Ô tô ngày nay được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại thông dụng. Cho nên các trang thiết bị, các bộ phận trên ô tô ngày càng hoàn thiện và hiện đại hơn nhằm bảo vệ độ tin cậy, an toàn và tiện dụng cho người sử dụng. Hệ thống tín hiệu là một trong những hệ thống quan trọng đảm bảo sự an toàn cho người lái xe và mọi người xung quanh khi tham gia giao thông. Chất lượng của hệ thống tín hiệu phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng, sửa chữa. Muốn làm tốt việc đó thì người kỹ sư ô tô cần phải nắm vững kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống tín hiệu. Điều đó đòi hỏi người kỹ thuật viên, kỹ sư có trình độ hiểu biết, học hỏi sáng tạo để bắt kịp với khoa học trên thế giới, nắm bắt được sự thay đổi về các đặc tính kỹ thuật của từng loại xe, dòng xe, đời xe,.... để có thể chuẩn đoán được những hư hỏng và đưa ra phương án sửa chữa tối ưu. Do đó người kỹ thuật viên cần phải được đào tạo trước đó với một chương trình đào tạo tiên tiến, hiện đại, cung cấp đủ kiến thức lý thuyết cũng như thực hành. Vì vậy nhiệm vụ quan tọng của các trường kỹ thuật là phải đào tạo sinh viên có trình độ và tay nghề cao để đáp ứng nhu cầu công nghiệp ô tô hiện nay.
TÍNH TOÁN KHẢO SÁT KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG
Giới thiệu xe MITSUBISHI GRANDIS
2.1.1.1 Sơ đồ tổng thể của xe:
Hình 2 1 : Sơ đồ tổng thể xe Mitsubishi Grandis
Hình 2 2: Hình ảnh xe Mitsubishi grandis MIVEC 2.4
2.1.1.2 Bảng thông số kỹ thuật:
Bảng 1 Các thông số kỹ thuật của xe MITSUBISHI GRANDIS 2.4 MIVEC
Thông Số Ký Hiệu Giá trị Ðơn Vị
Khối lượng bản thân xe G0 2250 Kg
Trọng lượng không tải Gkt 1630 Kg
Chiều cao lớn nhất Ha 1700 mm
Chiều rộng lớn nhất Ba 1795 mm
Chiều dài lớn nhất La 4765 mm
Chiều dài cơ sở L 2830 mm
Tốc độ lớn nhất Vmax 190 Km/h
Bán kính quay vòng R 5,5 mm
Dung tích thùng nhiên liệu 65 lit
Công suất cực đại 178/6000 Hp/rpm
Mômen xoắn cực đại 23,5/4000 Kg.m/rpm
Bảng 2 Bảng thông số kết cấu xe
Loại động cơ MIVEC 16 VALVE Động cơ xăng 4 kỳ
Cách bố trí cam SOHC
Số lượng van 8 van xả, 8 van nạp Đường kính piston D = 87 [mm]
Công suất cực đại Nemax = 178(kw)/6000(v/p)
Momen cực đại Memax = 23,5(Nm)/4000(v/p)
Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh
Hình 2 3: Sơ đồ hệ thống phanh chính xe Mitsubishi Grandis
1 Đĩa phanh 2 Vòng răng 3 Xilanh chính
4 Bấu trợ lực 5 Công tắc 6,12 Các cảm biến
7 Dòng phanh 1 8 Bộ thuỷ lực + máy tính
9 Đèn báo ABS 10 Đèn báo phanh 11 Dòng phanh 2
Khi phanh, người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần, gây áp lực vào bầu trợ lực chân không giúp tăng lực phanh Hành động này truyền lực qua xi lanh chính, loại xi lanh kép, và dầu phanh trong xilanh được đẩy qua các ống dẫn đến các xilanh công tác, triển khai quá trình phanh hiệu quả Trợ lực chân không đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ người lái tăng cường lực phanh, đảm bảo an toàn và hiệu quả khi dừng xe.
Khi nhả phanh, van chân không mở ra nhờ tác động của các lò xo hồi vị, giúp giảm áp lực dầu trong các đường dẫn động Quá trình này diễn ra đồng thời để đảm bảo phanh được giải phóng một cách chính xác và nhanh chóng, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống phanh ô tô.
ABS đảm bảo được tính ổn định phương hướng và tính năng điều khiển trong quá trình phanh ngặt
Trong quá trình điều khiển ABS, những bánh xe liên quan được kiểm soát bởi tổng cộng 4 van dẫn nạp va 4 van xả ABS đặt trong bộ phận kiểm soát thuỷ lực
Hệ thống kiểm soát ABS hoạt động độc lập cho từng bánh xe, bao gồm các pha tạo áp lực và giảm áp lực để duy trì sự ổn định của phương tiện Quá trình này được thực hiện nhờ sự hỗ trợ của cặp van dẫn nạp và cặp van xả, đảm bảo an toàn tối đa khi phanh.
Bộ phận điều khiển thủy lực của hệ thống gồm có bơm hai pit-tông, hai bộ phận tích áp áp lực thấp, hai van tiết lưu và hai khoang giảm tiếng ồn Hệ thống ABS không hoạt động ở vận tốc dưới 3 dặm/giờ (5 km/giờ), đảm bảo an toàn khi di chuyển chậm Khi có lỗi hư hỏng trong hệ thống ABS, đèn hiển thị sẽ sáng để cảnh báo người lái Việc kiểm tra và bảo trì hệ thống ABS định kỳ giúp tăng hiệu suất hoạt động và an toàn cho xe.
* Phanh hoạt động không có sự kiểm soát của ABS
Khi phanh hoat động không có sư kiểm soát của ABS áp lực phanh được tạo ra qua tổng phanh và được truyền đến bánh xe tương ứng
Lúc này, các van điện tử luôn luôn không họat động, có nghĩa rằng các van nạp thường mở và các van xả thường đóng
Trong tình trạng này hệ thống hoat động như là hệ thống phanh thường không có kiểm soát ABS
Các van 1chiều được lắp đặt song song với các van nạp cho phép giảm áp lực phanh khi bàn đạp được nhả ra
* Hoạt động phanh với ABS
Khi lái xe tác động lên bàn đạp phanh đủ lớn sẽ gây hiện tượng trượt ECU sẽ gởi tín hiệu đến bộ chia dầu ngăn không cho xuất hiện sự trượt.Các kiểu ABS có thể có sự khác nhau đôi chút, nhưng có chung nguyên lý
ECU sẽ xác định bánh xe bị khoá cứng hoặc trượt dựa trên tốc độ quay và mức độ quay của từng bánh xe Quyết định này còn xem xét mức độ giảm tốc của các bánh xe khác để đảm bảo chẩn đoán chính xác Nhờ đó, hệ thống tự động điều chỉnh để duy trì an toàn và kiểm soát tối ưu của phương tiện.
ECU sẽ gửi tín hiệu đến cảm biến trong khối thủy lực để điều khiển van nạp cho mạch dầu của bánh xe bị trượt Nhờ đó, mạch dầu này sẽ hoàn toàn bị cô lập khỏi áp suất dầu từ hệ thống phanh tổng, giúp cải thiện hiệu quả kiểm soát lực phanh và an toàn khi lái xe.
Trong pha giữ áp lực van nạp được kích hoat bởi mô đun ABS
Cổng áp lực được đóng ngăn chặn việc tăng thêm áp lực mạch dầu bánh xe
Khi bánh xe có xu hướng bó cứng, hệ thống phanh giảm áp lực để đảm bảo an toàn và kiểm soát Khi áp lực phanh giảm, van xả mở ra, cho phép dầu phanh thoát ra khỏi mạch, tạo điều kiện cho hệ thống hoạt động linh hoạt hơn Quá trình này giúp duy trì kiểm soát tốt khi phanh gấp, với dầu phanh quay về mạch hồi và áp lực được xả vào bơm ABS cùng pittông của bộ tích áp áp lực thấp, nhờ đó hệ thống phanh hoạt động hiệu quả hơn, đảm bảo an toàn tối đa cho người lái.
Trong quá trình mở mô bơm nhằm giảm nhanh áp lực dầu phanh, áp suất dầu giảm làm bánh xe tiếp tục quay Lúc này, ECU không điều khiển bộ chia dầu trong khối thủy lực, khiến các van nạp và xả trở về trạng thái ban đầu: van nạp thường mở, van xả thường đóng Do đó, dầu phanh tiếp tục được đưa đến các bánh xe để duy trì hoạt động phanh hiệu quả.
Quá trình này được lập đi lập lại nhiều lần cho đến khi các bánh xe không còn bị trượt Chu kỳ hoạt động của các van nạp và xả có thể thay đổi theo độ bám của bánh xe Đối với mặt đường khô ráo các van chỉ hoạt động 1 hoặc 2lần/giây Tuy nhiên , đối với mặt đường đóng băng, trơn trượt chu kỳ có thể lên đến 12lần/giây
Tốc độ bánh xe tăng trở lại và và mô-đun ABS lệnh cho van nạp tương ứng tăng áp lực
Van nạp mở ra sự kết nối giữa xylanh bánh và tổng phanh xylanh bơm dầu.
Kết cáu các bộ phận chính trong hệ thống phanh
Cơ cấu phanh là bộ phận chính tạo ra lực cản và hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát Khi phanh, năng lượng động học của ôtô được chuyển đổi thành nhiệt năng qua cơ cấu phanh Sau đó, nhiệt năng này được tiêu tán ra môi trường bên ngoài, giúp xe giảm tốc an toàn và hiệu quả.
Kết cấu gồm hai phần chính : Các phần tử ma sát và cơ cấu ép
Phần tử ma sát của cơ cấu phanh trước và sau trên xe Mitsubishi Grandis đều là dạng đĩa
Cơ cấu ép : Ép bằng xylanh thủy lực
Phanh đĩa loại má kẹp tuỳ động
Má kẹp làm tách rời với xy lanh bánh xe
Kết cấu này giúp cải thiện điều kiện làm mát, giảm nhiệt độ làm việc của bộ phận phanh, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động Tuy nhiên, thiết kế như vậy có nhược điểm là độ cứng vững không cao, cần xem xét để đảm bảo tính ổn định và an toàn trong quá trình sử dụng.
Khi các chốt dẫn hướng bị mòn biến dạng , mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều ,hiệu quả phanh giảm và gây rung động
Thông số kỹ thuật và kết cấu :
Kích thước của đĩa phanh Đường kính ngoài * chiều dày : 241 * 26 [mm]
Bề dày má phanh : 10 [mm] Đường kính xilanh lực : 60,3 [mm] Điều chỉnh khe hở tự động
Hình 2 4: Cơ cấu phanh trước
1 Má Kẹp 2 Piston 3 chốt dẫn hướng
Khi phanh : Người lái đạp bàn đạp, dầu được đẩy từ xylanh chính đến bộ trợ lực, một phần trực tiếp đi đến xylanh an toàn và đến các xylanh bánh xe để tạo lực phanh, một phần theo ống dẫn đến đẩy piston mở van không khí cho khí quyển vào buồng bên trái của bộ trợ lực, tạo độ chênh áp giữa hai khoang trong bộ trợ lực Chính sự chênh áp đó nó sẽ đẩy màng tác dụng lên piston trong
Xylanh thủy lực hỗ trợ lực đạp của người lái bằng cách tạo ra lực trợ lực, giúp giảm sức kéo cần thiết để vận hành xe Lực từ bàn đạp kết hợp với lực trợ lực sẽ tác dụng lên piston thủy lực, đẩy dầu qua hệ thống ống dẫn an toàn tới các xilanh bánh xe trước và sau Dầu có áp lực cao tác dụng lên piston trong xilanh bánh xe qua chốt đẩy, điều chỉnh lực phanh phù hợp Đối với hệ thống phanh tang trống phía sau, dầu cao áp giúp ép má phanh vào đĩa phanh, trong khi hệ thống phanh đĩa phía trước hoạt động theo nguyên lý tương tự để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu.
Bộ đàn hồi của vòng làm kín và độ đảo chiều trục của đĩa giúp tự động điều chỉnh khe hở khi nhả phanh, giữ các má phanh cách mặt đĩa một khoảng nhỏ Đĩa phanh được chế tạo bằng gang, gồm đĩa đặc có chiều dày từ 10 mm và đĩa xẻ rãnh thông gió có chiều dày từ 16 đến 25 mm, đảm bảo hiệu quả làm mát và ổn định hoạt động.
Má kẹp : Đựơc đúc bằng gang rèn
Xylanh thủy lực được đúc bằng hợp kim nhôm, với bề mặt làm việc được mạ crôm nhằm tăng khả năng chống mòn và giảm ma sát Khi chế tạo xylanh bằng hợp kim nhôm, cần giảm nhiệt độ đốt nóng của dầu phanh, và một trong những biện pháp hiệu quả là giảm diện tích tiếp xúc giữa piston và guốc phanh hoặc sử dụng piston làm bằng vật liệu phi kim để kiểm soát nhiệt độ tối ưu.
Các thân má phanh được chế tạo bằng thép lá chắc chắn, chịu lực tốt để đảm bảo hoạt động an toàn Tấm ma sát của má phanh loại đĩa quay hở thường có diện tích ma sát chiếm khoảng 12-16% diện tích bề mặt đĩa, giúp tăng khả năng truyền lực và kiểm soát phanh hiệu quả Điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc làm mát đĩa phanh, giảm nguy cơ quá nhiệt và đảm bảo độ bền lâu dài của hệ thống phanh.
Cơ cấu ép : Ép bằng xylanh thủy lực (xylanh bánh xe)
Cơ cấu ép bằng xy lanh thủy lực, còn gọi là xy lanh con hoặc xy lanh bánh xe, có kết cấu đơn giản và dễ bố trí Thân xy lanh được chế tạo từ gang xám, với bề mặt làm việc được mài bóng để đảm bảo độ chính xác và hoạt động trơn tru Piston của xy lanh làm bằng hợp kim nhôm giúp tăng độ bền và giảm chiều dài hành trình, tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống thủy lực.
Xylanh bánh xe : Đường kính xylanh : 60,3 [mm]
Cơ cấu phanh sau tương tự cơ cấu phanh trước
Thông số kỹ thuật và kết cấu :
Kích thước của đĩa phanh
43 Đường kính ngoài * chiều dày : 258 * 10 [mm]
Bề dày má phanh : 10 [mm] Đường kính xilanh lực : 38,1 [mm] Điều chỉnh khe hở tự động
Hình 2 5.Cơ cấu phanh sau
1 Má Kẹp 2 Piston 3 chốt dẫn hướng
Hệ thống dẫn động thủy lực gồm có cụm xy lanh chính kép, bộ chia phân phối dầu và các đường ống dẫn dầu riêng biệt, đảm bảo cung cấp lực chính xác đến các xy lanh bánh xe trước và bánh xe sau.
Xylanh chính dùng trên xe MITSUBISHI GRANDIS là loại xylanh chính kép
Công dụng :Xylanh chính là bộ phận quan trọng nhất và không thể thiếu trong dẫn động thủy lực
Nhiệm vụ : Tạo áp suất làm việc hay áp suất điều khiển cần thiết và đảm bảo lượng dầu cung cấp cho toàn bộ hay một phần của hệ thống
Thông số kĩ thuật của xylanh chính : Ðường kính xylanh chính : dc = 23,8 [mm]
Xylanh chính được đúc bằng gang, bề mặt làm việc được mài bóng
Piston xylanh chính được làm bằng hợp kim nhôm
Hình 2 6 :Xy lanh chính trên xe
Khi phanh, người lái đạp bàn đạp phanh, dưới tác dụng của cần đẩy, đẩy piston với cup ben di chuyển vào phía trong che kín lổ thông làm dầu trong xylanh chính sinh ra một áp suất đẩy dầu đi theo đường ống dẫn tới xylanh của bộ trợ lực
Khi nhả phanh, các chi tiết trở về vị trí ban đầu dưới tác dụng của các lò xo hồi vị
Nếu khi nhả phanh đột ngột, do piston lùi lại rất nhanh thì phía trước piston sinh ra độ chân không, do dầu từ dòng dẫn động không kịp điền đầy, dưới tác dụng của độ chân không, dầu từ khoang trống sau piston đi qua các lổ nhỏ ở đáy piston và uốn cong mép cao su vào khoang trống phía trước piston điền đầy khoảng trống đó và loại trừ không khí lọt vào hệ thống phanh
1 Ðầu bít thân xylanh; 2 Miếng đệm mặt bích; 3 Xylanh
4 Lò xo; 5 Piston; 6 Vít xả khí; 7 Vít đóng đường dầu
A - Ðường dầu nối với các xylanh bánh xe B - Ðường dầu vào từ bộ trợ lực
Bộ chia của cơ cấu dẫn động phanh là một bộ phận dùng để phân dẫn động ra hai dòng độc lập, nhằm tăng tính an toàn trong trường hợp các phần tử của bánh xe trước hoặc bánh xe sau bị hư hỏng, tức là để ngắt (cắt) dòng khi bộ phận của cơ cấu dẫn động của dòng đó bị hư hỏng
Thông số kỹ thuật và kết cấu của xylanh an toàn : Ðường kính * Hành trình piston : 26*21 [mm]
Dầu từ bộ trợ lực vào bộ chia theo cửa B Trong bộ chia có hai dòng dẫn động dầu riêng biệt đến hệ thống phanh trước và sau Khi một trong hai dòng dẫn động có sự cố thì áp suất dầu trong bộ chia sẽ thắng lực lò xo 4 đẩy piston 5 đến đóng dòng dẫn đó lại nhưng vẫn cung cấp dầu đến dòng dẫn động còn lại Thể tích công tác của một bộ chia phải lớn hơn thể tích dẫn động của các xylanh con trong một đường dẫn động phanh
2.3.2.2 Bộ phận trợ lực chân không
Các thông số kỹ thuật và kết cấu của bơm :
Thể tích công tác : 110 [cm 3 /vòng]
Số vòng quay lớn nhất cho phép : 7200 [vòng/phút] Áp suất dầu : 4,5 [kg/cm 2 ] = 44.129925 [N/cm 2 ]
Phần quay với 4 cánh chuyển động
Bơm chân không được nối phía sau trục máy phát điện của ôtô và được dẫn động thông qua máy phát điện
Bơm chân không được nối phía sau trục máy phát điện của ôtô và được dẫn động thông qua máy phát điện
Bơm gồm có hai phần : Phần quay (roto) 6 đặt lệch tâm trong phần vỏ cố định 7 (stato)
1 - Ốc hãm 2 -Chốt thẳng 3 - Tấm chặn sau 4 - Vòng đệm 5 - Cánh bơm
6 - Phần quay (roto) 7 - Vỏ bơm (stato) 8 - Vòng chặn dầu
9 - Cụm nối với van kiểm tra 10 - Ống dẫn 11 - Trục dẫn động
A - Lỗ dầu vào bôi trơn
B - Cửa hút khí từ bầu chứa chân không
C - Cửa xả khí và dầu
Khi máy phát điện hoạt động, roto của bơm quay nhờ trục dẫn động, tạo ra chu trình hút và thải khí liên tục Các cánh bơm, nhờ lực ly tâm, vừa quay vừa tịnh tiến trong rãnh của roto, tỳ sát vào mặt trong của vỏ bơm để đảm bảo hiệu quả hoạt động Quá trình hút khí từ bình chứa chân không qua cửa hút B diễn ra khi roto và stato lệch tâm, giúp thể tích khí giảm dần và áp suất tăng lên Khi cánh bơm tiếp xúc với cửa thải C, khí được thải ra ngoài, hoàn thành chu trình hút và thải trong mỗi vòng quay của roto Đây là quá trình hoạt động liên tục giúp máy phát điện vận hành hiệu quả.
* Van hạn chế: Áp lực để mở van : 35 [mmHg]
1 - Lò xo 2 - Thân van 3 - Nắp van 4 - Vòng khóa
A - Ðến bơm chân không B - Từ bình chứa chân không đến
Sơ đồ của hệ thống ABS trên xe MITSUBISHI GRANDIS
Đường dầu phanh Đường cảm biến
Hình 2 11 Sơ đồ hệ thống ABS trên xe Mitsubishi Grandis
1 Cụm thuỷ lực+máy tính 2 Đường dầu từ xi lanh chính đến
3 Đèn báo ABS 4 Đĩa phanh 5 Má kẹp
6 Đèn báo dừng 7 Cảm biến tốc độ bánh xe
Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh ABS trên xe MITSUBISHI GRANDIS
2.5.1 Xác định mômen yêu cầu
Mômen phanh cần được xác định dựa trên điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh tối đa, tức là sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh tối ưu Để đạt được điều này, lực phanh sinh ra phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe, đảm bảo sự cân bằng và hiệu quả trong quá trình phanh.
Hình 2 12: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh
Momen phanh ở cơ cấu phanh trước :
Mômen của cơ cấu phanh sau :
Mp1 - Mômen ở cơ cấu phanh trước
Pp1 - Lực phanh tác dụng lên cơ cấu phanh trước
Mp2 - Mômen ở cơ cấu phanh sau
Pp2 - Lực phanh tác dụng lên cơ cấu phanh sau
Z1 - Phản lực của mặt đường tác dụng cầu trước - Hệ số bám giữa lốp với mặt đường khi phanh
Trọng lượng toàn bộ của xe : Ga = 2250 [kg] = 22500 [N] Phân bố cầu trước : G1 = 950 [kg] = 9500 [N]
Phân bố cầu sau : G2 = 1300 [kg] = 13000 [N]
Chiều dài cơ sở của xe là 2830 mm, đảm bảo sự ổn định và vận hành an toàn Bán kính làm việc của bánh xe (rbx) là 215 mm, phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế theo tài liệu tham khảo [2] Toạ độ trọng tâm của xe được xác định với các thông số a, b và h g; theo nguồn [1], ta có a = 0, giúp tối ưu hóa trọng lực và cân bằng xe trong quá trình vận hành.
13000 a = 1635 [mm] b = L0 - a b = 2830 - 1635 b = 1195 [mm] hg - Ðược xác định sơ bộ theo các kích thước S1(vết bánh xe của trục trước) hg = (0.7- 0.8) S1 với S1 70 [mm] hg = ( 1029 1176) [mm]
2.5.1.1 Ðối với cơ cấu phanh trước
Mô men phanh của mỗi bánh xe cầu trước Mp1 :
Thay giá trị vào các công thức (2.2) ta được :
2.5.1.2 Ðối với cơ cấu phanh sau :
Mô men phanh của mỗi bánh xe cầu sau Mp2 :
Thay các giá trị trên vào công thức (2 4) ta được :
Thay giá trị hệ số bám giữa lốp và mặt đường (0,1-0,8) vào các công thức (2.6) và (2.7), ta xác định được quan hệ mô men phanh lý thuyết giữa cầu trước và cầu sau của xe Mitsubishi Grandis Kết quả này được trình bày trong bảng 4 và thể hiện rõ trên đồ thị đặc tính phanh của xe, như minh họa trong hình 2.13 Đáp ứng các yêu cầu về tối ưu hóa hệ số bám nhằm nâng cao hiệu quả phanh và an toàn khi vận hành xe Mitsubishi Grandis.
Bảng 4 Quan hệ mômen phanh giữa cầu trước và cầu sau
Qua bảng trên ta thấy :
Hệ số bám của bánh xe với đường tỷ lệ thuận với mômen phanh sinh ra ở các cầu
Với hệ số bám