MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng phần mềm Techstream trong chẩn đoán và sửa chữa hệ thống điện động cơ Toyota Yaris Cross 2023”, tôi đã nhận được sự quan tâm, hướng dẫn và hỗ trợ quý báu từ nhiều cá nhân và đơn vị.

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Th.S ………….., giảng viên hướng dẫn, người đã tận tình chỉ bảo, định hướng nghiên cứu và góp ý chuyên môn trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Những ý kiến đóng góp quý báu của thầy đã giúp tôi hoàn thiện nội dung nghiên cứu và nâng cao chất lượng đồ án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Viện Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Thủ Dầu Một đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, trang thiết bị và môi trường học tập để tôi có thể triển khai nghiên cứu và xây dựng mô hình một cách hiệu quả.

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn.

Xin trân trọng cảm ơn!

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài mang tên “Nghiên cứu sử dụng phần mềm Techstream trong việc chẩn đoán và sửa chữa hệ thống điện động cơ của Toyota Yaris Cross 2023" có mục tiêu tìm hiểu và đánh giá tính hiệu quả của phần mềm Techstream - phần mềm chẩn đoán chính thức từ Toyota - trong việc kiểm tra, phát hiện và sửa chữa những hư hỏng ở hệ thống điện động cơ.

Nội dung nghiên cứu chú trọng vào việc phân tích cấu trúc cơ bản của hệ thống điện động cơ của Toyota Yaris Cross 2023 và các chức năng chính của Techstream như đọc và xóa mã lỗi, theo dõi dữ liệu động và kiểm tra các bộ phận chấp hành. Qua việc vận dụng Techstream trong quy trình chẩn đoán, đề tài này giúp cải thiện độ chính xác, rút ngắn thời gian khắc phục và hỗ trợ hiệu quả cho công việc bảo trì và sửa chữa ô tô hiện đại.

PHẦN MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong kỷ nguyên số, sự trỗi dậy mạnh mẽ của công nghệ điện tử trong lĩnh vực ô tô đã kéo theo sự phức tạp hóa chưa từng có của hệ thống quản lý động cơ (ECU), mạng giao tiếp CAN và các bộ phận cảm biến - cơ cấu chấp hành.

Trước thực trạng này, việc sử dụng các phương pháp chẩn đoán truyền thống, bao gồm kiểm tra điện cơ bản bằng đồng hồ VOM, quan sát trực tiếp và kinh nghiệm thực tiễn, trở nên bất cập và không còn đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe về độ chính xác, tốc độ và hiệu quả.

Do đó, việc triển khai các phần mềm chẩn đoán chuyên dụng, điển hình là Techstream của Toyota, trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ sửa chữa, rút ngắn thời gian xử lý sự cố và đảm bảo an toàn kỹ thuật tuyệt đối cho phương tiện.

Đề tài nghiên cứu tập trung vào mẫu xe Toyota Yaris Cross 2023, một sản phẩm hiện đại tích hợp nhiều giải pháp điều khiển điện tử cho động cơ và các hệ thống phụ trợ. Sự phức tạp của hệ thống điện động cơ trên các mẫu xe thế hệ mới đặt ra yêu cầu cao về công cụ và phương pháp chẩn đoán. Việc nghiên cứu sâu về ứng dụng Techstream trên dòng xe này giúp làm sáng tỏ khả năng khai thác dữ liệu từ ECU, thực hiện các bài kiểm tra chủ động, cũng như đọc và xóa mã lỗi. Ngoài ra, việc thực hiện những chức năng đặc biệt là những yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo quá trình chẩn đoán chính xác và tối ưu hóa quy trình sửa chữa.

Từ khía cạnh khoa học và thực tiễn, nghiên cứu này mang lại những giá trị rõ rệt:

Về mặt khoa học: Nghiên cứu góp phần hệ thống hóa tri thức liên quan đến

cấu trúc, nguyên lý và phương thức chẩn đoán cho hệ thống điện động cơ kết hợp với các công cụ chuyên dụng; đồng thời phát triển quy trình chẩn đoán và sửa chữa dựa trên những bằng chứng xác thực.

Về mặt thực tiễn: Nghiên cứu đưa ra quy trình thao tác chi tiết, đề xuất ứng dụng công cụ Techstream trong các xưởng dịch vụ và chương trình đào tạo; từ đó rút ngắn thời gian tìm kiếm sự cố, giảm thiểu việc thay thế linh kiện không cần thiết, giúp tiết kiệm chi phí cho cả khách hàng lẫn xưởng.

Ngoài ra, nghiên cứu này còn có tính khả thi cao trong việc triển khai: Techstream là một công cụ chuyên dụng với tài liệu hướng dẫn phong phú; các thiết bị và linh kiện cần thiết để xây dựng mô hình dễ dàng tiếp cận và tích hợp theo sơ đồ mạch thực tế; đồng thời phù hợp với năng lực kỹ thuật của sinh viên chuyên ngành, đáp ứng yêu cầu đóng góp thực chất cho các xưởng dịch vụ cũng như cơ sở đào tạo.

Tóm lại, lựa chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng Techstream trong chẩn đoán và sửa chữa hệ thống điện động cơ trên xe Yaris Cross 2023 (kèm theo thiết kế mô hình điện động cơ)” là cần thiết và phù hợp vì nó giải quyết trực tiếp vấn đề hiện hữu trong bảo dưỡng - sửa chữa xe hiện đại, đồng thời kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng thực tiễn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng rõ rệt.

2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ ĐỀ TÀI

* Trong nước:

[1]. Đồ án: “Sử dụng phần mềm Techstream trong chẩn đoán động cơ” - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (2024)

* Mục tiêu:

Trình bày quy trình thiết lập và sử dụng phần mềm Techstream trên các mẫu xe Toyota; minh họa những chức năng nổi bật như đọc và xóa mã lỗi, theo dõi dữ liệu trực tiếp, kiểm tra chủ động, cùng với các chức năng đặc biệt.

Đánh giá hiệu quả của Techstream so với phương pháp chẩn đoán thông thường trong những trường hợp xảy ra lỗi động cơ thường gặp.

* Phương pháp:

Thực hiện thí nghiệm trực tiếp trên xe mẫu (hoặc mô hình thay thế) bằng thiết bị Techstream chính hãng hoặc bản sao; thu thập mã lỗi (DTC) và dữ liệu động học ở nhiều trạng thái hoạt động khác nhau (khởi động lạnh/nóng, tải nhẹ/nặng).

Tiến hành so sánh thời gian phát hiện nguyên nhân sự cố, số bước kiểm tra cũng như trường hợp thay thế linh kiện giữa phương pháp truyền thống và việc sử dụng Techstream.

[2]. Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” - ĐH Đà Nẵng (2011)

* Mục tiêu:

Trình bày quy trình thiết lập và sử dụng phần mềm Techstream trên các mẫu xe Toyota; minh họa những chức năng nổi bật như đọc và xóa mã lỗi, theo dõi dữ liệu trực tiếp, kiểm tra chủ động, cùng với các chức năng đặc biệt.

Đánh giá hiệu quả của Techstream so với phương pháp chẩn đoán thông thường trong những trường hợp xảy ra lỗi động cơ thường gặp.

* Phương pháp:

Thực hiện thí nghiệm trực tiếp trên xe mẫu (hoặc mô hình thay thế) bằng thiết bị Techstream chính hãng hoặc bản sao; thu thập mã lỗi (DTC) và dữ liệu động học ở nhiều trạng thái hoạt động khác nhau (khởi động lạnh/nóng, tải nhẹ/nặng).

Tiến hành so sánh thời gian phát hiện nguyên nhân sự cố, số bước kiểm tra cũng như trường hợp thay thế linh kiện giữa phương pháp truyền thống và việc sử dụng Techstream.

* Kết quả chính:

Techstream cho phép xác định nhanh chóng vùng lỗi một cách chính xác hơn (giảm tới 30-50% thời gian chẩn đoán trong các trường hợp thực nghiệm).

Chức năng Live Data và Active Test hỗ trợ việc xác minh hoạt động của các thành phần trước khi thực hiện thay thế, góp phần giảm thiểu chi phí do sai sót trong việc thay linh kiện.

3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

* Mục tiêu chung:

Nghiên cứu, hệ thống hóa và đánh giá việc ứng dụng phần mềm chẩn đoán chuyên dụng Techstream trong công tác chẩn đoán và sửa chữa hệ thống điện–động cơ trên xe Toyota Yaris Cross 2023, đồng thời thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống điện–động cơ phục vụ cho việc thực nghiệm và dạy học

* Mục tiêu cụ thể:

- Phân tích cấu trúc và nguyên lý hoạt động

+ Khảo sát cấu trúc hệ thống điện–động cơ trên Toyota Yaris Cross 2023, xác định các ECU, cảm biến liên quan đến vận hành động cơ.

+ Làm rõ mối quan hệ tín hiệu giữa các thành phần và giao thức truyền thông nội bộ OBD/CAN để làm nền tảng cho việc chẩn đoán bằng Techstream.

- Đánh giá năng lực chẩn đoán của Techstream

+ Khảo sát, mô tả các chức năng Techstream (đọc/xóa DTC, Live Data, Active Test, Special Functions, freeze-frame, history) và xác định phạm vi - giới hạn chức năng khi áp dụng cho Yaris Cross 2023.

+ So sánh hiệu quả chẩn đoán bằng Techstream với phương pháp kỹ thuật truyền thống theo các tiêu chí: độ chính xác xác định nguyên nhân, thời gian chẩn đoán.

- Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống điện - động cơ

+ Thiết kế mô hình mô phỏng các thành phần chủ chốt (ECU mô phỏng/đầu vào cảm biến giả lập, kim phun giả lập, hệ thống cấp nhiên liệu/điện) có cổng kết nối OBD-II để tương tác với Techstream.

* Kết quả mong đợi:

- Một đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh nêu rõ phương pháp, qui trình và kết quả thực nghiệm.

- Một mô hình thử nghiệm hoạt động, có khả năng tạo và quan sát các tình huống lỗi, kết nối được với Techstream, xem các thông tin của cảm biến ở thời gian thực

- Thực hiện đánh giá và hiệu chuẩn cho các lỗi phổ biến, cụ thể trên Toyota Yaris Cross 2023

4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống điện–động cơ trên xe Toyota Yaris Cross 2023 cùng với việc ứng dụng phần mềm chẩn đoán chuyên dụng Techstream và mô hình thử nghiệm phục vụ thực nghiệm. Cụ thể, nghiên cứu tập trung vào ECU điều khiển động cơ và các module liên quan; các cảm biến chính (ví dụ: cảm biến vị trí trục cam/trục khuỷu, MAP/MAF, TPS, ECT, cảm biến oxy) và các cơ cấu chấp hành ảnh hưởng đến quá trình cấp nhiên liệu, đánh lửa và điều khiển khí thải (kim phun, bobin đánh lửa, van EGR, bơm nhiên liệu…); hệ thống giao tiếp nội bộ gồm cổng OBD-II và mạng CAN bus; cùng phần mềm Techstream (và bộ giao tiếp VCI) làm công cụ thu thập DTC, Live Data, freeze-frame, history và thực hiện Active Test.

5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Phạm vi nghiên cứu của đồ án tập trung vào hệ thống quản lý và điều khiển động cơ (engine management) của Toyota Yaris Cross 2023, cụ thể nghiên cứu việc khai thác và ứng dụng phần mềm chẩn đoán Techstream (đọc/xóa DTC, Live Data, freeze-frame, history, Active Test và các chức năng đặc thù) để chuẩn đoán và hỗ trợ sửa chữa.

Về phương pháp, nghiên cứu khai thác phân tích so sánh giữa chẩn đoán bằng Techstream và phương pháp kỹ thuật truyền thống, đánh giá theo các chỉ tiêu: độ chính xác chẩn đoán, thời gian xử lý, tỉ lệ thay thế linh kiện không cần thiết và khả năng tái tạo lỗi trên mô hình.

6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ GIÁ TRỊ ỨNG DỤNG

* Ý nghĩa khoa học:

Đề tài hệ thống hóa và đánh giá việc ứng dụng phần mềm Techstream trong chẩn đoán - sửa chữa hệ thống điện - động cơ trên Toyota Yaris Cross 2023, kết hợp với thiết kế mô hình thử nghiệm, đóng góp những giá trị khoa học sau:

Đầu tiên, việc hệ thống hóa các kiến thức lý thuyết và thực tiễn liên quan đến cấu trúc, nguyên lý vận hành và mối quan hệ tín hiệu giữa ECU, cảm biến và actuator trên cơ sở giao thức OBD/CAN là cần thiết. Điều này hỗ trợ xây dựng một khung kiến thức đồng nhất cho các nghiên cứu sau này.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG CỤ CHẨN ĐOÁN TRÊN Ô TÔ HIỆN ĐẠI

1.1 KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN ĐIỆN TỬ TRÊN XE Ô TÔ

1.1.1 Khái niệm:

Hệ thống chẩn đoán điện tử trên ô tô là tập hợp các phần cứng và phần mềm được thiết kế để giám sát, phát hiện, lưu trữ và hỗ trợ xử lý các bất thường trong hoạt động của hệ thống điện - điện tử và các hệ thống điều khiển trên xe.

Về bản chất, hệ thống này bao gồm các bộ điều khiển điện tử (ECU), mạng truyền thông nội bộ (ví dụ CAN bus), các cảm biến và cơ cấu chấp hành, cùng các công cụ/thiết bị chẩn đoán (scan tool, phần mềm chuyên hãng như Techstream) có khả năng đọc mã lỗi (DTC), truy xuất dữ liệu thời gian thực (Live Data), hiển thị thông tin freeze-frame/history và thực hiện bài kiểm tra kích hoạt (Active Test).

1.1.2  Vai trò

Hệ thống chẩn đoán điện tử giữ vai trò trung tâm trong quản lý, bảo trì và sửa chữa ô tô hiện đại; vai trò chính có thể tóm tắt như sau:

- Phát hiện và xác định nhanh nguyên nhân sự cố:

Cho phép phát hiện sớm các lỗi thông qua mã lỗi (DTC) và dữ liệu ngữ cảnh (freeze-frame), từ đó giúp kỹ thuật viên hướng tới vùng sự cố một cách có căn cứ thay vì dò tìm mù quáng.

- Hỗ trợ quyết định sửa chữa chính xác và tiết kiệm:

Các chức năng như Live Data và Active Test cho phép kiểm chứng hoạt động thực tế của cảm biến và actuator trước khi thay thế linh kiện, giảm thiểu thay thế sai và lãng phí chi phí.

- Rút ngắn thời gian chẩn đoán và tăng năng suất xưởng:

Công cụ chẩn đoán chuyên dụng kết hợp quy trình làm việc chuẩn hoá giúp giảm thời gian dò tìm lỗi, tăng throughput dịch vụ và tối ưu năng lực nhân công.

- Lưu trữ bằng chứng và quản lý lịch sử bảo trì:

Việc ghi lại lịch sử lỗi, các lần can thiệp và dữ liệu vận hành cung cấp cơ sở pháp lý và kỹ thuật khi cần truy xuất nguyên nhân, đánh giá hiệu quả sửa chữa và lập kế hoạch bảo trì định kỳ.

- Hỗ trợ đào tạo và nghiên cứu

Mô phỏng lỗi, sử dụng dữ liệu thực tế và công cụ chẩn đoán chuyên hãng làm nền tảng cho đào tạo kỹ thuật viên và phát triển nghiên cứu (ví dụ phân tích dữ liệu để phát hiện xu hướng hư hỏng, ứng dụng machine learning).

- Tiền đề cho bảo trì dự đoán và tích hợp hệ thống thông minh:

Dữ liệu chẩn đoán thời gian thực là nguồn dữ liệu quan trọng để triển khai các giải pháp bảo trì dự đoán (predictive maintenance) và tích hợp với hệ thống quản lý dịch vụ kỹ thuật số.

1.2 TÌM HIỂU VỀ OBD, OBD-II TRONG CHUẨN ĐOÁN TRÊN Ô TÔ

1.2.1 Khái niệm về OBD, OBD-II

- OBD (On-Board Diagnostics) là khái niệm chung chỉ hệ thống chẩn đoán nội bộ trên xe, bao gồm các ECU, cảm biến, cơ cấu chấp hành và khả năng báo lỗi, giám sát các thông số vận hành. OBD-II là thế hệ chuẩn hóa thứ hai (bắt buộc ở nhiều thị trường từ cuối thập niên 1990) với định nghĩa giao thức, cấu trúc mã lỗi, danh sách PIDs (Parameter IDs) và đầu nối chẩn đoán thống nhất nhằm đảm bảo khả năng trao đổi thông tin giữa xe và thiết bị ngoài (scan tool).

- OBD-I: Nền Tảng Ban Đầu. Hệ thống OBD đầu tiên, hay còn gọi là OBD-I, được giới thiệu vào những năm 1980 tại Mỹ, chủ yếu để kiểm soát lượng khí thải độc hại từ động cơ. Mặc dù là bước tiến quan trọng, OBD-I còn khá hạn chế. Mỗi hãng xe có các mã lỗi và cổng chẩn đoán riêng, gây khó khăn cho việc chẩn đoán và sửa chữa. Các hệ thống này thường chỉ giám sát một số ít cảm biến cơ bản và chưa có khả năng lưu trữ thông tin lỗi chi tiết.

- OBD-II: Bước Nhảy Vọt Về Công Nghệ Chẩn Đoán. Đến giữa những năm 1990, OBD-II (On-Board Diagnostics version II) ra đời và nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn chung cho tất cả các loại xe được bán tại Mỹ, và sau đó là trên toàn thế giới.

1.2.3 Giải mã các mã lỗi DTC và cách đọc lỗi

* Cấu trúc mã DTC:

Một DTC thường có 5 ký tự: một chữ cái theo sau bốn chữ số - ví dụ P0301.

- Ký tự đầu (chữ): phân vùng hệ thống

+ P - Powertrain (động lực: động cơ/hộp số)

+ C - Chassis (khung gầm)

+ B - Body (thân xe)

+ U - Network (mạng giao tiếp/CAN)

- Ký tự thứ hai (số): phân loại chuẩn hay riêng nhà sản xuất

+ 0 - mã theo chuẩn SAE (generic)

+ 1 - mã do nhà sản xuất định nghĩa (manufacturer-specific)

+ 2 - reserved / chuyên biệt cho một số phân vùng

* Phân loại và ý nghĩa các loại mã:

- Generic (chuẩn SAE): P0xxx - có thể tra cứu trong tài liệu chuẩn và áp dụng cho nhiều hãng.

- Manufacturer-specific: P1xxx hoặc P1xxx khi ký tự thứ hai = 1 - cần tài liệu của nhà sản xuất để giải mã chính xác.

- Network codes: Uxxxx - chỉ lỗi giao tiếp CAN/lin/diag.

- Chassis/Body: Cxxxx / Bxxxx - liên quan ABS, phanh, túi khí, cửa, hệ thống thân xe.

1.3 TÌM HIỂU VỀ MẠNG GIAO TIẾP CAN TRÊN Ô TÔ

1.3.1 Khái niệm

CAN là viết tắt của Control Area Network - nghĩa là Mạng điều khiển cục bộ. Là một hệ thống truyền tải dữ liệu nối tiếp ứng dụng thời gian thực. Nó là một hệ thống thông tin phức hợp có tốc độ truyền rất cao và đặc biệt là khả năng phát hiện ra hư hỏng. Bằng cách kết hợp dây đường truyền CANH và CANL, CAN thực hiện việc liên lạc dựa trên sự chênh lệch điện áp, ECU hoặc các cảm biến lắp trên xe hoạt động bằng cách chia sẻ thông tin và liên lạc với nhau. CAN có 2 điện trở 120Ω, dùng để thông tin liên lạc với đường truyền chính.

1.3.3 Phân loại mạng CAN

Có 2 loại đường truyền CAN khác nhau thường được sử dụng được phân loại dựa trên tốc độ truyền tín hiệu điển hình:

* Đường truyền HS-CAN:

Là đường truyền tốc độ cao được sử dụng để liên lạc giữa các hệ thống truyền lực, gầm và một số hệ thống điện thân xe Đường truyền HS-CAN được dùng để gọi “Đường truyền CAN No.1” và “Đường truyền CAN No.2”.

Nó hoạt động ở tốc độ khoảng 500 kbps. Các điện trở cực cho đường truyền CAN No.1 được đặt ở trong ECU trung tâm và CAN No.2 J/C. Điện trở của đường truyền CAN No.2 không thể đo được từ giắc DLC3.

* Đường truyền MS-CAN:

Là đường truyền tốc độ trung bình được sử dụng để liên lạc giữa các hệ thống điện thân xe Đường truyền MS-CAN được gọi là “Đường truyền CAN MS”. Nó hoạt động ở tốc độ khoảng 250 kbps. Các điện trở cực cho đường truyền MS-CAN được đặt ở trong ECU thân xe chính và ECU chứng nhận. Điện trở của đường truyền CAN MS không thể đo được từ giắc DLC3.

1.3.5 Ưu điểm của mạng giao tiếp CAN

- Đơn giản, chi phí thấp: bus CAN chỉ có 2 dây giúp kết nối các module điều khiển với nhau dễ dàng hơn khi so sánh với cách làm truyền thống.Kèm theo đó là nhiều lợi ích về việc dễ lắp đặt và dễ sửa chữa, bảo trì khi có sự cố.

- Tạo ra một giao thức chung để nhiều nhà cung cấp khác nhau có thể phát triển các module điều khiển tương thích với nhau

- Tính ưu tiên của thông điệp (Prioritization of messages): mỗi thông điệp được truyền ra từ một nút (node) hay trạm (station) trên bus CAN đều có mức ưu tiên. Khi nhiều thông điệp được truyền ra bus cùng lúc thì thông điệp có mức ưu tiên cao nhất sẽ được truyền. Cá thông điệp có mức ưu tiên thấp hơn sẽ tạm dừng và được truyền lại khi bus rảnh. Việc xác định mức ưu tiên của thông điệp dựa trên cấu tạo (cấu trúc) thông điệp và cơ chế phân xử quy định trong chuẩn chuẩn CAN.

- Cấu hình linh hoạt: cho phép thiết lập cấu hình thời gian bit, thời gian đồng bộ, độ dài dữ liệu truyền, dữ liệu nhận, …

- Tự động truyền lại các thông điệp bị lỗi khi bus rảnh: Một thông điệp được truyền ra bus nếu bị lỗi thì sẽ không mất đi mà node truyền thông điệp này sẽ giữ nó lại và tự động phát lại thông điệp này khi bus CAN rảnh cho đến khi thành công. Điều này giúp đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu trong bus

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XE TOYOTA YARIS CROSS 2023 VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TOYOTA YARIS CROSS 2023

Toyota Yaris Cross 2023 là mẫu crossover nhỏ gọn (B-segment crossover/SUV đô thị) được Toyota phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu người dùng muốn một chiếc xe vừa linh hoạt trong đô thị, vừa có ngoại hình mạnh mẽ và trang bị công nghệ hiện đại. Xe được giới thiệu chính thức vào khoảng cuối năm 2023 tại nhiều thị trường, trong đó có Việt Nam, là dòng sản phẩm mới mở rộng danh mục SUV-crossover của Toyota, nằm giữa các phân khúc nhỏ như Yaris/Vios và các mẫu lớn hơn như Corolla Cross hay RAV4.

Về kích thước, Toyota Yaris Cross 2023 có các thông số điển hình như: chiều dài khoảng 4.180 mm, chiều rộng khoảng 1.765 mm, chiều cao khoảng 1.590 mm, chiều dài cơ sở ~ 2.560 mm. Khoảng sáng gầm xe ~ 210 mm giúp xe di chuyển linh hoạt trên đường gồ ghề hay khi đi qua ổ gà. Ngoài ra, thể tích cốp từ ~ 320-400 lít tùy phiên bản ghế sau gập, đáp ứng nhu cầu sử dụng cá nhân và gia đình nhỏ.

2.2  CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA YARIS CROSS 2023

2.2.1 Thông số cơ bản của động cơ

- Động cơ Hybrid (phiên bản 1.5HEV):

+ Loại động cơ: M15A-FXE (Kết hợp Xăng và Điện).

+ Động cơ xăng: Công suất tối đa 90 mã lực tại 5.500 vòng/phút và mô-men xoắn cực đại 121 Nm tại 4.000-4.800 vòng/phút.

+ Mô-tơ điện: Công suất tối đa 79 mã lực và mô-men xoắn cực đại 141 Nm.

+ Hộp số: Số tự động vô cấp CVT.

+ Sử dụng pin Lithium-ion.

2.2.2 Hệ thống nhiên liệu và kiểu phun nhiên liệu

- Hệ thống nhiên liệu bao gồm các phần như sau:

+ Bình chứa nhiên liệu (Fuel tank) có dung tích cho phiên bản động cơ M15A-FXE là 36 lít nhỏ hơn phiên bản xăng 6 lít do cần không gian bố trí pin Hybrid và các bộ phận điện.

+ Bơm nhiên liệu (Fuel Pump) được đặt trong bình nhiên liệu và có chức năng là hút nhiên liệu và tạo áp suất để đẩy nhiên liệu qua đường ống đến kim phun.

+ Cảm biến áp suất nhiên liệu cung cấp tín hiệu cho ECU để điều chỉnh áp suất rail, thời điểm phun và thời gian mở kim phun.

- Kiểu phun nhiên liệu:

Động cơ M15A-FXE trang bị trên Toyota Yaris Cross (bản hybrid, chu trình Atkinson) sử dụng hệ thống phun nhiều điểm - Multi-Point Injection (MPI), tức kim phun được bố trí tại ống nạp cho từng xi-lanh.

Mặc dù MPI có hạn chế so với D.I. ở khả năng tối ưu cháy và hiệu suất nhiên liệu ở tải rất cao, những ưu điểm về chi phí, bảo trì và phù hợp với chiến lược quản lý năng lượng của hệ hybrid khiến MPI là giải pháp hợp lý cho M15A-FXE.

2.2.3 Cấu tạo hệ thống đánh lửa

2.2.3.1. Bugi (Spark plugs):

* Khái niệm: là chi tiết cuối cùng của mạch đánh lửa, tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí nhiên liệu trong buồng đốt. Trên các động cơ hiện đại như M15A-FXE, Toyota thường sử dụng bugi iridium/niken có tuổi thọ cao, kích thước và nhiệt độ làm việc phù hợp với chu trình Atkinson. Kích thước khe tia lửa và cấp nhiệt được chọn theo khuyến cáo của nhà sản xuất để tối ưu hóa thời gian đánh và tránh hiện tượng gõ.

* Cấu tạo:

+ Điện cực trung tâm: Đây là điểm tạo ra tia lửa điện. Điện cực trung tâm thường được làm bằng đồng hoặc các hợp kim đồng.

+ Đầu điện cực: Đầu điện cực là phần tạo ra mối tiếp xúc với điện cực trung tâm và tạo ra tia lửa điện. Đầu điện cực thường được làm bằng các hợp kim như Nikel, Platinum hoặc Iridium để đảm bảo khả năng chịu áp suất và chịu nhiệt cao. Cấu trúc của đầu điện cực thường là vuông và nhọn, giúp tạo điều kiện tốt để tạo ra tia lửa.

+ Điện trở và kết nối: Bên trong điện cực trung tâm, có thể chứa một điện trở để điều chỉnh dòng điện và góc đánh lửa. Điện trở này có thể được kết nối với cuộn dây đánh lửa hoặc từ trường bằng một dây cách điện.

* Chức năng:

+ Nhận điện cao áp do cuộn dây đánh lửa tạo ra sinh ra tia lửa đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu trong xylanh.

+ Điện cao áp tạo ra tia lửa ở khe hở giữa điện cực giữa và điện cực nối mát.

2.2.3.3. Cảm biến trục khuỷu (viết tắt là CPS - Cranksharft Position Sensor)

* Khái niệm: Là một trong những cảm biến quan trọng của động cơ ô tô. CPS được thiết kế để do tín hiệu vị trí và tốc độ quay của trục khuỷu, cảm biến gửi thông tin về ECU phân tích, sau đó truyền lại và tính toán góc đánh lửa, hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu.

* Cấu tạo: Cảm biến trục khuỷu mà Toyota Yaris Cross Hybird sử dụng thuộc loại cảm biến Hall. Sử dụng hiệu ứng Hall để phát hiện vị trí trục khuỷu thông qua sự thay đổi trong từ trường. Sự thay đổi này gây ra sự thay đổi trong điện áp của cảm biến, được chuyển đổi thành tín hiệu điện để xác định vị trí chính xác của trục khuỷu.

2.3 HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CỦA ĐỘNG CƠ

2.3.1 Ắc quy điện 12V

* Khái niệm: Ắc quy 12V (hay bình ắc quy 12 Volt) là một thiết bị lưu trữ điện năng thứ cấp, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển hóa năng thành điện năng (khi phóng điện) và ngược lại (khi nạp điện). Đây là loại ắc quy phổ biến nhất, đóng vai trò then chốt trong vận hành xe cộ và nhiều ứng dụng đời sống.

Điện áp danh định của nó là 12V, tuy nhiên khi được sạc đầy, điện áp thực tế có thể dao động từ 12.6V đến 13.2V hoặc cao hơn. Trên xe ô tô hiện đại thường sử dụng loại Ắc-quy nước.

* Vài trò:

+ Cung cấp điện năng khi khởi động động cơ lúc máy phát điện chưa hoạt

+ Cung cấp nguồn điện cho các hệ thống điện phụ bao gồm đèn, giải trí, điều

+ Dự trữ năng lượng

2.3.2. Các cảm biến (MAP, TPS, ECT, CKP, CMP, …)

2.3.2.1. Cảm biến áp suất đường ống nạp (Manifold Absolute Pressure)

* Khái niệm : Cảm biến MAP trên ô tô thường được lắp đặt ở vị trí cổ hút, trước bướm ga. Nó có chức năng đo áp suất tuyệt đối và áp suất chân không trong đường ống nạp sau đó gửi thông tin về hộp điều khiển động cơ ECU nhằm điều khiển lưu lượng phun xăng và thời gian đánh lửa hợp lý.

Việc động cơ được lắp đặt cảm biến áp suất đường ống nạp giúp nâng cao hiệu suất làm việc, tiết kiệm nhiên liệu hơn nhờ kiểm soát được áp suất không khí trong đường ống nạp và giúp tuổi thọ động cơ được bền bỉ hơn.

* Cấu tạo:

- Cảm biến áp suất đường ống nạp có cấu tạo từ:

- Buồng chân không: Tạo ra một môi trường áp suất thấp (chân không) làm điểm đối chiếu để so sánh với áp suất từ đường ống nạp.

- Màng silicon:

+ Đóng vai trò như một màng ngăn, tách biệt buồng chân không với áp suất từ đường ống nạp.

+ Khi áp suất từ đường ống nạp tác động lên màng silicon, màng sẽ bị biến dạng.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1.1. KẾT LUẬN

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, nhóm chúng em đã xây dựng và vận hành mô hình mô phỏng hệ thống khởi động và điều khiển phun nhiên liệu của động cơ ô tô sử dụng nút bấm Start/Stop. Mô hình thể hiện rõ hai chế độ hoạt động cơ bản: chế độ bật nguồn hệ thống khi nhấn nút Start/Stop không đạp phanh và chế độ khởi động động cơ khi nhấn nút Start/Stop kết hợp đạp phanh. Kết quả cho thấy mô hình hoạt động ổn định và phù hợp với nguyên lý làm việc của hệ thống điện động cơ trên xe Toyota hiện đại.

Thông qua việc giả lập hoạt động của kim phun bằng đèn LED, đề tài đã minh họa trực quan quá trình điều khiển phun nhiên liệu của ECU trong chế độ khởi động và vận hành động cơ. Sự thay đổi trạng thái của đèn LED phản ánh rõ ràng sự xuất hiện của xung điều khiển injector, giúp người nghiên cứu dễ dàng quan sát và phân tích mối quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và hoạt động của hệ thống.

Bên cạnh đó, việc kết hợp mô hình với phần mềm chẩn đoán Techstream cho phép theo dõi các thông số hoạt động và trạng thái hệ thống, qua đó hỗ trợ hiệu quả cho quá trình học tập, nghiên cứu và thực hành chẩn đoán hệ thống điện động cơ. Các kết quả đạt được đáp ứng tốt mục tiêu nghiên cứu ban đầu của đề tài và có tính ứng dụng thực tiễn cao trong lĩnh vực đào tạo và sửa chữa ô tô.

1.2. KIẾN NGHỊ

Mặc dù đã đạt được các mục tiêu đề ra, đề tài vẫn còn một số hạn chế nhất định. Mô hình hiện tại mới dừng lại ở việc mô phỏng các chế độ hoạt động cơ bản của hệ thống khởi động và phun nhiên liệu, chưa phản ánh đầy đủ các trạng thái làm việc phức tạp của động cơ trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau. Ngoài ra, số lượng cảm biến và cơ cấu chấp hành được mô phỏng còn hạn chế, chưa thể hiện hết đặc điểm của hệ thống điện động cơ trên xe thực tế.

Trong thời gian tới, có thể mở rộng nghiên cứu theo hướng bổ sung thêm các tín hiệu cảm biến quan trọng như cảm biến trục khuỷu, trục cam, cảm biến nhiệt độ và tải động cơ để tăng mức độ mô phỏng thực tế của mô hình. Đồng thời, việc tích hợp thêm các tình huống hư hỏng giả lập sẽ giúp nâng cao khả năng ứng dụng của mô hình trong công tác đào tạo chẩn đoán và sửa chữa.

1.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Trên cơ sở các kết quả đã đạt được, đề tài có thể tiếp tục được phát triển theo nhiều hướng nhằm nâng cao tính thực tiễn và giá trị ứng dụng trong đào tạo cũng như nghiên cứu kỹ thuật ô tô.

Thứ nhất, mô hình có thể được mở rộng để mô phỏng đầy đủ hơn hệ thống điện động cơ bằng cách bổ sung thêm các cảm biến và cơ cấu chấp hành quan trọng như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến áp suất đường ống nạp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát và hệ thống đánh lửa. Việc này giúp mô hình tiệm cận hơn với hệ thống thực tế trên xe Toyota Yaris Cross, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu sâu hơn các chiến lược điều khiển của ECU.

Thứ hai, đề tài có thể phát triển theo hướng tích hợp thêm các tình huống hư hỏng giả lập như mất tín hiệu cảm biến, đứt mạch kim phun, sụt áp nguồn hoặc lỗi giao tiếp mạng CAN. Thông qua đó, người học có thể sử dụng phần mềm Techstream để thực hành chẩn đoán, phân tích mã lỗi và xác định nguyên nhân hư hỏng, góp phần nâng cao kỹ năng xử lý sự cố trong thực tế.

Thứ ba, mô hình có thể được nâng cấp bằng cách kết nối và hiển thị dữ liệu thời gian thực từ Techstream, cho phép so sánh trực tiếp giữa thông số chẩn đoán và trạng thái hoạt động của các phần tử trên mô hình. Điều này giúp tăng tính trực quan, hỗ trợ tốt hơn cho công tác giảng dạy và nghiên cứu.

Cuối cùng, trong tương lai, đề tài có thể được mở rộng sang nghiên cứu và so sánh việc sử dụng Techstream trên các dòng xe Toyota khác hoặc các hệ thống chẩn đoán tương đương của các hãng khác. Hướng phát triển này không chỉ làm phong phú nội dung nghiên cứu mà còn góp phần xây dựng các mô hình đào tạo đa dạng, đáp ứng nhu cầu học tập và thực hành trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô hiện đại.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Văn Mạnh, Hệ thống điện - điện tử ô tô hiện đại, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2018.

[2]. Trần Thanh Hải, Chẩn đoán kỹ thuật ô tô, Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2019.

[3]. Nguyễn Khắc Trai (Chủ biên), Kỹ thuật bảo dưỡng và sửa chữa ô tô, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, Hà Nội, 2020.

[4]. Lê Văn Bình, Nguyễn Hữu Phước, “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị chẩn đoán trong phát hiện hư hỏng hệ thống điều khiển động cơ ô tô,” Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, số 72, tr. 45-52, 2020.

[5]. Phạm Quốc Huy, “Ứng dụng công nghệ chẩn đoán OBD-II trong bảo dưỡng và sửa chữa ô tô hiện đại,” Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Đại học Công nghiệp Hà Nội, tập 56, số 4, tr. 89-95, 2021.

[6]. A review of OBD-II based data analytics and machine learning for vehicle diagnostics.

[7]. Đồ án: “Sử dụng phần mềm Techstream trong chẩn đoán động cơ” - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (2024).

[8]. Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” - ĐH Đà Nẵng (2011).

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ TÀI LIỆU"