[Tổng quan] Hộp số tự động xe ô tô: Phân loại? Cấu tạo? Nguyên lý? Giải đáp thắc mắc?

Trên xe ô tô bộ phận hộp số là bộ phận rất quan trọng, nếu động cơ là nơi sản sinh ra năng lượng để vận hành xe ô tô, thì hộp số làm nhiệm vụ truyền năng lượng đó xuống các bánh xe để chiếc xe ô tô của bạn có thể đi được, ngoài ra hộp số giúp xe ô tô của bạn đi được các tốc độ khác nhau, khi ô tô đi với ở đoạn đường cần lên dốc hoặc khi bắt đầu di chuyển cần đi số thấp lúc này xe cần mô men kéo lớn để di chuyển và tốc độ của xe ô tô thấp, khi ô tô đi ở vận tốc cao hoặc đoạn đường bằng phẳng thì cần đi số cao lúc này xe ô tô không cần momen kéo lớn vì xe đã có gia tốc lớn.

Hộp số xe tự động là 1 tổng thành bao gồm rất nhiều các chi tiết làm nhiệm vụ thay đổi tốc độ xe phù hợp theo lực kéo. Hộp số xe tự động được chia làm 2 loại là hộp số tự động có cấp AT (Automatic Tranmission) hoặc hộp số tự động tự động vô cấp CVT (Continously Variable Tranmission). 

Thông thường chúng ta hay nhầm lẫn cứ hộp số tự động thì gọi là hộp số AT nhưng thực ra hộp số AT là hộp số tự động có cấp và được sử dụng phổ biến ở tất cả các dòng xe ô tô nên người ta thường gọi chung hộp số tự động là hộp số AT còn hộp số sàn hay hộp số thường được gọi là hộp số MT (Manual Tranmission). 

Để hiểu được hộp số tự động là gì? ta cần hiểu rõ khái niệm về hộp số thuật ngữ tiếng anh hộp số là Gear Box nghĩa là hộp bánh răng, hộp số có cấu tạo gồm các bánh răng ăn khớp với nhau để tạo ra mô men kéo khác nhau và tốc độ xe khác nhau. Nguyên lí cơ bản của hộp số là để thay đổi tốc độ của  máy móc, thiết bị theo nguyên tắc mô men kéo càng cao thì tốc độ càng thấp và mô men kéo càng thấp thì tốc độ càng cao. Hộp số ô tô cũng có nguyên lí như vậy.

Hộp số ô tô mà việc sang số để thay đổi tốc độ của xe thực hiện tự động không cần phải sử dụng côn (đạp chân côn) thì được gọi là hộp số tự động. Còn loại hộp số khi muốn thay đổi tốc độ xe ô tô thì phải sử dụng côn (đạp chân côn) thì được gọi là hộp số sàn hay còn gọi là hộp số thường.

Mã số – Model của hộp số tự động

Để đáp ứng các nhu cầu cụ thể đối với các loại xe và thị trường khác nhau, các hãng xe ô tô sử dụng một số hộp số tự động khác nhau trong dòng sản phẩm. Đối với mỗi hộp số tự động đều có đánh mã số hay model, chẳng hạn như:

 

Model: FRA là hộp số tự động dẫn động bánh trước điều khiển điện tử 4 cấp được sản xuất bởi JATCO, Nhật Bản, cho Động cơ 1.1ε, ứng dụng: Picanto

Mẫu A4AF3 là sự phát triển mới nhất trong số các bộ chuyển mã tự động alpha (alpha A / T tiên tiến). Đây là loại bánh trước điều khiển điện tử 4 cấp do KMC sản xuất. Ứng dụng: Rio (JB), Cerato (LD). Những chiếc xe được trang bị động cơ alpha)

Mô hình: Dòng F4A và Dòng F5A

Kiểu F4A51 là hộp số tự động 4 cấp điều khiển bằng điện tử HIVEC do KMC sản xuất và lắp trên xe có dung tích động cơ từ 2.0L trở lên. Mẫu F5A51 là hộp số tự động dẫn động cầu trước điều khiển điện tử 5 cấp do KMC sản xuất và dựa trên phiên bản 4 tốc độ. Tùy thuộc vào loại xe thực tế, có một số phiên bản có sẵn, chẳng hạn như A5HF1 cho Grand Carnival (VQ). Ngoài ra đối với hộp số 4 tốc độ, một số phiên bản có sẵn.

Model F5A51 là loại xe số tự động điều khiển bằng điện tử 5 tốc độ HIVEC do KMC sản xuất, và đây là loại xe lớn nhất trong số HIVEC 5 tốc độ A / T.

Ứng dụng: OPIRUS (GH)

Số nhận dạng được đóng dấu thành một hàng gồm 6 phần như được chỉ ra bên dưới.

Chữ số đầu tiên: T / M kiểu M: F4A42-1 N: F4A42-2 P: F5A51-2

Chữ số thứ 2: Năm sản phẩm W: 1998 X: 1999 Y: 2000

Chữ số thứ 3: Tỷ số truyền cuối cùng N: 4.042, K: 3.333, M: 3.770

Chữ số thứ 4: Phân loại chi tiết

Chữ số thứ 5: Phụ tùng

Chữ số thứ 6: Số sê-ri 000001∼999999

Hộp số vô cấp hay còn gọi là hộp số CVT

Hộp số tự động vô cấp CVT là loại hộp số tự động thay đổi giữa mô men kéo và tốc độ của xe ô tô bằng cơ cấu dây đai và cặp puly, qua các cảm biến ECU sẽ nhận tín hiệu thông tin từ lái xe để điều khiển hoạt động của cơ cấu này. Do cơ cấu truyền động của hộp số CVT không phải cơ cấu ăn khớp giữa các bánh răng nên không có tỉ số truyền xác định, cơ cấu này giống như các loại xe máy tay ga nên không các cấp của hộp số vì vậy người ta gọi là hộp số vô cấp. Điển hình của hộp số vô cấp sử dụng ở các dòng xe Toyota Vios, Toyota Altis, Honda City, Honda CRV …

Hộp số tự động có cấp AT

Đây là loại hộp số tự động sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Hộp số tự động có cấp AT là loại hộp số tự động để thay đổi tốc độ và mô men kéo sử dụng các bộ phận là biến mô thủy lực để thay đổi mô men kéo và các cơ cấu đĩa ma sát dạng răng (lá côn), các bánh răng hành tinh và bánh răng vi sai để thay đổi tốc độ xe ô tô với các cấp độ khác nhau. Vì vậy với các cấp khác nhau có tỉ số truyền xác định nên người ta gọi là hộp số tự động có cấp. Ngoài ra sự thay đổi tốc độ và mô men kéo được điều khiển từ ECU nhận tín hiệu từ người lái qua các cảm biến. Trong hộp số tự động AT được chia theo số cấp của hộp số.

Hộp số tự động 4 cấp

Hộp số tự động 4 cấp là loại hộp số tự động có số lượng bánh răng hành tinh ít, số lượng van điều khiển cũng rất ít. Thời điểm con người phát minh ra hộp số tự động thì đây là loại đầu tiên. Với số lượng bánh răng hành tinh ít, khi bạn chuyển số sẽ có cảm giác giật hơn, xe đi không êm

Hộp số tự động 5 cấp

Hộp số tự động 5 cấp là loại hộp số phổ biến nhất hiện nay. Với hộp số tự động 5 cấp cảm giác sang số sẽ mềm mại hơn rất nhiều.

Hộp số tự động 6 cấp

Các dòng xe hiện đại có giá trị cao đã sử dụng hộp số tự động 6 cấp. Và tất nhiên so với hộp số tự động 5 cấp việc sang số và chuyển đổi tốc độ rất mượt mà, nhanh nhậy, không có độ trễ khi tăng tốc

Hộp số tự động 7 cấp, hộp số tự động 8 cấp

Hộp số tự động 7 cấp, hộp số tự động 8 cấp là loại hộp số tự động hiện đại nhất hiện nay thường được sử dụng trên các dòng xe sang như BMW, Mercedes, Audi, … 1 điểm khá đặc biệt đối với Vinfast Lux SA 2.0 cũng được trang bị hộp số tự động 8 cấp. Nhược điểm duy nhất của hộp số tự động 7 cấp hoặc 8 cấp đó là chi phí sửa chữa hoặc thay thế khá cao.

So sánh hộp số tự động vô cấp (CVT) và có cấp (AT)

• Kết cấu hết sức đơn giản, đặc biệt dễ dàng cho việc thay thế và sửa chữa
• Kích thước hộp số CVT nhỏ gọn, giảm trọng lượng xe, có khoảng không gian để thiết kế các chi tiết khác cho xe ô tô
• Do kết cấu truyền động bằng dây đai nên hộp số CVT không có hiện tượng giật khi thay đổi tốc độ

• Cơ cấu truyền động bằng dây đai nên khả năng truyền động không cao chỉ phù hợp cho xe có tải trọng nhỏ, công suất động cơ nhỏ
• Độ nhạy truyền động kém, khi đạp ga bạn cảm thấy xe ô tô không thay đổi tốc độ ngay lập tức theo cảm giác chân ga của bạn
• Tốn nhiên liệu hơn so với hộp số tự động có cấp, bạn hiểu đơn giản như việc đi xe máy tay ga sẽ tốn xăng hơn xe số.

• Cơ cấu truyền động là cơ cấu bằng bánh răng và các đĩa ma sát giúp khả năng truyền động tốt phù hợp với tất cả các dòng xe
• Độ nhạy truyền động tốt, khi bạn đạp chân ga sẽ cảm nhận xe sẽ chuyển động ngay lập tức
• Tiết kiệm nhiên liệu hơn hộp số vô cấp do cơ cấu truyền động bằng bánh răng
• Đối với hộp số tự động có cấp có càng cao thì khả năng truyền số càng mượt mà, không có cảm giác giật khi thay đổi tốc độ

• Kết cấu khá cồng kềnh, phức tạp, nhiều cụm chi tiết, khó khăn trong việc sửa chữa
• Chi phí sửa chữa cao, nhiều chi tiết nên chỉ cần hỏng 1 chi tiết dẫn tới hộp số không làm việc được

Nguyên lí hoạt động của hộp số xe tự động

Truyền động trong hộp số tự động AT trên xe ô tô

Xe gia đình bao gồm một số mẫu khác nhau. Một số chỉ khác nhau ở những hạng mục nhỏ như công suất mô-men xoắn. Nhưng những chiếc khác có sự khác biệt lớn, ví dụ như phiên bản hộp số tự động 4 cấp và hộp số tự động 5 cấp tốc độ. Như có thể thấy trong hình, cấu trúc cơ bản giống nhau giữa đường truyền 4 tốc độ và 5 tốc độ, chỉ một số thành phần được thêm vào để tạo ra 5 tốc độ. Các bộ phận được bổ sung này cụ thể là một bộ bánh răng hành tinh bổ sung, phanh giảm tốc, ly hợp trực tiếp, các van cần thiết và các thay đổi đối với mạch thủy lực. Thông tin chi tiết về điều đó sẽ theo dõi ở phần sau.

Ngoài ra, có các phiên bản có hoặc không có ly hợp một chiều, có hoặc không có bộ lọc dầu phụ, các phiên bản có cách bố trí sang số thông thường (7 bước) hoặc với chế độ thể thao. Sự khác biệt giữa hộp số chế độ thể thao và loại thông thường chỉ nằm ở mặt điều khiển mà không nằm trong bản thân hộp số tự động). Thông tin chi tiết về điều khiển thủy lực, dòng công suất cũng như thông tin đại tu sẽ được cung cấp trong một khóa học riêng.

Biểu đồ chỉ ra các thông số kỹ thuật chính của phiên bản 4 tốc độ và 5 tốc độ, cũng ở đây có thể nhận ra rằng cấu tạo cơ sở là giống nhau nhưng tất nhiên số lượng ly hợp và phanh là khác nhau. Nhìn vào phiên bản 4 tốc độ, có thể nhận ra một số phiên bản được trang bị ly hợp một chiều trong khi những phiên bản khác thì không. Lý do để thực hiện ly hợp một chiều là để giảm độ rung chuyển trong quá trình chuyển số giữa hộp số thứ nhất và thứ hai.

Thông tin quan trọng được đưa ra trong biểu đồ là loại dầu truyền động được chỉ định, là Diamond SP III. Xin lưu ý rằng Dexron không được phép truyền . Do đó, hãy luôn tham khảo hướng dẫn sử dụng của xưởng để biết thông số kỹ thuật chính xác của chất lỏng truyền động. Trong phần kiểm soát áp suất dòng, bạn có thể tìm thấy chữ viết tắt VFS, viết tắt của điện từ lực biến đổi. Nếu xe được trang bị hệ thống này, áp suất dòng có thể thay đổi theo tải trọng tác dụng, không chỉ theo bánh răng đã chọn. Thông tin chi tiết trên hệ thống sẽ theo sau.

Chi tiết về logic điều khiển điện tử sẽ được trình bày trong suốt khóa học này. Chế độ thể thao là một hệ thống mà người lái có thể lái xe ở D- Range (chế độ tự động như ở AT thông thường), hoặc nơi anh ta có thể chọn số bằng cách di chuyển cần số sang + hoặc – để chuyển số lên hoặc xuống (trong các giới hạn được lưu trữ trong Thiết bị điều khiển, ví dụ vòng tua máy tối đa cho phép của trục đầu ra). Điều khiển độc lập mô tả thực tế là mỗi phần tử có thể được điều khiển độc lập, thay vì sử dụng các bộ phận duy nhất phổ biến để chuyển số như trong một số hộp số cũ.

Trước đây, hộp số tự động chỉ được điều khiển bằng hệ thống thủy lực và có hai phần chính: thủy lực và cơ khí. Ngày nay hộp số tự động bao gồm 3 phần chính: Phần cơ khí, phần thủy lực và phần điện hoặc điện tử.

Chức năng các bộ phận của bộ truyền động của hộp số tự động

• Bộ chuyển đổi mô-men xoắn: truyền mô-men xoắn của động cơ đến hộp số bằng chất lỏng hộp số tự động
• Bơm dầu: điều áp chất lỏng hộp số tự động
• Hệ thống điều khiển thủy lực: điều chỉnh áp suất và hướng chất lỏng đến ly hợp và phanh
• Hệ thống điều khiển điện tử: thu thập dữ liệu bằng các cảm biến.

Dựa trên đầu vào này, bộ phận điều khiển sẽ điều khiển các cơ cấu truyền động (solenoids) để điều khiển chuyển số. Bộ biến mô truyền mômen quay tới hộp số và dẫn động bơm dầu. Máy bơm tạo ra áp suất, áp suất này được đưa vào hệ thống điều khiển thủy lực. Các cảm biến phát hiện các điều kiện hoạt động và gửi thông tin này đến bộ phận điều khiển.

Sử dụng đầu vào này và bản đồ bên trong, bộ phận điều khiển xác định các sang số cần thiết và kích hoạt các solenoit tương ứng. Sau đó, áp suất thủy lực được chuyển đến ly hợp và phanh phù hợp với các solenoids được kích hoạt. Tùy thuộc vào ly hợp được kích hoạt hoặc phanh, các bộ phận khác nhau của hộp số được kết nối hoặc giữ cố định để đạt được chuyển số cần thiết.

Lưu ý: trong các lần truyền đầu tiên, điều khiển được thực hiện mà không có điều khiển điện tử. Việc chuyển số chỉ được thực hiện bởi hệ thống điều khiển thủy lực sử dụng các van cơ học phản ứng với sự thay đổi áp suất liên quan đến tốc độ (bộ điều tốc) và vị trí của bướm ga (dây ga).

Cấu tạo của hộp số tự động

Việc  sang số trong hộp số tự động dựa trên ứng dụng của bộ truyền bánh răng hành tinh / vệ tinh. Tỷ số truyền sẽ thay đổi khi 1 hoặc nhiều chi tiết chuyển động trong hệ thống bị hãm lại hoặc kết hợp sự chuyển động giữa các chi tiết với nhau.