Điều khiển tự động hộp số tự động

Điều khiển tự động hộp số tự động

Lượt xem: 132,645Lượt tải: 1Số trang: 9

Mô tả tài liệu

Chúng ta cùng tìm hiểu điều khiển tự động sang số bằng thủy lực và điều khiển tự động quá trình sang số bằng điện tử I. ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH SANG SỐ BẰNG THỦY LỰC Sang số: được thực hiện dựa trên tốc độ xe và độ mở cánh bướm ga. Mỗi dải tốc độ và độ mở cánh bướm ga gây ra một chênh lệch áp suất làm thay đổi trạng thái của một van sang số tương ứng. Do giới hạn về đặc tính hoạt động của cơ cấu cơ khí và thủy lực, hoạt...

Tóm tắt nội dung

Điều khiển tự động hộp số tự động Chúng ta cùng tìm hiểu điều khiển tự động sang số bằng thủy lực và điều khiển tự động quá trình sang số bằng điện tử I. ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH SANG SỐ BẰNG THỦY LỰC Sang số: được thực hiện dựa trên tốc độ xe và độ mở cánh bướm ga. Mỗi dải tốc độ và độ mở cánh bướm ga gây ra một chênh lệch áp suất làm thay đổi trạng thái của một van sang số tương ứng. Do giới hạn về đặc tính hoạt động của cơ cấu cơ khí và thủy lực, hoạt động của van sang số sẽ không thể hoạt động hoàn toàn theo ý muốn. Do đó, hộp số sẽ không linh hoạt, gây ra cảm giác không thoải mái khi vận hành. Trả số: có 3 trường hợp: trả số khi đang thả trôi, trả số cưỡng bức, và trả số khi cần gạt chuyển sang số thấp hơn. Ø Khi thả trôi, bướm ga đóng hoàn toàn và tốc độ giảm dần. Lúc đó, áp lực dầu tỉ lệ với độ mở cánh bướm ga giảm xuống, tay số vẫn được duy trì cho đến khi áp lực dầu tỉ lệ với tốc độ nhỏ hơn áp lực do lò xo gây ra. Ø Khi đang ở tốc độ thấp mà người lái đột ngột tăng ga, áp lực dầu tỉ lệ với độ mở cánh bướm ga tăng vọt trong khi áp lực dầu tỉ lệ với tốc độ lại đang nhỏ. Quá trình trả số cưỡng bức xảy ra. Quá trình này có thể trả số 4->3, 3->2, 2->1 hay từ 4->1, 3->1 tùy thuộc vào thiết kế của hộp số, cách sang số đang được chọn, tốc độ xe, tốc độ đạp ga. Nếu tốc độ xe đủ lớn, quá trình trả số sẽ không xảy ra. Trả số cưỡng bức giúp xe tăng tốc nhanh. Yêu cầu về trả số cưỡng bức hoàn toàn tương tự như khi người lái sử dụng xe với hệ thống truyền động thường. Ø Trả số cũng có thể xảy ra khi người lái gạt cần chọn sang vị trí tay số thấp hơn. Van chọn chế độ hoạt động của hộp số sẽ thay đổi vị trí và làm trả số về. Trường hợp này không nên thực hiện trừ khi có sự cho phép của nhà sản xuất. II. ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH SANG SỐ BẰNG ĐIỆN TỬ Hệ thống truyền động điều khiển tự động bằng điện tử vẫn dùng thủy lực để tác động đến các ly hợp và đai thắng. Tuy nhiên, các van điều chỉnh áp suất dầu tỉ lệ theo tốc độ (van tiết lưu theo tốc độ) và theo độ mở cánh bướm ga (van ga) để điều khiển các van sang số không còn được sử dụng, thay vào đó là TCU và các van để điều khiển các van sang số. Do được điều khiển bằng lệnh từ TCU, các van sang số có thể được điều khiển một cách tự do. Nhờ đó, thời điểm và cách sang số có thể được tối ưu; quá trình sang số đạt chất lượng cao hơn nhiều so với hệ thống điều khiển bằng thủy lực Càng ngày, hệ thống truyền động điều khiển tự động bằng điện tử càng phát triển mạnh về phần điều khiển. Ban đầu, TCU chỉ điều khiển ly hợp của bộ biến mô bằng van solenoid để giảm tiêu hao nhiên liệu thay cho ly hợp ly tâm. Tiếp đến, TCU phát triển chức năng điều khiển quá trình sang số tự động bằng cách điều khiển các van solenoid để cung cấp dòng dầu đến các van điều khiển sang số. Các cảm biến thay vì phải có đường truyền tín hiệu riêng rẽ cho từng bộ điều khiển trên xe thì dần dần được thay bằng hệ thống mạng. TCU từ chỗ không giao tiếp với ECU đã yêu cầu ECU điều khiển giảm moment động cơ khi sang số, mà cao hơn là TCU trực tiếp điều khiển giảm moment động cơ mà không cần thông qua ECU. Từ cách điều khiển sang số dựa trên tính toán bằng công thức, TCU chuyển sang sử dụng các bảng tra với khả năng sang số linh hoạt hơn. Hiện đại hơn, TCU sử dụng các bộ điều khiển thích nghi để cập nhật lại các bảng tra, các hệ số của bộ điều khiển khiến cho hệ thống truyền động hoạt động ngày càng hiệu quả, đem lại cảm giác êm dịu cho người sử dụng. Bên cạnh đó, bộ điều chỉnh áp lực dầu từ chỗ ổn định áp lực dựa trên phản lực của lò xo đã được thay bằng bộ điều chỉnh có khả năng thay đổi áp lực bằng các van điện tuyến tính, và cao hơn nữa là điều chỉnh áp lực dầu bằng các van solenoid được điều khiển theo phương pháp điều rộng xung. Càng ngày, các phần tử chấp hành, các thiết bị phụ càng được giảm đi; khả năng điều khiển bởi chương trình ngày càng linh hoạt đem lại cảm giác thoải mái nhất cho người sử dụng. Điều khiển thời điểm đóng ly hợp của bộ biến mô: để truyền được công suất bánh côg tác và turbine luôn có độ trượt. Độ trượt này gây ra tổn thất công suất ở bộ biến mô. Để tăng hiệu suất của bộ biến mô, turbine và vỏ biến mô sẽ được ép chặt vào nhau càng thường xuyên càng tốt để truyền công suất trực tiếp từ động cơ. Tiêu hao nhiên liệu (tổn thất công suất) do bộ biến mô gây ra sẽ giảm nhưng đồng thời khả năng khuếch đại moment của biến mô cũng bị giảm theo. Vì vậy, việc điều khiển đóng ly hợp cần phải giải quyết ổn thoả mâu thuẫn trên. Thời điểm đóng ly hợp cũng được xác định như thời điểm sang số. Thông thường, ở mỗi tay số khác nhau sẽ có một đường đặc tính đóng ly hợp khác nhau. Để giảm dao động trong hệ thống truyền động khi đổi số, ly hợp được mở trong lúc sang số hay trả số, tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng. Sau khi đổi số, tùy theo điều kiện mà ly hợp được đóng lại để tiết kiệm nhiên liệu. Khi chạy ở tay số 1, ly hợp luôn được mở. Thời gian ở tay số 1 thường rất ngắn, nếu đóng ly hợp sẽ làm cho ly hợp phải làm việc nhiều do việc đổi số liên tục, làm giảm cảm giác thoải mái cho người sử dụng. Hơn nữa, mở ly hợp ở tay số 1 sẽ tận dụng được khả năng khuếch đại moment của bộ biến mô, giúp xe tăng tốc nhanh hơn. Khi ga tăng nhanh nhưng tốc độ xe còn thấp, quá trình sang số cưỡng bức xảy ra, ly hợp được mở để tận dụng khả năng khuếch đại moment của bộ biến mô, giúp xe tăng tốc nhanh hơn. Hệ thống điều khiển đời mới kết hợp tín hiệu từ các cảm biến và giải thuật điều khiển thông minh để đóng/mở ly hợp đúng thời điểm, tạo cảm giác thoải mái nhất và tiết kiệm nhiên liệu tối đa. Ly hợp có thể được đóng khi động cơ đang ở tốc độ thấp và tải thấp mà vẫn thoả mãn cả hai yêu cầu này. Để tăng cảm giác thoải mái khi sử dụng xe, pittông điều khiển đóng ly hợp sẽ không còn là loại đóng/mở dứt khoát mà có hành trình có thể điều khiển được bằng cách điều chỉnh áp lực dầu. Áp lực dầu từ chỗ được bật/tắt dứt khoát bằng các van solenoid 2 trạng thái được chuyển sang điều chỉnh nhuyễn bằng bộ điều áp tuyến tính hay bằng van solenoid điều khiển áp lực dầu theo phương pháp điều rộng xung. Điều khiển thời điểm sang số: quá trình sang số thường được điều khiển bằng các bảng tra đã được ghi trong bộ nhớ,. Những bảng tra này với các dải điều khiển khác nhau có thể được thay đổi trong quá trình điều khiển. Giới hạn của điểm sang số được xác định bởi tốc độ lớn nhất và thấp nhất cho phép của động cơ đảm bảo cảm giác thoải mái và độ ồn của động cơ trong mỗi điều kiện hoạt động. Thời điểm sang số được dựa trên tín hiệu độ mở cánh bướm ga, tốc độ động cơ (xác định từ tốc độ trục thứ cấp của hộp số), vị trí chân ga. Để tránh sự chuyển số liên tục giữa 2 tay số, giữa giới hạn thời điểm sang số và thời điểm trả số có một khoảng trễ (khoảng không nhạy). Khoảng trễ này được xác định từ đặc tính của xe và phong cách sang số được chọn. Các đường đặc tính sang số ở một hộp số 4 số Một bộ điều khiển sẽ có nhiều bảng tra điều khiển sang số tương ứng cho các phong cách sang số khác nhau. Bảng tra tương ứng với các điểm sang số sẽ làm cho hao phí nhiên liệu là thấp nhất. Bảng tra tương ứng với các điểm sang số sẽ tạo ra công suất lớn nhất. Người lái có thể lựa chọn bảng tra có đặc tính mong muốn bằng cách lựa chọn bằng các nút hay công tắc. Việc xác định các bảng tra phụ thuộc nhiều vào quan điểm thiết kế của nhà sản xuất. Hệ thống điều khiển hiện đại có khả năng tự nhận biết phong cách lái của người lái bằng cách quan sát cách đạp ga của họ và tự chọn phong cách sang số (bảng tra) thích hợp. Khi bướm ga mở nhanh mà tốc độ động cơ còn thấp, TCU trả số cưỡng bức để xe tăng tốc nhanh hơn. Khi xe gặp khúc cua hay phải tránh chướng ngại vật, có thể sẽ xảy ra trường hợp bướm ga đóng lại nhưng tốc độ xe vẫn tăng, quá trình sang số có thể diễn ra. Để tránh trường hợp này, TCU kiểm soát vị trí bướm ga và tốc độ xe nhằm tránh trường hợp sang số không mong muốn. Tương tự như trường hợp này, TCU sẽ không cho sang số khi xe đang xuống dốc, thậm chí TCU có thể trả số về. Điều khiển giảm moment động cơ khi sang số: để thực hiện chức năng này, TCU cần có giao tiếp với ECU điều khiển động cơ để điều khiển moment khi sang số nhằm hỗ trợ sự đồng bộ của hộp số và giảm hiện tượng giật mạnh khi sang số. Thông thường, momen của động cơ được giảm bằng cách thay đổi thời điểm đánh lửa (tác động nhanh). Thời điểm đánh lửa thích hợp phụ thuộc vào moment cần thiết và phong cách sang số. Khi sang số, công suất truyền từ động cơ đến các bánh xe không bị gián đoạn. Việc giảm moment động cơ dựa trên theo dõi sự giảm tốc độ động cơ. Thời điểm bắt đầu giảm moment phụ thuộc vào sai lệch tốc độ đã xác định trước. Thời điểm kết thúc giảm moment là khi bắt đầu có sự đồng tốc ở tay số mới. Ngoài ra, tổn hao công suất dưới dạng nhiệt khi đóng ly hợp trong bộ bánh răng hành tinh phụ thuộc vào moment động cơ và thời gian trượt của ly hợp theo công thức: Giảm moment khi sang số làm giảm nhiệt phát ra khi đóng các ly hợp trong bộ bánh răng hành tinh. Do đó, thời gian trượt khi đóng ly hợp có thể tăng lên để làm tăng độ êm dịu khi sang số, nhưng nhiệt độ phát ra (tổn hao công suất) vẫn được giữ trong mức cho phép. Điều khiển giảm moment động cơ khi trả số cưỡng bức: khi trả số cưỡng bức, công suất truyền từ động cơ đến các bánh xe bị gián đoạn và chỉ truyền trở lại khi đã có sự đồng tốc. Tốc độ quay lớn của động cơ sẽ gây ra dao động khi truyền động. Dao động này được giảm bằng cách giảm mometn trước khi có sự đồng tốc ở tay số mới. Khi tốc độ trục sơ cấp của hộp số bắt đầu đạt tốc độ đồng bộ ở tay số mới, moment động cơ được giảm một lượng. Sau đó, moment sẽ được tăng trở lại dần dần. Thời điểm đánh lửa thay đổi để giảm moment khi sang số hay trả số được xác định riêng cho mỗi loại xe với mỗi loại động cơ và hộp số. Ở một số hệ thống hiện đại, TCU có thể can thiệp trực tiếp vào quá trình thay đổi thời điểm đánh lửa để không làm ảnh hưởng đến thông số hoạt động của ECU điều khiển động cơ. Ngoài ra, giảm moment động cơ còn có thể được kết hợp với thay đổi áp lực dầu để đạt được cảm giác thoải mái cao nhất khi chuyển số. Điều khiển áp lực dầu: những hệ thống mới không còn sử các van solenoid để điều khiển on/off áp lực dầu một cách đơn giản. Để nâng cao chất lượng sang số, nâng cao cảm giác êm dịu khi sang số, bên cạnh kỹ thuật giảm moment động cơ, áp lực dầu cung cấp cho các phần tử ma sát sẽ được điều chỉnh cho phù hợp với từng điểm làm việc. Các bộ điều chỉnh áp lực dầu tuyến tính có giải áp lực điều khiển rộng được sử dụng, mà cao hơn nữa là sử dụng van solenoid điều khiển bằng phương pháp điều rộng xung. Bộ điều khiển điện tử TCU có khả năng làm công việc này dễ dàng giúp cho truyền động tự động điều khiển bằng điện tử có ưu điểm vượt trội so với truyền động tự động điều khiển bằng thủy lực cổ điển. Giá trị áp lực dầu khi có và không có sang số có thể tính theo các phương pháp khác nhau hay được tra từ bảng tra. Cùng với yêu cầu về cảm giác thoải mái khi sang số, TCU sử dụng các tín hiệu từ moment động cơ, tốc độ trục sơ cấp của hộp số, moment turbine, vị trí cánh bướm ga…để xác định áp lực dầu cần thiết. Các tín hiệu này có thể được đưa đến TCU qua các hệ thống điều khiển khác trên xe bằng hệ thống mạng dữ liệu. Giá trị áp lực dầu cần thiết bao gồm các giá trị hiệu chỉnh cộng với một áp lực dầu cơ bản phụ thuộc vào kết cấu của hộp số. Các hệ số điệu chỉnh được tìm ra trong giai đoạn thiết kế hộp số và thử nghiệm với toà hệ thống trên xe. Một số hộp số sử dụng bảng tra để xác định áp lực dầu cần thiết. Với bảng tra, áp lực dầu có thể đạt được tối ưu cho các điểm làm việc do không phụ thuộc vào phương pháp tính. Hệ thống điều khiển đời mới dùng giải phương pháp điều khiển thích nghi để điều khiển áp lực dầu phù hợp khi đặc tính của các phần tử ma sát và chất lượng dầu thay đổi theo thời gian sử dụng, cũng như sự thay đổi moment động cơ theo tuổi thọ động cơ. Dựa trên sai lệch thời gian sang số lý thuyết và thực tế (dựa trên tốc độ trục sơ cấp), áp lực dầu sẽ được hiệu chỉnh bằng cách tăng thêm hay giảm đi một lượng. Tuy nhiên, sự thay đổi này nằm trong một giới hạn an toàn. Các giá trị áp lực dầu tìm sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ để phục vụ cho lần sử dụng sau. Chẩn đoán lỗi: ưu điểm của hệ thống truyền động điều khiển bằng điện tử là có thể tự giám sát hoạt động của các cơ cấu trong hệ thống. Nhờ đó, những hư hỏng, trục trặc trong hệ thống dễ dàng được nhận biết và sửa chữa