Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp ô tô hiện đại đang chứng kiến sự chuyển dịch công nghệ mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải và nâng cao tính tiện nghi, an toàn cho người sử dụng. Trong tổng thể kết cấu xe hơi, hệ thống chiếu sáng và tín hiệu giữ vai trò bảo đảm khả năng quan sát cho người lái khi vận hành trong điều kiện ban đêm hoặc thời tiết thiếu sáng, đồng thời hỗ trợ các phương tiện xung quanh và người đi bộ nhận biết sự hiện diện cũng như phán đoán chính xác hướng di chuyển của phương tiện. Trên các mẫu xe thương mại thế hệ mới như Hyundai Creta 2020, các công nghệ chiếu sáng bán dẫn (LED) cùng các khối điều khiển điện tử thân xe (BCM) được trang bị rộng rãi, kéo theo yêu cầu kỹ thuật viên sửa chữa phải nắm vững kiến thức chuyên sâu về sơ đồ mạch điện, nguyên lý làm việc và kỹ năng chẩn đoán sự cố.

Trước yêu cầu đào tạo thực hành kỹ thuật cơ khí động lực và nâng cao năng lực tay nghề cho sinh viên kỹ thuật trước khi ra trường, đề tài "Nghiên cứu hệ thống chiếu sáng, tín hiệu trên xe Hyundai CRETA 2020" được thực hiện bởi sinh viên Trần Quang Minh dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Nhỉnh tại Khoa Cơ khí Động lực (năm 2024).

Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể gồm hai nhiệm vụ chính:

  1. Kiểm tra, đánh giá tình trạng kỹ thuật, các thông số chính và tìm hiểu cách thức hoạt động của các kết cấu trong hệ thống đèn tín hiệu trên xe Hyundai Creta 2020.
  2. Xây dựng mô hình thực hành và thiết lập phương pháp kiểm tra, sửa chữa hệ thống đèn tín hiệu trên xe Hyundai Creta 2020 phục vụ công tác giảng dạy, học tập.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là toàn bộ hệ thống chiếu sáng, tín hiệu và âm thanh trang bị trên dòng xe Hyundai Creta 2020. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc làm rõ kết cấu cơ khí, sơ đồ nguyên lý mạch điện, mối tương quan lắp ghép giữa các cụm chi tiết; phân tích nguyên nhân, hiện tượng hư hỏng; xây dựng quy trình tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa chuẩn kỹ thuật; đồng thời tiến hành thiết kế và chế tạo hoàn thiện mô hình sa bàn sa lưới điện phục vụ thực hành tại xưởng đào tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng lý thuyết kỹ thuật điện - điện tử ô tô kết hợp với các tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật phương tiện cơ giới đường bộ. Tác giả phân tích đặc tính quang học, cấu tạo và hiệu suất của bốn công nghệ nguồn sáng cơ bản trên ô tô:

  • Đèn Halogen: Sử dụng dây tóc vonfram đốt nóng đến 2500 °C trong môi trường khí trơ argon và nitơ, nhiệt độ màu khoảng 3500 °K cho ánh sáng vàng giúp hạn chế hiện tượng tán sắc trong sương mù.
  • Đèn Xenon (HID - High Intensity Discharge): Phóng điện trong ống thạch anh chứa khí trơ xenon, thủy ngân và muối kim loại; công suất hoạt động 35 W; cung cấp quang thông gấp 2-3 lần đèn halogen với nhiệt độ màu từ 4300 °K đến 5500 °K.
  • Đèn LED (Light Emitting Diode): Điốt bán dẫn phát quang đơn sắc hoặc đa sắc, đạt hiệu suất phát quang cao và tiết kiệm điện năng.
  • Đèn Laser: Công nghệ chiếu luồng laser vào thấu kính chứa khí phốt pho màu vàng để tạo ánh sáng trắng xanh; tầm chiếu xa đạt tới 600 m (so với 300 m của đèn LED) với mức tiêu thụ điện thấp.

Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn giao thông đường bộ được áp dụng cho từng hệ thống bao gồm:

  • Hệ thống còi ô tô: Tiêu chuẩn mức độ âm thanh cực đại không vượt quá 115 dB ở khoảng cách 1 m; dải tần số âm thanh từ 200 Hz đến 2000 Hz; khả năng hoạt động liên tục tối thiểu 5 phút. Tần số dao động của màng rung còi điện đạt từ 250 Hz đến 400 Hz.
  • Hệ thống đèn xi nhan và cảnh báo nguy hiểm: Cường độ sáng quy định từ 33 cd/m² đến 150 cd/m²; tần số nhấp nháy từ 60 đến 120 lần/phút; màu sắc quy chuẩn là màu vàng/cam; bố trí lệch hai bên thân xe.
  • Hệ thống đèn phanh: Màu sắc đỏ chuẩn; cường độ sáng tối thiểu 16 cd/m², tối đa 320 cd/m²; góc chiếu sáng ngang đạt ± 15°, góc chiếu sáng dọc đạt ± 5°.
  • Hệ thống đèn chiếu sáng: Khoảng cách chiếu xa (đèn pha) đạt từ 100 m đến 150 m (tối thiểu 100 m), công suất tiêu thụ 45 W đến 70 W; khoảng cách chiếu gần (đèn cốt) từ 50 m đến 75 m, công suất tiêu thụ 35 W đến 40 W.

Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm:

  • Phương pháp tổng hợp, phân loại và phân tích lý thuyết kỹ thuật về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các hệ thống điện thân xe.
  • Phương pháp khảo sát, mô tả kỹ thuật trên đối tượng thực tế: Phân tích sơ đồ mạch điện, cách bố trí cụm công tắc, rơle, cầu chì và hộp điều khiển BCM trên xe Hyundai Creta 2020.
  • Phương pháp xây dựng quy trình công nghệ: Lập bảng chẩn đoán mã lỗi/hiện tượng hư hỏng, xác định vị trí nghi ngờ và chuẩn hóa quy trình tháo lắp, kiểm tra từng cụm linh kiện.
  • Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: Gia công cơ khí khung giá, bố trí thiết bị và đấu nối hoàn thiện mô hình sa bàn chiếu sáng - tín hiệu.

Nguồn dữ liệu của đồ án gồm tài liệu sửa chữa của hãng Hyundai cho dòng Creta 2020, giáo trình chuyên ngành Cơ khí Động lực và các tiêu chuẩn kiểm định an toàn kỹ thuật phương tiện cơ giới đường bộ của Việt Nam.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài

Chương này trình bày bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và nhu cầu sử dụng ô tô tại Việt Nam với quy mô dân số trên 96 triệu người. Tác giả luận giải tính cần thiết của việc tiếp cận các công nghệ ô tô tiên tiến trong thời đại 4.0. Trình độ kỹ thuật viên cần được nâng cao để đáp ứng các quy trình bảo dưỡng, chẩn đoán hư hỏng phức tạp. Chương 1 xác định rõ hai mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu là xe Hyundai Creta 2020, phạm vi khảo sát kết cấu điện thân xe và kết cấu bố cục gồm 3 chương kèm kết luận, kiến nghị.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của đề tài

Nội dung chương 2 tập trung phân tích cấu tạo, thông số kỹ thuật và sơ đồ nguyên lý của các phân hệ trên ô tô nói chung và xe Hyundai Creta 2020 nói riêng:

  • Tổng quan hệ thống chiếu sáng: Trình bày chức năng các bộ phận như rơle tổ hợp, cụm đèn phía sau, cảm biến đèn tự động, bộ chấp hành góc chiếu, bộ tạo nháy xi nhan và cảm biến báo hỏng đèn. Cụm công tắc điều khiển đèn bố trí sau bên trái vô lăng gồm 5 trạng thái hoạt động:
Vị trí công tắc Chức năng điều khiển
Vị trí 1 Off (Tắt toàn bộ hệ thống chiếu sáng)
Vị trí 2 Auto (Điều khiển bật/tắt chiếu sáng tự động theo cảm biến)
Vị trí 3 Bật đèn vị trí, đèn hậu và đèn soi biển số
Vị trí 4 Bật đèn chiếu sáng (đèn đầu)
Vị trí 5 Bật đèn sương mù
  • Mạch đèn pha, cốt trên Hyundai Creta 2020: Đối với đèn thông thường, dòng điện đi từ ắc quy qua cầu chì, cuộn dây rơle, module điều khiển, bóng đèn và về mass để đóng tiếp điểm rơle cấp nguồn cho cuộn kiểm soát tia sáng. Đối với cụm đèn pha LED, nguồn từ ắc quy qua cầu chì dẫn trực tiếp tới hộp điều khiển đèn pha LED, cuộn dây rồi qua bóng LED về mát.
  • Mạch đèn sương mù: Khóa điện mở, bật công tắc đèn và công tắc đèn sương mù, dòng điện từ ắc quy qua cầu chì tổng tới đèn sương mù và đèn chỉ báo taplo, sau đó qua hộp điều khiển BCM về mát để kích hoạt đèn ON.
  • Hệ thống tín hiệu:
    • Còi điện: Cấu tạo gồm màng cộng hưởng, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh, lõi thép, cuộn dây, ốc vít chỉnh âm lượng và âm điệu. Tần số dao động màng đạt 250 - 400 Hz. Mạch hoạt động khi nhấn còi: Dòng điện từ ắc quy qua cầu chì 15A, cuộn cáp còi, công tắc còi về mass vô lăng làm hút tiếp điểm, dẫn dòng tới cụm còi phát ra âm thanh.
    • Đèn xi nhan và cảnh báo nguy hiểm: Hoạt động qua hộp điều khiển BCM và module điều khiển taplo. Tác giả dẫn số liệu thống kê cho thấy việc dùng xi nhan đúng cách giúp giảm tới 30% nguy cơ tai nạn khi chuyển hướng; sử dụng đèn lùi đúng cách giúp giảm tới 20% nguy cơ tai nạn khi lùi xe. Đèn phanh sử dụng ánh sáng đỏ với góc chiếu ngang ± 15° và dọc ± 5°. Đèn soi biển số bằng nhựa hoặc kim loại chịu thời tiết bố trí ở đuôi xe.

Chương 3: Xây dựng quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống chiếu sáng, tín hiệu trên xe Hyundai Creta 2020

Chương này hệ thống hóa các hiện tượng hư hỏng, xây dựng quy trình tháo lắp và kiểm tra thực tế:

  • Bảng triệu chứng hư hỏng đèn pha gồm 13 dạng lỗi: Bóng không sáng hoặc chập chờn; ánh sáng không cân bằng (lệch bên); ánh sáng quá chói mắt; đèn pha sáng rời (lung lay); đèn tự động không hoạt động; đèn pha bị mờ; đèn không sáng hoặc sáng yếu; ánh sáng không đồng đều; đèn tắt bật không đều; đèn sáng sai hướng; đèn bật nhưng không tắt được; đèn chớp tắt liên tục.
  • Quy trình tháo lắp: Tháo nắp ổ cắm theo chiều kim đồng hồ đối với bóng halogen và ngược chiều kim đồng hồ đối với bóng LED; quy tắc bắt buộc là không chạm tay trần hoặc găng tay bẩn vào phần thủy tinh của bóng, nếu bám bẩn phải vệ sinh ngay bằng cồn hoặc dung môi. Quy trình tháo đèn sương mù trước (tháo miếng che, cụm đèn, bóng đèn); tháo đèn sương mù sau; tháo đèn trần trước, đèn trần sau và khoang hành lý.
  • Kiểm tra rơle đèn pha: Khi không kích hoạt, chân 3-4 không có dòng; khi cấp nguồn vào chân 1 (-) và chân 2 (+), tiếp điểm đóng và điện trở đo được giữa chân 3-4 đạt từ 2 Ω trở xuống.
  • Quy trình sửa chữa còi: Tháo cản trước, nới bu lông còi âm cao (A) và còi âm thấp (B), ngắt giắc cắm điện (C). Bảng kiểm tra hư hỏng còi được xác lập cho 3 trạng thái: Còi không kêu, còi kêu không vang/yếu và còi kêu không dứt khoát:
Tình trạng hư hỏng Hạng mục kiểm tra kỹ thuật Biện pháp sửa chữa
Còi không kêu Đo điện áp ắc quy; kiểm tra cầu chì 15A; kiểm tra công tắc, giắc nối, nút bấm còi, rơle còi Thay cầu chì nếu đứt; nối lại dây dẫn; nạp lại ắc quy nếu điện áp thấp; thay nút còi hoặc cạo sạch điểm tiếp mass; thay mới rơle hoặc còi nếu hỏng
Còi kêu không vang hoặc yếu Kiểm tra độ chặt đai ốc cọc đấu dây; kiểm tra bu lông thân và loa còi; đo điện áp ắc quy; kiểm tra điểm tiếp mass Xiết chặt các cọc đấu dây và bu lông loa còi; nạp lại ắc quy; cạo sạch rỉ sét nơi bắt còi vào thân xe
Còi kêu không dứt khoát Kiểm tra đường dây từ nút còi đến rơle; kiểm tra tiếp điểm rơle còi Xử lý điểm chạm mát của dây dẫn; thay mới nút bấm còi hoặc cặp tiếp điểm rơle bị cháy dính
  • Quy trình tháo cụm xi nhan gương: Ngắt cực âm ắc quy, tháo giá đỡ gương khỏi cụm gương ngoài (tránh làm hỏng kẹp cố định), tháo ốp gương cửa.

Thiết kế và triển khai mô hình thực hành kỹ thuật

Nhằm hiện thực hóa mục tiêu tạo học cụ đào tạo, đề tài tiến hành thiết kế và chế tạo mô hình sa bàn hệ thống chiếu sáng, tín hiệu:

  • Tiêu chuẩn khung mô hình: Kết cấu khung thép định hình vững chắc, có quy định kích thước chuẩn theo mẫu phục vụ phòng thực hành Khoa Cơ khí Động lực; bề mặt được sơn tĩnh điện bảo vệ; chân đế có bánh xe di chuyển và khóa hãm cố định.
  • Bố trí thiết bị: Toàn bộ các cụm chi tiết thực tế của xe Hyundai Creta 2020 được lắp đặt trực quan trên mặt bảng điều khiển, bao gồm:
    • Cụm đèn pha cốt phía trước (đèn halogen và đèn LED).
    • Cụm đèn sương mù trước và sau.
    • Cụm đèn hậu, đèn phanh, đèn lùi và đèn soi biển số.
    • Hệ thống còi điện đôi (còi âm cao A và còi âm thấp B).
    • Cụm công tắc điều khiển chiếu sáng tích hợp sau vô lăng và công tắc báo nguy hiểm (hazard).
  • Hệ thống điện và kiểm thử: Mạch điện được đấu nối chính xác theo sơ đồ nguyên lý của xe thật, tích hợp hộp cầu chì (cầu chì còi 15A, cầu chì tổng), rơle và nguồn ắc quy 12V. Các đường dây được phân màu, bọc ống bảo vệ và bố trí các điểm đo kiểm (chân giắc) giúp người học dễ dàng đo thông mạch, đo sụt áp và tạo các pan bệnh mô phỏng phục vụ rèn luyện kỹ năng sửa chữa.

Kết quả và đóng góp

Đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu với các kết quả cụ thể:

  1. Hệ thống hóa toàn diện các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn của hệ thống chiếu sáng và tín hiệu ô tô:
Hệ thống kỹ thuật Thông số kỹ thuật / Tiêu chuẩn ghi nhận trong văn bản
Đèn pha (chiếu xa) Cự ly chiếu sáng: 100 ÷ 150 m (tối thiểu 100 m); Công suất tiêu thụ: 45 ÷ 70 W
Đèn cốt (chiếu gần) Cự ly chiếu sáng: 50 ÷ 75 m; Công suất tiêu thụ: 35 ÷ 40 W
Đèn Halogen Dây tóc vonfram đốt đến 2500 °C; Nhiệt độ màu: ~3500 °K
Đèn Xenon (HID) Công suất: 35 W; Nhiệt độ màu: 4300 ÷ 5500 °K; Độ sáng gấp 2 ÷ 3 lần halogen
Đèn Laser Cự ly chiếu sáng: lên đến 600 m (so với 300 m của LED); Tiêu thụ điện bằng 1/2 LED
Đèn xi nhan Cường độ sáng: 33 ÷ 150 cd/m²; Tốc độ chớp nháy: 60 ÷ 120 lần/phút; Màu vàng/cam
Đèn phanh Cường độ sáng: 16 ÷ 320 cd/m²; Màu đỏ; Góc chiếu: ngang ± 15°, dọc ± 5°
Hệ thống còi Âm lượng tối đa: 115 dB (ở cự ly 1 m); Tần số âm thanh: 200 ÷ 2000 Hz; Tần số dao động màng rung: 250 ÷ 400 Hz; Thời gian chạy liên tục: ≥ 5 phút; Cầu chì: 15A
Rơle đèn pha Điện trở tiếp điểm khi kích hoạt nguồn (chân 1-2): ≤ 2 Ω (chân 3-4)
  1. Xây dựng bộ quy trình tháo lắp, kiểm tra và chẩn đoán chi tiết cho 7 cụm chi tiết: Đèn pha (13 dạng lỗi), đèn sương mù (4 dạng lỗi), đèn trần (4 dạng lỗi), còi điện (3 dạng lỗi), đèn xi nhan/hazard (4 dạng lỗi), đèn phanh/đèn lùi và đèn soi biển số.
  2. Đóng góp về mặt đào tạo: Chế tạo hoàn chỉnh mô hình học cụ vật lý hệ thống chiếu sáng - tín hiệu xe Hyundai Creta 2020 đạt yêu cầu kỹ thuật, tạo tài liệu tham khảo cho sinh viên các khóa sau của Khoa Cơ khí Động lực.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nội dung đề tài chủ yếu tập trung vào cấu trúc phần cứng, sơ đồ mạch điện và phương pháp đo kiểm truyền thống (kiểm tra điện trở, đo thông mạch rơle, kiểm tra cầu chì và tiếp điểm). Các vấn đề truyền thông dữ liệu mạng CAN bus điều khiển giữa hộp BCM với các ECU điều khiển trung tâm chưa được phân tích sâu. Đề tài chưa xây dựng quy trình chẩn đoán lỗi bằng máy quét chuyên dụng (OBD-II scantool).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng nghiên cứu quy trình chẩn đoán mã lỗi DTC trên hệ thống điều khiển thân xe bằng thiết bị chẩn đoán chuyên hãng.
    • Tích hợp thêm các bộ tạo pan bệnh tự động (bằng công tắc ngắt mạch hoặc vi điều khiển) trên mô hình thực hành để phục vụ công tác kiểm tra, thi tay nghề sinh viên.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị thực tiễn đối với các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Sử dụng làm tài liệu tra cứu trực tiếp khi thực hiện đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Điện - Điện tử ô tô và môn Thực hành chẩn đoán, bảo dưỡng hệ thống điện thân xe.
  • Giảng viên bộ môn Cơ khí Động lực: Sử dụng mô hình hoàn thiện trang 53 cùng các bảng triệu chứng hư hỏng làm tài liệu hướng dẫn thực hành và xây dựng bài giảng trực quan.
  • Kỹ thuật viên bảo dưỡng, sửa chữa ô tô: Tham khảo các tiêu chuẩn kỹ thuật về còi (115 dB, 200-2000 Hz), xi nhan (60-120 lần/phút), thông số kiểm tra rơle (≤ 2 Ω) và quy trình tháo lắp an toàn các cụm đèn pha LED, đèn gương chiếu hậu trên xe Hyundai Creta 2020.

Câu hỏi thường gặp

1. Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với hệ thống còi ô tô được quy định bằng các thông số cụ thể nào? Hệ thống còi ô tô phải đáp ứng mức độ âm thanh tối đa là 115 dB ở khoảng cách 1 mét, dải tần số âm thanh nằm trong khoảng từ 200 Hz đến 2000 Hz, thời gian hoạt động liên tục ít nhất 5 phút và màng rung còi điện dao động với tần số từ 250 Hz đến 400 Hz. Mạch bảo vệ sử dụng cầu chì 15A.

2. Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn pha LED trên xe Hyundai Creta 2020 hoạt động như thế nào? Dòng điện từ nguồn ắc quy đi qua cầu chì, dẫn vào hộp điều khiển đèn pha LED, qua cuộn dây điều khiển, cấp dòng đến bóng đèn LED và đi về mát để làm bóng đèn phát sáng.

3. Yêu cầu an toàn bắt buộc khi tiến hành thay thế bóng đèn pha halogen và bóng đèn pha LED là gì? Người thực hiện tuyệt đối không chạm tay trần hoặc đeo găng tay bẩn tiếp xúc trực tiếp vào bề mặt thủy tinh của bóng đèn. Nếu bề mặt bóng đèn bị bám bẩn, phải lau sạch ngay lập tức bằng cồn hoặc dung môi chuyên dụng và chờ khô hoàn toàn trước khi lắp đặt.

4. Đèn xi nhan trên ô tô phải tuân thủ những tiêu chuẩn kỹ thuật nào về màu sắc, cường độ và tần số nhấp nháy? Đèn xi nhan phải phát ánh sáng màu vàng (cam), cường độ sáng tối thiểu đạt 33 cd/m² và tối đa đạt 150 cd/m², tốc độ nhấp nháy duy trì đều đặn từ 60 đến 120 lần mỗi phút.

5. Phương pháp kiểm tra rơle đèn pha bằng đồng hồ đo điện trở được thực hiện như thế nào? Khi rơle ở trạng thái không kích hoạt, đo giữa hai chân 3-4 không có dòng điện (hở mạch). Khi cấp nguồn điện ắc quy vào chân 1 (-) và chân 2 (+), tiếp điểm đóng lại, dòng điện chạy qua chân 3-4 và điện trở đo được giữa hai chân này phải đạt giá trị từ 2 Ω trở xuống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Trần Quang Minh đã làm rõ cấu tạo, nguyên lý vận hành của hệ thống chiếu sáng, tín hiệu và còi điện trên dòng xe Hyundai Creta 2020. Nghiên cứu đã xây dựng thành công bảng chẩn đoán sự cố, thông số kỹ thuật tiêu chuẩn và quy trình tháo lắp, kiểm tra sửa chữa cho từng phân hệ cụ thể. Đồng thời, việc chế tạo hoàn thiện mô hình sa bàn thực hành đáp ứng tốt yêu cầu trực quan hóa trong đào tạo kỹ thuật ô tô tại cơ sở đào tạo.