Nghiên cứu hệ thống gạt nước mưa và phun nước rửa kính trên ô tô hiện đại

Em chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứu hệ thống gạt nước mưa vàphun nước rửa kính trên ô tô hiện đại”.. Trong phạm vi giới hạn của đề tài, khó mà có thể nói hết được tất cả cá

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình củathầy giáo TS Nguyễn Ngọc Linh Trong suốt quá trình thực hiện đồ án đã dành rấtnhiều thời gian và tâm huyết để định hướng cũng như góp ý cho em để em có thểhoàn thành đồ án tốt nghiệp này một cách tốt nhất

Em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của ban giám hiệu nhà trườngĐại Học THỦY LỢI HÀ NỘI, cũng như toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa CơKhí và bạn bè trong những năm học vừa qua đã giúp đỡ em trong thời gian học tậptại trường Với sự giúp đỡ nhiệt tình đó đã giúp em có một nền tảng kiến thức vàchuyên môn để em có thể hoàn thành bản đồ án lần này cũng như công việc củaem

trong tương lai

Mặc dù đã có nhiều cố gắng hoàn thiện đồ án bằng tất cả sự nhiệt tình vànăng lực của bản thân, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mongnhận được những đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định và đáp ứng được yêu cầuđặt ra bản thân em cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu, học tập và làm việc trong suốt thờigian

làm đồ án Em đã tham khảo một số tài liệu, bảng biểu để phục vụ cho việc phân tích tìmhiểu, đánh giá, tất cả được nêu trong phần “Tài liệu tham khảo” Nội dung đề tài hoàntoàn

không sao chép từ các đề tài khác, không vi phạm bản quyền tác giả

Toàn bộ đồ án là do bản thân em nghiên cứu và xây dựng nên dưới sự hướng dẫncủa thầy giáo Nguyễn Ngọc Linh Nội dung lý thuyết trong đồ án có sự tham khảo và sửdụng của một số tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trangweb theo danh mục tài liệu của đồ án

Em xin cam đoan những lời trên là hoàn toàn đúng sự thật, nếu có thông tin sailệch

em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng

MỞ ĐẦU

Ngành ô tô thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển mạnh mẽ vớiviệc ứng dụng ngày càng nhiều những thành tựu công nghệ thông tin vào sản xuất và lắpđặt các linh kiện ô tô Hiện nay thì vấn đề trang bị trên ô tô là tiêu chí chính để đánh giámột chiếc xe hơi cao cấp Hệ thống gạt mưa - rửa kính của ô tô là một bộ phận không thểthiếu khi xe vận hành trên đường, nhằm đảm bảo tính an toàn cho người và phương tiệnkhi tham gia giao thông

Em chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứu hệ thống gạt nước mưa vàphun

nước rửa kính trên ô tô hiện đại” Ở đây em chọn dòng xe Toyota Fotuner làm xe nghiêncứu và khai thác Bởi vì hiện nay dòng xe này rất phổ biến, được nhiều người Việt chuộng

sử dụng Trong phạm vi giới hạn của đề tài, khó mà có thể nói hết được tất cả các côngviệc cần phải làm để khai thác hết tính năng của hệ thống gạt nước mưa và phun nước rửakính của ôtô Tuy nhiên, đây sẽ là nền tảng cho việc lấy cơ sở để khai thác những xetương

tự sau này, làm thế nào để sử dụng một cách hiệu quả nhất, kinh tế nhất trong khoảng thờigian lâu nhất

Mục tiêu của đề tài này là làm thế nào để chúng ta có cách nhìn khái quát về hệthống hệ thống gạt nước mưa và phun nước rửa kính trên xe đơn giản nhất, có thể tiếnhành

sửa chữa, tháo lắp, khai thác có hiệu quả

Qua tìm hiểu ta có thể nắm vững được tổng quan các bộ phận trong hệ thống gạtnước mưa và phun nước rửa kính, đặc biệt là trên dòng xe Toyota Hiểu được nguyên lýcủa từng bộ phận của hệ thống và công nghệ điện tử hiện đại trên xe

Mục đích của đề tài là bản thân sinh viên nhận thấy đây là cơ hội rất lớn để có thểcủng cố kiến thức mà mình đã được học Ngoài ra, sinh viên còn có thể biết thêm những

kiến thức thực tế mà trong nhà trường khó có thể chuyển tải được, đó thực sự là nhữngkiến

thức mà sinh viên rất cần cho công việc sau này

Ngoài ra, thực hiện đồ án cũng là dịp để sinh viên nâng cao kỹ năng nghề nghiệp,khả năng nghiên cứu độc lập và phương pháp giải quyết các vấn đề Bản thân sinh viênkhông ngừng vận động để giải quyết những tình huống phát sinh, điều đó một lần nữagiúp

cho sinh viên nâng cao kiến thức chuyên ngành

Cuối cùng, việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp giúp cho sinh viên có thêm tinh thầntrách nhiệm, lòng say mê học hỏi, sáng tạo Và đặc biệt quan trọng là sự đam mê nghềnghiệp

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sử dụng một số phương phápnghiên cứu sau:

• Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là trong cáccuốn cẩm nang bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota

• Nghiên cứu, tìm kiếm thông tin trên Internet, các website trong và ngoàinước, từ đó so sánh chắt lọc và lựa chọn những thông tin cần thiết

• Tham khảo kiến thức của các nhà chuyên môn và các giảng viên chuyênngành ôtô

Trong đó phải kể đến các thầy trong tổ bộ môn ÔTÔ của chuyên ngành CƠ KHÍÔTÔ của trường ĐH THỦY LỢI, các kỹ sư, chuyên viên kỹ thuật tại các trung tâm bảohành, các xưởng sửa chữa và các Garage chuyên dùng và các người có kinh nghiệm lâunăm trong việc bảo quản và sử dụng xe

• Nghiên cứu trực tiếp trên xe và các hệ thống cụ thể trong thực tế

• Tổ hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra nhữngnhận xét

4.3.1

1.4 Thông số sửa chữa 691.2.3 Tài liệu tham khảo: 70

1.2.4 DANH MỤC BẢNG BIỂU

1.2.5 1.2.6

1.2.11.CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về hệ thống gạt nước trên ô tô

1.2.12 Gạt nước là bộ phận nhỏ nhưng lại hết sức quan trọng đối với xe hơi

vụ loại bỏ nước và bụi bẩn ra khỏi kính chắn gió, giúp người lái có một tầm nhìn tốt hơnkhi điều khiển xe Ngày nay, gạt nước được xem như một tiêu chuẩn không chỉ trên trêntất cả những chiếc xe hơi mà còn được trang bị cho xe lửa, tàu biển và cả máy bay nữa.Một hệ thống cần gạt nước mưa cảm biến tự động, có thể phát hiện mưa trên kính chắngió

để bật cần gạt nước ô tô một cách phù hợp Khi hệ thống làm việc sẽ giảm thiểu thời gianngười lái xe phải rời tay ra khỏi tay lái Hệ thống này phát hiện những giọt mưa trên kínhchắn gió, tự động bật và điều chỉnh hệ thống gạt nước tương ứng với mức độ mưa

1.1.1 Lịch sử phát triển cần gạt mưa trên ô tô

1.2.13 Năm 1903, khi đi trong thành phố New York, người phụ nữ mang tênMary

Anderson nhận ra rằng, thỉnh thoảng, tài xế lại phải dừng xe, cầm chiếc khăn để lau hơinước và tuyết phủ trên mặt kính Thậm chí, có những người chẳng buồn gạt tuyết vì quádày mà ló đầu ra cửa sổ đế lái Dưới con mắt của một phụ nữ, bà thấy cần phải tạo ra mộtcái gì để giúp họ không cần dừng xe mà vẫn gạt được tuyết và giữ tầm nhìn

1.2.14 Về nhà, Anderson thiết kế hệ thống cần gạt nước đầu tiên Nhưng khi

chế của Mỹ Đó là minh chứng cho sức mạnh trí tuệ của phái nữ Vào thời điểm nhậnbằng

phát minh, Anderson tròn 39 tuổi

1.2.16 Cơ cấu hoạt động của thiết bị này hết sức đơn giản Anderson dùng

gắn vào thân xe và tiếp xúc với mặt kính bằng chiếc “lưỡi” cao su Khi cần, người láixequay tay nắm đặt trong ca-bin Qua cơ cấu truyền động, hai chiếc cần gạt nước sẽchuyển

động lên xuống để gạt tuyết và hơi nước, tạo tầm nhìn cho người lái

1.2.21 Động cơ điện vào thời đó chưa được sử dụng cho các thiết bị trong

cần gạt nước mà bà Anderson nghĩ ra còn hạn chế về tính năng vì tài xế sẽ phải sử dụng 1tay để quay cái gạt nước Vì vậy họ chỉ còn 1 tay để vừa vần vô lăng vừa vào số và thậm

chí cả kéo phanh tay khi cần.

1.2.22 Phải tới tận năm 1917 thì môtơ điện mới được đưa vào để gúp di

su dài chạy đi chạy lại trên kính lái Một nha sĩ người Hawaii là Dr Ormand Wall đã phátminh ra cần gạt nước tự động bằng cách đặt một môtơ điện phía trên và nằm chính giữacủa kính lái Do đó, lá cao su sẽ quay theo hình vòng cung với tâm ở phía trên và diện tichkính lái mà nó quét được trông giống như một hình cầu vồng lộn ngược

1.2.24.1.2.25 Hình 1.2 Môtơ điện được đặt phía trên và nằm giữa kính lái

1.2.26 Bộ rửa kính được bổ sung vào xe hơi với phần điều khiển được thêm

gạt bật/tắt của cái gạt nước Bộ phận này sẽ phun tia nước rửa kính lên thẳng phía trướccủa kính lái thông qua mấy cái lỗ nhỏ nằm trên nắp capo Một bình chứa nước được đặttrong khoang máy và các cấu thành chạy điện khác được kết nối để thực thi công việc đó

1.2.27 Năm 1962, Bob Kearns sáng chế ra bộ gạt nước không liên tục (ngắt

tiên cho phép tài xế có thể thay đổi được tốc độ quét và thời gian nghỉ giữa mỗi lần quét

Để làm được điều đó người ta đã đưa vào trong hệ thống điện các cầu chì và công tắc ngắtmạch điện giúp điều hành các cấu thành chạy điện một cách linh hoạt hơn

1.2.28 Những năm 1980 người ta còn làm cả gạt nước cho đèn pha, và để nó

hiệu quả, người ta phải tính toán liên kết hệ thống chiếu sáng với hệ thống phun rửa và gạtnước

1.2.30.Hình 1.3 Cần gạt nước được phát triển theo sự phát triển của công nghệ xe hơi1.2.31

1.2.32 Từ những năm 1990 đến nay, cần gạt nước được phát triển theo sự

1.2.2 Phân loại

• Motor gạt mưa được truyền động từ động cơ ô tô

• Motor gạt mưa chạy bằng khí nén

1.2.34 • Motor gạt mưa được truyền từ động cơ điện (hiện nay tất cả các xe

động nhẹ nhàng, linh hoạt, ổn định và phù hợp với từng điều kiện trời mưa (mưa to hoặcmưa nhỏ)

1.3 Cấu tạo của hệ thống gạt nước và phun nước rửa kính

1.3.1 Cấu tạo chung

1.2.36

1.2.37.Hình 1.4: Các bộ phận và cách bố trí các hệ thống gạt nước trên ô tô

41.2.1

6

2

7

1.2.38 Hệ thống gạt nước và rửa kính trên ô tô bao gồm các bộ phận sau:

1 Vòi phun nước rửa kính

2 Lưỡi gạt nước phí trước

8 Thanh nối cần gạt nươc 2

9 Bình chưa nước rửa kính

10 ống dẫn nước rửa kính

1.3.2 Cần gạt nước và thanh gạt nước

1.3.2.1Khái quát chung

1.2.39 Cấu trúc của cần gạt nước là một lưỡi cao su lắp vào thanh kim loại

nước Gạt nước được dịch chuyển hoàn toàn nhờ cần gạt

1.2.40 Vì lưỡi gạt nước được ép vào kính trước bằng lò xo nên gạt nước có

nước mưa nhờ dịch chuyển thanh gạt nước Chuyển động tuần hoàn của gạt nước được tạo

ra bởi motor và cơ cấu dẫn động

1.2.41 Ta có thể hình dung lưỡi gạt tương tự như những cái chổi cao su dài

thanh gạt nước Chuyển động tuần hoàn của gạt nước được tạo ra bởi motor và cơ cấu dẫnđộng

1.2.42 Vì lưỡi cao su lắp vào thanh gạt nước bị mòn do sử dụng và do ánh

1.3.2.2Gạt nước che một nửa, gạt nước che hoàn toàn

1.2.46 Gạt nước thông thường có thể nhìn thấy từ phía trước của xe Tuy

tính khí động học, bề mặt lắp ghép phẳng và tấm nhìn rộng nên những gạt nước gần đâyđược che đi dưới nắp ca pô Gạt nước có thể nhìn thấy một phần gọi là gạt nước che mộtnửa, gạt nước không nhìn thấy được gọi là gạt nước che hoàn toàn

1.2.47 Chú ý: Với gạt nước che hoàn toàn nếu nó bị phủ băng tuyết hay ở

thì gạt nước sẽ không dịch chuyển được Nếu cố tình làm sạch tuyết bằng cách cho hệthống gạt nước hoạt động thì sẽ gây hỏng mô tơ gạt nước Để ngăn cản tình trạng đó, hầuhết các xe đều có hệ thống chuyển đổi chế độ gạt nước che hoàn toàn thành chế độ gạt

nước che một phần bằng tay Sau khi bật gạt nước che một nửa, cần gạt nước có thể đóngtrở lại bằng cách dịch chuyển the hướng mũi tên như hình vẽ.

tắc thay đổi để điều chỉnh khoảng thời gian gạt nước.

1.3.4 Cơ cấu tự động dừng

1.2.52 Công tắc tự động được gắn liền với bánh răng để gạt nước dừng tại

khi tắt công tắc gạt nước ở bất kỳ thời điểm nào nhằm tránh giới hạn tầm nhìn tài xế

1.3.5 Hệ thống gạt mưa thay đổi tốc độ, hệ thống gạt mưa tự động

1.2.53 Hiện nay trên một số xe ô tô hiện đại hệ thống gạt mưa có thể được

những hệ thông như:

1.2.54 Hệ thống gạt mưa thay đổi tốc độ

1.2.55 Hệ thống gạt mưa thay đổi tốc độ có thể thay đổi tốc độ của môtơ gạt

điều kiện của thời tiết ở nhiều chế độ khác nhau

ứng theo lượng mưa.

1.3.6 Mô tơ gạt nước

1.3.6.1Khái quát chung

1.2.58 Mô tơ từ lõi sắt từ nam châm vĩnh cửu được sử dụng làm mô tơ gạt

nước gồm có mô tơ và bộ truyền bánh răng để làm giảm tốc độ ra của mô tơ

1.2.59 Mô tơ từ lõi sắt từ gạt nước có ba chổi than tiếp điện: chổi tốc độ

cao và chổi dùng chung (để tiếp mass)

1.2.60 Một công tắc dạng cam được bố trí trong bánh răng để gạt nước dừng

định trong mọi thời điểm

1.3.6.2Chuyển tốc động mô tơ

1.2.61 Một sức điện động tạo ra trong cuộn dây phần ứng khi mô tơ quay để

độ quay của mô tơ

1.2.62 Hoạt động ở tốc độ thấp: khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng từ

độ thấp, một sức điện động ngược lớn được tạo ra Kết quả là mô tơ quay ở tốc độ thấp

1.2.63 Hoạt động ở tốc độ cao: khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng từ

1.2.65 Khi công tắc gạt nước ở vị trí LO/HI, điện áp ắc qui được đặt vào

dòng điện đi vào mô tơ gạt nước qua công tắc gạt nước làm cho mô tơ gạt nước quay

1.2.66 Tuy nhiên, ở thời điểm công tắc gạt nước tắt, nếu tiếp điểm P2 ở vị trí

không đi vào mạch điện và mô tơ gạt nước bị dừng lại

1.2.68 Tuy nhiên, do quán tính của phần ứng, mô tơ không dừng lại lập tức

quay một ít, kết quả là tiếp điểm P3 vượt qua điểm dẫn điện của đĩa cam

1.2.69 Thực hiện việc đóng mạch như sau: Phần ứng ^ cực (+)1 của mô tơ ^

gạt nước ^ cực S của mô tơ gạt nước ^ tiếp điểm P1 ^ P3^ phần ứng Vì phần ứng tạo

ra sức điện động ngược trong mạch đóng này, nên quá trình hãm mô tơ bằng điện đượctạo

ra và mô tơ được dừng lại tại điểm cố định

1.3.7 Bơm nước rửa kính

1.3.7.1Bơm nước rửa kính

1.2.70 Đổ nước rửa kính vào bình chứa trong khoang động cơ Bình chứa

được làm từ bình nhựa mờ và nước rửa kính được phun nhờ bơm nước rửa kính trongbình

chứa

1.2.71 Mô tơ bộ rửa kính có dạng cánh quạt như được sử dụng trong bơm

Có hai loại hệ thống rửa kính đối với ô tô có rửa kính sau: Một loại có bình chứa chungcho cả bộ phận rửa kính trước và sau, còn loại kia có hai bình chứa riêng cho bộ phận rửakính trước và bộ phận rửa kính sau

1.2.72 Ngoài ra, còn có một loại điều chỉnh vòi phun cho cả kính trước và

tơ rửa kính điều khiển các van và một loại khác có hai mô tơ riêng cho bộ phận rửa kínhtrước và bộ phận rửa kính sau được đặt trong bình chứa

Đó là sự vận hành để gạt nước rửa kính được phun trên bề mặt kính trước.

1.2.74.1.4 Cảm biến nước mưa trên gạt nước

1.2.75 Một ý tưởng khác là phủ lên lớp kính chắn gió một lớp ngăn sự hình

dụng rộng rãi do mắc nhiều nhược điểm và chưa thể vận hành một cách hoàn hảo

1.2.76 Tuy nhiên, hệ thống gạt nước được áp dụng thành công cho nhiều xe

đó, hệ thống này sẽ phát hiện được lượng nước mưa điều khiển cường độ gạt nước thíchhợp Bằng cách sử dụng cảm biến quang học, hệ thống có thể phát hiện được hơi ẩm củakính, từ đó suy ra được lượng nước mưa và điều kiện thời tiết tương ứng Thông thường,các cảm biến được lắp ở bên trong, ngay vị trí gắn kính chiếu hậu trung tâm xe

1.2.77

1.2.78.Hình 1.7 cảm biến nước mưa trên xe

1.2.79 Các cảm biến sẽ chiếu các tia hồng ngoại lên kính chắn gió với một

cánh tay, lần lượt được gắn vào động cơ Chúng thường được tìm thấy trên nhiều xe hơi,

xe tải, xe lửa, thuyền, máy bay, v.v

1.2.82 Cần gạt nước hiện đại thường di chuyển song song, được tìm thấy

phương tiện hiện đại hiện nay, chủ yếu dùng trên xe LHD (Hình 1.7, bên dưới)

1.2.83 Tuy nhiên, nhiều mẫu xe khác nhau của Mercedes-Benz và các loại

như chiếc cần gạt nước được sử dụng của Volkswagen Sharan được cấu hình để di chuyểntheo hướng ngược lại (Hình 1.8), phức tạp hơn về mặt cơ học nhưng có thể tránh để lạimột

góc lớn của kính chắn gió phía trước hành khách Lợi ích chi phí cho nhà sản xuất ô tôxảy

ra khi cần gạt nước được thiết kế để di chuyển theo hướng ngược lại không cần phải định

vị lại cho ô tô xuất khẩu sang các quốc gia lái xe bên phải như Anh và Nhật Bản

1.2.85.Hình 1.8: Gạt mưa dạng tandem

1.2.87 Hình 1.9 Gạt mưa dạng đối diện1.2.88

1.2.89 Một thiết kế gạt nước khác (Hình 1.9) dựa trên thước sao, được sử

che được nhiều kính chắn gió hơn trên mỗi lần gạt Tuy nhiên, nó nằm cố định gạt nướcphải "đậu" ở giữa kính chắn gió, nơi nó có thể cản trở một phần tầm nhìn của người lái khikhông sử dụng Những chiếc xe Lexus và một số nước Mỹ sử dụng phương pháp này đểbao phủ nhiều khu vực kính hơn, nơi kính chắn gió khá rộng nhưng cũng rất nông Chiềucao giảm của kính chắn gió sẽ cần sử dụng cánh tay gạt nước ngắn không có khả năng tiếpcận với mép của kính chắn gió

1.2.90.

1.2.91 Cần gạt nước một lưỡi đơn giản với một trục trung tâm (Hình 1.10)

dụng trên kính chắn gió phía sau, cũng như ở mặt trước của một số xe ô tô

1.2.92 Mercedes-Benz đã tiên phong một hệ thống (Hình 1.11) được gọi là

"Monoblade",

dựa trên các công cụ đúc hẫng, trong đó một cánh tay duy nhất vươn ra ngoài để đến cácgóc trên cùng của kính chắn gió, và kéo vào cuối và giữa của cú đánh, quét ra một conđường hình chữ "M" Bằng cách này, một lưỡi dao duy nhất có thể bao phủ nhiều hơnkính

chắn gió, di chuyển bất kỳ vệt còn lại ra khỏi trung tâm của kính chắn gió Một số xe lớnhơn vào cuối thập niên 70 và đầu thập niên 80, đặc biệt là những người lái xe Mỹ LH , cómột cần gạt nước ở phía người lái, với trục xoay thông thường bắt đầu ở phía hành khách

1.2.93

1.2.94.Hình 1.11 Cần gạt nước dạng đơn

1.2.95

1.2.96

1.2.97 Hình 1.12 Cần gạt nước dạng đơn monoblade

1.2.98 Cần gạt nước dạng song song giống hình 1.7 nhưng đảo ngược

1.2.102 Dưới đây là một số thiết kế hệ thống gạt mưa lỗi thời thường ít gặp

hiện tại Các hệ thống này thường thấy ở các xe chuyên dụng như xe bus trường học, xecứu hỏa và xe quân sự

1.2.103.

1.2.109 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

2.1 Tính toán góc gạt nước trên kính lái

1.2.110 Góc gạt nước rửa kính là góc quay của thanh gạt nước từ điểm thấp

1.2.114 Hình 2.1 Cơ cấu hệ thống cần gạt mưa

2.1.1 Tính toán góc cơ cấu giằng khi cần gạt ở vị trí thấp nhất

1.2.115 Để tính toán góc quay, chúng ta phải biết được các thông số độ dài

thống gạt mưa Dưới đây là cơ cấu cần gạt ở vị trí thấp nhất: