Đồ án: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điều hòa ô tô điều khiển từ xa

Tài liệu chi tiết về thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống điều hòa ô tô điều khiển từ xa. Bao gồm quy trình, sơ đồ mạch điện và hướng dẫn vận hành.

• Tác giả: Nguyễn Xuân Hiếu
• Người hướng dẫn: Ths. Huỳnh Quang Thảo
• Trường học: Trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Điều Khiển Từ Xa Trên Ô Tô
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Hình Điều Hòa Ô Tô Điều Khiển Từ Xa

Mô hình điều hòa ô tô điều khiển từ xa là một giải pháp công nghệ tiên tiến giúp điều chỉnh nhiệt độ bên trong xe từ xa. Hệ thống này được thiết kế để giải quyết các vấn đề khi để xe dưới ánh nắng trực tiếp, bao gồm giảm tuổi thọ nội thất, hỏng sơn ngoại thất và các chi tiết nhanh xuống cấp. Điều khiển từ xa cho phép người dùng khởi động hệ thống điều hòa không khí trước khi lên xe, tạo ra môi trường thoải mái ngay lập tức. Công nghệ này kết hợp giữa hệ thống điện tử và cơ khí, tích hợp các thành phần như máy nén, dàn lạnh, quạt và bộ điều khiển thông minh. Mô hình được phát triển dựa trên nhu cầu thực tế của người dùng ô tô hiện đại, nhằm nâng cao tiện nghi và bảo vệ tài sản của họ.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Trên Xe

Hệ thống điều hòa không khí đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ ô tô và sức khỏe người dùng. Khi để xe ngoài trời dưới ánh nắng chiếu trực tiếp, nhiệt độ bên trong xe có thể tăng lên đến 60-70°C, gây hỏng sơn ngoại thất, làm lão hóa nội thất và giảm tuổi thọ các linh kiện điện tử. Điều hòa từ xa giúp làm mát xe trước khi khách hàng lên xe, tạo điều kiện thoải mái và bảo vệ tài sản.

1.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Công Nghệ Điều Khiển Từ Xa

Công nghệ điều khiển từ xa được áp dụng rộng rãi trong các hãng xe hơi cao cấp như Toyota, BMW và Mercedes-Benz. Người dùng có thể khởi động hệ thống thông qua remote điều khiển, ứng dụng smartphone hoặc công nghệ GPS. Điều này không chỉ mang lại tiện nghi mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường bằng cách chỉ hoạt động khi cần thiết.

II. Thiết Kế Và Các Phương Án Giải Pháp

Thiết kế mô hình điều hòa ô tô đòi hỏi sự kết hợp giữa kỹ thuật cơ khí và điện tử. Đồ án tốt nghiệp tại Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh đã phát triển ba phương án thiết kế chính. Phương án 1 đặt tất cả bộ phận hệ thống phía dưới mô hình với bảng điều khiển phía trước. Phương án 2 bố trí các thiết bị phía trên để dễ dàng tiếp cận và bảo dưỡng. Phương án 3 kết hợp cả hai phương án trên để tối ưu hóa không gian và hiệu suất. Mỗi phương án đều có những ưu và nhược điểm riêng, phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng thực tế.

2.1. Phương Án 1 Bố Trí Dưới Mô Hình

Phương án 1 tập trung các thành phần chính như máy nén, dàn lạnh và quạt phía dưới khung mô hình. Bảng điều khiển được đặt phía trước để dễ quan sát và vận hành. Ưu điểm là tối ưu hóa không gian sử dụng, nhưng bảo dưỡng khó khăn hơn do các thành phần nằm ở vị trí thấp.

2.2. Phương Án 2 Bố Trí Phía Trên

Phương án 2 đặt các thiết bị điều hòa không khí phía trên mô hình, giúp dễ dàng kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa. Điều này thuận lợi cho các công việc bảo trì định kỳ, nhưng có thể chiếm nhiều không gian và ảnh hưởng đến thẩm mỹ của mô hình.

2.3. Phương Án 3 Kết Hợp Hai Phương Án

Phương án 3 là sự kết hợp thông minh giữa phương án 1 và 2, đặt các linh kiện quan trọng phía trên để bảo dưỡng dễ dàng, trong khi các bộ phận khác nằm phía dưới để tiết kiệm không gian. Đây là phương án được lựa chọn cuối cùng do cân bằng tốt giữa tiện lợi và hiệu quả.

III. Quy Trình Thiết Kế Và Tính Toán Kỹ Thuật

Quy trình thiết kế mô hình sử dụng các phần mềm chuyên dụng như SolidWorks, AutoCAD và Arduino IDE. Đầu tiên, kỹ sư thiết kế khung mô hình cơ khí bằng SolidWorks, sau đó vẽ các bản vẽ kỹ thuật chi tiết bằng AutoCAD. Tính toán hệ thống điều hòa bao gồm xác định công suất máy nén cần thiết, dung tích gas R134a phù hợp và khả năng tản nhiệt của dàn nóng. Mạch điện được thiết kế với sơ đồ điều khiển hai chế độ, sơ đồ điều khiển ly hợp từ, và sơ đồ điều khiển quạt giàn nóng-lạnh. Các cầu chì bảo vệ được thiết lập để đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống điều khiển từ xa.

3.1. Thiết Kế Cơ Khí Bằng SolidWorks

Sử dụng SolidWorks, các kỹ sư xây dựng mô hình 3D chi tiết của khung mô hình và các bộ phận như dàn lạnh, dàn nóng, quạt và bộ chứa chất lạnh. Phần mềm này cho phép tính toán lực, áp suất và kiểm tra xung đột giữa các thành phần, đảm bảo thiết kế an toàn và hiệu quả.

3.2. Thiết Kế Mạch Điện Và Hệ Thống Điều Khiển

Mạch điện hệ thống được thiết kế với sơ đồ tổng quan, sơ đồ điều khiển hai chế độ (cao-thấp), và sơ đồ điều khiển ly hợp từ (Contactor). Bộ điều khiển từ xa giao tiếp với các relay và contactor để bật/tắt máy nén và quạt. Adapter 220V to 12V được sử dụng để cấp điện cho các mạch điều khiển và các công tắc gạt 6 chân.

3.3. Tính Toán Thông Số Kỹ Thuật

Các thông số kỹ thuật bao gồm công suất máy nén (kW), dung tích gas R134a (kg), công suất motor quạt (W), và áp suất hoạt động (PSI). Bộ điều khiển từ xa có khoảng cách hoạt động và tần số phù hợp với tiêu chuẩn an toàn điện tử. Cầu chì và aptomat được chọn sao cho phù hợp với dòng điện tối đa của từng mạch.

IV. Lắp Ráp Thử Nghiệm Và Bảo Dưỡng Hệ Thống

Lắp ráp mô hình được thực hiện theo các bản vẽ kỹ thuật chi tiết, bao gồm lắp đặt phần cơ khí và phần mạch điện. Sau khi lắp ráp hoàn thành, tiến hành nạp gas R134a vào hệ thống và kiểm tra độ kín của các đường ống. Thử nghiệm mô hình bao gồm kiểm tra khả năng làm lạnh, xác nhận điều khiển từ xa hoạt động bình thường, và đo nhiệt độ đầu ra. Bảo dưỡng định kỳ bao gồm kiểm tra máy nén, vệ sinh dàn nóng-lạnh, kiểm tra chất lạnh, và bảo dưỡng motor quạt. Hệ thống điều hòa không khí cần được bảo dưỡng mỗi 6 tháng để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

4.1. Quy Trình Lắp Ráp Phần Cơ Khí Và Điện

Phần cơ khí bao gồm lắp đặt khung mô hình, gắn máy nén, dàn lạnh, dàn nóng và quạt theo sơ đồ thiết kế. Phần mạch điện sa bàn được lắp đặt trên mô hình với các kết nối relay, contactor, và điều khiển từ xa. Tất cả các đầu nối được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tiếp xúc tốt.

4.2. Quy Trình Nạp Gas Và Kiểm Tra Độ Kín

Nạp gas R134a được thực hiện theo quy trình chuẩn, đầu tiên xử lý chân không để loại bỏ không khí, sau đó nạp gas từng từ theo độ chính xác của gauge áp suất. Kiểm tra độ kín bằng phương pháp bọt xà phòng hoặc máy phát hiện rò rỉ gas để đảm bảo không có rò rỉ trong hệ thống.

4.3. Chạy Thử Nghiệm Và Bảo Dưỡng Định Kỳ

Thử nghiệm mô hình kiểm tra khả năng làm lạnh bằng cách đo nhiệt độ đầu ra, xác nhận điều khiển từ xa hoạt động chính xác ở chế độ cao và thấp. Bảo dưỡng định kỳ bao gồm vệ sinh dàn nóng, kiểm tra dung tích gas, và bảo dưỡng motor quạt để duy trì hiệu suất cao nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI - CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP - CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT - CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ - CHƯƠNG 5: THI CÔNG SẢN PHẨM VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH - CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1. Kết quả đạt được của đề tài - Thiết kế lắp đặt vận hành thành công mô hình điều hòa không khí từ xa trên ô tô. - Vận dụng được các kiến thức đã học vào đồ án tốt nghiệp. - Biết sử dụng các công cụ thiết bị liên quan tới hệ thống điện lạnh.

- Đồ án có thể sử dụng làm mô hình giảng dạy cho sinh viên ngành ô tô. 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2. Tầm quan trọng của hệ thống điều hòa không khí trên xe hơi: - Vai trò quan trọng nhất của hệ thống điều hòa không khí trên xe hơi đó là giúp duy trì độ ẩm và nhiệt độ trong khoang xe luôn ổn định so với bên ngoài. Dù bên ngoài thời tiết có nắng nóng thì không khí bên trong xe luôn mát mẻ và ngược lại khi trời bên ngoài có thời tiết lạnh thì điều hoà không khí luôn giúp khoang hành khách xe ấm áp và dễ chịu.

- Điều hoà không khí hiện nay không chỉ có chức năng điều hoà nhiệt độ ổn định mà còn có chế độ tự động điều chỉnh mức gió, hướng gió theo nhiệt độ người lái cài đặt nhằm tối ưu hoá sự thoải mái cho hành khách trong xe và tăng sự tập trung cho tài xế, tránh gây mất tập trung do việc thao tác chỉnh điều. - Ngoài ra trên các xe hiện đại ngày nay còn có chức năng lọc không khí và bụi mịn PM 2,5 nhằm đảm bảo sự trong lành dễ chịu trong cabin. Trên xe đắt tiền, hệ thống điều hòa không khí có cả chức năng khử mùi, tạo Ion diệt khuẩn cũng như Virus. Những tác hại khi để xe dưới ánh nắng trực tiếp Việt Nam là quốc gia có khí hậu nhiệt đới gió mùa, thời tiết nóng ẩm mưa nhiều và tương đối khắc nghiệt.

Đặc biệt, khi mùa nóng, việc đậu xe thường xuyên ở khu vực ngoài trời sẽ khiến xe của bạn phải chịu tác động trực tiếp bởi ánh nắng gay gắt. Nếu ô tô để ngoài nắng lâu thì nhiệt độ trong xe sẽ tăng rất cao do hiệu ứng nhà kính. Nhiệt độ có thể lên tới khoảng 90° C, nếu nhiệt độ ngoài trời khoảng 40° C [1]. Các chi tiết trong xe được thiết kế để chịu được nhiệt độ đó.Việc để ô tô phơi nắng quá lâu sẽ khiến cao su, nhựa và các dung môi bên dưới động cơ sẽ biến chất, tan chảy, gây hỏng hóc các chi tiết bên trong cũng như bên ngoài xe.

Ngoài ra, dầu bôi trơn ở 7 nút điều khiển điều hòa, chân phanh,. sẽ kém hiệu quả do dầu bôi trơn bị khô lại.1: Tác hại khi để xe dưới ánh nắng trực tiếp [1] Đặc biệt, hiện tượng quá nhiệt sẽ làm chết ắc quy do làm tăng hiện tượng phản ứng hóa học, các đường ống nạp và nước làm mát dễ bị nứt vỡ do hiện tượng lưu hóa cao su, lốp xe dễ bị tăng áp suất, lớp sơn nhanh bạc màu và bong tróc,… 2. Giảm tuổi thọ nội thất xe Bên trong nội thất là nơi tích tụ sức nóng kinh khủng nhất, dưới cái nắng 40° C và bạn chỉ cần tắt máy rời xe trong 30 phút thì nhiệt độ bên trong cabin sẽ đạt 60° C [2], điều này khiến các chi tiết nhựa bên trong ảnh hưởng rất lớn, mặc dù được thiết kế để chịu nhiệt độ cao nhưng về lâu về dài sẽ làm giảm tuổi thọ của nhựa và các chi tiết trên xe.3: Giảm tuổi thọ nội thất xe [2] 2. Hỏng sơn ngoại thất Hình 2.2: Hỏng sơn ngoại thất [2] Nếu xe thường xuyên đậu ngoài trời nắng mà không dùng tấm chắn hay đậu dưới bóng râm thì nước sơn xe chắc chắn bị ảnh hưởng rất lớn.

Lớp bảo vệ sơn dưới nhiệt độ cao sẽ bị dần ăn mòn khiến cho lớp sơn nhanh bạc hơn bình thường. Đặc biệt sơn 9 xe càng tối màu thì càng bị ảnh hưởng nhiều hơn. Các chi tiết ngoại thất nhanh xuống cấp Lưỡi gạt mưa trên kính lái, kính hậu và các viền chân kính cửa sổ thường được làm bằng cao su. Nếu ô tô thường xuyên đỗ dưới trời nắng nóng, dưới tác động của nhiệt độ cao sẽ khiến các chi tiết này nhanh chóng bị chai cứng, biến dạng và mất tác dụng nên tốn thêm cho phí để thay mới.4: Lưỡi gạt cao su bị lão hóa làm xước kính [2] Đối với những xe có sử dụng cửa sổ trời việc đỗ xe ngoài trời nắng thường xuyên gây lão hóa các gioăng cao su làm rò rỉ nước mưa vào trong xe.5: Xe sử dụng cửa sổ trời đỗ ngoài trời nắng thường xuyên [2] 2.

Gây nổ xe Có rất nhiều người có thói quen để bình cứu hoả hay lon nước ngọt có gas trong xe ô tô. Tuy nhiên, điều này lại phản tác dụng nếu như chủ đỗ xe dưới ánh nắng quá lâu. Thậm chí, bình cứu hỏa mini cũng sẽ là nguyên nhân trực tiếp gây cháy nổ vì chúng chỉ chịu được nhiệt độ trên dưới 55° C [1]. Bởi khi đó, nhiệt độ trong xe tăng cao, khiến bình cứu hoả thay đổi áp suất và rất dễ gây nổ làm cháy xe.6: Để bình cứu hỏa trong xe có thể gây cháy nổ khi để xe ngoài trời nắng [2] 11 2.

Gây ra mùi khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe người dùng Nếu có việc cần sử dụng xe đi ra ngoài vào thời điểm xe ở nhiệt độ cao, sẽ rất khó chịu đối với cơ thể người sử dụng, khả năng thích ứng với nhiệt độ hiện tại chưa tốt nên có thể bị sốc nhiệt, cảm thấy khó chịu khi lái xe, ảnh hưởng đến quá trình di chuyển và có thể gây tai nạn. Khi xe ở bên ngoài trời nắng khoảng một khoảng thời gian dài nó sẽ rất nóng, các bộ phận xe có khả năng chịu nhiệt cao nên nhiệt độ bên trong xe so với ngoài có thể cao hơn nhiều để có thể chống chịu với nhiệt lượng của mặt trời tác động.7: Nhiệt độ xe nóng làm chất nhựa sinh ra mùi khó chịu ảnh hưởng tới sức khỏe người dùng [2] Không chỉ dừng lại đó, việc bốc hơi và hóa hơi của các bộ phận trên xe sẽ sản sinh ra một lượng khí độc hại bên trong xe gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Cụ thể, nếu tiếp xúc trong thời gian dài, con người có thể gặp một số vấn đề về hô hấp và dẫn đến ung thư. Cũng theo nghiên cứu của nhà khoa học Mỹ, khi nhiệt độ bên trong xe lên tới 50° C sẽ làm bay hơi các chất độc hại.

Chọn nơi đỗ xe râm mát, tránh ánh nắng chiếu trực tiếp vào xe 12 Việc đậu xe dưới chỗ mát tránh ánh nắng trực tiếp giúp giảm lượng nhiệt độ trong xe làm xe không bị hầm hơi, giảm tình trạng nội thất xuống cấp cũng như khí độc trong xe, do nhựa bên trong khi đậu dưới trời nóng cũng sản sinh ra các chất độc hại.8: Đỗ xe dưới những chỗ râm mát [2] Nhược điểm: Khó kiếm được chỗ đậu râm mát ở những nơi đông dân cư cũng như trong thành phố. Sử dụng bạt chuyên dụng và các tấm phản quang chống nắng Sử dụng bạt là một trong các cách phổ biến do phù hợp nhu cầu cũng như giá thành sản phẩm rất rẻ. Dễ dàng tìm mua ở các cửa hàng bán phụ tùng, đồ chơi xe hơi cũng như các trang thương mại điện tử. Nhược điểm: Không được chắc chắn khi gặp gió to hay mưa lớn dễ bị lật, bay,.

Làm bạt mau lão hoá dưới thời tiết nắng nóng của Việt Nam.9: Bạt che nắng cho xe hơi [1] Sử dụng tấm phản quang đây cũng là một trong những phương pháp mà các tài xế cũng hay dùng. Với giá thành rẻ và dễ dàng sử dụng cũng như dễ mua được ở các cửa hàng phụ tùng, trang mạng như Shopee, Lazada,… Nhược điểm: Chỉ chắn được kính là chủ yếu, không bảo vệ tuyệt đối lớp sơn xe, gioăng cao su, cần gạt mưa.10: Tấm phản quang che nắng cho xe hơi [2] 14 2. Dán phim cách nhiệt Dán phim cách nhiệt cũng là một biện pháp nhằm giảm lượng nhiệt bên trong xe khi nắng chiếu vào. Công dụng của phim cách nhiệt là ngăn cản các tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời không làm lão hoá các chi tiết nội thất cũng như không gây ảnh hưởng xấu đến làn da của hành khách trong xe.

Nhược điểm là giá thành của một bộ phim cách nhiệt tốt khá đắt. Đơn cử là một bộ xịn của các hãng nổi tiếng như Huper Optik, 3M, V - Kool, Solar FX,… có giá từ 15 đến 30 triệu đồng tuỳ hãng. Còn nếu giá thấp hơn sẽ không bảo vệ được tối ưu như các loại phim cách đắt tiền. Nếu bộ phim cách nhiệt có giá chỉ vài trăm đến một triệu thậm chí nó chả có tác dụng gì.

11: Dán phim cách nhiệt cho xe hơi [3] 2. Chọn màu ô tô là những màu sáng như màu đỏ, màu vàng, cam,… Theo lí thuyết vật lí về màu sắc thì những màu sáng sẽ hấp thụ nhiệt năng thấp hơn, nên lượng nhiệt trong xe từ đó cũng được giảm bớt, kết quả của hơn 2 tiếng hấp 15 thụ lượng nhiệt của hai loại xe màu tối và màu sáng, nhiệt độ trong chiếc xe tối màu lên đến 60,5° C. Chiếc xe sáng màu thì hấp thụ nhiệt ít hơn nhưng cabin xe cũng ghi nhận mức nhiệt đạt 57,3° C. Trong khi, nhiệt độ không khí ở cuối thời điểm khảo sát chỉ là 33° C.

Về ưu điểm khi sử dụng màu sáng giúp xe hạn chế được nhiệt lượng từ môi trường tác động bề mặt xe, mặt khác còn thể hiện được sự sang trọng khi chọn màu. Việc sử dụng màu sáng này cũng gây ra nhược điểm xe dễ bị bẩn và nhanh cũ.12: Sơ đồ thể hiện độ hấp thụ nhiệt độ của các màu [2] 2. Phủ bạt tráng nhôm Trong trường hợp buộc phải đỗ xe ngoài trời những ngày nắng nóng, thì nên dùng bạt che ô tô có tráng nhôm để giảm tác hại của ánh nắng đối với xe. Loại bạt này có tính phản quang nên sẽ giúp giảm đáng kể tác động của nhiệt độ lên chiếc xe, đồng thời cũng sẽ giúp chiếc xe của không bị chịu tác động trực tiếp.13: Dùng bạt phủ tráng nhôm để bảo vệ xe dưới ánh nắng [1] Có thể lựa chọn những mẫu ô cỡ lớn được thiết kế sẵn theo từng mẫu xe được rao bán rộng rãi trên thị trường với giá từ vài trăm nghìn đồng đến vài triệu đồng (tùy chất lượng).