Tài liệu Kỹ thuật: Đề tài nckh xây dựng thư viện mạch điện mô phỏng một số

Tài liệu nghiên cứu Đề tài nckh xây dựng thư viện mạch điện mô phỏng một số hãng xe thông dụng, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: Lê Ngọc Tiên
• Người hướng dẫn: Th. Nguyễn Quang Trãi
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Xây Dựng Thư Viện Mạch Điện Mô Phỏng Một Số Hãng Xe Thông Dụng
• Loại tài liệu: Báo Cáo Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Sinh Viên
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài xây dựng thư viện mạch điện

Đề tài nghiên cứu khoa học xây dựng thư viện mạch điện là một công trình quan trọng thuộc lĩnh vực kỹ thuật ô tô tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM. Đây là một nỗ lực đáng kể nhằm mô phỏng các hệ thống điện trên các hãng xe thông dụng như Honda, Toyota, Hyundai. Thư viện mạch điện mô phỏng được xây dựng dựa trên nền tảng công nghệ Flash, cho phép sinh viên và kỹ sư hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của các hệ thống điện trên ô tô. Dự án này không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn cung cấp công cụ thực hành hữu ích cho đào tạo kỹ thuật ô tô hiện đại.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài NCKH là xây dựng một thư viện mạch điện toàn diện, giúp sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô nắm vững kiến thức về các hệ thống điện ô tô. Ý nghĩa của dự án nằm ở việc tạo ra một công cụ giáo dục hiệu quả, hỗ trợ mô phỏng hệ thống đèn, gạt nước, nâng kính, khóa cửa trên các dòng xe khác nhau. Thư viện này giúp sinh viên tiếp cận kiến thức một cách trực quan và thực tế hơn.

1.2. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm mô phỏng mạch điện của nhiều hãng xe phổ biến như Honda Civic, Toyota Innova, Hyundai SantaFe và các dòng xe khác. Các hệ thống được mô phỏng gồm hệ thống chiếu sáng, gạt nước rửa kính, nâng hạ cửa kính, khóa cửa điện. Đối tượng nghiên cứu chính là các sinh viên năm cuối khóa 18145CL7A chuyên ngành công nghệ ô tô tại TPHCM.

II. Các hệ thống điện mô phỏng trong thư viện mạch điện

Thư viện mạch điện mô phỏng được phát triển bao gồm nhiều hệ thống điện ô tô quan trọng. Hệ thống chiếu sáng là một phần thiết yếu, bao gồm đèn đầu, đèn hậu, đèn xinhan, đèn sương mù với các loại bóng đèn khác nhau (dây tóc, halogen, xenon). Hệ thống gạt nước và rửa kính được mô phỏng với các chế độ hoạt động khác nhau (LOW, HIGH, INT, OFF). Ngoài ra, hệ thống nâng hạ cửa kính và hệ thống khóa cửa điện cũng được tích hợp trong thư viện. Mỗi hệ thống được mô phỏng chi tiết với sơ đồ mạch điện, các thành phần chính, công tắc điều khiển và cơ chế hoạt động.

2.1. Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

Hệ thống đèn chiếu sáng trên ô tô được mô phỏng chi tiết bao gồm đèn đầu chính, đèn sương mù trước, đèn hậu, đèn cảnh báo nguy hiểm (hazard). Sơ đồ mạch điện cho thấy các relay điều khiển, công tắc chính, và bóng đèn. Đặc biệt, hệ thống đèn xenon và hệ thống DRL (Daytime Running Light) được giải thích kỹ lưỡng với các nguyên lý hoạt động và điểm khác biệt so với đèn halogen truyền thống.

2.2. Hệ thống gạt nước rửa kính và các hệ thống khác

Hệ thống gạt nước mô phỏng hoạt động của motor gạt nước, cơ cấu cam, công tắc vị trí với các chế độ LOW, HIGH, MIST, INT. Hệ thống rửa kính được tích hợp kết hợp với gạt nước. Hệ thống nâng kính bao gồm motor điều khiển, công tắc chính, chức năng AUTO với cảm biến chống kẹt. Hệ thống khóa cửa chi tiết cơ cấu khóa, motor điều khiển, công tắc vị trí và cách thức mở khóa bằng chìa hoặc công tắc điều khiển.

III. Phương pháp mô phỏng và công nghệ Flash

Công nghệ mô phỏng sử dụng trong đề tài là Macromedia Flash 8, một nền tảng mạnh mẽ cho phát triển nội dung đa phương tiện. Phần mềm Flash cho phép tạo ra animation mạch điện động, thể hiện quá trình hoạt động của các hệ thống một cách trực quan. Khung hình nối tiếp (Frame sequence) được sử dụng để tạo các hiệu ứng hoạt động liên tục, mô tả chi tiết từng bước hoạt động của hệ thống. Thư viện mô phỏng mạch điện được tổ chức theo từng hãng xe, từng năm sản xuất, từng hệ thống cụ thể. Các file mô phỏng được lưu trữ có cấu trúc rõ ràng, dễ tìm kiếm và sử dụng trong quá trình giảng dạy và học tập.

3.1. Công cụ và tính năng Flash trong mô phỏng

Macromedia Flash 8 cung cấp nhiều công cụ vẽ như Line Tool, Lasso, Pen, Text Tool, Paint Bucket cho tạo sơ đồ mạch điện chính xác. Timeline là công cụ quan trọng quản lý khung hình hoạt động, cho phép điều chỉnh tốc độ animation và thứ tự hoạt động. Chức năng Onion Skin hỗ trợ theo dõi chuyển động liên tục giữa các khung hình. Align Tool đảm bảo các thành phần được bố trí khoa học, chuyên nghiệp trong mô phỏng mạch điện.

3.2. Cấu trúc và quản lý thư viện mạch điện

Thư viện mô phỏng được tổ chức hierarchical theo hãng xe, năm sản xuất, và loại hệ thống. Mỗi folder chứa file mô phỏng chi tiết, sơ đồ mạch điện, và animation hoạt động. Cấu trúc folder bao gồm Honda CRV, Toyota Innova, Hyundai SantaFe, mỗi hãng có các tập tin riêng biệt cho từng hệ thống. Việc quản lý tài liệu được thiết kế để dễ dàng truy cập, cập nhật, và mở rộng trong tương lai.

IV. Kết quả đạt được và ứng dụng thực tiễn

Đề tài xây dựng thư viện mạch điện đã đạt được những kết quả đáng kể trong việc tạo ra công cụ giáo dục hiệu quả. Thư viện mô phỏng bao gồm các mô phỏng chi tiết của 5 hãng xe thông dụng (Honda Civic, Honda CRV, Toyota Innova, Toyota Fortuner, Hyundai SantaFe) với nhiều hệ thống điện khác nhau. Mỗi mô phỏng mạch điện được xây dựng dựa trên sơ đồ thực tế, cho phép sinh viên hiểu rõ cấu trúc và nguyên lý hoạt động. Ứng dụng thực tiễn của thư viện này không giới hạn trong giáo dục, mà còn có thể được sử dụng trong đào tạo kỹ sư ô tô, hỗ trợ bảo dưỡng và khắc phục sự cố điện trên các hãng xe khác nhau.

4.1. Các hãng xe và hệ thống được mô phỏng

Các hãng xe mô phỏng bao gồm Honda (Civic, CRV), Toyota (Innova, Fortuner), Hyundai (SantaFe) với các năm sản xuất từ 2016 đến 2019. Hệ thống được mô phỏng gồm nâng hạ kính, đèn lùi, ghế điện, đèn sương mù, đèn xi nhan. Mỗi hệ thống mô phỏng bao gồm sơ đồ mạch điện, các thành phần chính, quá trình hoạt động, và chi tiết kỹ thuật cần thiết cho việc học tập và ứng dụng thực tế.

4.2. Đóng góp cho giáo dục và nghề nghiệp kỹ thuật ô tô

Thư viện mạch điện là tài liệu giảng dạy quý giá cho sinh viên ngành công nghệ ô tô, giúp họ nắm vững kiến thức hệ thống điện. Công cụ mô phỏng thực tế này cải thiện chất lượng đào tạo, tăng khả năng tự học. Trong thực tiễn bảo dưỡng, thư viện hỗ trợ kỹ sư chẩn đoán và khắc phục lỗi điện hiệu quả. Dự án mở ra tiền đề phát triển thêm các thư viện mô phỏng cho các hệ thống khác trên ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam đang phát triển rất mạnh mẽ. Nhiều hãng xe lớn đã gia nhập thị trường nước ta và liên tục phát triển, cải tiến các hệ thống để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Do đó, mạch điện của mỗi hãng về các hệ thống trên xe cũng khác nhau gây khó khăn cho sinh viên trong việc nghiên cứu và hiểu rõ nguyên lý của nó. Vì thế, nhóm thực hiện quyết định tìm kiếm, sưu tầm sơ đồ mạch điện thân xe của một số hãng xe thông dụng sau đó nghiên cứu nguyên lý hoạt động, thực hiện mô phỏng tái hiện trên phần mềm Flash, các file mô phỏng sẽ được xây dựng thành một thư viện với số lượng mô phỏng tương đối lớn, thư viện này có thể dùng vào nhiều mục đích như: hỗ trợ việc giảng dạy và học tập của sinh viên và giảng viên, giúp sinh viên c ó thêm điều kiện, dễ dàng tiếp cận và nắm rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống điện thân xe của một số hãng xe thông dụng.

Ngoài ra, đề tài còn tạo tiền đề để các nhóm nghiên cứu tiếp theo có thể xây dựng thành một phần mềm - thư viện mạch điện mô phỏng với số lượng lớn bao quát nhiều hãng xe. Phần mềm này không những có thể hỗ trợ cho hoạt động giảng dạy mà còn có thể sử dụng như một công cụ hỗ trợ, hướng dẫn cho các kỹ thuật viên, thợ sửa chữa điện ô tô sử dụng trong quá trình kiểm tra, chẩn đoán, xử lý trục trặc hệ thống điện thân xe.2 Mục tiêu đề tài - Tìm kiếm, sưu tầm sơ đồ mạch điện hệ thống điện thân xe của một số hãng xe thông dụng (Toyota, Mitsubishi, Hyundai, Mazda, Ford,. - Nghiên cứu lý thuyết về một số hệ thống điện thân xe (chiếu sáng - tín hiệu, nâng kính - khóa cửa, thông tin,. - Khảo sát nguyên lý hoạt động trên một số xe thực tế.

- Thiết kế mô phỏng hoạt động của từng hệ thống trên phần mềm Flash, tương ứng với từng hãng xe. - Xây dựng thư viện mô phỏng nguyên lí hoạt động hệ thống điện thân xe.3 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu 1.1 Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo tài liệu, xác định nguyên lý hoạt động của hệ thống điện thân xe. - Quan sát, khảo sát trên xe thực tế. - Nghiên cứu và ứng dụng mô phỏng trên phần mềm.2 Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu về cấu tạo, chức năng, nguyên lí hoạt động, phương pháp điều khiển hệ thống điện thân xe của một số hãng xe thông dụng trên thị trường.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 1.1 Trong nước - Đồ án nghiên cứu hệ thống nâng hạ kính và gạt nước mưa trên xe ô tô hiện đại (nghiên cứu lý thuyết và nguyên lý hoạt động của mạch điện hệ thống nâng hạ kính và gạt mưa trên xe Toyota Lexus Es300 và mô phỏng trên phần mềm Flash.) - Một số đề tài nghiên cứu có ứng dụng phần mềm Flash để mô phỏng cơ cấu, mạch điện với số lượng rất ít trên mỗi đề tài.2 Ngoài nước Chưa có công trình/ phần mềm tương tự cho nhiều hãng xe.

2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu 2.1 Khái quát Đèn sử dụng trên xe được phân loại theo các mục đích: chiếu sáng, tín hiệu và thông báo. Ví dụ các đèn đầu được dùng để chiếu sáng khi đi vào ban đêm, các đèn xi nhan để báo cho các xe khác cũng như người đi bộ và các đèn hậu ở đuôi xe để thông báo vị trí của xe. Ngoài hệ thống chiếu sáng nói chung, xe còn được trang bị các hệ thống có các chức năng khác nhau tuỳ theo từng thị trường và loại xe.1 Hệ thống đèn đầu: Đây là hệ thống cơ bản và quan trọng nhất trên xe, nhằm đảm bảo điều kiện làm việc cho người lái ô tô nhất là vào ban đêm và bảo đảm an toàn giao thông. Đèn đầu phải có cường độ sáng lớn nhưng không làm lóa mắt tài xế xe chạy ngược chiều.

Đèn đầu có hai chế độ: chiếu xa từ 180 – 250m và chiếu sáng gần từ 50 – 75m. Đèn đầu là một trong những thiết bị tiêu thụ công suất lớn trên ô tô, ở chế độ chiếu xa là 45 – 70W, ở chế độ chiếu gần là 35 – 40W .1 Hệ thống đèn đầu và đèn hậu 3 Hình 2.2 Hệ thống báo hỏng đèn sau 2.2 Hệ thống đèn hậu Để nhận biết kích thước trước và sau xe.3 Đèn sương mù  Đèn sương mù phía trước (Fog lamps): Trong điều kiện sương mù, nếu sử dụng đèn đầu chính có thể tạo ra vùng ánh sáng chói phía trước gây trở ngại cho các xe đối diện và người đi đường. Nếu sử dụng đèn sương mù sẽ giảm được tình trạng này. Dòng cung cấp cho đèn sương mù thường được lấy sau relay đèn kích thước.

 Đèn sương mù phía sau (Rear fog guard): Đèn này dùng để báo hiệu cho các xe phía sau nhận biết trong điều kiện tầm nhìn hạn chế. Dòng cung cấp cho đèn này được lấy sau đèn cốt (Dipped beam). Một đèn báo được gắn vào tableau để báo hiệu cho tài xế khi đèn sương mù phía sau hoạt động 2.4 Hệ thống đèn xi nhan và báo nguy Giúp cho người lái xe ra tín hiệu báo rẽ và báo tình trạng hư hỏng của xe cho các xe khác tránh, như khi động cơ chết máy giữa đường.5 Hệ thống cảnh báo đèn phía sau Người lái không thể nhận ra được các đèn hậu, đèn phanh bị cháy. Hệ thống cảnh báo đèn phía sau thông báo cho người lái biết các bóng đèn hậu hoặc đèn phanh bị cháy nhờ một đèn cảnh báo trên bảng đồng hồ táp lô.

Hệ thống này được điều khiển bởi cảm biến báo hư hỏng đèn và thường được lắp trong khoang hành lý. Relay báo hư hỏng đèn xác định tình trạng đèn bị cháy bằng cách so sánh các 4 điện áp khi đèn hoạt động bình thường hoặc khi bị hở mạch.6 Hệ thống DRL (Đèn chạy ban ngày - Daytime Runing Light) Ở hệ thống này, chỉ có đèn đầu hoặc cả các đèn đầu và đèn hậu tự động bật sáng khi động cơ nổ máy ở ban ngày, do đó các xe khác có thể nhìn thấy. Ở một số nước vì lý do an toàn luật qui định bắt buộc phải có hệ thống này trên xe. Tuổi thọ của bóng đèn sẽ bị rút ngắn nếu đèn bật liên tục với cường độ sáng như ban đêm.

Để nâng cao tuổi thọ của đèn, mạch điện được thiết kế sao cho cường độ sáng của đèn giảm đi khi hệ thống DRL hoạt động.3 Hệ thống DRL Hình 2.4 Hệ thống chuông nhắc nhở 2.7 Hệ thống chuông nhắc nhở bật đèn - hệ thống tự động tắt đèn Các đèn đầu và đèn hậu tiếp tục được bật sáng ngay cả khi khoá điện ở vị trí “LOCK” trong khi công tắc điều khiển đèn ở vị trí ON. Để ngăn không cho ắc qui bị phóng hết điện do người lái quên không tắt đèn đầu và đèn hậu, khi cửa xe phía người lái được mở ra và khoá điện đang ở vị trí “LOCK “ hoặc “ACC” hay không có chìa trong ổ khoá điện, thì hệ thống này sẽ thông báo cho người lái biết rằng đèn vẫn đang ở trạng thái bật bằng chuông báo hoặc sẽ tự động tắt các đèn.8 Hệ thống điều khiển đèn tự động Khi trời tối cần phải bật đèn pha, thường người lái chỉ phải bật công tắc điều 5 khiển đèn. Ở hệ thống này, khi công tắc điều khiển đèn ở vị trí “AUTO”, thì cảm biến điều khiển đèn tự động sẽ xác định mức độ ánh sáng và hệ thống sẽ tự động bật đèn đầu khi trời tối. Cảm biến điều khiển đèn tự động được đặt ở đầu trên của bảng táp lô.

Một số xe không có vị trí AUTO ở công tắc điều khiển đèn. Trong trường hợp này, hệ thống điều khiển đèn tự động hoạt động khi ở vị trí OFF.5 Hệ thống AUTO 2.9 Hệ thống điều khiển góc độ chiếu sáng đèn đầu Xe bị nghiêng đi tuỳ theo điều kiện chất tải (số lượng hành khách hoặc lượng hành lý). Đó là lý do tại sao đèn đầu làm loá mắt tài xế của các xe đối diện. ở hệ thống này, việc vặn công tắc điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu sẽ điều chỉnh được góc đèn đầu theo phương thẳng đứng.

Một số xe có hệ thống điều khiển góc độ chiếu sáng đèn đầu tự động sẽ tự động điều chỉnh các đèn đầu để đạt được góc chiếu sáng theo phương thẳng đứng tối ưu.6 Hệ thống điều khiển chóa đèn 2.10 Hệ thống đèn đầu cao áp Các bóng đèn đầu cao áp, phóng điện qua khí Xenon cho ánh sáng trắng và vùng chiếu sáng rộng hơn so với khí halogen. Tuổi thọ của bóng đèn cũng dài hơn là một trong những đặc điểm của đèn đầu phóng điện.7 Hệ thống đèn đầu cao áp 2.11 Hệ thống chiếu sáng khi vào xe Vào ban đêm rất khó nhìn ổ khoá điện hoặc khu vực sàn xe trong bóng tối của cabin. Hệ thống này sẽ bật đèn chiếu sáng khu vực ổ khoá điện hoặc các đèn trong xe với một thời gian nhất định sau khi đã đóng các cửa xe, làm cho việc tra chìa khoá vào ổ khoá điện hoặc thực hiện các thao tác bằng chân được dễ dàng hơn (chỉ khi công tắc đèn trần ở vị trí DOOR). Thời gian chiếu sáng thay đổi tuỳ thuộc vào kiểu xe.8 Hệ thống CS khi vào xe 2.2 Hệ thống đèn đầu và đèn hậu 2.1 Bóng đèn đầu  Bóng đèn dây tóc: Vỏ đèn làm bằng thủy tinh, bên trong chứa 1 dây điện trở làm bằng volfram.

Dây volfram được nối với hai dây dẫn để cung cấp dòng điện đến. Hai dây dẫn này được gắn chặt vào nắp đậy bằng đồng hay nhôm. Bên trong bóng đèn là môi trường chân không với mục đích loại bỏ không khí để tránh oxy hoá và làm bốc hơi dây 7 tóc (oxy trong không khí tác dụng với volfram ở nhiệt độ cao gây ra hiện tượng đen bóng đèn và sau một thời gian rất ngắn, dây tóc sẽ bị đứt).9 Bóng đèn loại dây tóc Khi hoạt động ở một điện áp định mức, nhiệt độ dây tóc lên đến 2.300oC và tạo ra ánh sáng trắng. Nếu cung cấp cho đèn một điện áp thấp hơn định mức, nhiệt độ dây tóc và ánh sáng phát ra sẽ giảm xuống.

Ngược lại, nếu cung cấp cho đèn một điện thế cao hơn, chẳng bao lâu sẽ làm bốc hơi dây volfram, gây ra hiện tượng đen bóng đèn và đốt cháy cả dây tóc.