thiết kế và thi công hệ thống điều khiển mô hình hộp số tự động a140e phục vụ công tác giảng dạy

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (22.12 MB, 155 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH</b>

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT </b>

<b> NGUYỄN MINH TÂM</b>

S K L 0 1 2 5 0 1

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP</b>

<b> NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC </b>

<b>SVTH : NGUYỄN MINH TÂM MSSV : 19145458 </b>

<b>SVTH : VÕ LAM TRƯỜNG MSSV : 17145381 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, góp ý và chỉ dẫn từ các giảng viên đầy kinh nghiệm và bạn bè. Nhóm chúng em xin cảm ơn tất cả mọi người đã giúp đỡ và ủng hộ nhóm để có được những kinh nghiệm q giá và thành cơng trong đồ án này.

Đầu tiên, nhóm xin gửi đến lời cảm ơn chân thành đến ThS. Văn Ánh Dương, người đã giúp nhóm nhận đề tài và giải đáp nhiều thắc mắc trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Nhờ vào những chỉ dẫn của thầy mà nhóm đã có thêm kinh nghiệm để áp dụng khơng chỉ vào đồ án mà còn áp dụng vào sự nghiệp tương lai sau này.

Ngồi ra cịn có rất nhiều sự giúp đỡ từ các giảng viên thuộc xưởng khung gầm và đồng sơn thuộc khoa Cơ khí động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Các q thầy cơ đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để nhóm hồn thành cơng việc và phát triển chun mơn.

Khơng chỉ có sự hỗ trợ từ các giảng viên, nhóm cịn được rất nhiều bạn bè từ lớp khác hỗ trợ. Nhóm xin cảm ơn các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ và trao đổi kiến thức trong suốt quá trình nghiên cứu của nhóm.

Cuối cùng nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, những người thân yêu và nhà trường. Để đi được đến chặng đường này không thể khơng có sự hỗ trợ về tinh thần của gia đình và một mơi trường năng động để hồn thành luận văn tốt nghiệp.

Nhóm chúng em thừa nhận có rất nhiều khuyết điểm và thiếu sót xuyên suốt quá trình thực hiện đồ án vì kiến thức cịn non trẻ và thời gian thực hiện bị hạn chế. Vì thế nhóm chúng em mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến từ các giảng viên với mong muốn phần nào hoàn thiện hơn.

Một lần nữa, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn những người đã đóng góp vào thành cơng của luận văn tốt nghiệp của nhóm. Sự hỗ trợ và động viên của mọi người là một phần không thể thiếu trong hành trình đầy gian nan này. Xin chân thành cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Phần chính thứ 2 là phần thi cơng mơ hình hộp số tập trung vào thiết kế và thi cơng cơ khí, hệ thống khí nén và hệ thống điện. Về phần ngoại vi, dựa vào kiến thức đã học và hỗ trợ từ các giảng viên, nhóm đã thành cơng thiết kế bản thảo 2D và 3D của mơ hình, bảng điều khiển và các chức năng hoạt động trên hộp số sao cho phù hợp với việc giảng dạy nhờ vào các phần mềm chuyên dụng. Các hệ thống điện và khí nén cũng được thiết kế qua phần mềm để tính tốn và chuẩn bị thi cơng mơ hình.

Cuối cùng là phần vận hành mơ hình dựa vào ngun lý và sơ đồ chuyển số. Để vận hành mơ hình, nhóm đã dùng vi điều khiển Arduino MEGA 2560 để tiến hành điều khiển thời điểm chuyển số bằng việc giả lập tín hiệu độ mở bướm ga và tốc độ của xe. Nhờ đó mà vi điều khiển có thể điều khiển van điện từ khí nén khởi động theo dãy số mong muốn, qua đó điều khiển các hệ thống led sáng tương ứng.

Tóm lại, bài luận văn của nhóm đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thành cơng trong việc thi cơng và vận hành mơ hình hộp số A140E. Các nghiên cứu trong bài luận văn sẽ là nguồn kiến thức bổ sung cần thiết để hiểu rõ hơn về hộp số tự động.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

1.2. Đối tượng và mục đích nghiên cứu... 1

1.3. Những nội dung nghiên cứu của đề tài ... 1

1.4. Các phương pháp nghiên cứu ... 2

<b>Chương 2.KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ... 3</b>

2.1. Khái quát về hộp số tự động ... 3

2.1.1. Lịch sử ra đời ... 3

2.1.2. Phân loại hộp số tự động ... 5

2.1.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc ... 7

2.2. Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động ... 8

2.2.1. Ưu điểm ... 8

2.2.2. Nhược điểm ... 9

2.3. Khảo sát hộp số tự động A140E trên hãng xe Toyota ... 9

2.3.1. Giới thiệu hộp số tự động A140E ... 9

2.3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số tự động A140E ... 10

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>Chương 3.HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ... 38</b>

3.1. Mạch điều khiển thủy lực ... 38

3.1.1. Các bộ phận chính của bộ điều khiển thủy lực ... 40

3.1.2. Hoạt động khi chuyển số ... 45

3.2. Hệ thống điều khiển điện từ ... 48

3.2.1. Các bộ phận hệ thống điều khiển ... 48

3.2.2. Điều khiển thời điểm chuyển số ... 56

<b>Chương 4.THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG HỘP SỐ A140E PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIẢNG DẠY ... 60</b>

4.1. Thiết kế mơ hình hộp số A140E ... 60

4.2. Thi cơng mơ hình ... 85

4.2.1. Chuẩn bị ngun vật liệu ... 85

4.2.2. Thi cơng và lắp đặt mơ hình ... 90

<b>Chương 5.VẬN HÀNH MƠ HÌNH ... 98</b>

5.1. Kiểm tra mơ hình trước khi vận hành ... 98

5.1.1. Chức năng của bảng điều khiển ... 98

5.1.2. Thao tác kiểm tra trước khi vận hành ... 99

5.2. Thao tác vận hành mơ hình hộp số ... 101

5.2.1. Vận hành ở các dãy P, R, N ... 101

5.2.2. Vận hành ở các dãy D, 2, L ... 103

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

5.3. Bài tập thực hành với mơ hình ... 110

<b>Chương 6.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 113</b>

6.1. Kết luận ... 113

6.2. Hướng phát triển trong tương lai ... 113

Phụ lục 1: Code lập trình điều khiển Arduino ... 115

Phụ lục 2: Lưu đồ chi tiết dãy D và 2 ... 130

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

4 ECU Electronic Controlled Unit Bộ điều hiển trung tâm

5 ECT <sup>Electronic Controlled </sup>Transmission

Hệ thống điều khiển điện của hộp số tự động

6 FF Front-Wheel Drive <sup>Động cơ đặt ở cầu trước, cầu </sup>trước chủ động

7 FR Rear-Wheel Drive <sup>Động cơ đặt ở cầu trước, cầu sau </sup><sub>chủ động </sub>

8 SP1, SP<small>2</small> Speed sensor Cảm biến tốc độ số 1 và 2

Water Temperature Sensor

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

12 "N" Neutral Tay số vị trí trung gian

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

16 <sup>"L"</sup> <sup>Manual Low</sup> Tay số khi chạy trên đường dốc

17 <sup>VS </sup> <sup>V.S motor controller </sup> Hộp điều khiển tốc độ VS

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Hình 2.1: Chiếc xe được cho là có hộp số tự động đầu tiên ... 3

Hình 2.2: Mơ hình hộp số tự động đầu tiên ... 3

Hình 2.3: Hộp số Hydra-Matic của General Motors năm 1939 ... 4

Hình 2.4: Cách phân loại hộp số tự động dựa hệ thống điều khiển ... 5

Hình 2.5: Sơ đồ vị trí của hộp số tự động trên xe... 6

Hình 2.6: Hộp số tự động vơ cấp CVT ... 6

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo chính của hộp số điều khiển điện tử ... 7

Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo chính của hộp số thuần thủy lực ... 8

Hình 2.9: Kết cấu mặt cắt dọc hộp số tự động A140E ... 10

Hình 2.10: Cấu tạo bộ biến mơ ... 11

Hình 2.11: Đường truyền công suất từ động cơ qua biến mô đến hộp số ... 11

Hình 2.12: Cấu tạo của bộ truyền bánh răng hành tinh ... 12

Hình 2.13: Các bộ phận của bộ bánh răng hành tinh ... 13

Hình 2.14: Chế độ giảm tốc trong hộp số tự động ... 13

Hình 2.15: Chế độ tăng tốc trong hộp số tự động ... 14

Hình 2.16: Chế độ đảo chiều trong hộp số tự động ... 14

Hình 2.17: Chế độ nối trực tiếp trong hộp số tự động ... 15

Hình 2.18: Ly hợp C1, C2 trong hộp số hành tinh ... 16

Hình 2.19: Cấu tạo và vị trí lắp đặt ly hợp C1, C2 ... 16

Hình 2.20: Ly hợp khi chưa hoạt động ... 17

Hình 2.21: Ly hợp thực hiện chức năng ăn khớp ... 18

Hình 2.22: Ly hợp thực hiện chức năng nhả khớp ... 18

Hình 2.23: Phanh B1, B2, B3 trong hộp số hành tinh ... 19

Hình 2.24: Cấu tạo phanh ướt nhiều đĩa ... 20

Hình 2.25: Cấu tạo phanh dải ... 20

Hình 2.26: Phanh hoạt động khi áp suất thủy lực tác dụng ... 21

Hình 2.27: Phanh khi áp suất xả ra ... 21

Hình 2.28: Phanh dải khi hoạt động ... 22

Hình 2.29: Phanh dải hoạt động khi áp suất dầu tăng cao ... 22

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Hình 2.30: Khớp một chiều F1,F2 trong hộp số hành tinh ... 23

Hình 2.31: Cấu tạo của khớp một chiều ... 24

Hình 2.32: Hoạt động của khớp một chiều dạng con lăn trong bánh phản ứng ... 25

Hình 2.33: Sơ đồ hộp số tự động 4 tốc độ ... 25

Hình 2.34: Cấu tạo hộp số tự động 4 tốc độ ... 26

Hình 2.35: Dịng truyền cơng suất khi khơng có số truyền tăng ... 27

Hình 2.36: Dịng truyền cơng suất khi có số truyền tăng ... 27

Hình 2.37: Sơ đồ khối hộp số tự động 4 tốc độ ... 28

Hình 2.38: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “D” hoặc dãy “2” số 1 ... 29

Hình 2.39: Sơ đồ khối dịng truyền công suất dãy “D” hoặc dãy “2” số 1 ... 29

Hình 2.40: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “D” số 2 ... 30

Hình 2.41: Sơ đồ khối dịng truyền cơng suất dãy “D” số 2 ... 30

Hình 2.42: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “D” số 3 ... 31

Hình 2.43: Sơ đồ khối dịng truyền cơng suất dãy “D” số 3 ... 31

Hình 2.44: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “D” số truyền tăng ... 32

Hình 2.45: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “2” số 2 ... 33

Hình 2.46: Sơ đồ khối dịng truyền cơng suất dãy “2” số 2 ... 33

Hình 2.47: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh dãy “L” số 1 ... 34

Hình 2.48: Sơ đồ khối dịng truyền cơng suất dãy “L” số 1 ... 35

Hình 2.49: Hoạt động bộ truyền bánh răng hành tinh ở số lùi ... 36

Hình 2.50: Sơ đồ khối dịng truyền cơng suất dãy “R” ... 36

Hình 2.51: Cơ cấu hãm khóa khi đỗ xe loại xe FF ... 37

Hình 2.52: Cơ cấu hãm khóa khi đỗ xe loại FR ... 37

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Hình 3.8: Van điện từ khí nén ... 44

Hình 3.9: Van điều áp thứ cấp ... 44

Hình 3.10: Sơ đồ hoạt động của van điện từ và van chuyển số ở vị trí số 1 ... 45

Hình 3.11: Sơ đồ hoạt động của van điện từ khí nén và van chuyển số ở vị trí số 2 .... 46

Hình 3.12: Sơ đồ hoạt động của van điện từ khí nén và van chuyển số ở vị trí số 3 .... 46

Hình 3.13: Sơ đồ hoạt động của van điện từ và van chuyển số ở vị trí số OD ... 47

Hình 3.14: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển hộp số ... 48

Hình 3.15: Các bộ phận trong hệ thống điều khiển trên xe ... 48

Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện điều khiển điện tử ... 49

Hình 3.17: Sơ đồ mạch cơng tắc chọn chế độ hoạt động ... 50

Hình 3.18: Sơ đồ mạch cấu tạo công tắc khởi động số trung gian ... 50

Hình 3.19: Vị trí và sơ đồ mạch cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga ... 51

Hình 3.20: Vị trí và sơ đồ mạch của cảm biến nhiệt độ nước làm mát ... 52

Hình 3.21: Sơ đồ cảm biến tốc độ trong hệ thống ... 52

Hình 3.22: Cảm biến tốc độ số 1 ... 53

Hình 3.23: Cảm biến tốc độ số 2 ... 53

Hình 3.24: Cả hai cảm biến tốc độ bình thường ... 54

Hình 3.25: Cảm biến tốc độ số 2 khơng bình thường... 54

Hình 3.26: Vị trí và sơ đồ mạch cơng tắc O/D ... 55

Hình 3.27: Vị trí và sơ đồ mạch cơng tắc đèn phanh ... 55

Hình 3.28: Sơ đồ hệ thống điều khiển thời điểm chuyển số ... 56

Hình 3.29: Sơ đồ chuyển số dãy D, chế độ tải thường ... 57

Hình 3.30: Sơ đồ chuyển số dãy D, chế độ tải nặng ... 57

Hình 3.31: Sơ đồ chuyến số dãy 2 ... 58

Hình 3.32: Sơ đồ chuyển số dãy L ... 58

Hình 3.33: Sơ đồ điều khiển thời điểm chuyển số ... 59

Hình 4.1: Bản vẽ chi tiết khung của mơ hình hộp số ... 61

Hình 4.2: Khung mơ hình thiết kế khi đặt các thành phần chính ... 62

Hình 4.3: Thiết kế bảng hiển thị trên Autocad ... 63

Hình 4.4: Mạch 3 led 7 đoạn (trái) và mạch 2 led 7 đoạn (phải) ... 63

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Hình 4.5: Số đo đường kính biến trở, led,và cơng tắc ... 64

Hình 4.6: Số đo đường kính cơng tắc IG/SW và đồng hồ đo áp suất ... 64

Hình 4.14: Máy biến áp và thơng số thực tế ... 69

Hình 4.15: Đầu nối nguồn vào 220V và nguồn ra 24V và 5V của máy biến áp ... 70

Hình 4.24: Sơ đồ đấu điện của cụm van khí nén đến các chân của Arduino ... 74

Hình 4.25: Sơ đồ các chân của cần chuyển số và cơng tắc O/D ... 75

Hình 4.26: Sơ đồ đấu dây của cần chuyển số và công tắc O/D ... 75

Hình 4.27: Sơ đồ nối dây của ULN2803APG đến các chân led và Arduino ... 76

Hình 4.28: Arduino MEGA 2560 ... 76

Hình 4.29: Mạch hạ áp DC 3A LM2596 ... 77

Hình 4.30: Sơ đồ mạch điện của mơ hình ... 78

Hình 4.31: Sơ đồ nối dây ... 79

Hình 4.32: Sơ đồ chuyển số dãy D của của hộp số A140E ... 81

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Hình 4.35: Lưu đồ sang số dãy D ... 83

Hình 4.36: Lưu đồ thuật tốn sang số dãy 2 ... 83

Hình 4.37: Lưu đồ thuật tốn xuống số dãy L ... 84

Hình 4.38: Ống thép được cắt thành các đoạn cần thiết ... 90

Hình 4.39: Hàn khung mơ hình (trái) và khung sau khi sơn (phải) ... 90

Hình 4.40: Kiểm tra, vệ sinh và sơn lại hộp số ... 91

Hình 4.41: Lắp đặt hộp số và cần chuyển số ... 91

Hình 4.42: Mạch điều khiển thủy lực hộp số tự động A140E ... 92

Hình 4.43: Vị trí của phanh và ly hợp tương ứng ... 92

Hình 4.44: Các đầu dây dẫn khí được cắt và nối vào cụm van điện từ ... 93

Hình 4.45: Cụm van điện từ và ống dẫn khí nén được lắp đặt ... 93

Hình 4.46: Bộ biến áp có sử dụng các biện pháp an tồn điện ... 94

Hình 4.47: Bàn đạp ga được lắp đặt ... 94

Hình 4.48: Vị trí các thiết bị khi thiết kế (trái) và vị trí lắp đặt thực tế (phải) ... 95

Hình 4.49: Bảng điều khiển sau khi được cắt và in bằng tia lazer ... 95

Hình 4.50: Lắp đặt và cố định các cụm led bằng keo nến ... 96

Hình 4.51: Đấu nối mạch điện theo sơ đồ mạch điện đã thiết kế ... 96

Hình 4.52: Mơ hình hồn thiện hộp số tự động A140E ... 97

Hình 5.1: Bảng điều khiển của mơ hình bao gồm 4 cụm điều khiển ... 98

Hình 5.2: Bảng điều khiển khi bật công tắc IG/SW ... 99

Hình 5.3: Cụm cơng tắc quan sát hoạt động của phanh và ly hợp ... 99

Hình 5.4: Vị trí các đèn led tín hiệu ... 100

Hình 5.5: Vị trí cơng tắc VS ... 100

Hình 5.6: Mơ hình hoạt động ở tay số P ... 101

Hình 5.7: Mơ hình hoạt động ở tay số R ... 102

Hình 5.8: Mơ hình hoạt động ở tay số N ... 102

Hình 5.9: Mơ hình hoạt động số 1 ở dãy D ... 103

Hình 5.10: Mơ hình hoạt động số 2 ở dãy D ... 103

Hình 5.11: Mơ hình chuyển từ số 2 dãy D về số 1 dãy D với độ mở bướm ga 75% .. 104

Hình 5.12: Mơ hình hoạt động số 3 ở dãy D ... 104

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Hình 5.13: Mơ hình tự động trả về số 2 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt 83% ... 105Hình 5.14: Mơ hình hoạt động số 4 ở dãy D (số truyền tăng OD) ... 105Hình 5.15: Mơ hình hoạt động số 1 ở dãy 2 ... 106Hình 5.16: Mơ hình hoạt động số 2 ở dãy 2 ... 106Hình 5.17: Mơ hình tự động trả về số 1 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt gần 90% ... 107Hình 5.18: Mơ hình hoạt động số 3 ở dãy 2 ... 107Hình 5.19: Mơ hình hoạt động số 1 ở dãy L ... 108Hình 5.20: Mơ hình hoạt động số 2 ở dãy L ... 108Hình 5.21: Mơ hình hoạt động ở dãy L không bị ảnh hưởng bởi độ mở bướm ga ... 109Hình phụ lục 2.1: Lưu đồ chi tiết lên số dãy D ... 130Hình phụ lục 2.2: Lưu đồ chi tiết xuống số dãy D ... 130Hình phụ lục 2.3: Lưu đồ chi tiết lên số dãy 2 ... 131Hình phụ lục 2.4: Lưu đồ chi tiết xuống số dãy 2 ... 131

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Bảng 2.1: Các dãy số trong hộp số tự động A140E ... 9Bảng 2.2: Hoạt động của ly hợp, phanh và khớp một chiều tại các vị trí số ... 28Bảng 3.1: Chế độ chuyển số dựa vào vị trí cần số và chế độ lái của xe ... 56Bảng 4.1: Nguyên vật liệu để thực hiện mơ hình ... 85Bảng 4.2: Đồ nghề thi cơng cần thiết ... 88

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Lý do chọn đề tài </b>

Trong thời đại phát triển vượt bậc của công nghệ kỹ thuật, các phương tiện giao thông vận tải đóng vai trị rất quan trọng đối với nền kinh tế và cả chất lượng cuộc sống của con người. Nhờ vào đó, ơ tơ được cải tiến rất nhiều theo thiên hướng thân thiện với môi trường và người sử dụng. Một phần rất quan trọng trong những sự đổi mới này đó là hộp số tự động – điều mà khách hàng luôn quan tâm hàng đầu khi chọn mua xe. Hộp số tự động có rất nhiều ưu điểm vượt trội và đặc biệt giúp khách hàng sử dụng xe thoải mái và yên tâm hơn khi sử dụng phương tiện giao thơng. Vì thế, việc nghiên cứu hộp số tự động trên ô tô giúp không chỉ người sử dụng và cả người sửa chữa cập nhật và nắm bắt được những kiến thức nền tảng để khai thác tối ưu hiệu quả khi sử dụng hoặc tìm ra nguyên nhân hư hỏng và sửa chữa một cách dễ dàng. Ngồi ra, mơ hình hộp số tự động cịn giúp q trình giảng dạy được chun sâu và có cái nhìn trực quan hơn về hộp số chứ không dừng lại ở trên lý thuyết.

Xe ô tô hộp số tự động hiện nay đang rất phổ biến đến người dùng vì sự dễ sử dụng và tính an tồn của nó. Vì thế, nhu cầu học tập, sửa chữa và bảo dưỡng là rất lớn. Để tối đa hóa sự vượt trội của hộp số tự động so với số sàn thì việc nghiên cứu và nắm vững các nguyên lý hoạt động và cách điều khiển điện tử là cần thiết. Dựa trên những kiến thức đã được học ở Đại học, kết hợp với mơ hình và tài liệu là cơ sở khảo sát nguyên lý làm việc qua đó phát triển hệ thống điều khiển tự động mô phỏng trên vi điều khiển.

Qua những lý do trên, nhóm chúng em đã tiến hành chọn đề tài “Thiết kế và thi cơng hệ thống điều khiển mơ hình hộp số tự động A140E phục vụ công tác giảng dạy” cho nội dung đề tài tốt nghiệp.

<b>1.2. Đối tượng và mục đích nghiên cứu </b>

Hộp số tự động A140E trên Toyota Camry

<b>1.3. Những nội dung nghiên cứu của đề tài </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

➢ Chương 3: Hệ thống điều khiển của hộp số tự động

➢ Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình A140E phục vụ giảng dạy ➢ Chương 5: Vận hành mơ hình

➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

<b>1.4. Các phương pháp nghiên cứu </b>

• Phương pháp nghiên cứu tài liệu

• Phương pháp chọn lọc và thu thập thơng tin • Phương pháp thực nghiệm

• Phương pháp phi thực nghiệm

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

<b>Chương 2. KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 2.1. Khái quát về hộp số tự động </b>

Hiện nay vẫn còn rất nhiều tranh luận về sự ra đời của hộp số tự động. Một trong số đó cho rằng hộp số tự động đầu tiên là hộp số của cỗ xe Sturtevant năm 1904, được anh em nhà Sturtevant phát minh ở Boston (nước Anh). Hộp số tự động này có hai số tiến (khơng có số lùi) và được hoạt động bởi các khối lượng gắn vào động cơ.

<i>Hình 2.1: Chiếc xe được cho là có hộp số tự động đầu tiên </i>

Nhưng hộp số này đã không thể chịu được áp lực dẫn đến dễ bị gãy mỗi khi sang số. 20 năm sau, một nghiên cứu khác nhằm tạo ra hộp số tự động cho ô tô đã được thực hiện.

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Một ý kiến khác tin rằng hộp số tự động đầu tiên là hộp số của một kỹ sư người Canada - Alfred Horner Munro phát minh vào năm 1923. Ông là một kỹ sư hơi nước, và thiết kế của ông sử dụng khí nén thay vì thủy lực để truyền động các bánh răng.

Vào những năm 1932, các kỹ sư người Brazil - Fernando Lehly Lemos và José Braz Araripe – cho ra đời mẫu hộp số tự động sử dụng chất lỏng thủy lực đầu tiên.

Các công ty lớn như Chryster và General Motors các năm sau đó đã lần lượt cho ra đời các mẫu hộp số tự động thủy lực của họ, nhưng phương thức hoạt động rất khác với hộp số tự động hiện nay bởi vì những hộp số này chỉ tự động chuyển số một phần. Những hộp số bán tự động này có thể tự chuyển số khi ơ tơ đang di chuyển với vận tốc cao, nhưng cần sử dụng ly hợp khi ô tô đang dừng lại.

Mẫu hộp số Hydra-Matic được General Motors cho ra đời vào năm 1939 trong một số mẫu xe với thương hiệu Oldsmobile. Chi phí lúc đầu của mẫu hộp số này là 57 đô, nhưng chỉ sau một năm, giá đã tăng gần như gấp đơi (100 đơ la).

<i>Hình 2.3: Hộp số Hydra-Matic của General Motors năm 1939 </i>

Hộp số Hydra-Matic có nhiều điểm tương đồng với hộp số tự động ngày nay, ngoại trừ việc nó sử dụng khớp nối chất lỏng thay vì bộ biến mơ. Vì thế mà hộp số hiện đại có mức độ hiệu quả hơn khi vận hành việc truyền năng lượng từ động cơ thông qua hộp số.

Hộp số Hydra-Matic có một đặc điểm rất khác biệt đó là có thể ngắt và mở động cơ ở mọi cấp số. Nếu bạn muốn dừng một chiếc xe hơi có hệ thống Hydra-Matic, bạn phải tắt máy rồi sau đó chuyển số lùi mới khiến hệ thống truyền động bị khóa. Ngồi ra, bạn có thể

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

khởi động nó ở bất kỳ số nào nên khi vừa khởi động, ô tô sẽ bắt đầu di chuyển ngay khi khởi động máy. Để tránh được điều này, ta phải đạp phanh và đảm bảo hộp số ở số N (trung tính) trước khi khởi động xe.

<b>2.1.2. Phân loại hộp số tự động 2.1.2.1. Phân loại theo hệ thống </b>

Dựa vào hệ thống điều khiển, hộp số tự động có thể chia thành hai loại. Một loại là

<i>điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực và loại còn lại là điều khiển bằng điện tử (Electronic Controlled Transmission), nó dùng các chế độ được thiết lập trong ECU (Bộ điều khiển điện tử) để điều chỉnh thời gian chuyển số và khóa biến mơ. </i>

<i>Hình 2.4: Cách phân loại hộp số tự động dựa hệ thống điều khiển </i>

Ngoài cách phân loại ở trên, hộp số tự động cịn được phân loại theo vị trí đặt trên xe và thông thường được chia làm 2 loại: hộp số sử dụng trên xe FF (động cơ đặt trước - cầu trước chủ động) và FR (động cơ đặt trước - cầu sau chủ động).

Các hộp số tự động trên xe FF được thiết kế tinh giản hơn khối lượng và diện tích so với loại được lắp trên xe FR vì hộp số này được đặt gọn vào khoang động cơ.

Các loại xe FR sử dụng hộp số kết hợp bộ vi sai ở bên ngồi, trong khi đó các hộp số

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<i>Hình 2.5: Sơ đồ vị trí của hộp số tự động trên xea - Dẫn động câu trước: </i>

<i>1 - Mặt trước </i>

<i>6 - Truyền động cuối của vì sai</i>

Ngồi ra, hộp số tự động cịn được phân loại theo cấp số tiến của hộp số có được và hầu như hộp số tự động có 4 cấp. Hiện nay, số cấp mà hộp số tự động có được cao nhất là 10 cấp, hãng xe Toyota đã trang bị hộp số tự động 10 cấp này trên Lexus LC500 vào cuối 2019.

Hộp số tự động vô cấp CVT (Continuosly Variable Transmission) là loại hộp số tự động đang dần được chào đón rộng rãi ngày nay. Nó thường sử dụng đai truyền bằng kim loại hoặc cao su công suất cao để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau dựa vào tín hiệu của vịng tua động cơ và tải trọng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

<b>2.1.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc 2.1.3.1. Hộp số điều khiển điện tử (ECT) </b>

<i>Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo chính của hộp số điều khiển điện tử </i>

Một hộp số điều khiển điện tử (ECT) gồm các bộ phận sau: 1. Bộ biến mô: truyền và khuếch đại mômen do động cơ sinh ra.

2. Bộ truyền bánh răng hành tinh: chuyển số để giảm tốc, đảo chiều, tăng tốc, và vị trí số trung gian.

3. Bộ điều khiển thuỷ lực: điều khiển áp suất thuỷ lực sao cho bộ biến mô và bộ truyền bánh răng hành tinh hoạt động êm dịu.

4. Bộ điều khiển điện tử:sử dụng áp suất thuỷ lực để tự động chuyển số theo các tín hiệu điều khiển của ECU. ECU điều khiển các van điện từ theo tình trạng của động cơ và của xe do các bộ cảm biến xác định, do đó điều khiển áp suất thuỷ lực.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

<b>2.1.3.2. Hộp số tự động thuần thủy lực </b>

<i>Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo chính của hộp số thuần thủy lực </i>

Kết cấu của một hộp số tự động thuần thuỷ lực về cơ bản cũng tương tự như của ECT. Tuy nhiên, hộp số này điều khiển chuyển số bằng cơ học bằng cách phát hiện tốc độ xe bằng thuỷ lực thông qua van điều tốc và phát hiện độ mở bàn đạp ga từ bướm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bướm ga.

<b>2.2. Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động 2.2.1. Ưu điểm </b>

- Ưu điểm đầu tiên của hộp số tự động là có các thao tác đơn giản, dễ sử dụng bởi vì các thao tác như ngắt ly hợp, lựa chọn cấp số do hệ thống cơ khí và điện tử tự động điều khiển. Vì thế mà đặc điểm này cực kỳ hữu ích trong trường hợp di chuyển ở đường đô thị và những nơi đông người hoặc giờ cao điểm tắc đường. - Thứ hai là khả năng vận hành êm dịu trong quá trình sử dụng vì hộp số tự động

kiểm sốt tốc độ di chuyển nhờ so sánh các tín hiệu từ cảm biến, đặc biệt ở những lúc đèn đỏ hoặc địa hình phức tạp, nhiều dốc, gồ ghề.

- Đối với những người mới lái xe, hộp số tự động sẽ mang đến trải nghiệm thoải mái, dễ dàng, an toàn khi vận hành. Đây cũng là lý do ngày nay phụ nữ chủ yếu lựa chọn xe số tự động để di chuyển, phục vụ công việc và sinh hoạt hàng ngày.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<b>2.2.2. Nhược điểm </b>

- Chi phí bảo trì tốn kém:

Hộp số tự động phức tạp hơn hộp số sàn. Vì thế, việc sửa chữa các hộp số tự động cũng mất nhiều thời gian hơn để sửa chữa, địi hỏi phải có kiến thức nền tảng về điện tử điều khiển để khắc phục các lỗi đặc thù trên hộp số tự động, dẫn đến cuối cùng chi phí bảo trì cao hơn.

- Tốn nhiên liệu hơn:

Chúng có thể tốn nhiều nhiên liệu hơn xe số tay, nhưng trên thực tế, điều này sẽ khác nhau tùy theo từng loại xe do cấu tạo hộp số tự động phức tạp và mọi thứ được lập trình sẵn.

<b>2.3. Khảo sát hộp số tự động A140E trên hãng xe toyota 2.3.1. Giới thiệu hộp số tự động A140E </b>

Hộp số A140E được đưa vào sử dụng lần đầu tiên trên dòng xe CAMRY trên hãng xe Toyota vào năm 1984. Khơng chỉ giúp nâng cao vị thế của dịng xe CAMRY trên thị trường xe cao cấp mà A140E còn giúp TOYOTA cạnh tranh được với các hãng xe lớn trên thế giới khác như MECEDES, FORD,...

A140E (“A”: tự động, “1”: hộp số ngang, “4”: 4 cấp số, “0”: số seri, “E”: điện tử) là hộp số tự động điều khiển điện tử có 4 cấp số tiến nhờ có bộ truyền hành tinh OD và một cấp số lùi. Đây là một trong những hộp số hiện đại nhất trong thị trường xe lúc bấy giờ, việc tăng thêm một tỷ số truyền là tăng thêm một sự lựa chọn tay số cho người lái, hoạt động của động cơ sẽ ổn định hơn, tiêu hao nhiên liệu giảm.

<i><b>Bảng 2.1: Các dãy số trong hộp số tự động A140E </b></i>

P Đỗ xe Sử dụng khi đỗ xe

N Trung gian Sử dụng khi xe dừng tạm thời động cơ vẫn hoạt động.

D 1, 2, 3, OD Sử dụng khi cần chuyển số một cách tự động

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<b>2.3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số tự động A140E </b>

<i>2 – Bơm dầu; 3 – Ống thông hơi; 4 – Ly hợp truyền thẳng; 5 – Ly hợp số tiến; </i>

<i>6 – Phanh ma sát ướt B2; 7 – Khớp một chiều F2; 8 – Phanh ma sát ướt B3; </i>

<i>9 – Xi lanh điều khiển phanh B3; 10 – Bánh răng chủ động trung gian; 11 – Xi lanh điều khiển phanh B0; </i>

<i>12 – Phanh ma sát ướt số truyền tăng B<small>0</small>; 13 – Xi lanh điều khiển ly hợp C<small>0</small>; </i>

<i>14 – Trục trung gian hộp số; 15 – Lò xo hồi vị; </i>

<i>16 – Trục thứ cấp của hộp số; 17 – Bánh răng bị động trung gian; 18 – Phốt chắn dầu; </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Bộ biến mơ có chức năng truyền và khuếch đại mơ men truyền từ động cơ vào hộp số tự động thông qua dầu hộp số tự động làm môi trường truyền mô men.

Bộ phận của bộ biến mô: bánh tua-bin, bánh bơm, khớp một chiều, stator, trục stator, vỏ biến mơ và các bộ phận khác.

Khi hoạt đồng bộ biến mô đổ đầy dầu do bơm dầu cung cấp. Khi quay dầu văng ra khỏi cánh bơm thành một dịng truyền cơng suất làm cho rotor tua bin quay truyền mô men đến hộp số.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

<b>2.3.2.2. Hộp số bánh răng hành tinh 2.3.2.2.1 Bộ truyền bánh răng hành tinh </b>

<i>Hình 2.12: Cấu tạo của bộ truyền bánh răng hành tinh </i>

<b>c. Nguyên lý hoạt động </b>

Bằng cách thay đổi vị trí đầu vào, đầu ra, phần và các phần tử cố định có thể giảm tốc, tăng tốc, đảo chiều và nối trực tiếp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

❖ Chế độ giảm tốc trong hộp số tự động: - Đầu vào: Bánh răng bao

- Đầu ra: Cần dẫn

- Cố định: Bánh răng mặt trời

Bánh răng bao quay theo chiều kim đồng hồ, các bánh răng hành tinh sẽ quay xung quanh bánh răng mặt trời đồng thời cũng quay quanh trục của chúng theo chiều kim đồng hồ. Tốc độ quay của cần dẫn sẽ giảm xuống tùy theo số răng của bánh răng bao và mặt trời.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

❖ Chế độ tăng tốc trong hộp số tự động: - Đầu vào: Cần dẫn

- Đầu ra: Bánh răng bao - Cố định: Bánh răng mặt trời

Khi cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ thì các bánh răng hành tinh xung quanh bánh răng mặt trời cũng xoay quanh trục của nó theo chiều kim đồng hồ. Lúc này, bánh răng bao sẽ tăng tốc dựa vào số răng của bánh răng bao và mặt trời.

<i>Hình 2.15: Chế độ tăng tốc trong hộp số tự động </i>

❖ Chế độ đảo chiều trong hộp số tự động: - Đầu vào: Bánh răng mặt trời - Đầu ra: Bánh răng bao - Cố định: Cần dẫn

Khi bánh răng mặt trời quay theo chiều kim đồng hồ, do cần dẫn cố định nên các bánh răng hành tinh quay xung quanh trục quay ngược chiều kim đồng hồ dẫn đến bánh răng bao quay ngược chiều kim đồng hồ. Bánh răng bao sẽ giảm tốc phụ thuộc vào số răng của bánh răng bao và bánh răng mặt trời.

<i>Hình 2.16: Chế độ đảo chiều trong hộp số tự động </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

Ly hợp là cầu kết nối giữa bộ biến mô và bánh răng hành tinh với chức năng truyền và ngắt mô men từ động cơ đến trục trung gian.

Ly hợp C<small>1</small> (ly hợp số tiến) có chức năng truyền cơng suất từ biến mô qua bánh răng bao ở bộ truyền hành tinh trước khi qua trục sơ cấp. Các đĩa ma sát và đĩa thép được bố trí xen kẽ sao cho các đĩa ma sát ăn khớp bằng then hoa với bánh răng bao trước, các đĩa thép ăn khớp với tang trống ly hợp số tiến.

Ly hợp C<small>2</small> (ly hợp số truyền thẳng và số lùi) có chức năng truyền công suất từ trục sơ cấp đến bánh răng mặt trời. Các đĩa ma sát được khớp then hoa với moay ơ ly hợp số truyền thẳng, các đĩa thép được khớp then hoa với trống ly hợp số truyền thẳng.

</div>