Thiết kế hệ thống điều khiển hộp số JF017E hoạt động bằng khí nén

Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển hộp số JF017E bằng khí nén tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Đào Ngọc Quốc Khánh
• Người hướng dẫn: ThS. Thái Huy Phát
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển hộp số JF017E hoạt động bằng khí nén
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế hộp số JF017E bằng khí nén tại ĐH SPKT TP

Hộp số vô cấp JF017E do tập đoàn Jatco chế tạo cho nhiều dòng xe Nissan hiện đại. Cơ cấu này truyền tải mô-men xoắn lớn thông qua dây đai thép cùng hệ thống pulley biến thiên. Việc nghiên cứu cơ cấu CVT đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về thủy lực và điều khiển điện tử. Tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô đã triển khai đề tài thiết kế hệ thống điều khiển hộp số JF017E hoạt động bằng khí nén dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ Thái Huy Phát. Đề tài tập trung chế tạo mô hình học cụ trực quan phục vụ công tác đào tạo thực hành. Khí nén được chọn làm môi chất thay thế cho dầu thủy lực truyền thống nhằm đơn giản hóa cấu trúc vận hành. Giải pháp này giúp người học quan sát chuyển động pulley dễ dàng hơn. Áp suất khí nén tạo lực kẹp ổn định trên các puli chủ động và bị động. Mô hình mô phỏng chính xác logic chuyển số vô cấp mà không gây rò rỉ chất lỏng trong phòng thí nghiệm. Quá trình thiết kế kết hợp kiến thức cơ khí chính xác, mạch khí nén công nghiệp và lập trình điều khiển. Đề tài đem lại giá trị sư phạm cao cho sinh viên đại học kỹ thuật.

1.1. Đặc tính kỹ thuật của hộp số CVT Jatco JF017E

Hộp số Jatco JF017E là biến thể hộp số vô cấp chịu mô-men xoắn cao. Thiết bị xuất hiện trên các mẫu xe động cơ lớn như Nissan Pathfinder hay Murano. Cấu trúc hộp số gồm bộ biến mô thủy lực, cụm bánh răng hành tinh và cặp pulley sơ cấp - thứ cấp. Đai thép chịu lực kết nối hai pulley để truyền tải công suất liên tục. Hộp số JF017E hỗ trợ cả hệ dẫn động hai bánh cầu trước lẫn hệ dẫn động bốn bánh toàn thời gian. Bộ điều khiển điện tử TCM giám sát áp suất dầu và điều khiển các van điện từ tuyến tính. Cơ chế này loại bỏ hoàn toàn các bước ngắt quãng khi sang số thông thường. Tỷ số truyền biến thiên liên tục giúp động cơ luôn hoạt động ở dải vòng tua tối ưu. JF017E vừa tiết kiệm nhiên liệu vừa tối ưu hiệu suất kéo của xe.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu đồ án tốt nghiệp tại ĐH SPKT TP.HCM

Mục tiêu trọng tâm của đồ án là xây dựng mô hình thực hành hộp số JF017E ứng dụng nguyên lý khí nén. Sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh hướng đến việc chế tạo trang thiết bị dạy học hiện đại. Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát toàn bộ sơ đồ thủy lực nguyên bản của Jatco. Sau đó, nhóm thiết kế mạch khí nén tương đương nhằm tạo áp lực điều khiển piston pulley. Hệ thống khí nén giúp sinh viên quan sát rõ nét hành trình mở rộng và thu hẹp rãnh puli. Mô hình đảm bảo tính an toàn cháy nổ, không gây văng bắn dầu nhớt trong xưởng thực hành. Sản phẩm cuối cùng bao gồm bản thuyết minh tính toán chi tiết và sa bàn thực nghiệm vận hành ổn định. Đề tài khẳng định năng lực tự chủ nghiên cứu của sinh viên kỹ thuật ô tô.

II. Thách thức điều khiển hộp số JF017E bằng khí nén thay thủy lực

Hộp số vô cấp Jatco JF017E nguyên bản sử dụng hệ thống thủy lực áp suất cao để ép chặt các đĩa pulley. Áp suất dầu làm việc có thể vượt quá 50 bar. Trong môi trường đào tạo đại học, việc vận hành bơm dầu thủy lực áp suất cao bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng. Hệ thống yêu cầu động cơ kéo công suất lớn cùng cụm bơm cánh gạt phức tạp. Dầu hộp số dễ bị rò rỉ, gây bẩn sàn xưởng và phát sinh nguy cơ cháy nổ cao. Đồng thời, cấu trúc van điều khiển kín bên trong thân van khiến sinh viên khó theo dõi đường truyền áp suất. Thách thức lớn nhất khi nghiên cứu hệ thống điều khiển hộp số JF017E bằng khí nén là tính đàn hồi của không khí. Khí nén có áp suất thấp hơn nhiều so với dầu thủy lực công nghiệp thông thường. Nguồn khí nén phòng thí nghiệm chỉ đạt mức 6 đến 8 bar. Mức áp suất này khó tạo ra lực kẹp tương đương như hệ thống thủy lực nguyên bản. Nhóm nghiên cứu tại ĐH SPKT TP.HCM phải tính toán lại diện tích piston tác động. Mọi chi tiết xilanh khí nén phải tối ưu kích thước để đảm bảo lực dịch chuyển cơ cấu puli một cách chuẩn xác.

2.1. Hạn chế của hệ thống thủy lực nguyên bản trong thực hành

Hệ thống thủy lực của JF017E gồm bơm cánh gạt, thân van và mạng lưới cảm biến áp suất. Cơ cấu này đòi hỏi nguồn điện ba pha hoặc động cơ đốt trong để vận hành liên tục. Trong giờ học thực hành, tiếng ồn từ cụm động cơ gây cản trở giảng dạy. Nhiệt độ dầu bôi trơn và áp suất thủy lực tăng cao tiềm ẩn nhiều rủi ro mất an toàn. Hiện tượng rò rỉ dầu nhớt qua các gioăng phớt thường xuyên diễn ra khi tháo lắp mô hình học cụ nhiều lần. Dầu thủy lực rơi vãi gây trơn trượt sàn xưởng và làm giảm tuổi thọ thiết bị điện tử. Thêm vào đó, chi phí thay thế dầu chuyên dụng và bảo dưỡng thân van Jatco rất tốn kém. Những rào cản này thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm giải pháp truyền động sạch hơn.

2.2. Vấn đề biến thiên tỷ số truyền bằng năng lượng khí nén

Không khí là môi chất có tính nén cao và độ nhớt rất thấp so với chất lỏng thủy lực. Khi đóng mở van khí nén, áp suất trong buồng công tác không tăng ngay lập tức. Hiện tượng trễ áp suất này dễ dẫn đến chuyển động giật cục của pulley hộp số JF017E. Nếu lực kẹp không đủ lớn, dây đai thép sẽ trượt trên bề mặt côn của puli. Hiện tượng trượt đai gây mài mòn cơ cấu và làm sai lệch tỷ số truyền mong muốn. Do đó, việc chuyển đổi sang điều khiển bằng khí nén đòi hỏi thuật toán điều khiển áp suất cực kỳ chính xác. Nhóm nghiên cứu cần tính toán cân bằng lực giữa lò xo phản hồi và áp lực khí cấp vào xilanh. Giải quyết bài toán này là chìa khóa để mô phỏng mượt mà cơ chế vô cấp.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển hộp số JF017E bằng khí nén

Để khắc phục các nhược điểm của dầu thủy lực, nhóm nghiên cứu tại ĐH SPKT TP.HCM đã đề xuất phương án dẫn động bằng khí nén. Toàn bộ đường cấp dầu điều khiển ban đầu được kết nối lại với hệ thống phân phối khí nén công nghiệp. Nhóm kỹ sư thiết kế cụm van điện từ điều khiển hướng dòng khí nhằm tác động trực tiếp vào các khoang xilanh pulley sơ cấp và thứ cấp. Bộ điều khiển điện tử vi xử lý được lập trình mô phỏng các chế độ hoạt động của hộp số vô cấp JF017E. Tín hiệu điều khiển xung PWM kích hoạt các van điện từ khí nén, giúp điều chỉnh áp lực khí một cách linh hoạt. Bên cạnh đó, mô hình tích hợp đồng hồ đo áp suất cơ khí và cảm biến vị trí hành trình puli. Sinh viên có thể quan sát trực tiếp sự thay đổi đường kính làm việc của dây đai khi chuyển số. Kết cấu khung giá đỡ được gia công vững chắc bằng thép định hình, có bánh xe di chuyển thuận tiện trong xưởng. Bảng điều khiển trang bị nút nhấn chuyển chế độ D, N, R và thanh trượt tốc độ. Nhờ phương pháp này, hệ thống vận hành an toàn tuyệt đối mà vẫn phản ánh đúng nguyên lý kỹ thuật ô tô.

3.1. Thiết kế mạch điều khiển khí nén và cơ cấu chấp hành

Mạch khí nén được thiết kế gồm cụm cấp nguồn khí, bộ lọc khí đôi và van tiết lưu một chiều. Nguồn khí nén qua bộ điều áp trung tâm để duy trì áp suất làm việc ở ngưỡng 6 bar. Các van điện từ phân phối khí 5/2 và van đảo chiều đóng vai trò định tuyến dòng khí đến xilanh pulley chủ động và bị động. Khi muốn giảm tỷ số truyền để tăng tốc độ xe, van khí nén cấp áp lực đẩy đĩa pulley sơ cấp khép lại. Lúc này bán kính tiếp xúc của đai thép ở trục vào tăng lên, đồng thời pulley thứ cấp mở rộng ra. Các van xả nhanh được bổ sung để tối ưu tốc độ phản hồi của khí nén. Toàn bộ đường ống dẫn khí sử dụng ống polyurethane chịu áp lực cao, kết nối bằng cút nối.

3.2. Lập trình điều khiển vi xử lý mô phỏng hộp số JF017E

Hệ thống điều khiển điện tử sử dụng vi điều khiển trung tâm để tiếp nhận tín hiệu từ bảng điều khiển người dùng. Chương trình nhúng xử lý các chế độ số bao gồm đỗ xe (P), lùi xe (R), số trung gian (N) và tiến (D). Khi người vận hành gạt cần số hoặc xoay biến trở giả lập tốc độ xe, bộ điều khiển tính toán tỷ số truyền tương ứng. Sau đó, vi điều khiển phát xung đóng ngắt các rơ-le kích hoạt cuộn coil van solenoid khí nén. Thuật toán điều khiển tích hợp cơ chế chống kẹt pulley và khóa an toàn liên động. Màn hình LCD hoặc LED hiển thị trực tiếp chế độ làm việc hiện tại cùng thông số áp suất các buồng khí. Nhờ sự phối hợp nhịp nhàng giữa mạch điện tử và khí nén, mô hình mô phỏng.

IV. Đánh giá ứng dụng hộp số JF017E bằng khí nén tại ĐH SPKT TP

Mô hình thiết kế hệ thống điều khiển hộp số JF017E bằng khí nén đem lại kết quả thực nghiệm xuất sắc. Đề tài tại ĐH SPKT TP.HCM đã chứng minh tính khả thi cao trong việc dùng khí nén thay thế dầu thủy lực để mô phỏng hộp số vô cấp. Hệ thống cơ điện tử vận hành êm ái, đáp ứng linh hoạt các tín hiệu điều khiển chuyển dải số. Sinh viên kỹ thuật ô tô dễ dàng tiếp cận nguyên lý làm việc của biến mô, bộ bánh răng hành tinh và cặp pulley Jatco mà không gặp rủi ro rò rỉ áp suất cao. Mô hình trực quan giúp giảm đáng kể thời gian học lý thuyết khô khan, tăng cường kỹ năng thực hành chẩn đoán lỗi cơ điện tử. Về mặt kinh tế, giải pháp tự chế tạo này tiết kiệm hàng trăm triệu đồng so với việc trang bị các mô hình dạy học nhập ngoại nguyên bản. Thiết bị có độ bền cao, bảo dưỡng đơn giản và sử dụng trực tiếp nguồn khí nén sẵn có tại xưởng trường. Thành công của đồ án mở ra hướng tiếp cận mới trong việc hiện đại hóa trang thiết bị đào tạo đại học. Mô hình hoàn toàn có thể nhân rộng sang các cơ sở giáo dục nghề nghiệp chuyên ngành ô tô trên cả nước.

4.1. Hiệu quả giảng dạy kỹ thuật ô tô tại ĐH SPKT TP.HCM

Mô hình hộp số JF017E điều khiển khí nén được đưa vào phục vụ trực tiếp học phần Thực hành Truyền động Ô tô. Sinh viên Khoa Cơ khí Động lực và Khoa Đào tạo Chất lượng cao có cơ hội thao tác trực quan. Thay vì chỉ quan sát hình vẽ sơ đồ mặt cắt trên giáo trình, người học được trực tiếp kích hoạt van và quan sát dây đai thép di chuyển. Quá trình biến đổi tỷ số truyền từ dải số thấp đến số cao diễn ra rõ ràng ngay trước mắt. Các bài tập thực hành chẩn đoán sự cố điện khí nén được xây dựng kèm theo mô hình. Người học nhanh chóng nắm vững bản chất điều khiển tỷ số truyền CVT tự động. Trang thiết bị giúp nâng cao chất lượng đào tạo kỹ sư ô tô thực chiến.

4.2. Hướng phát triển và tích hợp hệ thống điều khiển tự động

Trong giai đoạn tiếp theo, mô hình có thể nâng cấp kết nối mạng truyền thông CAN bus đồng bộ với ECU động cơ mô phỏng. Việc bổ sung các cảm biến áp suất số hóa và cảm biến quang đo tốc độ quay trục sơ cấp sẽ giúp hoàn thiện hệ thống điều khiển vòng kín. Nhóm nghiên cứu đề xuất áp dụng thuật toán điều khiển PID hoặc Fuzzy Logic để tinh chỉnh độ mở van khí nén mượt mà hơn. Ngoài ra, giao diện giám sát SCADA trên máy tính hoặc ứng dụng di động có thể được tích hợp nhằm thu thập dữ liệu vận hành theo thời gian thực. Hướng nghiên cứu mở rộng này tạo nền tảng vững chắc cho các đề tài đồ án chuyên sâu về xe thông minh và hệ thống truyền lực.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình phát triển của ngành công nghiệp ô tô, các hệ thống cơ khí và điều khiển điện tử trên phương tiện liên tục được cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất truyền động và giảm thiểu mức tiêu hao nhiên liệu. Hộp số vô cấp CVT (Continuously Variable Transmission) là một giải pháp truyền động hiện đại, cho phép thay đổi tỉ số truyền liên tục và êm dịu, khắc phục nhược điểm gián đoạn lực kéo của các loại hộp số có cấp truyền thống. Trong kết cấu của hộp số CVT, hệ thống điều khiển giữ vai trò quyết định đến độ chính xác và tính ổn định khi vận hành.

Thông thường, các hệ thống điều khiển hộp số CVT trên xe thương mại sử dụng áp suất thủy lực kết hợp điều khiển điện tử. Tuy nhiên, trong môi trường đào tạo thực hành kỹ thuật tại các xưởng trường học, hoặc trong các điều kiện làm việc đặc thù có độ ẩm cao, bụi bẩn và rung lắc mạnh, việc ứng dụng môi chất khí nén để điều khiển là một giải pháp thay thế có tính khả thi, an toàn và trực quan. Việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển hộp số vô cấp JF017E hoạt động bằng khí nén giúp làm sáng tỏ khả năng ứng dụng của phương pháp điều khiển này, đồng thời tạo ra phương tiện trực quan phục vụ công tác giảng dạy và thực hành.

Đồ án tốt nghiệp xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Củng cố kiến thức chuyên ngành đã học và rèn luyện kỹ năng thực hành kỹ thuật cơ khí, điện tử và khí nén.
2. Tạo ra công cụ và mô hình học cụ phục vụ việc học tập, nghiên cứu của sinh viên trong quá trình thực hành tại xưởng.
3. Nắm vững cấu tạo chi tiết và nguyên lý hoạt động của hộp số vô cấp JF017E.
4. Góp phần cải tiến phương tiện và phương pháp giảng dạy thực hành chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Nhiệm vụ của đề tài (theo văn bản giao nhiệm vụ):

1. Đặt vấn đề nghiên cứu.
2. Giới thiệu tổng quát về hộp số vô cấp.
3. Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển hộp số JF017E.
4. Thiết kế và thi công mô hình hệ thống điều khiển hộp số JF017E.
5. Đưa ra kết luận và đề nghị phát triển.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Cấu tạo, nguyên lý vận hành, hệ thống thủy lực - điện tử nguyên bản của hộp số vô cấp Jatco JF017E và phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển mô hình hộp số này bằng khí nén.
• Không gian thực hiện: Khoa Cơ khí Động lực và Khoa Đào tạo Chất lượng cao thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
• Thời gian thực hiện: Từ ngày 10/02/2023 đến ngày 01/07/2023.
• Giới hạn nội dung: Tập trung thiết kế hệ thống điều khiển khí nén trên mô hình học cụ và biên soạn tài liệu thuyết minh cùng hướng dẫn sử dụng mô hình.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết về cơ cấu truyền động vô cấp và hệ thống điều khiển tự động trên ô tô, lấy đối tượng cụ thể là dòng hộp số JF017E do Jatco sản xuất. Dòng hộp số này được thiết kế cho cả xe dẫn động cầu trước (FWD) và dẫn động 4 bánh (4WD), trang bị phổ biến trên các dòng xe thương mại như Nissan Altima, Maxima, Murano, Rogue và Pathfinder.

Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu bao gồm:

• Lý thuyết biến mô thủy lực (Torque Converter): Cấu tạo gồm bánh bơm gắn với trục khuỷu, bánh tuabin nối với trục sơ cấp, stator có khớp một chiều để khuếch đại mô-men và cụm ly hợp khóa biến mô TCC (Torque Converter Clutch) giúp truyền động cơ khí trực tiếp ở dải tốc độ cao.
• Bộ truyền bánh răng hành tinh: Bố trí tại trục đầu vào nhằm đảo chiều chuyển động của xe, gồm bánh răng mặt trời nối cứng với pulley sơ cấp, bánh răng bao nối với trục vào từ biến mô, cần dẫn, cụm ly hợp số tiến (kết nối bánh răng mặt trời với bánh răng bao) và phanh số lùi (cố định cần dẫn).
• Cơ cấu pulley biến thiên và dây đai xích: Mỗi pulley gồm hai khối nón đối diện có thể thay đổi khoảng cách dọc trục để biến thiên đường kính làm việc; dây đai xích chịu lực gồm khoảng 150 thanh chịu lực và 1000 mắt xích, truyền động bằng ma sát tiếp xúc phẳng cuộn giữa thanh chịu lực và mặt đĩa pulley.
• Hệ thống điều khiển điện tử (TCM - Transmission Control Module): Xử lý tín hiệu cảm biến dãy số, cảm biến bàn đạp ga, cảm biến tốc độ và cảm biến áp suất để điều khiển các van điện từ (solenoid).

Phương pháp nghiên cứu được tác giả áp dụng bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập và nghiên cứu tài liệu kỹ thuật chuyên ngành, sổ tay bảo dưỡng của hãng Jatco và Nissan liên quan đến hộp số JF017E.
• Phương pháp tham khảo chuyên gia: Học hỏi kinh nghiệm chế tạo mô hình học cụ từ giảng viên hướng dẫn và khảo sát các mô hình thiết bị đào tạo sẵn có tại xưởng thực hành.
• Phương pháp thiết kế và thực nghiệm kỹ thuật: Lựa chọn linh kiện điện tử (vi điều khiển Arduino, cảm biến, rơ-le), tính toán thiết kế cơ cấu điều áp khí nén kết hợp động cơ điện, gia công giá đỡ và hộp bảo vệ, sau đó tiến hành đấu nối, nạp chương trình và đo đạc tín hiệu thực tế trên mô hình.

Dữ liệu phục vụ nghiên cứu là các thông số kết cấu của hộp số JF017E, thông số điện áp và áp suất đo đạc trực tiếp từ các cảm biến trong quá trình thử nghiệm.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển mô hình hộp số JF017E được chuyển đổi từ môi chất dầu thủy lực sang hoạt động bằng khí nén nhằm phục vụ mục đích giảng dạy an toàn và sạch sẽ trong phòng thực hành.

Kiến trúc phần cứng và cơ cấu chấp hành

Hệ thống phần cứng điều khiển bao gồm các khối chức năng chính:

• Khối xử lý trung tâm: Sử dụng các mạch vi điều khiển Arduino để nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến, xử lý thuật toán và xuất tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành.
• Cơ cấu điều áp sử dụng motor và van điều áp: Để thay đổi áp suất khí nén cấp vào pulley sơ cấp và pulley thứ cấp nhằm biến thiên tỉ số truyền, nhóm tác giả thiết kế cơ cấu chấp hành cơ điện gồm motor truyền động liên kết với núm xoay của van điều áp cơ khí, cho phép điều chỉnh áp suất một cách tự động theo chương trình lập trình.
• Cụm van điện từ (Solenoid) và khí nén: Các van khí nén được bố trí đóng/ngắt các đường cấp khí độc lập tới bộ ly hợp số tiến và phanh số lùi, mô phỏng đúng chức năng của thân van nguyên bản.
• Hộp chứa hệ thống điều khiển: Vỏ hộp và các giá gá linh kiện được thiết kế chi tiết và gia công bằng vật liệu mica, bao gồm: mặt đáy chứa các module mạch điện, mặt trên bố trí hệ thống điều khiển áp suất và đồng hồ đo, hai mặt bên và mặt sau có các thanh giằng giữ hộp gá motor và van điều áp.

Tích hợp cảm biến và logic điều khiển

Hệ thống thu nhận các tín hiệu vận hành thực tế thông qua các cảm biến:

• Cảm biến vị trí cần số: Nhận biết các vị trí P, R, N, D, L để điều khiển đóng mở ly hợp số tiến hoặc phanh số lùi tương ứng.
• Cảm biến vị trí bàn đạp ga (TPS): Cung cấp tín hiệu điện áp tỷ lệ với độ mở bướm ga để bộ điều khiển xác định tải trọng mong muốn của người lái.
• Cảm biến tốc độ: Đo đạc tốc độ quay của trục đầu vào và trục đầu ra hộp số để tính toán phản hồi tỉ số truyền.

Khi người vận hành thao tác cần số sang vị trí D, mạch điều khiển kích hoạt van điện từ cấp khí nén đóng ly hợp số tiến. Khi người lái tác động lên bàn đạp ga, tín hiệu điện áp TPS thay đổi kích hoạt vi điều khiển điều khiển motor xoay van điều áp, thay đổi áp suất khí nén cấp vào khoang ép của các pulley sơ cấp và thứ cấp, làm thay đổi khoảng cách giữa các khối nón, dẫn đến thay đổi đường kính tiếp xúc của đai xích và biến thiên tỉ số truyền theo các cấp số ảo (từ dãy số 1 đến dãy số 5 ở số D, hoặc dãy số 1 đến 2 ở số L).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Nội dung chương đặt vấn đề về sự cần thiết của việc nâng cao phương tiện giảng dạy thực hành ngành ô tô, phân tích ưu thế của hộp số vô cấp CVT và nêu lý do lựa chọn đề tài thiết kế hệ thống điều khiển mô hình JF017E hoạt động bằng khí nén. Tác giả xác định rõ 4 mục tiêu nghiên cứu, 5 nhiệm vụ trọng tâm, phạm vi nghiên cứu tại xưởng trường và thiết lập kế hoạch thực hiện đồ án chi tiết theo từng mốc thời gian từ tháng 02/2023 đến tháng 07/2023.

Chương 2: Giới thiệu chung về hộp số vô cấp trên ô tô

Chương này tổng hợp cơ sở lý thuyết toàn diện về hộp số CVT và cấu tạo chi tiết của hộp số Jatco JF017E:

• Lịch sử phát triển: Nêu mốc phác thảo đầu tiên của Leonardo Da Vinci về hệ bánh răng thay đổi tỉ số truyền, bằng sáng chế năm 1886 của Daimler và Benz, cùng quá trình ứng dụng từ thập niên 1930 đến nay.
• Cấu tạo hộp số JF017E: Phân tích kết cấu của bộ biến mô, bộ truyền bánh răng hành tinh, hệ thống pulley sơ cấp - thứ cấp, đai truyền xích và bộ bánh răng giảm tốc hai giai đoạn (gồm bánh răng đầu ra, bánh răng cân bằng, bánh răng giảm tốc và bánh răng cuối cùng).
• Hệ thống thân van và van điện từ: Khảo sát các cụm van bên trong nửa thân van trên và nửa thân van dưới.
• Hệ thống điều khiển điện tử và tính năng an toàn: Phân tích nguyên lý làm việc của hộp TCM, các loại cảm biến (cảm biến dãy số, 3 cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ dầu, 2 cảm biến áp suất ceramic) và 5 van solenoid (gồm van áp suất dòng, van áp suất sơ cấp, van áp suất thứ cấp, van chọn select và van khóa biến mô TCC). Chương cũng trình bày các chế độ an toàn và điều khiển bảo vệ khi xảy ra lỗi.

Chương 3: Ý tưởng thiết kế, thi công hệ thống điều khiển mô hình hộp số vô cấp JF017E

Chương 3 trình bày toàn bộ quy trình tính toán, thiết kế và chế tạo phần cứng:

• Khảo sát mô hình hộp số cơ khí sẵn có tại xưởng, xác định chính xác các đường dẫn dầu nguyên thủy cần cấp khí nén thay thế (đường dầu ly hợp tiến, phanh lùi, pulley sơ cấp và thứ cấp).
• Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện tiếp nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến vị trí cần số, cảm biến bàn đạp ga và cảm biến tốc độ.
• Thiết kế giải pháp điều áp tự động: kết hợp motor với van điều áp khí nén cơ khí để thay thế các van điều áp thủy lực phức tạp.
• Lập bản vẽ thiết kế các chi tiết vỏ hộp, mặt gá module bằng vật liệu mica và tiến hành lắp ráp hoàn thiện mô hình.
• Xây dựng sơ đồ thuật toán điều khiển tỉ số truyền tự động dựa trên tín hiệu bàn đạp ga và vị trí cần số.

Chương 4: Phiếu hướng dẫn sử dụng mô hình

Chương 4 biên soạn quy trình thực hành và vận hành mô hình phục vụ công tác giảng dạy:

• Các bước chuẩn bị, quy trình cấp nguồn điện 12V/5V và nguồn cấp khí nén cho mô hình.
• Các bước khảo sát trạng thái hoạt động của mô hình tại từng vị trí tay số: số đỗ (P), số lùi (R), số trung gian (N), dãy số tiến (D với 5 mức tỉ số truyền giả lập) và dãy số thấp (L với 2 mức tỉ số truyền).
• Hướng dẫn quy trình đo đạc, kiểm tra các chân tín hiệu điện áp: chân nguồn 12V-GND, nguồn 5V-GND và tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga TPS-GND ở trạng thái nhả và đạp chân ga.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Tổng kết các kết quả đạt được sau thời gian nghiên cứu và chế tạo mô hình; đồng thời chỉ ra các phương hướng cải tiến, mở rộng đề tài cho các khóa sinh viên kế tiếp thực hiện tại xưởng thực hành.

---

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thành toàn bộ khối lượng công việc theo nhiệm vụ đề ra, mang lại các kết quả kỹ thuật và tài liệu cụ thể:

1. Bảng tổng hợp các bộ phận và chức năng trong thân van hộp số JF017E

Dựa trên tài liệu kỹ thuật của hộp số, đồ án đã tổng hợp chức năng của các van và cảm biến trong thân van như sau:

Tên bộ phận trong thân van	Chức năng hoạt động
Secondary Pressure Sensor	Cảm biến đo áp suất dầu cấp vào pulley thứ cấp
Primary Pressure Sensor	Cảm biến đo áp suất dầu cấp vào pulley sơ cấp
Select Solenoid Valve	Van điện từ điều chỉnh áp suất kích hoạt ly hợp tiến và phanh lùi
TCC Solenoid Valve	Van điện từ điều khiển van điều khiển ly hợp biến mô
Line Pressure Solenoid Valve	Van điện từ điều khiển van điều chỉnh áp suất dòng
Primary Pressure Solenoid Valve	Van điện từ điều khiển van áp suất sơ cấp
Secondary Pressure Solenoid Valve	Van điện từ điều khiển van áp suất thứ cấp
Pilot Valve A	Giảm và điều chỉnh áp suất thí điểm cho các van solenoid: sơ cấp, thứ cấp, van chọn và áp suất dòng
Pilot Valve B	Giảm và điều chỉnh áp suất thí điểm cho van solenoid ly hợp biến mô
Primary Reducing Valve	Giảm áp suất dòng và điều chỉnh áp suất cấp cho pulley sơ cấp
Secondary Reducing Valve	Giảm áp suất dòng và điều chỉnh áp suất cấp cho pulley thứ cấp
Manual Valve	Van cơ khí phân phối áp suất vận hành ly hợp theo vị trí cần số
TCC Control & Regulator Valve	Điều chỉnh và tối ưu hóa áp suất đóng/ngắt ly hợp biến mô theo điều kiện lái
Pressure Regulator Valve	Điều chỉnh áp suất từ bơm dầu cánh gạt đến mức tối ưu theo điều kiện lái

2. Bảng các chế độ điều khiển bảo vệ an toàn của hộp TCM

Hệ thống điều khiển nguyên bản trên JF017E có các thuật toán bảo vệ khi gặp điều kiện vận hành bất thường:

Tên chế độ bảo vệ	Nội dung điều khiển	Trạng thái xe khi điều khiển	Điều kiện trở lại bình thường
Kiểm soát sự trượt	Giới hạn công suất động cơ và tỉ số truyền, tăng áp suất chuẩn	Giới hạn vòng tua động cơ và tốc độ khi đạp ga	Bánh xe ngừng trượt, quay trở lại bình thường
Giảm mô-men khi lùi	Điều khiển giảm đầu ra động cơ theo tốc độ lùi	Hiệu suất công suất của xe bị giảm khi lùi	Cần số chuyển ra khỏi vị trí "R"
Nhiệt độ dầu cao	Giảm việc chuyển số tối đa và giảm mô-men xoắn cực đại	Giảm hiệu suất công suất so với bình thường	Khi nhiệt độ dầu CVT hạ xuống mức cho phép
Ngăn chuyển số lùi	Không kích hoạt phanh lùi nếu cần số chuyển sang "R" khi xe chạy tốc độ cao	Xe duy trì trạng thái số trung gian (N) thay vì lùi	Xe giảm tốc độ xuống ngưỡng an toàn cho phép

3. Đóng góp kỹ thuật và học cụ

• Chế tạo hoàn chỉnh mô hình hệ thống điều khiển hộp số JF017E hoạt động bằng khí nén, tích hợp các bo mạch điều khiển Arduino, cảm biến bàn đạp ga, cảm biến vị trí cần số và bộ cơ cấu điều áp motor - van khí nén.
• Đóng góp giải pháp công nghệ thay thế hệ thống thủy lực dầu phức tạp bằng khí nén, giúp mô hình hoạt động sạch sẽ, an toàn, dễ bảo trì trong môi trường phòng thực hành.
• Xây dựng tài liệu thuyết minh chi tiết và phiếu hướng dẫn đo đạc, kiểm tra chân tín hiệu phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Đặc tính môi chất: Việc thay thế dầu thủy lực không nén được bằng khí nén có tính đàn hồi cao khiến cho thời gian đáp ứng và đặc tính tạo áp suất ép lên các mặt đĩa pulley có sự sai lệch nhất định so với điều kiện làm việc thực tế của hộp số trên xe ô tô.
• Phạm vi tải trọng: Mô hình chỉ vận hành ở trạng thái mô phỏng không tải hoặc tải nhẹ tại xưởng, chưa mô phỏng được toàn bộ lực kéo thực tế của động cơ và quán tính chuyển động của xe.
• Giới hạn thời gian: Đồ án thực hiện trong khoảng thời gian 5 tháng (tháng 02/2023 - tháng 07/2023) nên chưa thể tích hợp thêm các thuật toán tự chẩn đoán mã lỗi DTC nâng cao.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Nâng cấp hệ thống điều khiển kín (Closed-loop control) bằng cách bổ sung cảm biến áp suất khí nén thực tế phản hồi về vi điều khiển để kiểm soát chính xác hơn góc mở của van điều áp.
• Thiết kế mạch hiển thị trạng thái số và các thông số tốc độ, áp suất lên màn hình LCD hoặc kết nối máy tính để người học quan sát trực quan hơn.
• Nghiên cứu mô phỏng các pan bệnh hư hỏng điện tử (lỗi cảm biến vị trí bướm ga, lỗi van solenoid) trên mô hình để phục vụ bài học chẩn đoán hư hỏng hộp số vô cấp.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng sau:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô và Cơ khí Động lực: Sử dụng làm tài liệu học tập, tra cứu nguyên lý cấu tạo chi tiết của hộp số CVT nói chung và dòng Jatco JF017E nói riêng, đặc biệt là cấu tạo đai xích chịu lực và cấu trúc thân van thủy lực.
• Người thực hiện các đề tài nghiên cứu, thiết kế mô hình dạy học: Tham khảo phương pháp chuyển đổi môi chất làm việc từ dầu thủy lực sang khí nén, phương pháp kết hợp vi điều khiển Arduino với động cơ điều khiển van cơ khí và thiết kế vỏ hộp gá mạch điện bằng mica.
• Cán bộ giảng dạy thực hành: Sử dụng trực tiếp phiếu hướng dẫn vận hành ở Chương 4 để hướng dẫn sinh viên các thao tác cấp nguồn, kiểm tra tín hiệu điện áp tại các chân cảm biến TPS, nguồn 12V và 5V trong các bài thực hành hệ thống truyền lực ô tô.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hộp số vô cấp Jatco JF017E được trang bị trên những mẫu xe nào và có những biến thể dẫn động nào?

Theo nội dung thuyết minh, hộp số vô cấp JF017E do Jatco chế tạo có hai biến thể thiết kế dùng cho xe dẫn động cầu trước (FWD / 2WD) và dẫn động 4 bánh (4WD). Hộp số này được trang bị trên các mẫu xe của Nissan gồm: Altima, Maxima, Murano, Rogue và Pathfinder.

2. Dây đai truyền động của hộp số JF017E có cấu tạo như thế nào để giảm tiếng ồn và ma sát?

Hộp số JF017E sử dụng dây đai dạng xích gồm khoảng 150 thanh chịu lực và 1000 mắt xích. Moment được truyền bằng ma sát giữa mặt tiếp xúc của thanh chịu lực và bề mặt pulley. Để giảm ma sát, mặt tiếp xúc của các thanh chịu lực được thiết kế bo tròn để lăn trên nhau mà không bị xoắn cuộn. Đồng thời, các mắt xích được chế tạo với độ dài khác nhau nhằm làm lệch pha thời điểm tiếp xúc với pulley, ngăn hiện tượng cộng hưởng và giảm thiểu tiếng ồn trong quá trình làm việc.

3. Trong thân van hộp số JF017E nguyên bản có bao nhiêu van solenoid và chúng giữ vai trò gì?

Thân van hộp số JF017E gồm có 5 van solenoid:

1. Select Solenoid Valve: Điều chỉnh áp suất dầu tác động lên ly hợp tiến và phanh lùi.
2. TCC Solenoid Valve: Điều khiển van điều khiển ly hợp biến mô.
3. Line Pressure Solenoid Valve: Điều khiển van điều chỉnh áp suất dòng từ bơm dầu.
4. Primary Pressure Solenoid Valve: Điều khiển van giảm áp sơ cấp đưa vào pulley sơ cấp.
5. Secondary Pressure Solenoid Valve: Điều khiển van giảm áp thứ cấp đưa vào pulley thứ cấp.

4. Hệ thống TCM của hộp số JF017E xử lý như thế nào khi phát hiện bánh xe bị trượt hoặc khi xe bị quá nhiệt dầu?

• Khi phát hiện bánh xe bị trượt (Kiểm soát sự trượt): TCM sẽ giới hạn công suất đầu ra của động cơ và tỉ số truyền của hộp số, đồng thời tăng áp suất chuẩn. Dù người lái tiếp tục nhấn chân ga, số vòng quay động cơ và tốc độ xe vẫn bị khống chế ở một mức an toàn cho đến khi bánh xe ngừng trượt.
• Khi nhiệt độ dầu CVT lên quá cao: TCM tiến hành can thiệp giảm việc chuyển số tối đa và hạn chế mô-men xoắn cực đại của động cơ để ngăn chặn nhiệt độ dầu tiếp tục tăng cao. Hệ thống chỉ hoạt động bình thường trở lại khi nhiệt độ dầu đã hạ xuống ngưỡng an toàn.

5. Cơ cấu điều chỉnh áp suất khí nén cấp vào các pulley trên mô hình được thiết kế như thế nào?

Để điều chỉnh áp suất khí nén cấp vào pulley sơ cấp và thứ cấp theo ý muốn, nhóm tác giả không dùng cụm van thủy lực nguyên bản mà thiết kế một cơ cấu cơ điện riêng gồm động cơ điện (motor) liên kết với van điều áp cơ khí. Khi vi điều khiển Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga và cảm biến vị trí cần số, nó sẽ điều khiển motor quay thuận/nghịch để vặn núm điều chỉnh của van điều áp, từ đó tăng hoặc giảm áp suất khí nén cấp vào khoang ép pulley theo đúng chương trình định sẵn.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống điều khiển hộp số JF017E hoạt động bằng khí nén" của hai sinh viên Đào Ngọc Quốc Khánh và Đỗ Đức Đạt đã phân tích toàn diện cơ sở lý thuyết kết cấu, hệ thống thủy lực và điện tử của dòng hộp số vô cấp Jatco JF017E. Thông qua việc nghiên cứu chuyển đổi giải pháp điều khiển, nhóm tác giả đã thiết kế và thi công thành công mô hình học cụ hoàn chỉnh hoạt động bằng khí nén điều khiển qua vi điều khiển Arduino kết hợp cơ cấu điều áp motor - van cơ khí. Sản phẩm của đề tài kèm theo phiếu hướng dẫn sử dụng chi tiết đã đáp ứng tốt mục tiêu nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu thực hành chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa đang diễn ra rất nhanh chóng, các hệ thống điện tử và cơ khí trong các phương tiện di chuyển đang được nâng cấp và cải tiến liên tục để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Trong đó, hộp số CVT (Continuous Variable Transmission) được coi là một giải pháp tiên tiến hơn để tăng cường hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu của phương tiện. Trong các loại hộp số CVT, để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác, hệ thống điều khiển đóng vai trò rất quan trọng.

Hiện nay, hầu hết các hệ thống điều khiển trên hộp số CVT đều sử dụng các phương pháp điều khiển điện tử. Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt, điều khiển bằng khí nén cũng là một giải pháp tốt và được sử dụng trong ngành công nghiệp. Việc thiết kế hệ thống điều khiển trên hộp số CVT JF017E hoạt động bằng khí nén sẽ giúp tìm hiểu và đánh giá khả năng và hiệu quả của phương pháp này trong điều khiển hộp số CVT. Đồng thời, nghiên cứu này cũng mang tính ứng dụng cao, đặc biệt là trong các trường hợp mà điều khiển bằng điện tử không thể áp dụng được, hoặc trong môi trường có độ ẩm, bụi bẩn, va đập mạnh, v.

Bên cạnh đó, đề tài này cũng đòi hỏi kỹ năng và kiến thức chuyên sâu về cơ khí, điện tử và khí nén. Việc thực hiện đề tài sẽ giúp phát triển các kỹ năng này và đem lại lợi ích cho sự nghiệp trong tương lai. Do đó chúng tôi quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH HỘP SỐ VÔ CẤP JF017E HOẠT ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN” với mong muốn củng cố kiến thức đã học và tạo ra phương tiện hỗ trợ cho việc nghiên cứu của sinh viên trong quá trình thực hành tại xưởng. Mục đích nghiên cứu 1.

Mục đích Củng cố kiến thức đã học, có kỹ năng thực hành nhằm định hướng những mục tiêu nghề nghiệp xa hơn trong tương lai. Tạo công cụ phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên thực hành tại xưởng. Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hộp số vô cấp JF017E. 1 Góp phần cải tiến phương tiện và phương pháp giảng dạy thực hành trong quá trình đào tạo hiệu quả hơn.

Đối tượng Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và điều khiển của hộp số vô cấp JF017E. Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình hộp số vô cấp JF017E. Phương pháp nghiên cứu Dùng nhiều phương pháp nghiên cứu. Có thể kể đến như phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập và tìm kiếm các thông tin liên quan đến hộp số vô cấp.

Học hỏi kinh nghiệm của các thầy, nghiên cứu các mô hình cũ về cách chế tạo một mô hình dạy học. Cùng với đó là phương pháp quan sát và thực nghiệm để có thể chế tạo mô hình và biên soạn tài liệu hướng dẫn một cách dễ hiểu nhất. Phạm vi nghiên cứu Việc thiết kế, thi công, sưu tầm tài liệu thích hợp, thu thập thông tin, soạn thuyết minh, kiểm tra đòi hỏi phải có rất nhiều thời gian, kinh phí cũng như kiến thức. Do đó, đề tài chỉ tập trung giải quyết một số vấn đề sau: - Thiết kế hệ thống điều khiển trên mô hình - Biên soạn tài liệu thuyết minh trên mô hình.

Kế hoạch thực hiện đồ án Bảng 1. Kế hoạch thực hiện đồ án Thời gian Nội dung thực hiện - Nhận đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình 10/02/2023 hộp số vô cấp JF017E hoạt động bằng khí nén”. - Tìm, đọc hiểu tài liệu lý thuyết về hộp số CVT 11/02/2023 - 20/02/2023 - Nghiên cứu về hệ thống điều khiển hộp số CVT - Tìm mua các cảm biến và thiết bị cần thiết cho 14/02/2023 - 28/02/2023 mô hình 2 - Nghiên cứu mạch điện - lập trình nhận biết dãy số cho cảm biến vị trí cần số 01/03/2023 - 04/03/2023 - Thiết kế lại hệ thống điều khiển hoạt động solenoid điều khiển ly hợp số tiến và phanh số lùi dựa trên cảm biến vị trí cần số. - Nghiên cứu mạch điện - lập trình hệ thống điều 05/03/2023 - 20/04/2023 khiển áp suất của hai pulley theo ý muốn.

- Nghiên cứu mạch điện - lập trình và thiết kế - 21/04/2023 - 28/04/2023 lắp ráp cho cảm biến bàn đạp ga. - Nghiên cứu và lập trình nhận biết tín hiệu của 03/05/2023 - 08/05/2023 cảm biến tốc độ. - Thực hiện tính toán tỉ số truyền. - Hệ thống lại mạch điện.

09/05/2023 - 12/05/2023 - Thiết kế hộp đựng mạch điện cho hệ thống. - Tính toán tỉ số truyền mong muốn cho dãy số D, R, L dựa vào tài liệu của hãng. 13/03/2023 - 28/06/2023 - Thực hiện thử nghiệm áp suất vào hai pulley nhằm tìm ra tỉ số truyền mong muốn theo cảm biến bàn đạp ga và cảm biến vị trí cần số. - Hoàn thiện thực nghiệm.

20/05/2023 - 30/06/2023 - Tổng hợp lý thuyết và hoàn thành file word. 24/06/2023 - 28/06/2023 - Thiết kế powerpoint, tổng hợp nội dung. - Chỉnh sửa, nghiên cứu lại kiến thức và luyện tập 28/06/2023 - 01/07/2023 thuyết trình. 3 Chương 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ VÔ CẤP TRÊN Ô TÔ Hộp số CVT (Continuous Variable Transmission) là một loại hộp số tự động, được sử dụng phổ biến trên ô tô hiện đại.

Trong hộp số CVT, người lái không cần phải thay đổi số, mà chỉ cần tăng hoặc giảm tốc độ. Hộp số CVT có khả năng thay đổi tỉ số truyền động liên tục và mượt mà hơn so với hộp số tự động thông thường. Điều này giúp giảm tiêu hao nhiên liệu và tăng hiệu suất vận hành của xe. Vào năm 1886 ý tưởng về hộp số biến thiên vô cấp xuất hiện với bằng sáng chế đầu tiên của Daimler và Benz.

Trước đó, Leonardo Da Vinci đã có bản vẽ về một hệ bánh răng có thể thay đổi tỉ số truyền, đây cũng được xem là bản thiết kế đầu tiên của CVT. Bản phát thảo hệ bánh răng có thể thay đổi tỉ số truyền của Leonardo Da Vinci 4 Kể từ những năm 1930, hộp số CVT bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Tuy vậy, khoảng thời gian gần đây loại hộp số này chỉ mới được phổ biến trên các dòng xe. Cấu tạo JF017E là hộp số vô cấp được sản xuất bởi Jatco.

JF017E có 2 thiết kế cho xe 4WD và FWD, được sử dụng trên nhiều dòng xe như Nissan Altima, Maxima, Murano, Rouge và Pathfinder. Hộp số CVT JF017E 5 Hình 2. Mặt cắt hộp số JF017E 1. Vỏ biến mô 12.

Bánh răng cuối 2. Bánh răng giảm tốc 3. Bộ bánh răng hành tinh 14. Bánh răng cân bằng 4.

Van điều khiển 15. Bánh răng đầu ra 5. Đĩa răng xích chủ động 6. Bộ biến mô 7.

Đĩa răng xích bị động 8. Pulley thứ cấp 19. Vỏ mặt bên A. Trên các dòng xe 2WD 10.

Vỏ hộp số B. Trên các dòng xe 4WD 11. Vỏ bộ vi sai 6 Hình 2. Sơ đồ cơ chế truyền động của hộp số vô cấp JF017E 2.

Bộ biến mô Nhiệm vụ: - Đóng/ngắt dòng truyền momment từ động cơ đến hộp số - Tăng moment từ động cơ vào hộp số - Hấp thụ các dao động xoắn của hệ thống truyền lực và động cơ - Thay thế chức năng của bánh đà 7 Hình 2. Cấu tạo bộ biến mô Cánh bơm Vỏ biến mô kết nối với trục khuỷu động cơ và được gắn các cánh bơm. Cánh bơm là các cánh quạt có góc cạnh và cong được lắp theo hướng kính ở trong. Các cánh bơm chứa dầu hộp số và quay cùng tốc độ với động cơ.

Khi quay, do lực ly tâm dầu di chuyển ra phía ngoài. Rotor tuabin (hay bánh tuabin) Rất nhiều cánh quạt được lắp trong bánh tuabin như cánh bơm. Hướng cong của các bánh này ngược chiều với các cánh trên cánh bơm. Tuabin được lắp trên trục sơ cấp hộp số sao cho các cánh của nó đối diện với các cánh bơm, có một khe hở rất nhỏ giữa chúng.

Stator Được lắp giữa cánh bơm và rotor tuabin và hướng cho nó đập vào sau của cánh quạt trên cánh bơm. Khớp một chiều chỉ cho phép stato quay cùng chiều với trục khuỷu động cơ. Do vậy, stato quay hay bị khóa phụ thuộc vào hướng dòng dầu đập vào các cánh quạt. Cụm ly hợp Khi xe chuyển động với tốc độ cao, cụm ly hợp sẽ kết nối rô to tuabin với bánh bơm từ đó truyền công suất trực tiếp từ động cơ đến hộp số nhằm nâng cao hiệu quả công suất và tiết kiệm nhiên liệu.

8 Nguyên lý truyền công suất Hình 2. Đường dầu trong biến mô Khi động cơ hoạt động, một động cơ truyền động cho bộ biến mô quay, tạo ra một lực ly tâm. Lực ly tâm này làm dầu chảy từ tâm bánh bơm ra phía ngoài. Khi tăng thêm tốc độ bánh bơm và va vào cánh của bánh tuabin khiến cho bánh tuabin quay cùng chiều bánh bơm.

Dầu đi vào trong bánh tuabin, mặt cong trong bánh tuabin làm cho dầu đi ngược về phía bánh bơm. Moment được truyền từ vòng tuần hoàn trên. Khi tốc độ tăng lên, bộ biến mô sẽ tăng tỉ số truyền để đảm bảo động cơ hoạt động ở mức tối ưu và tiết kiệm nhiên liệu. Ngược lại, khi tốc độ giảm xuống, bộ biến mô sẽ giảm tỉ số truyền để đảm bảo động cơ không quá tải.

Cơ chế khuếch đại moment Hình 2. Nguyên lý khuếch đại moment của biến mô 9 Việc khuếch đại moment bằng biến mô được thực hiện bằng cách hồi dòng dầu đến cánh bơm, sau khi nó đi qua rotor tuabin như mô tả ở trên, nhờ sử dụng các cánh quạt của một stato. Nói theo cách khác, cánh bơm được quay bởi moment từ động cơ và một phần moment của dòng dầu thủy lực chảy hồi về từ rotor tuabin, từ đó khuếch đại moment ban đầu. Hoạt động của biến mô - Xe đang đỗ động cơ chạy không tải Khi động cơ chạy không tải, bộ biến mô trên hộp số CVT không hoạt động và truyền động sẽ được truyền thẳng từ động cơ đến bánh xe.

Hoạt động của biến mô khi xe đang đỗ - Khi xe khởi hành Khi người lái nhả phanh, rô to tuabin và trục sơ cấp hộp số có thể quay cùng nhau. Vì vậy khi đạp chân ga làm cho roto tuabin quay với moment lớn hơn so với moment do động cơ tạo ra làm xe bắt đầu chuyển động. 10 Xe chạy với tốc độ thấp Hình 2.