Cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số (Input/Turbine Speed Sensor) ghi nhận tốc độ trục turbine qua bánh răng tín hiệu, tạo xung đưa về TCU để tính tỉ số truyền, thời điểm sang số và điều khiển khóa biến mô. Khi lỗi (P0715/P0717), xe có thể trượt số, giật, vào chế độ an toàn. Bài viết trình bày cấu tạo (Hall/VR), dạng sóng, vị trí lắp, quy trình đo nguồn–mass–tín hiệu, đối chiếu dữ liệu sống với cảm biến trục ra để chẩn đoán chính xác.
1. Khái niệm
Cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số (Input Speed Sensor – ISS) là cảm biến dùng để đo tốc độ quay của trục đầu vào hộp số. Cảm biến này thường được lắp trên vỏ hộp số, gần trục đầu vào hoặc nằm bên trong ruột hộp số.
Ngoài ra, cảm biến tốc độ trục đầu vào còn được gọi với một số tên gọi khác như: Turbine speed sensor, Transmission revolution sensor (NT),… Và một số dòng xe đặc biệt, cảm biến tốc độ trục đầu vào được tích hợp chung trong vỉ điện bao gồm cả hộp điều khiển và các cảm biến khác.
2. Chức năng và nhiệm vụ
Cảm biến tốc độ trục đầu vào có các nhiệm vụ chính sau:
- Xác định tốc độ quay của trục đầu vào hộp số.
- Cung cấp tín hiệu tốc độ trục đầu vào cho TCM/ECU: So sánh với tốc độ trục đầu ra để tính toán tỷ số truyền thực tế, kiểm soát thời điểm sang số, điều khiển áp suất dầu bên trong ruột hộp số và thời điểm đóng/mở và sự trượt của các bộ phanh/ly hợp.
- Phát hiện hiện tượng trượt của biến mô (So sánh với tốc độ động cơ).
(TCM – Transmission Control Module – Hộp điều khiển hộp số).
Từ tín hiệu của cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số, hộp TCM sẽ phát hiện được sự bất thường (nếu có), điều khiển chuyển số đúng thời điểm, trách được hiện tượng sang số bị giật, bị trễ,…. Nếu cảm biến này hoạt động sai hoặc bị lỗi, xe sẽ được đưa vào chế độ an toàn (Fail safe, limp mode). Lúc này tùy vào chế độ an toàn của mỗi xe, xe sẽ chỉ chạy được ở 1 số cố định (Có thể là số 3 hoặc 4) và số lùi.
3. Mỗi liên hệ giữa cảm biến tốc độ trục đầu vào – Tốc độ động cơ và cảm biến tốc độ trục đầu ra hộp số
Trong khi điều khiển hộp số tự động, hộp TCM sử dụng tín hiệu của các cảm biến tốc độ so sánh chéo với nhau để đánh giá sự hoạt động của hộp số. Từ đó, hộp TCM sẽ xác định được sự trượt (nếu có) bên trong hộp số và điều chỉnh khắc phục. Nếu không được, hộp TCM sẽ xuất mã lỗi và đưa xe vào chế độ dự phòng để hoạt động.
3.1 So sánh tốc độ trục đầu vào hộp số và tốc độ động cơ
Hộp TCM sẽ so sánh tốc độ của trục đầu vào của hộp số và tốc độ động cơ để xác định sự trượt bên trong biến mô.
- Khi biến mô hoạt động ở chế độ khuếch đại mô men và khớp nối thủy lực: Tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ trục đầu vào hộp số (Chênh lệch không nhiều, khoảng 100 vòng/phút).
- Khi biến mô hoạt động ở chế độ khóa biến mô: Tốc độ động cơ bằng tốc độ trục đầu vào hộp số.
Sau khi đã vào chế độ khóa biến mô, nếu tốc độ trục đầu vào vẫn thấp hơn tốc độ động cơ thì ly hợp khóa biến mô bị trượt, vì các lí do sau:
- Áp suất dầu khóa biến mô thấp: Nghẹt mạch dầu khóa biến mô, van điều khiển dầu khóa biến mô bị kẹt, solenoid điều khiển khóa biến mô không hoạt động hoặc hoạt động sai, …
- Ly hợp khóa biến mô bị mòn.
- Cảm biến tốc độ trục đầu vào báo sai: Hỏng cảm biến, đứt dây từ cảm biến về hộp TCM, hỏng hộp TCM.
3.2 So sánh tốc độ trục đầu vào và tốc độ trục đầu ra hộp số
Hộp TCM so sánh tốc độ trục đầu vào hộp số và tốc độ trục đầu ra hộp số để tính tỷ số truyền thực tế của hộp số bằng công thức:
Tỷ số truyền thực tế = Tốc độ trục đầu vào / Tốc độ trục đầu ra
Sau đó, hộp TCM so sánh tỷ số truyền thực tế và tỷ số truyền được lưu trong bản đồ điều khiển chuyển số (Shift map) của hộp TCM. Nếu có sự sai lệch hộp TCM sẽ phát hiện và đưa ra các phương án khắc phục hoặc báo lỗi sai tỷ số truyền, nguyên nhân có thể:
- Trượt bộ phanh/ly hợp
- Tỷ số truyền thay đổi chậm hơn bình thường: Thời điểm chuyển số trễ hơn bình thường (Kèm theo sự òa ga khi sang số).
- Tỷ số truyền thay đổi nhanh hơn bình thường: Sang số bị giật.
4. Phân loại
Cấu tạo của cảm biến tốc độ trục đầu ra tương tự như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến tốc độ bánh xe,…. Có 2 loại:
- Loại điện từ
- Loại Hall
4.1 Loại điện từ
Cảm biến tốc độ trục đầu vào loại điện từ có ưu điểm đơn giản về kết cấu, không cần cấp nguồn, khả năng hoạt động tốt ở các dãy nhiệt độ cao và điều kiện khắc nghiệt. Tuy nhiên, do tín hiệu tạo ra từ cảm biến là từ sự thay đổi của từ thông khi vành tạo xung quét qua đầu cảm biến, nên khi vận hành ở tốc độ thấp thường tín hiệu tạo ra của cảm biến sẽ nhỏ, khó khăn cho việc chẩn đoán, xem dữ liệu hoặc do kiểm cảm biến ở dãy tốc độ thấp của trục đầu vào.
4.1.1 Cấu tạo (Hình 5)
Cấu tạo cảm biến tốc độ trục đầu vào loại điện từ bao gồm:
- 1. Vỏ cảm biến
- 2. Dây tín hiệu
- 3. Vỏ bảo vệ dây điện
- 4. Nam châm vĩnh cửu
- 5. Cuộn dây cảm ứng điện từ
- 6. Vấu cực (Kim loại)
- 7. Vành tạo xung
- G. Khe hở giữa cảm biến và vành tạo xung
4.1.2 Nguyên lý hoạt động
Sau khi khởi động động cơ, biến mô hoạt động làm cho trục đầu vào hộp số quay. Dựa vào kết nối cơ khí, vỏ bộ ly hợp sẽ được dẫn động và quay bằng với tốc độ trục đầu vào hộp số. Vành tạo xung sẽ quét qua đầu cảm biến làm cho từ trường bên trong cảm biến biến thiên thay đổi theo tốc độ quay của vành tạo xung. Từ đó cuộn dây cảm ứng điện từ bên trong cảm biến sẽ sinh ra điện áp cảm ứng (Dòng điện xoay chiều hình Sin). Tốc độ quay càng cao thì biên độ và tần số tín hiệu càng lớn. Và tín hiệu này sẽ được gửi về hộp TCM để báo tốc độ của trục đầu vào hộp số.
4.1.3 Mạch điện
Loại cảm biến điện từ có 2 dây (không cần nguồn cấp), một số xe sử dụng thêm dây bọc chống nhiễu nên ta thấy giắc cắm nó có 3 pin.
4.2 Loại Hall
Cảm biến tốc độ trục đầu vào loại Hall tạo ra tín hiệu dựa trên nguyên lý của hiệu ứng Hall (Cần được cấp nguồn để hoạt động). Mức điện áp cố đinh (0 – 5V hoặc 0 – 12V). Cảm biến loại Hall hoạt động ở dãy tốc độ thấp tốt hơn loại điện từ.
4.2.1 Cấu tạo
Cảm biến tốc độ loại Hall có cấu tạo bao gồm:
- 1. Vỏ cảm biến.
- 2. Ba dây điện của cảm biến (Dây nguồn dương, dây mass và dây tín hiệu).
- 3. Mạch IC của cảm biến.
- 4. Nam châm vĩnh cửu.
- 5. Phần tử Hall.
- 6. Vành tạo xung.
- G. Khe hở giữa cảm biến và vành tạo xung.
4.2.2 Nguyên lý làm việc
Khi trục đầu vào hộp số quay, vành tạo xung quét qua đầu cảm biến. Từ đó cảm biến tốc độ trục đầu vào sẽ phát ra tín hiệu dạng xung vuông (0 – 5V hoặc 0 – 12V) đưa về hộp TCM. Khi tốc độ thay đổi, tần số xung phát ra từ cảm biến sẽ thay đổi. Nhờ đó, hộp TCM xác định được tốc độ của trục đầu vào.
Vì có ưu điểm có thể phát ra tín hiệu tốt ở cả tốc độ thấp, nên hiện nay cảm biến tốc độ loại Hall là loại được ưu tiên sử dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe. Ngoài ra, còn được sử dụng trên các hệ thống khác như: cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam,…
4.2.3 Mạch điện
Cảm biến tốc độ trục đầu vào loại 3 dây:
- Dây dương (Nguồn 5V, 8V hoặc 12V).
- Dây mass.
- Dây tín hiệu (Xung vuông 0 – 5V hoặc 0 – 12V).
Cảm biến loại Hall 2 dây:
- Dây dương (Dây Suppy – nguồn 5V, 8V hoặc 12V).
- Dây mass + tín hiệu (Dây Signal).
Đối với loại Hall 2 dây, dây mass thực hiện 2 chức năng. Vừa thực hiện chức năng cấp mass cho cảm biến và vừa là dây tín hiệu đưa về TCM để báo tốc độ. Tín hiệu vẫn là loại xung vuông (0 – 5V hoặc 0 – 12V).
5. Hư hỏng thường gặp
Đối với cảm biến tốc độ trục đầu vào, chúng ta sẽ gặp một số hư hỏng như:
- Hỏng cảm biến.
- Đứt dây từ cảm biến về TCM.
- Giắc điện bị dơ, tiếp xúc kém.
- Hư hộp TCM.
- Đầu dò của cảm biến bị dơ do mạt kim loại bám vào.
- Hư vành tạo xung (Móp méo, gãy răng tạo xung).
- Khe hở giữa đầu dò cảm biến và vành tạo xung không đúng tiêu chuẩn.
Khi gặp các trường hợp trên, cảm biến có thể sẽ báo lỗi hoặc không (Tùy trường hợp). Ngoài ra, khi tín hiệu của cảm biến tốc độ trục đầu vào bị nhiễu hoặc mất tín hiệu thì hộp số không có thông số tốc độ để giám xát các bộ phanh/ly hợp bên trong hộp số. Tránh tình trạng trượt dẫn tới hư hại các chi tiết cơ khí hộp TCM sẽ đưa hộp số vào hoạt động ở chế độ an toàn (Fail safe/Limp mode). Lúc này xe chỉ chạy cố định ở 1 số (Thường là số 3) để bảo vệ hộp số.
6. Các mã lỗi liên quan tới cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số.
Một số mã lỗi liên quan tới cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số:
- P0715 – Input/Turbine Speed Sensor Circuit Malfunction – Lỗi cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số.
- P0716 – Input/Turbine Speed Sensor Range / Performance – Cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số hiệu suất kém.
- P0717 – Input/Turbine Speed Sensor No Signal – Mất tín hiệu cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số.
- P0718 – Input/Turbine Speed Sensor Intermittent – Lỗi cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số.
Một số trường hợp đặc biệt, mặc dù cảm biến tốc độ trục đầu vào của hộp số không hư hỏng nhưng vẫn bị báo lỗi do TCM hiểu nhầm hoặc báo lỗi liên đới, TCM phát hiện sự trượt của phanh/ly hợp và báo lỗi cảm biến tốc độ trục đầu vào, hoặc ngược lại cảm biến tốc độ trục đầu vào bị lỗi nhưng lại báo lỗi liên đới qua hệ thống cơ khí – sai tỷ số truyền do trượt phanh/ly hợp.
- P0730 Incorrect Gear Ratio – Sai tỷ số truyền: Có thể là do cảm biến báo sai nên hộp TCM tính toán sai tỷ số truyền thực tế.
- P0741 Torque Converter Clutch Performance – Khóa biến mô không đạt hiệu suất: Có thể là do cảm biến tốc độ trục đầu vào báo sai nên hộp TCM đánh giá sai tình trạng hoạt động của khóa biến mô.
- P0700 Transmission Control System – Lỗi hệ thống điều khiển hộp số: Loại cảm biến tốc độ trục đầu vào được tích hợp chung với hộp TCM.
7. Phân tích sự hoạt động của cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số trên máy chẩn đoán
Sử dụng máy chẩn đoán kết nối với xe và chọn chức năng phân tích dữ liệu động (Datalist) để kiểm tra sự hoạt động của cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số.
So sánh tốc độ của cảm biến tốc độ trục đầu vào và tốc độ động cơ tại thời điểm khóa biến mô để kiểm tra sự hoạt động của cảm biến như hình bên dưới.
- Khi khóa biến mô (Sau khi hâm nóng động cơ đến nhiệt độ làm việc, chạy xe ở điều kiện khóa biến mô): Giá trị tốc độ trục đầu vào hộp số sẽ bằng với tốc độ động cơ (Như hình bên dưới).
- Input speed (tốc độ trục đầu vào hộp số): 1279 vòng/phút.
- Engine speed (tốc độ động cơ): 1281 vòng/phút.
- Khi không khóa biến mô (Nổ máy ở tốc độ không tải, cần số ở vị trí P/N, xe không chạy hoặc xe chạy ở tốc độ thấp): Giá trị tốc độ trục đầu vào hộp số sẽ gần bằng với tốc độ động cơ.
- Input speed (tốc độ trục đầu vào hộp số): 724 vòng/phút.
- Engine speed (tốc độ động cơ): 817 vòng/phút.
Kết luận: Thông qua phân tích giữ liệu động, nếu giá trị của cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số đạt như mong muốn, thì chúng ta có thể khẳng định rằng cảm biến tốc độ trục đầu vào vẫn đang hoạt động tốt. Nếu không đạt như thông số mong muốn, thì nguyên nhân có thể:
- Hư hỏng cảm biến tốc độ trục đầu vào.
- Dây điện từ cảm biến về hộp TCM bị đứt, chạm mass,…
- Hộp TCM bị lỗi.
- Biến mô hoạt động không tốt: Thiếu dầu, mòn ly hợp khóa biến mô, solenoid khóa biến mô trục trặc,…
Ở trường hợp này, cần thực hiện thêm các bước chẩn đoán, phân vùng và đo kiểm điện đối với cảm biến tốc độ trục đầu vào hộp số.
