độ dưới 4000 vòng/phút, vị trí là số 3 Nếu không thuộc các trường hợp trên, vị trí sẽ là số OD.

Để phát biểu bao trùm toàn bộ bản đồ sang số, cần nhiều câu chỉ định vị trí tải khác nhau Trong lập trình, việc điều khiển dòng thông tin một cách chính xác có thể gặp nhiều thách thức Đối với các hệ thống phức tạp và phi tuyến, fuzzy logic sẽ phát huy hiệu quả Chúng ta cần thiết lập bộ điều khiển fuzzy logic để tính toán thời điểm sang số một cách đơn giản và hiệu quả.

Bộ điều khiển hoạt động dựa trên hai tín hiệu đầu vào chính là tải và tốc độ xe, khác với ví dụ trước chỉ sử dụng một tín hiệu đầu vào duy nhất.

Bằng cách Edit > Add variable … > Input ta sẽ thêm được tín hiệu đầu vào thứ 2 như hình dưới

Hình 4 38: Bộ điều khiển sang số bằng fuzzy logic

Mở khối tải load, điều chỉnh các thông số như hình 4.34 Trong đó, khoảng giá trị

Trong bài viết này, chúng tôi đề cập đến ba hàm tính thành viên xác định ba tập fuzzy tương ứng với ba mức tải: tải nhẹ (Light), tải trung bình (Middle) và tải nặng (Heavy) Các hàm này được biểu diễn dưới dạng trimf, cho phép phân loại mức độ tải một cách rõ ràng và hiệu quả.

Hình 4 39: Khối hàm tính thành viên Load

VẬN HÀNH MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG