Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu sử dụng phương tiện cơ giới phục vụ đời sống và vận tải tại Việt Nam ngày càng gia tăng. Hàng năm, nguồn ngân sách quốc gia phải chi trả hàng trăm tỷ đồng để nhập khẩu ô tô nguyên chiếc, trong khi nguồn thu từ xuất khẩu nông sản của 70% dân số lao động trong ngành nông nghiệp còn khiêm tốn. Trước bối cảnh đó, Chính phủ đã ban hành nhiều cơ chế, chính sách ưu đãi về đầu tư, thuế và tín dụng nhằm khuyến khích sản xuất trong nước, từng bước thay thế nhập khẩu và hướng tới xuất khẩu. Cùng với sự gia tăng nhanh chóng của số lượng ô tô lưu hành, nhu cầu bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cao chất lượng hoạt động kỹ thuật của phương tiện trở nên cấp thiết. Tuy nhiên, phần lớn các cơ sở dịch vụ sửa chữa hiện nay có quy mô nhỏ lẻ, tập trung chủ yếu tại các đô thị lớn, trang thiết bị chuyên dụng còn thiếu thốn và quy trình kỹ thuật phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của kỹ thuật viên.

Hệ thống phanh là một trong những cụm chi tiết quan trọng nhất trên ô tô, giữ vai trò quyết định đến tính an toàn chuyển động ở tốc độ cao, cho phép người lái giảm tốc độ, dừng hẳn phương tiện hoặc giữ xe đỗ cố định trên dốc. Nhằm chuẩn hóa các thao tác kỹ thuật, đề tài khóa luận tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:

  1. Nắm vững các dạng hư hỏng, quá trình kiểm tra, đánh giá tình trạng kỹ thuật của các thông số chính và thông số kết cấu của hệ thống phanh xe ô tô.
  2. Xây dựng quy trình bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phanh trên dòng xe Kia Morning 2.0 bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật cơ bản.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của khóa luận:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa các bộ phận thuộc hệ thống phanh ô tô Kia Morning 2.0.
  • Phạm vi nghiên cứu: Các cơ cấu, cụm chi tiết của hệ thống phanh được thực hành bảo dưỡng và sửa chữa thực tế trong không gian xưởng thực hành ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết động lực học phanh ô tô, các quy chuẩn an toàn kỹ thuật phương tiện cơ giới đường bộ và hệ thống văn bản quy phạm pháp luật hiện hành của Việt Nam:

  • Khung lý thuyết động lực học phanh: Phân tích mô men phanh, mô men bám và gia tốc chậm dần của bánh xe qua phương trình cân bằng mô men quanh trục quay: $M_p - M_\varphi = J_b \frac{d\omega_b}{dt}$, trong đó $M_p$ là mô men phanh do cơ cấu phanh tạo ra, $M_\varphi$ là mô men bám của bánh xe với mặt đường, $J_b$ là mô men quán tính bánh xe, và $\omega_b$ là tốc độ góc bánh xe. Gia tốc chậm dần của bánh xe được biểu diễn qua công thức $\varepsilon_b = \frac{M_p - M_\varphi}{J_b}$. Chu trình điều khiển áp suất dầu phanh của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) duy trì hệ số trượt trong vùng tối ưu từ 10% đến 30%.
  • Văn bản pháp luật và tiêu chuẩn kỹ thuật: Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường xe cơ giới đường bộ năm 2001 (Bộ Giao thông Vận tải); Quyết định số 992/2003/QĐ-BGTVT quy định về chẩn đoán và bảo dưỡng kỹ thuật ô tô; Thông tư số 10/2009/TT-BGTVT; Thông tư số 31/2011/TT-BGTVT; Thông tư số 56/2012/TT-BGTVT; Thông tư số 59/2013/TT-BGTVT; Thông tư số 53/2014/TT-BGTVT về bảo dưỡng, sửa chữa xe cơ giới; Nghị định số 63/2016/NĐ-CP và Thông tư số 51/2016/TT-BGTVT; Nghị định số 116/2017/NĐ-CP.
  • Phương pháp nghiên cứu: Tác giả kết hợp hai phương pháp chính:
    1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tổng hợp lý thuyết chuyên ngành cơ khí ô tô, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất Kia và các quy chuẩn ngành để thiết lập cơ sở lý luận.
    2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Trực tiếp tháo lắp, kiểm tra, đo đạc và thao tác kỹ thuật trên hệ thống phanh của xe Kia Morning 2.0 tại xưởng thực hành để hoàn thiện các bước công nghệ trong quy trình.
  • Nguồn dữ liệu: Báo cáo thị trường ô tô toàn cầu từ JATO Dynamics (2018); Số liệu thống kê nhập khẩu và đăng ký phương tiện từ Tổng cục Hải quan Việt Nam (2019); Hồ sơ kỹ thuật và thông số kết cấu của dòng xe Kia Morning thế hệ thứ ba.
Tiêu chí đánh giá hiệu quả phanh (Thử trên đường ở 30 km/h) Nhóm 1: Ô tô con đến 09 chỗ Nhóm 2: Ô tô tải $\le$ 8.000 kg, ô tô khách > 9 chỗ (chiều dài $\le$ 7,5 m) Nhóm 3: Ô tô tải > 8.000 kg, ô tô khách > 9 chỗ (chiều dài > 7,5 m)
Quãng đường phanh tối đa ($S_p$) Không lớn hơn 7,2 m Không lớn hơn 9,5 m Không lớn hơn 11,0 m
Gia tốc chậm dần lớn nhất ($J_p\text{ max}$) Không nhỏ hơn 5,8 $\text{m/s}^2$ Không nhỏ hơn 5,0 $\text{m/s}^2$ Không nhỏ hơn 4,2 $\text{m/s}^2$

Nội dung chính theo từng chương

Chương I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương I phân tích toàn diện ngành công nghiệp ô tô toàn cầu và Việt Nam. Theo thống kê của JATO Dynamics, năm 2018 toàn cầu tiêu thụ 86,05 triệu xe (tăng 2,4% so với 2017). Tại Việt Nam, giai đoạn 2012-2018 tốc độ tiêu thụ tăng bình quân 7,1%/năm; đến năm 2019, cả nước có 358 doanh nghiệp sản xuất và phụ tùng liên quan đến ô tô, đáp ứng khoảng 70% nhu cầu xe dưới 9 chỗ trong nước.

Về mặt kỹ thuật, chương tổng kết các yêu cầu của hệ thống phanh gồm độ tin cậy, hiệu quả phanh cao, phân bố lực phanh hợp lý (sai lệch giữa hai bánh trên cùng một cầu không vượt quá 15%) và khả năng thoát nhiệt. Chương trình bày chi tiết bốn loại phanh: phanh làm việc (phanh chân), phanh dự trữ, phanh dừng (phanh tay, giữ xe trên dốc không nhỏ hơn 20% hoặc 25% tùy chế độ thử) và phanh chậm dần (áp dụng cho xe tải trên 12 tấn, xe khách trên 5 tấn).

Chương cũng hệ thống hóa các dạng hư hỏng cơ bản của cơ cấu phanh (mòn không đều, tróc đinh tán/keo dán, biến dạng tang trống, dính dầu mỡ hoặc nước làm giảm ma sát, bó kẹt cơ cấu) và dẫn động điều khiển (thiếu dầu, lọt khí, hỏng phớt cuppen, cào xước lòng xylanh, rò rỉ đường ống). Khái niệm chẩn đoán kỹ thuật theo Quyết định 992/2003/QĐ-BGTVT được phân tích cùng ba điều kiện của một thông số chẩn đoán: tính đồng tính, mở rộng vùng biến đổi và tính dễ đo đạc. Đồng thời, các quy định pháp luật như Thông tư 53/2014/TT-BGTVT xác định rõ thời hạn bảo hành tối thiểu sau bảo dưỡng, sửa chữa là 02 tháng hoặc 1.500 km vận hành.

Chương II. Hệ thống phanh trên ô tô Kia Morning 2.0

Chương II đi sâu vào phân tích đặc tính kỹ thuật, kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh trên dòng xe Kia Morning 2.0 (Kia Picanto thế hệ thứ ba trang bị động cơ Kappa 1.25L).

Thông số kỹ thuật của xe Kia Morning 2.0 Giá trị kỹ thuật
Kích thước bao xe (Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao) 3.595 $\times$ 1.490 mm
Chiều dài cơ sở 2.385 mm
Vết bánh xe (Trước / Sau) 1.520 / 1.520 mm
Trọng lượng không tải / Đầy tải 960 / 1.340 kg
Khoảng sáng gầm xe 150 mm
Động cơ và dung tích công tác Kappa 1.25L, dung tích 1.248 cc
Công suất cực đại / Số vòng quay 86 Hp tại 6.000 rpm
Tốc độ tối đa ($V_{\text{max}}$) và cỡ lốp 210 km/h; cỡ lốp 175/50R15
Cơ cấu phanh (Trước / Sau) Phanh đĩa thông gió 15 inch / Phanh đĩa đặc 15 inch
Dẫn động và cơ chế trợ lực Thủy lực trợ lực chân không; phanh dừng cơ khí ở bánh sau
Hệ thống an toàn điện tử Tích hợp ABS (8 van điện từ 2 vị trí) và hệ thống EBD

Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh ABS trên xe được chia thành các chế độ:

  • Khi không phanh và khi phanh bình thường: Cảm biến tốc độ liên tục gửi tín hiệu về khối điều khiển điện tử ECU. Dầu phanh từ xylanh chính qua van nạp (thường mở) tới các xylanh bánh xe mà không bị can thiệp bởi bộ chấp hành thủy lực.
  • Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động khi độ trượt vượt quá 10% - 30%):
    1. Giai đoạn duy trì (giữ) áp suất: ECU kích hoạt cuộn dây van điện từ để đóng van nạp, cắt đường dầu từ xylanh chính tới xylanh bánh xe, giữ nguyên áp suất phanh.
    2. Giai đoạn giảm áp suất: Nếu bánh xe vẫn có xu hướng bó cứng, ECU kích hoạt mở van xả, dầu phanh hồi về bình tích năng và được bơm dầu trợ lực đẩy ngược về buồng chứa, làm giảm lực ép má phanh.
    3. Giai đoạn tăng áp suất: Khi bánh xe phục hồi tốc độ quay, ECU ngắt dòng điện cấp cho van điện từ, van nạp mở ra và van xả đóng lại, tái lập áp suất dầu lớn lên bánh xe.

Chương liệt kê cụ thể các hư hỏng thực tế kèm nguyên nhân: phanh thiếu lực (mòn má phanh, lọt khí đường ống, hỏng bầu chân không); phanh phát ra tiếng kêu (mòn đinh tán, kẹt dị vật, đĩa phanh xước méo); phanh bị nhao lệch (tiếp xúc hai bên không đều, dính dầu mỡ, lệch áp suất lốp, rơ lỏng bulông đĩa phanh); hành trình tự do bàn đạp nhỏ; phanh bị giật (cong vênh đĩa phanh, lò xo hồi vị yếu); bó phanh (nghẹt lỗ bổ sung dầu ở xylanh chính, kẹt piston, kẹt thanh đẩy); và phanh bị nặng (hở gioăng làm kín màng chân không, nghẹt đường ống chân không).

Chương III. Xây dựng quy trình bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phanh xe Kiamorrning 2.0

Chương III thiết lập quy trình công nghệ phục vụ kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phanh Kia Morning 2.0 theo trình tự chuẩn hóa:

  • Kiểm tra chẩn đoán hệ thống ABS: Sử dụng giắc kiểm tra và thiết bị chẩn đoán chuyên dụng để kiểm tra ban đầu tình trạng hệ thống, đọc và xóa mã lỗi hư hỏng được lưu trữ trong bộ nhớ ABS-ECU.
  • Quy trình các bước kiểm tra, bảo dưỡng phanh:
    1. Chuẩn bị trang thiết bị, dụng cụ chuyên dùng, đồ bảo hộ và tiếp nhận phương tiện.
    2. Kiểm tra bàn đạp phanh: đo hành trình tự do của bàn đạp, kiểm tra độ cao và khoảng dự trữ của bàn đạp phanh so với sàn xe.
    3. Kiểm tra độ kín khít của hệ thống dẫn động thủy lực và hệ thống trợ lực chân không.
    4. Tháo bánh xe, tháo cụm càng phanh để vệ sinh, kiểm tra chiều dày đĩa phanh, má phanh và đo khe hở tiêu chuẩn giữa má phanh và đĩa phanh.
    5. Kiểm tra chất lượng dầu phanh trong bình chứa xylanh chính; lắp đặt thiết bị chuyên dùng để thay dầu phanh mới và xả không khí (xả air) ra khỏi hệ thống theo đúng trình tự kỹ thuật.
  • Biện pháp sửa chữa, khắc phục hư hỏng chi tiết chính: Hướng dẫn tháo rã, tẩy rửa, đo kiểm độ mòn, rỗ bề mặt lòng xylanh phanh chính, xylanh con; thay thế cuppen cao su bị nở hoặc chai cứng; xử lý bề mặt đĩa phanh bị cào xước; căn chỉnh lại khe hở làm việc và khắc phục sai lệch cơ cấu dẫn động cơ khí của phanh đỗ.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật cụ thể: Khóa luận đã hệ thống hóa đầy đủ các thông số kết cấu và kỹ thuật của hệ thống phanh trên xe Kia Morning 2.0 (trang bị đĩa thông gió trước 15 inch, đĩa đặc sau 15 inch, bộ chấp hành ABS gồm 8 van điện từ và cụm trợ lực chân không). Đã tổng hợp các tiêu chuẩn kiểm định cơ giới theo quy định Nhà nước: quãng đường phanh ô tô con không vượt quá 7,2 m và gia tốc chậm dần không nhỏ hơn $5,8\text{ m/s}^2$ ở vận tốc thử 30 km/h; tổng lực phanh trên băng thử không nhỏ hơn 50% trọng lượng không tải; sai lệch lực phanh giữa hai bánh trên cùng một trục không vượt quá 15%.
  • Giải pháp và quy trình đề xuất: Xây dựng thành công quy trình các bước kiểm tra chẩn đoán lỗi ABS qua cổng giao tiếp, quy trình bảo dưỡng định kỳ các cụm chi tiết và thao tác thay dầu, xả khí bằng thiết bị chuyên dùng, đảm bảo điều kiện an toàn và độ tin cậy vận hành.
  • Đóng góp của đề tài: Tác giả đã kết nối lý thuyết cơ học phanh với các văn bản pháp quy hiện hành (Quyết định 992/2003, Thông tư 53/2014, Nghị định 63/2016) để đưa ra một tài liệu hướng dẫn công nghệ bảo dưỡng, sửa chữa mang tính ứng dụng thực tế cho xưởng thực hành và các cơ sở bảo dưỡng ô tô quy mô vừa và nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Phạm vi nghiên cứu của khóa luận mới chỉ giới hạn trong việc tháo lắp, khảo sát và xây dựng quy trình đối với các thiết bị và cụm phanh sẵn có trong điều kiện phòng thí nghiệm, xưởng thực hành cơ khí; chưa có điều kiện khảo sát thực tế trên diện rộng các xe Kia Morning đang vận hành ở nhiều dải km và môi trường địa hình khác nhau.
  • Hướng phát triển tiếp: Tiếp tục mở rộng nội dung kiểm nghiệm quy trình trên thiết bị băng thử phanh động lực học chuyên dụng; nghiên cứu chuyên sâu về thuật toán điều khiển điện tử của khối ABS-ECU và phân phối lực phanh điện tử EBD trên các dòng xe đô thị cỡ nhỏ thế hệ mới.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực và các kỹ thuật viên tại các xưởng dịch vụ sửa chữa:

  • Cung cấp số liệu kỹ thuật, kích thước hình học và cơ cấu chấp hành chi tiết của hệ thống phanh xe Kia Morning 2.0.
  • Là tài liệu hướng dẫn từng bước quy trình kiểm tra bàn đạp phanh, đo khe hở má phanh - đĩa phanh, thay dầu phanh chuyên dụng và phương pháp khắc phục hư hỏng cơ khí - thủy lực điển hình.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống phanh trên xe Kia Morning 2.0 có đặc điểm cấu tạo cơ bản như thế nào?
Hệ thống phanh trên xe gồm phanh trước dạng đĩa thông gió 15 inch, phanh sau dạng đĩa đặc 15 inch; phanh dừng dẫn động cơ khí tác động vào 2 bánh sau; hệ thống sử dụng bầu trợ lực chân không và tích hợp hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS cùng hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD. Cụm chấp hành ABS-ECU sử dụng 8 van điện từ loại 2 vị trí (4 van nạp giữ áp và 4 van xả giảm áp) cùng 4 cảm biến tốc độ đặt tại các bánh xe.

Các giai đoạn làm việc của hệ thống phanh ABS khi xảy ra phanh khẩn cấp diễn ra như thế nào?
Khi hệ số trượt vượt quá 10% - 30%, ABS hoạt động theo 3 giai đoạn lặp lại: giai đoạn duy trì áp suất (van nạp đóng lại cắt đường dầu tới xylanh bánh xe); giai đoạn giảm áp suất (van nạp đóng, van xả mở đưa dầu về bình tích năng để giải phóng lực ép); và giai đoạn tăng áp suất (ngắt điện cuộn van, van nạp mở lại và van xả đóng để bơm dầu tái lập áp suất phanh).

Theo quy chuẩn kỹ thuật trong khóa luận, chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh chính của ô tô con dưới 09 chỗ được quy định ra sao?
Khi thử phanh trên đường khô ráo, phẳng, hệ số bám $\varphi \ge 0,6$ ở tốc độ 30 km/h: quãng đường phanh $S_p$ không lớn hơn 7,2 m và gia tốc chậm dần lớn nhất $J_p\text{ max}$ không nhỏ hơn $5,8\text{ m/s}^2$. Khi thử trên băng thử phanh, tổng lực phanh không nhỏ hơn 50% trọng lượng không tải của xe và độ sai lệch lực phanh giữa bánh trái - bánh phải trên cùng một trục không vượt quá 15%.

Thời hạn bảo hành tối thiểu đối với dịch vụ bảo dưỡng định kỳ và sửa chữa xe cơ giới theo Thông tư số 53/2014/TT-BGTVT là bao lâu?
Theo quy định tại Thông tư số 53/2014/TT-BGTVT được trích dẫn trong khóa luận, cơ sở bảo dưỡng, sửa chữa phải chịu trách nhiệm bảo hành chất lượng dịch vụ xuất xưởng với thời hạn tối thiểu không được nhỏ hơn 02 tháng hoặc 1.500 km xe chạy, tùy theo điều kiện nào đến trước.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Hoàng Văn Cảnh đã phân tích toàn diện kết cấu, nguyên lý thủy lực và chu trình điều khiển điện tử của hệ thống phanh tích hợp ABS trên dòng xe Kia Morning 2.0. Đề tài đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý luận động lực học, các tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật phương tiện cơ giới đường bộ và quy định kiểm định hiện hành. Trên cơ sở đó, tác giả đã xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ chẩn đoán, bảo dưỡng định kỳ và sửa chữa các cụm chi tiết chính, đáp ứng tốt yêu cầu an toàn kỹ thuật trong khai thác và sử dụng ô tô.