Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong kỹ thuật ô tô, hệ thống phanh đóng vai trò quyết định đối với an toàn chuyển động, có nhiệm vụ giảm tốc độ, dừng xe khẩn cấp và cố định phương tiện khi dừng đỗ trên các dạng địa hình. Cùng với sự phát triển của công nghệ ô tô, hệ thống phanh hiện đại được tích hợp các hệ thống điều khiển điện tử như hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS), phân phối lực phanh điện tử (EBD) và hỗ trợ phanh khẩn cấp (BA) nhằm hạn chế tối đa nguy cơ mất lái và tai nạn giao thông.
Xuất phát từ quá trình thực tập tốt nghiệp thực tế tại đại lý Honda ô tô Hà Nội – An Khánh và yêu cầu tiếp cận kỹ thuật trên các mẫu xe thương mại thế hệ mới, tác giả Bùi Hải Long (chuyên ngành Cơ khí ô tô, Trường Đại học Giao thông Vận tải) đã thực hiện đồ án: "Khai thác kỹ thuật hệ thống phanh ô tô Honda City 2020" dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Vũ Tuấn Đạt.
Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể theo các nội dung:
- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh cũng như các hệ thống điều khiển phanh hiện đại trên ô tô.
- Khảo sát, phân tích chi tiết kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh trang bị trên dòng xe Honda City 2020 (phanh đĩa trước, phanh tang trống sau, xy-lanh phanh chính hai buồng và cụm điều khiển điện tử ABS).
- Xây dựng quy trình khai thác kỹ thuật bao gồm phân loại hư hỏng, quy trình bảo dưỡng định kỳ, quy trình chẩn đoán theo mã lỗi (DTC) và các bước tháo lắp, kiểm tra, điều chỉnh cơ cấu phanh.
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phanh trên ô tô Honda City 2020 (thế hệ thứ 5).
- Phạm vi nghiên cứu: Đặc tính kết cấu cơ khí, hệ thống thủy lực, hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS/EBD/BA và quy trình kỹ thuật bảo dưỡng, sửa chữa, chẩn đoán thực tế trên xe Honda City 2020 tại Hà Nội năm 2023.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết ngành Cơ khí ô tô:
- Khung lý thuyết kỹ thuật: Nguyên lý ma sát và truyền động thủy lực theo định luật Pascal; động lực học quá trình phanh ô tô; lý thuyết điều khiển trượt bánh xe; nguyên lý hoạt động của hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp (BA) và hệ thống cân bằng điện tử (VSA).
- Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Phân loại, so sánh ưu nhược điểm của các dạng cơ cấu phanh (tang trống, đĩa) và các dạng dẫn động phanh (cơ khí, thủy lực một dòng/hai dòng, khí nén, liên hợp khí nén - thủy lực).
- Phương pháp khảo sát kết cấu thực tế: Khảo sát trực tiếp cấu tạo các cụm chi tiết trên dòng xe Honda City 2020 trong quá trình thực tập tại xưởng dịch vụ chính hãng.
- Phương pháp chẩn đoán và xây dựng quy trình kỹ thuật: Phân tích các mã lỗi chẩn đoán tiêu chuẩn (DTC) và thiết lập quy trình kiểm tra, bảo dưỡng, tháo lắp chi tiết theo tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất.
- Nguồn dữ liệu: Tài liệu kỹ thuật, thông số xuất xưởng của dòng xe Honda City 2020; giáo trình và tài liệu chuyên ngành của Bộ môn Cơ khí Ô tô – Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải; dữ liệu thực tế tại xưởng Honda ô tô Hà Nội – An Khánh.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh
Chương 1 hệ thống hóa các kiến thức cơ sở về hệ thống phanh ô tô:
- Công dụng, phân loại và yêu cầu: Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ, dừng xe và giữ xe đứng yên trên dốc. Phân loại theo phương thức điều khiển (phanh chính, phanh phụ/phanh tay, phanh bổ trợ); theo kết cấu ma sát (phanh tang trống, phanh đĩa, phanh dải); theo dẫn động (cơ khí, thủy lực, khí nén, liên hợp khí nén - thủy lực); theo mức độ hoàn thiện (bộ điều hòa lực phanh, hệ thống ABS/EBD/BA). Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi là quãng đường phanh ngắn nhất, lực bàn đạp phù hợp, thoát nhiệt tốt, ổn định hướng chuyển động và độ tin cậy cao khi có sự cố cục bộ.
- Kết cấu và nguyên lý cơ cấu phanh tang trống: Phân tích các dạng guốc phanh đối xứng qua trục, đối xứng qua tâm, dạng bơi, tự cường hóa một chiều/hai chiều. Phân tích chi tiết tang trống (chế tạo bằng gang hoặc hợp kim nhôm lót ống gang), guốc phanh và má phanh (hệ số ma sát với gang đạt khoảng 0,4), xy-lanh bánh xe (dạng đơn, kép đối xứng hoặc kép có bậc) và cam quay trên phanh khí nén. Khe hở tiêu chuẩn má phanh - tang trống khoảng 0,12 mm (loại bơi) hoặc 0,3 - 0,4 mm (đối xứng qua trục).
- Kết cấu và nguyên lý cơ cấu phanh đĩa: Phân tích hai dạng giá đỡ xy-lanh cố định và giá đỡ xy-lanh di động. Phanh đĩa có khe hở làm việc ban đầu nhỏ (0,03 - 0,1 mm), mô-men phanh ổn định khi nhiệt độ thay đổi, thoát nhiệt tốt. Khả năng tự điều chỉnh khe hở má phanh nhờ sự biến dạng đàn hồi của phớt vành khăn (biến dạng thông thường 0,6 mm; rãnh vát góc 5 - 10 độ cho phép biến dạng đến 1,2 mm).
- Hệ thống dẫn động phanh:
- Dẫn động cơ khí: Dùng cho phanh tay do độ cứng vững ổn định nhưng không tạo được mô-men lớn.
- Dẫn động thủy lực: Áp suất làm việc cao (60 - 120 bar), độ nhạy cao. Phân biệt dẫn động 1 dòng (kém an toàn khi rò rỉ) và 2 dòng (an toàn khi một nhánh bị mất áp).
- Dẫn động khí nén và liên hợp khí nén - thủy lực: Tỉ số truyền đường kính xy-lanh khí nén/thủy lực ($D/d$) đạt từ 4 đến 6 lần.
- Hệ thống điều khiển phanh hiện đại: Nguyên lý ABS kiểm soát hệ số trượt thông qua cảm biến tốc độ bánh xe, ECU và bộ chấp hành thủy lực; EBD phân bổ áp suất bánh trước/sau và trái/phải khi quay vòng; BA hỗ trợ gia tăng áp lực phanh khẩn cấp dựa trên cảm biến tốc độ và lực đạp.
- Thông số kỹ thuật xe Honda City 2020 (Thế hệ thứ 5):
| Thông số kỹ thuật | Giá trị công bố |
|---|---|
| Phiên bản | City 1.5 TOP |
| Kích thước tổng thể Dài x Rộng x Cao (mm) | 4.477 x 1.748 x 1.467 |
| Chiều dài cơ sở (mm) | 2.600 |
| Khoảng sáng gầm xe (mm) | 135 |
| Bán kính vòng quay tối thiểu (m) | 5,61 |
| Trọng lượng không tải / Toàn tải (kg) | 1.124 / 1.530 |
| Dung tích khoang chứa đồ (lít) | 536 |
| Mâm xe / Lốp xe | Hợp kim 16 inch / 185/55R16 |
| Động cơ | 1.5L SOHC i-VTEC, 4 xy-lanh thẳng hàng, 16 van |
| Dung tích xy-lanh (cc) | 1.497 |
| Công suất cực đại (mã lực @ vòng/phút) | 118 @ 6.600 |
| Mô-men xoắn cực đại (Nm @ vòng/phút) | 145 @ 4.600 |
| Hộp số | Vô cấp CVT (Earth Dreams Technology) |
| Hệ thống nhiên liệu / Dung tích bình (lít) | Phun xăng điện tử PGM-FI / 40 |
| Mức tiêu thụ nhiên liệu hỗn hợp (lít/100km) | 5,8 - 6,1 |
| Hệ thống treo trước / sau | McPherson / Giằng xoắn |
| Hệ thống phanh trước / sau | Đĩa thông gió / Tang trống |
| Hệ thống lái | Trợ lực lái điện |
Chương 2: Phân tích kết cấu hệ thống phanh trên ô tô Honda City 2020
Chương 2 tập trung phân tích kết cấu cơ khí và cơ chế thủy lực của hệ thống phanh trên xe Honda City 2020:
- Sơ đồ bố trí chung: Bàn đạp phanh liên kết với bộ trợ lực chân không qua cần đẩy pít-tông và tích hợp công tắc đèn phanh. Xy-lanh phanh chính hai buồng cấp dầu qua bộ chấp hành ABS đến các bánh xe theo sơ đồ mạch chéo độc lập.
- Cơ cấu phanh trước (Phanh đĩa thông gió): Sử dụng ngàm phanh di động (1 piston thủy lực), đĩa phanh có các rãnh thông gió hướng tâm giúp tản nhiệt nhanh khi phanh gấp. Má phanh trang bị thanh thép báo mòn; khi độ dày má phanh mòn còn khoảng 2,5 mm, thanh thép chạm vào mặt đĩa phát ra tiếng kêu cảnh báo. Khe hở má phanh được tự động duy trì nhờ sự biến dạng đàn hồi của cuppen làm kín piston khi đạp và nhả phanh.
- Cơ cấu phanh sau (Phanh tang trống): Gồm tang trống phanh, hai guốc phanh, xy-lanh bánh xe kép, cụm lò xo hồi vị, cơ cấu cần điều chỉnh và bu-lông điều chỉnh khe hở. Phanh tay cơ khí sử dụng cáp kéo nối trực tiếp vào đòn quay tại cơ cấu phanh sau.
- Xy-lanh phanh chính kiểu hai buồng (Tandem): Gồm piston số 1 (sơ cấp) và piston số 2 (thứ cấp). Bình chứa dầu có vách ngăn tạo thành hai khoang riêng biệt và tích hợp cảm biến mức dầu. Nguyên lý vận hành chia thành 4 trạng thái kỹ thuật:
- Trạng thái bình thường: Các cuppen nằm giữa cửa vào và cửa bù, dầu điền đầy khoang công tác và khoang bù.
- Trạng thái đạp phanh: Cần đẩy tác động piston số 1 đóng cửa cấp dầu, nén lò xo và đẩy piston số 2 đóng mạch thứ hai; dầu có áp suất cao được dẫn đồng thời tới hai nhánh bánh xe.
- Trạng thái nhả phanh: Áp suất thủy lực giảm nhanh, lò xo đẩy các piston về vị trí cũ; dầu bù chảy qua lỗ đỉnh piston và cuppen, sau đó hồi về bình chứa qua cửa bù để triệt tiêu sự giãn nở thể tích do nhiệt.
- Trạng thái rò rỉ mạch dầu: Nếu rò rỉ ở khoang sau, piston 1 nén kịch tiếp xúc cơ khí đẩy piston 2 tạo áp suất cho khoang trước; nếu rò rỉ ở khoang trước, piston 2 dịch chuyển chạm vách đáy xy-lanh, piston 1 tiếp tục nén duy trì áp suất ở khoang sau. Phương tiện luôn giữ được khả năng phanh ở hai bánh còn lại.
- Hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS: Gồm 4 cảm biến tốc độ bánh xe (đo vận tốc góc), khối điều khiển điện tử ECU và bộ chấp hành thủy lực hoạt động theo 3 chế độ: chế độ tăng áp suất, chế độ giữ áp suất và chế độ giảm áp suất.
Chương 3: Khai thác kỹ thuật hệ thống phanh trên ô tô Honda City 2020
Chương 3 trình bày các nội dung kỹ thuật phục vụ bảo dưỡng, sửa chữa và xử lý sự cố:
- Hư hỏng thường gặp và biện pháp xử lý:
| Hiện tượng hư hỏng | Nguyên nhân chính | Biện pháp khắc phục |
|---|---|---|
| Hiệu quả phanh kém, đạp phanh sát sàn | Thiếu dầu phanh, lọt khí trong đường ống thủy lực, hỏng cuppen xy-lanh chính hoặc xy-lanh con | Bổ sung dầu, xả khí (e) hệ thống phanh, thay thế cuppen và phớt làm kín |
| Phanh bị bó kẹt, không hồi vị | Kẹt piston xy-lanh bánh xe, kẹt chốt trượt ngàm phanh, gãy lò xo hồi vị guốc phanh | Vệ sinh, bôi trơn chốt trượt, thay lò xo hồi vị hoặc phục hồi cụm piston |
| Phanh bị lệch hướng, nhao lái khi phanh | Áp suất dầu hai bên không đều, má phanh một bên dính dầu/mòn không đều | Vệ sinh má phanh, kiểm tra bộ điều áp và cân chỉnh lại khe hở |
| Tiếng kêu bất thường khi phanh | Má phanh mòn chạm thanh báo mòn (dưới 2,5 mm), đĩa phanh/tang trống bị xước, đảo | Thay mới má phanh, láng đĩa phanh hoặc thay tang trống |
- Quy trình bảo dưỡng kỹ thuật:
- Bảo dưỡng hàng ngày: Kiểm tra mức dầu phanh tại bình chứa, kiểm tra hành trình tự do bàn đạp phanh, quan sát đèn cảnh báo phanh trên bảng đồng hồ và kiểm tra hiện tượng rò rỉ dầu dưới gầm xe.
- Bảo dưỡng định kỳ: Vệ sinh mạt bụi ma sát, kiểm tra độ dày má phanh và đĩa phanh, bôi trơn chốt trượt ngàm phanh, kiểm tra độ kín khít đường ống dầu, xả khí và thay thế dầu phanh theo số km quy định.
- Quy trình chẩn đoán mã lỗi điện tử (DTC):
- Mã lỗi C1000-94: Thời gian kích hoạt hệ thống ABS/VSA quá dài. Quy trình yêu cầu kiểm tra tình trạng cảm biến tốc độ bánh xe, độ bám mặt đường và khối van điều khiển thủy lực.
- Mã lỗi DTC C0040-12: Lỗi công tắc đèn phanh (ngừng hoạt động ở trạng thái ON). Quy trình xử lý gồm kiểm tra mạch điện, giắc cắm và thay thế công tắc hành trình bàn đạp phanh.
- Mã lỗi C0049-7B: Mức dầu phanh quá thấp. Quy trình kiểm tra rò rỉ đường ống, độ mòn của toàn bộ má phanh và hoạt động của cảm biến mức dầu trong bình chứa.
- Quy trình tháo lắp và kiểm tra:
- Tháo lắp, kiểm tra độ dày má phanh đĩa trước và hành trình piston ngàm phanh.
- Tháo tang trống phanh sau, kiểm tra độ mòn guốc phanh, lò xo kéo và hiệu chỉnh cơ cấu bánh răng tự động điều chỉnh khe hở.
- Tháo lắp, vệ sinh, kiểm tra bề mặt lòng xy-lanh và thay thế cụm piston - cuppen xy-lanh phanh chính.
Kết quả và đóng góp
- Kết quả kỹ thuật chính:
- Tổng hợp đầy đủ thông số kỹ thuật xe Honda City 2020 và kết cấu chi tiết hệ thống phanh kết hợp đĩa thông gió phía trước và tang trống phía sau.
- Phân tích chi tiết cơ chế hoạt động 4 trạng thái của xy-lanh phanh chính hai buồng (kể cả trạng thái sự cố rò rỉ dầu) và nguyên lý mạch chéo an toàn.
- Làm rõ nguyên lý điều áp 3 chế độ (tăng, giữ, giảm) của bộ chấp hành ABS và cơ chế phân phối tải trọng phanh của EBD và BA.
- Xây dựng quy trình xử lý chuẩn đối với 3 mã lỗi điện tử tiêu biểu (C1000-94, C0040-12, C0049-7B).
- Giải pháp và kiến nghị:
- Đề xuất áp dụng quy trình kiểm tra khe hở định kỳ và thay thế má phanh ngay khi đạt ngưỡng báo mòn cơ học 2,5 mm.
- Thực hiện nghiêm ngặt quy trình xả khí đường ống thủy lực theo đúng thứ tự các bánh xe khi sửa chữa hệ thống phanh.
- Sử dụng thiết bị chẩn đoán chuyên dụng để đọc và xóa mã lỗi DTC trong quá trình bảo dưỡng hệ thống phanh ABS/VSA.
- Đóng góp của đồ án:
- Hệ thống hóa tài liệu kỹ thuật chuyên sâu về hệ thống phanh trên dòng xe Honda City thế hệ thứ 5 phục vụ công tác đào tạo thực hành chuyên ngành Cơ khí ô tô.
- Cung cấp cẩm nang tra cứu quy trình tháo lắp, bảo dưỡng và xử lý sự cố thực tế cho kỹ thuật viên tại các xưởng sửa chữa ô tô.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Phạm vi nghiên cứu giới hạn trên phiên bản Honda City 2020 (City 1.5 TOP) sử dụng cơ cấu phanh tang trống phía sau, chưa so sánh với các dòng xe trang bị phanh đĩa 4 bánh cùng phân khúc.
- Các phân tích chẩn đoán tập trung vào mã lỗi hệ thống phanh và ABS/VSA cơ bản, chưa đi sâu vào việc phân tích dữ liệu động (Live Data/Data Stream) từ máy chẩn đoán chuyên hãng.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Nghiên cứu mở rộng hệ thống an toàn chủ động Honda SENSING tích hợp điều khiển phanh tự động giảm thiểu va chạm (CMBS) trên các thế hệ xe Honda mới hơn.
- Đo đạc, thực nghiệm lực phanh thực tế trên bệ thử phanh con lăn để đánh giá sự biến thiên lực phanh theo thời gian sử dụng.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng sử dụng: Sinh viên ngành Kỹ thuật ô tô, Cơ khí ô tô sử dụng làm tài liệu tham khảo cho đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Khai thác kỹ thuật ô tô hoặc môn học Kết cấu ô tô; kỹ thuật viên dịch vụ tại các gara và đại lý ô tô.
- Các nội dung có giá trị tham khảo cao:
- Sơ đồ nguyên lý và cơ chế hoạt động khi rò rỉ của xy-lanh phanh chính hai buồng (Tandem Master Cylinder).
- Trình tự tháo lắp, bảo dưỡng phanh đĩa trước và phanh tang trống sau xe Honda City 2020.
- Quy trình xử lý lỗi chẩn đoán DTC hệ thống ABS/VSA và công tắc đèn phanh.
Câu hỏi thường gặp
1. Cơ cấu phanh trước và phanh sau trên xe Honda City 2020 có kết cấu khác nhau như thế nào?
Phanh trước sử dụng cơ cấu phanh đĩa có rãnh thông gió tản nhiệt kết hợp cụm ngàm phanh di động một piston. Phanh sau sử dụng cơ cấu phanh tang trống (phanh guốc) dẫn động bằng xy-lanh kép, tích hợp cơ cấu cần xoay liên kết với dây cáp của phanh tay.
2. Cơ chế tự động điều chỉnh khe hở của phanh đĩa trước trên xe Honda City 2020 vận hành ra sao?
Khe hở được điều chỉnh tự động nhờ sự biến dạng đàn hồi của cuppen làm kín piston ngàm phanh. Khi đạp phanh, áp suất dầu đẩy piston dịch chuyển làm cuppen biến dạng; khi nhả phanh, tính đàn hồi của cuppen kéo piston lùi về một khoảng cố định, đảm bảo khe hở giữa má phanh và đĩa phanh luôn được duy trì mà không cần căn chỉnh thủ công.
3. Khi một nhánh đường ống dầu phanh bị rò rỉ, xy-lanh phanh chính hai buồng duy trì khả năng dừng xe như thế nào?
Nếu rò rỉ ở khoang sau, piston sơ cấp di chuyển hết hành trình tiếp xúc cơ khí để đẩy piston thứ cấp nén dầu ở khoang trước. Nếu rò rỉ ở khoang trước, piston thứ cấp dịch chuyển tỳ vào vách đáy xy-lanh, cho phép piston sơ cấp tạo áp suất ở khoang sau. Nhờ đó, hai bánh xe thuộc nhánh không rò rỉ vẫn thực hiện được quá trình phanh.
4. Dấu hiệu cảnh báo mòn má phanh trước trên xe Honda City 2020 được thiết kế như thế nào và kích thước giới hạn là bao nhiêu?
Má phanh trước được trang bị thanh thép báo mòn (bộ báo mòn đệm phanh). Khi độ dày má phanh mòn xuống còn khoảng 2,5 mm, đầu thanh thép sẽ tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đĩa phanh kim loại, tạo ra tiếng kêu rít cơ học cảnh báo người lái cần thay thế má phanh.
5. Các mã lỗi chẩn đoán tiêu biểu của hệ thống phanh trên xe Honda City 2020 trong đồ án gồm những mã nào?
Đồ án phân tích chi tiết 3 mã lỗi: mã C1000-94 (Thời gian kích hoạt hệ thống ABS/VSA quá dài), mã DTC C0040-12 (Lỗi công tắc đèn phanh ngừng hoạt động ở vị trí ON) và mã C0049-7B (Mức dầu phanh trong bình chứa xuống quá thấp).
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Khai thác kỹ thuật hệ thống phanh ô tô Honda City 2020" của sinh viên Bùi Hải Long đã phân tích toàn diện kết cấu cơ khí, nguyên lý thủy lực mạch chéo và hệ thống điều khiển điện tử ABS/EBD/BA trên mẫu xe Honda City thế hệ thứ 5. Tác giả đã tổng hợp chi tiết các thông số kỹ thuật, lập bảng phân loại hư hỏng và xây dựng các quy trình bảo dưỡng định kỳ, quy trình chẩn đoán mã lỗi DTC cũng như trình tự tháo lắp kiểm tra thực tế. Đây là tài liệu kỹ thuật có tính ứng dụng thực tế cao, phục vụ hiệu quả cho công tác học tập chuyên ngành Cơ khí ô tô và công tác bảo dưỡng, sửa chữa ô tô thương mại.