Những điều cơ bản cần biết về hệ thống điện trên ô tô

Hệ thống điện trên ô tô đóng vai trò như “hệ thần kinh trung ương” điều khiển hoạt động của toàn bộ xe. Mặc dù chỉ chiếm 20% khối lượng nhưng hệ thống điện trên ô tô lại có khả năng điều khiển 80% những hệ thống còn lại.

Tổng quan về hệ thống điện trên ô tô

A. Cấu tạo hệ thống hệ thống điện ô tô

Hệ thống điện trên xe ô tô gồm 5 bộ phận chủ yếu là: ắc quy, máy khởi động, máy phát điện, dây điện, rơ-le và cầu chì. Mỗi bộ phận có vai trò cụ thể khác nhau và có các nguyên tắc khác nhau để đảm bảo sự hoạt động trơn tru, hiệu quả.

1. Máy phát điện

Máy phát điện giúp tạo ra dòng điện cung cấp cho ắc quy và toàn bộ hệ thống, thiết bị điện trên xe. Máy phát điện có 3 nhiệm vụ chính: phát điện, biến dòng điện xoay chiều thành một chiều, chỉnh điện áp đầu ra. Tương ứng với các nhiệm vụ này, máy phát điện cũng có 3 bộ phận chính: phát điện, chỉnh lưu và hiệu chỉnh điện áp.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện là nguyên lý cảm ứng điện từ. Cụ thể, máy phát điện được dẫn động thông qua dây đai chữ V lai từ trục khuỷu động cơ làm quay nam châm điện. Hoạt động này tạo ra từ trường tác động lên dây quấn trong stator để phát sinh điện.

Máy phát điện ô tô giúp tạo ra dòng điện cung cấp cho ắc quy và toàn bộ hệ thống, thiết bị điện trên xe

2. Ắc quy – nguồn cung cấp điện cho cả hệ thống

Ắc quy ô tô có nhiệm vụ lưu trữ nguồn điện từ máy phát điện và cung cấp ngược lại giúp xe khởi động cũng như duy trì hoạt động của các thiết bị điện khi xe không nổ máy, máy phát điện chưa hoạt động. Bên cạnh đó, ắc quy còn hỗ trợ cấp điện cho một số thiết bị trong trường hợp sử dụng dòng vượt quá dòng định mức cho phép của máy phát.

Trong điều kiện lý tưởng, tuổi thọ của đa số bình ắc quy ô tô ở mức 100.000 km hoặc 4 – 5 năm. Tuy nhiên khi sử dụng thực tế, tuổi thọ ắc quy thường tầm 2 – 4 năm tuỳ vào thói quen sử dụng xe, chế độ bảo dưỡng, nhiệt độ… Người dùng nên lưu ý kiểm tra, bảo dưỡng và thay thế ắc quy định kỳ.

Hiện nay, trên thị trường phổ biến 2 loại ắc quy chính là ắc quy nước và ắc quy khô. Ắc quy nước có nhược điểm là phải châm thêm axit sau một thời gian sử dụng (vì axit bị bốc hơi) còn ắc quy khô thì không có nhược điểm này.

Kiểm tra Ắc quy trong quá trình bảo dưỡng xe

3. Máy khởi động

Máy khởi động (còn gọi là máy đề, bộ đề hay củ đề) có nhiệm vụ làm quay trục khuỷu động cơ để khởi động động cơ ô tô. Bởi muốn động cơ khởi động thì trục khuỷu phải quay đến một tốc độ nhất định.

Là một motor điện một chiều, khi quay chìa khóa, máy khởi động nhận dòng điện của ắc quy thông qua công tắc khoá điện(ignition switch). Trục khuỷu phải quay đạt đến một tốc độ tối thiểu để động cơ có thể tự nổ, điều này giúp động cơ khởi động được.

Tùy theo cấu trúc động cơ và tình trạng hoạt động, tốc độ quay tối thiểu để khởi động động cơ sẽ khác nhau. Thông thường động cơ xăng có tốc độ là 40 – 60 vòng/phút và động cơ diesel tốc độ rơi vào khoảng 80 – 100 vòng/phút.

Có 3 loại máy khởi động chính là máy khởi động giảm tốc, máy khởi động đồng trục và máy khởi động loại bánh răng hành tinh.

Máy khởi động có nhiệm vụ làm quay trục khuỷu động cơ để khởi động động cơ ô tô

4. Dây điện

Nếu như hệ thống hệ thống điện được ví như “hệ thần kinh trung ương” thì dây điện được coi như “dây thần kinh” của một chiếc xe. Dây điện giúp kết nối và truyền tải dòng điện từ máy phát hay ắc quy đến toàn bộ hệ thống điện trên ô tô. Với mỗi hệ thống, thiết bị điện, dây dẫn sẽ có màu sắc, ký hiệu khác nhau để dễ dàng phân biệt khi cần kiểm tra, sửa chữa.

Dây điện giúp kết nối và truyền tải dòng điện từ máy phát hay ắc quy đến toàn bộ hệ thống điện trên ô tô

5. Rơ-le và cầu chì

Chức năng của rơ-le và cầu chì là bảo vệ hệ thống điện ô tô. Là thiết bị có vai trò đóng ngắt mạch điều khiển điện, rơ-le giúp bảo vệ và điều khiển hoạt động của mạch điện động lực. Bên cạnh đó, cầu chì giúp bảo vệ khi đường dây hệ thống bị quá dòng. Rơ-le và cầu chì thường được bố trí thành một cụm trên xe và được gọi là hộp cầu chì.

Nhà sản xuất thường bố trí rơ-le và cầu chì chung với nhau thành cụm nằm trong hộp cầu chì. Đa phần xe ô tô có hai hộp cầu chì. Một là hộp cầu chì động cơ nằm ở bên dưới nắp capo, gần ắc quy xe. Cái còn lại là hộp cầu chì điện thân xe nằm ở dưới taplo xe, trong khoang nội thất.

Rơ-le và cầu chì giúp bảo vệ an toàn cho hệ thống điện trên xe ô tô

B. Các hệ thống điện – điện tử trên ô tô

1. Hệ thống điều khiển trung tâm

ECU (Electronic Control Unit) là hệ thống điều khiển điện tử trung tâm của xe ô tô, hoạt động như một máy vi tính (computer). Đây là hệ thống quan trọng, có khả năng kiểm soát toàn bộ hoạt động, can thiệp vào những tình huống mà tài xế không làm chủ được xe giúp giảm thiểu tai nạn không mong muốn. ECU được ví như “bộ não” điều khiển, chi phối, can thiệp vào các hoạt động như hệ thống phun xăng điện tử trên ô tô, đánh lửa sớm bằng điện tử, điều chỉnh hỗn hợp xăng – gió, cảm biến khí thải, cảm biến bướm ga….

Bộ nhớ của ECU bao gồm 4 bộ phận là RAM, ROM, KAM và PROM. Ngoài ra, bộ điều khiển trung tầm còn được trang bị bộ vi xử lý có thể tiếp cận nhiều thông tin từ các tín hiệu khác nhau. Đường truyền BUS của ECU được sử dụng để truyền phát đi tín hiệu tới các bộ phận khác của xe ô tô.

ECU là hệ thống điều khiển điện tử trung tâm của xe ô tô

2. Hệ thống điều khiển động cơ

Hệ thống điều khiển động cơ ECM (Engine Control Module) là một trong những thành phần chính của hệ thống điện và điện tử ô tô. ECM hoạt động với nguyên lý tiếp nhận, xử lý thông tin đầu vào thông qua các cảm biến và truyền lệnh tới các động cơ điều khiển.

Hệ thống ECM có khả năng điều khiển trực tiếp các bộ phận như vòi phun xăng điện tử, van không tải, hệ thống đánh lửa, hệ thống rơ-le, van điện tử, bướm ga điện, đèn báo, các tín hiệu chẩn đoán…

Hệ thống điều khiển động cơ ECM (Engine Control Module) là một trong những thành phần chính của hệ thống điện và điện tử ô tô.

3. Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

Hệ thống đèn ô tô có 3 chức năng chính: chiếu sáng, phát ra tín hiệu và thông báo. Đây là một trong các thành phần chính của hệ thống điện thân xe ô tô. Đèn xe được bố trí ở nhiều khu vực như đầu xe, gương chiếu hậu ngoài, đuôi xe và bên trong khoang nội thất.

Hệ thống chiếu sáng trên ô tô thường bao gồm hệ thống đèn đầu, đèn hậu và dải đèn ngày DRL (Daytime Running Light). Bên cạnh đó, các mẫu ô tô hiện nay còn được trang bị đèn sương mù, thay thế cho đèn đầu khi phải di chuyển trong điều kiện sương mù, bụi mịn. Ngoài ra, các loại hệ thống đèn tín hiệu thường thấy trên xe ô tô là hệ thống đèn xi-nhan, báo nguy và hệ thống đèn cảnh báo đuôi xe.

Hệ thống đèn ô tô có 3 chức năng chính: chiếu sáng, phát ra tín hiệu và thông báo

4. Hệ thống thông tin

Hệ thống thông tin ô tô giúp cung cấp các thông số về vận hành cũng như thông báo, cảnh báo tình trạng hoạt động của xe. Hệ thống này hiển thị qua cụm đồng hồ sau vô lăng bao gồm các thông tin: tốc độ xe, vòng tua máy, nhiệt độ nước làm mát, mức nhiên liệu, áp suất dầu, các đèn thông báo và cảnh báo…

Hệ thống thông tin ô tô giúp cung cấp các thông số về vận hành cũng như thông báo, cảnh báo tình trạng hoạt động của xe

5. Hệ thống điều hoà

Hệ thống điều hoà ô tô (còn gọi là hệ thống điện lạnh ô tô) giúp điều hòa không khí bên trong khoang cabin, nhằm duy trì nhiệt độ ở mức thoải mái và dễ chịu nhất. Hệ thống điện điều hòa trên ô tô được cấu tạo bởi các bộ phận như máy nén, dàn nóng, quạt thông gió dàn nóng, bộ lọc khô, dàn lạnh, quạt gió dàn lạnh và van tiết lưu. Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô hoạt động với nguyên lý máy nén hút chất làm lạnh ở thể khí và nén lại dưới áp suất cao.

Sau khi nhiệt độ chất làm lạnh tăng lên do bị nén, các môi chất lạnh sẽ được đẩy sang dàn nóng, hóa thành thể lỏng. Các môi chất lạnh ở thể lỏng này lại được chuyển qua van tiết lưu để hóa hơi và chuyển về dàn lạnh. Các hơi lạnh sẽ được quạt gió dàn lạnh thổi ra môi trường giúp khoang cabin trở nên mát mẻ hơn.

Hệ thống điện điều hòa trên ô tô được cấu tạo bởi các bộ phận như máy nén, dàn nóng, quạt thông gió dàn nóng, bộ lọc khô, dàn lạnh, quạt gió dàn lạnh và van tiết lưu

6. Hệ thống phụ

Hệ thống khóa cửa ô tô cũng là một trong những thành phần phụ của hệ thống điện ô tô có chức năng đăng ký mã nhận dạng, đóng – mở cửa, báo động, cảnh báo đóng kín… Hệ thống cửa kính điện, hệ thống gạt nước, khóa điều khiển từ xa, hệ thống âm thanh, hệ thống thông tin giải trí,....

Hệ thống âm thanh là một trong những phần phụ của hệ thống điện ô tô (Loa BOSE được trang bị trên Honda CIVIC 2022)

7. Hệ thống an toàn

Hệ thống an toàn trên ô tô gồm rất nhiều tính năng nhằm tăng cường bảo vệ người lái và hành khách, hạn chế tối đa các rủi ro khi di chuyển trên đường. Các tính năng này đều được điều khiển điện tử từ ECU.

Một số tính năng an toàn phổ biến như: túi khí, hệ thống chống bó cứng phanh, hệ thống cân bằng điện tử, hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc, hệ thống cảnh báo chệch làn đường,.....

Hệ thống an toàn trên ô tô gồm rất nhiều tính năng nhằm tăng cường bảo vệ người lái và hành khách

8. Hệ thống điều khiển chạy tự động

Hệ thống điều khiển chạy tự động giúp giữ ga xe bằng cách tự động điều khiển góc mở bướm ga để xe chạy theo tốc độ mà người lái cài đặt. Xe sẽ tự duy trì tốc độ được ấn định, người lái không cần nhấn bàn đạp ga.

Công nghệ này thường được gọi là hệ thống điều khiển hành trình Cruise Control. Ngoài ra còn có một cấp độ cao hơn là hệ thống kiểm soát hành trình tự động Adaptive Cruise Control. Nếu ở Cruise Control xe chỉ tự động chạy với tốc độ người lái cài đặt, thì trên Adaptive Cruise Control xe có thể tự động điều chỉnh tăng/giảm tốc độ để giữ khoảng cách an toàn với xe phía trước.

Honda CITY được trang bị hệ thống điều khiển chạy tự động (Cruise Control)

Trên đây là những điều cơ bản cần biết về hệ thống điện ô tô. Trong trường hợp cần sửa chữa hệ thống điện ô tô hoặc hệ thống sạc điện ô tô, những kiến thức tổng quan này sẽ giúp bạn nắm bắt những thông tin cần thiết về các vấn đề phát sinh của xe một cách dễ dàng hơn.