Đồ án: Nghiên cứu hệ thống chiếu sáng & tín hiệu trên xe Ford Ranger 2015

Đồ án phân tích sâu hệ thống điện thân xe Ford Ranger 2015: chiếu sáng, tín hiệu, điện phụ. Gồm sơ đồ, nguyên lý và hướng dẫn chẩn đoán hư hỏng.

• Tác giả: Vũ Đình Dương
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Quốc Đạt
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên cứu hệ thống chiếu sáng, tín hiệu và một số hệ thống điện phụ trên xe ô tô Ford Ranger 2015
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu hệ thống điện Ford Ranger 2015

Hệ thống điện Ford Ranger 2015 là một trong những thành phần quan trọng nhất của xe, đảm bảo hoạt động liên tục của các thiết bị chiếu sáng, tín hiệu và các hệ thống điện phụ. Xe Ford Ranger 2015 được trang bị hộp điều khiển điện thân xe BCM (Body Control Module) hiện đại, quản lý toàn bộ các chức năng điện trên xe. Hệ thống này sử dụng mạng CAN để giao tiếp giữa các mô-đun điều khiển khác nhau, đảm bảo an toàn và hiệu quả cao. Những nâng cấp công nghệ trong hệ thống điện Ford Ranger 2015 giúp xe hoạt động ổn định, tiết kiệm năng lượng và dễ bảo trì. Hiểu rõ về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống này là cần thiết cho việc bảo dưỡng và sửa chữa xe.

1.1. Cấu trúc hộp BCM và chức năng

Hộp BCM (Body Control Module) là bộ não điều khiển của toàn bộ hệ thống điện Ford Ranger 2015. Nó quản lý hơn 60 chức năng khác nhau bao gồm chiếu sáng, tín hiệu, gạt mưa và nhiều hệ thống khác. BCM nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu và phát lệnh điều khiển đến các thiết bị điện tương ứng. Hộp BCM được đặt trong khoang hành khách, được bảo vệ bằng vỏ chống chịu ảnh hưởng từ môi trường. Nó sử dụng công nghệ vi xử lý tiên tiến để đảm bảo độ chính xác cao trong các phép tính và điều khiển.

1.2. Hệ thống mạng CAN trên xe

Mạng CAN (Controller Area Network) trên Ford Ranger 2015 gồm nhiều đường truyền khác nhau: HS CAN (tốc độ cao), MS CAN (tốc độ trung bình), Private CAN và LIN. Mỗi đường truyền có vai trò riêng, từ truyền dữ liệu động cơ đến điều khiển các thiết bị ngoại vi. Hệ thống giao tiếp này cho phép các mô-đun điều khiển khác nhau trao đổi thông tin nhanh chóng và chính xác, giảm số lượng dây dẫn và cải thiện độ tin cậy toàn hệ thống.

II. Hệ thống chiếu sáng Ford Ranger 2015

Hệ thống chiếu sáng Ford Ranger 2015 được thiết kế nhằm cung cấp ánh sáng đầy đủ để lái xe an toàn vào ban đêm và trong điều kiện thời tiết xấu. Hệ thống này bao gồm đèn pha, đèn chạy ban ngày (DRL), đèn sương mù, đèn đỗ xe và đèn biển số. Mỗi loại đèn được thiết kế với công suất và hình thức chiếu sáng khác nhau để đáp ứng các yêu cầu pháp luật và an toàn. Đèn tự động trên Ford Ranger 2015 có khả năng bật/tắt tự động dựa trên cảm biến ánh sáng môi trường. Các đèn này được điều khiển bởi BCM, đảm bảo hoạt động chính xác và tiết kiệm năng lượng. Hiểu rõ về cấu trúc và cách hoạt động của từng loại đèn giúp chúng ta phát hiện và khắc phục sự cố nhanh chóng.

2.1. Đèn pha và đèn chạy ban ngày DRL

Đèn pha trên Ford Ranger 2015 sử dụng công nghệ Halogen hiện đại, cung cấp ánh sáng mạnh và rõ ràng. Đèn chạy ban ngày (DRL) là tính năng an toàn được bật tự động khi khởi động xe, giúp tăng khả năng nhìn thấy xe từ các hướng khác. Cảm biến ánh sáng tích hợp trong hệ thống cho phép đèn pha bật/tắt tự động dựa trên độ sáng môi trường xung quanh.

2.2. Đèn sương mù và đèn biển số

Đèn sương mù phía trước giúp tăng cường chiếu sáng phía dưới trong điều kiện sương mù hoặc mưa. Đèn sương mù phía sau hoạt động tương tự nhưng phía sau xe. Đèn biển số chiếu sáng bảng biển số để thuận tiện cho việc nhận dạng xe. Tất cả các đèn này được điều khiển bởi BCM thông qua các công tắc trên bảng điều khiển tài xế.

III. Hệ thống tín hiệu và hệ thống điện phụ

Hệ thống tín hiệu Ford Ranger 2015 bao gồm đèn xi nhan và đèn báo nguy, cung cấp thông tin về ý định điều khiển của lái xe đến các phương tiện khác. Đèn xi nhan blink định kỳ khi lái xe muốn rẽ phải hoặc phải, trong khi đèn báo nguy nhấp nháy trên cả bốn góc xe để cảnh báo nguy hiểm. Hệ thống điện phụ bao gồm gạt mưa rửa kính, gương chiếu hậu điều khiển từ xa và sấy kính gương. Các hệ thống này được tích hợp vào BCM, cho phép điều khiển dễ dàng và tự động. Hệ thống gạt mưa có thể hoạt động ở các tốc độ khác nhau, từ chậm đến nhanh, tùy theo cộng tác của lái xe. Tất cả các thành phần này đảm bảo an toàn lái xe trong mọi điều kiện.

3.1. Nguyên lý hoạt động đèn xi nhan và báo nguy

Đèn xi nhan được điều khiển bởi cơ chế càng rẽ trên cột lái, gửi tín hiệu đến BCM. BCM sau đó điều khiển rơ le xi nhan, làm cho đèn nhấp nháy với tần suất khoảng 1-2 lần mỗi giây. Đèn báo nguy được kích hoạt khi lái xe nhấn nút báo nguy, làm tất cả bốn góc nhấp nháy đồng thời. BCM kiểm soát tần suất nhấp nháy để đảm bảo độ chính xác.

3.2. Gạt mưa rửa kính và gương chiếu hậu

Hệ thống gạt mưa rửa kính sử dụng động cơ điều khiển bởi BCM, hoạt động ở các tốc độ khác nhau. Gương chiếu hậu có thể được điều khiển từ xa bằng công tắc trên cửa, cho phép điều chỉnh góc nhìn. Sấy kính gương được bật tự động khi bắt đầu khởi động xe hoặc lái xe bấm nút. Những tính năng này nâng cao an toàn và tiện nghi lái xe, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

IV. Chẩn đoán hư hỏng và phương pháp sửa chữa

Chẩn đoán hư hỏng hệ thống điện Ford Ranger 2015 đòi hỏi kiến thức kỹ thuật và dụng cụ chuyên dụng. Các lỗi thường gặp bao gồm đèn không sáng, đèn sáng yếu, hư hỏng cảm biến ánh sáng và lỗi gạt mưa. Để kiểm tra hiệu quả, cần sử dụng bộ chẩn đoán OBD (On-Board Diagnostic) kết nối với giắc DLC trên xe. Bộ này cho phép đọc mã lỗi (DTC) để xác định vấn đề chính xác. Ngoài ra, có thể sử dụng vôn kế để kiểm tra điện áp tại các điểm khác nhau trong hệ thống. Phương pháp sửa chữa bao gồm thay thế bóng đèn, kiểm tra các kết nối dây, thay thế cảm biến hoặc rơ le bị hư hỏng. Việc bảo dưỡng định kỳ giúp phòng ngừa hư hỏng và kéo dài tuổi thọ hệ thống điện.

4.1. Các lỗi thường gặp và cách phát hiện

Lỗi phổ biến bao gồm đèn pha không sáng do bóng đèn cháy hoặc kết nối lỏng, đèn tự động không hoạt động do hư hỏng cảm biến, và gạt mưa không chạy do động cơ bị hư. Để phát hiện, kiểm tra bóng đèn bằng mắt thường, đo điện áp tại các linh kiện nghi ngờ, và đọc mã lỗi từ BCM. Các vết chảy dầu hoặc dây mài mòn cũng là dấu hiệu cảnh báo.

4.2. Quy trình sửa chữa an toàn

Trước khi sửa chữa, tắt động cơ và ngắt kết nối pin âm để tránh chập điện. Kiểm tra sơ đồ điện trong hướng dẫn sử dụng để hiểu cấu trúc hệ thống. Sử dụng các công cụ chuyên dụng như vôn kế, ampe kế để đo các thông số. Thay thế các linh kiện bị hư bằng bản gốc hoặc hãng tương đương. Sau sửa chữa, kiểm tra lại chức năng và xóa mã lỗi để hoàn thành quy trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Lý do chọn đề tài Ngành ô tô thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển mạnh mẽ với việc ứng dụng ngày càng nhiều những thành tựu công nghệ thông tin vào sản xuất và lắp đặt các linh kiện ô tô. Hiện nay thì vấn đề “điện và điện tử” trang bị trên ô tô là tiêu chí chính để đánh giá một chiếc ô tô cao cấp. Trải qua thời gian học tập tại trường, với những kiến thức được trang bị đã giúp em có thêm tự tin và gắn bó hơn với ngành mình đang theo học. Đồ án tốt nghiệp là môn học cuối cùng của mỗi sinh viên để hoàn thành khóa học, nhận thức được tầm quan trọng đó nên em đã chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống chiếu sáng, tín hiệu và một số hệ thống điện phụ trên xe ô tô Ford Ranger 2015”.

Đây là một đề tài rất gần với thực tế sản xuất và sửa chữa các hệ thống điện trên xe. Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy giáo trong bộ môn ô tô và các bạn sinh viên, em đã hoàn thành đề tài đúng tiến độ được giao. Tuy nhiên, do kiến thức thực tế còn hạn chế và đây là lần đầu tiên làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên đề tài không tránh khỏi sai sót. Em rất mong nhận được sự quan tâm của các thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Với việc thực hiện đề tài này đã giúp em có thêm nhiều kiến thức thực tế, đây chính là hành trang để em dễ dàng hơn trong công việc sau này. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Quốc Đạt và các thầy đã giúp em hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.2 Mục đích nghiên cứu Ngày nay, khi mà khoa học – kỹ thuật đang phát triển từng ngày thì những ứng dụng công nghệ tiên tiến trên ô tô ngày càng nhiều. Trong đó, không thể thiếu những thiết bị để tính tiện nghi trên xe, nhu cầu sử dụng xe hơi ngày càng khắt khe hơn người ta ngày càng quan tâm đến những chiếc xe được trang bị các hệ thống hiện đại, mà trên đó không thể thiếu được các thiết bị điện, điện tử. Trên những chiếc xe hiện đại ngày nay, ngoài các hệ thống điện chiếu sáng còn rất nhiều các hệ thống điện rất hiện đại phục vụ cho nhu cầu giải trí: Hệ thống âm thanh, CD, radio, … hệ thống an toàn trên xe: ABS, hệ thống chống trộm, hệ thống túi khí an toàn, hệ thống kiểm soát động cơ,….

Các hệ thống hiện đại này đã nâng 1 giá trị của ô tô và con người. Không chỉ dừng ở đó, các kỹ sư ô tô còn có những ước mơ lớn hơn là làm sao để những chiếc xe thật sự thân thiện với người sử dụng, đến lúc đó khi ngồi trên xe ta sẽ có cảm giác thật sự thoải mái, giảm đến mức tối thiểu các thao tác của người lái xe, mọi hoạt động của xe sẽ được kiểm soát và điều chỉnh một cách hợp lý nhất. Với những lý do trên, nên chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống chiếu sáng, tín hiệu và một số hệ thống điện phụ trên xe ô tô Ford Ranger 2015” làm đề tài tốt nghiệp. Trong đề tài này chúng em tập trung tìm hiểu các kết cấu, nguyên lý làm việc và tìm hiểu các sơ đồ mạch điện của các hệ thống điện bố trí trên xe.3 Phương pháp nghiên cứu Đề tài được hoàn thành đã dựa vào nhiều phương pháp nghiên cứu song song trong đó phương pháp kham khảo tài liệu.

Ý kiến của các thầy từ đó tìm ra hướng đi và hướng giải quyết vấn đề. Trong quá trình thực hiện nhóm cũng thực hiện nhiều phương pháp thực nghiệm, quan sát rút ra kết luận để hoàn thành tốt đề tài.4 Phạm vi nghiên cứu Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các hệ thống điện thân xe trên xe Ford Ranger 2015, qua đó nhận biết được các nguyên nhân hư hỏng cùng với cách khắc phục và sửa chữa, áp dụng cho công việc sau này. GIỚI THIỆU THÀNH PHẦN HỆ THỐNG 2.1 Hộp điều khiển BCM 2.1 Giới thiệu BCM Hình 2.1 Hộp điều khiển điện thân xe BCM Hộp BCM được đặt sau hộp chứa đồ phía tài xế. Hộp BCM là bộ điều khiển sử dụng cho các chức năng:  Lưu trữ và truyền gởi các dữ liệu trung tâm của xe  Chức năng điều khiển  Cổng kết nối HS CAN/MS CAN  Hộp cầu chì khoang hành khách  Hộp Relay BCM kiểm soát các hệ thống khác nhau bằng cách giám sát đầu vào từ các thiết bị chuyển mạch, cảm biến và thông điệp mạng từ các mô-đun khác trên HSCAN1 và từ GWM.

Dựa trên các đầu vào nhận được, BCM kích hoạt đầu ra. Ví dụ, BCM giám sát vị trí công tắc đèn pha, dựa trên đầu vào này, BCM có thể cung cấp điện áp cho các đèn bên ngoài. 3 + HS CAN + MS CAN Cơ cấu chấp hành Công tắc + Đèn đầu, đèn sương + Gạt mưa, rửa kính mù, đèn dừng, …. + Xông kính + Gạt mưa + Đèn đầu, xi nhan,.

+ Khóa trung tâm + Đèn phanh BCM + Bơm nhiên liệu + Khóa cửa + Thay đổi màu kiếng +. điện tử + Cấp nguồn: HVAC, Cảm biến IPC, DLC, MFD, + Ánh sáng mặt trời ACM, RCM + Mức nhiên liệu + Nhiệt độ xung quanh + Nhiệt độ giàn lạnh + Mức dầu phanh +.2 Sơ đồ nguyên lý chung của BCM 2.2 Chức năng hộp BCM  Bảo vệ nguồn Tính năng tiết kiệm pin được sử dụng để tiết kiệm điện áp pin. BCM cung cấp tự động tắt đèn nội thất sau một khoảng thời gian chờ khi tắt máy. BCM theo dõi trạng thái pin và khi cần thiết sẽ tắt phụ kiện để tiết kiệm pin còn lại.

 Bảo vệ mạch điều khiển BCM sử dụng transistor (FET) để bảo vệ các mạch điều khiển đến các đầu ra của mỗi mạch. Transistor (FET) là một chất bán dẫn được sử dụng trong các mô đun điều khiển để điều chỉnh và kiểm soát dòng điện trên đầu ra của các mạch điện. Nó ngăn chặn sự hư hỏng trong trường hợp dòng điện quá tải. 4 Tải đầu ra được điều khiển bởi các dòng cao (mạch ngắn).

Khi có lỗi được phát hiện, FET tắt hay bị ngắt mạch. Mô đun (BCM .) đặt lại chế độ tính năng bảo vệ mạch của FET và chỉ cho phép mạch hoạt động khi lỗi đã được sữa chữa hoặc tắt công tắc máy và bật lại.  Chức năng cảnh báo BCM kiểm soát chức năng cảnh báo sự cố. Nếu RCM xác định mức độ nghiêm trọng của các tác động xảy ra đủ nguy hiểm, chức năng cảnh báo sẽ được kích hoạt.

Các chức năng cảnh báo cụ thể: - Bật còi - Bật các đèn cảnh báo - Bật các đèn nội thất - Mở khóa các cánh cửa Chức năng cảnh báo có thể được tắt bằng cách: - Nhấn vào công tắc đèn Hazard (có thể ấn 2 lần) - Mở cửa tài xế 2.2 Hệ thống giao tiếp Các hộp sử dụng đường truyền mạng để chia sẻ thông tin, bằng cách cho phép một lượng lớn các lệnh điều khiển và thông báo trao đổi giữa các hộp. Điều này cho phép xe có thêm nhiều chức năng, có thể vận hành nhiều hoạt động phức tạp, tránh được việc phải dùng trùng lặp lại cảm biến cho nhiều chức năng trong khi lại có thể giảm được số lượng dây dẫn. Có hai loại hệ thống đường truyền dữ liệu khác nhau được sử dụng trên xe Ford Ranger  Đường truyền CAN  Đường truyền LIN Chính vì lý do có sự tăng lên về số lượng hộp dẫn đến sự tăng lên lượng dữ liệu truyền tải nên có 4 hệ thống đường truyền CAN khác nhau được sử dụng: 5  Đường truyền tốc độ cao HS CAN  Đường truyền I-HS CAN  Đường truyền Private CAN  Đường truyền tốc độ trung bình MS CAN 2.1 Hệ thống mạng CAN trên xe Ford Ranger Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí chung hệ thống mạng CAN trên xe Ford Ranger Bốn hệ thống đường truyền CAN hoạt động dựa trên cùng một nguyên lý, tuy nhiên có sự khác nhau về tốc độ hoạt động. Đường truyền HS CAN và Private CAN được sử dụng cho những chức năng quan trọng và cần tốc độ xử lý cao, trong khi I-HS CAN và MS CAN được sử dụng để giao tiếp giữa các hộp mà có các chức năng không yêu cầu tính khẩn cấp cao.

Mỗi đường truyền CAN bao gồm hai dây dẫn riêng biệt: CAN-H và CAN-L. Mỗi sự giao tiếp (kết nối) diễn ra tại những điện áp khác nhau thông qua hai dây dẫn riêng biệt được xoắn thành cặp. Cùng một thông điệp được đưa ra ngoài tại một thời điểm trên cả hai dây với hai điện áp khác nhau. Hai dây dẫn được sử dụng để đảm bảo rằng ngay cả khi một dây bị đứt thì tín hiệu vẫn được chuyển đi.

Tại mỗi đầu của dây dẫn có gắn một điện trở giới hạn 120Ω. Các điện trở này giúp ngăn cản sự phản xạ và giao thoa trong đường mạng CAN. Các điện trở này được gắn 6 song song với nhau vì vậy nếu hệ thống còn nguyên vẹn không bị hư hỏng thì khi đo điện trở bằng cổng kết nối DLC sẽ có giá trị 60Ω.2 Đường truyền tốc độ cao HS CAN Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý đường truyền HS CAN Hai điện trở giới hạn của đường truyền HS CAN được đặt trong hộp BCM (body control module) và hộp điều khiển động cơ (PCM).Tốc độ truyền của đường truyền HS CAN là 500 kBit/s. Các hộp điều khiển liên kết với đường truyền HS CAN  Hộp điều khiển BCM (body control module)  Hộp điều khiển động cơ PCM  Hộp điều khiển ABS  Hộp điều khiển TCM  Hộp điều khiển túi khí RCM 2.3 Đường truyền tốc độ trung bình MS CAN Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý đường truyền MS CAN 7 Hai điện trở giới hạn của MS CAN được đặt trong hộp BCM và hộp điều khiển taplo IPC.

Tốc độ truyền tải dữ liệu của MS CAN là 125 kBit/s. Các bộ điều khiển mà được kết nối với đường truyền HS CAN gồm:  Bộ điều khiển BCM (body control module)  Hộp điều khiển taplo IPC  Bộ điều khiển cửa tài xế DDM (driver’s door module)  Bộ điều khiển cửa hành khách PDM (passenger’s door module)  Bộ điều khiển moócTRM (trailer module)  Bộ điều khiển HVAC (sưởi, thông gió, điều hòa không khí)  Bộ điều khiển hỗ trợ đậu xe PAM (park assist module) Hộp BCM được xem như là cổng giao tiếp giữa HS CAN và MS CAN và nó cho phép dữ liệu được trao đổi giữa hai mạng.