Giáo trình hệ thống điện điện tử trên ô tô - Trường Cao đẳng Giao thông Vận tải

• Tác giả: Trần Hoàng Luân
• Trường học: Trường Cao đẳng Giao thông vận tải
• Chuyên ngành: Công nghệ ô tô
• Đề tài: Hệ thống điện điện tử trên ô tô
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình hệ thống điện điện tử trên ôtô

Giáo trình hệ thống điện điện tử trên ôtô là tài liệu đào tạo cốt lõi dành cho sinh viên ngành Công nghệ Ô tô trình độ cao đẳng. Giáo trình được biên soạn tại Trường Cao đẳng Giao thông Vận tải TP.HCM dưới sự chủ biên của ThS. Trần Hoàng Luân, phát hành năm 2019. Nội dung bao gồm 75 tiết học, tương đương 5 tín chỉ, trang bị kiến thức nền tảng về mạng điện ô tô hiện đại. Sinh viên học phần này sau khi hoàn thành các môn cơ sở ngành như Cơ kỹ thuật, Vật liệu kim loại và Dung sai lắp ghép. Giáo trình trình bày đầy đủ nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại các hệ thống điện điện tử. Người học nắm vững sơ đồ mạch điện, cấu tạo và nguyên lý làm việc của từng bộ phận. Phương pháp tiếp cận kết hợp lý thuyết với thực hành giúp sinh viên vận dụng kiến thức vào sửa chữa thực tế. Giáo trình cũng rèn luyện kỹ năng phân tích hư hỏng và tìm kiếm chi tiết thay thế phù hợp.

1.1. Vị trí và tính chất của môn học trong chương trình đào tạo

Môn học hệ thống điện điện tử trên ôtô được bố trí ở học kỳ 3 năm thứ nhất. Đây là giai đoạn sinh viên đã tích lũy kiến thức cơ sở từ các môn Điện kỹ thuật, Điện tử cơ bản và Động cơ đốt trong. Môn học có thể dạy song song với các mô đun bảo dưỡng sửa chữa động cơ xăng và diesel. Vị trí này đảm bảo sinh viên có nền tảng vững chắc trước khi tiếp cận nội dung chuyên sâu. Tính chất môn học thiên về ứng dụng thực tiễn, yêu cầu sinh viên phải tham gia tối thiểu 80% thời gian học lý thuyết.

1.2. Mục tiêu kiến thức và kỹ năng cần đạt được

Mục tiêu kiến thức yêu cầu sinh viên trình bày được nhiệm vụ, phân loại hệ thống điện và giải thích nguyên lý mạch điện ôtô. Về kỹ năng, người học phải phân tích hiện tượng hư hỏng và xác định nguyên nhân khiến hệ thống không hoạt động. Sinh viên cần tìm kiếm dụng cụ, chi tiết thay thế phù hợp cho các bộ phận hỏng. Thái độ học tập cũng được nhấn mạnh: chấp hành nghiêm túc nội quy lớp học và đảm bảo an toàn lao động trong quá trình thực hành. Đây là nền tảng để sinh viên làm việc hiệu quả trong ngành sửa chữa ôtô.

II. Phân tích cấu trúc nội dung chương trình học

Chương trình giáo trình hệ thống điện điện tử trên ôtô được chia thành 11 bài học trải rộng qua 8 chương. Nội dung bắt đầu từ khái quát mạng điện ôtô, sau đó đi sâu vào từng hệ thống riêng biệt. Chương trình trình bày cấu tạo, sơ đồ, nguyên lý làm việc và tính toán đơn giản cho mỗi hệ thống. Các chương trọng tâm bao gồm ắc quy khởi động, hệ thống khởi động, hệ thống cung cấp điện và đánh lửa. Phần nâng cao giới thiệu hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ, bao gồm cảm biến và tín hiệu điều khiển phun xăng. Giáo trình cũng đề cập hệ thống làm mát, chiếu sáng, tín hiệu và các thiết bị phụ trợ. Cách bố trí từ cơ bản đến nâng cao giúp sinh viên tiếp thu kiến thức theo trình tự logic. Mỗi bài học đều có mục tiêu rõ ràng, gắn liền với năng lực nghề nghiệp cần đạt.

2.1. Các hệ thống điện cơ bản trên ôtô

Giáo trình dành nhiều chương để phân tích các hệ thống điện cơ bản. Hệ thống ắc quy khởi động bao gồm cấu tạo acquy chì-axit, nguyên lý phóng nạp và nồng độ dung dịch điện phân. Hệ thống khởi động trình bày nguyên lý động cơ điện một chiều với cổ góp và chổi than. Hệ thống cung cấp điện giới thiệu máy phát điện và bộ điều chỉnh điện áp. Hệ thống đánh lửa giải thích nguyên lý tạo tia lửa cho động cơ xăng. Mỗi hệ thống đều có phần tính toán chế độ tải và chọn thiết bị phù hợp với loại xe.

2.2. Hệ thống điều khiển điện tử hiện đại

Phần hệ thống điều khiển lập trình chiếm vị trí quan trọng trong giáo trình. Chương này giới thiệu cấu trúc tổng thể của bộ điều khiển động cơ ECU. Các loại cảm biến như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến oxy, cảm biến nhiệt độ nước làm mát được phân tích chi tiết. Nội dung điều khiển đánh lửa giải thích thời điểm đánh lửa tối ưu theo tải trọng động cơ. Điều khiển phun xăng trình bày thời gian phun và lượng nhiên liệu theo tín hiệu cảm biến. Đây là nền tảng để sinh viên tiếp cận công nghệ ôtô hiện đại.

III. Phương pháp giảng dạy và tiếp cận nội dung

Phương pháp giảng dạy giáo trình hệ thống điện điện tử trên ôtô kết hợp lý thuyết với thực hành song song. Sinh viên học lý thuyết về nguyên lý hoạt động, sau đó thực hành trên mô hình và xe thực tế. Giáo trình sử dụng sơ đồ mạch điện minh họa giúp sinh viên hình dung trực quan cấu trúc hệ thống. Phương pháp tính toán đơn giản được áp dụng để chọn thiết bị phù hợp với từng loại xe. Giảng viên hướng dẫn sinh viên phân tích hư hỏng thông qua hiện tượng thực tế gặp phải. Kỹ năng đo lường, kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng và thiết bị chẩn đoán được rèn luyện liên tục. Giáo trình khuyến khích sinh viên tư duy phân tích nguyên nhân-thay vì chỉ ghi nhớ triệu chứng. Cách tiếp cận này giúp người học chủ động trong công việc sửa chữa sau khi tốt nghiệp.

3.1. Kết hợp lý thuyết và thực hành trong đào tạo

Mô hình đào tạo lý thuyết gắn liền với thực hành là đặc trưng của giáo trình này. Sinh viên được bố trí học song song với các mô đun bảo dưỡng-sửa chữa động cơ. Nội dung thực hành bao gồm đo nồng độ dung dịch axit sunfuric trong acquy, kiểm tra điện áp máy phát và chẩn đoán lỗi hệ thống đánh lửa. Giáo trình cũng yêu cầu sinh viên đọc và phân tích sơ đồ mạch điện thực tế. Phương pháp này giúp rút ngắn thời gian thích ứng với công việc thực tế sau khi ra trường. Sinh viên nắm vững cả nguyên lý lẫn kỹ năng thao tác.

3.2. Đánh giá năng lực người học

Hệ thống đánh giá trong giáo trình tập trung vào năng lực thực tế của sinh viên. Kiến thức được kiểm tra qua khả năng trình bày nguyên lý và giải thích sơ đồ mạch điện. Kỹ năng đánh giá qua bài thực hành phân tích hư hỏng và tìm kiếm chi tiết thay thế. Thái độ học tập được theo dõi qua tỷ lệ chuyên cần, yêu cầu tối thiểu 80% thời gian học lý thuyết. Sinh viên phải chứng minh khả năng vận dụng kiến thức vào tình huống thực tế. Cách đánh giá toàn diện này đảm bảo chất lượng đầu ra đáp ứng yêu cầu nghề nghiệp.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của giáo trình

Giáo trình hệ thống điện điện tử trên ôtô đóng vai trò nền tảng trong đào tạo kỹ thuật viên ôtô cao đẳng. Nội dung bao quát toàn bộ mạng điện từ hệ thống cơ bản đến điều khiển điện tử hiện đại. Kiến thức về acquy, máy phát, hệ thống khởi động và đánh lửa tạo nền tảng vững chắc cho nghề sửa chữa. Phần điều khiển lập trình giúp sinh viên tiếp cận công nghệ phun xăng điện tử và chẩn đoán lỗi bằng thiết bị chuyên dụng. Giáo trình được biên soạn phù hợp với điều kiện khí hậu và thực tiễn giao thông Việt Nam. Sau khi hoàn thành, sinh viên có khả năng làm việc tại các xưởng dịch vụ, đại lý ôtô và trung tâm bảo dưỡng. Nhu cầu kỹ thuật viên hệ thống điện ôtô ngày càng tăng do xe hiện đại sử dụng nhiều thiết bị điện tử. Đây là môn học then chốt giúp sinh viên đáp ứng yêu cầu thị trường lao động.

4.1. Ứng dụng kiến thức trong nghề nghiệp sửa chữa ôtô

Kiến thức từ giáo trình được ứng dụng trực tiếp trong công việc sửa chữa ôtô hàng ngày. Kỹ thuật viên sử dụng nguyên lý acquy để kiểm tra và bảo dưỡng ắc quy theo mùa. Hiểu biết về hệ thống khởi động giúp chẩn đoán chính xác nguyên nhân xe không nổ máy. Kiến thức máy phát điện và bộ điều chỉnh áp áp dụng khi xử lý hệ thống sạc. Năng lực phân tích sơ đồ mạch điện giúp tìm nhanh điểm đứt dây hoặc chạm mát. Kỹ năng này đặc biệt quan trọng với xe đời mới tích hợp nhiều hệ thống điện tử phức tạp.

4.2. Xu hướng phát triển hệ thống điện điện tử ôtô

Hệ thống điện điện tử trên ôtô đang phát triển mạnh mẽ theo hướng số hóa và điện hóa. Xe hybrid và xe điện yêu cầu kiến thức về hệ thống điện áp cao, pin lithium-ion và mô-tơ điện công suất lớn. Công nghệ lái tự động sử dụng hàng chục cảm biến và bộ điều khiển trung tâm. Hệ thống an toàn chủ động như phanh ABS, cân bằng điện tử ESP ngày càng phổ biến. Giáo trình cần liên tục cập nhật để đáp ứng xu hướng công nghệ mới. Sinh viên có nền tảng vững từ giáo trình này sẽ dễ dàng tiếp cận các công nghệ tiên tiến hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI ------ GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ Chủ biên: ThS. Trần Hoàng Luân Lưu hành nội bộ - 9/2019 Khoa Kỹ thuật ô tô 1 GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔ GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC a. Vị trí, tính chất môn học Môn học được thực hiện sau khi sinh viên đã học xong các môn học/mô đun thuộc khối kiến thức cơ sở ngành như: Cơ kỹ thuật, Vật liệu và công nghệ kim loại, Vẽ kỹ thuật, Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật, An toàn lao động, Thực tập nguội cơ bản . Môn học này được bố trí giảng dạy ở học kỳ 3 năm thứ nhất của khóa học và có thể bố trí dạy song song với các môn học, mô đun sau: Điện kỹ thuật; Điện tử cơ bản; TT. BD-SC động cơ căn bản; TT. BD-SC động cơ xăng, TT. BD-SC động cơ diesel. Mục tiêu của môn học: Kiến thức: - Trình bày đầy đủ các nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại các hệ thống điện, điện tử trên ô tô - Giải thích được sơ đồ và nguyên lý làm việc chung của mạch điện trên ô tô. - Trình bày được cấu tạo, hiện tượng, nguyên nhân sai hỏng của các bộ phận cơ bản trong hệ thống điện trên ô tô Kỹ năng: - Có khả năng vận dụng kiến thức đã học vào công việc thực hành và công việc thực tế - Phân tích được những hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng làm cho hệ thống không hoạt động - Giải thích được những nguyên nhân khách quan ảnh hưởng đến hệ thống điện và có khả năng tìm kiếm được những dụng cụ hoặc chi tiết để thay thế cho các chi tiết hư hỏng Thái độ: - Phải chấp hành nghiêm những yêu cầu của giảng viên trong giờ lên lớp Khoa Kỹ thuật ô tô 2 -. Phải nghiêm túc và đảm bảo an toàn khi tham gia học tập. Mô tả tóm tắt nội dung học phần: Môn học trang bị cho sinh viên ngành Công nghệ Ô tô trình độ cao đẳng những kiến thức cơ bản về hệ thống điện – điện tử trên ô tô, bao gồm: sơ đồ, cấu tạo, nguyên lý làm việc, tính toán đơn giản các hệ thống riêng biệt hợp thành mạng điện ô tô. Dành cho sinh viên cao đẳng chính quy năm học thứ 2. Môn học có 5 tín chỉ (75 tiết). Điều kiện tiên quyết là sinh viên đã học xong các môn: Điện kỹ thuật, Điện tử cơ bản, Động cơ đốt trong, Ô tô. Sinh viên phải đến lớp học lý thuyết tối thiểu là 80% thời gian của môn học d. Nội dung môn học. Chương 1: Khái quát về hệ thống điện – điện tử trên ô tô Bài 1: Khái quát về hệ thống điện và điện tử trên ôtô Chương 2: Ắc quy khởi động Bài 2: Ắc quy khởi động Chương 3: Hệ thống khởi động Bài 3: Hệ thống khởi động động cơ xăng Bài 4: Hệ thống khởi động động cơ Diesel Chương 4: Hệ thống cung cấp điện Bài 5: Hệ thống cung cấp điện Bài 6: Bộ điều chỉnh điện, tính toán chế độ tải và chọn máy phát điện trên ôtô Chương 5: Hệ thống đánh lửa Bài 7: Hệ thống đánh lửa Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ. Bài 8: Giới thiệu chung về cấu trúc hệ thống, các loại cảm biến và tín hiệu điều khiển lập trình cho động cơ Bài 9: Điều khiển đánh lửa Bài 10: Điều khiển phun xăng Chương 7: Hệ thống điều khiển làm mát động cơ Bài 11: Hệ thống điều khiển làm mát động cơ Khoa Kỹ thuật ô tô 3 Chương 8: Hệ thống thông tin trên ô tô Bài 12: Hệ thống thông tin trên ô tô Chương 9: Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu Bài 13: Hệ thống chiếu sáng Bài 14: Hệ thống tín hiệu Chương 10: Các hệ thống phụ Bài 15: Các hệ thống phụ trên ô tô Khoa Kỹ thuật ô tô 4 LỜI NÓI ĐẦU Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghiệp ôtô đã có những sự thay đổi lớn lao. Đặc biệt, hệ thống điện và điện tử trên ôtô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng các yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ô tô. Ngày nay, chiếc ô tô là một hệ thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử. Trên hầu hết các hệ thống điện ôtô đều có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống. Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, từ các hệ thống điều khiển động cơ và các hệ thống phụ. Giá thành của các hệ thống điện và điện tử đã chiếm 30 - 40 % giá thành của xe. Để giúp cán bộ kỹ thuật trong ngành và sinh viên nắm bắt kịp thời kiến thức trong những lĩnh vực nêu trên, quyển sách “Hệ thống điện và điện tử trên ôtô cơ”, sau một thời gian dài chỉnh lý, đã ra đời. Quyển sách được viết theo chương trình khung ngành Công nghệ ôtô Các tác giả chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Kỹ Thuật ÔTô đã đóng góp những ý kiến có ích và khích lệ chúng tôi trong quá trình biên soạn giáo trình này. Tuy rất cố gắng nhưng giáo trình không tránh khỏi một số sai sót nhất định, kính mong quý đồng nghiệp và độc giả cho ý kiến để hoàn thiện hơn. Các tác giả Khoa Kỹ thuật ô tô 5 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN ÔTÔ BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN ÔTÔ MỤC TIÊU: Sau khi nghiên cứu Bài học này, sinh viên sẽ có khả năng: ✓ Trình bày được tổng quan về mạng điện, yêu cầu kỹ thuật, nguồn điện của hệ thống điện trên ô tô; ✓ Trình bày được ký hiệu, quy ước, dây điện và bối dây trong hệ thống điện trên ôtô; ✓ Nhận dạng được các chi tiết của từng hệ thống điện ô tô; ✓ Phân tích được nguồn điện, phụ tải điện và thiết bị điện dùng trên hệ thống điện ô tô; ✓ So sánh được các loại nguồn điện và phụ tải điện, thiết bị điện và thiết bị điều khiển trung gian dùng trên hệ thống điện ô tô; ✓ So sánh được các loại ký hiệu và quy ước dùng trong hệ thống điện của các hãng ô tô khác nhau. Ôtô hiện nay được trang bị nhiều chủng loại thiết bị điện và điện tử khác nhau. Từng nhóm các thiết bị điện có cấu tạo và tính năng riêng, phục vụ một số mục đích nhất định, tạo thành những hệ thống điện riêng biệt trong mạch điện của ôtô.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN ÔTÔ 1. Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm accu, máy khởi động điện (starting motor), các relay điều khiển và relay bảo vệ khởi động. Đối với động cơ diesel có trang bị thêm hệ thống xông máy (glow system). Hệ thống cung cấp điện (charging system): gồm accu, máy phát điện (alternators), bộ tiết chế điện (voltage regulator), các relay và đèn báo nạp. Khoa Kỹ thuật ô tô 6 3. Hệ thống đánh lửa (Ignition system): Bao gồm các bộ phận chính: accu, khóa điện (ignition switch), bộ chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine (ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie (spark plugs). Hệ thống chiếu ánh sáng và tín hiệu (lighting and signal system): gồm các đèn chiếu sáng, các đèn tín hiệu, còi, các công tắc và các relay. Hệ thống đo đạc và kiểm tra (gauging system): chủ yếu là các đồng hồ báo trên tableau và các đèn báo gồm có: đồng hồ tốc độ động cơ (tachometer), đồng hồ đo tốc độ xe (speedometer), đồng hồ đo nhiên liệu và nhiệt độ nước. Hệ thống điều khiển động cơ (engine control system): gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control). Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày nay thường sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử (EDC – electronic diesel control hoặc common rail injection) 7. Hệ thống điều khiển ôtô: bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm ABS (antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối hơi (SRS), lực kéo (traction control). Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): bao gồm máy nén (compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giàn lạnh (evaporator) và các chi tiết điều khiển như relay, thermostat, hộp điều khiển, công tắc A/C… Nếu hệ thống này được điều khiển bằng máy tính sẽ có tên gọi là hệ thống tự động điều hòa khí hậu (automatic climate control). Các hệ thống phụ: Hệ thống gạt nước, xịt nước (wiper and washer system). Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system). Hệ thống điều khiển kính (power window system). Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control). Hệ thống định vị (navigation system) Khoa Kỹ thuật ô tô 7 Khoa Kỹ thuật ô tô Hình 1.1: Sơ đồ bố trí các thiết bị điện trên ôtô 8 1.2 CÁCH PHÂN BỐ CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN Ô TÔ 1.1 Điện Động Cơ: Có nhiều thiết bị cần thiết cho việc khởi động động cơ và vận hành nó một cách ổn định Hình 1. Sơ đồ hệ thống điện động cơ 1. Ắc quy: Nó có vai trò nguồn điện cho các chi tiết điện của xe ôtô 2. Máy đề (Hệ thống khởi động): Hệ thống này để khởi động động cơ 3. Máy phát (Hệ thống nạp): Hệ thống này phát điện dùng trong xe và nạp cho ắc quy 4. Cuộn đánh lửa (hệ thống đánh lửa): Hệ thống này bật tia lửa đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu 5. Khoá điện: Công tắc chính của xe 6. Đồng hồ táp lô (Đèn báo ắc quy phóng điện): Đèn báo sáng nếu ắc quy không thể nạp điện 7. Các cảm biến: Các chi tiết phát hiện cảm biến nhiệt độ nước làm mát hay tốc độ động cơ v. và truyền đến ECU).2 Hệ thống khởi động: Hệ thống khởi động quay động cơ bằng môtơ điện và khởi động động cơ 1. Máy khởi động Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống khởi động Khoa Kỹ thuật ô tô 9 1.3 Hệ Thống Nạp: Hệ thống nạp sản suất ra điện năng để cung cấp nguồn cần thiết cho các chi tiết điện và để nạp ắc quy khi động cơ của xe ôtô hoạt động. Ngay sau khi động cơ khởi động, dây đai dẫn động sẽ làm cho máy phát hoạt động 1. Khoá điện Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống nạp điện 1.5 Hệ Thống Đánh Lửa: Hệ thống đánh lửa tạo ra tia lửa ở điện áp cao và đốt cháy hỗn hợp không khí – nhiên liệu, đã được nén lại trong xylanh, ở thời điểm tốt nhất.