Báo cáo BTL tính toán thiết kế ô tô hệ thống phanh

HỆ THỐNG PHANHPhương án loại cơ cấu phanh Phương án cơ cấu dẫn động phanh: Thực hiện nhiệm vụ truyền dẫn sự điều khiển của người lái đến cơ cấu phanh Dẫn động bằng cơ khí Dẫn động bằng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Khoa Kĩ Thuật Giao Thông

Báo Cáo Môn Học Thiết Kế Ô Tô

Đề Tài : Thiết Kế Hệ Thống Phanh

Nhóm 3B

Nguyễn Quang Văn 1414607 Huỳnh Tí 1414011

Lê Thành Kiên 1414898 Nguyễn Võ Hoàng Quân

Phạm Hữu Sơn Phan Trọng Nghĩa 1412469

GIỚI THIỆU

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH

Điều kiện làm việc và yêu

cầu

Nêu ra phương

án và chọn phương án

Nêu ra phương

án và chọn phương án

Thiết kế bố trí chung

Thiết kế kỹ thuật

Thiết kế kỹ thuật

Thiết kế công

nghệ và kinh

tế

Tổng quan về các hệ thống phanh

Công nghệ

mới

Phanh đĩa

Phanh trống

Phanh dải

CÁC KIỂU DẪN ĐỘNG PHANH

Dẫn động thủy lực trợ lực bơm thủy lực

Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ĐƯỢC LẮP TRÊN XE

ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU

ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC

SOÁT KHI PHANH

DỄ ĐIỀU KHIỂN , TẠO CHO NGƯỜI DÙNG CẢM GIÁC PHANH TỐT NHẤT

DỐC

BẢO TRÌ SỮA CHỮA DỄ DÀNG ,

DỄ KIẾM PHỤ TÙNG THAY THẾ

HỆ THỐNG PHANH

Phương án loại cơ cấu phanh

Phương án cơ cấu dẫn động phanh: Thực hiện nhiệm vụ truyền dẫn sự điều khiển của người lái đến cơ cấu phanh

Dẫn động bằng

cơ khí

Dẫn động bằng thủy lực

Dẫn động bằng khí nén

Phanh Dừng

NÊU PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN

Trên ô tô hiện nay sử dụng 2 loại phổ biến là:

Phanh tang trống (guốc) Phanh đĩa

Phanh tang trống (guốc)

Phanh tang trống (guốc)

Ưu điểm:

• Giá thành rẻ

• Dễ bảo trì bảo dưỡng.

• Tuổi thọ cao.

• Chính vì thế phanh guốc vẫn được áp dụng rộng rãi trên nhiều

phương tiện, để tiết kiệm chí phí sán xuất và giảm giá thành.

Phanh tang trống dạng đối xứng qua trục

Trong quá trình phanh thì má phanh và trống phanh sẽ bị nóng lên gây mòn và giảm hệ số ma sát Dẫn tới làm tăng khe hở má phanh với trống phanh làm trễ phanh

Cần phải căn chỉnh độ hở định kì hoặc bố trí thêm cơ cấu tự điều chỉnh khe hở.

Phanh tang trống dạng đối xứng qua tâm

Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm được sử dụng với xilanh thủy lực và có kết cấu khi phanh thì cả hai guốc đều là guốc siết → tăng hiệu quả phanh khi xe chuyển động tiến.

Phanh tang trống dạng bơi

Ưu điểm:

- Tăng hiệu quả phanh nhờ phân bố

lực phanh lên cả hai đầu của guốc

Phanh tang trống dạng tự cường hóa

Ưu điểm:

Hiệu quả phanh được tăng cao mặc dù kết cấu phanh không quá phức tạp Hiệu quả phanh khi tiến và khi lùi bằng nhau.

So sánh hiệu quả phanh của các cơ cấu phanh guốc

Loại cơ cấu phanh Lực tác dụng lên các

Cơ cấu phanh đĩa

Ưu điểm:

• Do 2 má phanh cùng ép vào đĩa phanh nên đĩa phanh ít bị biến dạng

và bị mòn đều.

• Đĩa phanh và má phanh được làm mát tốt.

• Các tạp chất, bụi bẩn và nước sẽ bị văng ra khỏi bề mặt ma sát và đĩa

do lực ly tâm.

• Lực phanh khi tiến và lùi là bằng nhau.

• Kết cấu gọn nhẹ, đem lại hiệu quả cao.

Nhược điểm:

• Giá thành cao.

• Do có kết cấu hở nên đĩa có thể bị ăn mòn hóa học.

Cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ (calip) cố định

Ưu điểm:

• Hiệu quả phanh cao.

• Lực tác động từ hai má phanh và đĩa bằng

nhau nên hai má phanh mòn đều.

• Giá đỡ được lắp cố định lên trục bánh xe

Cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ (calip) di động

• Calip phải có độ cứng vững để chịu

được phản lực của dầu tác động.

Cơ cấu báo hiệu độ mòn má phanh của phanh đĩa

Cơ cấu phanh dừng

Cơ cấu phanh dừng bố trí chung với phanh tang trống

Cơ cấu phanh dừng bố trí ở đầu ra hộp số

PHƯƠNG ÁN VỀ CÁC LOẠI CƠ CẤU VỀ DẪN

ĐỘNG PHANH

Ưu điểm :

Phanh đồng thời các bánh xe vói sự phân bố lực

phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má thanh theo

yêu cầu

Hiệu suất cao

Độ nhạy tốt, kết cấu đơn giản

Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ô tô

khác nhau khi chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

DẪN ĐỘNG PHANH

THỦY LỰC

DẪN ĐỘNG HAI DÒNG

DẪN ĐỘNG THỦY LỰC TRỰC TIẾP

NÉN

DẪN ĐỘNG MỘT DÒNG

Ưu điểm : kết cấu đơn giản, rẻ

tiền, dễ sửa chữa

Nhược điểm : khi bị rò rỉ

một chỗ nào đó thì toàn bộ hệ

thống phanh mất hiệu lực, nên

độ an toàn không cao

DẪN ĐỘNG HAI DÒNG KẾT HỢP TRỢ LỰC

Ưu điểm : kết cấu đơn giản, rẻ tiền,

lăp thêm vào hệ thống bộ trợ lưc

phanh để giảm nhẹ lực bàn đạp

phanh khi điều khiển, tăng độ an

toàn cho hệ thống phanh

Nhược điểm : khi hư hỏng một

dòng thì hiệu quả phanh giảm đáng

kể

DẪN ĐỘNG HAI DÒNG CHÉO KẾT HỢP TRỢ LỰC

Ưu điểm : chất lượng phanh đảm bảo tốt cả khi

đi trên đường có hệ số bám dọc ở hai vết bánh xe

khác nhau nhiều, đồng thời nâng cao chất lượng

điều khiển ô tô

Nhược điểm : nếu một dòng bị hỏng thì tính ổn

định hướng của ô tô không được đảm bảo

Cơ cấu phanh được điều khiển trực

tiếp chỉ bằng lực của người lái

Ưu điểm: Điều khiển trực tiếp , có

cảm giác phanh tốt , phanh chính

xác

Nhược điểm: Cần lực tác dụng

khá lớn , cơ cấu phức tạo hơn và

giá thành theo đó cũng sẽ đắt hơn

DẪN ĐỘNG THỦY LỰC TRỰC TIẾP

DẪN ĐỘNG THỦY LỰC TRỢ LỰC KHÍ CHÂN KHÔNG

Bộ trợ lực chân không là bộ phân cho

phép lợi dụng độ chân không trong

đường nạp của động cở để tạo lực phụ

cho người lái Vì vậy, để đảm bảo hiệu

quả trợ lực, kích thước của các bộ trợ lực

chân không thường phải lớn hơn và chỉ

thích hợp với các xe có động cơ xăng cao

tốc

Có một nhược điểm là kiểu trợ lực này

phụ thuộc vào độ mở của bướm ga và tốc

độ quay của động cơ

Đối với động cơ diesel không có bướm

ga và tốc độ quay thấp thì cần phải dùng

thêm bơm chân không Làm cho chi phí

tăng lên và cồng kềnh hơn

DẪN ĐỘNG THỦY LỰC TRỢ LỰC KHÍ NÉN

Ưu điểm :

Tính đông nhất năng lượng giữa

phần điều khiển và phần chấp hành

nên bào dưỡng sửa chữa , tổ chức kỹ

thuật đon giản thuận tiện

Khả năng quá tải cao

Độ tin cậy cao ít trục trặc kĩ thuật

Có độ an toàn cao khi xe vận hành

Nhược điểm :

Khi xả khí gây ra tiếng ồn

Kết cấu khá cồng kềnh

Chi phí khá cao

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE Ô TÔ CON

THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

Bố trí phanh đĩa

Bố trí phanh tang trống

TÍNH TOÁN SƠ BỘ HỆ THỐNG PHANH

1 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống phanh.

2 Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc.

3 Tính toán sơ bộ đường kính xylanh công tác.

1 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống phanh.

• Với phanh tang trống : + xác định đường kính ngoài của 2 má phanh.

Thông số chung phanh trống.

2 Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc.

• Tọa độ trọng tâm theo chiều cao:

• Căn cứ vào trị số trọng lượng các thành phần và chiều cao trọng tâm của chúng ta có thể xác định chiều cao trọng

tâm của ôtô thiết kế như sau:

• h = (∑ Gi  hi) / Go

• Trong đó : h – Chiều cao trọng tâm ôtô thiết kế

cơ, hộp số …)

3 Tính toán sơ bộ đường kính xylanh công tác.

• Moment sinh ra trên một cơ cấu phanh đĩa được xác định:

•

=>

• Với : - áp suất dầu phanh.

– số lượng ống xylanh làm việc d- đường kính xylanh công tác.

•

THIẾT KẾ KĨ THUẬT HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

Tính toán cơ cấu phanh

• Thông số cơ bản: , góc ôm tấm ma sát

• Tính toán đơn giản, giống thiết kế ly hợp ma sát hai đĩa:

• Kiểm tra bền tấm ma sát: áp suất riêng

Tính toán cơ cấu phanh đĩa

Tính chọn các thông số cơ bản

Tính toán cơ cấu phanh guốc

Tính toán cơ cấu phanh guốc

Xác định momen phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh

Trong đó:

G - Trọng lượng của ôtô khi đầy tải (N)

L - Chiều dài cơ sở của ôtô (m)

a - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trước (m)

b - Khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâm cầu sau (m)

hg - Chiều cao trọng tâm xe (m)

- Hệ số đặt trưng cường độ phanh

g - Gia tốc trọng trường (m/s2)

- Hệ số bám của bánh xe với mặt đường

rbx - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

• Phân bố áp suất đều: Đơn giản hóa để tính toán ta nên xem áp suất phân bố đều trên má phanh.

• Phân bố áp suất hình sin: Được lựa chọn khi guốc phanh có độ cứng lớn và yêu cầu tính chính xác cáo trong tính toán

Xác định quy luật phân bố áp suất trên má phanh

Tính toán cơ cấu phanh guốc

• Hệ số ma sát phụ thuộc vào

- Vật liệu bề mặt ma sát

- Tình trạng bề mặt ma sát

- Nhiệt độ và áp suất trên bề mặt ma sát

• Ma sát giữa amian và gang trong khoảng 0,3-0,35

• Ma sát giữa thép và thép trong khoảng 0,18-0,2

• Ma sát giữa kim loại gốm và thép trong khoảng 0,35-0,4

• Hiện nay thường sử dụng amian với gang

Xác định hệ số ma sát

Tính toán cơ cấu phanh guốc

A Các guốc phanh có điểm tựa cố định riêng rẽ và lực ép lên các guốc bằng nhau

Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh

Mục đích : để đảm bảo cho tổng moment phanh sinh ra ở

cơ cấu phanh bằng tổng momen phanh tính toán

Tính toán cơ cấu phanh guốc

0 1 2

0 0

90

2

Đối với guốc phanh sau

( cos( ) ) '

(cos( ) sin( ))

p

P c a M

( cos( ) ) ''

(cos( ) sin( ))

p

P c a M

• Điều kiện áp suất trên má phanh

q r

• Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của oto chạy với tốc độ trước khi phanh

• Trong đó :

o G - trọng lượng toàn bộ của oto khi đầy tải (kN)

o v0 - Tốc độ của oto khi bắt đầu phanh (m/s)

o g - Gia tốc trọng trường ( g=9,81m/s2)

o - diện tích toàn bộ của má phanh ở tất cả các cơ cấu phanh của oto (m2)

• Đối với oto du lịch L trong khoảng 4000-15000kNm/m2

• Đối với oto tải L trong khoảng 3000-7000kNm/m2

Kiểm tra nhiệt

Trong quá trình phanh của ô tô, động năng chuyển thành nhiệt năng

ở trống phanh và một phần thóat ra môi trường không khí

Ở đây :

G : khối lượng của ô tô

g : gia tốc trọng trường

v1 và v2 : tốc độ ban đầu và tốc độ cuối quá trình phanh (m/s)

mt : khối lượng các trống phanh và các khối lượng liên quan đến

chúng khi bị nung nóng (kg)

c : nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng (J/kg.độ)

 : sự tăng nhiệt độ của trống phanh so với môi trường không khí (K)

Ft : diện tích làm mát của trống phanh (m2)

k : hệ số truyền nhiệt giữa trống phanh và không khí (W/m2.K)

t : thời gian phanh (s)

Thời hạn làm việc của má phanh

Trong đó : M - khối lượng của ô tô

p - tỷ số cho phép

F - là diện tích toàn bộ của má phanh ở tất cả các

cơ cấu phanh

Oto du lịch 1,0 - 2,0.104kg/m2

Oto hành khách 1,5 - 2,5.104kg/m2

Oto vận tải 2,5 - 3,5.104kg/m2

M p

F





• Xác định đường kính trong d của ống xylanh

• Lực Q tác dụng lên bàn đạp

Trong đó:

P- lực cần tiếp xúc lên guốc phanh (kN)

pi – Áp suất cực đại cho phép trong hệ thống phanh (kN/m^2)

D – Đường kính của xylanh phanh chính

I’,I – Kích thước của bàn đạp (m)

- Hiệu suất truyền động thủy lực

Tính toán phần thủy lực: Truyền động phanh một dòng

• Máy nén khí: Phải cung cấp đủ lưu lượng khí trong một khoảng thời gian cho trước

• Lực phanh:

• Áp suất khí nén

• Thể tích bình chứa

• Áp suất tối đa trong bình khi nạp

Thiết kế dẫn động phanh thủy lực có trợ lực khí nén

THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ

 Là quá trình đưa ra các công đoạn sản xuất, kèm theo đó là các máy móc, dụng cụ, trang thiết bị và trình độ nhân lực sản xuất.

 Trình độ chuyên môn của người kiểm tra

 Phải phù hợp với điều kiện trong nước, điều kiện kinh tế.

 Đưa ra các quy trình tháo lắp

THIẾT KẾ KINH TẾ

 Chi phí dự án + thiết kế

 Chi phí sản xuất : nhà xưởng + điện nước + khấu hao máy móc + nhân công + nguyên vật liệu

 Chi phí phân phối + marketing

 Chi phí cho bộ phận quản lý

7 CÁC TIẾN BỘ VÀ CÔNG NGHỆ MỚI

Phanh ( brake)

EBD

Tự động phanh khẩn cấp AEB

Hệ thống hỗ trợ phanh BA

CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS

Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Antilock Brake System) là cơ cấu phanh điều khiển điện tử, có tác dụng ngăn ngừa việc hãm cứng bánh xe trong tình huống cần giảm tốc khẩn cấp, tránh hiện tượng văng trượt và duy trì khả năng kiểm soát hướng lái

Hệ thống ABS tiêu chuẩn bao gồm những thành phần sau đây:

- Hydraulic Control Unit (HCU): Bộ Điều Khiển Thủy Lực

- Anti-lock Brake Control Module: Bộ Điều Khiển ABS

(chống bó cứng phanh)

- Front Anti-lock Brake Sensors/Rear Anti-lock Brake

Sensors: Bộ cảm biến bánh trước/Bộ cảm biến bánh sau

Khi tài xế đạp gấp chân phanh, dầu phanh sẽ được đẩy vào trong bộ Điều

Khiển Thuỷ Lực HCU, và được ép lại tại đây để nâng cao áp suất trước khi đưa dầu đến các bộ phận phanh trong mỗi bánh xe

- Trong khi phân tích những dữ liệu do bộ cảm biến tại các bánh xe cung cấp, nếu Bộ Điều Khiển ABS “cảm thấy” một chiếc bánh nào đó sắp bị khóa cứng, thì nó sẽ đóng Valve không cho dầu đổ xuống đó nữa, và mở Valve khi cần thiết cho dầu phanh lưu thông trở lại, bảo đảm cho bánh xe lăn đều trong khi giảm tốc, tránh tình trạng bánh bị khóa cứng

- Từ vận tốc 20km/h trở lên, ABS sẽ tự động vận hành, và chúng ta sẽ nghe

một tiếng “click” bên trong máy Khi xe di chuyển với vận tốc dưới 20km/h, ABS

sẽ tự ngưng hoạt động

- ABS hoạt động chủ yếu nhờ vào dầu phanh Nếu vì lý do nào đó dầu trong hệ thống không đầy đủ, ABS sẽ không còn hiệu quảABS có hạn chế là không phát huy hết hiệu quả khi phanh vì lực phanh trên các bánh là như

nhau dẫn tới tình trạng bánh thì bị đã bị bó cứng (bánh bị giảm tải), bánh thì chưa đủ lực

phanh (bánh bị tăng tải) nên vẫn lăn

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LỰC PHANH EBD

EBD là chữ viết tắt của Electronic Brake-Force Distribution, nghĩa là hệ thống phân phối lực phanh giữa các bánh trước và sau hoặc giữa các bánh xe bên phải và bên trái

Nguyên lý làm việc của bộ EBD về cơ bản gần giống với ABS Tuy nhiên, để nhận biết được tải trọng tác dụng lên các bánh xe thay đổi thì trong bộ EBD cần có thêm cảm biến G (G-sensor) lắp ở vị trí gần trọng tâm xe.

Khi phanh, nếu cảm biến nghiêng về bánh xe nào cảm biến G sẽ xuất tín hiệu G+, bánh xe phía đối diện sẽ là G-, tín hiệu này áp dụng cho cầu trước

và cầu sau hoặc dãy bánh xe phía bên trái hoặc bên phải Khi phanh nếu phía nào nhận tín hiệu G+ thì phía đó được điều khiển để tăng áp và ngược lại

NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC

BA (Brake Assist) là một hệ thống sử dụng cảm biến áp suất ở bên trong bộ chấp hành ABS để phát hiện tốc độ và lực khi đang nhấn phanh để cho phép máy vi tính dự kiến ý muốn phanh khẩn cấp của người lái để tăng lực phanh nhằm đạt được tính năng tối đa của

hệ thống phanh

HỆ THỐNG HỖ TRỢ OHANH KHẨN CẤP BA

Hệ thống này thường đi cùng với hệ thống ABS và EBD, hỗ trợ cho

nhau đảm bảo hiệu quả phanh gấp tối ưu ngay cả trên những bề

mặt trơn trượt

Hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp BA có cấu tạo gồm 7 phần sau:

Bộ xử lý trung tâm sẽ kích hoạt van điện cấp khí nén vào bộ khuếch đại lực

phanh, giúp người lái phanh gấp kịp thời và đủ lực Và BA sẽ tự động ngừng kích hoạt ngay khi người lái nhả phanh

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

• Công dụng: Tăng tính ổn định và giảm thiểu khả năng xảy ra tai nạn

trong các tình huống khi xe đang lưu hành

CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ ESC

Nguyên lý hoạt động: trong quá trình chuyển động, nếu hệ thống ESC phát

hiện được tình trạng xe bắt đầu bị mất lái (rõ rệt nhất khi vào cua), ESC sẽ

làm việc bằng cách can thiệp vào hệ thống phanh để giảm ngay vận tốc xe ESC có thể ra lệnh cho hệ thống phanh hoạt động riêng rẽ trên một hoặc nhiều bánh xe trên cầu trước hoặc cầu sau Nhiệm vụ chính của hệ thống ESC chính

là giúp ổn định xe khi phanh, khi xe vào cua và ngay cả lúc xe mới khởi hành

và tăng tốc

NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC

Phanh Tự động Khẩn cấp (Auto Emergency Braking, AEB) là hệ thống

an toàn có khả năng ngăn chặn một vụ tai nạn từ phía sau hoặc giảm thiểu tốc độ va chạm