Luận Văn Thạc Sĩ Về Thi Công Chế Tạo Hộp Điều Khiển Hộp Số Tự Động A340E

Luận văn thạc sĩ tập trung vào quy trình thi công, chế tạo hộp điều khiển hộp số tự động A340E, đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy cao.

• Tác giả: Phan Đình Phú
• Người hướng dẫn: GVC ThS Nguyễn Văn Toàn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Thi Công, Chế Tạo Hộp Điều Khiển Hộp Số Tự Động A340E
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Lí do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A340E
• 2.1. Bộ biến mô
• 2.1.1. Cấu tạo, chức năng và nguyên lý làm việc của bộ biến mô
• 2.1.2. Đường đặc tính của biến mô
• 2.1.3. Cơ cấu khoá biến mô
• 2.2. Bộ truyền bánh răng hành tinh
• 2.2.1. Cụm bánh răng hành tinh trước và sau
• 2.2.2. Các ly hợp C1, C2 và C3
• 2.2.3. Các khớp một chiều (F1, F2) và các phanh (B1, B2, B3)
• 2.2.4. Cơ cấu cài số và đường truyền công suất ở các tay số
• 2.2.4.1. Tay số 1 (dãy D và dãy 2)
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỘP ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ A340E
• 3.1. Lý thuyết về ECU ECT của hộp số A340E
• 3.1.1. Mạch điều khiển
• 3.1.2. Công tắc chọn chế độ hoạt động
• 3.1.3. Công tắc khởi động số trung gian (cảm biến vị trí gài số)
• 3.1.4. Cảm biến vị trí bướm ga
• 3.1.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
• 3.1.6. Cảm biến tốc độ. Công tắc đèn phanh
• 3.1.7. Công tắc chính O/D. ECU điều khiển chạy tự động
• 3.2. Phần cứng của mạch điều khiển
• 3.2.1. Phần vi xử lý và điều khiển
• 3.2.2. Vi điều khiển Arduino Mega 2560
• 3.2.3. Vi điều khiển Arduino Uno R3
• 3.2.4. Phần giả lập tín hiệu đầu vào
• 3.2.4.1. Biến trở giả lập vị trí bướm ga và tốc độ trục thứ cấp
• 3.2.4.2. Công tắc khởi động số trung gian
• 3.2.4.3. Công tắc chọn chế độ tải
• 3.2.5. Phần hiển thị. Đồng hồ đo áp suất
• 3.2.6. Nguồn tổ ong 12V
• 3.2.7. Nút nhấn dừng khẩn cấp
• 3.3. Phần mềm của mô hình
• 3.3.1. Các phần mềm dùng để lập trình
• 3.3.2. Thiết kế chương trình điều khiển hộp số A340E
• 3.3.2.1. Lưu đồ lập trình
• 3.3.2.2. Chương trình chính điều khiển chuyển số
• 3.3.2.3. Phần lập trình cho Arduino Mega 2560
• 3.3.2.4. Phần lập trình cho Arduino Uno R3
• 3.3.2.5. Phần mạch điện
• 3.3.2.5.1. Tín hiệu từ công tắc khởi động số trung gian
• 3.3.2.5.2. Giao tiếp giữa 2 vi điều khiển
• 3.3.2.5.3. Mạch giả lập tín hiệu đầu vào
• 3.3.2.5.4. Công tắc chọn chế độ tải
• 3.3.2.5.5. Mạch điều khiển Solenoid
• 3.3.2.5.6. Mạch hiển thị
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG LẮP RÁP ĐỂ VẬN HÀNH MÔ HÌNH HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A340E
• 4.1. Thiết kế giao diện cho mô hình
• 4.1.1. Thiết kế giao diện bảng hiển thị chính của mô hình
• 4.1.2. Thiết kế giao diện bảng điều khiển của mô hình
• 4.1.3. Thiết kế bản vẽ phục vụ cho việc cắt Mica các bảng của mô hình
• 4.2. Lắp ráp các chi tiết
• 5. CHƯƠNG 5: PHIẾU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển của đề tài
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN CHƯƠNG TRÌNH CỦA VI ĐIỀU KHIỂN ADRUINO UNO
• PHẦN CHƯƠNG TRÌNH CỦA ADRUINO MEGA

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đề tài

Đề tài Luận Văn Thạc Sĩ: Thi Công Chế Tạo Hộp Điều Khiển Hộp Số Tự Động A340E được thực hiện nhằm nghiên cứu và phát triển một mô hình hộp số tự động A340E. Hộp số tự động A340E là một trong những sản phẩm nổi bật của Toyota, được thiết kế để mang lại sự êm ái và tiết kiệm nhiên liệu cho người lái. Mô hình này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số tự động mà còn tạo điều kiện cho việc thực hành và áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế. Đề tài này cũng phản ánh sự phát triển của công nghệ ô tô hiện đại, nơi mà hộp số tự động ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết trong các phương tiện giao thông.

1.1. Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu tổng quan về hoạt động của hộp số tự động A340E, xây dựng mô hình hộp số với mạch điều khiển và thiết kế chương trình điều khiển chuyển số. Việc này không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức mà còn tạo ra một sản phẩm thực tiễn có thể ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô. Đề tài cũng hướng đến việc viết hướng dẫn sử dụng cho mô hình, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và vận hành.

1.2. Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào hộp điều khiển hộp số tự động A340E, bao gồm các nội dung chính như xây dựng hộp điều khiển, chương trình điều khiển chuyển số và thể hiện các thông số đầu vào và đầu ra của mô hình. Nghiên cứu này sẽ giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về các thành phần và cách thức hoạt động của hộp số tự động, từ đó nâng cao khả năng thực hành và ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ ô tô.

II. Tổng quan về hộp số tự động A340E

Hộp số tự động A340E được phát triển bởi Toyota từ những năm 1980 và đã trở thành một trong những hộp số phổ biến trên các dòng xe của hãng. Hộp số này được thiết kế với nhiều tính năng ưu việt như khả năng tự động chuyển số, tiết kiệm nhiên liệu và mang lại sự êm ái cho người lái. Hệ thống điều khiển của hộp số A340E bao gồm các cảm biến và bộ điều khiển điện tử, giúp tối ưu hóa quá trình chuyển số dựa trên các thông số vận hành của xe. Việc nghiên cứu và chế tạo hộp điều khiển cho hộp số A340E không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về công nghệ ô tô mà còn tạo ra một sản phẩm có giá trị thực tiễn cao.

2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hộp số A340E bao gồm nhiều thành phần chính như bộ biến mô, bộ truyền bánh răng hành tinh và hệ thống thủy lực. Bộ biến mô có chức năng truyền và khuếch đại mô men từ động cơ, trong khi bộ truyền bánh răng hành tinh giúp điều chỉnh tỷ số truyền và chuyển số. Hệ thống thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của các ly hợp và phanh, đảm bảo quá trình chuyển số diễn ra mượt mà và hiệu quả. Nghiên cứu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số A340E sẽ giúp sinh viên nắm vững kiến thức cơ bản về hộp số tự động.

2.2. Ứng dụng thực tiễn

Hộp số tự động A340E không chỉ được sử dụng rộng rãi trong các dòng xe của Toyota mà còn là một phần quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại. Việc nghiên cứu và chế tạo hộp điều khiển cho hộp số này sẽ giúp sinh viên có cơ hội tiếp cận với công nghệ tiên tiến, từ đó nâng cao khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp. Sản phẩm mô hình hộp số tự động A340E cũng có thể được ứng dụng trong các khóa học thực hành, giúp sinh viên rèn luyện kỹ năng và kiến thức cần thiết cho nghề nghiệp tương lai.

III. Thiết kế và chế tạo hộp điều khiển

Quá trình thiết kế và chế tạo hộp điều khiển cho hộp số A340E bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc thu thập tài liệu, phân tích yêu cầu đến việc lập trình và kiểm tra mô hình. Hệ thống điều khiển được xây dựng dựa trên các cảm biến và vi điều khiển, cho phép mô hình hoạt động chính xác và hiệu quả. Việc thiết kế mạch điều khiển và lập trình cho hộp số A340E không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về công nghệ điều khiển mà còn tạo ra một sản phẩm có thể ứng dụng trong thực tế.

3.1. Thiết kế mạch điều khiển

Mạch điều khiển của hộp số A340E được thiết kế dựa trên các yêu cầu kỹ thuật và nguyên lý hoạt động của hộp số. Các cảm biến như cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ và cảm biến nhiệt độ nước làm mát được tích hợp vào mạch điều khiển, giúp thu thập thông tin cần thiết để điều khiển quá trình chuyển số. Việc thiết kế mạch điều khiển không chỉ đòi hỏi kiến thức về điện tử mà còn cần sự sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề.

3.2. Lập trình điều khiển

Lập trình điều khiển cho hộp số A340E được thực hiện bằng các ngôn ngữ lập trình phổ biến như C hoặc Arduino. Chương trình điều khiển sẽ xử lý các tín hiệu đầu vào từ cảm biến và điều khiển các thiết bị đầu ra như ly hợp và phanh. Việc lập trình không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức về lập trình mà còn tạo ra một sản phẩm có thể hoạt động thực tế, từ đó nâng cao khả năng thực hành và ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô.

IV. Thi công lắp ráp mô hình

Quá trình thi công lắp ráp mô hình hộp số tự động A340E là bước quan trọng để hoàn thiện sản phẩm. Việc lắp ráp các linh kiện và thiết bị cần được thực hiện một cách chính xác và cẩn thận để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả. Các sinh viên sẽ được hướng dẫn cách lắp ráp và kiểm tra từng bộ phận của mô hình, từ đó nâng cao kỹ năng thực hành và khả năng làm việc nhóm.

4.1. Lắp ráp các linh kiện

Lắp ráp các linh kiện của mô hình hộp số A340E bao gồm việc kết nối các cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị điều khiển khác. Quá trình này đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác, vì bất kỳ sai sót nào cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của mô hình. Sinh viên sẽ học được cách sử dụng các công cụ và thiết bị lắp ráp, từ đó nâng cao kỹ năng thực hành và khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp.

4.2. Kiểm tra và vận hành mô hình

Sau khi lắp ráp hoàn tất, mô hình hộp số A340E sẽ được kiểm tra và vận hành để đảm bảo hoạt động đúng theo thiết kế. Quá trình kiểm tra bao gồm việc kiểm tra các tín hiệu đầu vào và đầu ra, cũng như đảm bảo rằng các linh kiện hoạt động một cách đồng bộ. Việc này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy trình vận hành của hộp số tự động mà còn tạo cơ hội để thực hành và áp dụng kiến thức vào thực tế.

V. Hướng dẫn sử dụng mô hình

Việc viết hướng dẫn sử dụng cho mô hình hộp số tự động A340E là một phần quan trọng trong quá trình thực hiện đề tài. Hướng dẫn sử dụng sẽ giúp người dùng hiểu rõ cách thức vận hành mô hình, từ đó nâng cao trải nghiệm sử dụng. Hướng dẫn này cũng sẽ bao gồm các thông tin về các chức năng của mô hình, cách kiểm tra và bảo trì, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và sử dụng sản phẩm.

5.1. Nội dung hướng dẫn

Nội dung hướng dẫn sử dụng sẽ bao gồm các thông tin chi tiết về cách vận hành mô hình hộp số A340E, từ việc khởi động, chuyển số đến các chức năng điều khiển khác. Hướng dẫn cũng sẽ cung cấp các thông tin về các cảm biến và thiết bị điều khiển, giúp người dùng hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của mô hình. Việc viết hướng dẫn sử dụng không chỉ giúp người dùng dễ dàng tiếp cận mà còn nâng cao giá trị thực tiễn của sản phẩm.

5.2. Bảo trì và kiểm tra

Hướng dẫn sử dụng cũng sẽ bao gồm các thông tin về bảo trì và kiểm tra mô hình hộp số A340E. Việc bảo trì định kỳ sẽ giúp đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của các linh kiện. Các sinh viên sẽ được hướng dẫn cách kiểm tra các tín hiệu đầu vào và đầu ra, cũng như cách phát hiện và khắc phục các sự cố có thể xảy ra trong quá trình sử dụng.

VI. Kết luận và hướng phát triển

Đề tài Luận Văn Thạc Sĩ: Thi Công Chế Tạo Hộp Điều Khiển Hộp Số Tự Động A340E đã hoàn thành với nhiều kết quả đáng ghi nhận. Mô hình hộp số tự động A340E không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn tạo ra một sản phẩm thực tiễn có thể ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc cải tiến mô hình, tích hợp thêm các tính năng mới và mở rộng nghiên cứu sang các loại hộp số tự động khác.

6.1. Đánh giá kết quả

Kết quả của đề tài cho thấy sự thành công trong việc chế tạo mô hình hộp số tự động A340E. Mô hình hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đề ra. Sinh viên đã có cơ hội thực hành và áp dụng kiến thức vào thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng và khả năng làm việc nhóm. Đề tài cũng đã góp phần nâng cao nhận thức về công nghệ ô tô hiện đại trong cộng đồng sinh viên.

6.2. Hướng phát triển tiếp theo

Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc nghiên cứu và phát triển các mô hình hộp số tự động khác, cũng như tích hợp các công nghệ mới như điều khiển từ xa hoặc tự động hóa hoàn toàn. Việc mở rộng nghiên cứu sẽ giúp sinh viên có thêm nhiều cơ hội học hỏi và phát triển trong lĩnh vực công nghệ ô tô, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hệ thống hộp số tự động điều khiển điện tử (ECT - Electronic Controlled Transmission) được tập đoàn Toyota nghiên cứu và ứng dụng trên các dòng xe thương mại từ những năm 1980. Trải qua quá trình hoàn thiện kỹ thuật, hộp số tự động dần thay thế hộp số sàn nhờ khả năng tối ưu hóa việc chuyển số, cân bằng tỷ số truyền, ngắt ly hợp êm dịu và giảm bớt thao tác cho người lái trong điều kiện giao thông đô thị đông đúc. Dòng hộp số tự động A340E là loại hộp số 4 cấp điều khiển điện tử kết hợp thủy lực, từng được trang bị phổ biến trên nhiều mẫu xe của Toyota (như Toyota Vios từ năm 2002 và Toyota Yaris từ năm 2006). So với các thế hệ hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực trước đây, hộp số A340E mang lại hiệu quả truyền động và khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn.

Xuất phát từ nhu cầu học tập, giảng dạy và nghiên cứu thực nghiệm cơ chế tiếp nhận tín hiệu, xử lý thuật toán chuyển số và vận hành các cơ cấu chấp hành thủy lực của hộp số A340E, đề tài "Thi công, chế tạo hộp điều khiển hộp số tự động A340E" được thực hiện nhằm xây dựng một mô hình điều khiển thực tế, giúp người học nắm bắt trực quan nguyên lý hoạt động của hộp số.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 3 nội dung:

1. Nghiên cứu tổng quan về nguyên lý hoạt động và kết cấu của hộp số tự động A340E.
2. Xây dựng mô hình hộp số tự động A340E kết hợp mạch điều khiển phần cứng và thiết kế chương trình điều khiển chuyển số tự động theo các tín hiệu đầu vào.
3. Soạn thảo phiếu hướng dẫn sử dụng và quy trình vận hành mô hình hộp số tự động A340E.

Nhiệm vụ nghiên cứu được giao cụ thể gồm 6 phần:

1. Đặt vấn đề nghiên cứu và xác định giới hạn đề tài.
2. Tổng quan lý thuyết về hộp số tự động A340E.
3. Thiết kế và chế tạo hộp điều khiển cho hộp số A340E.
4. Thi công lắp ráp hoàn thiện để vận hành mô hình hộp số A340E.
5. Biên soạn phiếu hướng dẫn sử dụng mô hình.
6. Tổng kết tài liệu tham khảo và hoàn thiện sản phẩm bàn giao (01 quyển thuyết minh, 01 mô hình hoạt động bình thường, dữ liệu thuyết minh dạng word, powerpoint và poster lưu trữ trên Google Drive của khoa).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển điện tử của hộp số tự động A340E, trọng tâm là mạch điều khiển vi xử lý, thuật toán lập trình chuyển số và hệ thống hiển thị thông số vào - ra.
• Không gian và thời gian thực hiện: Đề tài thực hiện tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; thời gian thực hiện từ ngày 21/09/2022 đến ngày 24/12/2022.
• Giới hạn kỹ thuật: Trên xe thực tế, hộp số A340E nhận tín hiệu từ nhiều cảm biến phức tạp (cảm biến bướm ga, cảm biến bàn đạp ga, cảm biến bàn đạp phanh, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến tốc độ xe, công tắc số trung gian, công tắc O/D, tín hiệu từ ECU điều khiển hành trình...). Trong phạm vi mô hình đồ án, nhóm tác giả rút gọn và tập trung vào các tín hiệu cốt lõi gồm: tín hiệu vị trí bướm ga (giả lập bằng biến trở), tín hiệu tốc độ trục thứ cấp (giả lập bằng biến trở), tín hiệu công tắc khởi động số trung gian (các vị trí P, R, N, D, 2, L), công tắc chọn chế độ tải (Normal/Power) và động cơ điện dẫn động thay thế cho động cơ đốt trong.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết nền tảng của đề tài dựa trên cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số tự động Toyota A340E cùng cấu trúc điều khiển của khối ECU ECT:

• Bộ biến mô thủy lực (Torque Converter): Thiết bị truyền, ngắt và khuếch đại mô-men xoắn bằng dầu thủy lực chuyên dụng (dầu hộp số tự động AT). Kết cấu gồm cánh bơm nối với trục khuỷu động cơ, cánh tuabin nối với trục sơ cấp hộp số, stato gắn với khớp một chiều nhằm đổi hướng dòng dầu để tăng mô-men, và cơ cấu ly hợp khóa biến mô nhằm nối trực tiếp cánh bơm với tuabin ở tốc độ cao, triệt tiêu tổn hao năng lượng thủy lực.
• Bộ truyền bánh răng hành tinh: Gồm 2 cụm bánh răng hành tinh trước và sau lắp trên trục sơ cấp để tạo ra 4 số tiến và 1 số lùi. Cơ cấu điều khiển cơ khí - thủy lực bao gồm các bộ ly hợp nhiều đĩa ướt (C1, C2, C3), các bộ phanh nhiều đĩa ướt (B1, B2, B3) và hai khớp một chiều (F1, F2).
• Hệ thống thủy lực: Gồm bơm dầu kiểu bánh răng ăn khớp đặt giữa biến mô và vỏ hộp số, van điều áp sơ cấp, cụm van điều khiển chuyển số và các van điện từ (Solenoid Valve).
• Hệ thống điều khiển điện tử ECU ECT: Nhận tín hiệu góc mở bướm ga (TP - Throttle Position) và tốc độ trục thứ cấp (SPD - Secondary shaft speed) cùng vị trí cần số để tra cứu sơ đồ chuyển số tối ưu, từ đó phát lệnh điều khiển ON/OFF tới van điện từ No.1 (S1) và No.2 (S2) để cấp áp suất dầu đến các ly hợp và phanh tương ứng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm 5 bước tuần tự:

• Bước 1: Thu thập, phân tích tài liệu kỹ thuật và sơ đồ mạch điện nguyên bản của hộp số tự động Toyota A340E.
• Bước 2: Quan sát thực tế, đo đạc và lấy các thông số kết cấu cơ khí, vị trí các van điện từ trên cụm hộp số A340E sẵn có tại xưởng.
• Bước 3: Lập phương án thiết kế mạch điều khiển, lựa chọn vi điều khiển và linh kiện điện tử phù hợp nhằm thay thế hộp ECU nguyên bản; xây dựng thuật toán điều khiển chuyển số.
• Bước 4: Chế tạo phần cứng, lập trình phần mềm, mô phỏng và vận hành thử nghiệm mô hình; hiệu chỉnh các thông số và khắc phục lỗi kết nối.
• Bước 5: Hoàn thiện kết cấu bảng điều khiển, đóng khung mô hình, đánh giá khả năng vận hành và biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng.

Nguồn dữ liệu: Tài liệu hướng dẫn sửa chữa và tài liệu đào tạo kỹ thuật của Toyota về hộp số tự động ECT A340E; thông số kết cấu và mạch điện thực tế đo đạc trực tiếp trên cụm hộp số tại xưởng thực hành ô tô.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển mô hình hộp số A340E được thiết kế thành một khối phần cứng và phần mềm hoàn chỉnh, đáp ứng việc điều khiển chuyển số tự động và hiển thị trạng thái cơ cấu:

Cấu trúc phần cứng điều khiển

• Khối xử lý trung tâm: Sử dụng kết hợp hai bo mạch vi điều khiển:
  • Arduino Mega 2560 (dùng vi điều khiển ATmega2560): Đóng vai trò bộ xử lý chính, tính toán thuật toán chuyển số, tiếp nhận các tín hiệu analog và giao tiếp điều khiển các cụm mạch. Bo mạch tương thích với thư viện mở rộng của Matlab/Simulink.
  • Arduino Uno R3 (dùng vi điều khiển ATmega328P): Đóng vai trò bộ xử lý phụ trợ, hỗ trợ nhận và xử lý tín hiệu hiển thị chuyên biệt.

Thông số kỹ thuật	Arduino Mega 2560	Arduino Uno R3
Vi điều khiển	ATmega2560	ATmega328P
Điện áp hoạt động	5V	5V
Điện áp đầu vào (khuyên dùng)	7V - 15V	7V - 12V
Số chân Digital I/O	54 (15 chân PWM)	14 (6 chân PWM)
Số chân Analog Input	16	6
Dòng điện DC trên mỗi chân I/O	20 mA	20 mA
Bộ nhớ Flash	256 KB	32 KB
Bộ nhớ SRAM	8 KB	2 KB
Bộ nhớ EEPROM	4 KB	1 KB
Tần số dao động thạch anh	16 MHz	16 MHz

• Khối giả lập tín hiệu đầu vào:
  • 02 biến trở xoay: Giả lập tín hiệu góc mở bướm ga (TP) và tín hiệu tốc độ trục thứ cấp (SPD), cung cấp điện áp analog từ 0V đến 5V cho vi điều khiển.
  • Công tắc khởi động số trung gian: Cung cấp tín hiệu chọn vị trí tay số (P, R, N, D, 2, L).
  • Công tắc chọn chế độ tải (Power/Normal): Chế độ Normal cung cấp điện áp 0V, chế độ Power cấp điện áp 12V vào chân nhận tín hiệu tương ứng.
• Khối điều khiển van điện từ và cơ cấu hiển thị:
  • Mạch công suất điều khiển van Solenoid No.1 và No.2 đóng cắt dòng điện cuộn dây van điện từ 12V.
  • Mạch hiển thị gồm các LED đơn biểu diễn trạng thái đóng/mở của các ly hợp (C1, C2, C3), phanh (B1, B2, B3), khớp một chiều (F1, F2) và trạng thái hoạt động của van Solenoid.
  • Mạch LED 7 đoạn hiển thị tốc độ và cấp số, sử dụng IC ghi dịch 74HC595 để tối ưu hóa số chân điều khiển từ vi điều khiển.
  • Thiết bị hỗ trợ vận hành: Bộ nguồn tổ ong chuyển đổi AC sang DC 12V, nút nhấn dừng khẩn cấp ngắt nguồn toàn hệ thống và đồng hồ đo áp suất dầu thủy lực.

Cấu trúc phần mềm và thuật toán điều khiển

• Phần mềm phát triển: Sử dụng Matlab/Simulink để xây dựng mô hình logic điều khiển và phần mềm Arduino IDE để biên dịch, nạp chương trình vào vi điều khiển.
• Thuật toán chuyển số: Xây dựng dựa trên 3 sơ đồ đặc tính chuyển số của hộp số A340E:
  • Sơ đồ S-1 (Dãy D, chế độ Normal): Chế độ chuyển số tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu. Khi góc mở bướm ga ở mức 50%, thời điểm chuyển số từ số 1 lên số 2 diễn ra tại tốc độ trục thứ cấp 1500 vòng/phút; từ số 2 lên số 3 tại 2500 vòng/phút; từ số 3 lên số 4 (Overdrive - O/D) tại 4000 vòng/phút.
  • Sơ đồ S-2 (Dãy D, chế độ Power): Phục vụ tăng tốc nhanh và tải nặng. Điểm chuyển số được kéo dài ở dải tốc độ động cơ cao hơn: tại góc mở bướm ga 50%, chuyển từ số 1 lên số 2 tại 1800 vòng/phút; từ số 2 lên số 3 tại 3100 vòng/phút; từ số 3 lên số 4 tại 4500 vòng/phút.
  • Sơ đồ S-3 (Vị trí 2): Dãy số 2 phục vụ chạy đường dốc, kích hoạt cơ chế phanh bằng động cơ. Nếu tốc độ trục thứ cấp vượt quá ngưỡng giới hạn an toàn (khoảng 3900 vòng/phút), bộ điều khiển tự động kích hoạt chuyển lên số 3 để tránh cho động cơ quay quá tốc độ cho phép.
• Các khối chương trình chính trên Simulink/Arduino Mega: Khối UP_DOWN_SIGNAL (nhận diện xu hướng tăng/giảm tốc độ), khối SHIFTING SELECTOR (lựa chọn sơ đồ số), khối CONTROL CENTER (trung tâm tính toán logic), khối SOLENOID VALVE (điều khiển rơ-le van điện từ) và các khối điều khiển LED hiển thị theo từng tay số (LED báo số D, 2, L và LED cơ cấu gài số).

Thi công cơ khí và lắp ráp

• Thiết kế giao diện bảng điều khiển và bảng hiển thị chính trên phần mềm đồ họa, gia công cắt tấm nền bằng vật liệu Mica, in và dán Decal thể hiện sơ đồ dòng truyền công suất và vị trí đèn LED.
• Lắp đặt các linh kiện (Arduino, nguồn tổ ong 12V, IC 74HC595, khối LED 7 đoạn, đồng hồ đo áp suất, biến trở, công tắc gạt, nút dừng khẩn cấp) lên khung đỡ chịu lực.
• Hàn nối dây dẫn điện, bó dây tín hiệu gọn gàng và lắp đặt mặt lưng bảo vệ hộp điều khiển.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về đề tài

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của việc nghiên cứu hộp số tự động điều khiển điện tử A340E trong bối cảnh các dòng xe hiện đại chuyển dịch từ số sàn sang số tự động. Tác giả xác định rõ mục đích chế tạo mô hình học cụ có mạch điều khiển độc lập và chương trình chuyển số mô phỏng chính xác hoạt động của hộp số thực tế. Chương này cũng phân định cụ thể đối tượng, phạm vi nghiên cứu thực hiện tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM từ tháng 09/2022 đến tháng 12/2022, đồng thời xác lập quy trình nghiên cứu thực nghiệm gồm 5 bước từ thu thập dữ liệu, đo đạc kết cấu, thiết kế mạch, mô phỏng đến thi công vận hành.

Chương 2. Tổng quan về hộp số tự động A340E

Nội dung chương 2 tập trung phân tích sâu về cấu tạo cơ khí và thủy lực của hộp số Toyota A340E:

• Bộ biến mô: Phân tích đường đặc tính biến mô thông qua 3 đại lượng: tỷ số truyền mô-men $t$ (mô-men tuabin / mô-men bơm), tỷ số truyền tốc độ $e$ (tốc độ tuabin / tốc độ bơm), và hiệu suất truyền động $\eta = t \times e \times 100%$. Phân tích điểm đỗ ($e = 0$, $t$ đạt cực đại, $\eta = 0$) và điểm ly hợp (khi biến mô hoạt động như khớp nối thủy lực, $t \approx 1$, hiệu suất đạt trên 95%). Phân tích cấu tạo ly hợp khóa biến mô đặt phía trước bánh tuabin để truyền lực cơ khí trực tiếp.
• Bộ truyền bánh răng hành tinh: Cấu tạo gồm 2 cụm bánh răng hành tinh trước và sau trên trục sơ cấp (bánh răng mặt trời, bánh răng hành tinh, cần dẫn, bánh răng bao). Các cụm ly hợp ướt C1, C2, C3; cụm phanh ướt B1, B2, B3 và các khớp một chiều F1, F2.
• Cơ cấu gài số và dòng truyền công suất: Phân tích đường truyền lực chi tiết cho từng cấp số:
  • Tay số 1 (dãy D và 2): Ly hợp C1 và khớp một chiều F2 hoạt động.
  • Tay số 2 (dãy D): C1, F1 và B2 hoạt động. Dòng công suất chia làm 2 nhánh trước khi hợp nhất về truyền lực cuối.
  • Tay số 3 (dãy D và 2): C1, C2 và B2 hoạt động; cần dẫn và các bánh răng hành tinh quay cùng chiều dương thành một khối.
  • Tay số 4 (dãy D): C2, B1 và B2 hoạt động; tốc độ trục thứ cấp quay nhanh hơn trục sơ cấp (số truyền tăng - O/D).
  • Tay số 2 (dãy 2 - phanh động cơ): C1, B1, B2, F1 cùng đóng. Khi bánh xe chủ động dẫn động ngược lại trục thứ cấp, phanh B1, B2 và F1 khóa trục bánh răng mặt trời, truyền lực cản ngược về trục sơ cấp để hãm xe.
  • Tay số 1 (dãy L - phanh động cơ): C1, B3 và F2 hoạt động. Cần dẫn cụm sau bị phanh B3 giữ chặt, tạo hiệu ứng phanh động cơ ở cấp số thấp nhất.
  • Tay số lùi R: Ly hợp C3 và phanh B3 hoạt động, đảo chiều quay của trục thứ cấp so với trục sơ cấp.
• Hệ thống thủy lực: Cấu tạo gồm bơm dầu kiểu bánh răng ăn khớp dẫn động từ vỏ biến mô, van điều áp sơ cấp điều chỉnh áp suất chuẩn theo góc mở bướm ga để cấp áp lực đến các piston ly hợp và phanh.

Chương 3. Thiết kế chế tạo hộp điều khiển hộp số A340E

Chương 3 trình bày cơ sở lý thuyết điều khiển điện tử của ECU ECT nguyên bản và quá trình hiện thực hóa trên mô hình:

• Lý thuyết ECU ECT: Mô tả chức năng các cảm biến trên xe: cảm biến vị trí bướm ga gửi tín hiệu điện áp VTA (và tiếp điểm IDL khi đóng hoàn toàn) chuyển đổi thành 8 mức độ mở; cảm biến nhiệt độ nước làm mát (dưới 60°C thì ECU ngăn không cho lên số O/D và khóa biến mô); 02 cảm biến tốc độ trục để ECU liên tục so sánh chéo; công tắc đèn phanh ngắt ly hợp khóa biến mô khi đạp phanh; công tắc chính O/D cho phép hoặc cấm lên số truyền tăng (cực OD2 ở mức 12V là cho phép, 0V là cấm); tín hiệu từ ECU điều khiển hành trình ngắt O/D khi tốc độ xe giảm dưới ngưỡng cài đặt 10 km/h.
• Phần cứng mô hình: Lựa chọn Arduino Mega 2560 làm bộ điều khiển trung tâm và Arduino Uno R3 làm bộ điều khiển phụ trợ. Thiết kế mạch giả lập tín hiệu bằng 2 biến trở xoay cho góc mở bướm ga và tốc độ trục thứ cấp; công tắc gạt vị trí tay số trung gian; công tắc gạt chọn chế độ tải POWER (12V) và NORMAL (0V). Thiết kế mạch mở rộng hiển thị LED 7 đoạn dùng IC 74HC595 và mạch rơ-le điều khiển cụm van Solenoid.
• Phần mềm điều khiển: Xây dựng lưu đồ giải thuật và mô hình hóa thuật toán chuyển số trên Matlab/Simulink thông qua các khối UP_DOWN_SIGNAL, SHIFTING SELECTOR, CONTROL CENTER, SOLENOID VALVE, SOLENOID LED. Nạp chương trình hoàn chỉnh vào bộ nhớ vi điều khiển thông qua Arduino IDE.

Chương 4. Thi công lắp ráp để vận hành mô hình hộp số tự động A340E

Chương 4 ghi lại chi tiết các bước chế tạo cơ khí và đấu nối thực tế:

• Thiết kế đồ họa và bản vẽ kỹ thuật của bảng hiển thị chính và bảng điều khiển.
• Cắt gọt tấm nền Mica theo bản vẽ kích thước chính xác, dán Decal thể hiện sơ đồ nguyên lý và vị trí các cơ cấu chấp hành.
• Lắp ráp bảng hiển thị chính lên khung kim loại của mô hình.
• Cố định bộ nguồn tổ ong 12V, hai bo mạch Arduino Mega 2560 và Arduino Uno R3 vào khung máy.
• Hàn và lắp ráp cụm LED 7 đoạn kết nối với IC 74HC595, gắn các bóng LED đơn biểu diễn trạng thái van điện từ và các bộ ly hợp/phanh.
• Đấu nối toàn bộ hệ thống dây điện tín hiệu, dây cấp nguồn van solenoid, dây tín hiệu biến trở và công tắc.
• Hoàn thiện bảng điều khiển chính, lắp đặt mặt lưng bảo vệ mô hình để đảm bảo an toàn điện.

Chương 5. Phiếu hướng dẫn sử dụng mô hình

Chương 5 cung cấp quy trình thao tác và vận hành mô hình dành cho người học và kỹ thuật viên:

• Quy trình chuẩn bị và kiểm tra an toàn trước khi vận hành.
• Trình tự cấp nguồn điện cho mô hình thông qua bộ đổi nguồn 12V.
• Thao tác gạt cần chọn số sang các vị trí P, R, N, D, 2, L.
• Hướng dẫn điều chỉnh núm xoay biến trở để thay đổi góc mở bướm ga và dải tốc độ trục thứ cấp, quan sát quá trình nhảy số tự động trên cụm LED 7 đoạn và bảng LED chỉ thị trạng thái van Solenoid No.1, No.2.
• Thao tác chuyển đổi công tắc chế độ tải giữa Normal và Power để kiểm chứng sự thay đổi về điểm chuyển số.
• Hướng dẫn xử lý sự cố và sử dụng nút nhấn dừng khẩn cấp khi hệ thống gặp trục trặc kỹ thuật.

Chương 6. Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết toàn bộ kết quả đạt được của đồ án tốt nghiệp:

• Hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra: chế tạo thành công hộp điều khiển hộp số tự động A340E hoạt động ổn định trên mô hình vật lý.
• Tái lập chính xác quy luật chuyển số và trạng thái hoạt động của các cơ cấu gài số theo đúng thiết kế nguyên bản của hãng Toyota.
• Nêu rõ các giới hạn còn tồn tại của mô hình và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm phát triển đề tài trong các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Mô hình điều khiển hộp số tự động A340E do nhóm tác giả chế tạo đã vận hành thành công, thể hiện chính xác trạng thái kích hoạt của hai van điện từ S1, S2 và các cơ cấu ma sát bên trong hộp số ở từng tay số cụ thể theo đúng chuẩn kỹ thuật của Toyota:

Vị trí cần số	Tay số (Gear)	Van S1	Van S2	Ly hợp C1	Ly hợp C2	Ly hợp C3	Phanh B1	Phanh B2	Phanh B3	Khớp 1 chiều F1	Khớp 1 chiều F2
P	Park	Bật	Bật	-	-	-	-	-	-	-	-
R	Reverse	Bật	Bật	-	-	Hoạt động	-	-	Hoạt động	-	-
N	Neutral	Bật	Bật	-	-	-	-	-	-	-	-
D	1st	Bật	Bật	Hoạt động	-	-	-	-	-	-	Hoạt động
D	2nd	Bật	Tắt	Hoạt động	-	-	-	Hoạt động	-	Hoạt động	-
D	3rd	Tắt	Tắt	Hoạt động	Hoạt động	-	-	Hoạt động	-	-	-
D	4th	Tắt	Bật	-	Hoạt động	-	Hoạt động	Hoạt động	-	-	-
2	1st	Bật	Bật	Hoạt động	-	-	-	-	-	-	Hoạt động
2	2nd	Bật	Tắt	Hoạt động	-	-	Hoạt động	Hoạt động	-	Hoạt động	-
2	3rd	Tắt	Tắt	Hoạt động	Hoạt động	-	-	Hoạt động	-	-	-
L	1st	Bật	Bật	Hoạt động	-	-	-	-	Hoạt động	-	Hoạt động

Đóng góp kỹ thuật và giải pháp đề xuất của đồ án:

• Xây dựng thành công bộ điều khiển chuyển số độc lập trên nền tảng vi điều khiển giá thành thấp (Arduino Mega 2560 kết hợp Arduino Uno R3) để thay thế hoàn toàn khối ECU ECT nguyên bản đắt tiền và khó can thiệp tín hiệu.
• Ứng dụng mô hình hóa thuật toán chuyển số trên phần mềm Matlab/Simulink và chuyển giao sang mã nguồn vi điều khiển, giúp việc cấu hình và hiệu chỉnh ngưỡng tốc độ chuyển số diễn ra thuận tiện.
• Tạo ra một mô hình học cụ trực quan hoàn chỉnh với bảng điều khiển cắt Mica, dán decal sơ đồ dòng năng lượng, tích hợp hệ thống LED hiển thị đồng bộ trạng thái van solenoid và các bộ ly hợp/phanh, phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo chuyên ngành ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài (dựa trên phạm vi kỹ thuật được văn bản đề cập):

• Tín hiệu đầu vào chưa được lấy từ xe thực tế mà phải sử dụng các cơ cấu giả lập bằng biến trở xoay (cho tín hiệu góc mở bướm ga và tốc độ trục thứ cấp) và công tắc gạt thủ công.
• Mô hình đã lược bỏ một số cảm biến và tín hiệu phụ trợ có trong hệ thống thực tế trên ô tô, bao gồm cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ, công tắc đèn phanh (cực STP), công tắc chính O/D và tín hiệu phản hồi từ bộ điều khiển hành trình.
• Nguồn động lực kéo hộp số là motor điện cố định thay vì động cơ đốt trong có dải mô-men và vòng tua biến thiên theo chu trình đốt cháy thực tế.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả đề xuất:

• Nghiên cứu tích hợp đầy đủ các cảm biến nhiệt độ dầu hộp số và cảm biến tải thực tế lên mô hình.
• Hoàn thiện mạch điều khiển van điện từ số 3 (van điều khiển khóa biến mô) để mô phỏng chính xác thời điểm ngắt và khóa dòng thủy lực.
• Phát triển giao tiếp mạng truyền thông CAN bus hoặc cổng chẩn đoán OBD-II trên mạch vi điều khiển để phục vụ đào tạo chẩn đoán mã lỗi hộp số tự động.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo hữu ích cho:

• Giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Cung cấp tài liệu thiết kế và phương pháp thi công một mô hình học cụ trực quan về hệ thống truyền lực, phục vụ cho các môn học Lý thuyết ô tô, Thực tập Hệ thống truyền lực và Điện tử ô tô.
• Sinh viên làm đồ án tốt nghiệp và nghiên cứu hệ thống điều khiển: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về sơ đồ chân vi điều khiển Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3, mạch ghép nối IC ghi dịch 74HC595 điều khiển LED 7 đoạn và mạch công suất điều khiển cuộn hút solenoid 12V.
• Phần đáng tham khảo nhất trong văn bản:
  • Bảng tổng hợp trạng thái các cơ cấu ma sát và van điện từ ở tất cả các tay số (Bảng 2.1).
  • Phân tích chi tiết dòng truyền công suất và cơ chế phanh động cơ ở số 2 (dãy 2) và số 1 (dãy L).
  • Sơ đồ logic chuyển số S-1, S-2, S-3 tương ứng với các giá trị bướm ga và tốc độ trục thứ cấp cụ thể.

Câu hỏi thường gặp

Hộp số tự động A340E điều khiển chuyển đổi giữa các cấp số tiến bằng cách nào?
ECU ECT điều khiển chuyển số thông qua việc thay đổi trạng thái đóng hoặc mở (Bật/Tắt) của 2 van điện từ là Solenoid No.1 (S1) và Solenoid No.2 (S2). Tùy thuộc vào sự phối hợp ON/OFF của hai van này, dòng dầu thủy lực có áp suất sẽ được dẫn tới các piston để đóng hoặc nhả các bộ ly hợp ma sát (C1, C2) và các bộ phanh (B1, B2) tương ứng với 4 cấp số tiến.

Sự khác biệt về điểm chuyển số giữa chế độ Normal và chế độ Power tại cùng độ mở bướm ga 50% là gì?
Ở chế độ Normal (sơ đồ S-1), hộp số chuyển từ số 1 lên số 2 tại tốc độ trục thứ cấp 1500 vòng/phút, từ số 2 lên số 3 tại 2500 vòng/phút, và từ số 3 lên số 4 tại 4000 vòng/phút. Ở chế độ Power (sơ đồ S-2), để hỗ trợ tăng tốc nhanh, các điểm chuyển số diễn ra ở dải tốc độ cao hơn: từ số 1 lên 2 tại 1800 vòng/phút, từ số 2 lên 3 tại 3100 vòng/phút, và từ số 3 lên 4 tại 4500 vòng/phút.

Tại sao khi cần số đặt ở vị trí dãy 2 (sơ đồ S-3), hộp số vẫn có thể tự động chuyển sang số 3?
Vị trí số 2 được thiết kế để xe di chuyển trên đường dốc và tận dụng lực phanh động cơ. Tuy nhiên, nhằm bảo vệ động cơ không bị quay vượt quá giới hạn an toàn khi xe lao dốc ở tốc độ cao, chương trình điều khiển được thiết lập để tự động chuyển sang số 3 nếu tốc độ trục thứ cấp tăng cao vượt mức cho phép (khoảng 3900 vòng/phút).

Cơ chế phanh bằng động cơ ở tay số 1 (dãy L) hoạt động khác tay số 1 (dãy D) như thế nào?
Ở tay số 1 dãy D, chỉ có ly hợp C1 và khớp một chiều F2 hoạt động; khi xe chạy trớn, trục thứ cấp quay nhanh hơn không truyền ngược được lực hãm về động cơ do khớp F2 bị trượt tự do. Ngược lại, ở tay số 1 dãy L, ngoài C1 và F2 còn có phanh B3 được kích hoạt để giữ chặt cần dẫn của bộ truyền hành tinh sau, khóa cứng chiều quay và truyền mô-men hãm ngược từ trục thứ cấp qua C1 về trục sơ cấp, tạo ra lực phanh động cơ.

Trong mô hình chế tạo, các tín hiệu đầu vào thực tế được thay thế bằng những linh kiện nào?
Tín hiệu góc mở bướm ga (TP) và tốc độ trục thứ cấp (SPD) được giả lập bằng 2 biến trở xoay cung cấp điện áp analog; vị trí tay số được giả lập bằng công tắc khởi động số trung gian; chế độ tải Normal/Power được chọn qua công tắc gạt (0V cho Normal và 12V cho Power); động cơ đốt trong được thay thế bằng motor điện.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thi công, chế tạo hộp điều khiển hộp số tự động A340E" của sinh viên Phan Đình Phú và Trần Xuân Trường đã giải quyết thành công bài toán nghiên cứu cấu tạo cơ khí - thủy lực và xây dựng hệ thống điều khiển điện tử thay thế cho hộp số tự động 4 cấp của Toyota. Mô hình chế tạo hoàn thiện kết hợp giữa vi điều khiển Arduino Mega 2560, Uno R3 và hệ thống mạch giả lập tín hiệu, tái hiện chính xác quy luật chuyển số và cơ chế phanh động cơ theo các sơ đồ đặc tính tiêu chuẩn. Đây là công trình thực nghiệm kỹ thuật hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của đồ án kỹ thuật ô tô và có giá trị sử dụng trực tiếp trong công tác đào tạo thực hành chuyên ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Lí do chọn đề tài Hộp số tự động ECT của Toyota đã được phát triển và xuất hiện trên các xe thương mại của Toyota từ khoảng những năm 1980 với ưu điểm là mang lại sự êm dịu khi hoạt động, hỗ trợ người lái và tiết kiệm nhiên liệu. Hộp số tự động A340E được trang bị cho các dòng xe phổ biến của Toyota khoảng 15 năm gần đây ( từ 2006 đến nay đối với Toyota Yaris và từ 2002 đến nay đối với Toyota Vios) được đánh giá mang lại hiệu quả tốt hơn so với loại hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực.

Để nghiên cứu về hoạt động và phương pháp điều khiển hộp số A340E nhóm em được giao thực hiện đề tài “Thi công, chế tạo hộp điều khiển hộp số tự động A340E”. Mục đích của đề tài Nghiên cứu tổng quan về hoạt động của hộp số tự động A340E. Xây dựng mô hình hộp số tự động A340E với mạch điều khiển và thiết kế chương trình điều khiển chuyển số theo các tín hiệu đầu vào cho hộp số tự động A340E. Viết hướng dẫn sử dụng hoạt động của mô hình hộp số tự động A340E.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tượng nghiên cứu của đề tài là “Hộp điều khiển hộp số tự động A340E”, trong đó chú trọng vào các nội dung chính:  Xây dựng hộp điều khiển cho hộp số A340E.  Chương trình điều khiển chuyển số dành cho hộp số A340E.  Thể hiện được các thông số đầu vào và đầu ra của mô hình với bộ điều khiển. Phương pháp nghiên cứu đề tài Bước 1: Thu thập và phân tích các tài liệu liên quan đến hộp số A340E và điều khiển hộp số.

Bước 2: Quan sát, lấy các thông số kết cấu của hộp số A340E. Bước 3: Xây dựng phương án thiết kế mô hình và chọn phương án để điều khiển chuyển số cho hộp số. 1 Bước 4: Mô phỏng và vận hành thử mô hình đối với bộ điều khiển từ đó đưa ra các điều chỉnh cần thiết dành cho phần cứng và phần mềm. Bước 5: Đưa ra hướng dẫn sử dụng và phương thức vận hành mô hình.

TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A340E 2. Bộ biến mô 2. Cấu tạo, chức năng và nguyên lý làm việc của bộ biến mô Bộ biến mô có các chức năng: truyền, ngắt hoặc khuếch đại momen từ động cơ bằng cách sử dụng dầu hộp số làm môi trường làm việc. Bộ biến mô hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực, có tác dụng như một bánh đà để làm ổn định chuyển động quay của động cơ, dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thủy lực.

Bộ biến mô bao gồm: cánh bơm được nối với trục chủ động (trục chủ động nối với trục khuỷu động cơ), đĩa tuốc bin (roto tuabin) được nối với trục bị động của biến mô (trục sơ cấp hộp số), đĩa phản xạ (stato) được bắt chặt vào vỉ hộp số qua khớp một chiều và trục stato có vai trò làm tăng momen xoắn, vỏ biến mô chứa tất cả các bộ phận trên. Biến mô được đổ đầy dầu thuỷ lực cung cấp bởi bơm dầu. dầu này được văng ra khỏi cách bơm thành một dòng truyền công suất làm quay roto tubin.1: Biến mô 3 Dầu được dùng để nạp đầy trong vỏ cố định đối với hộp số A340E là dầu hộp số AT. Giữa các đĩa và stato là các khe hở vô cùng nhỏ, trên các đĩa và stato là có gắn các cánh được uốn cong tạo thành các rãnh mà trong chúng chất lỏng chuyển động tuần hoàn.2: Cấu tạo của biến mô 2.

Đường đặc tính của biến mô Hình 2.3: Đường đặc tính của biến mô 4 Mô men đầu ra của rô to tuabin Tỉ số truyền mô men (t) = Mô men đầu vào của cánh bơm Tốc độ của rô to tuabin Tỉ số truyền tốc độ (e) = Tốc độ của cánh bơm Công suất đầu ra của rô to tuabin*100% Hiệu suất truyền động (n) = Công suất đầu vào của cánh bơm Mô men đầu ra của rô to tuabin*e*100% = Mô men đầu vào của cánh bơm Điểm xe đỗ là khi roto tuabin không chuyển động hay khi tỉ số truyền tốc động bằng 0 lúc này tỉ số truyền momen có giá trị lớn nhất và hiệu suất truyền động bằng không. Dầu chảy ra khỏi roto tuabin đập vào mặt sau của các cánh trên stato tại tỉ số truyền tốc độ cao hơn tỉ số truyền tốc độ của điểm ly hợp, lúc này khớp một chiều làm cho stato quay cùng chiều quay của cánh bơm. Tức là điểm ly hợp là khi bộ biến mô bắt đầu có tác dụng như một khớp thủy lực để tránh cho tỉ số truyền momen giảm xuống dưới 1. Khi roto tuabin bắt đầu quay công suất đầu ra cũng tăng dần theo số vòng quay và momen cánh bơm làm hiệu suất truyền động tăng đột ngột và đạt giá trị cực đại tại tỉ số truyền tốc độ trước điểm ly hợp.

Sau khi đạt cực đại hiệu suất giảm xuống do một phần dòng dầu từ roto tuabin chảy đến mặt sau của cánh trên stato. Tại điểm ly hợp do biến mô có vai trò như một khớp thủy lực nên có tỉ số truyền momen gần bằng 1:1 lúc này hiệu suất truyền động tăng khi tỷ số truyền tốc độ tăng. Khi hoạt động một phần động năng mất mát khi nhiệt độ tăng do sự ma sát và va đập, vì vậy hiệu suất của bộ biến mô không đạt 100% và chỉ lớn hơn 95% một chút. Cơ cấu khoá biến mô 5 Hình 2.4: Cấu tạo của ly hợp khoá biến mô Khi biến mô hoạt động như một khớp nối thuỷ lực, mô men sẽ được biến mô truyền với tỉ số gần bằng 1:1.

Tuy nhiên, do bộ biến mô sử dụng dòng thuỷ lực để gián tiếp truyền công suất nên có sự tổn hao công suất. Để ngăn chặn việc tổn hao công suất này một li hợp khoá biến mô để truyền công suất động cơ tới hộp số tự động một cách trực tiếp. Li hợp khoá biến mô được lắp trong biến mô, phía trước bánh tuabin. Việc ăn khớp và nhả li hợp khoá biến mô được xác định từ những thay đổi về hướng của dòng thuỷ lực trong bộ biến mô khi xe đạt được một tốc độ nhất định.

Bộ truyền bánh răng hành tinh Hộp số tự động A340E sử dụng bộ truyền bánh răng hành tinh trong hộp số có nhiệm vụ tạo tỷ số truyền, điều khiển việc giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc. 6 Bộ truyền bánh răng hành tinh của hộp số A340E gồm hai cụm bánh răng hành tinh gọi là cụm bánh răng hành tinh trước và cụm bánh răng hành tinh sau, cả hai cụm bánh răng hành tinh lắp ở trục sơ cấp hộp số. Cơ cấu điều khiển gài số bao gồm: các ly hợp (C1, C2, C3), các phanh (B1, B2, B3), các khớp một chiều (F1, F2).5: Cấu tạo hộp số tự động A340E 2. Cụm bánh răng hành tinh trước và sau Tỉ số truyền trong hộp số tự động A340E được quyết định bởi 2 cụm bánh răng hành tinh trước và sau.

Cụm bánh răng hành tinh gồm có: bánh răng bao (vòng răng), bánh răng hành tinh và bánh răng mặt trời và cần dẫn.6: Cấu tạo bánh răng hành tinh Hai cụm bánh răng hành tinh được lắp trên trục sơ cấp, cần dẫn bánh răng hành tinh trước nối với bánh răng bao sau, cần dẫn bánh răng hành tinh sau nối với bánh răng bao trước. Các chi tiết nối với nhau sẽ quay với tốc độ và chiều giống nhau. Thay đổi các tỉ số truyền số tiến và chuyển sang số lùi bằng cách cố định và chọn các bộ phận của cụm bánh răng hành tinh là đầu vào hay đầu ra. Các ly hợp C1, C2 và C3 Các ly hợp có nhiệm vụ nối hoặc ngắt kết nối các bánh răng với các trục để truyền hoặt ngắt truyền công suất.

Các đĩa ma sát và đĩa ép được bố trí xen kẽ sao cho các đĩa ma sát ăn khớp với bánh răng bằng then hoa còn các đĩa ép ăn khớp với tang trống ly hợp.7: Cấu tạo ly hợp 8 Khi piston dầu ép các đĩa ma sát tiếp xúc với các đĩa ma sát, các đĩa lúc này quay với tốc độ bằng nhau do lực ma sát tức là ly hợp ăn khớp làm cho phần tử chủ động có thể truyền công suất đến phần tử bị động. Khi không có áp lực dầu piston được trả về vị trí cũ làm cho ly hợp nhả ra. Các khớp một chiều (F1, F2) và các phanh (B1, B2, B3) Khớp một chiều F1 hoạt động thông qua phanh B2 để ngăn không cho bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ. khớp một chiều F2 ngăn không cho cần dẫn bộ truyền hành tinh quay ngược chiều kim đồng hồ, vành ngoài khớp một chiều F2 được cố định vào vỏ hộp số.

Các phanh B1,B2,B3 của hộp số A340E là loại phanh ướt nhiều đĩa gồm các đĩa ma sát và đĩa ép. B2 ngăn không cho bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ qua F1, B3 ngăn không cho cần dần của bộ truyền hành tinh sau quay.8: Cấu tạo phanh đĩa kiểu ướt 2. Cơ cấu cài số và đường truyền công suất ở các tay số 9 Vị trí tay Gear Van điện Ly hợp Phanh Khớp số từ một chiều S1 S2 C1 C2 C3 B1 B2 B3 F1 F2 P Park Bật Bật R Reverse Bật Bật O O N Neutral Bật Bật D 1st Bật Bật O O 2nd Bật Tắt O O O 3rd Tắt Tắt O O O 4th Tắt Bật O O O 2 1st Bật Bật O O 2nd Bật Tắt O O O O 3rd Tắt Tắt O O O L 1st Bật Bật O O O O: Hoạt động Bảng 2.1: Cơ cấu hoạt động ở các tay số 2. Tay số 1 (dãy D và dãy 2) Hình 2.9: Dòng truyền công suất tay số 1 (dãy D và 2) 10 Tỷ số truyền: Ly hợp C1 hoạt động, đồng thời khớp một chiều F2 cũng tham gia hoạt động.

Dòng truyền công suất như sau: Trục sơ cấp (+) ly hợp C1 S1 (+) BR hành tinh H1(-) (Vì F2 hoạt động nên không cho R1 và Cd2 quay ngược chiều kim đồng hồ)Cd1(+)bánh răng chủ động trung gian bánh răng bị động của truyền lực cuối cùng.10: Dòng truyền công suất tay số 2 dãy D Tỷ số truyền: 11 C1, F1, B2 hoạt động, dòng truyền công suất như sau: Trục sơ cấply hợp C1S1(+)bánh răng hành tinh H1(-). Đến đây dòng công suất chia làm 2 nhánh: Nhánh 1: giống như khi đi số 1.