Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe toyota camry

Thông thường, trên xe du lịch thường sử dụng hệ thống phanh chính dẫn động thủy lực chia dòng, có trợ lực chân không, cơ cấu phanh guốc chốt tựa cùng phía lực đẩy bằng nhau bố trí ở cầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊCH DỰA TRÊN CƠ SỞ XE TOYOTA CAMRY

Sinh viên thực hiện: HÀ ĐĂNG KHÁNH

Đà Nẵng – Năm 2019

Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe TOYOTA CAMRY

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE DU LỊCH 2

1.1 Công dụng và vai trò của ô tô du lịch 2

1.2 Hệ thống phanh thường được sử dụng trên ô tô du lịch 3

1.3 Cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh chống bó cứng ABS 5

1.3.1 Chức năng hệ thống phanh chống bó cứng ABS 5

1.3.2 Nguyên lý làm việc 8

1.3.3 Phân loại ABS 13

1.3.4 Một số sơ đồ điển hình 14

1.3.4.1 Sơ đồ ABS ba kênh ba cảm biến 14

1.3.4.2 Sơ đồ ABS ba kênh bốn cảm biến 15

1.3.4.3 Sơ đồ ABS bốn kênh bốn cảm biến 15

Chương 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊCH 17

2.1 Thông số cơ bản để tính toán 17

2.2 Mô men phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh 18

2.2.1 Phân tích chọn hệ số bám 18

2.2.2 Tính chọn bán kính làm việc trung bình của bánh xe Rbx 19

2.2.3.Tính chọn tọa độ trọng tâm theo chiều cao hg 20

2.2.4 Tính chọn phân bố trọng lượng cầu trước và sau 20

2.3 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe 22

2.4 Phân tích, chọn loại dẫn động phanh 22

2.4.1 Dẫn động thủy lực 22

2.4.2 Dẫn động khí nén 23

2.5 Phân tích, chọn sơ đồ dẫn động phanh 24

2.6 Phân tích, chọn cơ cấu phanh 25

Chương 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE DU LỊCH 27

3.1 Tính toán mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu 27

3.2 Tính toán xác định bề rộng má phanh b 29

Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe TOYOTA CAMRY

3.3.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng 32

3.3.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh 33

3.3.3 Tính toán điều khiển truyền động phanh 35

3.4 Tính toán các chỉ tiêu phanh 42

3.4.1 Tính toán các chỉ tiêu phanh 42

3.4.2 Gia tốc chậm dần khi phanh 43

3.4.3 Thời gian phanh 43

3.4.4.Quãng đường phanh 45

Chương 4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE DU LỊCH 46

4.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh trên xe du lịch 46

4.1.1 Sơ đồ 46

4.1.2 Nguyên lý làm việc 47

4.1.3 Sơ đồ mạch hệ thống ABS 47

4.1.3.1 Khi không phanh 47

4.1.3.2 Khi phanh với ABS hoạt động 48

4.1.4 Các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh ABS 51

4.1.4.1 Cụm điều khiển điện tử ECU ABS 51

4.1.4.2 Cụm điều khiển thủy lực HCU 51

4.1.4.3 Các cảm biến sử dụng 52

4.2 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống phanh xe du lịch 53

4.2.1 Kết cấu phanh trước 53

4.2.2 Kết cấu phanh sau 55

4.2.3 Xy lanh chính 56

4.2.3.1 Kết cấu 57

4.2.3.2 Nguyên lý làm việc 57

4.2.4 Bộ trợ lực chân không 58

4.2.4.1 Kết cấu 59

4.2.4.2 Nguyên lý làm việc 59

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe TOYOTA CAMRY

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu sử dụng ô tô trong giao thông hiện nay đang phát triển mạnh mẽ Trong ngành động lực chuyên nghiên cứu và chế tạo động cơ nhằm tạo ra những động cơ có công suất có ích lớn nhất và giảm suất tiêu hao nhiên liệu Nhưng muốn sử dụng hiệu quả công suất đó trên ô tô thì lại phụ thuộc vào cấu tạo của ô tô Để ôtô hoạt động được thì phải đảm bảo được những thông số kỹ thuật cũng như tính ổn định của ôtô trong quá trình làm việc

Đối với ôtô hệ thống phanh là một trong những cụm chi tiết quan trọng nhất, bởi

vì nó đảm bảo cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển Những yêu cầu về an toàn cũng phải rất cao vì vậy em được giao đề tài đồ

án tốt nghiệp: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊCH DỰA TRÊN CƠ

SỞ XE TOYOTA CAMRY”

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 09 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Hà Đăng Khánh

MỞ ĐẦU

Hiện nay ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và vận chuyển hàng hóa cho các ngành kinh tế quốc dân Ở nước ta, số người sử dụng ôtô ngày càng nhiều cùng với sự phát tiển kinh tế, giao thông vận tải, cho nên mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng nhiều dẫn đến tai nạn giao thông càng nhiều Do đó để đảm bảo tính an toàn vấn đề tai nạn giao thông là một trong những hướng giải quyết cần thiết nhất, luôn được quan tâm của các nhà thiết kế và chế tạo ô tô mà hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng

Phanh sử dụng ABS là một trong những công nghệ bổ sung cho hệ thống phanh hữu dụng nhất của ngành công nhiệp ô tô thời gian gần đây Vai trò chủ yếu của ABS

là giúp tài xế duy trì khả năng kiểm soát xe trong những tình huống phanh gấp, giữ cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt Nó góp phần giảm thiếu các tai nạn nguy hiểm nhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu

Đối với sinh viên ngành cơ khí giao thông việc khảo sát, thiết kế, nghiên cứu về các hệ thống trên ô tô, đặc biệt là hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực Vì vậy em

chọn “THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊCH DỰA TRÊN CƠ SỞ XE

TOYOTA CAMRY” làm đề tài tốt nghiệp Để giải quyết vấn đề này thì trước hết ta

cần phải hiểu rõ nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh Từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế, cải tiến hệ thống phanh 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 chuyển động của ô tô Ngoài phần mở đầu và kết luận, đồ án được chia làm 4 chương: Chương 1: TỔNG QUAN, Chương 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊCH, Chương 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE DU LỊCH, Chương 4: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU HỆ

THỐNG PHANH TRÊN XE DU LỊCH

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE DU LỊCH

1.1 Công dụng và vai trò của ô tô du lịch

Ô tô du lịch là một loại phương tiện giao thông đường bộ có khả năng vận chuyển một số lượng người và hàng hóa hạn chế, chủ yếu phục vụ nhu cầu cá nhân Ngày nay,

ô tô du lịch ngày càng được sử dụng rộng rãi, mở rộng nhiều chủng loại nhằm đáp cho từng nhóm đối tượng sử dụng cụ thể, gồm một số loại chính như sau:

- Xe phục vụ cho các nhu cầu đi lại thông thường của cá nhân có từ 2-5 chỗ ngồi

và khoang chứa đồ nhỏ như: xe sedan (hình 1.a), xe coupe (hình 1.b), xe compi (xe hatchback) (hình 1.c), xe cabriolet (có thể mở mui) (hình 1.d), xe thể thao (hình 1.e)

- Xe phục vụ cho các nhu cầu đi lại và vận chuyển lớn hơn như: xe đa dụng từ

5-8 chỗ ngồi, thay đổi được bố trí khoang xe để chở người hoặc chở hàng, có thể hoạt động trên các địa hình khó khăn (hình 1.f) ; xe bán tải có khoang hành khách và thùng chở hàng riêng biệt (pick-up) (hình 1.h) ; xe khách loại nhỏ (mini bus) có từ 9-16 chỗ ngồi (hình 1.g)

Tuy nhiên, cùng với việc được sử ngày càng phổ biến, các loại ô tô du lịch cũng dần thay đổi để đáp ứng những nhu cầu sử dụng đa dạng của nhiều đối tượng khác nhau Ví dụ như dòng xe gia đình nhỏ gọn xuất hiện để phục vụ nhu cầu đi lại cá nhân,

xe MPV kết hợp giữa xe compi và xe đa dụng cho khả năng chuyên chở lớn hơn nhưng lại phù hợp với điều kiện sử dụng thông thường trên đường tốt

Ô tô du lịch nói chung có đặc điểm:

- Tải trọng nhỏ, vận tốc trung bình lớn

- Kích thước bố trí hạn chế

- Đề cao tính tiện nghi, thẩm mỹ

- Yêu cầu khắt khe về độ an toàn, tin cậy

- Giảm tối đa khối lượng công việc cho người sử dụng

Do đó, kết cấu các cụm hệ thống trên ô tô du lịch cũng có những nét đặc trưng riêng và luôn luôn được cải tiến để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra

1.2 Hệ thống phanh thường được sử dụng trên ô tô du lịch

Thông thường, trên xe du lịch thường sử dụng hệ thống phanh chính dẫn động thủy lực chia dòng, có trợ lực chân không, cơ cấu phanh guốc chốt tựa cùng phía lực đẩy bằng nhau bố trí ở cầu sau, cơ cấu phanh đĩa hoặc phanh guốc chốt tựa khác phía

bố trí ở cầu trước Trên một số xe hiện đại có thể sử dụng toàn bộ cơ cấu phanh đĩa Phanh dừng của xe du lịch thường được dẫn động bằng cơ khí đến các cơ cấu phanh ở cầu sau

Sơ đồ bố trí hệ thống phanh trên xe du lịch được bố trí chung như biểu diễn trên Hình 1.2:

Hình 1-2 Sơ đồ bố trí chung hệ thống phanh trên xe du lịch

1 Cơ cấu phanh trước; 2 Bình chứa dầu; 3 Xylanh chính; 4 Dòng phanh chính;

5 Dòng phanh phụ; 6 Bầu trợ lực chân không; 7 Bàn đạp phanh;

8 Cần phanh dừng; 9 và 11 Cáp dẫn động; 10 Dẫn hướng cáp; 12 Cơ cấu phanh sau; 13 Cần dẫn động điều hoàn lực phanh; 14 Bộ điều hòa lực

phanh

Trên hình 2.1 là sơ đồ bố trí chung của một hệ thống phanh điển hình sử dụng cho xe du lịch, bao gồm hai hệ thống phanh:

* Hệ thống phanh chính dẫn động thủy lực với các đặc điểm:

- Xylanh chính chia thành hai tầng dẫn động hai dòng phanh riêng biệt, nếu một trong hai dòng đó bị hỏng thì phần còn lại vẫn hoạt động được Việc phân dòng phanh cũng có nhiều phương án khác nhau:

-

+ Một dòng phanh dẫn động hai bánh xe cầu trước, dòng còn lại dẫn động hai bánh xe cầu sau (hình 1.3.a)

+ Dẫn động chéo, bánh trước bên trái cùng một dòng với bánh sau bên phải và ngược lại (hình 1.3.b)

+ Dẫn động hỗn hợp, một dòng cho tất cả các bánh xe và một dòng cho hai bánh trước (hình 1.3.c)

+ Mỗi dòng dẫn động hai bánh trước và một bánh sau (hình 1.3.d)

+ Hai dòng song song cho cả bốn bánh xe (hình 1.3.e)

Nói chung, độ tin cậy của hệ thống dẫn động thủy lực là tương đối cao nên hai sơ

đồ a và b thường được chọn sử dụng do có kết cấu đơn giản, tuy nhiên hiệu quả phanh

sẽ giảm đi đáng kể nếu một trong hai dòng bị hỏng Các sơ đồ c, d, e có kết cấu phức tạp, chỉ sử dụng cho các xe có điều kiện hoạt động đặc biệt, yêu cầu độ tin cậy cao, hiệu quả phanh giảm đi ít nếu xảy ra hư hỏng (Hệ thống trong hình 1.3 sử dụng sơ đồ c)

- Bộ trợ lực chân không được lắp liền cụm với xylanh chính, lấy nguồn chân không từ cổ hút động cơ

- Bộ điều hòa lực phanh lấy tín hiệu điều khiển là khoảng cách giữa khung xe và cầu sau để thay đổi áp suất dầu tới các cơ cấu phanh sau

- Cơ cấu phanh trước kiểu đĩa, thường là giá đỡ di động, có thể có một hoặc nhiều xylanh công tác

- Cơ cấu phanh sau kiểu tang trống chốt tựa cùng phía lực đẩy bằng nhau Trên một số xe đã sử dụng cơ cấu phanh đĩa cho cả phía sau

* Hệ thống phanh dừng: Do khoảng cách ngắn, lực doãng cơ cấu phanh không

lớn nên thường sử dụng dẫn động cơ khí tới hai cơ cấu phanh của cầu sau Hiện nay

có một số xe trang bị phanh dừng điều khiển điện

Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm: phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao (do dầu không bị nén) Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là tỉ số truyền của dẫn động dầu không lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh Hiệu suất truyền động

sẽ giảm ở nhiệt độ thấp

1.3 Cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh chống bó cứng ABS

1.3.1 Chức năng hệ thống phanh chống bó cứng ABS

Các bộ điều chỉnh lực phanh bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn động phanh đến các bánh xe trước và sau, có thể đảm bảo:

- Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng được triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe khi phanh)

- Hoặc hãm cứng các bánh xe trước trượt trước (để đảm bảo điều kiện ổn định)

- Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn nhất vì:

Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc Các bánh xe trượt lết trên đường sẽ làm mòn lốp và giảm hệ số bám Nghiên cứu đã cho thấy hệ số bám dọc có giá trị cao nhất khi bánh xe chịu lực dọc và trượt cục bộ trong giới hạn hệ

Hình 1-4 Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt tương đối của

bánh xe [4]

Vì thế, để đảm bảo đồng thời hiệu quả phanh và tính ổn định cao Ngoài ra còn giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần tiến hành quá trình phanh ở trong một giới hạn nhất định, nghĩa là đảm bảo sao cho các bánh xe trong quá trình

phanh không bị trượt lết hoàn toàn mà chỉ trượt cục bộ trong giới hạn λ= (15-30)%

Đó chính là chức năng và nhiệm vụ của hệ thống chống hãm cứng bánh xe

Để cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt, cần phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ưu Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh khác nhau như:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh

- Theo giá trị độ trượt cho trước

- Theo tỷ số vận tốc góc của bánh xe và gia tốc chậm dần của nó

Như vậy hệ thống chống hãm cứng bánh xe là một trong các hệ thống an toàn chủ động của một ôtô hiện đại Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm nhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu

Hình 1-5 Quá trình phanh có và không có ABS trên đọc đường cong [4]

1- Qũy đạo; 2- Có ABS; 3- Không có ABS; 4- Xe bị hãm cứng

1.3.2 Nguyên lý làm việc

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh

có mạch liên hệ ngược Sơ đồ khối của ABS có dạng như trên (Hình 1-18) gồm:

Bộ phận cảm biến (1) bộ phận điều khiển (2) bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện (3) và nguồn năng lượng (4)

Bộ phận cảm biến (1) có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá

độ trượt) và truyền tín hiệu điện đến bộ phận điều khiển (2) Bộ phận (2) sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện (3) để tiến hành giảm hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh

Chất lỏng được được truyền từ xy lanh chính (hay tổng van khí nén) (5) qua (3) đến các xy lanh bánh xe (hay bầu phanh) (6) để ép các phần tử và thực hiện quá trình

phanh

Hình 1-6 Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe [4] 1- Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng lượng;5- Xy lanh chính hoặc tổng van khí nén; 6- Xy lanh bánh xe hoặc bầu phanh

Để hiểu được nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo sát quá trình phanh bánh xe như trên (Hình 1-7)

Hình 1-7 Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh [4]

Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx =const, thì phương trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh có dạng:

Ở đây:

- Mbx: Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh

- Mp: Mô men bám của bánh xe với đường

- Jb: Mô men quán tính của bánh xe

Từ đó ta có gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh:

Sự thay đổi Mbx, Mφ và εb theo độ trượt thể hiện trên (Hình 1-20)

Đoạn O-1-2 biểu hiện quá trình tăng Mbx khi đạp phanh Hiệu (Mbx-Mφ) tỷ lệ với

gia tốc chậm dần εb của bánh xe Hiệu trên tăng nhiều khi đường Mφ đi qua cực đại

Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh Sự tăng đột ngột của εb được

sử dụng làm tín hiệu để giảm áp suất trong dẫn động Do có độ chậm tác dụng nhất

định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế được bắt đầu ở

điểm (2) Do Mbx giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm (3) (khi Mbx-Mφ) Vào

thời điểm tương ứng với điểm (4) mô men phanh có giá trị cực tiểu không đổi

Trên đoạn từ điểm (3) đến điểm (6), mô men phanh nhỏ hơn mô men bám, nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc bánh xe được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh điểm (5)

Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trượt giảm và bởi vậy φbx cũng như Mbx tăng

tiếp theo, chu trình lặp lại Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mbx thay đổi theo chu trình kín (1-2-3-4-5-6-1), giữ cho độ

trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1-λ2 (Hình 1-20), đảm bảo cho hệ số bám

có giá trị gần với giá trị cực đại nhất

Hình 1-8 Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS [4]

Trên (Hình 1-8) là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian

Hình 1-9 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần của bánh xe (b) khi phanh có ABS [4]

(Hình 1-9) cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có ba giai đoạn ba pha tăng áp suất (1→2), giảm áp suất (2→4) và duy trì giữ áp suất (4→5) ABS làm việc với ba giai đoạn như vậy gọi là ABS ba pha Một số ABS có thể không có pha duy trì

áp suất gọi là ABS hai pha

Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong

khoảng λ1-λ2 = (15-30) % Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén khoảng

phanh (%)

t

Hình 1-11.Qúa trình phanh điển hình của ô tô có ABS [4]

Để tránh cho các lốp không bị bó cứng và làm mất khả năng quay vô lăng trong khi phanh khẩn cấp nên lặp lại động tác đạp và nhả bàn đạp nhiều lần, tuy nhiên không

có thời gian làm việc này trong thời gian khẩn cấp

Hệ thống ABS dùng một máy tính xác định tình trạng quay của 4 bánh xe trong khi phanh có thể tự động đạp và nhả Sự khác nhau về tỉ lệ giữa tốc độ của xe và tốc độ của các bánh xe được gọi là hệ thống số trượt

Ngoài ra cũng cần phải giữ lực quay vòng ở mức cao để duy trì sự ổn định về hướng Để thực hiện điều này người ta thiết kế hệ thống ABS để tăng hiệu suất phanh tối đa bằng cách sử dụng hệ số trượt là (10-30) % bất kể các điều kiện của mặt đường, đồng thời giữ lực quay vòng càng cao càng tốt để duy trì sự ổn định về hướng

1.3.3 Phân loại ABS

Mặc dù có chung một nguyên lý làm việc, nhưng các ABS có thể được thiết kế theo nhiều sơ đồ kết cấu và biện pháp điều chỉnh áp suất khác nhau Hệ thống ABS được phân loại theo các phương pháp sau:

- Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành hai nhóm lớn điều khiển

cơ khí và điều khiển bằng điển tử

- Theo thành phần kết cấu, các ABS điều khiển điện tử chia ra:

+ Loại dùng kết hợp với xy lanh chính của hệ thống phanh cổ điển (còn gọi

là loại không tích hợp)

+ Loại bán tích hợp

+ Loại tích hơp

- Theo phương pháp điều chỉnh (giảm) áp suất, chia ra:

+Dùng bình tích năng và bơm hồi dầu

+Dùng van xả dầu về bình chứa

+Dùng piston đối áp

1.3.4 Một số sơ đồ điển hình

Sau đây giới thiệu một số sơ đồ ABS điển hình phổ biến với dẫn động thủy lực,

điều khiển điện tử

1.3.4.1 Sơ đồ ABS ba kênh ba cảm biến

Hình 1-12 Sơ đồ ABS ba kênh ba cảm biến[4]

Sơ đồ (Hình 1-12) sử dụng hai cảm biến tốc độ bánh xe đặt ở các bánh xe cầu

trước và một cảm biến tốc độ bánh xe với vòng răng cảm biến đặt trên bánh răng vành

chậu của bộ vi sai

1.3.4.2 Sơ đồ ABS ba kênh bốn cảm biến

Hình 1-13 Sơ đồ ABS ba kênh bốn cảm biến [4]

Trên (Hình 1-13) là sơ đồ ABS ba kênh bốn cảm biến bố trí ở các bánh xe và bốn van điều khiên Phương án này hai bánh xe trước được điều khiển độc lập, hai bánh sau được điều khiển chung theo môdun thấp, tức là bánh xe nào có khả năng bám thấp

sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau Phương án này sẽ loại bỏ được mô men quay vòng cưỡng bức trên cầu sau tính ổn định tăng nhưng hiệu quả phanh giảm bớt Hầu hết các xe có bánh sau chủ động và nhiều xe trước chủ động sử dụng ABS ba kênh

1.3.4.3 Sơ đồ ABS bốn kênh bốn cảm biến

ABS 4 kênh điều khiển phanh 4 bánh xe một cách riêng biệt Đây là hệ thống hoàn chỉnh nhưng đắt tiền nhất và yêu cầu mỗi bánh xe phải có một cảm biến tốc độ tiêng

Hình 1-14 Sơ đồ ABS bốn kênh bốn cảm biến [4]

Trên (Hình 1-14) là sơ đồ ABS bốn kênh bốn cảm biến bố trí ở các bánh xe và bốn van điều khiển độc lập (sử dụng phổ biến cho xe động cơ đặt trước bánh trước chủ động) Với phương án này các bánh xe đều được tự động điều chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là lớn nhất Tuy nhiên khi phanh trên đường có hệ số bám trái và phải không đều thì mô men quay vòng cưỡng bức lớn tính ổn định giảm

2.2 Mô men phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh

Hình 2-1 Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh Trong đó:

- Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe

- Z1: Phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe cầu trước

- Z2: Phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe cầu sau

- L0: Chiều dài cơ sở của xe

- hg: Toạ độ trọng tâm theo chiều cao

- a,b: Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước / sau

- Pp1,Pp2: Lực phanh ở các bánh xe cầu trước / sau

- Pj: Lực quán tính khi phanh

- Để đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất với gia tốc chậm dần lớn nhất mà bánh xe không bị trượt thì trước hết cơ cấu phanh ở các bánh xe phải có khả năng tạo ra

mô men phanh lớn nhất được xác định bằng theo tài liệu [2]:

Mbx=Gbx.bx.Rbx [N.m] (2.1)

2.2.1 Phân tích chọn hệ số bám

Hệ số bám φbx giữa lốp với mặt đường của bánh xe khi phanh phải là (giá trị lớn nhất có thể có) nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống phanh Tuy nhiên hệ số bám không được chọn quá lớn quá giá trị giới hạn mà tại đó khi phanh bánh xe có bắt đầu trượt lết hoàn toàn Nếu vượt quá giới hạn thì các bánh xe bị trượt lết, bánh xe sẽ bị mất dẫn hướng và do đó xe dễ bị lệch khỏi hướng chuyển động, xe có thể bị xoay và quay đầu

xe, thậm chí có thể bị lật xe rất nguy hiểm

Hệ số bám φbx giữa lốp với mặt đường của bánh xe thường được xác định bằng

thực nghiệm Với các kiểu lốp hiện nay, trên các loại đường nhựa hoặc bê tông tốt và khô ráo thì hệ số bám lớn nhất φmax có thể đạt đến (0,75÷ 0,85)

Với hệ thống phanh có trang bị hệ thống kiểm soát và điều chỉnh độ trượt bánh

xe (xe có trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS - Anti-lock Brake System, hay trang bị hệ thống phanh điều khiển điện tử – Electronic Brake System) thì hệ số bám có thể đạt đến giá trị cực đại, tức là φbx = φmax = 0,75÷0,85

Đối với xe thiết kế hệ thống phanh có trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh

xe ABS chọn φbx =0,8

2.2.2 Tính chọn bán kính làm việc trung bình của bánh xe Rbx

Theo tài liệu [1] ta có:

Trong đó:

- λ là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp khi làm việc so với bán kính thiết kế và

có thể chọn theo công thức kinh nghiệm sau:

+ Với lốp áp suất thấp: P1=(0,08÷0,5) [MN/m2] thì chọn λ= 0,93÷0,935

+ Với lốp áp suất cao: P1>0,5 [MN/m2] thì chọn λ= 0,945÷0,950

- Chọn λ = 0,93

Trong đó:

- d: đường kính của vành bánh xe được tính theo đơn vị Anh [inch]

- B: Bề rộng của lốp được tính đơn vị [mm] 225/55R17

- Kí hiệu của lốp: 225/55R17

Thay hết vào (2.2) ta có:

2.2.3.Tính chọn tọa độ trọng tâm theo chiều cao hg

Theo tài liệu [1] ta có:

= 0,5.1825

= 912 [mm]

2.2.4 Tính chọn phân bố trọng lượng cầu trước và sau

Theo bảng (2-1) ta có trọng lượng toàn bộ của xe:

Ga = 1900 [KG] = 1900.9,81=18639 [N]

Với xe du lịch thì phần trọng lượng cầu trước, cầu sau gần như nhau ta chọn theo

tài liệu tham khảo của nhà sản xuất

- Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe Ga =18639 [N]

- Z1: Phản lực pháp tuyến ở các bánh xe cầu trước Z 1 = G 1 =9417,6 [N]

- L0: Chiều dài cơ sở của xe L 0 = 2775 [mm]

Thay vào công thức (2.6) ta được:

- G bx1 , G bx2: Trọng lượng bám của các cầu xe

- Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe Ga = 18639 [N]

- hg = 912 [mm] là tọa độ trọng tâm khi xe đầy tải

- φbx: Hệ số bám của bánh xe

Thay số vào (2.7) ta được:

Trọng lượng bám cầu trước:

Trọng lượng bám cầu sau:

Từ đây ta tính được lực phanh yêu cầu của mỗi bánh xe trước và sau theo tài liệu [2]:

Mô men bánh xe trước:

Mbx1 = Pbx1.Rbx = 5727.0,4128 = 2364,1[N.m] (2.9a)

Mô men bánh xe sau:

Mbx2 = Pbx2.Rbx = 1728,6.0,4128 = 713,6 [N.m] (2.9b)

Với Rbx = 0,4128 [m] là bán kính làm việc của bánh xe

2.3 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe

Hệ số phân bố lực phanh K12 là cơ sở để tính chọn hệ thống phanh ở các cầu cho

hợp lý, được xác định bởi công thức theo tài liệu [2]

Thay các số liệu đã tính vào (2.10) ta được:

2.4 Phân tích, chọn loại dẫn động phanh

Đối với hệ thống phanh làm việc của ô tô, người ta sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: dẫn động thủy lực và dẫn động khí nén

2.4.1 Dẫn động thủy lực

Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vận tải

có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xy lanh phanh chính, bộ trợ lực phanh, xy lanh làm việc ở các bánh xe

Ưu điểm:

- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ dưới (0,2 ÷ 0.4) [s]

- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dòng dẫn động chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh đã ép vào đĩa phanh

- Hiệu suất cao

- Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, giá thành thấp

- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu

phanh

Nhược điểm:

- Yêu cầu độ kín khít cao Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động

không làm việc được

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợ lực

để giảm lực bàn đạp, làm cho kết cấu thêm phức tạp

- Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rung động

và mô men phanh không ổn định

- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng

2.4.2 Dẫn động khí nén

Dẫn động khí nén hiện nay được sử dụng rộng rãi trên các ô tô máy kéo cỡ trung bình và lớn, cũng như trên các đoàn xe kéo móc

Ưu điểm:

- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

- Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khi có rò rỉ nhỏ, hệ thống vẫn tiếp tục làm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm)

Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác như: Phanh rơ móc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén

- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động

Nhược điểm:

- Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn

- Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rỉ áp suất làm việc của khí nén thấp hơn của chất lỏng trong dẫn động thủy lực tới (10 ÷ 15) lần Nên kích thước và khối lượng của dẫn động lớn

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

Dựa vào các ưu, nhược điểm của dẫn động thủy lực và dẫn động khí nén, và dựa trên ôtô thiết kế là ôtô con 05 chỗ ta chọn loại dẫn động phanh cho xe thiết kế là dẫn động thủy lực có thể có bầu trợ lực chân không nếu như lực đạp quá lớn

2.5 Phân tích, chọn sơ đồ dẫn động phanh

Dẫn động hệ thống phanh làm việc với mục đích tăng độ tin cậy, cần phải có ít nhất là hai dòng dẫn độc lập Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn làm việc được với hiệu suất nào đó Mỗi sơ đồ có các ưu khuyết điểm riêng Vì vậy khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa vào các yếu tố chính là:

- Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng

- Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép

- Mức độ phức tạp của dẫn động

Thường sử dụng nhất là sơ đồ phân dòng theo các cầu (Hình 2-2 a) đây là sơ đồ phân dòng đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh cầu trước

Khi dùng các sơ đồ (b), (c) và (d) hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảo không thấp hơn 50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy vậy khi dùng sơ đồ (b)

và (d) lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong hai dòng bị hỏng Điều này cần tính toán khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tay đòn âm)

Sơ đồ (e) là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

Để đảm bảo những yêu cầu chung đặt ra đối với hệ thông phanh, dẫn động phanh phải đảm bảo những yêu cầu cụ thể sau:

Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các mô men phanh sinh ra với lực tác dụng lên bàn đạp

- Thời gian chậm tác dụng khi phanh không được vượt quá 0,6 [s], khi nhả phanh không được lớn hơn 1,2 [s]

Hình 2-2 Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thuỷ lực [3]

1,2- Các xy lanh bánh xe trước, sau; 3,6- Các dòng dẫn động (đường ống dẫn đến

xy lanh bánh xe);4,5- Bộ phận phân dòng (Xy lanh chính)

Dựa trên các ưu điểm của các sơ đồ dẫn động, và để đảm bảo các yêu cầu chung đặt ra đối với hệ thống phanh trên xe ô tô thiết kế ta chọn sơ đồ dẫn động là sơ đồ (Hình 2-2 a)

2.6 Phân tích, chọn cơ cấu phanh

Trên xe ô tô du lịch cần loại phanh an toàn, quảng đường phanh ngắn, kết cấu nhỏ gọn để bố trí trên bánh xe, làm việc ổn định Trên ôtô du lịch cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng, vì nó có những ưu điểm:

- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0.05÷0.15) [mm] nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỉ số truyền dẫn động

- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều

- Bảo dưỡng đơn giản do không điều chỉnh khe hở

- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trị của chúng đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu.Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn trong bánh xe

- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn

Điều kiện làm mát tốt hơn

Để đảm bảo các yêu cầu của hệ thống phanh trên xe ô tô du lịch ta chọn cơ cấu phanh cho xe thiết kế là cơ cấu phanh đĩa cho cả bánh trước và bánh sau của xe

Phanh đĩa có các loại: kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay, vòng

Có hai phương án lắp ghép má kẹp: lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi Phương

án lắp cố định có độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫn động lớn Tuy vậy điều kiện làm mát kém, nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh cao hơn

Để khắc phục có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động Má kẹp có thể làm tách rời hay liền với xy lanh bánh xe và trượt trên các chốt dẫn hướng cố định Kết cấu như vậy có

độ cứng vững thấp Khi các chốt dẫn hướng bị biến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều, hiệu qủa phanh giảm và gây rung động

Các cơ cấu phanh loại này kín hơn nhưng kết cấu phức tạp nên ít dùng trên ôtô Trong hệ thống phanh cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát, vì thế kết cấu của nó bao giờ cũng có hai bộ phận chính là: các phần tử ma sát và cơ cấu ép Trong đó phần tử ma sát có thể có các dạng: trống guốc, đĩa hay dải

Vậy dựa trên các phân tích và tài liệu tham khảo ta chọn cơ cấu phanh cho xe thiết kế là loại phanh dạng đĩa quay hở (thường được sử dụng trên xe du lịch) cho bánh trước và bánh sau Cơ cấu phanh trước kiểu đĩa xẻ rãnh Cơ cấu phanh sau kiểu đĩa đặc

Chương 3:

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE DU LỊCH

3.1 Tính toán mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu

Hình 3-1 Sơ đồ tính toán phanh kiểu đĩa Với cơ cấu phanh đĩa thì việc hình thành mô men ma sát hoàn toàn tương tự li hợp ma sát cơ khí Mô men ma sát được tạo ra bởi hai guốc phanh có giá trị hoàn toàn

bằng nhau Mg1=Mg2 nhờ ép bởi một piston

Phanh đĩa thường có cơ cấu ép có tính đối xứng hoàn toàn về phương diện kết cấu qua mặt phẳng chứa đĩa phanh.Vì vậy mô men ma sát của đĩa được tạo ra bởi hai

má phanh có giá trị hoàn toàn giống nhau vì đĩa ép bởi hai piston bằng nhau đối xứng qua đĩa có cùng áp lực dầu

Nếu xem các lực ép P1 và P2 là như nhau và bằng lực ép Pep của piston thì mô men phanh tổng cộng do hai má phanh tạo ra cho đĩa phanh được xác định bằng theo tài liệu [2]:

Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu Pep đối với cơ cấu phanh đĩa được xác

định như sau theo tài liệu [2]

Thay số liệu vào ta có lực ép đối với cơ cấu phanh trước/sau

+ Cơ cấu phanh trước:

dụng lên một diện tích giảm, dẫn đến mức độ mài mòn giảm song mỗi lần phanh (mỗi lần phanh diễn ra là một lần quá trình trượt giữa má phanh và đĩa phanh diễn ra mãnh liệt, vừa làm mài mòn má phanh vừa sinh nhiệt lớn làm nung nóng đĩa cũng như

má phanh và các chi tiết liên quan đến truyền nhiệt với chúng) Tuy vậy, bề rộng má phanh không nên tăng lớn quá vì như vậy sẽ làm giảm tính đồng đều của áp lực phân

bố theo chiều rộng má phanh, dẫn đến mòn má phanh không đều và giảm hiệu quả phanh

Với kiểu phanh đĩa, bề rộng má phanh có thể xác định theo lực ép Pep tạo ra cho đĩa phanh theo tài liệu [2] ta có:

Trong đó:

- R1, R2: là bán kính trong và ngoài của đĩa

- : là góc ôm của tấm ma sát theo chu vi hình vành khăn của đĩa

- q: là áp suất làm việc trung bình hình thành giữa má và đĩa phanh trong quá trình phanh

Góc ôm của tấm ma sát theo tài liệu [2] ta có:

Để đảm bảo tuổi thọ má phanh cho một chu kỳ giữa hai lần bảo dưỡng thì giá trị

giới hạn từ 1,5÷2,0 [MN/m2]

Với cơ cấu phanh kiểu đĩa, do ưu tiên cho quá trình làm mát đĩa nên đĩa không được bao kín, vì vậy bụi bẩn bám vào và do đó góp phần tăng mòn quá trình phanh và