Nghiên cứu và thiết kế chuyển đổi phanh tay cơ khí thành phanh tay điện tử trên hyundai grand i10

Do đó nhóm em đã chọn đề tài “Chuyển đổi phanh tay cơ khí thành phanh tay điện tử trên Hyundai Grand i10” nhằm phân tích rõ ràng hơn về kết cấu, nguyên lý và kỹ thuật bảo dưỡng, sửa chữ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC B ẢNG ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CHUYỂN ĐỔI PHANH TAY CƠ KHÍ THÀNH PHANH TAY ĐIỆN TỬ TRÊN HYUNDAI GRAND I10 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2

1.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 3

1.5 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI 3

1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI 3

Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 5

2.1 SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHANH TAY TRÊN Ô TÔ 5

2.2 SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHANH TAY ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 7

2.3 PHÂN TÍCH ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHANH TAY CƠ KHÍ VÀ PHANH TAY ĐIỆN TỬ 9

2.4 KHẢO SÁT CÁC BIỆN PHÁP CHUYỂN ĐỔI PHANH TAY CƠ KHÍ THÀNH PHANH TAY ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 10

2.4.1 Phân tích hệ thống phanh tay điện tử ngày nay 10

2.4.2 Thiết bị điều khiển phanh tay điện tử thay thế cho phanh tay cơ khí 16

Hệ thống phanh tay đi ện tử bao gồm các bộ phận sau: 16

2.4.3 Phân tích hệ thống phanh tay cơ khí trên ô tô 19

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 24

vi

3.1 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÔ HÌNH 24

3.2 MỤC TIÊU THIẾT KẾ 25

3.3 TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI ĐIỀU KHIỂN PHANH TAY CƠ KHÍ THÀNH PHANH TAY ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI GRAND I10 26

3.4 THU THẬP SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHANH TAY ĐIỆN TỬ 31 3.4.1 Động lực học quá trình phanh của bánh xe ô tô 31

3.4.2 Xác định lực phanh tối thiếu cần có để phanh xe không bị trượt 35

3.4.3 Xác định moment sinh ra của motor 36

3.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ CHẤP HÀNH PHANH TAY ĐIỆN TỬ 37

3.5.1 Các linh ki ện trong mạch điện 37

3.5.2 Thiết kế bảng mạch trên protues 43

3.5.3 Mô phỏng chế độ P(đỗ) của xe 44

3.5.4 Chế độ nhả phanh tay 47

3.6 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN NÚT NHẤN AUTO HOLD TRÊN PROTUES 48

3.6.1 Các linh ki ện trong mạch 48

3.6.2 Mô phỏng mạch trên phần mềm protues 54

3.7 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ENCODER GIẢ LẬP TỐC ĐỘ BÁNH XE 58

3.7.1 Các linh ki ện trong mạch 58

3.7.2 Mô phỏng mạch trên phần mềm protues 63

Chương 4: THỰC HIỆN BẢN VẼ 2D VÀ XUẤT KÍCH THƯỚC 65

4.1 BẢN VẼ CHI TIẾT CẦU XE 65

4.2 BẢN VẼ BỘ KHUNG ĐỠ MÔ HÌNH 65

4.3 BẢN VẼ BỘ TÌ TAY 66

4.4 BẢN VẼ MẶT CẮT VỎ B ÁN TRỤC 67

4.5 BẢN VẼ MẶT CẮT TANG TRỐNG 68

4.6 BẢN VẼ LẮP CÁC CHI TIẾT HOÀN CHỈNH 69

vii

Chương 5: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH 71

Chương 6: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 75

6.1 KẾT LUẬN 75

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN 79

PHỤ LỤC B ẢN VẼ 81

viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT TÊN VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ DIỄN GIẢI

2 ABS Anti-lock Braking System Hệ thống chống bó cứng phanh

3 ESP Electronic Stability Program Hệ thống cân bằng điện tử

4 CAN Control Area Network Mạng điều khiển cục bộ (mạng giao tiếp)

6 PNP N (negative); P (positive) Transistor âm chung

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: So sánh phanh tay cơ khí và phanh tay điện tử 9

Bảng 3.1: So sánh phanh tay cơ khí và phanh tay điện tử 24

Bảng 3.2: Các linh kiện sử dụng trong protues 38

Bảng 3.3: Thông số của IC L298 39

Bảng 3.4: Bảng mô tả sơ đồ chân của L298N 40

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của BC557 41

Bảng 3.6: Tên các linh kiện điện tử trong mạch 49

Bảng 3.7: Thông số của Arduino Uno R3 50

Bảng 3.8: Bảng mô tả sơ đồ chân của Arduino Uno R3 52

Bảng 3.9: Các chân của Module 2 relay 54

x

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Cơ cấu phanh tay cơ khí 5

Hình 2.2: Sơ đồ kết cấu phanh tay cơ khí 6

Hình 2.3: Cơ cấu phanh tay điện tử 7

Hình 2.4: Cấu tạo của phanh tay điện tử 11

Hình 2.5: Bộ chấp hành phanh tại bánh xe 12

Hình 2.6: Motor phanh 12

Hình 2.7: Trục vít – đai ốc đẩy 13

Hình 2.8: Công tắc tay số P/N 13

Hình 2.9: Tín hiệu nút nhấn và đèn báo 14

Hình 2.10: Bộ điều khiển phanh tay điện tử 15

Hình 2.11: Mô-tơ thích hợp cho xe Hyundai SantaFe 16

Hình 2.12: Bộ chấp hành (bộ điều khiển hệ thống phanh tay điện tử) 17

Hình 2.13: Công tắc phanh tay điện tử 18

Hình 2.14: Phanh tay cơ khí 19

Hình 2.15: Cấu tạo phanh tay cơ khí 20

Hình 2.16: Cơ cấu nút nhấn 20

Hình 2.17: Tay cầm phanh tay cơ khí 21

Hình 2.18: Dây cáp 22

Hình 2.19: Guốc phanh và tang trống 22

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phanh tay điện tử 26

Hình 3.2: Stato và roto của motor 28

Hình 3.3: Hệ thống bánh răng của motor 29

Hình 3.4: Bộ chấp hành 29

Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện trên proteus 30

xi

Hình 3.6: Công tắc phanh tay điện tử và auto hold 31

Hình 3.7: Nút nhấn 31

Hình 3.8: Sơ đồ tính toán các lực và mô men tác dụng lên bánh xe ô tô 33

Hình 3.9: Mạch cầu H sử dụng IC L298N 40

Hình 3.10: Sơ đồ chân Transistor BC557 42

Hình 3.11: Diode 43

Hình 3.12: Cấu tạo của cổng NOT 43

Hình 3.13: Mô phỏng cụm điều khiển cơ cấu phanh tay điện tử trên protues 45

Hình 3.14: Mạch tín hiệu khi chưa nhấn công tắc A và B 46

Hình 3.15: Mô phỏng chế độ P đỗ xe 47

Hình 3.16: Mô phỏng chế độ nhả phanh tay 48

Hình 3.17: Arduino Uno R3 50

Hình 3.18: Module 2 relay 53

Hình 3.19: Mô phỏng mạch auto hold trên protues 55

Hình 3.20: Tín hiệu phanh ở chế độ AutoH 56

Hình 3.21: Tín hiệu ga trong chế độ AutoH 57

Hình 3.22: Bộ chuyển đổi I2C 59

Hình 3.23: Module đo tốc độ encoder 61

Hình 3.24: Motor encoder 62

Hình 3.25: Module điều khiển tốc độ động cơ 62

Hình 3.26: Sơ đồ mạch điện encoder 64

xii

Hình 4.1: Bản vẽ lắp cầu xe 66

Hình 4.2: Bản vẽ chi tiết khung đỡ mô hình 67

Hình 4.3: Bản vẽ chi tiết bộ tì tay 68

Hình 4.4: Bản vẽ chi tiết mặt cắt vỏ bán trục 69

Hình 4.5: Bản vẽ chi tiết mặt cắt tang trống 70

Hình 4.6: Bản vẽ lắp mô hình hoàn chỉnh 71

Hình 5.1: Khung đỡ mô hình được gia công và sơn hoàn thiện 72

Hình 5.2: Lắp ráp bộ điều khiển phanh tay điện tử 72

Hình 5.3: Lắp ráp mạch điều khiển và mô-tơ lên khung đỡ 73

Hình 5.4: Gắn cầu xe lên khung đỡ 73

Hình 5.5: Hàn con lăn lên khung đỡ để cố định dây cáp 74

Hình 5.6: Cố định và căn chỉnh 2 đầu dây cáp 74

Hình 5.7: Mô hình hoàn thiện 75

xiii

LỜI MỞ ĐẦU

Nền công nghiệp ô tô trên thế giới ngày nay đã đạt được những thành tựu cao về khoa học kĩ thuật Sự cạnh tranh gay gắt trên thị trường ô tô đã thúc đẩy đầu tư nhiều về mặt nghiên cứu các công nghệ mới cho ô tô Điều này đã làm cho chiếc ô tô hiện đại ngày nay được trang bị nhiều công nghệ tiên tiến dẫn đến mẫu mã kết cấu chất lượng sử dụng rất tốt Và hệ thống phanh tay cũng nằm trong sự thay đổi ấy

Vì vậy việc tìm hiểu tính năng của xe đặc biệt là hệ thống phanh tay hết sức cần thiết đối với một sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô Do đó nhóm em đã chọn đề

tài “Chuyển đổi phanh tay cơ khí thành phanh tay điện tử trên Hyundai Grand

i10” nhằm phân tích rõ ràng hơn về kết cấu, nguyên lý và kỹ thuật bảo dưỡng, sửa chữa

của hệ thống phanh tay điện tử Trong quá trình làm đồ án, do trình độ bản thân, tài liệu, kiến thức thực tế và thời gian còn hạn chế nên không thể không có những sai sót, vì vậy nhóm em kính mong sự góp ý chỉ bảo của các thầy trong bộ môn để đề tài của nhóm em được hoàn thiện hơn

1

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CHUYỂN ĐỔI PHANH TAY

CƠ KHÍ THÀNH PHANH TAY ĐIỆN TỬ TRÊN

HYUNDAI GRAND I10

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hệ thống phanh được phát triển song hành với sự phát triển của các phương tiện và trở thành hệ thống không thể thiếu trên mỗi chiếc xe Hệ thống phanh có vai trò vô cùng quan trọng trên các phương tiện vận tải Nó đảm bảo an toàn cho người lái, hay đôi khi

nó cũng giúp chiếc xe cố định khi xe thực hiện quá trình đậu (đỗ) xe Hoặc nó có thể kết hợp với các hệ thống khác nhằm nâng cao tính năng an toàn khi vận hành của xe Bên cạnh đó, phanh tay điện tử được sử dụng nhiều hơn và hầu hết trên các dòng xe sang, hiện đại Loại phanh điện tử gần như chiếm ưu thế với mục đích đáp ứng nhu cầu điện hóa trên các phương tiện giao thông, loại bỏ hầu hết các tác vụ bằng cơ khí nhằm mang lại cho người lái một cảm giác tốt nhất Phanh điện tử ra đời đáp ứng tiêu chí trong

mô hình điện hóa, giúp đỗ xe an toàn, nhanh chóng và tiện lợi Cùng với sự tiến bộ của công nghệ hệ thống phanh nói chung và phanh tay điện tử nói riêng sẽ ngày càng đáp ứng nhu cầu mọi người vế một hệ thống phanh an toàn hiệu quả

Nghiên cứu và thiết kế chuyển đổi phanh tay cơ khí thành phanh tay điện tử trên xe Hyundai Grand i10 nói riêng và các dòng xe sedan hạng C nói chung với mục đích nhằm phân tích cụ thể hơn kết cấu và nguyên tắc hoạt động của phanh tay cơ khí và phanh tay điện tử Đề xuất, giải pháp chuyển đổi cơ cấu phanh tay cơ khí  phanh tay điện tử trên các dòng xe phổ thông Bên cạnh đó, đề tài cũng có thể là một tài liệu tham khảo học tập hữu ích đối với ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

Vậy nên hôm nay chúng em quyết định thực hiện nghiên cứu và thiết kế chuyển đổi phanh tay cơ khí thành phanh tay điện tử trên dòng xe Huyndai Grand i10 Nhằm hỗ trợ người lái thao tác đơn giản hơn trong quá trình phanh

2

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu, với các mục đích cự thể như sau:

- Chuyển đổi cơ cấu phanh tay cơ khí thành phanh tay điện tử nhằm cho có khoảng không

gian phía trước của người tài xế trở nên rộng rãi hơn, thoáng hơn, đẹp hơn Nhằm cải thiện tính năng an toàn của những dòng xe có công suất nhỏ và những dòng xe có giá

thành thấp

- Trên xe ô tô hiện nay, những hệ thống bằng cơ dần được thay đổi bằng hệ thống điện nhóm đồ án phải nêu được nội dung đề tài làm rõ tính tiện nghi tiện lợi của hệ thống phanh tay điện tử để thay thế phanh tay cơ trên ô tô

- Hiểu rõ hơn cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống phanh tay điện tử có gì khác

so với hệ thống phanh tay bằng cơ khí

- Nhằm tính toán, thiết kế hệ thống phanh tay điện tử sao cho phù hợp mọi ô tô hiện nay sao cho phù hợp nhỏ gọn và mang lại hiệu quả và độ an toàn cao

- Nhằm khắc phục nhược điểm mà phanh tay cơ khí khi hành khách quên nhả phanh tay Tiện ích hơn trong việc sử dụng bởi sử dụng gọn gàng bằng 1 nút nhấn và giúp xe sang trọng hơn  Việc này cũng giúp cho những khách hàng sử dụng những xe đời cũ hoặc những xe giá rẻ nhưng vẫn tiếp cận được những công nghệ hiện đại trên ô tô đời mới

1.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Nhóm thực hiện những nhiệm vụ nghiên cứu sau:

- Tổng quan về hệ thống phanh tay trên ô tô

- Tổng quan về hệ thống phanh tay điện tử trên ô tô hiện nay

- Phân tích ưu, nhược điểm của hệ thống phanh tay cơ khí và hệ thống phanh tay điện tử

- Phân tích cấu tạo và nguyên lí hoạt động của phanh tay cơ khí và phanh tay điện tử trên

3

- Thực hiện bản vẽ kỹ thuật 2D, 3D mô tả hệ thống phanh tay điện tử

- Thực nghiệm lắp ráp và thực hiện mô hình vật lí phanh tay điện tử trên Huyndai Grand i10

- Đánh giá kết quả đạt được

- Viết báo cáo thuyết minh, poster, PowerPoint thuyết minh

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Phương pháp thu thập số liệu, thông tin

+ Hệ thống phanh trên ô tô: nghiên cứu tài liệu

+ Điện ô tô và tài liệu về kỹ thuật điện

+ Phanh tay điện tử trên ô tô: nghiên cứu tài liệu

+ Công suất của motor và bộ chấp hành:

+ Tính toán các thông số kỹ thuật của đề tài của hệ thống (công suất motor DC, nguồn điện áp để cấp đầu vào)

- Phương pháp thực nghiệm: Quan sát các mẫu phanh tay điện tử hiện tại đã có ở những dòng xe sang trên thị trường, dựa vào đó lấy kết quả thực tế để tham khảo Sau đó, thực nghiệm tiến hành thiết kế, lắp dựng thu kết quả rồi đem kết quả đó so sánh với thực tế

1.5 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài nhằm đạt được những kết quả như sau:

- Hoàn thành được mô hình vật lí chuyển đổi phanh tay cơ khí sang phanh tay điện tử

- Trình bày nguyên lí hoạt động của phanh tay cơ khí lẫn phanh tay điện tử

- Phân tích rõ được hoạt động của phanh tay cơ khí lẫn phanh tay điện tử

- Cải tiến được cho các dòng xe sử dụng phanh tay cơ khí muốn dùng phanh tay điện tử

 Đề tài có thể là một phương án giải quyết khi chuyển đổi cơ cấu phanh tay cơ khí thành phanh tay điện tử

1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI

Chúng ta có kết cấu của đề tài: 6 chương

- Chương 1: Giới thiệu về đề tài

4

- Chương 2: Tổng quan giải pháp

- Chương 3: Phương pháp giải quyết

- Chương 4: Quy trình thiết kế

- Chương 5: Thi công và thực nghiệm

- Chương 6: Kết luận, hướng phát triển

5

Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP

2.1 SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHANH TAY TRÊN Ô TÔ

Phanh tay ô tô gồm có 2 kiểu gồm: phanh tay điện tử và phanh tay cơ khí nó có tác dụng giúp xe giảm tốc độ, đứng yên đỗ xe trên những con đường dốc đứng hay sử dụng trong các trường hợp cần thiết Phanh tay phổ biến là dạng tay nắm, nó thường đặt ở vị trí ghế lái và phụ

Dưới đây là hình ảnh của phanh tay cơ khí:

Hình 2.1: Cơ cấu phanh tay cơ khí [3]

Phanh tay cơ khí gồm sợi dây cáp kết nối với 2 bánh sau Khi người lái kéo phanh,dây cáp tác dụng vào đòn quay biến lực kéo thành lực ép guốc phanh vào tang trống, hạn chế chuyển động quay của bánh xe giúp xe dừng lại Nếu bánh sau sử

dụng phanh đĩa, phanh tay cơ khí sẽ tận dụng cơ cấu này để dừng xe

Vị trí hãm của tay điều khiển được khóa chặt nhờ cơ cấu con cóc chèn vào vành răng của bộ khóa

6

Muốn nhả phanh tay chỉ cần ấn ngón tay vào nút trên cần phanh để nhả cơ cấu con cóc rồi đẩy tay điều khiển về phía trước

Lò xo sẽ kéo guốc phanh trở lại vị trí ban đầu

Hình 2.2: Sơ đồ kết cấu phanh tay cơ khí [3]

Ưu và nhược điểm của phanh tay cơ khí:

Ưu điểm:

- Phanh tay cơ khí có ưu điểm là đơn giản, nhỏ gọn,

- Phanh tay cơ khí còn có ưu điểm là giá thành rẻ nên sẽ đi đôi với việc bảo dưỡng sửa chữa cũng sẽ trở nên rẻ hơn rất nhiều

- Tuổi thọ chi tiết cao

Nhược điểm:

- Vì là sử dụng bằng cơ khí nên sau một thời gian sử dụng các chi tiết sẽ bị hao mòn

- Gây hư hỏng hệ thống phanh nếu người lái quên hạ phanh tay khi di chuyển

- Chiếm nhiều diện tích trong buồng lái

- Cần bảo dưỡng định kì để đảm bảo không bĩ bó cứng phanh

7

2.2 SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHANH TAY ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

Hình 2.3: Cơ cấu phanh tay điện tử [4]

Phanh tay điện tử là một thiết bị thông minh được trang bị trên xe ô tô Với mục đích ra đời là giúp đảm bảo tính mạng cũng như tài sản cho người dùng xe trong trường hợp mà người lái quên hạ hoặc kéo phanh tay Phanh điện tử thường được bố trí trên các dòng xe cao cấp hạng sang

Người lái không cần phải dùng lực để kéo phanh nữa mà chỉ cần ấn nút phanh điện

tử trên xe Nó ngay lập tức can thiệp vào hệ thống phanh của xe rất tiện lợi và an toàn Loại bảo tình trạng như quên không kéo phanh hay phanh tay không ăn do kéo chưa tới tầm

Khi muốn dừng/đỗ xe, tài xế chỉ cần gạt cần nhấn nút, lúc này hệ thống sẽ tự động hãm phanh (chuyển về chế độ Lock) thì vì phải kéo phanh lên như phanh tay cơ thông thường Phanh điện tử cũng có chức năng tương tự như phanh tay cơ, chỉ khác một bên

sử dụng cơ khí, còn một bên được điều khiển bằng điện

Nguyên lí hoạt động:

8

Phanh tay điện tử là sử dụng mô-tô điện để hỗ trợ việc hãm và nhả phanh thông qua lẫy được ký hiệu chữ P Khi đỗ xe, tay số chuyển về vị trí P và phanh tay điện tử sẽ

tự động chuyển qua chế độ Lock khi tắt máy

Cơ cấu được điều khiển bằng một bộ chấp hành gắn với motor điều khiển và được liên kết với 2 bánh sau Sau khi nhận tiến hiệu từ người lái bộ chấp hành sẽ xử lý dữ liệu

và truyền tín hiệu xuống motor điện để hoạt động Nếu muốn phanh lại ta cần đạp bàn đạp phanh chân, rồi kéo nút điều khiển phanh tay điện tử Khi muốn nhả phanh ta cũng cần đạp bàn đạp phanh chân rồi nhấn nút điều khiển phanh tay điện tử, khi đó phanh sẽ được nhả ra Và phanh tay điện tử còn có cơ cấu Unlock nếu người lái quên nhả phanh tay, hoặc khi về D và số R thì phanh cũng tự nhả để ta có thể di chuyển và đi lùi

Ưu và nhược điểm của phanh tay điện tử

Ưu điểm:

- Thao tác đơn giản hơn chỉ với một nút bấm

- Tối ưu được diện tích trong xe

- An toàn hơn

- Sang trọng hơn vì hầu hết được sử dụng trên các mẫu xe hiện đại

- Xe có hệ thống phanh tay điện tử mượt mà và đáng tin cậy hơn Xe được thắng chuẩn xác hơn và không có độ chễ

Nhược điểm:

- Chi phí sản xuất khá cao

- Cần để ý ắc quy vì đây là hệ thống sử dụng bằng điện nên bình ắc quy là rất quan trọng để phanh này có thể hoạt động

9

2.3 PHÂN TÍCH ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHANH TAY CƠ KHÍ VÀ PHANH TAY ĐIỆN TỬ

Bảng 2.1: So sánh phanh tay cơ khí và phanh tay điện tử

So sánh Phanh tay cơ khí Phanh tay điện tử

o Tuổi thọ các chi tiết cao hơn

o Cách thức phanh đơn giản

o Hạn chế được các nhược điểm của phanh tay cơ khí như bó phanh, kẹt phanh

o Tiết kiệm diện tích cho xe

o Hiện đại và sang trọng hơn

o Tránh được các tai nạn không đáng có khi quên nhả phanh tay

o Chi phí sửa sữa khi gặp trục trặc hay

hư hỏng thường đắt hơn thông thường

o Khi ắc quy chết thì phanh tay điện tử cũng sẽ không hoạt động

Hầu hết trên những chiếc xe hiện đại và sang trọng ngày nay các nhà sản xuất sử dụng hầu hết là phanh tay điện thay vì phanh cơ khí vì không chỉ mang tính thẩm mỹ mà còn mang tính an toàn và hiện đại nó phù hợp với nền công nghiệp 4.0 ngày nay của chúng

ta Vì ngày nay máy móc sẽ giúp con người chúng ta trong hầu hết mọi việc trong đời

10

sống cũng như trong hệ thống phanh tay điện tử này máy móc sẽ can thiệp vào mọi quá trình phanh chỉ với 1 nút nhấn và điều chỉnh Unlock phanh nếu người tài xế quên nhả phanh tay Nó khắc phục được những nhược điểm còn tồn tại trên một chiếc xe vẫn còn dùng phanh tay cơ khí thông thường Nhưng vì hiện đại, sang trọng nó sẽ đi đôi với giá thành rất cao và nếu khách hàng muốn tiếp cận với phanh tay điện tử thông thường sẽ phải mua 1 chiếc xe có phanh tay điện tử, nhưng thông thường những chiếc xe hiện đại

và trang bị phanh bị phanh này sẽ rất đắt đỏ Ngoài thị trường ngày nay vẫn có những nơi bán và lắp riêng hệ thống này cho khách hàng với chi phí cũng không hề rẻ, nhận thấy còn nhiều hạn chế trong vấn đề này chúng em quyết định cải tiến bộ phanh tay cơ khí thành phanh tay điện tử để khắc phục không chỉ về nhược điểm của phanh tay cơ khí

mà còn giúp giảm bớt chi phí lắp đặt hệ thống này để nhiều người có thể tiếp cận với công nghệ hiện đại trên 1 chiếc xe sang trong nhưng giá thành vẫn rất hợp lí

2.4 KHẢO SÁT CÁC BIỆN PHÁP CHUYỂN ĐỔI PHANH TAY CƠ KHÍ THÀNH PHANH TAY ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

2.4.1 Phân tích hệ thống phanh tay điện tử ngày nay

Tính năng tự động hóa:

- Khi sử dụng phanh tay điện tử, tài xế không cần phải thực hiện động tác kéo cần phanh, chỉ cần đưa cần số tới vị trí ký hiệu P, hộp điều khiển phanh trên xe sẽ xử lý các tín hiệu từ người lái xe, sau đó sẽ truyền tới mô tơ điều khiển

- Nếu bạn quên nhả phanh trong khi vẫn đạp ga, hệ thống phanh sẽ tự động kích hoạt chức năng “Unlock” để xe không bị bó phanh hay cháy phanh

- Trường hợp tài xế muốn hãm phanh lại, chỉ cần đạp phanh chân, đồng thời kéo lẫy điều khiển của phanh tay, hệ thống phanh sẽ tự động thực hiện chức năng hãm phanh

- Ngoài ra, hệ thống phanh điện tử của xe ô tô còn được tích hợp tính năng ngừng kích hoạt xe chạy một cách tự động cũng như tính năng “brake hold” để giữ phanh tự động, tăng tính an toàn khi chạy xe

11

Cấu tạo chung của phanh tay điện tử:

Hình 2.4: Cấu tạo của phanh tay điện tử [5]

Hệ thống phanh tay điện tử bao gồm các bộ phận sau: Bộ điều khiển hệ thống phanh tay điện tử, cơ cấu chấp hành phanh tay điện tử (bao gồm cả motor), công tắc phanh tay, đèn hiển thị trên bảng đồng hồ

Cơ cấu chấp hành phanh:

Cơ cấu hành phanh là bộ phận dẫn động giúp ép má phanh vào đĩa phanh Nó bao gồm các chi tiết như cùm phanh, đĩa phanh, má phanh, motor phanh đỗ Khi xe đang di chuyển cơ cấu phanh đĩa đoạt động bằng dầu phanh để ép piston phanh đến má phanh Giúp xe phanh khi đang di chuyển Nhưng khi xe được dừng đỗ thì motor phanh xe hoạt động và giúp xe đứng yên trên đường

Trục vít – đai ốc đẩy là chi tiết chính để chuyển đổi chuyển động quay thành

chuyển động tịnh tiến Trục vít sẽ được dẫn động trực tiếp từ trục đầu ra của hệ thống bánh răng đĩa cuốn Tuỳ thuộc vào chiều quay của trục vít đai ốc đẩy sẽ di chuyển tiến tới hay lùi lại và được theo dõi, điều khiển bởi hộp điều khiển phanh tay điện tử

13

Hình 2.7: Trục vít – đai ốc đẩy [5] Đai ốc đẩy bị hạn chế chuyển động dọc trục khi được lắp dọc theo piston phanh và nhờ cấu tạo đặc biệt của đai ốc và thành piston phanh giúp hạn chế chuyển động xoắn của đai ốc khi trục vít quay

Điều khiển phanh tay điện tử:

Với công nghệ ngày càng phát triển hệ thống phanh tay điện tử đã giảm bớt những cơ cấu chuyển động phanh phức tạp thay vào đó là hệ thống tín hiệu điều khiển giúp nhận

và xuất những tín hiệu để điều khiển cơ cấu phanh

Tín hiệu vị trí bàn đạp ly hợp hoặc công tắc tay số P/N

Hình 2.8: Công tắc tay số P/N [5]

14

Tín hiệu từ vị trí bàn đạp ly hợp hoặc công tắc tay số P/N được hộp điều khiển nhận dạng nhằm mục đích xác định điều kiện xe đang vận hành hay đứng yên từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển cho phù hợp Khi tài xế về số P/N hay nhấn bàn đạp ly hợp, tín hiệu digital (mức 0 hoặc mức 1) sẽ được gửi về hộp điều khiển

Cảm biến Hall 1 gửi tín hiệu digital ( mức 0 hoặc mức 1 ) về hộp điều khiển động

cơ Hộp điều khiển động cơ xác định được tài xế muốn nhấn bàn đạp li hợp Tìn hiệu này được sử dụng để điều khiển tắt hệ thống Cruise control

Cảm biến Hall 2 là một cảm biến analog Cảm biến điều khiển tín hiệu độ rộng xung (PWM signal) tuỳ theo phần trăm độ rộng xung cụ thể sẽ được truyền từ bàn đạp đến hộp điều khiển phanh tay điện tử Nhờ vào tín hiệu này hệ thống xác định chính xác

vị trí bàn đạp li hợp để tính toán thời điểm tối ưu để nhả phanh tay giúp điều khiển chế

độ khởi hành hiệu quả

Cảm biến Hall 3 sẽ gửi tín hiệu digital đến mạch nguồn của xe để xác định bàn đạp

li hợp đã được nhấn và chỉ khi đó động cơ được khởi động

Tín hiệu nút nhấn và đèn báo

Hình 2.9: Tín hiệu nút nhấn và đèn báo [5] Nút nhấn điều khiển phanh tay điện tử và nút nhấn Auto Hold sẽ gửi tín hiệu về hộp điều khiển phanh tay điện tử tính toán nhằm điều khiển chuyển tiếp từ phanh bằng

Phanh tay điện tử có thể được nhả tự động khi tài xế thắt dây an toàn, đóng cửa, khởi động động cơ và bàn đạp chân ga hoạt động Thời điểm nhả sẽ được hộp điều khiển phanh tính toán dựa vào hai điều kiện: độ dốc mặt đường và momen xoắn của động cơ Khi đó đèn báo sẽ tắt

Hộp điều khiển phanh tay điện tử hay còn gọi là bộ chấp hành

Hình 2.10: Bộ điều khiển phanh tay điện tử [5]

16

Vị trí của hộp đặt trong xe dưới bảng điều khiển trung tâm Tất cả việc điều khiển hoạt động và chuẩn đoán các lỗi xảy ra điều được thực hiện tại hộp điều khiển phanh tay điện tử Hệ thống phanh tay điện tử có hai bộ sử lí là bộ điều khiển phanh tay điện tử và

bộ điều khiển phanh ABS(Anti-lock braking system) được giao tiếp với nhau thông qua

mạng CAN(Control Area Network)

Một cụm cảm biến được tích hợp bên trong bộ điều khiển nó bao gồm cảm biến gia tốc dọc, cảm biến gia tốc ngang và cảm biến tỉ lệ góc quay trục đứng Cụm cảm biến này

là một phần quan trong của xe giúp duy trì sự ổn định, tín hiệu này được sử dụng cho cả phanh tay điện tử và hệ thống ổn định thân xe ESP(Electronic Stability Program)

Nhận xét: Tuy nhiên nó không phù hợp với đề tài nhóm đang nghiên cứu vì nó chỉ được

ứng dụng trên các dòng xe hiện đại được tích hợp sẵn trên xe Chỉ áp dụng trên xe có

phanh đĩa nhưng đề tài nhóm nghiên cứu là xe có phanh tang trống

2.4.2 Thiết bị điều khiển phanh tay điện tử thay thế cho phanh tay cơ khí

Thiết bị điều khiển phanh tay điện tử ra đời nhầm thay thế cho hệ thống phanh tay

cơ khí giúp người lái tránh tình trạng quên kéo phanh tay đồng thời tiết kiệm được không gian nội thất trong xe Bên cạnh đó còn có tính năng tự động ngừng kích hoạt khi xe chạy và khả năng giữ phanh tự động khi xe dừng ngang dốc

17

Mô-tơ cũng sử dụng ở đây cũng tương tự như các loại mô-tơ trên các loại phanh tay điện tử hiện đại khác Chuyển đổi chuyển động quay thông qua trục vít đai-ốc thành chuyển động tịnh tiến để đẩy guốc và trống phanh

 Bộ chấp hành

Hình 2.12: Bộ chấp hành (bộ điều khiển hệ thống phanh tay điện tử) [5]

Cơ cấu chấp hành tương tự như bộ chấp hành ở phanh điện tử hiện đại nhưng sẽ hạn chế về kết cấu vì nó không sử dụng đến hệ thống cân bằng điện tử Nhưng công dụng

vẫn đáp ứng được những gì mà trên 1 phanh điện tử hiện đại có

 Công tắc phanh tay điện tử :

- Thiết bị này có thể lắp ráp trên các dòng xe Sedan hạng C

- Bộ chấp hành có tích hợp cảm biến dòng điện để nhận biết khi xe hết bố phanh

- Có nút nhấn thay thế cần kéo phanh tay

- Thiết bị này dùng lực kéo của motor thay cho lực kéo của người lái

- Có tính năng tự động nhả phanh khi người lái đạp chân ga và khả năng giữ phanh tự động khi xe dừng ngang dốc

- Thao tác rất đơn giản chỉ cần nhấn nút chữ “P” đồng thời đạp chân phanh là hệ thống

đã được kịch hoạt

Ưu điểm:

- Giúp loại bỏ ngựa phanh

- Thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm diện tích đáng kể cho xe

- Hạn chế được hậu quả của việc quên kéo và nhả phanh tay và khắc phục được tình trạng kẹt phanh, bó phanh

- An toàn và sang trọng hơn

19

Nhược điểm:

- Chi phí sửa chữa và bảo dưỡng cao

- Khi ắc quy không có điện, phanh tay điện tử sẽ không sử dụng được

- Có thể gây ra đoản mạch giữa các dây kết nối toàn bộ hệ thống bao gồm các bộ truyền động, mạch, động cơ và dây phanh

2.4.3 Phân tích hệ thống phanh tay cơ khí trên ô tô

 Giới thiệu

Hình 2.14: Phanh tay cơ khí [6]

Phanh tay cơ khí gồm sợi dây cáp kết nối với 2 bánh sau Khi người lái kéo phanh,dây cáp tác dụng vào đòn quay biến lực kéo thành lực ép guốc phanh vào tang trống, hạn chế chuyển động quay của bánh xe giúp xe dừng lại Nếu bánh sau sử dụng phanh đĩa, phanh tay cơ khí sẽ tận dụng cơ cấu này để dừng xe

Hầu hết phanh tay là hệ thống được sử dụng trên các xe thương mại, du lịch và các loại xe sang hạng xe vì đây là hệ thống đơn giản, chi phí sửa chữa và lắp đặt rẻ Không quá lạ nếu ta bắt gặp hệ thống này trên hầu hết các loại xe đời cũ và sử dụng phanh tang trống vì phanh tay này đa số đi đôi với hệ thống phanh tang trống

20

 Cấu tạo

Hình 2.15: Cấu tạo phanh tay cơ khí [4]

2 Tay điềukhiển 5 Guốc phanh 8 Guốc phanh

3 Dây cáp 6 Tang trống

Vì đây là hệ thống hầu hết sử dụng bằng cơ khí tức bằng sức người tài xế nên khi kích hoạt hệ thống này luôn đòi hỏi tác động lực của người tài xế lên hệ thống

 Nút nhấn

Hình 2.16: Cơ cấu nút nhấn [7]

21

Nút nhấn này sử dụng cơ chế của kết cấu con cóc khi ta tác dụng lục nhấn sau đó ta kéo tay cầm lên hoặc xuống để tác động lên một bánh răng và cố định một điểm khi ta kéo phanh

 Tay điều khiển:

Hình 2.17: Tay cầm phanh tay cơ khí [8]

Tay điều khiển là bộ phận thiết yếu để người lái có thể sử dụng được loại phanh tay này Người lái cần tác động một lực lên tay cầm để kích hoạt hệ thống phanh trong những trường hợp cần đỗ xe hoặc phanh khẩn cấp nếu phanh chân hư hỏng

 Dây cáp:

22

Hình 2.18: Dây cáp [8]

Dây cáp dùng để nối tay cầm của phanh tay đến 2 bánh sau Khi ta tác dụng lực kéo lên phanh tay nhờ dây cáp nối với hai bánh sau để kích hoạt phanh bánh xe thông qua một cơ cấu ép guốc phanh nằm bên trong cụm phanh tang trống Bên trong sợi dây cáp này cũng có một lò xo hồi để khi nhả phanh tay thì cơ cấu ép guốc sẽ được nhả ra và trở

về như lúc ban đầu

 Tang trống và guốc phanh:

Hình 2.19: Guốc phanh và tang trống [9]

23

Cơ cấu guốc và tang trống là một cụm để thực hiện nhiệm vụ phanh của hệ thống phanh Chúng được kết nối với nhau khi kích hoạt hệ thống phanh Cũng như khi ta kích hoạt phanh chân thì cụm này cũng kết nối với nhau để phanh xe lại Hầu hết cơ cấu phanh tang trống được bố trí ở 2 bánh sau và trên những chiếc xe có giá thành thấp và không yêu cầu cao về thẩm mỹ Bởi đây là hệ thống đơn giản có độ bền cao và giá thành thấp hơn phanh đĩa

Ưu điểm:

- Đây là hệ thống đơn giản, chi phí sản xuất thấp dễ sử dụng

- Được sử dụng hều hết trên các xe như: KIA morning, CHEVROLET spark, HUYNDAI Grand i10,…vì giá thành rẻ thích hợp để lắp đặt trên các loại xe hạng C

- Tuổi thọ các chi tiết cao

- Bảo dưỡng và sửa chữa rẻ và dễ bảo dưỡng

Bởi vì sử dụng hầu hết bằng cơ khí và sức người tài xế nên vẫn còn những sai xót nếu tài xế quên nhả phanh tay nhưng vẫn di chuyển khi đó sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho hệ thống phanh dẫn đến hư hỏng và tốn kèm chi phí sửa chữa thay thế

24

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

3.1 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÔ HÌNH

Thiết kế sản phẩm phanh tay điện tử trên các dòng xe vẫn còn dùng phanh tay cơ khí mang lại cho người sử dụng những tiện ích của một chiếc xe hiện đại đang có nhưng vẫn đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật và giá thành hợp lý cho khách hàng So sánh giữa hệ thống phanh tay cơ khí và phanh tay điện tử trên ô tô hiện nay

Bảng 3.1: So sánh phanh tay cơ khí và phanh tay điện tử

So sánh Phanh tay cơ khí Phanh tay điện tử

Ưu điểm

o Thiết kế đơn giản, dễ sửa

chữa và lắp đặt, giá thành sản phẩm thấp

o Chi phí sửa chữa thay thế

o Tiết kiệm diện tích cho xe

o Hiện đại và sang trọng hơn cho không gian nội thất trong xe

o Thao tác đơn giản

o Tránh được các tai nạn không đáng có khi quên nhả phanh tay

o Có thể, kết hợp với với những tính năng tiện ích khác, như: AUTO HOLD

Nhược

điểm

o Chiếm diện tích không gian

lớn hơn trong xe

o Thao tác cần nhiều lực tác

dụng lên cần phanh tay

o Chi phí sửa chữa khi gặp hư hỏng thường cao hơn thông thường Đồng thời, đòi hỏi người KTV có trình độ chuyên môn cao, đặc biệt với các dòng xe có tính thương hiệu cao thì phanh tay điện tử là một hệ

o Khả năng quên kéo phanh

tay  trôi xe xảy ra  tính

an toàn không được đảm bảo

thống có quá trình điều khiển và kết cấu tại cụm phanh bánh xe phức tạp

o Khi ắc quy không đảm bảo điện áp thì phanh tay điện tử cũng sẽ không hoạt động

Từ Bảng 3.1 ta thấy được phanh tay điện tử ra đời nhằm khắc phục hoàn toàn

những hạn chế của phanh tay cơ khí Nhưng để một chiếc xe hạng C mà cụ thể hơn là dòng hattback như chiếc Hyundai Grand i10 thì thật khó để có thể có hệ thống phanh tay điện tử trên xe Bởi thông thường hiện nay phanh tay điện tử đều sử dụng cơ cấu phanh đĩa còn với những dòng xe dùng phanh tay thì cơ cấu phanh vẫn là phanh tang trống đó

là sự khác nhau giữa một cơ cấu phanh hiện đại và một cơ cấu phanh dung sức người để kéo

 Chúng em quyết định chọn phương pháp số 2 ở 3 phương pháp nêu tại chương 2 (Tổng Quan Giải Pháp) để thiết kế hệ thống phanh tay điện tử trên dòng xe sử dụng phanh tay cơ khí nhưng vẫn đảm bào về tính an toàn kỷ thuật và cũng như tính hiện đại được như trên những chiếc xe hạng sang

3.2 MỤC TIÊU THIẾT KẾ

Sau khi nhóm, thực hiện khảo sát:

- Giúp cho những dòng xe xedal hạng C có thể sử dụng được bộ điều khiển phanh tay điện tử

- Tiết kiệm được một khoảng chi phí đáng kể khi mua những có sẵn trên thị trường

26

- Loại bỏ được ngựa phanh và làm tăng tính thẩm mỹ nội thất bộ điều khiển phanh tay điện tử trong khoang xe

- Chi phí sửa chữa thấp

- Những tính năng bộ điều khiển phanh tay điện tử này khá tương đồng với phanh tay điện tử trên các dòng xe cao cấp ngoại trừ tích hợp với phanh ABS

3.3 TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI ĐIỀU KHIỂN PHANH TAY CƠ KHÍ THÀNH PHANH TAY ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI GRAND I10

Dựa trên những kiến thức đã học về chuyên ngành ô tô để tính toán và thiết kế bộ điều khiển phanh tay điện tử thay thế cho phanh tay cơ khí áp dụng trên các dòng xe xedal hạng C Bên cạnh đó, giúp người lái có thể trải nghiệm và sử đụng được bộ phanh tay điện tử mà không cần tốn quá nhiều chi phí

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phanh tay điện tử

27

Cấu tạo

 Motor dạng nam châm vĩnh cữu sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ sinh ra từ trường quay nam châm và làm quay roto Trên mỗi nam châm vĩnh cữu có hai cực được gọi là cực Bắc và Nam, ở trên nhiều động cơ điện người ta cũng sử dụng đến số cực và chu kì quay 1 vòng để có thể tính được số vòng quay đầu ra của roto

Gồm có stato và roto:

Hình 3.2: Stato và roto của motor

Phần cơ khí gồm hệ thống bánh răng: Các bánh rang nối với đầu ra của roto và truyền momen tới đầu ra của hệ thống tiến hành kéo dây cáp để tiến hành phanh xe

28

Hình 3.3: Hệ thống bánh răng của motor

 Bộ điều khiển phanh tay điện tử: Đây là phần chính điều khiển hoạt động của motor, nó nhận tín hiệu đầu vào và xử lí đầu vào theo người điều khiển sau đó xuất tín hiệu đầu ra để kích hoạt motor Thành phần chính trong mạch có IC L298N

Hình 3.4: Bộ chấp hành

Sơ đồ mạch điện của bộ chấp hành:

29

Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện trên proteus

 Công tắc nhấn phanh tay điện tử và auto hold:

Nút phanh tay tự động có ký hiệu chữ P nằm trong vòng tròn Nút thường được bố trí gần cần số hoặc trên bảng taplo xe Trong trường hợp cần thiết như xe leo dốc, người lái

có thể gài phanh thủ công bằng nút này Kéo nút phanh lên để gài phanh Sau khi gài phanh, đèn sẽ bật sáng Để nhả phanh chỉ cần nhấn nút phanh xuống Sau khi nhả phanh, đèn sẽ tắt

30

Hình 3.6: Công tắc phanh tay điện tử và auto hold

 Các công tắc giả lập điều khiển nút P,D,R,…

Hình 3.7: Nút nhấn