Xe cơ giới là một hệ thống kỹ thuật phức tạp, với những hệ thống con khác nhau cùng phối hợp hoạt động để thực hiện một chức năng tổng thể nhất định.
1.1 Hệ thống kỹ thuật
Mỗi máy là một hệ thống kỹ thuật đầy đủ.
Đặc điểm của hệ thống kỹ thuật:
• Tách biệt với môi trường bên ngoài.
• Có đầu vào và đầu ra.
• Trong hệ thống, điều quan trọng là giải quyết nhiệm vụ toàn thể chứ không phải nhiệm vụ riêng lẻ.
Hệ thống kỹ thuật được minh họa bằng hình chữ nhật ( Hình 2 )
Những đại lượng vào và ra được biểu diễn bằng các mũi tên. Số mũi tên tùy thuộc vào số các đại lượng này.
Hình chữ nhật mô tả ranh giới của hệ thống (ranh giới tưởng tượng), nó giới hạn hệ thống kỹ thuật này với những hệ thống khác và/ hoặc với môi trường xung quanh.
Những hệ thống đơn lẻ được đặc trưng bởi:
• Nhập (các đại lượng đầu vào, input) từ bên ngoài ranh giới của hệ thống
• Xử lý (processing) bên trong hệ thống
• Xuất (các đại lượng đầu ra, output) ra ngoài ranh giới hệ thống, đi vào môi trường xung quanh (nguyên tắc NXX, Nhập-Xử lý-Xuất)
1.2 Hệ thống xe cơ giới
– Xe cơ giới là một hệ thống kỹ thuật phức tạp, với những hệ thống con khác nhau cùng phối hợp hoạt động để thực hiện một chức năng tổng thể nhất định.
– Chức năng tổng thể của ô tô cá nhân là chở người, chức năng tổng thể của ô tô tải là chở hàng.
Những đơn vị chức năng của xe cơ giới :
– Những hệ thống được thiết kế để hỗ trợ quá trình hoạt động của xe cơ giới được gộp thành những đơn vị chức năng (Hình 1). Hiểu rõ về hoạt động của từng đơn vị chức năng thí dụ như động cơ, hệ thống truyền động, có thể hiểu rõ hơn toàn bộ hệ thống xe cơ giới về mặt bảo dưỡng, chẩn đoán và sửa chữa.
– Những hệ thống con phải hoạt động phối hợp với nhau để xe cơ giới có thể hoàn thành chức năng chính của nó (Hình 1). Ranh giới của hệ thống càng hẹp thì hệ thống con càng nhỏ cho đến khi chúng trở thành những bộ phận riêng.
Xe cơ giới được xem như một hệ thống hoàn chỉnh
– Ranh giới hệ thống được xác định xung quanh xe cơ giới, giới hạn nó với môi trường xụng quanh như không khí và mặt đường. Về phía đầu vào, chỉ có không khí và nhiên liệu là yếu tố từ bên ngoài ranh giới đi vào hệ thống, và đầu ra chỉ có khí thải, động năng và nhiệt năng là yếu tố vượt qua ranh giới hệ thống ra môi trường bên ngoài (Hình 2, Hình 3).
1.3 Những hệ thống con trong xe cơ giới
Nguyên tắc Nhập – Xử lý – Xuất (NXX) được áp dụng cho mỗi hệ thống con ( Hình 3)
Nhập: Các thông số đầu vào của hộp số gồm có tốc độ quay động cơ, momen xoắn động cơ và công suất động cơ.
Xử lý: Tốc độ quay và momen xoắn được biến đổi bởi hộp số.
Xuất: ở đầu ra, tốc độ quay đầu ra, momen xoắn đầu ra và công suất đầu ra cũng như nhiệt được truyền đi.
Hiệu suất: Công suất đầu ra bị giảm đi do phần tổn hao trong hộp số.
Hệ thống con “hộp số” kết nối với các bánh xe dẫn động thông qua những hệ thống con khác như trục các đăng, bộ truyền lực chính, các bán trục.
Nguyên tắc này có thể áp dụng cho bất kỳ hệ thống kỹ thuật nào. Các đơn vị chức năng của xe cơ giới bao gồm:
• Đơn vị động lực
• Đơn vị truyền dẫn
• Đơn vị chống đỡ và mang chịu
• Hệ thống điện-thủy lực (thí dụ những đơn vị điều khiển và điều chỉnh)
• Hệ thống điện, điện tử (thí dụ những thiết bị an toàn)
Mỗi đơn vị chức năng đảm nhiệm một chức năng nhất định.
1.4 Phân chia các hệ thống kỹ thuật và hệ thống con theo cách xử lý
Các hệ thống kỹ thuật (Hình 1) được phân biệt tùy theo cách xử lý bên trong hệ thống:
• Hệ thống chuyển đổi nguyên vật liệu, thí dụ: hệ thống nạp nhiên liệu
• Hệ thống chuyền đổi năng lượng, thí dụ: động cơ đốt trong
• Hệ thống xử lý thông tin, thí dụ: máy tính trên xe, hệ thống lái
Hệ thống chuyển đổi nguyên vật liệu
– Qua hệ thống chuyển đổi này, nguyên vật liệu được thay đổi để có hình dạng mong muốn (thay đổi hình dạng) hay được di chuyển từ nơi này
sang nơi khác (thay đổi vị trí).
– Các phương tiện vận chuyển và những máy móc đơn giản được đùng để vận chuyển nguyên vật liệu. Máy công cụ làm thay đổi hình dạng nguyên vật liệu. Một thí dụ về việc vận chuyển nguyên vật liệu: một chất
lỏng đứng yên (như xăng trong bình chứa nhiên liệu) được bơm nhiên liệu làm chuyển động và chuyển tới hệ thống phun. Để tạo ra sự chuyển đổi này, phải cung cấp điện năng cho máy làm việc, thí dụ như bơm nhiên liệu.
– Tổng quan về những hệ thống chuyển đổi nguyên vật liệu:
Máy làm thay đổi hình dạng là những máy công cụ, thí dụ như máy khoan, phay, tiện hay những máy được dùng trong xưởng đúc, xưởng dập như máy dập.
Máy làm thay đổi vị trí bao gồm tất cả những hệ thống vận chuyển và những máy dùng để vận chuyển vật liệu rắn (băng chuyền, xe nâng, ô tô tải, ô tô cá nhân), chất lỏng (bơm) hay khí (quạt, tua bin).
Thí dụ về hệ thống chuyển đổi vật liệu trong xe cơ giới:
• Hệ thống bôi trơn, với bơm dầu đảm nhiệm việc vận chuyển nguyên vật liệu
• Hệ thống làm mát, với bơm nước đảm nhiệm việc truyền tải nguyên vật liệu và qua đó chuyên chở nhiệt.
Hệ thống chuyển đổi năng lượng
– Qua hệ thống chuyển đổi năng lượng, năng lượng sẽ được chuyển từ dạng này sang dạng khác.
Tất cả những loại động cơ như động cơ đốt trong, động cơ điện, máy hơi nước, động cơ khí và những thiết bị năng lượng như thiết bị sưởi, thiết bị quang điện và pin nhiên liệu đều là những hệ thống chuyển đổi năng
lượng. Tùy theo cách chuyển đổi năng lượng, người ta phân biệt:
• Động cơ nhiệt, như động cơ Otto và động cơ diesel hay tua bin khí
• Động cơ chạy bằng sức nước, như tua bin nước
• Động cơ chạy bằng sức gió, như máy phát điện chạy bằng sức gió.
• Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời, như thiết bị quang điện.
• Pin nhiên liệu
Trong động cơ đốt trong, đầu tiên, hóa năng của nhiên liệu được chuyển sang nhiệt năng và sau đó chuyển thành cơ năng (Hình 2).
– Qụá trình chuyển đổi năng lượng có thể tạo ra thêm luồng nguyên vật liệu phụ và luồng thông tin phụ. Chúng thường không được nhắc đến vì chỉ giữ nhiệm vụ phụ trong máy chuyển đổi năng lượng.
– Luồng nguyên vật liệu (nhiên liệu đi vào và khí thải đi ra) cũng như luồng thông tin (hỗn hợp nhiên liệu- không khí, điều chỉnh tốc độ quay, hệ thống lái v.v…) chỉ giữ nhiệm vụ phụ.
– Hệ thống chuyến đổi năng lượng. Với chức năng chính yếu là chuyển đổi hóa năng của nhiên liệu sang động năng cần thiết để dẫn động xe, động cơ đốt trong là một hệ thống chuyển đổi năng lượng.
Hệ thống xử lý thông tin
Hệ thống xử lý thông tin được dùng để trao đổi thông, xử lý, truyền tải dữ liệu và các thông tin liên lạc.
Hệ thống xử lý thông tin và hệ thống truyền dẫn nhự các bộ điều khiển điện tử, bộ điều khiền CAN-bus, thiết bị chẩn đoán (thiết bị thử) là những thiết bị không thể thiếu trong việc vận hành và bảo dưỡng xe hiện đại.
Thông tin : Là những dữ liệu liên quan đến sự kiện và quá trình. Thí dụ như trong xe cơ giới, nhiệt độ động cơ, vận tốc xe, tình trạng tải là những thông tin cần thiết cho sự vận hành xe. Những thông tin được truyền như dữ liệu từ thiết bị điều khiển này sang thiết bị điều khiển khác. Các dữ liệu được hình thành từ các tín hiệu.
Tín hiệu : Là biểu hiện vật lý của dữ liệu. Trong xe cơ giới, tín hiệu được tạo ra bởi những cảm biến, thí dụ như cảm biến tốc độ quay, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí bướm ga.
Thí dụ về hệ thống xử lý thông tin trong xe cơ giới:
• Bộ điều khiển động cơ : Thu thập và xử lý tất cả các dữ liệu cần thiết để động cơ thích ứng tốt nhất theo những điều kiện vận hành.
• Máy tính trên xe : Thông báo cho người lái về mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình hay tức thời, về đoạn đường dự kiến xe có thể đi tiếp, về vận tốc trung bình và về nhiệt độ bên ngoài.
1.5 Sử dụng các hệ thống kỹ thuật
Để sử dụng và bảo trì xe cơ giới, cần phải hiểu rõ về hệ thống kỹ thuật. Nhà sản xuất cung cấp tài liệu hướng dẫn vận hành để bảo đảm việc sử dụng xe
được an toàn và bảo vệ môi trường.
Tài liệu hướng dẫn vận hành bao gồm:
• Mô tả các hệ thống
• Giải thích các chức năng
• Trình bày các hệ thống
• Các sơ đồ chức năng
• Hướng dẫn cách vận hành và áp dụng
• Kế hoạch bảo dưỡng và kiểm tra
• Giải thích về những trục trặc khi vận hành
• Thông tin về loại nguyên vật liệu được phép dùng,
thí dụ như dầu máy
• Thông số kỹ thuật
• Địa chỉ hỗ trợ khẩn cấp
Vận hành : Chỉ những người được huấn luyện và có trách nhiệm mới được phép vận hành xe cơ giới và máy móc.
Những quy định được áp dụng thí dụ như:
• Người lái ô tô cá nhân phải có bằng lái hạng B khi lái xe trong vùng giao thông công cộng.
• Chỉ những người trên 18 tuổi đã được chỉ dẫn đầy đủ và được phép mới được sử dụng bệ nâng xe trong xưởng sửa xe.
• Người lái ô tô tải cẩu phải có chứng chỉ sử dụng cần cẩu.
Điều này nhằm bảo đảm người lái ô tô tải cẩu biết dừng xe đúng cách (Hình 1), tuân thủ quy định phòng ngừa tai nạn, được chỉ dẫn cách tiếp cận phương tiện nhận tải và có thẻ sử dụng cần cẩu một cách thông thạo.
