Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống giao thông vận tải hiện đại, ô tô đóng vai trò chủ lực trong vận chuyển hành khách và hàng hóa. Cùng với sự phát triển của công nghiệp ô tô tại Việt Nam theo định hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các tiêu chuẩn về an toàn kỹ thuật, tính tiện nghi và độ êm dịu chuyển động của phương tiện ngày càng được nâng cao. Hệ thống treo là cụm cơ cấu kết nối đàn hồi giữa thân vỏ (hoặc khung xe) với các cầu hoặc cụm bánh xe, chịu trách nhiệm dập tắt dao động từ mặt đường, đảm bảo sự tiếp xúc liên tục của bánh xe với mặt đường và duy trì khả năng kiểm soát quỹ đạo chuyển động của xe trong mọi điều kiện vận hành.

Để duy trì các chỉ tiêu vận hành tối ưu, kéo dài tuổi thọ của cụm chi tiết cơ khí và bảo đảm an toàn giao thông, hệ thống treo đòi hỏi phải được kiểm tra, chẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa theo đúng quy trình kỹ thuật tiêu chuẩn. Đồ án tốt nghiệp "Xây dựng quy trình kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống treo Honda CRV 1.5L 2018" do sinh viên Lê Đức Anh và Trần Hoàng Vũ thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Mạnh Cường tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (tháng 08/2021), được triển khai nhằm chuẩn hóa các bước thực hành kỹ thuật trên dòng xe crossover thương mại phổ biến.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo 3 nội dung chính:

  1. Khái quát hóa cơ sở lý thuyết về công dụng, phân loại, kết cấu cơ bản và nguyên lý làm việc của các loại hệ thống treo trên ô tô.
  2. Phân tích thông số kỹ thuật, đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận thuộc hệ thống treo trước và treo sau trên xe Honda CR-V 1.5L 2018.
  3. Xây dựng quy trình chi tiết về kiểm tra, cân chỉnh góc đặt bánh xe, chẩn đoán hư hỏng và tháo lắp sửa chữa từng cụm chi tiết của hệ thống treo phục vụ công tác đào tạo và dịch vụ kỹ thuật ô tô.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống treo độc lập trên dòng xe Honda CR-V 1.5L phiên bản 2018. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đặc tính kết cấu cơ khí, thông số góc đặt bánh xe, các phương pháp đo đạc kiểm tra hình học gầm và quy trình công nghệ tháo lắp, bảo dưỡng các cụm chi tiết cơ khí của hệ thống treo trước (MacPherson) và hệ thống treo sau (đa liên kết).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý thuyết, đề tài ứng dụng các nguyên lý cơ bản của động lực học ô tô và cơ học kết cấu gầm:

  • Nguyên lý đàn hồi và dập tắt dao động: Phân tích sự chuyển hóa cơ năng dao động thành nhiệt năng thông qua môi chất thủy lực trong giảm chấn, sự làm việc của lò xo trụ dưới tải trọng thẳng đứng, và vai trò của các thông số độ võng tĩnh ($f_t$), độ võng động ($f_đ$), hệ số cản nén ($K_n$) và hệ số cản trả ($K_t$) của giảm chấn hai chiều.
  • Lý thuyết góc đặt bánh xe (Wheel Alignment Geometry): Phân tích 4 thông số hình học cơ bản quyết định động học chuyển động của ô tô, bao gồm góc nghiêng trục quay đứng (Caster), góc nghiêng bánh xe (Camber), độ chụm bánh xe (Toe-in) và góc quay lái lớn nhất (Steering angle).
  • Phân loại kết cấu hệ thống treo: Hệ thống hóa các kết cấu treo phụ thuộc (nhíp lá, lò xo trụ), treo độc lập (MacPherson, tay đòn kép, đa liên kết Multi-link) và hệ thống treo khí nén điều chỉnh chiều cao tự động qua van cơ khí hoặc van điện từ kết hợp bộ vi xử lý.

Phương pháp nghiên cứu được nhóm tác giả thực hiện thông qua 5 bước logic:

  • Bước 1: Thu thập, khai thác tài liệu kỹ thuật chuyên ngành và tài liệu hướng dẫn sửa chữa chính hãng của dòng xe Honda CR-V 1.5L 2018.
  • Bước 2: Phân loại, biên dịch và sắp xếp các tài liệu kỹ thuật tiếng Anh thành hệ thống đơn vị kiến thức khoa học.
  • Bước 3: Nghiên cứu, phân tích kết cấu cơ khí, nguyên lý làm việc, các dạng sai lệch hình học và cơ chế hư hỏng của hệ thống treo.
  • Bước 4: Tổng hợp và hệ thống hóa các bước công nghệ thành quy trình kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa chuẩn xác.
  • Bước 5: Hoàn thiện văn bản đồ án kỹ thuật và sơ đồ hướng dẫn thao tác thực tế.

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm thông số kỹ thuật tiêu chuẩn từ nhà sản xuất Honda Motor, tài liệu hướng dẫn xưởng dịch vụ dòng xe Honda CR-V thế hệ 5 và giáo trình chuyên ngành Cơ khí Động lực.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu: Khái quát đề tài và phương pháp luận

Phần mở đầu xác lập tính cấp thiết của việc xây dựng quy trình kỹ thuật đối với hệ thống gầm ô tô, định vị vai trò của hệ thống treo trong việc bảo đảm tiện nghi và an toàn chuyển động. Tác giả làm rõ mục tiêu, đối tượng nghiên cứu trên dòng xe Honda CR-V 1.5L 2018, xác định phương pháp tiếp cận từ lý thuyết tổng quan đến quy trình công nghệ cụ thể gồm 5 bước thực hiện.

Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo

Chương 1 hệ thống hóa toàn diện lý thuyết chung về hệ thống treo ô tô với các nội dung trọng tâm:

  • Công dụng: Kết nối đàn hồi thân xe với hệ thống chuyển động, giảm tải trọng động và rung giật từ mặt đường, đảm bảo tính ổn định và khả năng kiểm soát hướng lái khi xe quay vòng hoặc di chuyển trên đường không bằng phẳng.
  • Phân loại hệ thống treo:
    • Theo bộ phận dẫn hướng: Treo độc lập (dầm cầu cắt, khối lượng không được treo nhỏ, trọng tâm xe thấp, độ êm dịu cao) và treo phụ thuộc (dầm cầu liền, cấu tạo đơn giản, vết bánh xe cố định nhưng khối lượng không treo lớn).
    • Theo phần tử đàn hồi: Lò xo trụ (hấp thụ năng lượng tốt, gọn nhẹ, chỉ chịu lực thẳng đứng); Nhíp lá (kết cấu dạng dầm, chịu lực đa phương, chiếm 5,5% - 8,0% trọng lượng ô tô, tuổi thọ 10 - 15 vạn km trên đường tốt); Thanh xoắn (gọn nhẹ, chế tạo từ thép đàn hồi chịu xoắn); Bầu khí nén (điều chỉnh độ cứng và chiều cao thân xe linh hoạt qua van trượt cơ khí hoặc van điện từ vi xử lý); Phần tử thủy khí (kết hợp pít-tông - xi lanh dầu và khí nén).
    • Theo dập tắt dao động: Giảm chấn thủy lực một chiều, hai chiều đối xứng và hai chiều không đối xứng ($K_n < K_t$).
  • Yêu cầu kỹ thuật: Đảm bảo độ võng tĩnh $f_t$, độ võng động $f_đ$ phù hợp; giữ ổn định khoảng cách vệt bánh xe và góc đặt trục quay đứng; dập tắt dao động nhanh; giảm thiểu khối lượng phần không được treo.

Chương 2: Cấu tạo và hoạt động của hệ thống treo Honda CR-V 1.5L 2018

Chương 2 phân tích chuyên sâu đối tượng nghiên cứu thực tế:

  • Thông số kỹ thuật xe Honda CR-V 1.5L 2018: Kích thước tổng thể $4584 \times 1855 \times 1679\text{ mm}$, chiều dài cơ sở $2660\text{ mm}$, khoảng sáng gầm $198\text{ mm}$, bán kính quay vòng tối thiểu $5900\text{ mm}$; trọng lượng không tải $1633\text{ kg}$, toàn tải $2158\text{ kg}$; động cơ 1.5L DOHC VTEC Turbo công suất $188\text{ Hp}$ tại $5600\text{ rpm}$, mô-men xoắn $240\text{ Nm}$ tại $2000 - 5000\text{ rpm}$, hộp số CVT.
  • Hệ thống treo trước: Sử dụng kết cấu độc lập kiểu MacPherson gồm lò xo trụ đặt lệch trục nghiêng vào trong kết hợp giảm chấn ống thủy lực làm trụ xoay đứng, một đòn treo dưới (càng chữ A) liên kết khớp cầu với ngỗng trục (moay-ơ) và thanh ổn định ngang. Kết cấu này giúp giảm khối lượng phần đầu xe và tối ưu hóa không gian khoang động cơ.
  • Hệ thống treo sau: Sử dụng kết cấu độc lập kiểu đa liên kết (Multi-link) với 4 đòn treo (đòn ngang trên, đòn ngang A bên dưới, đòn ngang B bên dưới và đòn kéo dọc). Lò xo trụ và giảm chấn hai ống thủy lực được bố trí tách rời nhau. Cụm đòn treo có chức năng khống chế 4 bậc tự do (trái, phải, tiến, lùi), chỉ cho phép bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng.
  • Nguyên lý hoạt động các cụm chi tiết: Thanh ổn định ngang hoạt động như một lò xo xoắn phụ trợ giúp giảm góc nghiêng thân xe khi vào cua; giảm chấn thủy lực hai chiều dập tắt dao động bằng quá trình tiết lưu dầu qua hệ thống van một chiều và van chính; lò xo trụ tiếp nhận và hấp thụ lực xung kích thẳng đứng.

Chương 3: Kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống treo

Chương 3 trình bày toàn bộ quy trình công nghệ kiểm tra, cân chỉnh và sửa chữa:

  • Chuẩn bị kiểm tra góc đặt bánh xe: 9 bước bắt buộc (nhả phanh tay, kiểm tra biến dạng cơ khí, giữ bình nhiên liệu đầy, lốp dự phòng và kích đúng vị trí, kiểm tra kích thước và áp suất lốp, căn thẳng lái vô lăng, kiểm tra độ đảo và khớp cầu, tháo bỏ toàn bộ tải trọng phụ, nhún xe để ổn định hệ thống treo).
  • Quy trình kiểm tra hình học:
    • Góc Caster: Lắp đĩa đo góc quay và đồng hồ đo bọt thủy lực lên moay-ơ; quay bánh ra ngoài $20^\circ$, chỉnh bọt thủy về $0^\circ$; quay bánh vào trong $20^\circ$ và đọc giá trị. Tiêu chuẩn: $5^\circ 04' \pm 30'$.
    • Góc Camber: Đo trực tiếp trên đồng hồ bọt thủy ở trạng thái thẳng lái. Tiêu chuẩn bánh trước: $-0^\circ 12' \pm 30'$; bánh sau: $-1^\circ 12' \pm 45'$.
    • Độ chụm (Toe): Đo hiệu số khoảng cách mép lốp trước và sau ($A - B$) bằng thước đo chuyên dụng. Tiêu chuẩn bánh trước: $A - B = 0 \pm 2\text{ mm}$; bánh sau: $1{,}5\text{ mm} \le A - B \le 4{,}5\text{ mm}$.
    • Góc quay bánh xe dẫn hướng: Quay hết lái sang hai bên; tiêu chuẩn góc quay bánh xe hướng vào trong là $37^\circ 40' \pm 2^\circ$, hướng ra ngoài là $31^\circ 02'$.
  • Quy trình điều chỉnh góc đặt bánh xe:
    • Camber trước: Nâng xe, tháo cảm biến tốc độ bánh xe, thay bộ bu-lông/đai ốc điều chỉnh tại vị trí liên kết giữa chân giảm chấn và ngỗng trục, xoay bu-lông để dịch chuyển vị trí chân giảm chấn rồi siết đúng lực quy định.
    • Độ chụm trước: Nới đai ốc hãm rotuyn lái ngoài, giữ thanh nối và xoay đầu thanh ren đều hai bên cho đến khi đạt độ chụm tiêu chuẩn, sau đó khóa chặt đai ốc hãm.
    • Độ chụm sau: Xoay bu-lông lệch tâm tại đòn ngang điều chỉnh phía sau.
  • Quy trình tháo lắp 12 cụm chi tiết: Hướng dẫn trình tự tháo dỡ, kiểm tra cơ tính và lắp đặt hoàn thiện cho đòn treo dưới trước, cụm lò xo - giảm chấn trước, tách rời lò xo bằng thiết bị nén chuyên dụng, thanh ổn định trước, cụm moay-ơ/vòng bi trước, đòn ngang A sau, đòn ngang B sau, đòn kéo sau, đòn ngang trên sau, lò xo sau, giảm chấn sau, thanh ổn định sau và moay-ơ bánh sau.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã tổng hợp và chuẩn hóa toàn bộ các thông số kỹ thuật, giá trị cân chỉnh hình học và quy trình công nghệ bảo dưỡng cho hệ thống treo xe Honda CR-V 1.5L 2018 theo các bảng số liệu kỹ thuật chính xác:

Hạng mục thông số Vị trí kiểm tra Giá trị tiêu chuẩn Dung sai cho phép
Góc Caster Bánh trước $5^\circ 04'$ $\pm 30'$
Góc Camber Bánh trước $-0^\circ 12'$ $\pm 30'$
Góc Camber Bánh sau $-1^\circ 12'$ $\pm 45'$
Độ chụm bánh xe Cầu trước $0\text{ mm}$ $\pm 2\text{ mm}$ ($A - B$)
Độ chụm bánh xe Cầu sau $1{,}5\text{ mm} \div 4{,}5\text{ mm}$ Nằm trong khoảng cho phép
Góc quay bánh xe Hướng vào trong $37^\circ 40'$ $\pm 2^\circ$
Góc quay bánh xe Hướng ra ngoài $31^\circ 02'$ Thông số hình học cố định

Bảng 1: Bảng tổng hợp thông số góc đặt bánh xe tiêu chuẩn Honda CR-V 1.5L 2018.

Thông số kích thước & Khối lượng Giá trị kỹ thuật Thông số hệ thống truyền lực Giá trị kỹ thuật
Kích thước bao (D x R x C) $4584 \times 1855 \times 1679\text{ mm}$ Loại động cơ 1.5L DOHC VTEC Turbo
Chiều dài cơ sở $2660\text{ mm}$ Dung tích xi-lanh $1498\text{ cc}$
Khoảng sáng gầm xe $198\text{ mm}$ Tỷ số nén 10,3:1
Bán kính quay vòng nhỏ nhất $5900\text{ mm}$ Công suất tối đa $188\text{ Hp} / 5600\text{ rpm}$
Trọng lượng không tải / Toàn tải $1633\text{ kg} / 2158\text{ kg}$ Mô-men xoắn cực đại $240\text{ Nm} / (2000-5000)\text{ rpm}$
Số chỗ ngồi 7 chỗ Hộp số trang bị Vô cấp CVT

Bảng 2: Thông số kỹ thuật cơ bản xe Honda CR-V 1.5L 2018.

Đóng góp kỹ thuật chính của đồ án:

  • Hệ thống hóa hoàn chỉnh quy trình chẩn đoán các triệu chứng hư hỏng của hệ thống treo thông qua âm thanh bất thường (tiếng kêu lục cục, tiếng rít cao su, tiếng va đập kim loại) và hiện tượng mất ổn định chuyển động (xe nhao lái, lốp mòn không đều, thân xe bồng bềnh).
  • Thiết lập quy trình 3 giai đoạn: Chuẩn bị kiểm tra - Đo đạc cân chỉnh hình học - Tháo lắp sửa chữa cơ khí, cung cấp hướng dẫn thao tác rõ ràng cho 12 cụm chi tiết cơ khí trên cả hệ thống treo MacPherson cầu trước và hệ thống treo đa liên kết cầu sau.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đề tài được xây dựng dựa trên phương pháp biên dịch, nghiên cứu tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất và khảo sát kết cấu cơ khí thực tế; chưa có điều kiện triển khai các thử nghiệm đo đạc phổ dao động thực tế trên đường bằng cảm biến gia tốc chuyên dụng hoặc mô phỏng động lực học gầm đa vật thể trên các phần mềm kỹ thuật (như Adams Car, Simpack).
  • Hướng phát triển: Nghiên cứu mở rộng quy trình kiểm tra, bảo dưỡng đối với các hệ thống treo bán chủ động, hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử tích hợp giảm xóc thích ứng (Adaptive Damper System); kết hợp xây dựng mô hình mô phỏng động lực học để đánh giá ứng suất, độ bền mỏi của các đòn liên kết khi xe hoạt động trong điều kiện đường giao thông phức tạp tại Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật hữu ích cho các đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Ô tô, Cơ khí Động lực: Sử dụng làm tài liệu tham khảo khi thực hiện đồ án môn học Kết cấu ô tô, đồ án Thiết kế - Tính toán hệ thống gầm và khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành khung gầm ô tô.
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Tham khảo các bảng quy trình tháo lắp, bảng chuẩn đoán triệu chứng hư hỏng và bảng tra cứu thông số góc đặt bánh xe để biên soạn giáo trình giảng dạy thực hành xưởng gầm ô tô.
  • Kỹ thuật viên tại các trung tâm dịch vụ, xưởng sửa chữa ô tô: Sử dụng trực tiếp quy trình kiểm tra, điều chỉnh góc Caster, Camber, Toe và các bước tháo lắp cụ thể đối với dòng xe Honda CR-V thế hệ 5 trong công tác bảo dưỡng định kỳ và đại tu gầm.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống treo trên xe Honda CR-V 1.5L 2018 sử dụng kết cấu cơ khí nào ở cầu trước và cầu sau?
Xe trang bị hệ thống treo độc lập kiểu MacPherson ở cầu trước (lò xo trụ đặt nghiêng, giảm chấn làm trụ xoay đứng và đòn ngang chữ A bên dưới) và hệ thống treo độc lập kiểu đa liên kết (Multi-link) 4 đòn treo ở cầu sau (gồm đòn ngang trên, đòn ngang A dưới, đòn ngang B dưới, đòn kéo dọc cùng lò xo và giảm chấn bố trí tách rời).

2. Giá trị tiêu chuẩn của góc Camber và Caster trên xe Honda CR-V 2018 là bao nhiêu?
Theo tài liệu kỹ thuật, góc Caster bánh trước tiêu chuẩn là $5^\circ 04' \pm 30'$. Góc Camber bánh trước cho phép là $-0^\circ 12' \pm 30'$, và góc Camber bánh sau cho phép là $-1^\circ 12' \pm 45'$.

3. Tiêu chuẩn độ chụm bánh xe trước và sau được quy định như thế nào trong quy trình kiểm tra?
Độ chụm tổng của bánh trước tiêu chuẩn là $A - B = 0 \pm 2\text{ mm}$. Độ chụm bánh sau cho phép nằm trong khoảng từ $1{,}5\text{ mm}$ (nhỏ nhất) đến $4{,}5\text{ mm}$ (lớn nhất).

4. Góc Camber bánh trước trên xe Honda CR-V 2018 được điều chỉnh bằng cách nào?
Kỹ thuật viên tháo bánh trước, tháo cảm biến tốc độ bánh xe, thay bộ bu-lông/đai ốc điều chỉnh chuyên dụng tại chân giảm chấn (nơi liên kết với ngỗng trục moay-ơ), xoay bu-lông để dịch chuyển phần dưới của thân giảm chấn đến khi góc Camber đạt giá trị tiêu chuẩn rồi siết đai ốc theo đúng lực quy định.

5. Những yêu cầu chuẩn bị bắt buộc trước khi tiến hành cân chỉnh góc đặt bánh xe là gì?
Cần bảo đảm 9 điều kiện: nhả phanh đỗ, kiểm tra kết cấu treo không bị biến dạng, đổ đầy bình nhiên liệu, đặt lốp dự phòng và bộ dụng cụ/kích đúng vị trí trong xe, kiểm tra kích thước và áp suất lốp đúng quy chuẩn, đưa vô lăng về vị trí thẳng lái, kiểm tra độ đảo bánh xe và độ rơ khớp cầu, dọn hết đồ vật nặng và không để người trong xe, hạ xe xuống mặt đất và nhún mạnh vài lần để ổn định hệ thống treo.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Đức Anh và Trần Hoàng Vũ đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ nghiên cứu thông qua việc tổng hợp cơ sở lý thuyết hệ thống treo ô tô và phân tích chi tiết kết cấu hệ thống treo trước MacPherson cùng hệ thống treo sau đa liên kết trên xe Honda CR-V 1.5L 2018. Công trình đã xây dựng thành công bộ quy trình kỹ thuật chuẩn hóa gồm kiểm tra, điều chỉnh các thông số góc đặt bánh xe (Caster, Camber, Toe, góc quay lái), chẩn đoán hư hỏng và các bước tháo lắp sửa chữa 12 cụm chi tiết cơ khí của hệ thống treo. Kết quả của đồ án mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao, phục vụ hiệu quả cho công tác học tập, giảng dạy chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô cũng như công tác bảo dưỡng, sửa chữa gầm xe tại các xưởng dịch vụ kỹ thuật.