Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế mô hình ghế điện và hệ thống giải trí ô tô

Đồ án tốt nghiệp về mô hình ghế điện và hệ thống giải trí ô tô. Tài liệu gồm lý thuyết, sơ đồ mạch điện và hướng dẫn thi công mô hình chi tiết.

• Tác giả: Bùi Quốc Huy
• Người hướng dẫn: ThS. Vũ Đình Huấn
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên cứu, Thiết Kế Mô Hình Ghế Điện Và Mô Hình Hệ Thống Giải Trí Trên Ô Tô
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Mô Hình Ghế Điện Và Hệ Thống Giải Trí Ô Tô

Đồ án mô hình ghế điện và hệ thống giải trí ô tô là một công trình nghiên cứu và thiết kế toàn diện từ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Khoa Cơ Khí Động Lực. Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu lý thuyết, phân tích mạch điện và thực hiện mô hình các hệ thống tiện nghi trên ô tô hiện đại. Cụ thể, mô hình ghế điện được tham khảo từ xe Lexus RX330 năm 2000, trong khi hệ thống giải trí dựa trên xe Honda City 2013. Đây là một bước tiến quan trọng trong giáo dục kỹ thuật, giúp sinh viên nắm vững kiến thức thực tế về các hệ thống điện trên ô tô. Mục tiêu chính của đề tài là tạo ra những mô hình dạy học hiệu quả, hỗ trợ quá trình giảng dạy và đào tạo kỹ sư cơ khí chuyên ngành ô tô.

1.1. Lý Do Chọn Và Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Mô hình ghế điện ô tô đã trở thành tiêu chuẩn trên các dòng xe cao cấp, tạo nên nhu cầu hiểu biết sâu sắc về công nghệ này. Hệ thống giải trí ô tô ngày càng phức tạp với nhiều tính năng hiện đại. Việc chọn đề tài này nhằm cung cấp cho sinh viên công cụ học tập thực hành, giúp họ hiểu rõ nguyên lý hoạt động, cấu trúc mạch điện, và quy trình lắp ráp. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh công nghệ ô tô phát triển nhanh chóng, đòi hỏi kỹ sư phải có kiến thức cập nhật và kỹ năng thực hành vững chắc.

1.2. Mục Tiêu Và Phạm Vi Nghiên Cứu

Mục tiêu của đồ án bao gồm: Nghiên cứu lý thuyết và phân tích chi tiết các hệ thống điều khiển ghế điện trên Lexus RX330 và hệ thống giải trí trên Honda City 2013. Thiết kế và lắp ráp các mô hình hoạt động thực tế. Tạo bài tập thực hành ứng dụng cho sinh viên. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong các hệ thống điện tiện nghi cơ bản, không bao gồm các hệ thống an toàn phức tạp hay công nghệ hybrid/điện.

II. Cơ Sở Lý Thuyết Về Hệ Thống Ghế Điện Trên Ô Tô

Hệ thống ghế điện là một trong những tính năng tiện nghi quan trọng trên ô tô hiện đại, đặc biệt là trên các xe cao cấp. Ghế điện ô tô hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng các motor điện nhỏ để điều khiển các cơ cấu cơ khí, cho phép điều chỉnh vị trí ghế theo yêu cầu của người sử dụng. Trên xe Lexus RX330 năm 2000, mô hình ghế điện có khả năng điều chỉnh độ cao, độ dốc, độ dài của phần tựa lưng, và vị trí tựa đầu. Hệ thống này được điều khiển bởi các công tắc nhạy cảm và bộ điều khiển logic, đảm bảo an toàn và hiệu quả. Yêu cầu của hệ thống ghế điện bao gồm độ tin cậy cao, phản ứng nhanh, an toàn cho người sử dụng, và tiêu thụ điện năng hợp lý.

2.1. Chức Năng Và Tính Năng Của Ghế Lái Điện

Ghế lái điện trên ô tô hiện đại cung cấp nhiều chức năng điều chỉnh để tối ưu hóa tư thế lái xe. Mô hình ghế điện bao gồm: Điều chỉnh độ cao của ghế, thay đổi góc tựa lưng, điều chỉnh độ dài phần tựa mông, điều chỉnh vị trí gối đầu. Mỗi chức năng được kiểm soát bởi một motor điện độc lập, cho phép người dùng tùy chỉnh vị trí ghế theo ý thích cá nhân, giúp tăng sự thoải mái và giảm mệt mỏi khi lái xe.

2.2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Mạch Điều Khiển

Mạch điều khiển ghế điện gồm các thành phần chính: Bộ cung cấp điện (pin ô tô 12V), các công tắc điều khiển, relay điều khiển, motor điện, và các cảm biến giới hạn. Khi người sử dụng nhấn công tắc, tín hiệu được gửi đến relay, relay kích hoạt motor quay. Hệ thống bảo vệ bao gồm cảm biến giới hạn cuối sẽ tự động dừng motor khi ghế đạt vị trí cực hạn, đảm bảo an toàn và bảo vệ thiết bị.

III. Cơ Sở Lý Thuyết Về Hệ Thống Giải Trí Trên Ô Tô

Hệ thống giải trí ô tô là tập hợp các thiết bị âm thanh và thông tin giải trí được tích hợp trên xe để cung cấp kinh nghiệm lái xe thoải mái và hiện đại. Trên xe Honda City 2013, hệ thống giải trí bao gồm radio FM/AM, đầu CD/MP3, loa ngoài, và các kết nối âm thanh cơ bản. Mô hình hệ thống giải trí được thiết kế để minh họa nguyên lý hoạt động của các thành phần chính, đặc biệt là cách âm thanh được khuếch đại và phân phối đến các loa trong xe. Hệ thống này yêu cầu nguồn điện ổn định, mạch khuếch đại chất lượng cao, và các loa có đặc tính âm thanh tốt để mang lại trải nghiệm âm thanh tối ưu cho hành khách.

3.1. Các Chức Năng Cơ Bản Của Hệ Thống Giải Trí Honda City

Hệ thống giải trí Honda City 2013 tích hợp nhiều chức năng tiện ích: Chức năng radio để thu phát sóng FM/AM, đầu CD/MP3 để phát nhạc từ đĩa hoặc cổng kết nối, khuếch đại âm thanh để tăng cường độ âm lượng, và hệ thống loa đa kênh. Người dùng có thể điều chỉnh âm lượng, chuyển đổi giữa các nguồn âm thanh, và điều chỉnh âm trắc bằng các công tắc và nút xoay trên bảng điều khiển. Đây là những tính năng cơ bản nhưng rất quan trọng để mang lại sự thoải mái và giải trí cho hành khách.

3.2. Cấu Trúc Mạch Điện Của Hệ Thống Giải Trí

Mạch điện hệ thống giải trí bao gồm: Bộ cung cấp điện (12V từ pin ô tô), bộ bảo vệ (cầu chì và relay), bộ giải mã tín hiệu từ đài phát thanh hoặc đầu phát, mạch khuếch đại công suất để đẩy tín hiệu đến loa, và các loa được bố trí trong xe. Tín hiệu âm thanh từ các nguồn khác nhau được mix lại tại mạch tiền khuếch đại, sau đó được khuếch đại công suất và đưa đến các loa. Bộ điều khiển âm thanh cho phép tinh chỉnh tần số và cân bằng âm thanh theo mong muốn.

IV. Thiết Kế Thi Công Và Ứng Dụng Thực Hành Của Mô Hình

Thiết kế và thi công mô hình là giai đoạn quan trọng của đồ án, yêu cầu sự kết hợp giữa kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành. Mô hình ghế điện được thiết kế dựa trên cấu trúc thực tế của Lexus RX330, sử dụng các motor điện nhỏ, cơ cấu cơ khí đơn giản, và hệ thống điều khiển logic. Mô hình hệ thống giải trí được thiết kế với quy mô thu nhỏ, tích hợp các thiết bị âm thanh cơ bản và mạch khuếch đại. Quá trình thi công bao gồm lựa chọn vật liệu và thiết bị phù hợp, chế tạo khung cơ khí, đi dây điện, lắp ráp các thiết bị, và kiểm tra hoạt động. Bài tập thực hành ứng dụng được thiết kế để giúp sinh viên hiểu rõ cách hoạt động, kỹ năng kiểm tra và khắc phục sự cố.

4.1. Lựa Chọn Thiết Bị Và Vật Liệu Cho Mô Hình

Thiết bị chính được sử dụng bao gồm: Motor điện DC 12V, công tắc điều khiển, relay điều khiển, cảm biến giới hạn, dây cáp điện, và các linh kiện điện tử khác. Vật liệu cơ khí bao gồm thép không gỉ, nhôm, nhựa ABS, và các ốc vít, bu lông tiêu chuẩn. Lựa chọn vật liệu phải đảm bảo độ bền, an toàn, dễ gia công, và chi phí hợp lý. Tất cả các thiết bị được chọn lọc kỹ lưỡng để đảm bảo độ tin cậy và phục vụ mục đích giáo dục hiệu quả.

4.2. Bài Tập Thực Hành Và Hướng Dẫn Sử Dụng

Bài tập thực hành được thiết kế bao gồm: Kiểm tra xác định chân cụm công tắc và motor, kiểm tra hoạt động của các cảm biến, đánh pan và kiểm tra hư hỏng, xác định chân giắc đầu radio. Mỗi bài tập có hướng dẫn chi tiết về quy trình thực hiện, công cụ cần dùng, và cách xử lý kết quả. Hướng dẫn sử dụng mô hình giúp sinh viên và giáo viên dễ dàng vận hành, bảo trì, và khai thác tối đa giá trị giáo dục của mô hình trong quá trình giảng dạy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Thiết kế thi công mô hình hê thống giải trí Chương 4: Thiết kế thi công mô hình hệ thống điều khiển ghế điện. Chương 5: Một số bài tập thực hành ứng dụng của mô hình ghế điện và hệ thống giải trí Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về hệ thống ghế trên ô tô 2. Giới thiệu về các hệ thống điện tiện nghi trên ô tô Trong suốt quá trình phát triển, các hệ thống của ôtô, đặc biệt là các hệ thống nhằm giảm bớt sức lao động của lái xe và tiện dụng cho hành khách càng ngày càng được nâng cấp và hoàn thiện nhằm thỏa mãn các yêu cầu ngày càng cao và kắt khe của người sử dụng. Các hệ thống có các trang thiết bị đảm bảo các tiêu chí trên được gọi là các hệ thống trang bị tiện nghi trên ôtô.

Việc trang bị và nâng cấp các hệ thống này cũng là một trong những tiêu chí thu hút khách hàng của các hãng ôtô. Các hệ thống trang bị tiện nghi trên ôtô gồm: hệ thống rửa-gạt nước kính xe và gạt nước đèn pha; hệ thống cửa sổ điện, gương điện; hệ thống khóa cửa và chống trộm; hệ thống điều khiển ghế và nhận dạng; hệ thống nghe-nhìn và thông tin; hệ thống ga tự động; “đồ chơi” trên ôtô. Tư thế ngồi lái xe ô tô đúng cách giúp lái xe không mệt mỏi và an toàn Theo nghiên cứu thì tầm nhìn lý tưởng nhất là mắt người lái nhìn ra là ngay giữa của kính chắn gió trước và cao hơn bảng điều khiển (dashboard) khoảng 5 – 6 cm. Kiểm tra lần nữa là nhìn rõ gương hậu hai bên và trong xe.

Nếu chưa được thì chỉnh gương. Nếu thấp hơn, mắt nguời lái không thể nhìn hết đầu xe và kiểm soát khu vực mũi xe. Nhưng nếu cao hơn, người lái có xu hướng nhìn gần và không thể dự trù cho các tình huống đang đến. Trên thực tế, với điều kiện giao thông tại Việt Nam, người lái thích ngồi cao để tiện quan sát, luồn lách và né xe máy.

Nhưng về mặt an toàn, ngồi quá cao cũng không tốt. Trong cửa xe của Mercedes-Benz có thêm khung cường lực để hấp thụ lực va chạm hông, khi bạn ngồi cao quá, dồn hết cơ thể lên trên gương thì khả năng bảo vệ sẽ kém đi. Chình vì thế tư thế và vị trí ngồi ảnh hưởng rất nhiều đến sự an toàn và thoải mái khi lái xe. Để tránh đau lưng, bạn cần áp dụng tư thế ngồi đúng chuẩn, với phần mông và lưng vuông góc, hoàn toàn tì vào ghế lái.

Ngồi đúng tư thế cũng giúp bạn duy trì sự tỉnh táo trên suốt chặng đường dài. Để đảm bảo việc điều chỉnh khoảng cách ghế ngồi đúng nhất, bạn nên khởi động xe rồi đạp chân phanh vài lần. Điều này sẽ giúp bạn làm quen với 3 hành trình chân phanh, qua đó điều chỉnh khoảng cách phù hợp nhất. Chỉnh sao cho chân phải có thể đạp hết hành trình của ga và phanh, đầu gối của bạn gập ở góc khoảng 120 độ.

Không nên chỉnh ghế lái quá xa, điều này sẽ khiến cho đầu gối của bạn bị duỗi thẳng, qua đó làm giảm tác dụng của lực đòn bẫy và mất cảm giác với hành trình chân phanh, chân ga. Ngược lại, nếu ghế lái quá gần sẽ làm đầu gối chạm vào bảng táp lô, cản trở thao tác của bạn. Tư thế ngồi lái xe đúng chuẩn là lưng ghế song song với cột vô lăng. Tuy nhiên, bạn có thể điều chỉnh dao động trong khoảng 95-110 độ.

Để kiểm tra độ nghiêng ghế đã đạt chuẩn chưa, bạn hãy đặt cổ tay ở điểm cao nhất trên vô lăng. Nếu cảm thấy thoải mái, trong khi vẫn giữ vững tư thế ngồi lái xe thẳng tỳ lưng vào ghế tựa tức là bạn đã làm đúng. Chỉnh chiều cao ghế nhằm mục đích giúp bạn quan sát phía trước dễ dàng hơn, tránh gây mỏi cổ và tai nạn đáng tiếc trên đường, trong khi vẫn quan sát tốt bảng điều khiển. Thông thường, để có tư thế ngồi lái xe thuận tiện, chiều cao tương ứng cho phép bạn để chiều rộng bàn tay giữa đầu và trần xe.

Tốt nhất nên điều chỉnh tựa đầu cao hơn mí mắt và giữ khoảng cách 2-3cm so với đầu. Nếu không thể đạt được khoảng cách đó, cần điều chỉnh lại góc nghiêng lưng ghế sao cho tư thế ngồi lái xe đem lại sự thoải mái. Khi lái xe, bạn cũng nên để đầu hơi hướng về phía trước và giữ đúng khoảng cách để tránh nguy cơ chấn thương cổ khi khoảng cách quá xa.1: Tư thế ngồi ghế chuẩn khi lái xe 2. Sự phân bố hệ thống ghế trên các dòng xe khác nhau Tùy thuộc vào kích thước và nhu cầu của các dòng xe khác nhau mà các nhà sản xuất có các cách phân bổ vị trí và số lượng ghế trên các dòng xe cũng khác nhau.

Ở các dòng xe sedan thì với một kích thước trung bình và khối động cơ với các tính năng thể thao thì số lượng ghế được bố thiết kế trên xe là 5 chỗ với 1 vị trí của người lái và 4 vị trí ngồi cho hành khách 5 Hình 2.2: Số ghế ngồi trên dòng xe sedan Trên các dòng xe SUV- xe thể thao đa dụng cũng được nhiều hộ gia đình chọn lựa cho các chuyến đi chơi xa hay về thăm quê nhà chính vì thế mà không gian ngồi và hành lý là một lựa chọn hàng đầu khi mua xe. Nắm bắt được như cầu này mà các nhà thiết kế và sản xuất đã cho ra đời những dòng xe SUV bắt nguồn là từ Mỹ rất được ưa chuộng và lan truyền sang các nước Châu Âu.3: Ghế ngồi trên xe 7 chỗ 6 Hình 2.4: Ghế ngồi trong cabin các dòng xe bán tải Nhưng nếu bạn là một người hay di chuyển đó đây với những hàng hóa cồng kềnh một cách thường xuyên thì đừng lo đã có các dòng xe bán tải làm hài lòng bạn về chuyện đó. Với cabin chỉ có 2 người ngồi nhưng thiết kế phần đuôi rất rộng rãi và thoáng nên việc vận chuyển những hàng hóa cồng kềnh là điều khả thi so với các dòng xe sedan hay SUV trước đây. Bên cạnh những nhu cầu thông dụng bình thường như trên thì khoang ghế cho trẻ nhỏ cũng là một trong những thứ mà nhà sản xuất và thiết kế không thể bỏ qua.

Với các tiêu chí an toàn được đặt lên hàng đầu thì các hãng ô tô cần có những chiếc ghế đảm bảo an toàn mức cao nhất cho các thế hệ trẻ.5: Ghế ngồi chuyên dụng cho trẻ em 7 Hay bên cạnh đó là những chiếc siêu xe. Những món ăn tinh thần cho giới nhà giàu là một trong những thị trường mà các hãng ô tô luôn được thách thức mức độ hài lòng của những chủ nhân chiếc xe. Chính vì thế mà hệ thống ghế trên những chiếc siêu xe này rất đặc biệt Hình 2.6: Ghế trên siêu xe Lamborghini Aventador Với các đặc điểm như gia tốc xuất phát nhanh,gầm xe thấp. tốc độ cực đại và thời gian đạt tốc độ cực đại rất cao thì kích thước và hình dạng của ghế cũng được thiết kế rất sắc nét và có độ bền cao.

Chức năng của ghế trên ô tô Chính vì mục đích là làm sao tạo ra một chiếc xe ô tô đầy đủ tiện nghi nhưng không kém phần gọn gàng, mượt mà, êm dịu, thoải mái cả cho người lái xe, phương tiện và mọi người xung quanh và cả ngay cho động cơ. Từ khi phát minh ra ô tô thì ghế là một trong những bộ phận chính đầu tiên. Vì khi ở tư thế ngồi cơ thể ta có thể quan sát phía trước và xung quanh một cách tối ưu, giảm sự mỏi mệt trong quá trình lái xe. Vậy chức năng chính của ghế trên ô tô là: Giúp người lái có thể quan sát xung quanh và phía trước một cách đầy đủ nhất Điều khiển các tính năng và thao tác như tăng ga, thay đổi số, đạp phanh,.

khi đi xe một cách chuẩn và tối ưu nhất Tạo cảm giác thoải mái nhất cho cả hành khách và người lái Giữ cho người trong xe được an toàn khi xảy ra va cham hay tai nạn bằng cơ cấu dây đai an toàn 2. Yêu cầu của hệ thống ghế Hình 2.7: Góc ngồi trên xe phù hợp với ghế Mỗi hệ thống đều có chức năng và nhiệm vụ riêng trên ô tô chính vì thế để đáp ứng các nhu cầu của hành khách trong xe thì mỗi hệ thống đều có những yêu cầu riêng. Chẳng hạn như:  Thoải mái cho người ngồi, không quá mềm hay quá cứng. 9  Đáp ứng các yêu cầu của các hệ thống quan trọng khác đối với hành khách như các thao tác lái xe  Có thể dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với kích thước cơ thể từng người khi ngồi lên xe  Cứng, vững chắc, không di chuyển trong quá trình hành khách đang sử dụng  Dễ sử dụng đối với những người mới  Đầy đủ các cơ cấu an toàn khi xảy ra tai nạn  Dễ thoát thân khi có sự cố  Bảo vệ được hành khách khi xảy ra tai nạn 2.

Phân loại hệ thống ghế  Dựa vào nguyên lý hoạt động thì ta có thể phân loại ghế thành 2 loại là ghế cơ và ghế điện + Ghế cơ sử dụng cơ cấu cơ khí để điều khiển sự di chuyển của ghế để phù hợp với người ngồi nhất. Được điều chỉnh trực tiếp bằng tay Hình 2.8: Cơ cấu điều chỉnh ghế bằng tay và cơ cấu cơ khí + Ghế điện sử dụng cơ cấu bao gồm cụm motor 2 chiều và công tắc điện để điều chỉnh vị trí ghế thường bao gồm 5 motor: motor nâng hạ đùi, motor trượt tới lui, motor gập ngã lưng, motor bơm lưng, motor nâng hạ mông.9: Điều chỉnh ghế bằng công tắc điện thay vì cơ khí Dựa vào vị trí thì có thể phân loại ghế thành ghế người lái (ghế tài) và ghế hành khách. + Ghế hành khách cũng được trang bị các tính năng di chuyển và an toàn cơ bản như ghế của người lái. Nhưng ghế phụ có thiết kế đơn lẽ và có thiết kế theo cụm + Ghế người lái thì ngoài các tính năng an toàn nó luôn được thiết kế độc lập có thể tùy từng nước mà ghế tài được thiết kế bên trái hoặc bên phải của xe nhưng cơ bản nó luôn được ưu ái hơn về các tính năng an toàn và thư giản hơn các ghế phụ chẳng hạn như ghế tài có thế khóa hết các công tắc cửa ở các ghế phụ.