Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp này xuất phát từ nhận định rằng chương trình đào tạo kỹ thuật ô tô tại các trường đại học Việt Nam đang đối mặt với khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành. Trong vòng bốn năm học, sinh viên phải tiếp thu khối lượng kiến thức chuyên ngành lớn trong khi thời gian thực hành và tiếp xúc thực tế còn hạn chế, dẫn đến tình trạng bỡ ngỡ khi bước vào môi trường nghề nghiệp. Bên cạnh đó, ngành công nghệ kỹ thuật ô tô đang chịu áp lực từ cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, đòi hỏi nguồn nhân lực chất lượng cao có khả năng thực hành thành thạo ngay từ giai đoạn còn đào tạo.

Mục tiêu nghiên cứu: Cung cấp kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống điều khiển chuyển động trên ô tô du lịch, nhằm tạo ra nguồn tài liệu phục vụ học tập cho sinh viên và học viên chuyên ngành ô tô.

Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phanh, hệ thống lái và hệ thống treo được sử dụng trên xe du lịch.

Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào nghiên cứu lý thuyết và thực hành về công dụng, phân loại, yêu cầu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình bảo dưỡng, sửa chữa ba hệ thống điều khiển chuyển động trên ô tô du lịch. Đồ án không giới hạn theo dòng xe cụ thể mà nghiên cứu tổng quát ở phạm vi xe du lịch thông dụng.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tài liệu sử dụng: Nhóm tác giả khai thác các tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng, sửa chữa chuyên ngành (service manual) và giáo trình chuyên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô. Các khái niệm và hệ thống được trình bày bao gồm: hệ thống phanh thủy lực, ABS (Anti-Lock Brake System), EBD (Electronic Brake Force Distribution), BA (Brake Assist System), hệ thống lái với các phiên bản trợ lực thủy lực và trợ lực điện C-EPS, P-EPS, R-EPS, hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo độc lập và hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử EMAS. Bộ điều khiển trung tâm ABS ECU và các cảm biến đầu vào được phân tích theo mạch điều khiển.

Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực tế theo hai hướng:

  • Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, phân tích tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng, sửa chữa và giáo trình chuyên ngành để nắm vững cấu tạo, nguyên lý và quy trình kỹ thuật.
  • Quan sát thực tế: Tham khảo và ghi nhận quy trình bảo dưỡng, sửa chữa thực tế của kỹ thuật viên tại Công ty TNHH TM DV KT XNK ô tô Đại Tín.

Nguồn dữ liệu: Tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng, sửa chữa (service manual) của nhà sản xuất; giáo trình chuyên ngành; quan sát trực tiếp quy trình thực hành tại cơ sở sửa chữa ô tô.


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về đề tài

Chương này trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu. Nhóm tác giả đặt bối cảnh từ thực trạng đào tạo kỹ thuật ô tô tại Việt Nam với áp lực từ cách mạng công nghiệp 4.0, từ đó xác định nhu cầu có một tài liệu biên soạn có hệ thống phục vụ học tập và giảng dạy.

Chương 2. Hệ thống phanh

Đây là chương có dung lượng lớn nhất của đồ án. Nội dung bao gồm toàn bộ chuỗi kiến thức từ lý thuyết đến thực hành của hệ thống phanh:

  • Phân loại hệ thống phanh theo công dụng (phanh chính, phanh đỗ, phanh khẩn cấp), theo cấu tạo cơ cấu (tang trống, đĩa), theo dẫn động (cơ khí, thủy lực, khí nén, liên hợp).
  • Hệ thống phanh thủy lực: Trình bày cấu tạo chung gồm bàn đạp phanh, bộ trợ lực phanh, xy lanh chính, van điều hòa lực phanh, cụm cơ cấu phanh trước và sau. Phân tích ba trạng thái vận hành: không đạp phanh, đạp phanh và nhả phanh. Nguyên lý đòn bẩy và định luật Pascal được trình bày kèm công thức để giải thích cơ chế khuếch đại lực phanh.
  • Bộ trợ lực phanh chân không một buồng: Mô tả năm trạng thái hoạt động: không đạp phanh, đạp phanh, giữ phanh, đạp tối đa và trường hợp không có chân không. Bộ phận phản lực (đĩa phản lực bằng cao su) được phân tích với ví dụ lực tác dụng 100N phân phối theo tỷ lệ diện tích van không khí và thân van là 1:4.
  • Hệ thống ABS: Phân tích đặc tính trượt bánh xe qua đồ thị, chu kỳ điều khiển và cấu trúc bao gồm cụm tín hiệu đầu vào (cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến gia tốc/giảm tốc), bộ chấp hành thủy lực (sơ đồ hoạt động 8 van 2 vị trí với ba chế độ: giữ áp, giảm áp, tăng áp) và ABS ECU.
  • Hệ thống EBD: Nguyên lý phân phối lực phanh điện tử giữa bánh trước và bánh sau, kể cả khi xe quay vòng. Bảng 2.2 tổng hợp các chế độ hoạt động của bộ chấp hành thủy lực trong hệ thống ABS kết hợp EBD.
  • Hệ thống BA (Brake Assist): Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hỗ trợ phanh khẩn cấp, minh họa qua đồ thị lực phanh khi có và không có BA.
  • Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa: Tháo lắp và kiểm tra xy lanh chính, bộ trợ lực phanh, cơ cấu phanh đĩa, cơ cấu phanh tang trống, van điều hòa lực phanh; quy trình thay dầu phanh và xả khí đường ống. Bảng 2.4 liệt kê các hư hỏng chính, nguyên nhân và cách khắc phục.

Chương 3. Hệ thống lái

Chương này trình bày cấu tạo và hoạt động của hệ thống lái bao gồm trục lái, cơ cấu lái loại trục răng–thanh răng và loại bi tuần hoàn, các thanh dẫn động lái cho treo trước độc lập và treo trước phụ thuộc.

  • Trợ lực lái thủy lực: Bơm cánh gạt, van quay, van ống và van cánh được phân tích qua ba trạng thái chạy thẳng, quay vòng trái và quay vòng phải. Thiết bị bù không tải và hoạt động ở ba dải tốc độ (thấp, trung bình, cao) được trình bày kèm sơ đồ.
  • Trợ lực lái điện (EPS): Bốn kiểu cấu hình được so sánh: C-EPS (trợ lực trên cột lái), P-EPS (trợ lực trên trục bánh răng), R-EPS có bánh răng thứ hai trên thanh răng, R-EPS dùng truyền động dây đai và R-EPS bố trí động cơ đồng tâm với thanh răng. Cảm biến mô men xoắn và đặc tính điều khiển của EPS ECU được mô tả qua đồ thị.
  • Bảo dưỡng, sửa chữa: Quy trình kiểm tra trên xe (độ rơ vô lăng, thanh dẫn động lái, ổ bi bánh xe), quy trình tháo lắp cơ cấu lái và bơm trợ lực. Bảng 3.1 tổng hợp hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng thường gặp. Sơ đồ chẩn đoán xử lý lái nặng và lái bị rơ được trình bày theo dạng quy trình.

Chương 4. Hệ thống treo

Chương trình bày đầy đủ các bộ phận cơ bản của hệ thống treo gồm bộ phận đàn hồi (lò xo phi tuyến tính, lò xo thanh xoắn, lò xo cao su, lò xo không khí), bộ phận giảm chấn (kiểu ống đơn và kiểu ống kép với phân tích hành trình ép và hành trình giãn nở) và bộ phận dẫn hướng.

  • Động học dao động: Phân tích sáu dạng dao động của xe: lắc dọc, lắc ngang, xoay đứng, dịch đứng, xoay dọc cầu xe và tính êm dịu khi chuyển động; khái niệm khối lượng được treo và khối lượng không được treo.
  • Hệ thống treo phụ thuộc: Các kiểu: đòn kéo có dầm xoắn, nhíp song song, đòn dẫn–đòn kéo với thanh ngang, 4 thanh liên kết. Bảng 4.2 liệt kê các hư hỏng.
  • Hệ thống treo độc lập: Kiểu chạc xiên và đa liên kết. Bảng 4.3 liệt kê các hư hỏng.
  • Hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử EMAS: Phân tích tám chế độ điều khiển: chống chúi đuôi, chống lắc ngang, chống chúi đầu, tốc độ cao, chống bốc đầu khi chuyển số, hoạt động bán phần, tự động cân bằng và khi tắt khóa điện. Bảng 4.1 mô tả chức năng chi tiết của các bộ phận trong EMAS.
  • Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa: Tháo lắp và kiểm tra các bộ phận hệ thống treo; thay cao su thanh kéo dọc sau và đầu thanh lái.

Chương 5. Góc đặt bánh xe

Chương này trình bày lý thuyết về bốn thông số hình học bánh xe và ý nghĩa kỹ thuật của từng thông số:

Thông số Khái niệm Tác dụng chính
Góc Camber Góc nghiêng của bánh xe so với phương thẳng đứng Giảm tải trọng lên ổ bi, ổn định hành trình
Góc Caster Góc nghiêng của trục xoay đứng theo chiều dọc xe Sinh mômen trả lái, ổn định hướng
Góc Kingpin Góc nghiêng của trục xoay đứng theo chiều ngang xe Giảm lực đánh lái, ổn định hướng
Độ chụm Khoảng chênh lệch khoảng cách trước–sau của hai bánh xe Bù cho góc Camber, chống mòn lốp

Ngoài ra chương đề cập bán kính quay vòng và quy trình đo, điều chỉnh góc đặt bánh xe.

Chương 6. Video hướng dẫn bảo dưỡng, sửa chữa

Chương trình bày kịch bản và quy trình sản xuất 5 video hướng dẫn thực hành, bao gồm bảo dưỡng phanh đĩa, bảo dưỡng phanh tang trống, thay dầu phanh và xả khí, thay cao su thanh kéo dọc sau và thay đầu thanh lái. Phần mềm biên tập được sử dụng là CapCut, với hướng dẫn từng bước: tạo dự án mới, nhập video, chỉnh sửa, thêm âm thanh hoặc văn bản và xuất video hoàn chỉnh.

Chương 7. Kết luận và hướng phát triển

Chương tóm lược kết quả đạt được và nêu định hướng phát triển tiếp theo của đồ án.


Thiết kế và triển khai

Đồ án thuộc loại biên soạn tài liệu kỹ thuật kết hợp sản xuất video hướng dẫn, vì vậy mục này tập trung vào phần sản phẩm kỹ thuật số.

Sản phẩm tài liệu: Đồ án biên soạn 276 trang nội dung bao gồm hơn 170 hình ảnh minh họa có chú thích (được đánh số theo từng chương), 7 bảng tổng hợp kỹ thuật và các sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển (ABS, EBD, BA, EMAS).

Sản phẩm video: Nhóm tác giả xây dựng 5 video hướng dẫn thực hành tương ứng với các quy trình bảo dưỡng thực tế. Quy trình sản xuất bao gồm giai đoạn viết kịch bản, quay tại cơ sở thực tế và biên tập bằng phần mềm CapCut. Nội dung video bao phủ ba hệ thống: phanh, treo và lái.

Danh mục từ viết tắt kỹ thuật trong đồ án:

Từ viết tắt Nghĩa đầy đủ
ABS Anti-Lock Brake System
ECU Electronic Control Unit
EBD Electronic Brake Force Distribution
BA Brake Assist System
STT Special Service Tools
C-EPS Column – Electric Power Steering
P-EPS Pinion – Electric Power Steering
R-EPS Rack – Electric Power Steering
EMAS Hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính:

  • Bộ tài liệu lý thuyết hoàn chỉnh gồm 7 chương về ba hệ thống điều khiển chuyển động (phanh, lái, treo) trên xe du lịch, bao gồm công dụng, phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình bảo dưỡng, sửa chữa.
  • 5 video hướng dẫn thực hành biên tập bằng phần mềm CapCut, tương ứng với các quy trình: bảo dưỡng phanh đĩa, bảo dưỡng phanh tang trống, thay dầu phanh và xả khí đường ống, thay cao su thanh kéo dọc sau, thay đầu thanh lái.
  • Tổng hợp các bảng chẩn đoán hư hỏng: Bảng 2.4 (hư hỏng hệ thống phanh), Bảng 3.1 (hư hỏng hệ thống lái), Bảng 4.2 (hư hỏng hệ thống treo phụ thuộc), Bảng 4.3 (hư hỏng hệ thống treo độc lập).

Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

  • Tài liệu biên soạn được đề xuất sử dụng như nguồn tham khảo bổ sung trong các học phần thực hành chuyên ngành kỹ thuật ô tô.
  • Video hướng dẫn được xây dựng nhằm bổ trợ cho sinh viên tự học và ôn tập quy trình thực hành ngoài giờ học tại xưởng.

Đóng góp so với tài liệu trước: Nhóm tác giả tập hợp, chọn lọc và hệ thống hóa kiến thức từ nhiều nguồn tài liệu kỹ thuật khác nhau thành một bộ tài liệu thống nhất bằng tiếng Việt, kết hợp đồng thời phần lý thuyết dạng văn bản và phần thực hành dạng video — định dạng phù hợp với nhu cầu học tập của sinh viên ngành kỹ thuật ô tô tại Việt Nam.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được đề cập trong văn bản:

  • Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở mức lý thuyết tổng quát về xe du lịch, không gắn với dòng xe hoặc model cụ thể, do đó các thông số kỹ thuật định lượng (moment siết, áp suất tiêu chuẩn...) chỉ mang tính tham khảo. Bảng 2.3 ghi rõ áp suất tiêu chuẩn 2WD là dữ liệu "tham khảo".
  • Video hướng dẫn được biên tập bằng phần mềm CapCut ở mức độ cơ bản, chưa tích hợp đồ họa kỹ thuật hoặc mô phỏng 3D để minh họa nguyên lý hoạt động bên trong của các cụm chi tiết.

Hướng phát triển tiếp theo: Theo phần Chương 7, đồ án có thể phát triển theo hướng mở rộng nội dung sang các hệ thống khác trên xe, xây dựng thêm video chuyên sâu và nâng cấp chất lượng hình ảnh, âm thanh của bộ video hiện có.


Giá trị tham khảo

Bộ tài liệu này phù hợp cho các đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô tại các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật: có thể dùng để ôn tập lý thuyết về hệ thống phanh, lái, treo và đối chiếu quy trình thực hành trước khi thao tác tại xưởng.
  • Sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp về bảo dưỡng, sửa chữa ô tô: phần cơ sở lý thuyết (Chương 2, 3, 4) và các bảng hư hỏng–nguyên nhân–khắc phục có thể dùng làm khung tham chiếu khi xây dựng nội dung tương tự.
  • Giảng viên và người biên soạn giáo trình thực hành kỹ thuật ô tô: có thể tham khảo cách tổ chức nội dung kết hợp văn bản và video theo từng hệ thống con.
  • Kỹ thuật viên mới vào nghề muốn có tài liệu tra cứu nhanh về quy trình tháo lắp và kiểm tra các cụm chi tiết phanh, lái, treo.

Phần đáng tham khảo nhất là Chương 6 (quy trình sản xuất video hướng dẫn) đối với nhóm thực hiện đề tài biên soạn tài liệu đa phương tiện, và các sơ đồ quy trình chẩn đoán hư hỏng trong Chương 2 và Chương 3.


Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án đề cập đến những hệ thống con nào thuộc hệ thống phanh hiện đại ngoài phanh thủy lực cơ bản? Ngoài hệ thống phanh thủy lực cơ bản, đồ án trình bày chi tiết ba hệ thống hỗ trợ: ABS (Anti-Lock Brake System) với bộ chấp hành thủy lực 8 van 2 vị trí vận hành theo ba chế độ giữ áp–giảm áp–tăng áp; EBD (Electronic Brake Force Distribution) phân phối lực phanh giữa bánh trước và bánh sau kể cả khi xe quay vòng; và BA (Brake Assist) hỗ trợ phanh khẩn cấp nhằm tối ưu lực phanh trong tình huống nguy hiểm.

2. Hệ thống treo EMAS điều khiển theo những chế độ nào và tài liệu trình bày ở mức độ chi tiết như thế nào? Đồ án liệt kê 8 chế độ điều khiển của EMAS: chống chúi đuôi xe, chống lắc ngang xe, chống chúi đầu xe, điều khiển tốc độ cao, chống bốc đầu khi chuyển số, hoạt động bán phần, tự động cân bằng xe và điều khiển khi tắt khóa điện. Bảng 4.1 mô tả chức năng chi tiết của các bộ phận. Nội dung được trình bày ở mức nguyên lý điều khiển kèm sơ đồ minh họa từng chế độ, không đi vào thông số phần cứng cụ thể.

3. Đồ án phân biệt các kiểu trợ lực lái điện EPS như thế nào? Bốn cấu hình EPS được phân biệt theo vị trí đặt motor trợ lực: C-EPS bố trí motor trên cột lái; P-EPS bố trí trên trục bánh răng; R-EPS có ba biến thể gồm bánh răng thứ hai trên thanh răng, truyền động dây đai và motor đồng tâm với thanh răng. Mỗi cấu hình được minh họa bằng hình vẽ cấu tạo riêng biệt (Hình 3.32 đến 3.36).

4. Quy trình xả khí đường ống dầu phanh trong đồ án thực hiện theo trình tự như thế nào? Quy trình bao gồm: hút dầu cũ trên bình chứa, đổ dầu mới vào bình, tháo nắp nút xả, nới lỏng nút xả, lắp ống xả dầu, yêu cầu người hỗ trợ đạp phanh liên tục, tiến hành xả dầu cũ ra ngoài, siết chặt nút xả, tháo ống xả và đậy nắp nút xả. Quy trình được minh họa bằng chuỗi hình từ Hình 6.45 đến 6.59, với sự tham gia của hai người.

5. Bộ phận phản lực trong trợ lực phanh chân không hoạt động theo nguyên lý nào và tỷ lệ phân phối lực được nêu cụ thể ra sao? Đĩa phản lực làm bằng cao su mềm, không nén được, có chức năng phân chia phản lực từ cần đẩy bộ trợ lực về phía van không khí và thân van theo tỷ lệ diện tích bề mặt. Theo ví dụ trong đồ án, với lực tác dụng lên cần đẩy là 100N và tỷ lệ diện tích van không khí so với thân van là 1:4, lực truyền qua van không khí là 20N và qua thân van là 80N. Cơ chế này giúp người lái cảm nhận được phản hồi từ bàn đạp phanh một cách tương xứng với lực phanh thực tế.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của Đoàn Văn Tịnh và Nguyễn Công Trí, thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh năm 2024, biên soạn bộ tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống điều khiển chuyển động xe du lịch gồm 7 chương với nội dung bao phủ ba hệ thống phanh, lái và treo cùng lý thuyết góc đặt bánh xe. Bên cạnh tài liệu văn bản, nhóm tác giả xây dựng thêm 5 video hướng dẫn thực hành sử dụng phần mềm CapCut, tạo thành bộ tài liệu đa phương tiện phục vụ học tập và giảng dạy chuyên ngành kỹ thuật ô tô. Đồ án giải quyết khoảng trống giữa lý thuyết và thực hành trong đào tạo kỹ thuật ô tô tại Việt Nam bằng cách tổng hợp, hệ thống hóa kiến thức từ nhiều nguồn tài liệu kỹ thuật thành một bộ tài liệu thống nhất, dễ tiếp cận bằng tiếng Việt.