Mô phỏng hệ thống phanh dầu sử dụng trợ lực chân không

Do đó hệ thống phanh trên ô tô đã thu hút được nhiều sự chú ý nghiên cứu cải tiến nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc

1.1 Tầm quan trọng của việc nghiên cứu, tối ưu hệ thống phanh 4

1.2 ứng dụng của mô phỏng để nghiên cứu các hệ động lực 4

1.3 Tình hì nh nghiên cứu ở trong nước 6

1.4 Giới hạn của đề tài 6

Chương 2: Đặc điểm kết cấu của hệ thống dẫn động thuỷ lực 7

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh 7

2.2 Các phần tử chính trong hệ dẫn động phanh dầu 8

2.2.1 Tổng phanh 8

2.2.1.1 Tổng phanh dẫn động 1 dòng 8

2.2.1.2 Tổng phanh dẫn động 2 dòng 9

2.2.2 Trợ lực 10

2.2.3 Điều hoà lực phanh 12

2.2.3.1 Van hạn chế áp suất 12

2.2.3.2 Bộ điều hoà theo tải kiểu pit tông - vi sai 13

2.2.4 Cơ cấu phanh 16

2.2.4.1 Phanh guốc 16

2.2.4.2 Phanh đĩa 17

2.3 Phân tích kết cấu các loại bộ trợ lực chân không 18

2.3.1 Bộ trợ lực chân không 1 xi lanh của xe AKDA FAVORIT 18

2.3.2 Bộ trợ lực chân không hai xi lanh của xe Range Rover 20

2.3.3 Kết luận chung 21

Chương 3: Mô phỏng các phần tử cơ bản của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực 23

1 Phân tích các phần tử của dẫn động phanh dầu 23

1.1 Dẫn động phanh một dòng 23

1.2 Dẫn động phanh hai dòng 24

2 Mô phỏng các cụm cơ bản của hệ dẫn động thuỷ lực 26

2.1 Mô phỏng đường ống dẫn dầu 26

2.2 Mô phỏng chia nhánh chữ T trên đường ống 29

2.3 Mô phỏng tổn hao do tiết lưu 30

2.4 Mô phỏng tổn hao khi chảy qua van một chiều 32

2.5 Mô phỏng cụm pít tông - Lò xo tổng phanh 36

2.51 Tổng phanh một dòng 36

2.5.2 Tổng phanh 2 dòng 40

2.6 Mô phỏng cơ cấu phanh 45

Chương IV: Mô phỏng hoạt động của bộ trợ lực

chân không 50

1 Mô tả nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực chân không 50

2 Mô phỏng hoạt động của bộ trợ lực chân không 52

2.1 Chọn hệ toạ độ sử dụng cho mô phỏng 53

2.1.1 Cần đẩy 53

2.1.2 Vỏ van 53

2.1.3 Thanh đẩy pớt tụng 54

2.1.4 Cỏc chuyển động tương đối 54

2.2 Mô phỏng chuyển động của cần đẩy 55

2.2.1 Cỏc lực tỏc dụng lờn cần đẩy 55

2.2.2 Phương trỡnh chuyển động của cần đẩy 57

2.3 Mô phỏng chuyển động của vỏ van 57

2 3.1 Cỏc lực tỏc động lờn vỏ van 57

2.3.2 Phương trỡnh chuyển động của Vỏ van 58

2.4 Mô phỏng chuyển động của thanh đẩy bít tông 59

2.4.1 Lực tỏc dụng lờn thanh đẩy 59

2.4.2 Phương trỡnh chuyển động của thanh đẩy pớt tụng 59

2.5 Mô phỏng biến đổi áp xuất trong các khoang 60

2.5.1 Biến đổi áp xuất trong khoang không khí 62

2.5.2 Biến đổi áp xuất trong khoang chân không 64

3 ứng dụng SIMULINK trong mô phỏng hoạt động của bộ trợ lực 66

3.1 Mô p hỏng cụm cần đẩy 66

3.2 Mô phỏng cụm vỏ van 67

3.3 Mô phỏng chuyển động của thanh đẩy pít tông 68

3.4 Mô phỏng biến đổi áp suất 68

khớ 68

3.5 Mô phỏng bộ trợ lực 71

Chương V: Ứng dụng mô phỏng trên xe cụ thể và kếtquả nghiên cứu 73

1 Hệ thống dẫn động phanh xe YA3 31602 (dẫn động 2 dòng) 73

2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống dẫn động xe YA3 31602 73

3 Thông số dẫn động xe YA3 31602 74

4 Kết quả mô phỏng bộ trợ lực chân không 81

5 Kết quả mô phỏng đẫn động xe YA3 3610 dẫn động 2 dòng 81

6 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở 83

Chương VI: Kết luận 85

1 Tóm tắt các kết quả thu được từ đề tài 85

2 Hướng phát triển đề tài 85

MỞ ĐẦU

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay có tốc độ tăng trưởng vượt bậc, ô tô hiện đang trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Hiện nay ở Việt nam ngành công nghiệp sản xuất ô tô đang được phát triển mạnh Vấn đề tăng tỷ lệ nội địa hoá trong sản xuất là mục tiêu quan trọng và là hướng phát triển tất yếu của ngành ô tô Việt Nam trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Chính vì vậy, việc nghiên cứu sâu hơn

để hiểu rõ các quá trình xảy ra bên trong các hệ thống để can thiệp sâu hơn vào các quá trình đó nhằm đạt được những kết quả tối ưu đã và đang đặt ra cho ngành sản xuất ô tô Để rút ngắn thời gian cũng như tiền của trong việc nghiên cứu chúng ta chỉ có thể sử dụng phép đo bằng thực nghiệm, tính toán

và mô phỏng trên máy tính đã đem lại kết quả nhanh chóng và khá chính xác

Ô tô ngày nay được chế tạo với xu hướng có tốc độ ngày càng cao Theo thống kê cuả các nước thì tai nạn giao thông đường bộ có 10 đến 15% tai nạn

do nguyên nhân hư hỏng máy móc, chục trặc về kỹ thuật; trong đó có 52 đến 74% do nguyên nhân phanh chân và 4,9 đến 16,1% do phanh tay Do đó hệ thống phanh trên ô tô đã thu hút được nhiều sự chú ý nghiên cứu cải tiến nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô đặt ra hết sức cấp thiết hàng đầu

Xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết trên, tôi đã chọn đề tài "Mô phỏng

hệ dẫn động phanh dầu sử dụng trợ lực chân không"

Đề tài gồm 6 phần:

• Chương 1: Tổng quan

• Chương 2: Đặc điểm của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực

• Chương 3: Mô phỏng cácphần tử cơ bản của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực

• Chương 4: Mô phỏng hoạt động của bộ trợ lực chân không

• Chương 5: ứng dụng mô phỏng trên xe thực tế và kết quả nghiên cứu

• Chương 6: Kết luận

Trong quá trình thực hiện đề tài tài, với trình độ và thời gian hạn chế, chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, vậy tôi rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, giúp đỡ của các Thày Cô giáo trong Hội đồng và các bạn đồng nghiệp để tiếp tục hoàn đề tài này Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn PGS-TS Trần Văn Nghĩa đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt đề tài này

Ngày 10 tháng 11 năm 2005

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tầm quan trọng của việc nghiên cứu, tối ưu hệ thống phanh Ngày nay do mật độ ô tô trên đường lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết hàng đầu phải quan tâm

Theo thống kê cuả các nước thì tai nạn giao thông đường bộ có 10 đến 15% do nguyên nhân hư hỏng máy móc, chục trặc về kỹ thuật

Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các cụm của ô tô gây nên được thống kê như sau:

Ngày nay, cùng với sự phát triển của tin học - Máy tính, mô phỏng hệ thống là một trong những công cụ được sử dụng rộng rãi nhất trong xã hội hiện đaị: từ những công việc như dự báo thời tiết đến các phân tích trong các lĩnh vực kinh tế, từ kỹ thuật người máy đến hoạt hình vi tính Mô phỏng trong máy tính là việc giải quyết bằng phương pháp số các hệ phương trình vi phân mô tả mô hình nghiên cứu

ánh sáng: 2,387%

Bánhxe: 2,510%

Các hư hỏng khác: 2,182%

Trong thực tế chúng ta có thể xử dụng nhiều phần mềm khác nhau để tiến hành mô phỏng trên máy tính các hệ thống động lực, tuy nhiên tất cả các công việc mô phỏng trên máy tính đều bao hàm những công việc sau:

a Xây dựng mô hình toán học

Thực chất của việc xây dựng mô hình toán học còn là xây dựng các phương trình vi phân mô tả hệ thống và quy luật chung về vật lý

b Xác định giá trị các thông số của mô hình

Các thông số của mô hình liên quan tới các giá trị mà thông thường không

bị thay đổi trong qua trình mô phỏng Các thông số cơ bản của các hệ cơ khí là khối lượng và độ cứng của lò xo Trong thực tế các thông số của mô hình có thể thay đổi theo thời gian, nhưng chúng thay đổi với tốc độ chậm hơn nhiều so với các biến động lực được tính toán trong quá trình mô phỏng

c Xác định các điều kiện đầu

Khi giải phương trình bằng phương pháp giải tích chúng ta đã biết được ý nghĩa quan trọng của điều kiện đầu Trong mô phỏng việc xác định điều kiện đầu vẫn giữ nguyên tính chất quan trọng như vậy

d Tín hiệu đầu vào

Thông thường các hệ thống phản ứng với 1 hoặc nhiều tín hiệu đầu vào, việc mô phỏng cũng cần những yêu cầu như vậy

e Xác định kết quả sẽ xuất ra

Mô phỏng thường không chỉ định các kết quả xuất ra Kết quả xuất ra thường là các quá trình phụ thuộc vào thời gian của các biến vật lý của hệ thống

f Xác định các thông số điều khiển quá trình mô phỏng

Các th ông số điều khiển quá trình mô phỏng là các giá trị và các tuỳ chọn Các giá trị này sẽ chỉ ra cách thức thực hiện các phương pháp số trong quá

trình mô phỏng Thông thường đó là bức thời gian, khoảng tích phân, sai số cho phép và việc lựa chọn thuật toán tích phân

1.3 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

ở nước ta trước kia việc kiểm tra hệ thống phanh còn mang tính chất thô thiển, tuỳ tiện, dựa trên sự quan sát bằng mắt, không dựa trên một tiêu chuẩn nào và chưa dùng thiết bị nào cả Ngày nay tại các trạm đăng kiểm phương tiện cơ giới đường bộ đã có các thiết bị hiện đại kể cả các thiết bị để kiểm tra

hệ thống phanh Tuy nhiên các thiết bị kiểm tra phanh hiện có ở Việt Nam còn hạn chế ở dạng bệ thử với tốc độ thấp, còn các thiết bị kiểm tra phanh định kỳ

ở trên đường vẫn chưa có, các thiết bị để nghiên cứu về phanh ô tô lại càng hiếm nữa

1.4 Giới hạn của đề tài

Do giới hạn về thời gian và thiếu các yếu tố khác như: tài liệu tham khảo, các thông số, điều kiện tiến hành thực nghiệm Vì vậy đề tài chỉ tiến hành mô phỏng hệ thống dẫn động phanh dầu sử dụng trợ lực chân không được sử dụng phổ biến trên xe con và xe tải hạng nhẹ với các thành phần tiêu biểu Kết quả được áp dụng mô phỏng hệ thống dẫn động phanh xe YA3 31602 và xác định ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến chất lượng dẫn động

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG DẪN

ĐỘNG THUỶ LỰC

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh

Chức năng của hệ thống phanh là giảm tốc độ chuyển động của ô tô tới tốc độ chuyển động nào đó, dừng hẳn hoặc giữ xe ở vị trí nhất định Quá trình phanh ô tô được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên (tang trống với má phanh hoặc đĩa phanh với má phanh) Như vậy động năng chuyển động của ô tô biến thành nhiệt năng, nhiệt năng sẽ được truyền ra môi trường xung quanh

Trên xe thường được bố trí phanh chân và phanh tay Phanh chân dùng

để chủ động giảm tốc độ của xe, còn phanh tay để giữ xe ở vị trí nhất định Sơ

đồ hệ thống phanh thủy lực trình bày ở hình (2.1)

Hình 2.1 Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực

Cơ cấu phanh làm việc tuỳ thuộc vào hệ thống điều khiển Toàn bộ các bộ phận từ bàn đạp phanh tới cơ cấu phanh được gọi là dẫn động phanh ở trạng thái không phanh, các cơ cấu phanh không tạo nên ma sát, các bánh xe được quay trơn khi phanh, các cơ cấu ma sát làm việc, động năng được tiêu hao làm giảm tốc độ chuyển động cuả ô tô Với hệ thống phanh thuỷ lực, bàn đạp phanh và bộ trợ lực phanh tạo nên áp xuất chất lỏng trong xi lanh chính và

chuyển đến các xi lanh công tác đặt tại cơ cấu phanh điều khiển sự làm việc của cơ cấu phanh Để nâng cao chất lượng phanh trên ô tô có thể bố trí bộ điều chỉnh lực phanh

Đa số các xe con ngày nay dùng cơ cấu phanh đặt tại bánh xe sau làm cơ cấu cho phanh tay Cơ cấu điều khiển đặt trong buồng lái và nối với cơ cấu phanh bằng hệ thống đòn, cáp

2.2 Các phần tử chính trong hệ dẫn động phanh dầu

ra dầu bắt đầu tiết lưu vào đường ống Khi tất cả các má phanh đã áp sát vào tang trống thì áp xuất dầu trong hệ thống phanh bắt đầu tăng cho đến khi thôi tăng lực tác dụng vào bàn đạp phanh, dưới tác dụng của áp suất cao trong đường ống, dầu được hồi về xi lanh chính đồng thời lò xo kéo cần bàn đạp và thanh đẩy về vị trí ban đầu Nếu tốc độ hồi pít tông nhanh hơn tốc độ dầu về xi lanh thì gây nên một áp suất chân không trong khoang trước pít tông Khi đó

dầu ở bình chứa sẽ bù vào lượng hụt này áp suất trong đường ống giảm đến một mức nào đó thì lò xo van hồi dầu đẩy van đóng lại, giữ trong đường ống một áp suất dư

b Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Kết cấu đơn giản gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ bảo dưỡng

• Nhược điểm: Tổng phanh dẫn động một dòng tuy kết cấu đơn giản nhưng nếu 1 đường ống trong hệ thống hỏng thì toàn bộ hệ thống bị mất

Khi đạp phanh, pít tông chính gắn liền với đũa đẩy bị đẩy sang trái, áp suất trong khoang I bắt đầu tăng lên và dầu được đẩy qua cửa 1 đến xi lanh

cô ng tác Đồng thời thông qua lò xo ép và do áp suất khoang I tăng, đẩy pít tông phụ sang trái, dầu trong khoang II bắt đầu bị ép và tạo áp xuất, dầu bị đẩy đến xi lanh công tác qua cửa 2 Khi tất cả các má phanh áp sát vào tang

trống phanh, đĩa phanh, thì áp suất trong hệ thống tăng cho đến khi người lái thôi tăng lực tác dụng vào bàn đạp

Khi người lái thả bàn đạp phanh, ngay lập tức các lò xo hồi vị đẩy các pít tông về vị trí ban đầu, áp suất trong các khoang I và II giảm nên dầu từ đường ống hồi về, áp suất trong hệ thống giảm, các lò xo hồi vị của các guốc phanh kéo các guốc phanh, ép các pít tông công tác trở về vị trí ban đầu

b Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Dẫn động phanh hai dòng có ưu điểm là dẫn động theo hai dòng độc lập nên khi một trong hai dòng bị hỏng thì hệ thống phanh vẫn còn khả năng hoạt động Tuy nhiên hiệu quả phanh sẽ kém đi rất nhiều và có hiện tượng mất hành trình

• Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khó sửa chữa bảo dưỡng hơn loại tổng phanh 1 dòng

2.2.2 Trợ lực

Trong dẫn động phanh thường có 3 loại trợ lực: trợ lực khí nén, trợ lực chân không và trợ lực chân không kết hợp thuỷ lực ở đây ta chỉ xét trợ lực chân không

Hình 2.4 Sơ đồ bộ trợ lực chân không

a Nguyên lý hoạt động

Khi không phanh buồng chân không I và buồng II thông với nhau (Buồng

II chưa thông với khí trời) có áp xuất bằng nhau và bằng áp suất chân không, không có lực tác dụng lên cần đẩy

Hình 2.5 Trợ lực chân không - Pha giữ

Khi phanh dưới tác dụng của lực bàn đạp cần đẩy dịch chuyển sang trái tác dụng lên thanh đẩy pít tông xi lanh tổng phanh, đồng thời van buồng II thông với khí trời mở ra, còn van thông giữa 2 buồng I, II đống lại Khi đó áp suất của buồng II bằng áp suất khí trời, còn áp suất buồng chân không bằng

áp suất đường ống nạp Do đó giữa 2 buồng có sự chênh áp suất (0,5 kG/cm 2 )

Do sự chênh lệch áp suất này mà cần đẩy được tác dụng một lực cùng chiều với lực đạp của người lái

Hình 2.6 Trợ lực chân không - Pha đạp

b Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Tận dụng được độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp khi động cơ làm việc mà không ảnh hưởng đến công suất của động cơ, vẫn đảm bảo được tải trọng chuyên chở và tốc độ khi ô tô chuyển động Ngược lại, khi phanh có tác dụng làm cho công suất của động cơ có giảm vì hệ số nạp giảm, tốc độ của ô tô lúc đó sẽ chậm lại một ít làm cho hiệu quả phanh cao So với phương án dùng trợ lực khí nén, thì kết cấu bộ trợ lực chân không đơn giản hơn nhiều, kích thước ngọn nhẹ, dễ chế tạo, giá thành rẻ, dễ bố trí trên xe

• Nhược điểm: Độ chân không khi thiết kế lấy là 0,5 kG/cm 2 , áp suất khí trời là 1 kG/cm 2 , do đó độ chênh áp giữa 2 buồng của bộ cường hoá không được lớn Muốn có lực cường hoá lớn, thì phải tăng tiết diện của màng, do đó kích thước của bộ cường hoá sẽ tăng lên Phương án này chỉ thích hợp với phanh dầu loại xe du lịch và xe tải, hành khách có tải trọng nhỏ và trung bình

Oab: đường

tải Ocd: đường điều chỉnh khi xe khụng tải

Hỡnh 2.7b Đồ thị đặc tớnh điều chỉnh

2.2.3.2 Bộ điều hoà theo tải kiểu pit tụng - vi sai

Thõn van được gắn trờn giỏ xe cú lũ xo cảm biến tỡ vào một đầu của tụng Tuỳ theo mức tải trọng của xe mà lực tỏc dụng lờn pit tụng nhiều hay ớt khi chưa hoạt động , lũ xo đẩy pit tụng lờn trờn và khụng tiếp xỳc với phớt nờn đường dầu thụng từ xi lanh chớnh ra xi lanh bỏnh sau, lỳc này p1 = p2 Khi ỏp suất dầu tăng cao, lực do ỏp suất dầu tỏc dụng lờn pit-tụng sẽ cõn bằng p1, p2 :

pit-ỏp suất dầu ở xi lanh chớnh và xi lanh bỏnh sau bằng với lực đẩy lờn => pit tụng tiếp xỳc với phớt ngăn khụng cho dầu ra bỏnh sau -> p2 được hạn chế Sau đú, nếu tiếp tục đạp phanh, ỏp suất dầu vào p1 tăng làm sự cõn bằng trờn

bị phỏ vỡ => pit tụng mở ra -> p2 tăng lờn cho đến khi đạt được sự cõn bằng mới Do lực tỏc dụng từ lũ xo cảm biến tải, phụ thuộc vào tải trọng nờn ỏp suất p2 cũng thay đổi theo tải trọng xe

Hỡnh 2.7a Van hạn chế ỏp suất ra cỏc bỏnh xe cầu sau

d c

p2

b a

Đường đặc tính lý tưởng

Đường đặc tính thực tế

Oab: đường điều chỉnh khi xe đầy tải Ocd: đường điều chỉnh khi xe khụng tải

Hỡnh 2.8 Đồ thị đặc tớnh điều chỉnh bộ điều hoà kiểu pớt tụng - vi sai

d c

p2

b a

Đường đặc tính lý tưởng

Đường đặc tính thực tế

2.2.3.3 Van hạn chế áp suất kiểu quán tính

Được gắn trên khung xe, đầu hơi nghiêng lên phía trên một góc khoảng 10 đến 13 độ

Trường hợp xe không tải: khi đạp phanh lúc gia tốc của xe đạt đến một giá trị nhất định thì bi lăn về phía trước, chạm vào phớt bi, bịt đường dầu thông giữa khoang I và II Vì vậy, p1 tăng, p2 cố định ( ứng với đoạn ab trên đồ thị ) Khi sự chênh lệch áp suất p1, p2 đạt đến một giá trị nhất định thì van nhánh

mở làm cho p2 tăng ( ứng với đoạn bx )

Trường hợp xe có tải : khi đạp phanh, do lực quán tính của xe lớn hơn so với khi không tải nên áp suất p1 cũng lớn hơn vì thời gian đạt đến sự giảm tốc định trước dài hơn Khi sự giảm tốc của xe đạt đến giá trị nhất định, bi lăn về phía trước bịt đường dầu giữa khoang I và II, p1 tăng trong khi cửa khoang I,

II bịt kín nên pit-tông A, B bị đẩy về phía trước làm tăng (đoạn de) Sau khi A,

B trở về vị trí ban đầu thì p2 không tăng trong khi p1 vẫn tiếp tục tăng (đoạn ec) Khi sự chênh lệch áp suất đạt giá trị nhất định, van nhánh mở làm p2 tăng tới khi p1 = p2

Hình 2.8a Van h ạn chế áp suất kiểu quán tính

Oabcx: đường điều

Odecx: đường điều chỉnh khi xe đầy tải Hỡnh 2.8b Đồ thị đặc tớnh điều chỉnh

2.2.4 Cơ cấu phanh

2.2.4.1 Phanh guốc

a Nguyờn lý hoạt động

Khi đạp phanh, dầu cú ỏp suất cao được dẫn vào xi lanh cụng tỏc, pớt tụng cụng tỏc dịch chuyển ra ngoài, ộp guốc phanh sỏt vào tang trống tạo lực ma sỏt hóm chuyển động quay của bỏnh xe

Khi nhả phanh, ỏp suất trong đường ống và ỏp suất trong xi lanh cụng tỏc giảm, cỏc lũ xo hồi vị kộo cỏc guốc phanh về vị trớ ban đầu

b Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Kết cấu đơn giản dễ sử dụng, sửa chữa

6 Dõy kộo phanh

Hỡnh 2.9 Cơ cấu phanh guốc

x c

Đường đặc tính lý tưởng

• Nhược điểm: Nếu hai má phanh trước và sau có cùng góc ôm thì độ mòn giữa má trước và má sau không đều

2.2.4.2 Phanh đĩa

a Nguyên lý hoạt động

Khi đạp phanh, dầu có áp suất cao trong hệ thống được dẫn vào các xi lanh công tác, ép các pít tông công tác tác dụng lên guốc phanh, áp má phanh sát vào đĩa phanh tạo lực ma sát hãm sự chuyển động quay của bánh xe Khi nhả phanh, áp suất dầu trong hệ thống giảm Bánh xe quay nhờ đệm không khí giữa má phanh và đĩa tách má phanh khỏi đĩa

1:Xi lanh Công tác 2:Pít tông 3:Guốc phanh 4:Đĩa phanh 5: Tấm ma sát

Hình 2.10 Cơ cấu phanh đĩa

b Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Khi phanh hai lực tạo ra bởi 2 xi lanh hai bên nên không có lực ngang tác dụng lên đĩa, lực ma sát hai bên đĩa được tạo ra đồng thời nên khả năng phanh lớn

• Nhược điểm: Kết cấu phức tạp

2.3 Phân tích kết cấu các loại bộ trợ lực chân không

Nguồn chân không với các động cơ xăng có chế hoà khí có thể tạo nên độ chênh áp suất so với khí quyển từ 0,4  0,5 KG/Cm 2 Trên đường ống nối với

xi lanh cường hoá có một van một chiều, không cho phép không khí từ động cơ

ch ạy vào xi lanh bộ trợ lực van một chiều có thể được đặt ở trên ống nạp hoặc

ở ngay xi lanh lực Van một chiều phải kín khít, các sự cố xảy ra trong quá trình sử dụng thường là do hư hỏng van này Trên động cơ phun xăng hoặc Diezel nguồn chân không là một bơm chân không kiểu phiến gạt (lắp ngay trên động cơ hoặc đuôi máy phát điện)

2.3.1 Bộ trợ lực chân không 1 xi lanh của xe AKDA FAVORIT

a Cấu tạo

3- ống nối nguồn chân không 4- Vỏ xi lanh

5- Vòng kẹp bao cau su xếp 6- Đệm bao cau su

7- Vỏ van điều khiển 8- Cần đẩy điều khiển

9- Cần đẩy xi lanh chính 10- Lưới lọc không khí

13- Đệm cau su 14- LX hồi vị màng cao su

15- Bao cau su xếp che bụi 16- Đệm cau su giữa XL

Hình 2.11 Bửctợ lực chân không xe AKDA FAVORIT

(một xi lanh)

b Nguyên lý làm việc

ở trạng thái không phanh, vị trí các chi tiết như hình 2.11 Buồng A thông với buồng khí nạp và thông với buồng B qua lỗ K áp suất gữa 2 buồng A và bằng nhau, lò xo hồi vị 14 luôn đẩy pít tông về phía bên phải

Khi phanh, cần đẩy 8 dịch chuyển sang trái, nắp van điều khiển đóng kín

lỗ K, ngăn cách 2 buồng A, B sau đó mở lỗ E thông với khí trời Buồng A thông với buồng nạp khí của động cơ và có độ chân không giống với buồng nạp khí của động cơ, còn áp suất ở buồng B bằng áp suất khí quyển Sự chênh lệch áp suất này tạo nên lực cường hoá đẩy pít tông và màng cau su dịch về bên trái tạo nên khả năng tăng lực đẩy cho cần xi lanh chính

Khi thôi phanh, lò x o hồi vị đẩy pít tông và màng cau su về bên phải, ban đầu khắc phục khe hở giữa miếng hãm và pít tông, sau đó đóng lỗ E và mở lỗ

K Cơ cấu trở lại trạng thái không phanh Nếu khi bàn đạp phanh ở vị trí bất

kỳ (rà phanh) pít tông tiếp tục dịch chuyển do quán tính, miếng hãm khắc phục khe hở với đế van đủ để đóng lỗ thông với khí trời và chưa đủ để mở lỗ

K, như vậy độ chênh áp suất giữa 2 buồng là không thay đổi, giữ nguyên ở một

trạng thái trợ lực

Khi bộ trợ lực bị hỏng các cần đẩy làm việc trục liền, do phải khắc phục

lực cản của lò xo hồi vị và ma sát của cơ cấu nên người đạp phải làm việc ở

cường độ cao hơn

2.3.2 Bộ trợ lực chân không hai xi lanh của xe Range Rover

a Cấu tạo

1, 3- Các buồng nối với nguồn chân không

2, 4- Các buồng nối với khí quyển

5- Trục dẫn hướng màng cau su

6- Đòn đẩy của bàn đạp phanh

11- Phớt làm kín dầu

8,9,10- Cụm đế van

13- Đòn đẩy của xi lanh chính

Hình 2.12 Bộ trợ lực chân không hai xi lanhcủa xe Range Rover

(trạng thái không làm việc)

A- Lỗ thông giữa hai buồng 1,3

B- Lỗ thông với van của cụm điều khiển

C- Khoang chứa van điều khiển

D- Lỗ thông hai buồng 2,

4 với van Đ.khiển E- Lưới lọc không khí

b Nguyên lý làm việc

Trên hình 2.12 mô tả trạng thái không phanh, các mũi tên chỉ thị các khoảng không gian có thể liên kết Cụm van điều khiển có cấu trúc tương tự như ở loại trợ lực một xi lanh Cụm xi lanh bao gồm hai buồng, màng cau xu trong 2 buồng ngăn cách bên trong tạo ra các khoang 1, 2, 3, 4 Khoang 1, 3 nối thông với nhau nhờ lỗ A, khoảng 2, 4 nối thông với nhau nhờ các ống cau su xếp và lỗ D các màng cau su được dẫn hướng nhờ trục dọc 5 Việc bao kín được thực hiện nhờ các vành cau su

Khi phanh buồng 1, 3 thông với nguồn chân không, buồng 2, 4 thông với khí quyển tạo nên lực đẩy màng cau su về bên trái, hỗ trợ cho lực từ cần đẩy 6

và cần đẩy 13, gia tăng lực bàn đạp tác dụng vào pít tông của xi lanh chính

Ưu điểm nổi bật của loại này là nâng cao khả nănửctợ lực mà kích thước đường kính của bộ cường hoá không lớn

2.3.3 Kết luận chung

Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe Do vậy hệ thống phanh trên xe, nhất là đối với xe cao tốc, chủ yếu thời gian hoạt động ở tốc độ cao phải đảm bảo được những yêu cầu khắt khe sau:

- Phải đảm bảo nhanh chóng dừng xe trong bất kỳ tình huống nào Khi phanh đột ngột, xe phải dừng sau quãng đường phanh ngắn nhất, tức là có gia tốc phanh cực đại

- Hiệu quả phanh cao kèm theo sự phanh êm dụi để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc chậm dần biến đổi đều đặn giữ ổn định chuyển động của xe

- Lực điều khiển không quá lớn, điều khiển nhẹ nhành, dễ dàng kể cả điều khiển bằng chân hoặc bằng tay

- Hệ thống phanh cần có sự nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều lần giữa các lần phanh

- Tránh hiện tượng trượt lết của bánh xe trên đường, vì khi trượt lết với mặt đường sẽ gây mài mòn lốp và làm mất khả năng dẫn hướng chuyển động của xe

- Phanh chân, phanh tay làm việc độc lập và không ảnh hưởng lẫn nhau

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quang, phải dễ dàng điều chỉnh, thay thế các chi tiết hư hỏng

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG

c Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, dễ sửa chữa

• Nhược điểm: Chỉ cần một đường ống hay một xi lanh công tác có sự cố thì toàn bộ hệ thống mất áp suất (mất phanh) Do vậy hệ thống phanh dẫn động một dòng không an toàn

xe cầu sau (a)

- Dẫn động chéo, một dòng dẫn động cho một bánh xe trước và bánh xe sau khác phía, còn một dòng dẫn động cho hai bánh xe chéo còn lại (b)

- Một dòng dẫn động cho tất cả các bánh xe ở hai cầu, còn một dòng dẫn động cho các bánh xe cầu trước (c)

- Mỗi dòng dẫn động cho cả ba bánh xe: hai ở cầu trước và 1 ở cầu sau(d)

- Mỗi dòng dẫn động cho cả bốn bánh cầu trước và cầu sau (e)

Hình 3.3 Các sơ đồ dẫn động chủ yếu của dẫn động

phanh hai dòng thuỷ lực

b Nguyên lý làm việc

Khi người lái đạp phanh, dầu trong khoang I sẽ tăng áp suất trước sau đó khoang II sẽ tăng áp Nhưng quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn nên coi như khoang tăng áp đồng thời áp suất này được truyền độc lập theo ha i dòng khác nhau đến các xi lanh công tác Dầu có áp suất đẩy các pít tông công tác ép các má phanh áp sát vào trống phanh, đĩa phanh Khi tất cả các má phanh đã áp sát vào trống phanh, đĩa phanh thì quá trình phanh mới thực sự xảy ra

c Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Khi phanh, nếu một trong hai dòng có sự cố thì vẫn còn khả năng phanh Nhưng hiệu quả phanh bị giảm và tổn thất hành trình bàn đạp tăng Kiểu dẫn động này an toàn hơn kiểu dẫn động một dòng

• Nhược điểm: Với sơ đồ đơn giản (một dòng ra hai bánh xe), nếu một

dòng phanh nào đó bị hỏng sẽ gây nên chênh lệch lực phanh ở các bánh xe

còn lại Với sơ đồ phức tạp (một dòng ra nhiều hơn 2 bánh xe), khi có một

dòng phanh bị hỏng, thì hiệu quả phanh giảm không nhiều

2 Mô phỏng các cụm cơ bản của hệ dẫn động thuỷ lực

ở đây ta sẽ tiến hành khảo sát mô hình vật lý, xây dựng mô hình toán học

và xây dựng sơ đồ mô phỏng của các phần tử cơ bản trong hệ thống dẫn động

thuỷ lực Mỗi một thành phần sẽ được tạo thành một khối mô phỏng cơ bản để

sau này có thể ghép nối lại khi cần mô phỏng một hệ thống dẫn động hoàn

chỉnh

2.1 Mô phỏng đường ống dẫn dầu

Trong phân tích động lực học, chúng ta coi như lưu lượng dầu ở các mặt

cắt dọc theo đường ống là không đổi (ở đây chúng ta bỏ qua độ nén của dầu và

biến dạng của đường ống) khi đó khối dầu trong đường ống sẽ chỉ có thuộc

tính quán tính - Gây ra do khối lượng của dầu khi chuyển động - Và thuộc tính

cản - Gây ra do nội ma sát trong dầu

Hình 3.4 Mô hình đường ống

a Quán tính của khối dầu trong đường ống

Quán tí nh của khối dầu trong đường ống được xác định bằng công thức:

2

.4

L: Chiều dài đường ống (m)

Q

ρ: Khối lượng riêng của dầu kg/m 3 d: Đường kính trong của ống dẫn (m)

độ chênh áp giữa hai đầu đường ống khi xét đến quán tính của khối dầu được xác định bằng phương trình:

dt

dQ P

L: Chiều dài đường ống (m) d: Đường kính trong của ống dẫn (m)

µ: Độ nhớt của dầu (kg/m.s) Mối quan hệ giữa lưu lượng dầu chảy qua ống và độ chênh áp giữa hai đầu đường ống khi kể đến độ cản được xác định bằng phương trình:

Q R P P

P12R = 1R − 2R = f

Như vậy khi xét đồng thời cả độ cản và quán tính của khối chất lỏng trong ống, ta có độ chênh áp giữa hai đầu đường ống là:

Q R dt

dQ I P P

P12 = 1 − 2 = + f. (3.3)

Sơ đồ mô phỏng đường ống như sau:

Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng đường ống

Với sơ đồ mô phỏng trên, ta xây dựng được khối "đường ống" có bảng nhập thông số với:

- L: Chiều dài đường ống (m)

- D: Đường kính trong của đường ống dẫn (m)

- mu: Độ nhớt của dầu (kg/m.s)

- ro: Khối lượng riêng của dầu (kg/m 3 )

Đầu vào của khối có:

- Lưu lượng chảy qua đường ống (m 3 /s)

- Đạo hàm của lưu lượng

- áp suất đầu đường ống (N/m 2 )

Đầu ra của khối có:

- Độ chênh áp 2 đầu đường ống (N/m 2 )

- áp suất cuối đường ống (N/m 2 )

Hình 3.6 Khối " đường ống"

2.2 Mô phỏng chia nhánh chữ T trên đường ống

Để mô tả đoạn chia nhánh chữ T trên đường ống, ta cần xét cân bằng áp suất và cân bằng lưu lượng của đoạn ống Cụ thể như sau:

a Phương trình cân bằng áp suất

áp suất tại cuối nhánh 1 (áp suất này là áp suất tại xi lanh bánh xe) và tổng các tổn hao áp suất tại nhánh 1 cân bằng với áp suất ở cuối nhánh 2 và tổng các tổn hao áp suất tại nhánh 2 ((áp suất này cũng chính là áp suất của chất lỏng trước khi phanh)

2 2 1

P +∆ = +∆ (3.4) Trong đó:

2 , 1

P : áp suất cuối nhánh 1 và 2 (N/m 2 )

2 , 1

P

∆ : Tổn hao áp suất tại nhánh 1 và 2 (N/m 2 )

b Phương trình cân bằng lưu lượng

Q =Q +Q (3.5)

Trong đó: Q in:Lưu lượng của đường ống trước khi phân nhánh(m 3 /s)

Q out1,2: Lưu lượng của đường ống nhánh1 và 2 (m 3 /s)

Sơ đồ mô phỏng đoạn phân nhánh chữ T như sau:

Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng phân nhánh chữ T

2.3 Mô phỏng tổn hao do tiết lưu

Với giả thuyết chất lỏng không nén được, ta có công thức tính lưu lượng tiết lưu như sau:

µρ

Trong đó: ∆p: Độ chênh áp tại nút (N/m 2 )

ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m 3 )

µ: Hệ số tiết lưu a: Diện tích thông qua (m 2 ) Như vậy ta có độ chênh áp khi tiết lưu là:

2

2 2 1 12

)(

2µ

ρ

a

V P P

=

−

= (3.6)

Sơ đồ mô phỏng van tiết lưu như sau:

Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng tiết lưu

Với sơ đồ trên, ta xây dựng được khối "tiết lưu" bao gồm:

Lưu lượng chảy qua tiết lưu (m 3 /s)

áp suất trước tiết lưu (N/m 2 ) Đầu ra của khối gồm:

Độ chênh áp (N/m 2 )

áp suất sau tiết lưu (N/m 2 )

Hình 3.8 Khối "tiết lưu"

2.4 Mô phỏng tổn hao khi chảy qua van một chiều

Hình 3- 9 Sơ đồ đặt lực lên van một chiều

m van  = 1 − lx − 2 + (3.7) Với giả thiết chất lỏng không nén được, ta có độ chênh áp tại van một chiều:

2 2 2 1 12

)(

2µ

ρ

a

V P P

V: Lưu lượng thông qua van (m 3 /s)

ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng (Kg/m 3 )

a: Diện tích thông qua (m 2 )

d x

a= *π*

Trong đó: x: Hành trình của van (m)

van

d : Đường kính van (m)

Sơ đồ mô phỏng van một chiều như sau:

Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng van một chiều

Với sơ đồ mô phỏng trên, ta xây dựng được khối "van một chiều" có: Bảng thông số nhập vào:

Dvan: Đường kính van (m) m: Khối lượng của ruột van (kg) K: Độ cứng lò xo (N/m)

mu: Hệ số tiết lưu ro: Khối lượng riêng của dầu (Kg/m 3 ) Đầu vào của khối gồm có:

Lưu lượng chảy qua tiết lưu (m 3 /s)

áp suất trước tiết lưu (N/m 2 ) Đầu ra của khối gồm có:

Độ chênh áp (N/m 2 )

áp suất sau tiết lưu (N/m 2 )

Hình 3.11 Khối "van một chiều"

2.5 Mô phỏng cụm pít tông - Lò xo tổng phanh

Cụm pít tông - Lò xo thường gặp ở các tổng phanh Để mô phỏng hoạt động của cụm pít tông - Lò xo, ta cần phải xét phương trình chuyển động của pít tông và phương trình cân bằng lưu lượng trong xi lanh

2.51 Tổng phanh một dòng

Phương trình chuyển động của pít tông:

Các lực tác dụng lên pít tông - xi lanh tổng phanh:

mc mc mc

F

N = + − (khi F mc〈F lx+P mc A mc) Khi F mc đủ lớn, pít tông bắt đầu tách khỏi chốt cản và phản lực sẽ tồn tại N=0 (khi F mc ≥ F lx +P mc A mc )

Vậy, phương trình chuyển động của pít tông như sau:

N A P F F x

m mc mc = mc − lx − mc mc + (3.8)

Cân bằng lưu lượng trong xi lanh tổng phanh:

- Lưu lượng vào: Q mc =A mc xmc

- Lưu lượng ra gồm 2 thành phần

+ Lưu lượng chảy vào đường ống: Q Do (m 2 /s)

+ Lưu lượng tiết lưu về bình chứa:

a: Diện tích thông qua (m 2 ) Giả sử ban đầu pít tông đã dịch chuyển sát tới lỗ, với bán kính lỗ là r, a được tính như sau:

2 2

2 2

x r r arctg r r a r

2:

x r r arctg r a r x

Q mc = Do +  (3.9)

Ta có sơ đồ mô phỏng xi lanh mọt dòng như sau:

Hình 3.13 Sơ đồ mô phỏng tổng phanh 1 dòng

Với sơ đồ mô phỏng trên, ta xây dựng được khối " tổng phanh 1 dòng" bao gồm:

Bảng nhập thông số với: