LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển mô hình hộp số tự động A140E phục vụ công tác giảng dạy
TÓM TẮT
Bài luận văn tập trung vào 3 phần chính: Cơ sở lý thuyết hộp số tự động, thiết kế và vận hành mô hình hộp số A140E phục vụ công tác giảng dạy và vận hành mô hình.
Ở phần đầu tiên, Cơ sở lý thuyết nhóm đã tập trung nghiên cứu về nguyên lý và cấu tạo của các chi tiết trong hộp số A140E. Ngoài ra, nhóm còn nghiên cứu sâu hơn về cách phân loại, ưu – nhược điểm hộp số tự động và hộp số sàn. Qua đó xây dựng được nền tảng kiến thức để tiến hành thiết kế, vệ sinh và lắp ráp mô hình hộp số.
Phần chính thứ 2 là phần thi công mô hình hộp số tập trung vào thiết kế và thi công 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 công thiết kế bản thảo 2D và 3D của mô 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 toán và chuẩn bị thi công mô hình.
Cuối cùng là phần vận hành mô hình dựa vào nguyên lý và sơ đồ chuyển số. Để vận hành mô 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 công trong việc thi công và vận hành mô 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.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i TÓMTẮT ....................................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ...................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... xiv Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .......................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................1
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
Chương 2. KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ..........................................................3
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
2.3.3. Hoạt động của bộ truyền bánh răng hành tinh tại các vị trí số ....................28
iii
Chương 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ......................38
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
Chương 4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG HỘP SỐ A140E PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIẢNG DẠY .....................................................................60
4.1. Thiết kế mô hình hộp số A140E ...........................................................................60
4.1.1. Khung mô hình.............................................................................................60
4.1.2. Bảng hiển thị ................................................................................................63
4.1.3. Tính toán và thiết kế sơ đồ mạch khí nén ....................................................65
4.1.4. Sơ đồ mạch điện...........................................................................................69
4.1.5. Lập trình.......................................................................................................81
4.2. Thi công mô hình..................................................................................................85
4.2.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu .............................................................................85
4.2.2. Thi công và lắp đặt mô hình ........................................................................90
Chương 5. VẬN HÀNH MÔ HÌNH..........................................................................98
5.1. Kiểm tra mô 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 mô 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
iv
5.3. Bài tập thực hành với mô hình............................................................................110
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...........................................113
6.1. Kết luận...............................................................................................................113
6.2. Hướng phát triển trong tương lai ........................................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................114 PHỤ LỤC .................................................................................................................115 Phụ lục 1: Code lập trình điều khiển Arduino .............................................................115 Phụ lục 2: Lưu đồ chi tiết dãy D và 2..........................................................................130
v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
STT
TỪ VIẾT TẮT
TIẾNG ANH
Ý NGHĨA
1
AT
Automatic Transmission
Hộp số tự động
2
AT*
Automatic Transmission*
Hộp số tự động hoạt động bằng thuỷ lực
3
CVT
Continuosly Variable Transmission
Hộp số tự động vô cấp
4
6
7 8
ECU
FF
FR SP1, SP2
Electronic Controlled Unit
Front-Wheel Drive
Rear-Wheel Drive Speed sensor
Bộ điều hiển trung tâm
Động cơ đặt ở cầu trước, cầu trước chủ động
Động cơ đặt ở cầu trước, cầu sau chủ động
Cảm biến tốc độ số 1 và 2
5
ECT
Electronic Controlled Transmission
Hệ thống điều khiển điện của hộp số tự động
9
THW
Water Temperature Sensor
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
10
"P"
Park
Tay số dùng để đậu xe
11
"R"
Reverse
Tay số lùi
12
"N"
Neutral
Tay số vị trí trung gian
vi
13 "D" 14 "OD"
Drive Over Drive
Manual Second Manual Low V.S motor controller
Tay số chuyển số tự động
Tay số truyền tăng
Tay số khi sử dụng trên đường bằng phẳng
Tay số khi chạy trên đường dốc Hộp điều khiển tốc độ VS
"2" 16 "L"
17 VS
15
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Chiếc xe được đánh giá là có hộp số tự động đầu tiên............................................3 Hình 2.2: Mô 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 vô 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 mô......................................................................................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
viii
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: Dòng truyền công suất khi không có số truyền tăng ...................................27 Hình 2.36: Dòng truyền công 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” hay dãy “2” số 1 .......29 Hình 2.39: Sơ đồ khối dòng truyền công suất dãy “D” hay 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 dòng truyền công 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 dòng truyền công 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 dòng truyền công 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 dòng truyền công 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 dòng truyền công 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 Hình 3.1: Mạch dầu hộp số A140E ...............................................................................38 Hình 3.2: Hệ thống điều khiển thủy lực ........................................................................40 Hình 3.3: Bơm dầu ........................................................................................................40 Hình 3.4: Thân van ........................................................................................................41 Hình 3.5: Van điều áp sơ cấp .........................................................................................42 Hình 3.6: Van điều khiển ...............................................................................................42 Hình 3.7: Van chuyển số................................................................................................43
ix
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 công 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 không bình thường....................................................54 Hình 3.26: Vị trí và sơ đồ mạch công tắc O/D ..............................................................55 Hình 3.27: Vị trí và sơ đồ mạch công 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 mô hình hộp số ....................................................61 Hình 4.2: Khung mô 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
x
Hình 4.5: Số đo đường kính biến trở, led,và công tắc...................................................64 Hình 4.6: Số đo đường kính công tắc IG/SW và đồng hồ đo áp suất ...........................64 Hình 4.7: Thông số máy khí nén ...................................................................................65 Hình 4.8: Bảng chuyển dãy số:......................................................................................66 Hình 4.9: Van điện từ khí nén 4V210 – 08....................................................................66 Hình 4.10: Công thức tính đường ống dẫn khí..............................................................67 Hình 4.11: Đồng hồ đo áp suất ......................................................................................68 Hình 4.12: Sơ đồ mạch khí nén .....................................................................................68 Hình 4.13: Sơ đồ nối mạch khí nén ...............................................................................69 Hình 4.14: Máy biến áp và thông số thực tế..................................................................69 Hình 4.15: Đầu nối nguồn vào 220V và nguồn ra 24V và 5V của máy biến áp ...........70 Hình 4.16: Động cơ điện ...............................................................................................70 Hình 4.17: Sơ đồ mạch kết nối hộp điều khiển tốc độ VS với động cơ điện ................71 Hình 4.18: Hộp điều khiển tốc độ VS ...........................................................................72 Hình 4.19: Sơ đồ đấu dây vào hộp VS ..........................................................................72 Hình 4.20: Bàn đạp ga ...................................................................................................73 Hình 4.21: Sơ đồ cảm biến vị trí bàn đạp ga .................................................................73 Hình 4.22: Sơ đồ nối dây của cụm điều khiển tốc độ động cơ......................................73 Hình 4.23: Mạch kích mosfet ........................................................................................74 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 công 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 mô 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 Hình 4.33: Lưu đồ thuật toán hộp điều khiển................................................................81 Hình 4.34: Lưu đồ thuật toán chọn dãy số ....................................................................82
xi
Hình 4.35: Lưu đồ sang số dãy D..................................................................................83 Hình 4.36: Lưu đồ thuật toán sang số dãy 2..................................................................83 Hình 4.37: Lưu đồ thuật toán xuống số dãy L...............................................................84 Hình 4.38: Ống thép được cắt thành các đoạn cần thiết................................................90 Hình 4.39: Hàn khung mô 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 toàn 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: Mô hình hoàn thiện hộp số tự động A140E ................................................97 Hình 5.1: Bảng điều khiển của mô 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 công 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 công tắc VS ........................................................................................100 Hình 5.6: Mô hình hoạt động ở tay số P......................................................................101 Hình 5.7: Mô hình hoạt động ở tay số R .....................................................................102 Hình 5.8: Mô hình hoạt động ở tay số N .....................................................................102 Hình 5.9: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy D .................................................................103 Hình 5.10: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy D ...............................................................103 Hình 5.11: Mô hình chuyển từ số 2 dãy D về số 1 dãy D với độ mở bướm ga 75% ..104 Hình 5.12: Mô hình hoạt động số 3 ở dãy D ...............................................................104
xii
Hình 5.13: Mô hình tự động trả về số 2 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt 83%..............105 Hình 5.14: Mô hình hoạt động số 4 ở dãy D (số truyền tăng OD)..............................105 Hình 5.15: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy 2 ................................................................106 Hình 5.16: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy 2 ................................................................106 Hình 5.17: Mô hình tự động trả về số 1 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt gần 90% .......107 Hình 5.18: Mô hình hoạt động số 3 ở dãy 2 ................................................................107 Hình 5.19: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy L ...............................................................108 Hình 5.20: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy L ...............................................................108 Hình 5.21: Mô hình hoạt động ở dãy L không bị ảnh hưởng bởi độ mở bướm ga .....109 Hình phụ lục 2.1: Lưu đồ chi tiết lên số dãy D ...........................................................130 Hình phụ lục 2.2: Lưu đồ chi tiết xuống số dãy D ......................................................130 Hình phụ lục 2.3: Lưu đồ chi tiết lên số dãy 2 ............................................................131 Hình phụ lục 2.4: Lưu đồ chi tiết xuống số dãy 2 .......................................................131
xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các dãy số trong hộp số tự động A140E ........................................................9 Bảng 2.2: Hoạt động của ly hợp, phanh và khớp một chiều tại các vị trí số.................28 Bảng 3.1: Chế độ chuyển số dựa vào vị trí cần số và chế độ lái của xe........................56 Bảng 4.1: Nguyên vật liệu để thực hiện mô hình ..........................................................85 Bảng 4.2: Đồ nghề thi công cần thiết ............................................................................88
xiv
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong thời đại phát triển vượt bậc của công nghệ kỹ thuật, các phương tiện giao thông vận tải đóng vai trò rất quan trọng đối với nền kinh tế và cả chất lượng cuộc sống của con người. Nhờ vào đó, ô tô 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 thông. 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 hay tìm ra nguyên nhân hư hỏng và sửa chữa một cách dễ dàng. Ngoài ra, mô hình hộp số tự động còn giúp quá trình giảng dạy được chuyên 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 toàn 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 mô 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 công hệ thống điều khiển mô hình hộp số tự động A140E phục vụ công tác giảng dạy” cho nội dung đề tài tốt nghiệp.
1.2. Đối tượng và mục đích nghiên cứu
Hộp số tự động A140E trên Toyota Camry
1.3. Những nội dung nghiên cứu của đề tài
Nội dung nghiên cứu sẽ được trình bày qua 6 chương bao gồm: ➢ Chương 1: Tổng quan về đề tài
➢ Chương 2: Khái quát về hộp số tự động
1
➢ 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 mô hình
➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
1.4. Các phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu tài liệu
• Phương pháp chọn lọc và thu thập thông tin
• Phương pháp thực nghiệm
• Phương pháp phi thực nghiệm
2
Chương 2. KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 2.1. Khái quát về hộp số tự động
2.1.1. Lịch sử ra đời
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 (không có số lùi) và được hoạt động bởi các khối lượng gắn vào động cơ.
Hình 2.1: Chiếc xe được đánh giá là có hộp số tự động đầu tiên
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.
Hình 2.2: Mô hình hộp số tự động đầu tiên
3
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 cách 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 ô tô 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 đôi (100 đô la).
Hình 2.3: Hộp số Hydra-Matic của General Motors năm 1939
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 mô. 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. Ngoài ra, bạn có thể
4
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.
2.1.2. Phân loại hộp số tự động
2.1.2.1. Phân loại theo hệ thống
Dựa vào hệ thống điều khiển, hộp số tự động có thể chia thành hai loại. Một loại là 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 mô.
Hình 2.4: Cách phân loại hộp số tự động dựa hệ thống điều khiển
2.1.2.2. Phân loại theo vị trí đặt của hộp số
Ngoài cách phân loại ở trên, hộp số tự động còn 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 ngoài, trong khi đó các hộp số sử dụng trên xe FF kết hợp chúng thành một khối hay còn biết đến là “Hộp số có vi sai”.
5
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. Kết luận
Đầu tiên nhóm đã hoàn thành nghiên cứu cơ cấu và nguyên lý hoạt động của hộp số tự động A140E, qua đó hiểu sâu hơn về các kiến thức liên quan đến các bộ phận của hộp số và nguyên lý chuyển số tự động.
Thứ hai, nhóm đã học hỏi xây dựng thiết kế mô hình cơ - điện - khí qua các phần mềm vẽ chuyên dụng. Qua đó có thêm kinh nghiệm về cách trình bày hay lên kế hoạch thiết kế các bản vẽ sao cho hợp lý trước khi đi vào thi công thực tế. Ngoài ra còn áp dụng được các kỹ năng cần thiết để sử dụng các loại máy khoan, máy mài hay các loại máy cơ khí khác để phục vụ cho việc thi công mô hình.
Thứ ba, nhóm đã thành công trong việc mô phỏng hoạt động của hộp số tự động A140E. Thông qua việc lập trình qua Arduino, nhóm đã lấy được tín hiệu từ cảm biến và giả lập tốc độ, độ mở bướm ga để xuất tín hiệu đèn led của ly hợp, phanh và khớp một chiều với dãy số tương ứng. Ngoài ra còn điều khiển các nhóm van điện từ khí nén hoạt động ứng với các điều kiện trên.
Cuối cùng là các kỹ năng mềm được phát triển. Khả năng lên kế hoạch khoa học, làm việc nhóm, hay việc nhìn nhận, giải quyết vấn đề qua những lần kiểm thử lỗi và cách phân chia công việc, thời gian sao phù hợp với tiến độ được cải thiện rõ rệt.
6.2. Hướng phát triển trong tương lai
Hiệu suất của động cơ sẽ giảm khi hộp số chuyển lên số truyền tăng mà nhiệt độ nước làm mát thấp hơn nhiệt độ xác định. Để không xảy ra hiện tượng này, đề xuất tương lai cho mô hình là giả lập thêm tín hiệu nhiệt độ nước làm mát (THW) và nhiệt độ ECU động cơ.
Khi nhiệt độ dưới nhiệt độ xác định (dưới 60 °C), ECU động cơ gửi tín hiệu đến cực OD1 của ECT ECU để ngăn hộp số chuyển lên O/D và ly hợp khóa biến mô hoạt động.
ECU sẽ nhận tín hiệu để ngăn không cho hộp số chuyển lên số truyền tăng trước khi nhiệt độ nước làm mát đạt đến giá trị xác định.
Hình 2.5: Sơ đồ vị trí của hộp số tự động trên xe
a - Dẫn động câu trước: b - Dẫn động cầu sau:
1 - Mặt trước 4 - Hộp số tự động
2 - Cụm cầu và hộp số tự động
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển mô hình hộp số tự động A140E phục vụ công tác giảng dạy
TÓM TẮT
Bài luận văn tập trung vào 3 phần chính: Cơ sở lý thuyết hộp số tự động, thiết kế và vận hành mô hình hộp số A140E phục vụ công tác giảng dạy và vận hành mô hình.
Ở phần đầu tiên, Cơ sở lý thuyết nhóm đã tập trung nghiên cứu về nguyên lý và cấu tạo của các chi tiết trong hộp số A140E. Ngoài ra, nhóm còn nghiên cứu sâu hơn về cách phân loại, ưu – nhược điểm hộp số tự động và hộp số sàn. Qua đó xây dựng được nền tảng kiến thức để tiến hành thiết kế, vệ sinh và lắp ráp mô hình hộp số.
Phần chính thứ 2 là phần thi công mô hình hộp số tập trung vào thiết kế và thi công 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 công thiết kế bản thảo 2D và 3D của mô 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 toán và chuẩn bị thi công mô hình.
Cuối cùng là phần vận hành mô hình dựa vào nguyên lý và sơ đồ chuyển số. Để vận hành mô 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 công trong việc thi công và vận hành mô 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.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i TÓMTẮT ....................................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ...................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... xiv Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .......................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................1
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
Chương 2. KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ..........................................................3
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
2.3.3. Hoạt động của bộ truyền bánh răng hành tinh tại các vị trí số ....................28
iii
Chương 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG ......................38
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
Chương 4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG HỘP SỐ A140E PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIẢNG DẠY .....................................................................60
4.1. Thiết kế mô hình hộp số A140E ...........................................................................60
4.1.1. Khung mô hình.............................................................................................60
4.1.2. Bảng hiển thị ................................................................................................63
4.1.3. Tính toán và thiết kế sơ đồ mạch khí nén ....................................................65
4.1.4. Sơ đồ mạch điện...........................................................................................69
4.1.5. Lập trình.......................................................................................................81
4.2. Thi công mô hình..................................................................................................85
4.2.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu .............................................................................85
4.2.2. Thi công và lắp đặt mô hình ........................................................................90
Chương 5. VẬN HÀNH MÔ HÌNH..........................................................................98
5.1. Kiểm tra mô 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 mô 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
iv
5.3. Bài tập thực hành với mô hình............................................................................110
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...........................................113
6.1. Kết luận...............................................................................................................113
6.2. Hướng phát triển trong tương lai ........................................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................114 PHỤ LỤC .................................................................................................................115 Phụ lục 1: Code lập trình điều khiển Arduino .............................................................115 Phụ lục 2: Lưu đồ chi tiết dãy D và 2..........................................................................130
v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
STT
TỪ VIẾT TẮT
TIẾNG ANH
Ý NGHĨA
1
AT
Automatic Transmission
Hộp số tự động
2
AT*
Automatic Transmission*
Hộp số tự động hoạt động bằng thuỷ lực
3
CVT
Continuosly Variable Transmission
Hộp số tự động vô cấp
4
6
7 8
ECU
FF
FR SP1, SP2
Electronic Controlled Unit
Front-Wheel Drive
Rear-Wheel Drive Speed sensor
Bộ điều hiển trung tâm
Động cơ đặt ở cầu trước, cầu trước chủ động
Động cơ đặt ở cầu trước, cầu sau chủ động
Cảm biến tốc độ số 1 và 2
5
ECT
Electronic Controlled Transmission
Hệ thống điều khiển điện của hộp số tự động
9
THW
Water Temperature Sensor
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
10
"P"
Park
Tay số dùng để đậu xe
11
"R"
Reverse
Tay số lùi
12
"N"
Neutral
Tay số vị trí trung gian
vi
13 "D" 14 "OD"
Drive Over Drive
Manual Second Manual Low V.S motor controller
Tay số chuyển số tự động
Tay số truyền tăng
Tay số khi sử dụng trên đường bằng phẳng
Tay số khi chạy trên đường dốc Hộp điều khiển tốc độ VS
"2" 16 "L"
17 VS
15
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Chiếc xe được đánh giá là có hộp số tự động đầu tiên............................................3 Hình 2.2: Mô 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 vô 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 mô......................................................................................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
viii
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: Dòng truyền công suất khi không có số truyền tăng ...................................27 Hình 2.36: Dòng truyền công 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” hay dãy “2” số 1 .......29 Hình 2.39: Sơ đồ khối dòng truyền công suất dãy “D” hay 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 dòng truyền công 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 dòng truyền công 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 dòng truyền công 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 dòng truyền công 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 dòng truyền công 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 Hình 3.1: Mạch dầu hộp số A140E ...............................................................................38 Hình 3.2: Hệ thống điều khiển thủy lực ........................................................................40 Hình 3.3: Bơm dầu ........................................................................................................40 Hình 3.4: Thân van ........................................................................................................41 Hình 3.5: Van điều áp sơ cấp .........................................................................................42 Hình 3.6: Van điều khiển ...............................................................................................42 Hình 3.7: Van chuyển số................................................................................................43
ix
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 công 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 không bình thường....................................................54 Hình 3.26: Vị trí và sơ đồ mạch công tắc O/D ..............................................................55 Hình 3.27: Vị trí và sơ đồ mạch công 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 mô hình hộp số ....................................................61 Hình 4.2: Khung mô 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
x
Hình 4.5: Số đo đường kính biến trở, led,và công tắc...................................................64 Hình 4.6: Số đo đường kính công tắc IG/SW và đồng hồ đo áp suất ...........................64 Hình 4.7: Thông số máy khí nén ...................................................................................65 Hình 4.8: Bảng chuyển dãy số:......................................................................................66 Hình 4.9: Van điện từ khí nén 4V210 – 08....................................................................66 Hình 4.10: Công thức tính đường ống dẫn khí..............................................................67 Hình 4.11: Đồng hồ đo áp suất ......................................................................................68 Hình 4.12: Sơ đồ mạch khí nén .....................................................................................68 Hình 4.13: Sơ đồ nối mạch khí nén ...............................................................................69 Hình 4.14: Máy biến áp và thông số thực tế..................................................................69 Hình 4.15: Đầu nối nguồn vào 220V và nguồn ra 24V và 5V của máy biến áp ...........70 Hình 4.16: Động cơ điện ...............................................................................................70 Hình 4.17: Sơ đồ mạch kết nối hộp điều khiển tốc độ VS với động cơ điện ................71 Hình 4.18: Hộp điều khiển tốc độ VS ...........................................................................72 Hình 4.19: Sơ đồ đấu dây vào hộp VS ..........................................................................72 Hình 4.20: Bàn đạp ga ...................................................................................................73 Hình 4.21: Sơ đồ cảm biến vị trí bàn đạp ga .................................................................73 Hình 4.22: Sơ đồ nối dây của cụm điều khiển tốc độ động cơ......................................73 Hình 4.23: Mạch kích mosfet ........................................................................................74 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 công 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 mô 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 Hình 4.33: Lưu đồ thuật toán hộp điều khiển................................................................81 Hình 4.34: Lưu đồ thuật toán chọn dãy số ....................................................................82
xi
Hình 4.35: Lưu đồ sang số dãy D..................................................................................83 Hình 4.36: Lưu đồ thuật toán sang số dãy 2..................................................................83 Hình 4.37: Lưu đồ thuật toán xuống số dãy L...............................................................84 Hình 4.38: Ống thép được cắt thành các đoạn cần thiết................................................90 Hình 4.39: Hàn khung mô 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 toàn 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: Mô hình hoàn thiện hộp số tự động A140E ................................................97 Hình 5.1: Bảng điều khiển của mô 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 công 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 công tắc VS ........................................................................................100 Hình 5.6: Mô hình hoạt động ở tay số P......................................................................101 Hình 5.7: Mô hình hoạt động ở tay số R .....................................................................102 Hình 5.8: Mô hình hoạt động ở tay số N .....................................................................102 Hình 5.9: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy D .................................................................103 Hình 5.10: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy D ...............................................................103 Hình 5.11: Mô hình chuyển từ số 2 dãy D về số 1 dãy D với độ mở bướm ga 75% ..104 Hình 5.12: Mô hình hoạt động số 3 ở dãy D ...............................................................104
xii
Hình 5.13: Mô hình tự động trả về số 2 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt 83%..............105 Hình 5.14: Mô hình hoạt động số 4 ở dãy D (số truyền tăng OD)..............................105 Hình 5.15: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy 2 ................................................................106 Hình 5.16: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy 2 ................................................................106 Hình 5.17: Mô hình tự động trả về số 1 dãy 2 khi độ mở bướm ga đạt gần 90% .......107 Hình 5.18: Mô hình hoạt động số 3 ở dãy 2 ................................................................107 Hình 5.19: Mô hình hoạt động số 1 ở dãy L ...............................................................108 Hình 5.20: Mô hình hoạt động số 2 ở dãy L ...............................................................108 Hình 5.21: Mô hình hoạt động ở dãy L không bị ảnh hưởng bởi độ mở bướm ga .....109 Hình phụ lục 2.1: Lưu đồ chi tiết lên số dãy D ...........................................................130 Hình phụ lục 2.2: Lưu đồ chi tiết xuống số dãy D ......................................................130 Hình phụ lục 2.3: Lưu đồ chi tiết lên số dãy 2 ............................................................131 Hình phụ lục 2.4: Lưu đồ chi tiết xuống số dãy 2 .......................................................131
xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các dãy số trong hộp số tự động A140E ........................................................9 Bảng 2.2: Hoạt động của ly hợp, phanh và khớp một chiều tại các vị trí số.................28 Bảng 3.1: Chế độ chuyển số dựa vào vị trí cần số và chế độ lái của xe........................56 Bảng 4.1: Nguyên vật liệu để thực hiện mô hình ..........................................................85 Bảng 4.2: Đồ nghề thi công cần thiết ............................................................................88
xiv
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong thời đại phát triển vượt bậc của công nghệ kỹ thuật, các phương tiện giao thông vận tải đóng vai trò rất quan trọng đối với nền kinh tế và cả chất lượng cuộc sống của con người. Nhờ vào đó, ô tô 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 thông. 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 hay tìm ra nguyên nhân hư hỏng và sửa chữa một cách dễ dàng. Ngoài ra, mô hình hộp số tự động còn giúp quá trình giảng dạy được chuyên 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 toàn 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 mô 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 công hệ thống điều khiển mô hình hộp số tự động A140E phục vụ công tác giảng dạy” cho nội dung đề tài tốt nghiệp.
1.2. Đối tượng và mục đích nghiên cứu
Hộp số tự động A140E trên Toyota Camry
1.3. Những nội dung nghiên cứu của đề tài
Nội dung nghiên cứu sẽ được trình bày qua 6 chương bao gồm: ➢ Chương 1: Tổng quan về đề tài
➢ Chương 2: Khái quát về hộp số tự động
1
➢ 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 mô hình
➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
1.4. Các phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu tài liệu
• Phương pháp chọn lọc và thu thập thông tin
• Phương pháp thực nghiệm
• Phương pháp phi thực nghiệm
2
Chương 2. KHÁI QUÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 2.1. Khái quát về hộp số tự động
2.1.1. Lịch sử ra đời
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 (không có số lùi) và được hoạt động bởi các khối lượng gắn vào động cơ.
Hình 2.1: Chiếc xe được đánh giá là có hộp số tự động đầu tiên
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.
Hình 2.2: Mô hình hộp số tự động đầu tiên
3
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 cách 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 ô tô 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 đôi (100 đô la).
Hình 2.3: Hộp số Hydra-Matic của General Motors năm 1939
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 mô. 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. Ngoài ra, bạn có thể
4
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.
2.1.2. Phân loại hộp số tự động
2.1.2.1. Phân loại theo hệ thống
Dựa vào hệ thống điều khiển, hộp số tự động có thể chia thành hai loại. Một loại là 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 mô.
Hình 2.4: Cách phân loại hộp số tự động dựa hệ thống điều khiển
2.1.2.2. Phân loại theo vị trí đặt của hộp số
Ngoài cách phân loại ở trên, hộp số tự động còn 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 ngoài, trong khi đó các hộp số sử dụng trên xe FF kết hợp chúng thành một khối hay còn biết đến là “Hộp số có vi sai”.
5
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. Kết luận
Đầu tiên nhóm đã hoàn thành nghiên cứu cơ cấu và nguyên lý hoạt động của hộp số tự động A140E, qua đó hiểu sâu hơn về các kiến thức liên quan đến các bộ phận của hộp số và nguyên lý chuyển số tự động.
Thứ hai, nhóm đã học hỏi xây dựng thiết kế mô hình cơ - điện - khí qua các phần mềm vẽ chuyên dụng. Qua đó có thêm kinh nghiệm về cách trình bày hay lên kế hoạch thiết kế các bản vẽ sao cho hợp lý trước khi đi vào thi công thực tế. Ngoài ra còn áp dụng được các kỹ năng cần thiết để sử dụng các loại máy khoan, máy mài hay các loại máy cơ khí khác để phục vụ cho việc thi công mô hình.
Thứ ba, nhóm đã thành công trong việc mô phỏng hoạt động của hộp số tự động A140E. Thông qua việc lập trình qua Arduino, nhóm đã lấy được tín hiệu từ cảm biến và giả lập tốc độ, độ mở bướm ga để xuất tín hiệu đèn led của ly hợp, phanh và khớp một chiều với dãy số tương ứng. Ngoài ra còn điều khiển các nhóm van điện từ khí nén hoạt động ứng với các điều kiện trên.
Cuối cùng là các kỹ năng mềm được phát triển. Khả năng lên kế hoạch khoa học, làm việc nhóm, hay việc nhìn nhận, giải quyết vấn đề qua những lần kiểm thử lỗi và cách phân chia công việc, thời gian sao phù hợp với tiến độ được cải thiện rõ rệt.
6.2. Hướng phát triển trong tương lai
Hiệu suất của động cơ sẽ giảm khi hộp số chuyển lên số truyền tăng mà nhiệt độ nước làm mát thấp hơn nhiệt độ xác định. Để không xảy ra hiện tượng này, đề xuất tương lai cho mô hình là giả lập thêm tín hiệu nhiệt độ nước làm mát (THW) và nhiệt độ ECU động cơ.
Khi nhiệt độ dưới nhiệt độ xác định (dưới 60 °C), ECU động cơ gửi tín hiệu đến cực OD1 của ECT ECU để ngăn hộp số chuyển lên O/D và ly hợp khóa biến mô hoạt động.
ECU sẽ nhận tín hiệu để ngăn không cho hộp số chuyển lên số truyền tăng trước khi nhiệt độ nước làm mát đạt đến giá trị xác định.
Hình 2.5: Sơ đồ vị trí của hộp số tự động trên xe
a - Dẫn động câu trước: b - Dẫn động cầu sau:
1 - Mặt trước 4 - Hộp số tự động
2 - Cụm cầu và hộp số tự động
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links