Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2023 NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG Trang 11 LỜI CẢM ƠN Được sự phân công của Khoa Cơ Khí Động Lực thuộc Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Min
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Theo báo cáo của Ủy ban An Toàn Giao Thông quốc gia, trong năm 2021 tai nạn giao thông trên toàn quốc xảy ra 11.495 vụ tai nạn giao thông, làm 5.799 người chết, bị thương 8.018 người Vào năm 2022, giảm 38 vụ (0.33%), song số người chết tăng 598 người (10.31%), giảm 214 người bị thương (2.67%)
Trong năm 2022, ở Việt Nam đã xảy ra 11.457 vụ tai nạn giao thông, làm chết 6.397 người chết và 7.804 người bị thương Nguyên nhân dẫn đến tai nạn giao thông chủ yếu là do sử dụng rượu bia, các chất kích thích khi điều khiển phương tiện, chạy quá tốc độ cho phép, phóng nhanh vượt ẩu, ý thức tham gia giao thông kém, không tuân thủ luật giao thông và còn rất nhiều nguyên nhân khách quan, chủ quan khác nữa Trong đó nguyên nhân mất kiểm soát hệ thống điều xe cũng chiếm một phần không nhỏ gây ra những vụ tai nạn giao thông
Thực tế, nguyên nhân dẫn đến mất kiểm soát hệ thống điều khiển xe một là do lỗi điều khiển xe của người lái (không làm chủ tốc độ, tăng tốc và phanh đột ngột, không làm chủ chân ga, chân phanh, vào cua ở tốc độ cao,…); hai là do chưa hiểu về kỹ thuật của xe (cấu tạo, cách hoạt động, chẩn đoán hư hỏng, và bảo dưỡng)
Hệ thống điều khiển là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định sự an toàn cho người lái, hành khách trên xe và người xung quanh Ngoài ra, hệ thống điều khiển còn đảm bảo sự thoái mái và đem lái cảm giác lái thích thú cho người lái xe Do đó, xe yêu cầu về độ an toàn cao, có đầy đủ công nghệ tân tiến nhất về trang bị an toàn nhưng không kém cạnh về cảm giác thoải mái và tiện nghi của nó đem lại, đồng thời cũng thể hiện đẳng cấp và đủ sang trọng cho chủ sở hữu thì không thể không nói đến lựa chọn hàng đầu Toyota Camry 2022 2.5Q Chính vì vậy, nhóm chúng em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống điều khiển trên xe Toyota Camry 2022 2.5Q” để làm đề tài tốt nghiệp của mình.
Mục đích của đề tài
- Hiểu rõ được cấu tạo, công nghệ áp dụng, nguyên lý hoạt động của 3 hệ thống điều khiển xe gồm hệ thống treo, hệ thống lái và hệ thống phanh
- Mô phỏng kết cấu các hệ thống bằng phần mềm Solidworks, từ đó hiểu rõ hơn về kết cấu của hệ thống điều khiển
- Trên cơ sở kết quả mô phỏng, đưa ra một số kết luận và kiến nghị
- Nắm được tình trạng xe khi bị lỗi, chẩn đoán được hư hỏng và đưa ra phương pháp sửa chữa, hiểu được quy trình sửa chữa thay thế khi hệ thống bị hư hỏng.
Đối tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu hệ thống điều khiển trên xe Toyota Camry 2022 2.5Q
Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu là hệ thống điều khiển gồm hệ thống treo, hệ thống lái và hệ thống phanh Mỗi hệ thống sẽ nghiên cứu về bố trí hệ thống, cấu tạo, nguyên lí hoạt động và quy trình bảo dưỡng xe gồm chẩn đoán, kiểm tra và sửa chữa thay thế bộ phận trên xe Toyota Camry 2022 2.5Q
- Vẽ mô hình hệ thống điều khiển cơ bản.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết
- Phương phân tích và tổng hợp lý thuyết
- Phương pháp cách thức hóa
- Phương pháp quan sát khoa học
TỔNG QUAN VỀ XE TOYOTA CAMRY 2022 2.5Q
Tổng quan về xe Toyota Camry 2022 2.5Q
Toyota Camry dường như đã trở thành cái tên rất quen thuộc tại Việt Nam với doanh số hàng tháng luôn đứng đầu ở phân khúc hạng D Toyota Camry là được mệnh danh là
“ông hoàng lịch lãm” thời thượng của dòng xe nhập khẩu, là đại diện tiêu biểu cho phân khúc ô tô của giới trung lưu, doanh nhân thành đạt ở Việt Nam
Chiếc Toyota Camry được đánh giá là một chiếc ô tô hội tụ đủ 3 yếu tố: sang trọng, đáng tin cậy, độ an toàn cao Xe được Toyota Việt Nam cho ra mắt vào tháng 03/11/2021 với 4 phiên bản: 2.0G, 2.0Q, 2.5Q và 2.5HV, dự kiến xe sẽ cập bến Việt Nam vào cuối năm 2021 Xe có 4 màu ngoại thất gồm xanh đen 222, đen 218, trắng ngọc trai 089, đỏ 3T3 và 2 màu nội thất là màu đen và màu be
Trải qua gần 40 năm phát triển, Toyota Camry ngày càng được khẳng định về chất lượng và vị trí của mình ở thị trường Việt Nam Toyota Camry trải qua nhiều thế hệ, với mỗi thế sau ngày càng hoàn thiện hơn về nhiều mặt Thiết kế mới ngày càng tinh tế, được trang bị nhiều tính năng an toàn và tiện dụng Toyota Camry 2022 thuộc thế hệ 8, sau khi ra mắt từ 2018, trong suốt 3 năm hầu như không có bất kỳ sự điều chỉnh nào Vào tháng 7/2021, Toyota Camry phiên bản nâng cấp 2022 đã ra mắt tại Mỹ và nó đã có mặt tại Việt nam vào cuối năm 2021 Xe có sự điều chỉnh lớn về động cơ và trang bị an toàn cũng như tiện nghi trên xe Đối với bản Toyota Camry 2.5Q được trang bị động cơ mới nhất của Toyota là động cơ 2.5L Dynamic Force hay gọi tắt là 2.5 D-4S được Toyota phát triển và sử dụng từ 2016, đây được xem là động cơ hiện đại mới nhất mang nhiều công nghệ tiên tiến, thay vì sử dụng động cơ 2.5L 2AR như các dòng trước đó
Toyota Camry 2.5Q phiên bản nâng cấp 2022 trang bị nhiều công nghệ hiện đại, mới nhất Xe được trang bị hệ thống an toàn chủ động Toyota Safety Sense (TSS), gói an toàn chủ động, tiên tiến, mới nhất của Toyota Hệ thống an toàn TSS tập trung vào 3 mục đích chính gồm: giảm thiểu hoặc phòng tránh va chạm trước, hỗ trợ giữ làn đường và tăng cường an toàn trong hành trình lái xe ban đêm Về thiết kế, thông qua Toyota New Global Architecture (TNGA), Toyota Camry 2022 có sự thay đổi mới mẻ, nhằm tăng hiệu suất và sự hấp dẫn của xe Ngoài hệ thống an chủ động TSS, xe còn được trang bị nhiều hệ thống an toàn chủ động và bị động khác theo xe.
Đặc tính kỹ thuật của xe Toyota Camry 2022
2.2.1 Động cơ xăng 2.5L Dynamic Force (2.5 D-4S)
Số xi lanh và cách sắp xếp 4 xi lanh, thẳng hàng
Cơ chế van 16 van DOHC, truyền động xích
(với VVT-iE và VVT-i) Đường kính và hành trình piston mm (in.) 87.5×103.4 (3.44×4.07)
Dung tích cm 3 (cu., in.) 2487 (151.8)
Hệ thống nhiên liệu SFI (D-4S)
Công suất tối đa (kW)hp@rpm 154(207)/6600
Mô men xoắn tối đa Nm@rpm 250/5000
Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật động cơ Động cơ A25A-FKS là động cơ DOHC có 4 xi-lanh thẳng hàng với 16 van, động cơ có dung tích 2.5 lít Động cơ sử dụng hệ thống điều phối van biến thiên thông minh kép (Dual VVT-i) giúp tối ưu thời gian đóng/mở van nạp và van xả bằng cách sử dụng động cơ điện để khởi động bộ truyền động trục cam nạp và áp suất dầu động cơ để khởi động bộ truyền động trục cam xả Ngoài ra, động cơ này sử dụng chu trình Atkinson tỷ số giãn nỡ cao, động cơ xăng 4 kỳ Hệ thống phun trực tiếp Phiên bảo cao cấp (D-4S), Hệ thống đánh
5 lửa trực tiếp (DIS), Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử-thông minh (ETSC-i), Hệ thống điều chỉnh biến thiên chiều dài đường ống nạp (ACIS) và Hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) sử dụng bộ làm mát EGR hiệu quả cao Do đó, hiệu suất động cơ, độ yên tĩnh, tiết kiệm nhiên liệu được cải thiện và khí thải sạch hơn
Bộ truyền động: xe Toyota Camry 2022 dẫn động cầu trước làm cho kết cấu trở nên đơn giản, chi phí thấp, tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất truyền động cao và độ bám đường vượt trội nhưng bánh xe mất độ bám đường khi xe tăng tốc hay cần lực kéo lớn, bán kính quay vòng lớn (5.8m) Xe được trang bị hộp số tự động 8 cấp và 1 số lùi
Toyota Camry 2022 mới được phát triển dựa trên nền tảng Toyota New Global Architecture (TNGA) có kích thước tổng thể (4885 x 1840 x 1445 mm) với chiều dài cơ sở 2825mm và chiều rộng cơ sở trước/sau là 1580/1605 mm và khoảng sáng gầm xe 140 mm
Loại hộp số Hộp số tự động UB80E
Tỷ số truyền vi sai 2.802
Bảng 2 2 Tỷ số truyền hộp số
Hệ thống treo: Hệ thống treo độc lập kiểu thanh chống MacPherson, có tay đòn treo dưới kiểu chữ L cho hệ thống treo trước Hệ thống treo độc lập tay đòn kép bao gồm một tay đòn trên, 2 tay đòn treo dẫn hướng dưới và một tay đòn kéo cho hệ thống treo sau
Hệ thống lái của xe sử dụng cụm cơ cấu lái kiểu thanh răng và bánh răng, hệ thống Trợ lực lái điện (EPS), xe có 3 chế độ lái Eco, Normal, Sport Hệ thống lái trợ lực điện giá song song với chức năng nhạy với tốc độ đã được áp dụng Hệ thống điều chỉnh cụm vô lăng là cụm điều khiển bằng điện
Hệ thống phanh: phanh trước là phanh đĩa thông gió và phanh sau là phanh đĩa đặc
Hệ thống phanh đỗ điện được sử dụng Xe được trang bị các hệ thống kiểm soát phanh sau:
Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), Hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (BA), Hệ thống kiểm soát lực kéo (TRC), Hệ thống cân bằng điện tử (VSC), Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HAC), Hệ thống phanh giữ, Hệ thống VSC và Kiểm soát kết hợp với EPS và tín hiệu phanh khẩn cấp
Nguồn điện của xe từ Accu 12V 48Ah, máy phát có công suất 1200 W, đầu ra máy khởi động 1.2 kW
Màn hình hiển thị cảm ứng 9-inch được đặt rời thay vì tích hợp vào táp lô như thế hệ trước Đồng hồ lái sử dụng loại Optitron kết hợp với màng hình đa thông tin thay vì màng hình kỹ thuật số như những mẫu xe mới hiện nay Trên xe còn có bộ dò đài AM/FM, giắc cắm AUX (USB và iPod), chức năng rảnh tay Bluetooth, chức năng âm thanh Bluetooth, hệ thống 9 loa cao cấp JBL với công nghệ Clari-fi, hệ thống điều khiển bằng giọng nói, đàm thoại rảnh tay, tính năng hiển thị thông tin trên kính lái HUD
Hỗ trợ đỗ xe gồm có các hệ thống: hệ thống cảm biến hỗ trợ đỗ xe Toyota, hệ thống giám sát điểm mù, hệ thống phanh hỗ trợ đỗ xe, hệ thống giám sát hỗ trợ đỗ xe, hệ thống giám sát toàn cảnh
Hệ thống Smart Key với hệ thống tiếp nhận và khởi động thông minh và hệ thống khóa cửa điện Điện nội thất được trang bị gồm: hệ thống đèn chiếu sáng chào đón, cụm đồng hồ hiển thị thông tin, hệ thống hạn chế va đập bổ sung của các túi khí, hệ thống điều hòa không khí với 3 vùng độc lập, ổ cắm điện có ổ cắm điện 12 V, ổ cắm sạc 5V USB và sạc không dây Điện ngoại thất gồm hệ thống điện đóng mở cốp xe và nắp nhiên liệu, hệ thống gập gương, Hệ thống rửa kính và gạt mưa, hệ thống sấy kính ô tô
Hệ thống đèn gồm hệ thống đèn chạy ban ngày, hệ thống tắt đèn tự động, hệ thống điều khiển độ sáng đèn tự động, hệ thống điều khiển độ sáng chùm đèn pha tự động, hệ thống đèn pha tự động, hệ thống chiếu sáng đèn pha mở rộng, tín hiệu phanh khẩn cấp
Vô lăng được điều chỉnh 4 hướng, điều chỉnh bằng điện và có bộ nhớ 2 vị trí Ghế lái cũng được điều chỉnh bằng điện 10 hướng và có bộ nhớ 2 vị trí, riêng ghế hành khách chỉ có điều chỉnh 8 hướng
Toyota Camry 2022 được trang bị gói toàn chủ động Toyota Safety Sense (TSS 2.0) đang được áp dụng trên mẫu xe Corolla Cross, Hilux Adventure, Land Cruiser 2022 Gói an toàn TSS tập trung 3 mục đích chính là giảm thiểu hoặc phòng tránh va chạm trước, hỗ trợ giữ làn đường và tăng cường an toàn trong hành trình lái xe ban đêm Gói an toàn TSS gồm:
- Hệ thống cảnh báo trước va chạm (PCS): hệ thống sử dụng radar và camera có bước sóng milimet sẽ phát hiện va chạm có thể xảy ra với các phương tiện phía trước Nếu người lái không đạp phanh, hệ thống sẽ chủ động kích hoạt chế độ phanh tiền va chạm, nhằm hạn chế tốc dộ
- Hệ thống kiểm soảt hành trình chủ động (DRCC): hệ thống duy trì tốc độ thông thường, duy trì khoảng cách với các phương tiện phía trước bằng cách điều chỉnh tốc độ một cách tự động nhằm giảm thiểu khả năng xảy ra va chạm Hệ thống hoạt động ở tốc độ 30-180km/h
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2022
Hệ thống treo
3.1.1 Bố trí của hệ thống treo trước và sau
Hệ thống treo là bộ phận đặt phía trên cầu trước và cầu sau của xe, kết nối vỏ khung ô tô với các cầu, đảm bảo mối quan hệ hình học chính xác giữa thân xe và các bánh xe Hệ thống treo trên xe được sử dụng là:
- Hệ thống treo trước là hệ thống treo độc lập MacPherson
Hình 3 1 Hệ thống treo trước MacPherson
- Hệ thống treo sau là hệ thống treo độc lập tay đòn kép
Hình 3 2 Hệ thống treo sau tay đòn kép
3.1.2.1 Hệ thống treo trước – Hệ thống treo MacPherson
Hình 3 3 Cấu tạo hệ thống treo trước
1 Cam lái 9 Giá đỡ của hệ thống treo trước
2 Bộ giảm xóc trước 10 Cụm khớp cầu phía dưới trước
3 Cao su đệm lò xo trụ phía dưới trước 11 Đòn treo dưới phía trước
4 Lò xo giảm xóc phía trước 12 Thanh ổn định phía trước
5 Đệm giảm va lò xo trước 13 Bạc của thanh ổn định phía trước
6 Cao su đệm lò xo trụ phía trên trước 14 Giá bắt thanh ổn định phía trước
7 Đế trên lò xò giảm xóc phía trên
8 Vòng bi đỡ hệ thống treo trước
15 Cụm thanh nối thanh ổn định phía trước
11 Đặc điểm cấu tạo hệ thống treo:
- Hệ thống treo độc lập thanh chống MacPherson sử dụng đòn treo dưới kiểu chữ L
- Bố trí hệ thống treo được tối ưu và phân bố tối ưu của các bộ phận cho hệ thống treo trước, giúp tăng khả năng kiểm soát và cảm giác thoải mái khi lái đã đạt được
- Tăng góc caster và sử dụng lò xo cuộn để rút ngắn chiều dài tổng thể cho phép lắp cụm phụ hỗ trợ hệ thống treo trước xuống thấp để đạt được mui xe thấp
- Sự ổn định trên đường thẳng và phản ứng lái đã được nâng cao do góc caster tăng
- Van piston kiểu lệch được sử dụng trong bộ giảm xóc giúp tối ưu hóa lực giảm chấn ở tốc độ piston rất thấp và tốc độ piston trung bình/cao để đạt được hiệu suất hấp thụ xóc tuyệt vời giúp di chuyển êm dịu thoải mái
3.1.2.2 Hệ thống treo sau – Hệ thống treo tay đòn kép
Hình 3 4 Cấu tạo hệ thống treo sau
1 Trục dẫn hướng 10 Cam chỉnh tay đòn dẫn hướng dưới
2 Đòn treo dẫn hướng trên phía sau 11 Đòn kéo
3 Bulông của đòn treo dẫn hướng trên 12 Bulông đòn kéo hệ thống treo
4 Đai ốc của đòn treo dẫn hướng trên 13 Bulông đòn kéo hệ thống treo
5 Đòn treo dẫn hướng dưới phía sau 14 Đai ốc đòn kéo hệ thống treo
6 Bulông điều chỉnh tay đòn dẫn hướng dưới
15 Khung giá bệ đỡ bắt máy
16 Nắp bệ đỡ bắt máy
7 Bulông lắp ghép tay đòn dẫn hướng dưới
17 Đòn treo dẫn hướng dưới sau
18 Bulông lắp ghép tay đòn dưới
8 Đai ốc tay đòn dẫn hướng dưới 19 Đai ốc tay đòn dưới
9 Đai ốc tay đòn dẫn hướng dưới
Hình 3 5 Cấu tạo hệ thống treo sau
1 Trục khớp nối dẫn hướng 8 Đòn treo dưới
2 Đòn kéo 9 Đòn treo dẫn hướng trên
3 Bộ giảm sóc phía sau 10 Đòn treo dẫn hướng dưới
4 Giá đỡ của hệ thống treo sau 11 Thành ổn định
5 Cuộn lò xo 12 Bạc của thanh ổn định phía sau
6 Đệm cuộn lò xo dưới 13 Giá bắt thanh ổn định phí sau
7 Đệm cuộn lò xo trên 14 Cụm thanh nối thanh ổn định phía sau Đặc điểm hệ thống treo sau:
- Hệ thống treo độc lập tay đòn kép bao gồm đòn treo dẫn hướng trên, 2 đòn treo dẫn hướng dưới và một đòn kéo
- Bố trí hệ thống treo sau tối ưu và phân bố tối ưu các thành phần của hệ thống treo sau, giúp tăng khả năng kiểm soát và sự thoải mái khi đi xe
- Bộ giảm xóc sau bố trí hướng về phía đầu xe đảm bảo diện tích chở hàng rộng rãi
- Van piston kiểu lệch được sử dụng trong bộ giảm xóc giúp tối ưu hóa lực giảm chấn ở tốc độ piston rất thấp và tốc độ piston trung bình/cao để đạt được hiệu suất hấp thụ sốc tuyệt vời và một chuyến đi êm dịu thoải mái
- Sử dụng các ống lót cho tất cả các khớp nối của các bộ phận của hệ thống treo, khả năng triệt tiêu rung động cao và chuyển động êm ái của hệ thống treo được thực hiện, góp phần cải thiện sự thoải mái khi đi xe
3.1.2.3.1 Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo trước
Tay đòn treo trước của hệ thống treo trước MacPherson có dạng giống chữ L Một đầu được nối cố định với trục khớp nối dẫn hướng, 2 đầu còn lại nối với giá đỡ động cơ Ống bạc lót số 2 có đặc tính như một lò xo Hai đầu nối với giá đỡ động cơ sử dụng bạc lót dọc và bạc lót ngang, từ đó tối ưu hóa các đặc tính đặc trưng của khớp nối
Hình 3 6 Tay đòn treo trước phải
1: Bạc lót số 1 2: Tay đòn treo trước phải 3: Bạc lót số 2 a: Hướng nhìn tren xuống bạc lót số 2 b: Mặt cắt bạc lót số 2 c: Mặt cắt bạc lót số 1
3.1.2.3.2 Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo sau
Hệ thống treo độc lập tay đòn kép bao gồm đòn treo dẫn hướng trên, 2 đòn treo dẫn hướng dưới và một đòn kéo
Hình 3 7 Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo sau
1: Đòn treo dẫn hướng trên
2: Đòn treo dẫn hướng dưới số 2 c: Mặt cắt ngang của bộ phận lắp ráp thanh kéo phía sau
3: Đòn treo dẫn hướng dưới số 1
4: Đòn kéo d: Mặt cắt ngang của bộ phận lắp ráp đòn treo dưới số 1 phía sau
5: Nắp đậy a: Bên thân xe e: Mặt cắt ngang của bộ phận lắp ráp đòn treo dưới số 2 phía sau b: Bên trục xe f: Mặt cắt ngang của bộ phận lắp ráp đòn treo trên phía sau
Bộ phận dẫn hướng có đặc điểm:
- Bộ phận dẫn hướng sau được làm từ những tấm thép ép cường độ cao giúp giảm cả trọng lượng và đạt được độ cứng kết cấu
- Hằng số đàn hồi và kích thước của các lỗ dọc trục trong ống lót tay đòn kéo được tối ưu hóa để giảm xóc được tạo ra trong khi lái xe trên mắt đường không bằng phẳng
- Cụm tay đòn kéo sau được lắp vào thân xe bằng giá đỡ sao cho tâm quay nằm bên trên thanh dọc sườn xe Điều này làm tăng tâm quay, giảm khuynh hướng phần sau của xe bị nâng lên khi phanh và đảm bảo sự thoải mái khi lái xe
- Cụm tay đòn treo trên phía sau có cấu trúc rỗng, giúp giảm khối lượng và có độ cứng kết cấu tốt
- Ống lót cao su nhô ra được sử dụng cho cụm tay đòn treo trên, cụm tay đòn treo dưới số 1 và cụm tay đòn treo dưới số 2 phía sau, điều đó làm giảm đi độ cứng xoắn của ống lót trong khi vẫn duy trì độ cứng theo phương ngang, đảm bảo giảm đi tiếng ồn
- Cụm tay đòn treo dưới số 2 phía sau có kết cấu thép tấm được ép và hàn, đạt được thiết kế nhỏ gọn và cứng cáp
- Phần dưới của cụm tay đòn treo dưới số 2 được có cấu trúc góc cạnh để kiểm soát luồng không khí bên dưới xe, góp phần mang lại khả năng tiết kiệm nhiên liệu và khả năng điều khiển tuyệt vời cho xe
Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển và truyền lực mô men từ đường lên khung xe
Lò xo được sử dụng cho hệ thống treo trên xe đều là lò xo phi tuyến tính, lò xo hệ thống treo trước được gắn tích hợp trên thanh chống, lò xo ở hệ thống treo sau được đặt trên tay đòn treo dưới số 2
Hệ thống lái
3.2.1 Bố trí hệ thống lái
Hệ thống lái là một trong bảy hệ thống quan trọng nhất trên xe ô tô, hệ thống có vai trò giữ đúng hướng chuyển động hay thay đổi hướng chuyển động của ô tô khi cần thiết
Hệ thống lái được bố trí ở cầu trước xe, cơ cấu lái được lắp trên bệ đỡ động cơ và kết nối với bánh xe bằng đầu thanh răng Đối với xe ở Việt Nam, vô lăng được đặt ở ghế bên trái
Hình 3 24 Bố trí hệ thống lái
1 Cụm khung đỡ phía trước 5 Tấm cách nhiệt cơ cấu lái
2 Thanh ổn định phía trước và giá đỡ 6 Cuộn dây điện
4 Cụm cơ cấu lái trợ lực thanh răng và bánh răng
7 Tấm đệm giá đỡ động cơ trước
8 Tấm đệm giá đỡ động cơ sau
Vô lăng có hình tròn, thiết kế 3 chấu mạ bạc, ở giữa là 3 chấu kết nối vành lái với trục lái qua lỗ côn gia công rãnh then hoa để lắp ghép với trục lái, bên ngoài vành tay lái được bọc da, trên vô lăng còn tích hợp đầy đủ các phím điều khiển chức năng, ở giữa là kèn và túi khí
Hình 3 25 Cụm vô lăng xe Camry 2022 2.5Q
Hình 3 26 Cụm điều khiển sừng trâu
1 Nắp che phía dưới trục lái
2 Bộ công tắc bật tính hiệu với cụm phụ cáp xoắn ốc
3 Nắp che phía trên trục lái
Hình 3 27 Trục lái chính và trục trung gian
1 Cụm trục lái trung gian
Hình 3 28 Cụm trục lái và cụm điều chỉnh vô lăng
1 Cụm chi tiết trụ lái
3 Bộ trục lái trung gian
4 Bộ khóa truyền động lái
2 Motor điều khiển nghiêng và cảm biến vị trí nghiêng
3 Motor điều khiểm trượt và cảm biến vị trí trượt
4 Ecu tích hợp nghiêng và trượt
Hình 3 30 Mặt cắt cụm trục chính
Hình 3 31 Mặt cắt trục trung giang
1 Nắp đậy trục 2 Tay áo 3 Trục trung gian a Khoảng di chuyển trượt : hướng cơ cấu lái : hướng cụm trục lái
3.2.2.2.2 Cơ chế hấp thụ năng lượng
- Khi xảy ra va chạm sơ cấp: Cụm trục lái trung gian co lại trong thời gian xảy ra va chạm sơ cấp (xe va vào vật thể khác) để giảm khả năng cụm trục lái và cụm vô lăng nhô sâu hơn vào trong buồng lái gây ảnh hướng đến an toàn người lái
- Khi xảy ra tai nạn: Ống trụ của cụm trụ lái co lại khi xảy ra va chạm thứ cấp (người lái và phương tiện) để hấp thụ tác động Khi ống cột co lại, ống bên trong bị đẩy ra khỏi vòng dung sai và đi sâu hơn vào ống bên ngoài, tạo ra ma sát và hấp thụ năng lượng va chạm
Hình 3 32 Cơ chế hấp thụ năng lượng khi va chạm sơ cấp
1 Cụm trục lái trung gian
2 Cụm trụ lái a Trước va chạm b Liên kết sau va chạm
Hình 3 33 Cơ chế hấp thụ năng lượng khi bị tai nạn
3 Vòng dung sai a Trước va chạm b sau va chạm c Mặt cắt ống trụ d Hành trình trượt
3.2.2.2.3 Cơ chế chỉnh điện cụm trục lái – vô lăng
Cụm cột lái bao gồm trục chính lái, mô tơ ống lồng, mô tơ nghiêng và ECU tích hợp điều khiển độ nghiêng và trượt
Các cảm biến vị trí, được tích hợp trong mô tơ nghiêng và mô tơ ống lồng, giúp phát hiện chính xác vị trí của trụ lái
Hình 3 34 Cụm cơ cấu chỉnh điện vô lăng
2 Morto điều khiển nghiêng và cảm biến vị trí nghiêng
3 Motor điều khiển trượt và cảm biến vị trí trượt
4 Ecu tích hợp điều khiển nghiêng và trượt
Phạm vi điều chỉnh độ nghiêng là 50 mm (1,97 in.) và phạm vi điều chỉnh kính thiên văn là 60 mm (2,36 in.)
Hình 3 35 Phạm vi điều chỉnh vô lăng a Điều chỉnh độ nghiêng c Phạm vi điều chỉnh nghiêng b Điều chỉnh độ trượt d Phạm vi điều chỉnh trượt
Sơ đồ 3 1 Sơ đồ nguyên lí điều chỉnh vô lăng
Chức năng của các bộ phận chính
- Motor điều khiển nghiêng và trượt: điều chỉnh vị trí của cụm trụ lái sao cho phù hợp với mức điện áp mà ECU tích hợp điều khiển nghiêng và trượt truyền tới
- Cảm biến vị trí nghiêng/trượt được lắp bên trong motor nghiêng/trượt: phát hiện tín hiệu quay của motor nghiêng/trượt và thông báo cho ECU tích hợp điều khiển nghiêng /trượt
- ECU tích hợp điều khiển nghiêng và trượt: Tính toán thông tin vị trí và điều kiện hoạt động bằng cách sử dụng tín hiệu từ cảm biến vị trí nghiêng và cảm biến vị trí trượt, công tắc điều khiển nghiêng và trượt và mạng CAN, và điều khiển hoạt động của motor nghiêng và motor trượt ECU tích hợp điều khiển nghiêng và trượt còn có thể lưu trữ vị trí nghiêng và trượt
- Công tắc điều chỉnh nghiêng và trượt: gửi tín hiệu chuyển đổi đến ECU tích hợp điều khiểng nghiêng và trượt tùy thuộc và hoạt động của công tắc
Nguyên lí hoạt động: ECU tích hợp điều khiển nghiêng và trượt titiếp nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí nghiêng, cảm biến vị trí trượt, công tắc điều khiển nghiêng và trượt, ECU điều khiển gương ngoài, cụm ECU điều khiển vị trí ghế, ECU chính và ECU của cụm chìa khóa thông minh ECU tích hợp điều khiển nghiêng và trượt sẽ tính toán từ các tín hiệu nhận được mà đưa ra các lệnh điều khiển dạng điện áp tới 2 motor điều khiển nghiêng và điều khiển trượt, từ đó điều chỉnh được cụm trục lái Đồng thời có thể thiết lập lưu vị trí ấy
3.2.2.2.4 Hệ thống khóa tay lái
Hệ thống khóa tay lái được sử dụng là hệ thống khóa tay lái điện Do sử dụng hệ thống đầu vào và khởi động thông minh nên hệ thống khóa lái sử dụng motor khóa/mở khóa để khóa hoặc mở cụm vô lăng
Hệ thống này chủ yếu bao gồm cụm thiết bị truyền động khóa lái, hộp mã ID (ECU mã mã hóa mã khóa) và ECU chứng nhận (cụm ECU chìa khóa thông minh)
3.2.2.2.5 Cơ chế an toàn của hệ thống chỉnh điện cụm vô lăng trục lái
Tính năng an toàn tự động
- Nếu xảy ra sự cố trong tín hiệu cảm biến vị trí nghiêng hoặc tín hiệu cảm biến vị trí trượt trong khi vận hành chức năng trợ lực nghiêng hoặc ống lồng, thì ECU điều khiển cơ cấu sẽ dừng hoạt động của hệ thống điều khiển điện nghiêng và trượt vô lăng
- Nếu điện áp nguồn điện đến ECU giảm xuống dưới khoảng 8 V trong khi vận hành chức năng điều chỉnh vô lăng, ECU sẽ dừng hoạt động của hệ thống
- Nếu ECU phát hiện ra động cơ đã bị khóa trong khi vận hành chức năng điều chỉnh vô lăng, thì ECU sẽ dừng hoạt động của hệ thống điều chỉnh vô lăng
- Nếu kết nối của ECU có liên quan đến hệ thống điều chỉnh vô lăng bị gián đoạn, thì tính năng điều khiển của ECU điều chỉnh vô lăng sẽ bị hạn chế
Hoạt động an toàn khi phát hiện lỗi trên hệ thống điều chỉnh vô lăng:
Mã DTC Lỗi phát hiện Thao tác an toàn tự động
B26031C Điện áp mạch của mạch điện công tắc điều khiển vô lăng nghiêng và trượt ngoài phạm vị
Hoạt động điều khiển nghiêng và trượt của vô lăng sử dụng công tắc bị treo
B261096 Lỗi bên trong cảm biến vị trí nghiêng hoặc mạch điện của động cơ nghiêng
Hoạt động điều khiển nghiêng bị treo B261196 Lỗi bên trong cảm biến vị trí trượt hoặc mạch điện của động cơ trượt
Hoạt động điều khiển trượt bị treo B2620A2 Điện áp hệ thống mạch nguồn điện
Hoạt động điều khiển nghiêng và trượt bị treo Bảng 3 4 Bảng hoạt động an toàn
3.2.2.3 Cơ cấu lái và một số bộ phận khác
Cụm cơ cấu trợ lực lái thanh răng và bánh răng bao gồm trục thanh răng, cơ cấu giảm tốc, bánh răng, thanh xoắn, cảm biến momen trợ lực lái, motor trợ lực lái và ECU trợ lực lái
Hình 3 36 cơ cấu lái và cơ cấu dẫn động trợ lực lái
2 Bộ cảm biến momen xoắn
Hình 3 37 Cụm cơ cấu lái, dẫn động lái và trợ lực
1 Cụm cơ cấu lái trợ lực điện thanh răng và bánh răng
4 Đệm cách nhiệt cơ cấu lái
3.2.3 Hệ thống trợ lực lái điện
Hệ thống phanh
3.3.1 Bố trí hệ thống phanh
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ chuyển động của xe tới một tốc độ chuyển động nào đó, dừng hẳn hoặc giữ xe ở một vị trí nhất định
Ngoài ra hệ thống phanh còn dùng để giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang Đối với ô tô, hệ thống phanh là một trong những bộ phận quan trọng nhất, bởi vì nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn ở mọi tốc độ, đặc biệt là ở tốc độ cao Nhờ vậy ô tô mới có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe
Hình 3 49 Vị trí hệ thống phanh
1 Cụm xy lanh chính, bình chứa và công tắc cảnh báo mức dầu phanh
6 Cảm biến tốc độ trước bên trái
2 Cụm bộ chấp hành ABS và ECU điều khiển trượt
7 Cảm biến tốc độ sau bên trái
3 Cảm biến tốc độ trước bên phải 8 Cảm biến tốc độ sau bên phải
4 Bộ điều khiển ECM 9 Camera nhận diện phía trước
5 Cụm trục vít bánh răng và ECU của trợ lực lái điện
A Hệ thống tiền va chạm
Hình 3 50 Vị trí hệ thống phanh
1 Cụm màn hình táp lô 5 Cảm biến góc tay lái
2 Công tắc VSC OFF 6 Cổng chuẩn đoán ECU
3 Cụm công tắc phanh tay điện tử 7 Công tắc bàn đạp phanh
4 Cụm cảm biến túi khí, cảm biến gia tốc và cảm biến độ lệch thân xe a Công tắc giữ phanh tay
3.3.2 Bộ phận hệ thống phanh
Trên xe Camry 2022 2.5Q, cơ cấu phanh trước và sau đều là cơ cấu phanh đĩa và thuộc kiểu càng phanh di động Điều khác biệt cơ bản của 2 cơ cấu phanh trước và sau chỉ là thông số đĩa phanh, kiểu đĩa phanh
- Cơ cấu phanh trước: kiểu phanh đĩa có càng phanh di động, đĩa phanh thông gió giúp làm mát tốt trong quá trình hoạt động
- Cơ cấu phanh sau: kiểu phanh đĩa có càng phanh di động, đĩa phanh là đĩa đặc
- Càng phanh di động có piston gắn một bên má, piston tác động áp suất thủy lực Nếu má phanh đĩa bị đẩy, càng phanh trượt theo chiều ngược với piston trên chốt trượt và đẩy đĩa phanh từ cả hai bên, do đó nó làm bánh xe ngừng lại
- Má phanh có tác dụng tạo áp lực lên đĩa phanh để làm chậm hoặc dừng ô tô Khi độ dày của lớp ma sát má phanh đạt đến giá trị tới hạn, miếng chỉ báo mòn bắt đầu tiếp xúc
71 với đĩa phanh, từ đó phát ra âm thanh mạnh mỗi khi nhấn bàn đạp phanh, giúp người lái nhận biết để có thể bảo dưỡng hoặc thay thế kịp thời
Hình 3 51 Cấu tạo cụm cơ cấu phanh trước
1 Cụm chỉ báo mòn và tấm đỡ chống ồn má phanh
5 Miếng đỡ má phanh chống ồn 1
6 Miếng đỡ má phanh chống ồn 2
2 Má phanh 7 Chỉ báo mòn má phanh
4 Cụm piston và càng phanh 9 Bu lông
Hình 3 52 Càng phanh và đĩa phanh trước
1 Đĩa phanh 4 Chốt trượt phanh
2 Nắp chụp bụi càng phanh 5 Tấm kẹp đệm má phanh
3 Càng phanh 6 Ống lót trượt
1 Phớt đầu piston 4 Piston phanh
3 Nắp đậy nút xả gió 6 Càng phanh
Hình 3 54 Cụm cơ cấu phanh sau
1 Cụm chỉ báo mòn và tấm đỡ chống ồn má phanh
6 Miếng đỡ má phanh chống ồn 2
7 Miếng đỡ má phanh chống ồn
2 Cụm piston và càng phanh 8 Chỉ báo mòn má phanh
5 Miếng đỡ má phanh chống ồn
Hình 3 55 Càng phanh và đĩa phanh sau
4 Tấm kẹp đệm má phanh
Hình 3 56 Cụm piston phanh sau
4 Nắp đậy ốc xả gió
Là bộ phận có vai trò khuếch đại lực đạp chân phanh, nhờ có bầu trợ lực phanh mà người lái sẽ không tốn nhiều sức khi nhấn bàn đạp phanh
Hình 3 57 Bầu trợ lực phanh
2 Gioăng làm kín 5 Ống hơi
3 Đai ốc khóa 6 Miếng kết nối cần đẩy và xy lanh chính
Hình 3 58 Cụm bầu trợ lực
1 Van kiểm tra chân không 3 Vòng đệm làm kín
2 Công tắc cảnh báo chân không
Xy lanh phanh chính là cơ cấu chuyển đổi lực của bàn đạp phanh thành áp lực thủy lực Xy lanh phanh chính là loại hai buồng có hai piston tạo áp suất thủy lực trong hệ thống phanh
Hình 3 59 Cụm xylanh chính và bầu trợ lực
1 Gioăng làm kín 4 Kết nối
2 Cụm xy lanh chính 5 Cụm bầu trợ lực
Hình 3 60 Cấu tạo xy lanh chính
1 Cụm bình chứa dầu xy lanh chính
2 Nắp bình chứa dầu xy lanh chính
4 Chốt thẳng của xylanh chính phanh
Hình 3 61 Cụm bàn đạp phanh
1 Bàn đạp phanh 6 Bộ điều chỉnh công tắc phanh
2 Lò xo hồi bàn đạp phanh 7 Cần đẩy xy lanh chính
3 Bệ đỡ bàn đạp phanh 8 Đai ốc khóa
4 Chốt 9 Giắc công tắc bàn đạp phanh
5 Công tắt bàn đạp phanh
Sơ đồ 3 3 Mạch dầu phanh
3 Cụm bộ chấp hành phanh a Đường dầu c Ống nối d Đai ốc e Bu lông lỗ b Ống mềm
Bộ chấp hành phanh bao gồm cơ cấu chấp hành phanh và ECU điều khiển trượt Cơ cấu chấp hành phanh điều chỉnh áp suất dầu phanh thủy lực đến từng xy lanh bánh xe
Hình 3 62 Cơ cấu chấp hành phanh a ECU điều khiển trượt b Cơ cấp chấp hành phanh
3.3.2.7 Công tắc bàn đạp phanh
Cụm công tắc đèn phanh bao gồm 2 cảm biến nam châm bền không tiếp xúc. Cảm biến nam châm phát ra tín hiệu khi nam châm được gắn vào trục của công tắc đèn phanh di chuyển đến đúng vị trí
Hình 3 63 Công tắc bàn đạp phanh
1 Cụm công tắc bàn đạp phanh a Mặt cắt công tắc
3.3.2.8 Cảm biến góc tay lái
Cảm biến góc tay lái phát hiện góc quay vô lăng và gửi tín hiệu đến ECU điều khiển trượt
Cảm biến góc tay lái gồm 2 loại bánh răng nhận diện từ trường và cảm biến MRE Khi bánh răng phát hiện quay, điện trở của vật liệu MRE dao động và cảm biến góc tay lái sử dụng thời gian dao động để xác định góc đánh lái
Hình 3 64 Cảm biến góc lái
1 Cảm biến góc tay lái
2 Bánh răng phát hiện góc quay
3.3.2.9 Cảm biến tốc độ Ở đây, cảm biến tốc độ loại chủ động được sử dụng và nó có thể đo được tốc độ rất thấp
Các cảm biến tốc độ phía trước được lắp ở cam lái Cảm biến tốc độ phía trước sử dụng một rotor từ bao gồm các cực N và S được sắp xếp theo hình tròn Các rotor từ của cảm biến trước được gắn vào cụm ổ trục trước của moay ơ bánh xe
Cảm biến tốc độ sau được tích hợp trong moay ơ được lắp ở mép ngoài của moay ơ sau và cụm ổ trục Cảm biến tốc độ sau cũng sử dụng một rotor từ bao gồm các cực N và
S được sắp xếp theo hình tròn Rotor từ của cảm biến sau được gắn vào rãnh bên trong ổ trục sau và cụm ổ trục
Hình 3 65 Cảm biến tốc độ trước
Hình 3 66 Cảm biến tốc độ sau
1 Cảm biến tốc độ 2 Rotor từ tính
Rotor từ tính bao gồm 48 nam châm vĩnh cữu ferit và được xếp xen kẽ xung quanh chu vi của nó
Cảm biến tốc độ loại chủ động sử dụng IC cảm biến để phát hiện những thay đổi trong từ trường khi rotor từ quay và phát ra tín hiệu xung biểu thị tốc độ quay của bánh xe Tần số của các xung được sử dụng để xác định tốc độ của xe và có thể phát hiện tốc độ gần như bằng 0 (km/)
Hình 3 67 Nguyên lí hoạt động của hệ thống cảm biến tốc độ
Cụm đồng hồ táp lô bao gồm đèn cảnh báo, đèn báo và màn hình hiển thị đa thông tin
Hình 3 68 Màng hình táp lô a Đèn cảnh báo chính e Đèn cảnh báo ABS b Đèn báo VSC OFF f Màn hình hiển thị c Đèn báo trượt g Đèn báo giữ phanh tay d Đèn cảnh báo phanh/sự cố h Đèn báo giữ phanh hoạt động Đèn cảnh báo chính: phát sáng để cảnh báo người lái khi phát hiện thấy sự cố trong hệ thống điều khiển phanh (một thông báo cảnh báo được hiển thị trên màn hình đa thông tin hiển thị đồng thời) Đèn báo VSC OFF: sáng lên để thông báo cho người lái khi chế độ VSC OFF được chọn
MÔ PHỎNG KẾT CẤU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Hệ thống treo
Sau khi nghiên cứu hệ thống điều khiển trên xe Camry 2022 2.5Q, hiểu được cấu tạo của hệ thống, nhận biết được các chi tiết cấu thành hệ thống và cách vận hành của hệ thống cũng như các chi tiết cấu thành Hệ thống treo trước của xe là hệ thống treo độc lập MacPherson, là hệ thống treo rất phổ biến các xe cỡ nhỏ, do đó tiến hành vẽ mô phỏng lại hệ thống để hiểu rõ hơn về cấu tạo và từng chi tiết của hệ thống, từ đó có thể đưa ra các phương án cải thiện, nâng cao hiệu quả của hệ thống
Kết quả mô phỏng hệ thống treo độc lập MacPherson trước phải, một vài chi tiết được mô phỏng tương đối so với hệ thống trên xe:
Hình 4 1 Tay đòn treo dưới Hình 4 2 Cam lái
Hình 4 3 Giá đỡ giảm xóc trước Hình 4 4 Bộ giảm va chạm
Hình 4 5 Thân ống giảm xóc
Hình 4 7 Ổ bi moay ơ bánh xe Hình 4 8 Thanh liên kết thanh ổn định
Hình 4 10 Cụm khớp cầu nói đòn treo dưới
Hình 4 11 Van piston giảm chấn trước
Hình 4 12 Lò xò giảm chấn trước Hình 4 13 Cầu của khớp cầu
Hình 4 14 Chụp bụi giảm xóc trước Hình 4 15 Chốt ngang tay đòn treo
- Kết quả lắp ráp các chi tiết mô phỏng hệ thống treo trước
Hình 4 16 Hệ thống treo trước
Hình 4 17 Hình chiều hệ thống treo trước
Hình 4 18 Hình chiếu hệ thống treo trước Hình 4 19 Mặt cắt hệ thống treo trước
Hình 4 20 Phân rã hệ thống treo trước Hình 4 21 Phân rã giảm chấn trước
Hệ thống lái
Hệ thống lái đóng vai trò quan trọng đối với vận hành xe cũng như đảm bảo an toàn, hệ thống lái của xe Camry 2022 2.5Q là hệ thống lái trợ lực điện kiểu RP-EPS, loại trợ lực điện hiện đại được áp dụng vào xe tầm trung gần đây Hệ thống lái được trợ lực lái bằng motor trợ lực được đặt song song trên vỏ cơ cấu lái, truyền chuyển động bằng đai và cơ cấu hộp giảm tốc đến thanh răng, motor được điều khiển trợ lực bằng ECU tích hợp trong motor Hiểu được cấu tạo và hoạt động của hệ thống lái, tiến hành xe mô phỏng
Kết quả đạt được vẽ mô phỏng hệ thống lái:
- Các chi tiết được mô phỏng hệ thống lái:
Hình 4 22 Cụm puli và dây curoa Hình 4 23 Puli lớn
Hình 4 24 Thanh răng Hình 4 25 Trục vít
Hình 4 26 Dây đai Hình 4 27 Cụm dẫn động thanh răng
Hình 4 28 Puli nhỏ Hình 4 29 Motor
Hình 4 30 Cao su chắn bụi Hình 4 31 Lái ngoài
Hình 4 32 Chụ bụi rotyn lái ngoài Hình 4 33 Khớp chữ thập
Hình 4 34 Vô lăng Hình 4 35 Rotyn lái ngoài
Hình 4 36 Hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống phanh
Bên cạnh hệ thống treo và hệ thống lái, vai trò của hệ thống phanh cực kì quan trọng đến sự an toàn và khả năng điều khiển kiểm soát xe Hiểu được vai trò của hệ thống cũng như hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lí vận hành của hệ thống Kết quả mô phỏng hệ thống:
- Các chi tiết bộ phận mô phỏng hệ thống phanh:
Hình 4 37 Cần đẩy Hình 4 38 Cụm càng phanh
Hình 4 39 Cảm biến tốc độ Hình 4 40 Cụm cơ cấu bàn đạp phanh
Hình 4 41 Cơ cấu chấp hành phanh Hình 4 42 Cụm xy lanh phanh chính
Hình 4 43 Cụm đĩa phanh trước Hình 4 44 Cụm đĩa phanh sau
Hình 4 45 Cụm càng phanh và đĩa phanh Hình 4 46 Hệ thống phanh
Hình 4 47 Lò xo Hình 4 48 Má phanh
Hình 4 49 Ốc xả gió Hình 4 50 Cuppen
Hình 4 51 Piston xy lanh chính Hình 4 52 Bầu trợ lực
Hình 4 53 Ống dầu Hình 4 54 Khung giá giỡ