Nghiên cứu hệ thống treo khí điều khiển điện tử trên xe Toyota. Lập quy trình kiểm tra sửa chữa hư hỏng của hệ thống

Ưu điểm của loại này có thể thay đổi được độ cứngcủa hệ thống treo tùy theo tải trọng bằng cách thay đổi áp suất khí trong phần tử đànhồi, giảm được độ cứng của hệ thống treo làm tăng độ

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Trong vài năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam có những bước phát triển vượtbậc, đời sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu tư rất nhiềuvào quy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, đã khiến ô tô trở thànhphương tiện đi lại tiện nghi và phổ biến, được nhiều người quan tâm Không như cácnước phát triển, với Việt Nam thì ôtô vẫn là chủ đề mới mẻ, đặc biệt là những ứngdụng công nghệ tiên tiến trên xe Vì thế việc nghiên cứu về ôtô là rất cần thiết, nó là cơ

sở để các nhà nhập khẩu cũng như các nhà sản xuất trong nước kiểm tra chất lượng xekhi nhập cũng như sau khi xe xuất xưởng, đồng thời trang bị kiến thức cho nhữngngười dân mua và sử dụng xe có hiệu quả kinh tế cao

Với yêu cầu ngày càng cao của công nghệ vận tải về kỹ thuật cũng như về tínhthẩm mỹ thì tính tiện nghi của ô tô ngày càng phải hoàn thiện hơn, đặc biệt là tính êmdịu chuyển động của xe để tạo cho con người cảm giác thoải mái khi ngồi trên xe, cácnhà sản xuất xe hàng đầu thế giới đã và đang không ngừng nâng cao chất lượng sảnphẩm của mình về kiểu dáng, độ bền, và đặc biệt sự tiện nghi, thân thiện mang lại sựthoải mái, an toàn cho người sử dụng Và một trong những nghiên cứu nhằm đáp ứngnhững

yêu cầu trên đó là nghiên cứu về hệ thống treo

Với các lý do trên đây mà em chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống treo khí điều khiển điện tử trên xe Toyota Lập quy trình kiểm tra sửa chữa hư hỏng của hệ thống”.

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

2.1 Mục đích

- Nghiên cứu hệ thống treo khí điều khiển điện tử trên xe toyota

- Lập quy trình kiểm tra sửa chữa hư hỏng của hệ thống

2.2 Đối tượng

- Nghiên cứu hệ thống treo khí điều khiển điện tử trên các dòng xe toyota.

2.3 Phạm vi

- Tất cả các hệ thống treo khí điều khiển điện tử trên xe toyota.

3 Tóm tắt cô đọng các nội dung chính

Nội dung đề tài gồm 3 chương:

- Chương 1 Khái quát về hệ thống treo trên xe ô tô

- Chương 2 Nghiên cứu hệ thống treo khí điều khiển điện tử trên xe toyota

- Chương 3 Lập quy trình kiểm tra sửa chữa hư hỏng của hệ thống

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu: Giáo trình kết cấu tính toán ô tô, giáo trình chuẩn đoánbảo dưỡng, tài liệu trên Internet,

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian làm đề tài tốt nghiệp, đến nay em đã hoàn thành Em xin trântrọng cảm ơn tới các thầy, cô trong khoa CNKT Ôtô - Trường Đại học Sao Đỏ đã luôn

quan tâm giúp đỡ em Đặc biệt là thầy Phùng Đức Hải Anh đã tạo điều kiện, hướng

dẫn và giúp đỡ rất tận tình trong suốt quá trình tìm hiểu và viết đề tài của mình, thầy

đã dành rất nhiều thời gian để hướng dẫn cho sinh viên

Tuy nhiên, do trình độ chuyên môn còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏinhững khiếm khuyết, kính mong các thầy, cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tàiđược hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Nguyễn Văn Bắc

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay các nhà nghiên cứu và thiết kế đã đạt được những thành tựu trongviệc phát triển hệ thống treo Dựa trên sự kết hợp giữa khoa học chuyên ngành cơ bảnvới ứng dụng các thành tựu về khoa học điện tử, tin học và kỹ thuật điều khiển Chínhnhờ áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật này vào thực tế mà hệ thống treo ngàycàng hoàn thiện hơn về tính năng, kích thước cũng như phạm vi hoạt động của nó

Hệ thống treo điều khiển điện khiển điện tử chính là xu hướng phát triển của hệthống treo trong tương lai Nó hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng các cảm biến đểthu nhân thông tin, các thông số cần thiết trong quá trình vận hành xe Các thông số đó

có thể là tải trọng xe, gia tốc dao động thẳng đứng, góc đặt bánh xe, độ cao sàn xe…Sau đó các thông số này được mã hoá và đưa đến các mạch điều khiển để tự động điềukhiển các cơ cấu chấp hành Như vậy ta có một hệ thống treo có thể tự động điều chỉnhđược đường đặc tính của nó phù hợp với điều khiện chuyển động Đây chính là ưuđiển nổi bật mà các hệ thống treo trước không có được

Tuy nhiên với tình hình kinh tế nước ta chưa thực sự phát triển mạnh Cơ sở vậtchất và các nghành kinh tế đang trong thời kỳ phát triển thì một hướng đi mang tínhthực tế đó là việc tận dụng một số loại ô tô cũ còn sử dụng trong nước Trên cơ sở đócải thiện hay thiết kế một số hệ thống treo dẫn kém chất lượng hay đặc tính không cònphù hợp với yêu cầu hiện nay để đưa vào sử dụng

1.2 Giới thiệu chung về hệ thống treo

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ôtô với bánh xe có tác dụnglàm êm dịu quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe ( bánh xe daođộng trong mặt phẳng đứng) và truyền lực giữa khung vỏ với bánh xe

Ta biết rằng xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vàochất lượng hệ thống treo Khi xe chuyển động trên đường không bằng sẽ phát sinh radao động do đường không bằng phẳng gây ra nhưng dao động này ảnh hưởng xấu tớituổi thọ của xe làm hư hỏng hàng hoá và ảnh hưởng tới hành khách trên xe Theo sốliệu thống kê cho thấy khi xe chạy trên đường xấu, gồ ghề mà so sánh với một ô tôcùng loại chạy trên đường tốt thì vận tốc của xe chạy trên đường xấu sẽ giảm 40÷50%quãng đường chạy giữa hai kì đại tu giảm đi 3540%, suất tiêu hao nhiên liệu xẽ tănglên 30÷40%, do đó năng suất vận chuyển sẽ giảm đi 35÷40% và giá thành vận chuyển

sẽ tăng lên 50÷60% Còn đối với con người nếu phải chịu trong tình trạng rung sócnhiều sẽ gây ra mệt mỏi và các phản ứng khác

Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ôtô tới cơ thể con ngườiđều đi đến kết luận: Nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi trường giaođộng sẽ mắc chứng bệnh thần kinh và não Chính vì vậy độ êm dịu của xe là một trongnhững chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiện nghi cho ô tô Tính êm dịu của ô tô phụ

thuộc vào kết cấu của ô tô và trước hết là phụ thuộc vào hệ thống treo, chất lượng mặtđường và sau đó là đến kỹ thuật người lái Nếu xét đến phạm vi khả năng chế tạo ôtôthì hệ thống treo mang tính quyết định êm dịu chuyển động của ôtô

1.3 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo

1.3.1 Phân loại

Có rất nhiều loại hệ thống treo trên ô tô Dựa vào những căn cứ khác nhau ta cóthể phân loại hệ thống treo thành các loại như sau:

Dựa vào bộ phận dẫn hướng ta có thể chia thành:

- Hệ thống treo phụ thuộc liền cầu (loại riêng và loại thăng bằng)

- Loại độc lặp (một đòn, hai đòn…)

Dựa theo loại của bộ phận đàn hồi ta có thể chia ra:

- Bộ phận đàn hồi bằng kim loại: Loại nhíp lá, lò xo, thanh xoắn

- Bộ phận đàn hồi bằng khí nén: Loại bằng cao xu – xợi, màng hoặc loại ống

- Bộ phận đàn hồi bằng thuỷ lực: Loại ống

- Bộ phận đàn hồi bằng cao xu.`

Dựa vào phương pháp dập tắt dao động (giảm chấn) ta chia ra:

- Giảm chấn thuỷ lực: Có loại tác động một chiều hai chiều

- Giảm chấn ma sát cơ: Có thể là do bộ phận ma sát đàn hồi hoặc trong bộ phậndẫn hướng

Dựa vào phương pháp điều khiển ta có thể chia ra:

- Hệ thống treo bị động ( không có điều khiển)

- Hệ thống treo chủ động ( có điều khiển được)

- Hệ thống treo bán chủ động (sự kết hợp của hai loại trên)

- Bánh xe có thể dịch chuyển trong một giới hạn nhất định.

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệthống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng cácquan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe

- Không gây tải trọng tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ

- Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường

1.3.3 Yêu cầu

- Hệ thống treo phải đảm bảo phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹthuật của xe như trên đường tốt hoặc có thể chạy trên nhiều địa hình khác nhau

- Bánh xe phải đảm bảo khả năng linh hoạt trong một phạm vi giới hạn

- Quan hệ động học bánh xe phải hợp lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của hệ thốngtreo làm mềm dịch chuyển theo phương thẳng đứng nhưng không ảnh hươngđến quan hệ động học và động lực học của bánh xe theo phương dịch chuyển

- Không gây các tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung vỏ xe

- Hệ thống treo phải có độ bền cao, độ tin cậy sử dụng lớn, trong điều kiện sửdụng phù hợp với tính năng kỹ thuật không gây ra những hư hỏng bất thường

- Đảm bảo giá thành thấp, mức độ phức tạp liên kết không quá lớn

- Có khả năng chống rung, chống ồn từ bánh xe lên thùng xe, vỏ xe tốt, nâng caotiện nghi cho xe

- Đảm bảo tính điều khiển và tính chuyển động của xe tốt ngay cả khi ở tốc độcao

1.4 Các phần tử của hệ thống treo

Ta đã biết hệ thống treo có các công dụng như ở trên để đảm bảo các công dụng

đó đó thì thông thường hệ thống treo bao gồm 3 bộ chính:

Hình 1.1: Bộ phận dẫn hướng

1.4.2 Bộ phận đàn hồi

Bộ phận đàn hồi là bộ phận nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe và tiếpnhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ xuống bánh xe và ngược lại Bộ phận đànhồi có có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết đàn hồi bằng kim loại (nhíp, lò xo xoắn, thanhxoắn) hoặc bằng khí (trong trường hợp hệ thống treo khí)

Phần tử đàn hồi bằng kim loại gồm các lá nhíp, lò xo và thanh xoắn Ưu điểm của loạinày là kết cấu đơn giản, chắc chắn, giá thành rẻ do chi phí chế tạo công bảo dưỡngthấp Tuy nhiên có một số nhược điểm tuổi thọ thấp ma sát lớn Đường đặc tính làmviệc là tuyến tính tuyến tính bậc nhất, ma sát lớn Đường đặc tính làm viêc là tuyếntính bậc nhất

Phần tử đàn hồi khi gồm một số loại như phần tử loại khí bọc bằng cao xu sợi,loại bằng màng và bọc bằng ống Ưu điểm của loại này có thể thay đổi được độ cứngcủa hệ thống treo tùy theo tải trọng (bằng cách thay đổi áp suất khí trong phần tử đànhồi), giảm được độ cứng của hệ thống treo làm tăng độ êm dịu chuyển động của ô tô,

có đường đặc tính là phi tuyến

Phần tử đàn hồi thủy khí Đây là sự kết hợp của cơ cấu điều khiển thủy lực và

cơ cấu chấp hành là phần tử thủy khí

Ưu điểm của loại này có độ bền cao, không cần bôi trơn bảo dưỡng, cao xu cóthể thu năng lượng trên một đơn vị thể tích cao gấp 2÷10 lần thép, trọng lượng của cao

xu bé và đường đặc tính phi tuyến

Nhược điểm là xuất hiện biến dạng dư dưới tác dụng của tải trọng kéo dài vànhất là tải trọng thay đổi, thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi và đặc biệt độcứng của cao su tăng lên khi nhiệt độ hạ xuống thấp, cần thiết phải đặt bộ dẫn hướng

độ êm dịu cho ô tô khi chuyển động Ví dụ khi bánh xe đi qua một mô đất cao sẽ tạonên một chấn động từ mặt đường qua bánh xe và hệ thống treo tác dụng lên thân xe.Giai đoạn đầu bánh xe đi gần vào khung xe, năng lượng của chấn động một phần đượctiêu tán qua giảm chấn, một phần được bộ phận đàn hồi tiếp nhận và tích lũy dướidạng thế năng của chi tiết đàn hồi (lò xo), chỉ có một phần được chuyền lên xe Giaiđoạn “nén” này lực cản của giảm chấn nhỏ để giảm một phần năng lượng truyền quagiảm chấn trên khung xe Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn năng lượng được tích lũydưới dạng thế năng của bộ phận đàn hồi được giải phóng- bánh xe đi ra xa khung xe.Năng lượng được giải phóng này chủ yếu được hấp thụ và tiêu tán thông qua giảmchấn, đối vợi giảm chấn đây là hành trình “ trả” và lực cản trả lớn hơn lực cản nén rấtnhiều Đây là loại giảm chấn hai chiều không đối xứng

Trong hệ thống treo phụ thuộc có các phần tử đàn hồi là nhíp thì nó vàu là phần

tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng

Vì nhíp làm bộ phận dẫn hướng nên trong hệ thống treo này không cần đến cácthanh giằng để truyền lực dọc hay lực ngang nữa

Nhược điểm:

- Khối lượng không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên xe chạy trênđường không bằng phẳng, tải trọng sinh ra xẽ gây nên va đập mạnh giữa phần treo

và phần không treo làm giảm độ êm dịu của chuyển động

- Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thểthay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm cần phải lớn

- Giá thành thấp.

1.5.2 Hệ thống treo độc lập

Đặc điểm của hệ thống treo này là:

- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà lắp trên hai loại cầu rời, sự dịchchuyển của hai bánh xe không phụ thuộc nhau

- Mỗi bánh xe được liên kết một cánh như vậy xẽ làm cho khối lượng phầnkhông được treo nhỏ, như vậy momen quán tính nhỏ do đó chuyển động của xe

êm dịu

- Hệ thống treo này không cần dầm ngang nên khoảng không gian cho nó dịchchuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 bên sườn của xe như vậy có thể hạ thấpđược trọng tâm của xe và sẽ nâng cao được vận tốc của xe

1.5.3 Hệ thống treo khí điều khiển điện tử

Hình 1.4: Các chi tiết trong hệ thống treo1: Giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm chấn; 2: cảm biến gia tốc của

xe; 3: ECU (hộp điều khiển điện tử của hệ thống treo); 4: Cảm biến độ cao của xe; 5: Cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí nén; 6: Máy nén khí; 7: bình chứa khí

nén; 8: dường dẫn khí.

Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý không khí có tínhđàn hồi khi bị nén Với những ưu điểm và hiệu quả giảm chấn của khí nén, nó có thểhấp thụ những rung động nhỏ do đó tạo tính êm dịu chuyển động tốt hơn so với lò xokim loại, dễ dàng điều khiển được độ cao sàn xe và độ cứng lò xo giảm chấn Khi hoạtđộng máy nén cung cấp khí tới mỗi xi lanh khí theo các đường dẫn riêng, do đó độ caocủa xe sẽ tăng lên tương ứng tại mỗi xi lanh tuỳ theo lượng khí được cấp vào Ngượclại độ cao của xe giảm xuống khi không khí trong các xi lanh được giải phóng ra ngoàithông qua các van Ở mỗi xi lanh khí nén có một van điều khiển hoạt động ở theo hai

chế độ bật - tắt (on - off) để nạp hoặc xả khí theo lệnh của ECU Với sự điều khiển củaECU, độ cứng, độ đàn hồi của từng giảm chấn trên các bánh xe tự động thay đổi theo

độ nhấp nhô của mặt đường và do đó hoàn toàn có thể khống chế chiều cao ổn địnhcủa xe Tổ hợp các chế độ của của "giảm chấn, độ cứng lò xo, chiều cao xe" sẽ tạo ra

sự êm dịu tối ưu nhất khi xe hoạt động Ví dụ: Bạn chọn chế độ "Comfort" thì ECU sẽđiều khiển lực giảm chấn là "mềm", độ cứng lò xo là "mềm" và chiều cao xe là "trungbình" Nhưng ở chế độ "Sport" cần cải thiện tính ổn định của xe khi chạy ở vận tốccao, quay vòng ngoặt… thì lực giảm chấn là "trung bình", độ cứng lò xo "cứng", chiềucao xe "thấp"

Hình 1.5: Giảm xóc khí nén được sử dụng trên xe

Trong mỗi xi lanh, có một giảm chấn để thay đổi lực giảm chấn theo 3 chế độ(mềm, trung bình, cứng), một buồng khí chính và một buồng khí phụ để thay đổi độcứng lò xo theo 2 chế độ (mềm, cứng) Cũng có một màng để thay đổi độ cao xe theo

2 chế độ (bình thường, cao) hoặc 3 chế độ (thấp, bình thường, cao) Lượng khí vàobuồng chính của 4 xi lanh khí thông qua van điều khiển độ cao Van này có nhiệm vụcấp và xả khí nén vào và ra khỏi buồng chính trong 4 xi lanh khí nén (phía trước bênphải và trái, phía sau bên phải và trái) Khí nén trong hệ thống được cung cấp bởi máy

ECU hệ thống treo: Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến để điềukhiển lực của giảm chấn và độ cứng của lò xo, độ cao xe theo điều kiện hoạt động của

xe thông qua bộ chấp hành điều khiển hệ thống Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treođược đặt ở mỗi đỉnh của mỗi xi lanh khí Nó đồng thời dẫn động van quay của giảmchấn và van khí của xi lanh khí nén để thay đổi lực giảm chấn và độ cứng hệ thốngtreo Bộ chấp hành điều khiển điện tử phản ứng chính xác với sự thay đổi liên tục vềđiều kiện hoạt động của xe

Ưu điểm hệ thống treo khí nén - điện tử

"Thông minh" và "linh hoạt" đó là những gì có thể nói về hệ thống treo khí nén

- điện tử Khả năng điều chỉnh độ cứng của từng xi lanh khí cho phép đáp ứng với độnghiêng khung xe và tốc độ xe khi vào cua, góc cua và góc quay vô lăng của người lái.Như vậy, khi xe chạy độ cứng các ống giảm xóc có thể tự động thay đổi sao cho cơchế hoạt động của hệ thống treo được thích hợp và hiệu quả nhất đối với từng hànhtrình Ví dụ khi phanh, độ nhún các bánh trước sẽ cứng hơn bánh sau, còn khi tăng tốcthì ngược lại

Hệ thống treo khí nén - điện tử tự động thích nghi với tải trọng của xe, thay đổi

độ cao gầm xe cho phù hợp với điều kiện hành trình Ví dụ: Độ cao bình thường được

tự động xác lập khi vận tốc xe đạt 80 km/h Nếu các cảm biến tốc độ ghi nhận đượcrằng kim đồng hồ tốc độ đã vượt qua mức 140 km/h thì hệ thống tự động hạ gầm xexuống 15mm so với tiêu chuẩn

Một lợi thế nữa của hệ thống treo này là các lò xo xoắn được thay thế bằng túikhí cao su nên giảm bớt một phần trọng lượng xe Bớt được khối lượng này sẽ chophép các lốp xe chịu tải tốt hơn trên các điều kiện mặt đường không bằng phẳng mà ítảnh hưởng đến độ cân bằng của xe, vì vậy cảm giác khi lái sẽ nhẹ nhàng và dễ chịuhơn

Với hệ thống treo khí nén điện tử, những chỗ mấp mô hay ổ gà trên mặt đườnghầu như không ảnh hưởng nhiều đến người ngồi trong xe

vậy, đối với bất cứ loại hệ thống treo nào, tác dụng giảm xóc của lốp cũng rấtquan trọng Kiểu dáng lốp và áp xuất lốp luôn có vai trò hỗ trợ tác dụng giảm xóc củabất kỳ loại hệ thống treo nào: Phụ thuộc hay độc lập

Hệ thống treo khí cho phép điều khiển lực giảm chấn cững như độ cứng lò xo

và độ cao xe như bảng bên dưới, ngoài ra nó còn có thêm chức năng dự phòng và chứcnăng chuẩn đoán Hệ thống này được gọi là “hệ thống treo khí điều khiển điện tử” Hệthống treo khí khí điều khiển điện tử được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1989 trên xeLEXUS LS400

MềmTrung bình

Bịnh thườngCao

Bảng 1.1: Các chế độ điều khiển lực giảm chấn

Hệ thống treo khi khí điều khiển điện tử điều khiển lực giảm chấn cũng như độcao lò xo và độ cao gầm xe theo các điều kiện chuyển động khác nhau để tạo ra tính

êm dịu khi chuyển động và tính ổn định lái tốt hơn

Hình 1.6: Hệ thống sử dụng treo khí

Hình 1.7: Loại sử dụng lò xo kim loại

Lực giảm chấn và độ cứng lò xo được điều khiển kết hợp với các chế độ đượclựa chọn bởi công tắc LRC Độ cao gầm xe được điều khiển hoạt động khác nhau của

xe dựa trên các chế độ được lựa chọn bởi công tắc điều hiển chiều cao

Công tắc LRC

Công tắc LRC có 2 vị trí: NORM (bình thường) SPORT (thao) Chế độ NORMchú trọng tính êm dịu chuyển động và thường được sử dụng khi xe hoạt động ở chế độbình thường Chế độ SPORT cải thiện tính ổn định của xe khi quay vòng ngoặt … Lựcgiảm chấn và độ cứng lò xo ứng mỗi vị trí của bảng công tắc LRC như bảng dưới

Bảng 1.2: Chế độ làm việc của 2 công tắc NORM và SPORT

Công tắc điều khiển độ cao:

Công tắc điều khiển độ cao cho phép lựa chọn 2 vị trí NORM (bình thường) vàHIGH (cao)

Chọn vị tri NORM khi lái xe trên đường ở vị trí bình thường và vị trí HIGH khi lái xetrên đường xóc Độ cao được đặt tương ứng với bảng dưới

Bảng 1.3: Chế độ làm việc của công tắc NORM và HIGH

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TREO KHÍ ĐIỀU KHIỂN ĐIÊN TỬ

TRÊN XE TOYOTA 2.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, các lò xo kim loại như lò xo trụ, thanh xoắn, nhíp được sử dụng trong

hệ thống treo trên hầu hết các xe du lịch Hệ thống treo khí, với những ưu điểm và hiệuquả giảm chấn của khí nén, nó có thể hấp thụ những rung động nhỏ hơn do đó tạo ratính chuyển động êm dịu tốt hơn là lò xo kim loại Hệ thống treo khí có những ưu điểmnhư có thể điều khiển được độ cao và độ cứng của lò xo, hạ thấp trọng tâm cho xe

2.2 Điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo

Lực giảm chấn và độ cứng lò xo được điều khiển bằng điện tử để chống lạinhững hiện tượng ảnh hưởng đến chuyển động của xe… Vì vậy, đảm bảo tính êm dịuchuyển động và khả năng điều khiển

Chống chúi đuôi xe

Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng

lò xo đến chế độ cứng Vì vậychống được chế độ chúi đuôi xe khităng tốc, do đó giảm thiểu sự thayđổi trạng thái thân xe

Chống nghiêng ngang

Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng

lò xo đến chế độ cứng Vì vậy hạnchế sự nghiêng nghang, giảm thiểu

sự thay đổi trang thái thân xe, cảithiện khả năng điều khiển

Chống chúi mũi

Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng

lò xo đến chế độ cứng Vì vậy hạnchế được hiện tượng chúi mũi xekhi phanh, giảm thiểu sự thay đổitrạng thái thân xe

Điều khiển tốc độ cao

Thay đổi lực giảm chấn đến chế độtrung bình và cứng lò xo đến chế độcứng ở tốc độ cao Vì vậy cải thiệntính chuyển động và khả năng lái

Độ cao gầm xe được điều khiển bằng điện tử để ổn định trạng thái thân xe khi chạy ở tốc độ cao và để bù lại sự thay đổi trong việc phân bố tải trọng.

Các chức năng điều khiển như bảng dưới

Bảng 2.2: Bảng điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo

Tự động điều khiển

độ cao

Duy trì độ cao ở giá trị không đổi ( bình thường hay cao) màkhông phụ thuộc vào khối lượng hành khách vá hành lý Độcao cao tiêu chuẩn được lựa chọn nhờ công tắc điều khiển

độ cao

Điề khiển tốc độ cao

Khi công tắc điều khiển độ cao ở vị trí HIGH , độ cao gầm

xe hạ suống mức NORMAL (bình thường) ở tốc độ cao.( Với các loại xe cho thị trường mỹ, độ cao gầm xe hạ suốngmức LOW khi công tắc ở vị trí NORM.) Nó cải thiện tínhđộng hoc và tính ổn định ở tốc độ cao

Điều khiển khi tắt

Bảng 2.3: Bảng điều khiển độ cao gầm xe

Công tắc LRC Có 2 vị trí NORM và PORST để người lái có thể lựa

chọn các chế độ lực giảm chấn và độ cứng lò xo.Cảm biến lái Phát hiện hướng và góc quay vô lăng

Cản biến vị trí bướm ga, ECU

động cơ và hộp số

Phát hiện góc mở bướm ga và gửi tín hiệu đến ECU

hệ thống treo qua ECU động cơ và hộp số

độ cao xe mong muốn

Công tắc điều khiển ON/OFF

điều khiển độ cao

Cho phép hay không cho phép hoạt động điều khiển

độ cao xe

Công tắc cửa Phát hiện vị trí cửa( mớ hay đóng)

Tiết chế IC( trong máy phát) Phát hiện động cơ hoạt động hay không

ECU hệ thống treo Điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo, độ cao

xe theo điều kiện hoạt động của xe

Bộ châp hành điều khiển hệ

thống treo

Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng lò xo trên cơ sởcác ín hiệu từ ECU treo

Xi lanh khí nén Trong mỗi xi lanh, có một giảm chấn để thay đổi lực

giảm chấn theo 3 chế độ, một luồng khí chính vàmột luồng khí phụ để thay đổi độ cứng lò xo theohai chế độ Cũng có một màng để thay đổi độ cao xetheo hai chế độ

Giắc kiểm tra của công tắc và cảm biến trên Nối T và E thì có thể

đọc được các mã chuẩn đoánTDCL

Kỹ thuật viên có thể phát mã chuẩn đoán bằng cáchnối cực T vá E của giắc này

2.5 Cấu tạo và hoạt động

2.5.1 Điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo

a) Công tắc LRC

Công tắc RLC được lắp ở hộp che dầm đỡ giữa và được điều khiển bởi ngườilái để lựa chọn lực giảm chấn và độ cứng của lò xo hệ thống treo Công tắc này có thểchọn một trong 2 vị trí NORM và SPORT

Hình 2.2: Mạch công tắc RLC

Ở vị trí NORM, điện áp 12V tác dụng lên cực TSW của ECU hệ thống treo Ở

vị trí SPORT điện áp giảm xuống còn 0V vì thế, ECU nhận biết được những chế độnày Khi chọn vị trí SPORT, đèn báo LRC ở bảng đồng hồ bật sáng

c) Công tắc đèn phanh

Công tắc này được gắn vào giá bắt bàn đạp, nó bật khi đạp phanh và gửi tínhiệu đến ECU cho đến khi nhả chân phanh

d) Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến này được gắn ở họng hút và cảm nhận bằng điện tử độ mở bướm ga

Dữ liệu này được gửi đến cực L1, L2 và L3 của ECU hệ thống treo qua ECU động cơ

và hộp số

Hình 2.4: Vị trí cảm biến bướm ga

Cấu tạo và chức năng của nó giống như loại cảm biến vị trí bướm ga dùng choTEMS Cảm biến vị trí bướm ga phụ được dùng cho hệ thống TRC (điều khiển chốngtrượt quay bánh xe ) và nó không có liên quan gì đến việc điều khiển treo khí

e) Cảm biến tốc độ số 1

Hình 2.5: Mạch điện cảm biến tốc độ số 1Cảm biến tốc độ số 1 sinh ra 20 tín hiệu trong một vòng quay của trục rôto, trụcnày được dẫn động bởi trục ra của hộp số qua bánh răng bị động Tần số của các tínhiệu được biến thành 4 tín hiệu trong một vòng quay của trục rôto bởi mạch biến đổixung trong bảng đồng hồ và gửi đến ECU.

f) Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo

+ Cấu tạo

Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo được đặt ở đỉnh của mỗi xi lanh khí Nó dẫnđộng van quay của giảm chấn và van khí của xilanh khí nén một cách đồng thời đểthay đổi lực giảm chấn và độ cứng hệ thống treo Cần điều khiển van khí quay cùngvới cần điều khiển van quay Hai cần điều khiển này được nối với nhau bằng một cặpbánh răng

Hình 2.6: Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo

Bộ chấp hành được dẫn động bằng điện từ để có thể phản ứng chính xác với sựthay đổi liên tục về điều kiện hoạt động của xe Nam châm điện bao gồm 4 lõi stator

để quay nam châm vĩnh cửu nối với cần điều khiển van khí

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lýECU thay đổi sự phân cực của lõi stator từ cực N thành S hay ngược lại, để lõi

ở trạng thái không phân cực Nam châm vĩnh cửu quay bởi lực hút điện từ do các cuộnstator sinh ra

+ Hoạt động

Bộ chấp hành được chia làm 2 nhóm: một nhóm cho phía trước và một nhóm cho phíasau

Mô tả dưới đây là hoạt động của một bộ chấp hành phía trước:

- Khi vị trí cần thay đổi từ vị trí trung bình hay cứng sang mềm, dòng điện từ cực đến cực FS+ của ECU qua bộ chấp hành

FS Khi vị trí cần thay đổi từ vị trí cứng hay mềm sang trung bình, dòng điện chạy từ cựcFCH của ECU đến bộ chấp hành

- Khi vị trí cần thay đổi từ vị trí mềm hay trung bình sang cứng, dòng điện từ cực FS+đến cực FS- của ECU qua bộ chấp hành

Hình 2.8: Sơ đồ mạch điện điều khiểng) Xy lanh khí nén

Hình 2.9: Xi lanh khí nén

Mỗi xylanh khí bao gồm một giảm chấn thay đổi có chứa khí nitơ ở áp suất thấp vàdầu, một buồng khí chính và một buồng khí phụ có chứa khí nén.

Có hai cặp lỗ tiết lưu trong van quay, các van này gắn liền với cần điều khiển

và nó được dẫn động bởi bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo Cần piston cũng có 2

lỗ Van quay, quay bên trong cần trong cần piston và đóng mở các lỗ, nó thay đổilượng dầu đi qua các lỗ này, lực giảm chấn được đặt ở một trong ba chế độ

Hình 2.11: Ba chế độ làm việc của xi lanh khí nénHoạt động

- Lực giảm chấn mềm

Tất cả các lỗ đều mở, đường dầu như hình vẽ

Hình 2.12: Chế độ làm việc của lực giảm chấn mềm

Hình 2.14: Chế độ làm việc của lực giảm chấn cứng

- Các buồng khí và van khí

· Cấu tạo:

Hình 2.15: Vị trí các buồng khí và van khíBuồng khí của xi lanh khí được chia thành buồng khí chính và buồng khí phụ.Một van khí được gắn ở phần gối đỡ trên của xilanh khí Van khí quay bởi bộ chấphành điều khiển hệ thống treo qua cần điều khiển van khí để mở hay đóng đường khíthông giữa buồng khí chính và buồng khí phụ Vì vậy độ cứng hệ thống treo được điềukhiển theo hai chế độ

· Hoạt động

- Độ cứng hệ thống treo mềm

Hình 2.16: Độ cứng làm việc khi ở chế độ treo mềmKhi van mở, buồng khí chính và buồng khí phụ đóng vai trò như một lò xo,chúng được kết nối với nhau như hình vẽ Kết quả là thể tích buồng khí tăng đặt độcứng hệ thống treo ở chế độ mềm.

- Độ cứng hệ thống treo cứng

Hình 2.17: Độ cứng làm việc khi ở chế độ treo cứngKhi van đóng, đường khí thông giữa buồng khí chính và buồng khí phụ bị bịtkín Kết quả là chỉ buồng khí chính đóng vai trò như một lò xo, đặt độ cứng hệ thốngtreo ở chế độ cứng

h) Đèn báo LRC

Đèn báo này được gắn ở bảng đồng hồ và chỉ thị các chế độ lực giảm chấn và

độ cứng hệ thống treo ( NORMAL và SPORT ) Đèn này bật khi chọn chế độ SPORT

và tắt khi chọn NORMAL

Hình 2.18: Mạch điện đèn báo RLC

2.5.2 Điều khiển độ cao xe:

Độ cao xe được điều khiển bằng cách thay đổi thể tích khí nén trong xilanh khí

Độ cao tăng hay giảm khi thể tích khí nén tăng hay giảm

Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý điều khiển độ cao xe

a) Các ống khí

Hệ thống sử dụng hai loại ống khí, ống thép và ống nilông mềm Ống thép đượcdùng để nối van điều khiển độ cao số 1 và van số 2 và nó được gắn vào trong thân xe

Các đầu nối nhanh được sử dụng cho ống nilông mềm nhằm mục đích dễ tháo lắp vàbao kín tốt.

b) Công tắt điều khiển độ cao

Công tắc điều khiển độ cao được lắp ở vỏ che dầm đỡ giữa và được điều khiểnbởi người lái để lựa chọn dộ cao gầm xe theo mong muốn

Hình 2.21: Công tắc điều khiển độ cao

Ở vị trí NORM, điện áp 12V tác dụng lên cực HSW của ECU hê thống treo Ở

vị trí HIGH, cực HSW được nối với đất và điện áp bằng 0V ECU xác định độ caogầm xe theo điện áp cực HSW

c) Cảm biến điều khiển độ cao

Hình 2.22: Cảm biến điều khiển độ caoCảm biến điều khiển độ cao trước được gắn vào thân xe còn đầu thanh điềukhiển được nối với giá đỡ giảm chấn dưới

Với hệ thống treo sau, các cảm biến được gắn vào thân xe và đầu thanh điềukhiển được nối với đòn treo dưới số 1

Những cảm biến này liến tục theo dõi khoảng cách giữa thân xe và các đòn treo

để phát hiện độ cao gầm xe do đó quyết định lượng khí trong mỗi xi lanh

+ Cấu tạo

Mỗi cảm biến bao gồm một đĩa đục lỗ và 4 cặp công tắc quang học Đĩa đục lỗquay giữa đèn LED và transitor quang của mỗi công tắc quang học theo chuyển độngcủa thanh điều khiển

+ Hoạt động

Các thay đổi về độ cao của xe làm cảm biến nâng hạ trong khoảng L

Hình 2.23: Transistor điều khiển độ cao xe

Nó làm đĩa đục lỗ quay, mở hay che ánh sáng giữa 4 cặp đèn led transitorquang Độ cao xe phân biệt theo 16 bước nhờ vào sự kết hợp của các tín hiệu ON, OFF

từ 4 transitor quang

Hình 2.24: Cần điều khiển độ cao xed) Công tắc ON/OFF điều khiển độ cao

Hình 2.26: Sơ đồ mạch điện điều khiển công tắc cửaKhi đóng lại Khi tất cả các cánh cửa đều đóng, điện áp ac qui tác dụng lên cựcDOOR của ECU Khi có bất kỳ cửa nào mở, điện áp cực DOOR giảm xuống 0V, vìvậy ECU biết được cửa có mở hay không.

f) Tiết chế IC

Hình 2.27: Tiết chế IC máy phátTiết chế IC được gắn trong máy phát Cực L của nó phát ra điện áp ắc qui khiđộng cơ hoạt động, và điện áp 1,5V hay nhỏ hơn khi động cơ không hoạt động Cực Lđược nối với cực REG của ECU để báo cho ECU biết động cơ có đang hoạt động haykhông Tín hiệu phát hiện sẽ được sử dụng cho cức năng kiểm tra cảm biến và chochức năng dự phòng

g) Rơle điều khiển độ cao số 2

Hình2.28: Rơle điều khiển độ cao số 2Rơle này được gắn gần ECU hệ thống treo trong khoang hành lý Khi khoá điệnbật ON, một tín hiệu từ cực MRLY của ECU làm dòng điện chạy đến các cảm biếnđiều khiển độ cao và cực IGB của ECU động cơ

h) Rơle điều khiển độ cao số 1

Hình 2.29: Rơle điều khiển độ cao số 1Rơle này đựơc gắn ở hộp rơle số 6 dưới đèn pha trái Khi nó hoạt động bởi tínhiệu từ cực RCMP của ECU, nó gửi dòng điện đến môtơ máy nén điều khiển độ cao

để cung cấp khí nén cho các xi lanh khí

i) Máy nén điều khiển độ cao

Hình 2.30: Sơ đồ mạch điện máy nén khí điều khiển độ caoMáy nén này cung cấp khí nén để tăng độ cao xe Máy nén dùng piston tịnh tiến

và một thanh truyền đển nén không khí Môtơ hoạt động nhờ dòng điện cấp qua rơleđiều khiển độ cao số 1 ECU biết được tình trạng hoạt động của môtơ bằng cách đođiện áp tại cực RM+ và RM- của ECU và dừng việc điều khiển độ cao khi phát hiệnthấy sự khác thường

j) Van xả và bộ hút ẩm khí điều khiển độ cao

Hình 2.31: Van xả và hút ẩm điều khiển độ cao

Bộ hút ẩm hút hơi nước ra khỏi khí nén bởi máy nén Hơi nước trong không khíđược hút bởi một quá chất hút ẩm (keo ôxit silic) được đổ trong bộ làm khô Hơi ẩm bịgiữ lại sẽ được xả vào trong khí quyển khi độ cao gầm xe giảm (tức là khi van xả mở).Van xả điều khiển độ cao được gắn ở đầu bộ hút ẩm Khi nó nhận tín hiệu từ cựcSLEX của ECU để giảm độ cao gầm xe, nó xả khí nén từ xi lanh khí vào khí quyển

Hình 2.32: Mạch điện điều khiển van xảk) Van điều khiển độ cao số 1 và số 2

Hình 2.33: Van điều khiển độ cao số 1 và số 2-Van điều khiển độ cao điều khiển lưu lượng khí nén đến và ra khỏi xi lanh khíphụ thuộc vào các tín hiệu từ ECU

-Van điều khiển độ cao số 1 được sử dụng cho hệ thống treo trước Nó có 2 van từđiều khiển 2 xi lanh khí bên trái và bên phải một cách riêng rẽ

-Van điều khiển độ cao số 2 được sử dụng cho hệ thống treo sau và bao gồm 2 van từ.Không giống như van từ số 1, chúng không hoạt động riêng rẽ Trong van điều khiển

độ cao số 2, có 1 van an toàn để tránh áp suất tăng quá cao bên trong ống khí (10kg/cmhay lớn hơn )

l) Xy lanh khí

Mỗi xilanh khí bao gồm một giảm chấn có lực giảm chấn thay đổi, giảm chấnchứa khí nitơ ở áp suất thấp, và một buồng phụ chứa khí nén Buồng khí chính là mộtbuồng có thể tích thay đổi và có 1 màng ở đáy Lượng khí nén trong buồng khí chínhtăng hay giảm để điều chỉnh độ cao xe

Hình 2.34: Độ cao xe ở các chế độ

m) Giắc điều khiển độ cao

Giắc này được đặt gần ECU hệ thống treo bên trong khoang hành lý Nó chophép kiểm tra dễ dàng hệ thống điều khiển độ cao xe bằng cách nối các cực tươngứng,không cần đi qua ECU Trong giắc này cũng có 2 cực 8 và 9 để xoá các mã chẩnđoán chứa trong bộ nhớ

CHƯƠNG III LẬP QUY TRÌNH KIỂM TRA SỬA CHỮA HƯ HỎNG CỦA

HỆ THỐNG TREO KHÍ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ 3.1 Đặt vấn đề

Hệ thống treo dùng để đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe có tác dụng làm êmdịu quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe và truyền lực giữa khung

vỏ bánh xe Vì vậy hệ thống treo là hệ thống rất quan trọng và cần thiết Nó còn là tiêuchí đánh giá chất lượng của một chiếc xe nên các nhà sản xuất luôn cố gắng cải thiện

hệ thống treo Nhưng dù cải thiện và nâng cao thì hệ thống treo vẫn xảy ra những hưhỏng và cần kiển tra sửa chữa

3.2 Các chức năng kiểm tra

3.2.1 Chức năng kiểm tra cảm biến

Chức năng cảm biến được tiến hành khi khoá điện bật ON Các cực Ts và E1 củagiắc kiểm tra trong khoang động cơ được nối với nhau và vô lăng, chân phanh… ởtrong các điều kiện như tiêu chuẩn ở bảng dưới Nhờ chức năng này, các tín hiệu từcác cảm biến tương ứng gửi về ECU được kiểm tra Kết quả kiểm tra cảm biến đượcbảo bởi đèn vị trí bình thường

A và B ở bên dưới cột điều khiển động cơ báo trạng thái của đèn báo vị tríNORM khi kết của kiểm tra là bình thường (khi các tín hiệu được gửi một cách bìnhthường đến ECU) A có nghĩa là đèn nháy 2 lần một giây, và B có nghĩa là đèn sángmãi Trong quá trình kiểm tra cảm biến, có lực giảm chấn và độ cứng hệ thống treođược cố định ở chế độ cứng – điều khiển độ cao xe hoạt động bình thường

Hình 3.1: Vị trí giắc kiểm tra chuẩn đoánNgay cả nếu nối cực T3 với cực E1 của giắc kiểm tra và TC và E1 của giắc kiểmtra cùng một lúc , ECU xẽ thực hiện chức năng kiểm tra cảm biến, nếu không có mãchuẩn đoán như mô tả phần sau:

Hình 3.2: Vị trí giắc kiểm tra TDCL

3.2.2 Chức năng báo hiệu hư hỏng

Khi ECU phát hiện thấy có trục trặc trong hệ thống điều khiển hệ thống treo, nó xẽ báocho người lái biết bằng cách nháy đèn NORM 2 giây 1 lần

Hình 3.3: Đèn led nháy báo lỗi

3.2.3 Chức năng báo mã chuẩn đoán

Mã chuẩn đoán được báo khi thoả mãn các điều kiện sau:

- Khoá điện bật ON

- Cực TC và E1 của giắc kiểm tra hay giắc chuẩn đoán TDCL được nối với nhau

Đèn báo độ cao xe NORM xẽ nhảy 0.5 giây một làn như hình dưới

Hình 3.5: Đèn báo ở chế độ bình thườngBáo hư hỏng

Mã chuẩn đoán tương ứng được báo bởi đèn chỉ độ cao NORM như ví dụ dướiđây Ở truòng hợp này mã 12 và 31 được hiển thị Nếu có nhiều hư hỏng xảy ra cùngmột lúc, mã chuẩn đoán nhỏ nhất xẽ được báo đầu tiên

CảnhBáo

 Cảm biến điều khiển độ cao

 Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo