Tài liệu Kết cấu khung gầm ô tô 2

Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc CHƯƠNG 1 HỘP SỐ TỰ ĐỘNG U660E Trang 1 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc 1.1 Giới thiệu chung :  Toyota Motor Corporation đã phát tri ển hộp số tự động 6 tốc độ (U660E) cho các xe bánh trước chủ động và khoan động cơ được bố trí rộng hơn.  U660E được ứng dụng nhằm cải thiện, bảo vệ môi trường, và đáp ứng tiêu chuẩn an toàn, đó là mối quan tâm lớn cho xã hội và sự hài lòng của khách hàng, bởi vì nhỏ, nhẹ, hiệu quả cao, phản ứng nhanh, và khả năng chuyển số tốt. Về cơ bản Toyota đã cải thiện cả phần cứng và phần mềm của hệ thống điều khiển để đáp ứng những mục tiêu quan trọng.  Hộp số tự động U660E đầu tiên xuất hiện trên xe Lexus ES350 và Toyota Camry 2007. Sau đó, nó tiếp tục xuất hiện trên xe Avalon 2008, tiếp theo là Venza 2009.  Hộp số tự động U660E sử dụng trên động cơ 2GR-FE, là hộp số super ECT gọn nhẹ với 6 cấp tốc độ. 1.2 Bộ biến mô:  Bộ biến mô trong hộp số U660E được thiết kế nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, biến đổi moment với công suất cao.  Mặc khác chế tạo bộ biến mô nhỏ gọn hơn và thu ngắn chiều dài của nó lại, cánh bơm và cánh tuabin được thiết kế hẹp lại, và cấu tạo của khớp 1 chiều trong bộ biến mô cũng được chế tạo đơn giản hơn.  Bộ biến mô đã đư ợc thiết kế tối ưu hóa kết cấu cánh bơm và dòng thủy lực đi qua nâng cao hiệu quả truyền công suất để đảm bảo khởi động, tăng tốc tốt hơn và tiết kiệm nhiên liệu.  Hơn nữa, bộ biến mô U660E trang bị cơ cấu khóa biến mô bằng thủy lực, có thể hoạt động khóa biến mô khi tốc độ xe từ thấp đến cao và được sử dụng để làm giảm sự mất mát về vận tốc giữa cánh bơm và cánh tuabin của bộ biến mô. Trang 2 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc 1.3 Bơm dầu: Bơm dầu được hoạt động bởi bộ biến mô. Nó cung cấp dầu bôi trơn cho các bộ bánh răng hành tinh và áp suất dầu cho hệ thống thủy lực. Vỏ bơm dầu được làm bằng nhôm để giảm trọng lượng. 1.4 Dầu ATF-WS (Automatic Transmission Fluid - World Standard)  Dầu hộp số tự động Toyota ATF WS là một loại dầu khoáng có gốc dầu mỏ cấp cao được hòa lẫn với các chất phụ gia đặc biệt.  ATF – WS được sử dụng để giảm lực cản trở của dòng dầu và cải thiện tiết kiệm nhiên liệu bởi vì giảm được độ nhớt của nó trong giới hạn nhiệt độ hoạt động thực tế. Tại nhiệt độ dầu cao hơn, độ nhớt của nó như loại ATF T -IV, vẫn đảm bảo độ bền cho hộp số tự động.  ATF – WS và những loại dầu khác của ATF (loại T -IV, D-II) thì không thể thay thế lẫn nhau được.  Sản phẩm chính hãng được nhập khẩu từ Nhật Bản. Các đặc tính của dầu:  Các chất hỗ trợ ma sát để điều chỉnh hệ số ma sát chính xác.  Các chất chống ôxy hóa để giảm sự hóa già của các vật liệu bên trong hộp số ở nhiệt độ cao, nhất là các vật liệu ma sát.  Các chất ngăn ngừa sự đóng cặn ở các cụm của hộp số.  Các chất ức chế bọt để chống lại sự hình thành của bọt dầu.  Các chất cải tiến độ nhớt để đạt được độ nhớt ổn định ở các mức nhiệt độ khác nhau.  Các chất chống ăn mòn để chống lại sự ăn mòn các chi t iết của hộp số do sự ngưng tụ nước.  Các chất chống phình dùng để giới hạn sự giãn nở của các vật liệu trong hộp số dưới tác động của dầu. Tác dụng:  Bôi trơn các bánh răng và các chi tiết chuyển động.  Làm mát và sạch các mảnh vỡ gây mài mòn các bề mặt tiếp súc trong hộp số.  Giúp chuyển số linh hoạt. Trang 3 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc 1.5 Đặc điểm kỹ thuật: Loại xe Loại hộp số 1st 2nd 3rd Tỉ số truyền 4th 5th 6th Số lùi Tỉ số truyền vi sai Dung tích dầu (lít)*2 Loại dầu Trọng lượng (kg)*3 Toyota Camry 2007 U660E 3.300 1.900 1.420 1.000 0.713 0.608 4.148 3.685 * 6.57 ATF WS 94.4 Toyota Camry 2006 U151E 4.235 *1 2.360 *1 1.517 *1 1.047 *1 0.756 * 3.378 *1 3.291 8.9 ATF Type T-IV 101 *1 : Bao gồm cả tỷ số truyền của bánh răng trung gian. *2 : Bao gồm vi sai *3 : Trọng lượng lúc hộp số đầy dầu. Trang 4 Kết cấu khung gầm ô tô 2 C1 C2 B1 B2 B3 F1 GV Nguyễn Xuân Ngọc Ly hợp số 1 Ly hợp số 2 Phanh số 1 Phanh số 2 Phanh số 3 Khớp 1 chiều số 1 Số lượng đĩa Số lượng khóa 1 chiều Số răng BRMT đầu tiên Số răng BRMT sau Bộ bánh răng hành tinh Số răng BRHT dài Ravigneaux Số răng BRHT ngắn Số răng BR bao Số răng BRMT Bộ bánh răng hành tinh Số răng BRHT U/D Số răng BR bao Số răng BR chủ động Bộ bánh răng trung gian Số răng BR bị động 4 3 4 5 3 20 30 27 20 22 69 66 21 110 44 47 Bộ bánh răng hành tinh Ravigneaux Bộ bánh răng hành tinh U/D (Under Drive) : được đặt phía trên trục dẫn động. 1.6 Hệ thống điều khiển điện tử : 1.6.1 Khái quát : Hệ thống Điều khiển thời điểm chuyển số Điều khiển áp suất cho ly hợp và phanh Điều khiển tối ưu áp suất chính Chức năng ECU ECT cấp nguồn đến 6 van điện từ (SL1, SL2, SL3, SL4, SL và SLU) dựa vào những tín hiệu từ mỗi cảm biến để chuyển số. Điều khiển áp suất dầu cung cấp trực tiếp đến các bộ ly hợp và các dãy phanh bởi các van (SL1, SL2, SL3, SL4) tương ứng với những tín hiệu từ ECU ECT. Các van điện từ SLT điều khiển áp suất chính dựa vào những tín hiệu từ ECU ECT và những điều khiển hoạt động của hộp số. Trang 5 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc Điều khiển đồng thời việc chuyển số và công suất đầu ra nhằm đạt được thời điểm chuyển số thích hợp và ổn định lái. Điều khiển thời điểm khóa ECU ECT cấp dòng đến các van SL và SLU, dựa vào tín biến mô hiệu của mỗi cảm biến để khóa biến mô. Điều khiển các van SL và SLU, cấp các tín hiệu trung gian Điều khiển ly hợp khóa biến ON/OFF để khóa ly hợp, và tăng giới hạn khóa ly hợp mô nhằm cải thiện tiết kiệm nhiên liệu. Điều khiển về số khi giảm ECU ECT thực hiện việc cắt nhiên liệu khi về số trong tốc suốt quá trình giảm tốc. Dựa vào tín hiệu từ những cảm biến khác nhau, ECU ECT Điều khiển số - Bộ nhớ xác định điều kiện mặt đường và dự định của tài xế. Như nhân tạo (AI) vậy, đặc tính chuyển số tự động thay đổi đến một mức độ tối ưu, cải thiện khả năng lái. ECU ECT điều khiển hộp số tự động tương thích dựa vào Hộp số tự động đa chế độ giới hạn vị trí đã l ựa chọn trong khi cần số ở vị trí S. Khi ECU ECT xác định một sự cố, ECU ECT sẽ tự động Chẩn đoán chẩn đoán và lưu vào phần hư hỏng. Ngay cả khi sự cố được xác định do cảm biến hay van điện Chức năng an toàn từ, ECU ECT sẽ kích hoạt chế độ Fail-Safe để ngăn cản khả năng lái của xe từ những ảnh hưởng đáng kể. Điều khiển kết hợp bộ truyền công suất 1.6.2 Sơ đồ điều khiển điện tử: Trang 6 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc Trang 7 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc 1.6.3 Bố trí những bộ phận chính: Trang 8 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc 1.6.4 Cấu tạo và hoạt động của những bộ phận chính. a. ECU ECT  ECU ECT được tách riêng với ECM và gắn trực tiếp vào hộp số. Như vậy, bộ dây dẫn được rút nhắn lại để giảm bớt trọng lượng. Tất cả các van điện từ và cảm biến dùng để điều khiển hộp số tự động được kết nối trực tiếp tới ECU ECT thông qua cụm kết nối phía trước hộp số.  ECU ECT trao đổi thông tin với ECM thông qua mạng CAN ( Controller Area Network). Như vậy, điều khiển động cơ được thực hiện chung với việc điều khiển của ECT.  Trên đầu hộp số đều có nhãn ghi chú mã hiệu chỉnh hộp số và nhãn QR (Quick Response). Nhãn bao gồm những thông tin mã hóa của hộp số. Khi hộp số tự động được thay đổi, cho phép ECU ECT ghi lại những thông tin về hộp số tự động bằng cách nhập lại các giá trị thay đổi vào ECU ECT thông qua máy test cầm tay. Bằng cách này, đường đặc tính điều khiển số sau khi thay đổi thông số của hộp số tự động sẽ được cải thiện.  Riêng các mã QR đòi hỏi phải có thiết bị đo đặc biệt, thường dùng trong các nhà máy lắp ráp xe. b. Cảm biến nhiệt độ ATF  Cảm biến nhiệt độ ATF được lắp trong thân van để trực tiếp xác định nhiệt độ dòng thủy lực. Trang 9 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc  Cảm biến nhiệt độ ATF được sử dụng để hiệu chỉnh áp lực cấp cho ly hợp và phanh để duy trì êm dịu trong mỗi lần chuyển số. c. Công tắc áp suất ATF  Công tắc áp suất ATF được đặt tại đầu ra dòng thủy lực của SL1, SL2 và SLU, và bật ON / OFF tương ứng với đầu ra dòng thủy lực của van điện từ.  Khi ECU ECT phát hiện hư hỏng trong van điện từ SLU và SL sẽ sử dụng khóa biến mô tương ứng với tín hiệu ON/OFF từ công tắc áp suất ATF 3 vị trí tại đầu ra dòng thủy lực SLU.  Khi bất kỳ SL1 đến SL4 gặp sự cố , ECU ECT xác định kích hoạt chế độ hoạt động Fail-Safe tương ứng với tín hiệu ON / OFF từ công tắc áp suất ATF 1 và 2 vị trí tại đầu ra dòng thủy lực SL 1 và SL2. d. Cảm biến tốc độ.  Hộp số tự động U660E sử dụng cảm biến tốc độ đầu vào turbine (sử dụng tín hiệu NT (Numerical Turbin)) và cảm biến tốc độ bánh răng trung gian (sử dụng tín hiệu NC (Numerical Counter)). Do đó, ECU ECT có thể xác định thời điểm chuyển số của các bánh răng trung gian để điều khiển moment động cơ và áp suất thủy lực tương ứng với những điều kiện khác nhau. Những cảm biến tốc độ này đều là loại Hall. Trang 10 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc  Cảm biến tốc độ đầu vào turbine xác định tốc độ đầu vào của hộp số. Piston ly hợp số 2 được sử dụng như rotor định thời điểm cho cảm biến này.  Cảm biến tốc độ bánh răng trung gian xác định tốc độ của bánh răng trung gian. Bánh răng chủ động trung gian được sử dụng như rotor định thời điểm của cảm biến này.  Cảm biến tốc độ loại Hall gồm có một nam châm và IC Hall. IC Hall thay đổi dấu trong mật độ từ thông nam châm xảy ra xuyên suốt quá trình rotor định thời quay trở thành tín hiệu điện tử, và tín hiệu đầu ra đến ECU ECT. e. Công tắc điều khiển hộp số và công tắc vị trí P/N.  ECU ECT và ECM sử dụng những công tắc này để xác định vị trí từng tay số.  Công tắc vị trí số N/P gửi những tín hiệu vị trí N, P, R và D đến ECU ECT và ECM. ECM gửi những tín hiệu này đến đồng hồ công tơ mét để hiển thị đèn vị trí tay số vừa nhận được từ những công tắc trên.  Công tắc điều khiển tay số được lắp bên trong vỏ hộp số. Công tắc S phía cuối được sử dụng để xác định tay số đang ở vị trí D hay S, và chân tín hiệu SFTU và SFTD được sử dụng để xác định điều kiện hoạt động của mức tay số (trước – vị trí +) hay (sau – vị trí -) nếu chọn vị trí S. Do những tín hiệu truyền đến ECM, công tắc điều khiển hộp số mở đèn báo tay số S và phạm vi tay số S khi chọn mức độ tay số trong phạm vi tay số S. Sơ đồ mạch điện: Trang 11 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc f. Điều khiển áp suất đến các bộ ly hợp và phanh.  Điều khiển áp suất đến các bộ ly hợp và phanh thường được dùng cho việc chuyển số. Ví dụ như việc điều khiển số 2 hoặc các số cao hơn có thể không sử dụng khớp 1 chiều, vì vậy hộp số tự động được chế tạo nhẹ và gọn hơn.  Việc sử dụng hệ thống thủy lực có thể làm cho các ly hợp và phanh điều khiển độc lập với nhau, và các van điện từ áp cao SL1, SL2, SL3 và SL4 điều khiển trực tiếp áp suất chính, ECU ECT điều khiển mỗi ly hợp và phanh phù hợp với áp suất dòng thủy lực tối ưu và thời điểm đóng mở dựa trên những tín hiệu từ các cảm biến và sau đó vận hành các bộ truyền bánh răng. Trang 12 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc g. Điều khiển áp suất tối ưu Áp suất chính được điều khiển bởi van điện từ SLT. Việc sử dụng van điện từ SLT, áp suất chính được điều khiển tối ưu dựa trên những tín hiệu moment của động cơ, tốt hơn hết là dựa vào những điều kiện hoạt động bên trong của bộ biến mô và hộp số. Theo đó, áp suất chính được điều khiển chính xác hơn dựa theo công suất đầu ra của động cơ, điều kiện vận hành, và nhiệt độ ATF, do đó đặc tính chuyển số được êm dịu và tối ưu hóa công việc của bơm dầu. Sơ đồ minh họa nguyên lý cơ bản của việc điều khiển áp suất chính Trang 13 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc h. Điều khiển kết hợp bộ truyền công suất.  Điều khiển bướm ga ngay lúc khởi động  Bằng việc điều khiển kết hợp công suất đầu ra động cơ với ETCS-i (Electronic Throttle Control System-intelligent) khi động cơ được khởi động, vẫn đảm bảo được hiệu suất khởi động động cơ (cải thiện đặc tính động cơ và loại bỏ được sự trượt của lốp xe). i. Điều khiển lực giảm tốc ECU ECT xác định vị trí bánh răng khi bàn đạp ga OFF (buông ga hoàn toàn) tương tự việc hoạt động của bàn đạp ga (buông ga đột ngột hay chậm dần) trong suốt quá trình giảm tốc. Bằng cách này, ngăn chặn việc lên số hoặc xuống số không cần thiết khi bàn đạp ga OFF và đảm bảo tăng tốc êm dịu khi động cơ cần thiết tăng tốc lần nữa. Trang 14 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc k. Điều khiển quá trình chuyển số. Thông qua việc điều khiển kết hợp ETCS-i với ESA (Electronic Spark Advance), và điều khiển bằng điện tử áp suất thủy lực ngắt nối các dãy ly hợp và phanh, đạt được độ êm dịu khi chuyển số. l. Điều khiển thời điểm khóa biến mô. ECU ECT điều khiển thời điểm khóa biến mô để cải thiện tính tiêu hao nhiên liệu khi đang ở vị trí số 2 hay số cao hơn trong phạm vi dãy D, S6, S5, S4. m. Điều khiển ly hợp khóa biến mô.  Ngoài ra để điều khiển thời điểm khóa biến mô, việc điều khiển ly hợp khóa biến mô hoạt động bằng cách điều chỉnh van điện từ SLU như một công tắc trung gian giữa ON/OFF hoạt động để khóa ly hợp. Trang 15 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc  Suốt quá trình tăng tốc, điều khiển ly hợp khóa biến mô hoạt động khi hộp số đang ở số 2 hoặc cao hơn và phạm vi tay số trong dãy D, S6, S5, S4. Suốt quá trình giảm tốc, nó sẽ hoạt động ở số 4 hoặc cao hơn và phạm vi tay số trong dãy D, S6, S5, S4.  Suốt quá trình tăng t ốc, điều khiển phân vùng việc truyền công suất giữa việc khóa ly hợp và khuếch đại moment biến mô hộp số ảnh hưởng đến điều kiện lái xe, cải thiện việc tiết kiệm nhiên liệu.  Suốt quá trình giảm tốc, khóa ly hợp vẫn được hoạt động. Do đó việc cắt giảm nhiên liệu sẽ hoạt động và cải thiện việc tiết kiệm nhiên liệu.  Bằng cách cho phép việc điều khiển ly hợp khóa biến mô tiếp tục hoạt động suốt quá trình sang số, việc truyền moment diễn ra êm hơn. Kết quả là tiết kiệm nhiên liệu và khả năng lái được cải thiện. Trang 16 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc n. Điều khiển về số khi giảm tốc.  ECU ECT điều khiển việc về số để giảm từ từ tốc độ động cơ, và giữ việc điều khiển cắt giảm nhiên liệu càng lâu càng tốt. Bằng cách này, việc tiết kiệm nhiên liệu được cải thiện.  Trong việc điều khiển này, để giảm số từ số 6 xuống 5 hay sau đó từ 5 xuống 4 trước khi việc cắt nhiên liệu kết thúc khi xe giảm tốc tại số 6, do đó việc cắt giảm nhiên liệu vẫn tiếp tục hoạt động. o. Điều khiển số dựa vào bộ nhớ nhân tạo 1. Khái quát chung Điều khiển số thông qua bộ nhớ nhân tạo cho phép ECU ECT tính toán những điều kiện mặt đường và dự tính của tài xế để điều khiển tự động các dạng địa hình khác nhau nhằm chuyển số theo một phương pháp tối ưu nhất. Kết quả thu được là một chuyến đi thoải mái và êm dịu. Trang 17 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc 2. Điều khiển hỗ trợ điều kiện mặt đường.  Dưới sự điều khiển hỗ trợ điều kiện mặt đường, ECU ECT xác nhận van bướm ga đang mở một góc nào đó và xe đang chạy lên dốc hoặc xuống dốc.  Để đạt được lực kéo tối ưu nhất khi lái xe lên dốc, việc điều khiển này ngăn hộp số không cho chuyển lên số 5 hoặc 6. Để đạt được việc phanh bằng động cơ tối ưu khi xe xuống dốc, việc điều khiển này tự động giảm số của hộp số xuống số 5 hay 4 hay 3. 3. Điều khiển hỗ trợ dự định của tài xế. Những dự đoán tính toán của tài xế dựa vào hoạt động tăng tốc và điều kiện xe để chọn vùng chuyển số thích hợp nhằm hỗ trợ tốt hơn cho mỗi tài xế, nhu cầu hoạt động chọn vùng chuyển số không được trang bị cho những kiểu xe thông thường. 1.7 Hộp số tự động đa chế độ. 1.7.1 Khái quát chung  Bằng cách di chuyển cần số lên phía trước (+) hoặc phía sau (-), tài xế có thể chọn thêm vùng chuyển số. Do đó, tài xế có thể chuyển số như cảm giác thông thường.  Hộp số tự động đa chế độ được thiết kế cho phép tài xế chọn phạm vi chuyển số, chứ không phải sang từng số như hộp số sàn.  Đèn báo vị trí S sáng khi chọn cần số ở vị trí S và đèn báo xác định phạm vi chuyển số sẽ sáng, nó báo lên đồng hồ táp lô phạm vi chuyển số đã chọn.  Khi xe đang chạy ở tốc độ định mức hay cao hơn nữa trong phạm vi số thấp thì suốt quá trình vận hành sự hoạt động của việc chuyển số cao không được thực hiện nhằm bảo vệ cơ cấu truyền động của hộp số. Trong trường hợp này, ECM (Engine Control Module) sẽ báo chuông trên đồng hồ táp lô 2 lần để cảnh báo tài xế. Trang 18 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc 1.7.2 Nguyên lý hoạt động  Tài xế chọn vị trí S bằng cách kéo cần chuyển số. Tại thời điểm này, mặc định phạm vi số trong tay số này là phạm vi số 4 hay 5 dựa theo tốc độ động cơ. (Suốt quá trình điều khiển chuyển số AI, phạm vi chuyển số hiện thời sẽ điều khiển vị trí số lớn nhất tương ứng tốc độ sẽ hoạt động). Sau đó, những vị trí trong phạm vi chuyển số sẽ thay đổi một lần tại mỗi thời điểm, ví dụ như tài xế di chuyển cần số lên trước (+) hay xuống (-).  Dưới sự điều khiển này, ECU ECT sẽ điều khiển số tối ưu nhất phù hợp với vị trí số đang hoạt động mà tài xế đã chọn. Với hộp số thông thường, nó sẽ chuyển vào số 1 khi xe dừng lại.  Khi cần số đang ở vị trí S, đèn báo xác định số S trên đồng hồ táp lô sẽ sáng lên. Đèn báo phạm vi số sẽ báo tình trạng vị trí số mà tài xế đã chọn. Trang 19 Kết cấu khung gầm ô tô 2 GV Nguyễn Xuân Ngọc Bảng chuyển số trong chế độ S: 1.7.3 Chẩn đoán  Khi ECU ECT xác định được hư hỏng, ECU ECT sẽ hoạt động chế độ chẩn đoán và lưu lại những thông tin liên quan đến lỗi. Hơn nữa, MIL (đèn báo hư hỏng) ở đồng hồ táp lô sẽ sáng lên hoặc nhấp nháy để thông báo cho tài xế về hư hỏng. Trang 20