Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ 1. Tổng quan hộp số trên ô tô. Sự ra đời của hộp số sàn Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường. Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi-lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp.
Giới thiệu vào năm 1894, bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đưa ra đã không mang về cho hai ông vinh quang mà ngược lại phải nhận những chỉ trích. Buổi thuyết trình không thành công, chiếc xe mô hình bị chết máy, nội dung bị cắt bớt chỉ còn trình bày trên bảng đen. Một tờ báo viết "kẻ bịp bợm đã dùng nhiều trò mánh khóe để lừa gạt công chúng hâm hộ cùng với chiếc xe mới”. Có lẽ các nhà phát minh nên bỏ qua buổi nói chuyện công nghệ và sử dụng mô tả vừa đủ.
Những gì họ đã làm thật thô thiển.1 Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877 QLĐT-BM11-QT28 10 Thời ấy, kết cấu truyền động khá đơn giản bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền bánh răng côn. Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa 32 km/h. Khi gặp vật cản trên đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp. Lanchester, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực ôtô ở Anh, mô tả về chiếc xe của ông gồm hai cấp truyền đai, một cho tốc độ thấp, cần mô-men lớn và một ở tốc độ cao, mô-men nhỏ.
Một năm sau cuộc hộp báo tai tiếng, Panhard and Levassor nổi danh trở lại không những chỉ với riêng hộp số mà còn toàn bộ hệ thống truyền lực. Lần này, họ đã có chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga. Bên cạnh đó họ cũng đã có rất nhiều thay đổi về ý tưởng. Thực tế, nó là một mẫu đã đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của xe được xây dựng vào những năm 90 và cả những năm sau đó.
Không giống như mẫu xe hiện thời, thiết kế mới có động cơ đặt dọc phía trước, truyền công suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp và cầu chuyển động bằng xích. Nó gần giống như hệ thống truyền lực trên các xe hiện đại, nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động. Tuy nhiên, vào năm 1898, điều này đã trở thành hiện thực khi nhà triệu phú Louis Renault kết nối công suất thành công từ động cơ đặt dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại. Cầu sau “sống” hay còn gọi là vi sai cầu sau, cái mà Renault đã làm phù hợp với ý tưởng phát triển của một người Mỹ có tên C.
Vì đã khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh này được hầu hết các nhà sản xuất ôtô áp dụng. Vi sai bao gồm một cụm bánh răng răng khớp làm nhiệm vụ phân chia công suất cho hai bánh của cầu sau. Nó cho phép bánh phía ngoài quay nhanh hơn bánh trong khi xe quay vòng. Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được hiện thực hóa bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô.
Dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác thì chúng vẫn còn được sử dụng cho đến thời gian gần đây. Hiển nhiên, đã có những cải tiến, thay đổi quan trọng nhất là hệ thống đồng bộ hóa cho phép quá trình ăn khớp giữa cách bánh răng diễn ra một cách trôi chảy, không phát sinh va đập. Hộp số trang bị bộ đồng tốc được Cadillac sử dụng lần đầu tiên vào năm 1928. Sau khi được Porsche phát triển, phát minh này đã trở nên phổ biến cho đến tận ngày nay.
QLĐT-BM11-QT28 11 Khoảng thời gian kể từ khi hộp số sàn xuất hiện cho đến thời điểm phát minh ra bộ đồng tốc, có một sự cố gắng khác cũng nhằm đơn giản quá trình sang số. Đó chính là hộp số có cấu tạo từ bộ truyền bánh răng hành tinh, xuất hiện lần đầu tiên trên mẫu Ford Model T 1908.2 Ford Model T 1908 Bộ truyền bánh răng hành tinh bao gồm một bánh răng trung tâm hay còn được gọi là bánh răng mặt trời, một số bánh răng hành tinh ăn khớp xung quanh. Ngày nay, bộ truyền hành tinh được sử dụng trên hộp số tự động nhiều hơn trên số sàn. Một vài loại số sàn phức tạp sử dụng bánh răng hành tinh đã được đưa ra, Wilson Preselector là một trong những hộp số như thế.
Nó từng được sử dụng vào những năm 30. Hệ thống sử dụng 4 bộ truyền bánh răng hành tinh riêng rẽ, cho phép lái xe chọn trước một tỷ số truyền bằng cách di chuyển cần điều khiển nhỏ cạnh trục lái. Mục đích của hộp số Để cho xe chuyển động, nó phải vượt qua một số lực cản. Có ba loại lực cản chính cản trở sự chuyển động của xe: Lực cản lăn, nó sẽ nhỏ khi tình trạng mặt đường tốt và sẽ lớn khi mặt đường gồ ghề.
Lực cản gió: lực này sẽ nhỏ khi tốc độ xe nhỏ và lớn khi tốc độ xe cao. Nó không tăng tuyến tính với tốc độ nhưng nó sẽ tăng gấp hai lần so với lượng công QLĐT-BM11-QT28 12 suất xe tăng. Lực cản gió của xe phụ thuộc vào hình dáng bên ngoài của xe, được biểu thị bằng giá trị Cw. Giá trị này được đo theo rãnh gió đi qua bề mặt xe bởi một dụng cụ đo sức gió đặt lên xe mà nó xác định được tốc độ gió.
Lực cản nghiêng trên đường dốc, đường càng dốc thì lực cản càng lớn. Khả năng leo dốc lớn nhất có thể bị giới hạn trong trường hợp kéo xe. Tất cả các loại lực cản trên đòi hỏi phải có một hệ thống truyền lực hoạt động nhằm đáp ứng với điều kiện khí động học của xe. Mỗi động cơ đều có một dải công xuất và mô men xoắn nhất định được xem như là tốc độ cho phép của động cơ đó, một hệ thống để điều chỉnh mô men và tốc độ cần thiết được trang bị trên xe được gọi là hộp số.
Hộp số thay đổi tốc độ động cơ và mômen xoắn đến một giá trị cần thiết để điều khiển xe. Để thắng được lực quán tính của xe từ lúc đứng yên cho đến khi chuyển động thì mômen xoắn phải lớn khi tốc độ bánh xe thấp. Hộp số sẽ thay đổi tương đối từ tốc độ cao/ mô men xoắn thấp sang tốc độ thấp/ mô men xoắn cao. Trong khi xe chuyển động và đang tăng tốc thì cần ít mô men xoắn hơn thì ở tốc độ cao thì phải cần mômen xoắn cao hơn, do đó hộp số phải có nhiều bánh răng với tỉ số truyền khác nhau nhằm phù hợp với sự thay đổi này.
Các loại hộp số thông dụng trên ô tô hiện nay. Hộp số sàn/ số tay (Manual Tranmission) Đây là loại hộp số có tuổi đời lớn nhất, đi cùng với đó là cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ và độ tin cậy cao. Loại hộp số này sử dụng ly hợp ma sát dạng đĩa để ngắt hoặc kết nối chuyển động từ động cơ xuống hộp số. Ly hợp này được điều khiển bởi người lái thông qua bàn đạp ly hợp (chân côn).
Bên trong hộp số là các trục sơ cấp (đầu vào từ động cơ), trục thứ cấp (đầu ra khỏi hộp số) và trục trung gian (đối với hộp số 3 trục). Trên các trục này là các bánh răng ăn khớp cố định với nhau tạo nên các tỷ số truyền ứng với từng cấp số của xe. Khi muốn chuyển số, người lái đạp bàn đạp ly hợp để ngắt kết nối từ động cơ xuống hộp số, kết hợp với thao tác trên cần số theo sơ đồ có sẵn, qua đó đưa các bánh răng gài số (thông qua các liên kết cơ khí) đến được vị trí bánh răng ứng với số truyền tương ứng. Ưu và nhược điểm của hộp số sàn Ưu điểm: QLĐT-BM11-QT28 13 - Thường tiết kiệm nhiên liệu hơn hộp số tự động hay hộp số vô cấp CVT.
- Giá thành rẻ hơn so với các loại hộp số khác. - Việc bảo trì, bảo dưỡng thường dễ dàng và ít tốn kém chi phí hơn. - Giúp người lái kiểm soát xe tốt hơn trong nhiều tình huống. - Việc phải sử dụng nhiều thao tác để điều khiển côn, số hợp lý giúp người lái tập trung hơn.
- Mang lại cảm giác điều khiển chân thật và thú vị hơn. Nhược điểm: - Việc điều khiển và xử lý tình huống với hộp số sàn là khó hơn so với xe số tự động. Bên cạnh đó, những “tay lái yếu” có thể cảm thấy căng thẳng khi vừa phải tập trung quan sát đường đi, vừa phải thực hiện khá nhiều thao tác của hộp số sàn. - Gây bất tiện và khó chịu trong trường hợp kẹt xe, tắc đường vì người lái sẽ phải thường xuyên thực hiện các thao tác với hộp số, đặc biệt là “rà côn” để giữ cho xe không tắt máy khi đường đông.
- Việc phải liên tục làm việc với bàn đạp ly hợp (chân côn) có thể sẽ khiến chân người lái bị đau nhức, nhất là sau một hành trình dài. Với những người lớn tuổi hoặc có vấn đề về xương khớp ở chân thì vấn đề này sẽ càng trở nên nghiêm trọng hơn.3 Hộp số sàn trên ô tô. QLĐT-BM11-QT28 14 1. Hộp số tự động (Automatic Tranmission) Từ khi được giới thiệu năm 1940 đến nay, hộp số tự động đang ngày càng khẳng định vị trí và tầm quan trọng của mình trong ngành công nghiệp ô tô.
Hiện nay, đa số những mẫu xe bán ra tại Việt Nam đều được trang bị hộp số tự động. Trong số 4 loại hộp số được giới thiệu trong bài viết này, đây là loại có cấu tạo và nguyên lý hoạt động phức tạp nhất.4 Hộp số tự động trên ô tô. Hệ thống sử dụng bộ biến mô thủy lực đóng vai trò như ly hợp để ngắt và truyền chuyển động quay từ động cơ đến hộp số. Bên trong hộp số là hệ thống các bánh răng hành tinh phức tạp kết hợp với nhau để tạo nên các cấp số cho xe.
Điều đặc biệt là toàn bộ quá trình lựa chọn tỷ số truyền thích hợp và sang số đều được tính toán và điều khiển tự động bởi máy tính dựa theo điều kiện vận hành của xe. QLĐT-BM11-QT28 15 Hình 1. 5 Cần điều khiển sang số trên hộp số tự động.