BẢNG 2.2 Các thông số, kiểu loại của một số thiết bị và hệ thống trên Toyota Fortuner 2017 BẢNG 3.1 Thông số tính toán trên xe tham khảo BẢNG 4.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
Sự cần thiết của hệ thống phanh khi tham gia giao thông
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế trong nước, nhu cầu sử dụng ô tô trong vận tải hành khách và hàng hóa cũng tăng nhanh chóng Mặc dù hệ thống giao thông đã có những bước phát triển đáng kể nhưng chưa thể tương xứng với tốc độ phát triển của phương tiện tham gia giao thông Chính vì vậy vấn đề an toàn giao thông đang là vấn đề nhức nhói không chỉ riêng ở Việt Nam chúng ta mà còn là vấn đề đau đầu của các nhà quản lý trên toàn thế giới
Tai nạn giao thông xảy ra trên ô tô gây ra các thiệt hạ rất lớn về của cải, vật chất và tinh thần của con người vì kích thước và tải trọng lớn của ô tô
Hình 1.1 Tai nạn giao thông tên quốc lộ 1A khiến 10 người tử vong
Do mật độ ôtô trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết luôn phải quan tâm
Xét về nguyên nhân gây tai nạn giao thông ta có thể kể đến mô hình đường-người- xe như hình 1.2
Hình 1.2 Hệ đường - người - xe Ở nước ta, số vụ tai nạn giao thông đang trong tình trạng báo động Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ÷ 70 % do con người gây ra 10 ÷
15 % do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 ÷ 30% là do đường sá quá xấu Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì theo thống kê cho thấy tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn (52 ÷ 75%) Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ
Hiện nay, với sự phát triển của nghành công nghệ ô tô thì những ô tô ra đời thế hệ sau luôn có vận tốc lớn hơn và hướng tới giới hạn giá trị trượt tối ưu hơn Ô tô ngày càng hoàn thiện về kết cấu tức là khả năng thích ứng động lực tốt hơn, ngày càng hướng tới an toàn động lực học
Hình 1.3 Ô tô đang chạy trên đường trơn
Một trong những vấn đề đặt ra là phải giải quyết vấn đề hoạt động của hệ thống phanh khi phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, ướt, đường cát, điều này dẫn đến bánh xe nhanh chóng bị bó cứng và mất ổn định khi phanh Khi phanh ô tô, nếu bánh trước bị bó cứng trước thì sẽ làm cho xe không thể chuyển hướng theo sự điều khiển của người lái; nếu bánh sau bị bó cứng trước thì ô tô sẽ bị trượt ngang Đặc biệt là khi ô tô quay vòng, hiện tượng trượt ngang của bánh xe sẽ dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa làm mất ổn định của xe khi quay vòng Điều đó chỉ có thể xác định rõ qua các thông số động lực học của quá trình phanh
Về lý thuyết, xe có thể không được bảo dưỡng đúng kỳ, gặp lỗi kỹ thuật như thiếu dầu phanh, dầu đầy trong xi-lanh chính, trục bánh xe bị rơ, khí lọt vào dầu phanh dẫn tới tình trạng phanh không ăn hoặc mất hoàn toàn tác dụng
Song đối với người lái xe, thói quen xuống dốc hoặc lên đèo cao, tài xế rà phanh không đúng kỹ thuật, xuống dốc trôi ga để giảm tốc độ lại cực kỳ nguy hiểm Điều này khiến cho hệ thống má phanh, dầu phanh nóng lên Nhiệt độ cao có thể làm mềm gioăng tại xi-lanh dẫn làm dầu phanh thoát ra ngoài khi tài xế đạp phanh Điều này khiến hệ thống phanh mất tác dụng hay nói cách khác là mất phanh Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết ta cần phải hiểu rõ về 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.
Phân tích các loại phanh và cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh đĩa thường được sử dụng trên ô tô du lịch (chủ yếu ở các bánh trước) Gần đây loại phanh đĩa còn được sử dụng trên một số ô tô tải và chở khách
Phanh đĩa có các loại: kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại có vỏ quay, đĩa quay, vòng ma sát quay Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại, hoặc ghép hai kim loại khác nhau
Hình 1.5 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa má kẹp cố định
1-Má phanh; 2-Má kẹp; 3-Piston; 4-Vòng làm kín; 5-Đĩa phanh
Hình 1.6 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động, xilanh cố định
1-Đĩa phanh; 2-Má kẹp; 3-Đường dầu; 4-Piston; 5-Thân xilanh; 6-Má phanh
Hình 1.7 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa má kẹp tùy động, xilanh bố trí trên má kẹp
1-Má kẹp; 2-Piston; 3-Chốt trượt; 4-Đĩa phanh; 5-Má phanh
+ Áp suất phân bố đều lên bề mặt má phanh, do đó các má phanh mòn đều
+ Bảo dưởng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở,có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0,05-0,15)mm nên rất nhạy
+ Lực ép tác dụng theo chiều dọc trục tự cân bằng,nên cho phép tăng giá trị lực ép để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng kết cấu + Có kết cấu nhỏ gọn,đơn giản, ổn định khi thắng nên đễ bố trí trong bánh xe
+ Hiệu quả phanh không phụ thuộc vào chiều quay
+ Điều kiện làm mát tốt
+ Lực quay ly tâm của rôto làm chất bẩn không bám được
+ Phanh đĩa còn có ưu điểm là có khả năng thoát nước tốt, do nước bám vào đĩa phanh bị loại bỏ rất nhanh bởi lực ly tâm nên tính năng phanh được phục hồi nhanh trong thời gian ngắn
+ Kết hợp với hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) rất tốt
+ Cơ cấu phanh đĩa có cấu tạo đơn giản hơn nhiều so với phanh tang trống nên việc kiểm tra, bảo đưỡng và thay thế má phanh đặc biệt dễ dàng
+ Nhạy cảm với bụi bẩn, khó làm kín nên dễ bị oxy hóa và làm cho các má phanh mòn nhanh
+ Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt, xước
+ Công nghệ chế tạo cao, giá thành cao
Phạm vi ứng dụng: thường được sử dụng chủ yếu trên ô tô du lịch
+ Do kết cấu kín nên khả năng tản nhiệt cơ cấu nhanh rất kém
+ Áp lực phân bố không điều trên bề mặt má phanh, nên làm cho má phanh không mòn điều
+ Độ nhạy của cơ cấu phanh kém, do khe hở giữa má phanh và trống phanh lớn, khoảng (0,2-0.4)mm
+ Cần phải có bộ điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh
+ Có nhiều chi tiết Ưu điểm:
+ Có thể kết hợp để làm phanh dừng
+ Công nghệ chế tạo không quá cao
Phạm vi sử dụng: thường được sử dụng trên tất cả các loại ô tô
Các loại dẫn động phanh
1.3.1 Dẫn động loại thủy lực
Theo loại năng lượng sử dụng, dẫn dộng phanh thủy lực có thể chia làm 3 loại: dẫn động tác động trực tiếp, dẫn động tác động gián tiếp, dẫn động dùng bơm và các bộ tích năng
Dẫn động thủy lực tác động trực tiếp: cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp bằng lực tác dụng của người lái
Hình 1.8 Sơ đồ dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp
1-Xilanh bánh xe; 2-Đường ống dẫn; 3,4-Piston của xilanh chính; 5-Bàn đạp;
6-Xilanh chính; 7-Đường ống dẫn; 8-Xilanh bánh xe Ưu điểm
+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe
+ Lực điều khiển lớn, vì áp suất sinh ra trong hệ thống chỉ do lực người điều khiển tạo ra
+ Yêu cầu độ kín khít cao Khi có 1 chỗ nào bị rò rỉ thì dẫn dộng không làm việc được
Phạm vi sử dụng: chỉ dung chô ô tô tải trọng nhỏ a Dẫn động thủy lực tác động gián tiếp : cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờ lực người lái, một phần nhờ các bộ trợ lực lắp song song với bàn đạp
Dẫn động thủy lực tác động gián tiếp có hai loại: dẫn động thủy lực trợ lực chân không và đẫn động thủy lực trợ lực khí nén
*Dẫn động thủy lực dùng bầu trợ lực chân không
Cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờ lực người lái, một phần nhờ bộ trợ lực chân không lắp song song với bàn đạp
Bộ trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong đường nạp của động cơ xăng có tốc độ lớn hoặc do bơm chân không tạo ra để tạo lực phụ cho người lái
Bộ trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong đường nạp của động cơ xăng có tốc độ lớn hoặc do bơm chân không tạo ra để tạo lực phụ cho người lái Ưu điểm:
+ Hiệu suất làm việc cao
+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe
+ Hiệu suất làm việc giảm nhiều ở tốc độ thấp
+ Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rung động và mômen phanh không ổn định
+ Yêu cầu độ kín khít cao Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động không làm việc được
+ Giá thành cao Được sử dụng trên xe con, xe tải nhỏ và trung bình
*Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén:
Cơ cấu phanh được đẫn động một phần nhờ lực người lái, một phần nhờ bộ trợ lực khí nén lắp song song với bàn đạp Ưu điểm:
+ Hiệu suất làm việc cao
+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe
Hình 1.9 Dẫn động thủy lực trợ lực chân không
1.Xylanh chính; 2 Piston; 3.Bình dầu phụ; 4.Bầu trợ lực;5.Màng cao su; 6.Màng cao su ở cơ cấu tỷ lệ; 7.Van không khí; 8.Phần tử lọc; 9.Bàn đạp; 11.Van chân không; 12.Đường ống nạp13.Van một chiều; 14,15.Đường dầu đi đến các cơ cấu phanh trước/sau
+ Phải tiêu tốn công suất cho máy nén khí
+ Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp
+ 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
+ Yêu cầu độ kín khít cao
Phạm vi sử dụng: được dùng nhiều trên ô tô tải trọng lớn
Hình 1.10 Dẫn động phanh thủy lực trợ lực khí nén
1.Bàn đạp; 2.Đòn đẩy; 3.Cụm van khí nén; 4.Bình chứa khí nén; 5.Xilanh lực;
6.Xilanh chính; 7,9.Đường ống dẫn dầu đến xilanh bánh xe; 8,10.Dẫn động thủy lực dùng bơm và các bộ tích năng 1.3.2 Dẫn động khí nén a.Ưu điểm:dẫn động khí nén có các ưu điểm quang trọng là:
- 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 có thể 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 mooc, đóng cửa xe, hệ thống treo khí nén,…
- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động b 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
Hình 1.11 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén xe ô tô đơn không có rơ mooc
1.Máy nén khí; 2.Bộ điều chỉnh áp suất; 3.Bộ lọc nước và làm khô khí; 4.Cụm van chia và bảo vệ; 5,6.Các bình chứa khí nén; 7.van phân phối hai dòng; 8.Bầu phanh và cơ cấu phanh trước; 9.Bộ tích năng và cơ cấu phanh sau c Phạm vi sử dung: được sử dụng rộng rải trên các ô tô cỡ trung bình và lớn, cũng như trên các đoàn xe kéo mooc
Dẫn động phanh liên hợp là kết hợp giữa thuỷ lực và khí nén, trong đó phần thuỷ lực có kết cấu nhỏ gọn trọng lượng nhỏ, đồng thời đảm bảo cho độ nhạy của hệ thống cao, phanh cùng một lúc được tất cả các bánh xe Phần khí nén cho phép điều khiển nhẹ nhàng và khả năng tuỳ động, điều khiển phanh rơ moóc Loại phanh này kết hợp được những ưu điểm của phanh thủy lực va khí nén, đồng thời khắc phục được nhược điểm của từng loại khi chúng làm việc dộc lập a.Ưu nhược điểm:
-Kết hợp được nhiều ưu điểm của hệ hai thống phanh thủy lực và khí nén, khắc phục được nhược điểm của từng laoij khi làm việc độc lập
- Điều khiển nhẹ nhàng, dễ cơ khí hóa hay tự động hóa
- Độ nhạy cao, kích thước và khối lượng nhỏ
- Nếu một phần nào đó của dẫn động bi rò rỉ thì toàn bộ dẫn động sẽ không làm việc được
- Kích thước của dẫn động phanh liên hợp rất cồng kềnh và phức tạp, rất khó khăn khi bảo dưỡng và sửa chữa
- Số lượng các chi tiết nhiều, kết cấu bảo dưởng phức tạo
- Khi sử dụng phanh liên hợp thì giá thành rất cao và có nhiều chi tiết đắt tiền b Phạm vi sử dụng: Được sử dụng rộng rải trên các ô tô và đoàn xe kéo tải trọng lớn và đặc biệt lớn
1.3.4 Sự phân dòng trong dẫn động phanh
Theo hình thức dẫn động phanh thủy lực có thể chia ra làm hai loại:
+ Truyền động phanh một dòng: truyền động phanh một dòng được sử dụng rộng rãi trên một số ô tô trước đây vì kết cấu của nó đơn giản
+ Truyền động phanh nhiều dòng: dẫn động hệ thống phanh làm việc nhằm mục đích tang độ tin cậy, cần phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập có cơ cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn phanh được ô tô với một hiệu quả phanh nào đó
Hiện nay phổ biến nhất là đẫn động hai dòng với sơ đồ phân dòng.Để dẫn động phanh làm việc với độ tin cậy cao, thì cần có ít nhất là hai dòng dẫn động độc lập trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn làm được việc với một hiệu quả nhất định nào đó Để phân chia các dòng có thể sử dụng một bộ phận điều khiển kép như: xylanh kép hay một bộ chia
Mỗi sơ đồ đều có các ưu nhược điểm riêng Vì vậy, khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán lựa chọn kỹ dựa vào ba yếu tố chính:
+ Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng
+ Mức độ bất đối xứng lực phanh khi một dòng bị hỏng
+ Mức dộ phức tạp của dòng dẫn động
GIỚI THIỆU VỀ XE Ô TÔ TOYOTA FORTUNER 2017 VÀ PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Các thông số kỹ thuật của xe ô tô Toyota Fortuner 2017
Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Fortuner 2017
STT Các thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Chiều dài tổng thể L0 4795 mm
2 Chiều rộng tổng thể B0 1855 mm
3 Chiều cao tổng thể H 1835 mm
4 Chiều dài cơ sở L 2745 mm
5 Chiều rộng cơ sở Trước Bt 1545 mm
7 Trọng lượng toàn bộ Ga 2500 kg
8 Trọng lượng không tải G0 1865 kg
9 Dung tích xi lanh Vxl 2694 cm 3
11 Số xupap trên mỗi xi lanh
14 Công suất động cơ Nemax 164 Hp
15 Số vòng quay cực đại nN 5200 vòng/phút
16 Mô men xoắn lớn nhất Memax 245 N.m
17 Số vòng quay tại mô men cực đại nM 4000 vòng/phút
19 Dung tích bình nhiên liệu Vnl 80 Lít
20 Tiêu chuẩn khí thải Euro 4
Hình 2.1 Hình vẽ tổng thể xe Toyota Fortuner 2017
Bảng 2.2 Các thông số, kiểu loại của một số thiết bị và hệ thống trên Toyota
STT Tên thiết bị và hệ thống Thông số hoặc kiểu loại
1 Loại động cơ 2TR-FE
3 Hệ thống nhiên liệu Phun nhiên liệu trực tiếp sử dụng đường dẫn chung
4 Hộp số 6 cấp số tự động
5 Hệ thống phanh Trước Phanh đĩa
6 Hệ thống treo Trước Độc lập, tay đòn kép với thanh cân bằng Sau Phụ thuộc, liên kết 4 điểm
7 Trợ lực tay lái Thủy lực
Giới thiệuvề một số hệ thống chính trên ô tô Toyota Fortuner 2017
2.2.1 Động cơ lắp trên xe
Fortuner V sử dụng động cơ xăng 2TR-FE cải tiến, 2.7 lít, 4 xy lanh thẳng hàng,
16 van, trục cam kép, VVT-i kép cùng hộp số 6 cấp tự động, công suất cực đại 164 mã lực tại 5200 vòng/phút và mô men xoắn tối đa là 245 Nm đảm bảo tính năng vận hành êm ái và dễ dàng Hệ thống van phối khí thông minh Dual VVT-i kép là một tiến bộ bậc nhất trong việc tiết kiệm nhiên liệu và khả năng nhanh chóng đạt tốc độ cao và an toàn ngay khi xuất phát
Hình 2.2 Động cơ 2TR-FE lắp trên xe
Với tiềm lực vững chắc của mình, Toyota đã trang bị thêm hệ thống Dual VVT-i giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường một cách đáng kể: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu
Dual VVT-i à hệ thống tương tự như hệ thống VVT-i trên các thế hệ động cơ trước, nhưng Dual VVT-i được lắp đặt cho cả trục cam nạp và cam thải Không những thay đổi thời điểm đóng mở su-pap nạp của động cơ, mà còn thay đổi góc đóng mở su- pap thải động cơ
Hệ thống lái của ô tô Toyota Fortuner là hệ thống lái có trợ lực Cấu tạo của hệ lực và dẫn động lái Trên Toyota Fortuner 2017 người ta bố trí cơ cấu lái và bộ trợ lực lái riêng thành hai cụm
Phương án bố trí này có ưu điểm:
-Kết cấu cơ cấu lái nhỏ gọn
-Dễ bố trí trợ lực lái
-Tăng tính thống nhất sản phẩm
-Giảm tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống lái
Nhược điểm: kết cấu kém cứng vững, chiều dài các đường ống lớn dẫn đến tăng khả năng dao động của các bánh xe dẫn hướng
Bộ trợ lực lái thủy lực có nhiệm vụ giảm bớt lực điều khiển của người lái, giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng Bộ trợ lực còn là tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ Vì lúc đó người lái đủ sức giữ tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt
Cơ cấu lái được sử dụng ở đây là loại cơ cấu bánh răng thanh răng, hoạt động theo nguyên lý lăn không trượt nên hiệu suất truyền động cao, việc chế tạo nó cũng đơn giản vì thế giá thành tương đối rẻ Mặc dù vậy nó cũng có nhược điểm là lực điều khiển cần phải lớn và nhạy cảm với va đập Chính vì thế mà trên hệ thống lái của ô tô đã trang bị thêm hệ thống trợ lực bằng thủy lực nhằm giảm nhẹ lực điều khiển cho người lái, giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng Ngoài ra còn làm tăng tính an toàn chuyển động vì khi nếu có một bánh xe dẫn hướng bị nổ thì lúc đó nó đảm bảo cho người lái đủ sức giữ tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt
Hệ thống trợ lực lái trên xe được bố trí theo kiểu cơ cấu lái và van phân phối trợ lực lái vào chung một cụm còn xi lanh trợ lực thì được bố trí kết hợp với thanh răng Với kiểu bố trí này nhằm đem lại kết cấu gọn, tăng độ vững chắc Toyota Fortuner giúp làm giảm khuynh hướng tự dao động bánh xe dẫn hướng, do chiều dài các ống dẫn ngắn nhất nên độ nhạy cao
2.2.3 Hệ thống phanh Ô tô Toyota Fortuner được trang bị hai hệ thống phanh bao gồm một hệ thống phanh chính và một hệ thống phanh dừng Được trang bị phanh trước đĩa thông gió, phanh sau tang trống giúp Fortuner mới đảm bảo lực phanh trong mọi điều kiện Với kết cấu của đĩa phanh có thêm rãnh thông gió giúp cho việc thoát nhiệt sinh ra do sự ma sát giữa má và đĩa phanh trong quá trình làm việc được tốt hơn với chiều dày của mỗi má phanh khi mới là 10,5 ÷ 11,5mm và đĩa phanh với chiều dày là 24,9 ÷ 25,1mm
Má kẹp được sử dụng là kiểu tùy động có thể trượt được trên các chốt dẫn hướng và xilanh bánh xe được làm liền luôn trong má kẹp, má kẹp có thiết kế với khoảng trống đủ để chứa hai má phanh
Hệ thống treo được cải tiến với treo trước độc lập tay đòn kép và, xy lanh lớn hơn, thêm thanh cần bằng cho hệ thống treo, tối ưu hóa các điểm liên kết hệ thống treo với gầm xe Hệ thống treo phía trước độc lập tay đòn kéo kết hợp khả năng điều khiển và tiết kiệm không gian, giữa cảm giác thoải mái và khả năng điều khiển và giúp chiếc xe uốn cong nhiều hơn Tiếp nhận và dập tắc được các dao động của măt đường, đảm bảo tính ổn định khi xe chuyển động
Hệ thống treo phía sau là là hệ thống treo phụ thuộc với liên kết 4 điểm và dầm cầu xoắn chữ H tạo ra khoảng sáng gầm xe cao và thoáng, nâng cao được tính cơ động của động cơ.Có cấu tạo đơn giảnvà độ cứng vững cao
Việc nâng cấp này cải thiện rất lớn hệ thống treo, giúp xe vận hành êm ái hơn, đỡ rung sóc, giảm ồn, vào cua, chuyển làn chắc chắn
Khung gầm và thân xe sử dụng thép cứng cường độ cao và thép chống rỉ, tăng độ bền, độ cứng cho thân xe với thanh dầm được làm dày hơn 20mm, tăng số lượng điểm hàn liên kết thân xe và gầm xe, cải thiện khả năng vận hành và bổ sung thêm các tấm lót sàn xe, tăng khả năng cách âm
2.2.5 Hệ thống truyền lực a Ly hợp
Ly hợp là một bộ phận có nhiệm vụ truyền và ngắt mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ tới hệ thống truyền lực, đồng thời nó đóng vai trò như là một bộ phận an toàn cho động cơ và hệ thống truyền lực khi quá tải
Trên ô tô được trang bị loại ly hợp ma sát với một đĩa bị động, và sử dụng lò xo đĩa để tạo lực ép.Với kết cấu như vậy mang lại sự đơn giản, nhỏ gọn và giảm được giá thành Trên đĩa bị động, các tấm ma sát được liên kết với xương đĩa bằng mối ghép đinh tán với tổng chiều dày của đĩa bao gồm cả xương đĩa khi còn mới dao động trong khoảng từ 8,4 ÷ 9mm và khi mòn đến giới hạn cho phép là 6mm
Dẫn động đóng mở ly hợp cũng được thực hiện bằng thủy lực nhờ vậy mà hiệu trình làm việc Dẫn động ly hợp trên xe không có trợ lực bởi vì xe có tải trọng lớn đồng thời sử dụng lò xo ép là loại đĩa nên lực cần thiết để mở ly hợp là đủ để mở ly hợp, nằm trong phạm vi cho phép mà người điều khiển có thể tác động được b.Hộp số
Phân tích các phương án thiết kế
2.3.1 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 a 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: xylanh phanh chính, bộ trợ lực phanh, xylanh làm việc ở các bánh xe
Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là :
- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,2 ÷ 0.4s)
- 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
- 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 của dẫn động thủy lực :
- 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 mômen phanh không ổn định
- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng b 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
Dẫn động khí nén có những ưu điểm là :
- 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
- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác như : Phanh rơ mooc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén
- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động
Tuy nhiên dẫn động khí nén có các nhược điểm là:
- 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 7 chỗ ta chọn loại dẫn động phanh cho xe thiết kế là dẫn động thủy lực với bầu trợ lực chân không
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 (H 3.1a) 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 mômen phanh sinh ra với lực tác dụng lên bàn đạp và hành trình của nó
- 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 2.3 Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thuỷ lực
1,2- Các xylanh bánh xe trước, sau;
3,6- Các dòng dẫn động (đường ống dẫn đến xylanh bánh xe);
4,5- Bộ phận phân dòng (Xylanh 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 2.3e
Hình 2.4 Sơ đồ dẫn động phanh
1- Đĩa phanh; 2- Vành răng cảm biến; 3- Xilanh chính;
4- Bầu trợ lực chân không; 5 - Bàn đạp phanh;
Trên xe ô tô du lịch cần loại phanh an toàn, quảng đường phanh ngắn, kết cấu nhỏ gọn dể 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 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 ma sát quay Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác nhau
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE THIẾT KẾ
Tính toán mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh
Bảng 3.1 Thông số tính toán chính trên xe tham khảo
STT Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Vận tốc max Vmax 160 Km/h
2 Công suất cực đại Nemax 122 KW
3 Số vòng quay cực đại nN 5200 Vòng/phút
4 Mô men xoắn cực đại Memax 245 Nm
5 Số vòng quay tại mô men cực đại nM 4000 Vòng/phút
6 Dung tích xi lanh Vh 2694 CC
8 Chiều dài cơ sở Lo 2745 mm
9 Chiều rộng cơ sở trước/sau S 1545/1550 mm
10 Trọng lượng không tải Go 1865 Kg
11 Trọng lượng toàn tải Ga 2500 Kg
Mômen sinh ra ở các cơ cấu phanh của ô tô phải đảm bảo giảm được tốc độ hoạt dừng hoàn toàn với gia tốc chậm dần và quảng đường phanh nằm trong giới hạn cho phép
Mômen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất cần phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe Trên hình 3.2 là sơ đồ lực tác dụng lên xe
Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Ga - Trọng lượng toàn bộ của ôtô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm của xe, phương chiều như hình vẽ
G1 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu trước.;
G2 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu sau;
Z1 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh trước của xe;
Z2 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh sau của xe;
Lo - Chiều dài cơ sở của xe; hg - Chiều cao trọng tâm của xe; a - Khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm của xe; b - Khoảng cách từ cầu sau đến tọa độ trọng tâm của xe;
Gọi Z1, Z2 lần lựơc là phản lực pháp tuyến tại mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước và cầu sau
- Theo tài liệu tham khảo [5] thì đối với ô tô con trọng lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau là 51% và 49%
Vậy tải trọng lượng phân bố lên cầu trước G1 và cầu sau G2 là:
Xác định tọa độ trong tâm: a, b, hg
Lấy mô men tại điểm O1 ta có:
Thay số vào ta được: a 2500
Từ sơ đồ hình 3.1 ta thấy:
b = L0 – a = 2745 – 1345,05= 1399,95 (mm) hg - Tọa độ trọng tâm theo chiều cao Theo tài liệu [2] ta có:
S - Chiều rộng cơ sở hg = 0,5.S, với S = 1545 (mm)
Từ hình 3.2 ta viết được phương trình cân bằng mô men như sau:
+ Đối với cầu trước: Z2.L0 – Ga.a + Pj.hg = 0 (3.3)
+ Đối với cầu sau: Z1.L0 – Ga.b - Pj.hg = 0 (3.4)
Mặt khác ta có: Pj = Jp.ma = Jp. g
Trong đó: Pj – Lực quán tính ma – Khối lượng của ôtô g – Gia tốc trọng trường
Thay (3.3) vào (3.4) và (3.5) ta được:
+ Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước:
+ Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau:
Trong đó: φ là hệ số bám giữa lốp và mặt đường Đối với hệ thống phanh có trang bị hệ thống kiểm soát và điều chỉnh độ trượt của bánh xe Đối với ôtô du lịch, theo tài liệu [2] ta chọn = 0 , 75
Thay (3.6) vào (3.8) ta được lực bám của mỗi bánh xe ở cầu trước với mặt đường là:
Thay (3.7) vào (3.9) ta được lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau:
Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước:
Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau:
Mp1 - Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước
Pp1 - Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước
Mp2 - Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau
Pp2 - Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau
Z1 - Phản lực của mặt đường tác dụng lên cầu trước
Z2 - Phản lực của mặt đường tác dụng lên cầu sau rbx - Bán kính làm việc của bánh xe, rbx = λ.r0 [mm] r0 - Bán kính thiết kế của bánh xe, r0 = B +
2 d 25,4 [mm] d - Đường kính của vành bánh xe được tính theo đơn vị Anh (inch)
B - Bề rộng của lốp được tính theo đơn vị (mm)
Theo tài liệu tham khảo ta có kí hiệu lốp: 265/65R17 λ - Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp
Theo [4] đối với xe du lịch ta chọn lốp có áp suất thấp λ = 0.93 ÷ 0.935
3.1.1 Ðối với cơ cấu phanh trước
Mô men phanh của mỗi bánh xe cầu trước Mp1:
Thay giá trị vào các công thức (3.12) ta được:
3.1.2 Ðối với cơ cấu phanh sau
Mô men phanh của mỗi bánh xe cầu sau Mp2:
Thay các giá trị trên vào công thức (3.14) ta được
Vậy mômen phanh sinh ra ơ cầu trước là: MP1 = 2965,875 [N.m] và mômen phanh sinh ra ơ cầu sau là: MP2 = 1147,308 [N.m]
Hệ số phân bố lực phanh lên các trục của bánh xe
Thực tế mômen phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh đựoc lắp đặt ở các bánh xe của ôtô Cơ cấu phanh ở các bánh xe có nhiều kiểu/loại và vì vậy nói chung trên một chiếc xe có thể có các cơ cấu phanh khác nhau đối với các trục bánh xe trước và sau
Vì vậy, để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lý, trước hết cần tính toán đánh giá tỷ số phân bố mômen phanh lên trục trước và trục sau theo hệ số phân bố lực phanh:
1 12 bx g bx g bx bx bx bx h a h b P
= (3.16) Thay giá trị vào ta được:
= + bx g bx g bx bx bx bx h a h b P
Mômen phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu
Với cơ cấu phanh đĩa thì việc hình thành mômen ma sát hoàn toàn tương tự li hợp ma sát cơ khí mômen ma sát của đĩa được tạo ra bởi hai má phanh có giá trị hoàn toàn bằng nhau Mg1=Mg2 nhờ ép bởi hai piston bắng nhau bố trí đối xứng qua đĩa có cùng áp lực dầu
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 mômen ma sát của đĩa được tạo ra bở hai má phanh có giá trị hoàn toàn giống nhau vì đĩa ép bởi 2 piston bằng nhau đối xứng qua đĩa có cùng áp lực dầu
Hình 3.2 Cơ cấu phanh kiểu đĩa
Nếu xem các lực ép P1và P2 là như nhau và bằng lực ép P của piston thì mô men phanh tổng cộng do hai má phanh tạo ra cho đĩa phanh được xác định bằng:
R2 là bán kính ngoài của đĩa, theo tài liệu [1] R2 =0.4 rbx 8,89 (mm)
R1 là bán kính trong của đĩa,chúng có thể được chọn theo kinh nghiệm bằng
là hệ số ma sát trượt giữa má phanh và đĩa phanh.Theo số liệu kinh nghiệm =0,3÷0,33.Chọn =0,33
Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu P đối với cơ cấu phanh đĩa được xác định như sau :
Thay số liệu vào ta có lực ép đối với cơ cấu phanh trước/sau
Tính toán xác định bề rộng má phanh
Bề rộng má phanh sẽ xác định diện tích làm việc của má phanh ép lên đĩa Bề rộng của tấm ma sát vì diện tích làm việc tăng đồng nghĩa với áp lực tác dụng lên một diện tích giảm, dẫn đến mức độ mài mòn giảm trong 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
Khi các thông số khác đã được chọn và xác định theo mô men yêu cầu nêu trên thì bề rộng má phanh sẽ được xác định theo áp suất cho phép [q] hình thành đối với má phanh trong quá trình phanh
Với kiểu phanh đĩa, bề rộng má phanh có thể xác định theo lực ép P tạo ra cho đĩa phanh:
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 phanh và đĩa phanh trong quá trình phanh
Góc ôm của tấm ma sát:
(3.22) Để đảm bảo tuổi thọ má phanh cho một chu kỳ giữa hai lần bảo dưỡng thì giá trị áp suất làm việc của má phanh q[N/m 2 ] phải nhỏ hơn giá trị cho phép [q] nằm trong giới hạn từ 1,5÷2,0 [MN/m 2 ]
Với cơ cấu phanh kiểu đĩa, do ưu tiên co 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 đĩa Để hạn chế sự mài mòn của chúng, trong thiết kế cần chọn áp suất làm việc của bề mặt ma sát đủ nhỏ so với giá trị giới hạn đã cho theo kinh nghiệm
* Với cơ cấu phanh trước : ( P1 = 31526,51 [N] )
+ Tính theo góc ôm của má phanh :
+ Tính theo chiều dài cung tại bán kính trung bình:
Tính bán kính trung bình của đĩa phanh Rtb:
Thay số vào ta được:
Bề rộng hình vành khăn: bvkl = (R2 – R1) = (0,1789 – 0,098)= 0,08 [m]
Bộ thông số cho cơ cấu phanh trước:
+ Bán kính ngoài đĩa phanh: R2 = 0,179 [m]
+ Hệ số tối ưu: Kr = 0,55
+ Bán kính trung bình: Rtb = 0,142 [m]
+ Bề rộng vành khăn: bvk1 = 0,008 [m]
+ Góc ôm má phanh: α1 = 1,37 [rad] α1 = 80 [độ]
+ Chiều dài trung bình cung: C1 = 0,195 [m]
* Với cơ cấu phanh sau : ( P2 = 11604,31 [N] )
+ Tính theo góc ôm của má phanh :
+ Tính theo chiều dài cung tại bán kính trung bình:
Tính bán kính trung bình của đĩa phanh Rtb:
Thay số vào ta được:
Bề rộng hình vành khăn: bvk2 = (R2 – R1) = (0,2236 – 0,145)= 0,062 [m]
Bộ thông số cho cơ cấu phanh sau:
+ Bán kính ngoài đĩa phanh: R2 = 0,179 [m]
+ Hệ số tối ưu: Kr = 0,65
+ Bán kính trung bình: Rtb = 0,149 [m]
+ Bề rộng vành khoăn: bvk2 = 0,062 [m]
+ Góc ôm má phanh: α2 = 0,63 [rad] α2 = 36 [độ]
+ Chiều dài trung bình cung: C1 = 0,094 [m]
Tính toán kiểm tra công trược riêng và nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh
3.5.1 Tính toán kiểm tra công trược riêng
Kích thước má phanh không chỉ xác định theo tiêu chí áp suất làm việc phải nhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho phép [q] nhằm đảm bảo tuổi thọ cho má phanh, mà còn được xác định theo tiêu chí công ma sát trược riêng nhằm đảm bảo cho má phanh làm việc trong thời gian lâu dài Bởi vì với cùng áp suất làm việc của má phanh trong quá trình phanh như nhau nhưng tốc độ xe khi bắt đầu phanh càng lớn thì ma sát sẽ càng mau mòn
Theo định nghĩa công ma sát trượt riêng chính là công ma sát trượt của má phanh trong quá trình phanh tính trên một đơn vị diện tích làm việc của má phanh Giả sử công ma sát trượt L trong quá trình phanh sẽ thu toàn bộ động năng của ôtô khi bắt đầu phanh với vận tốc v1 cho đến khi ôtô dừng hẳn v2=0:
Trong đó: ma : khối lượng toàn bộ của ôtô đầy tải khi phanh
Ga : Trọng lượng của ôtô
V1 : Tốc độ của ôtô khi bắt đầu phanh g : Gia tốc trọng trường
A: Tổng diện tích làm việc của các má phanh trong tất cả các cơ cấu phanh [m 2 ] Diện tích làm việc của một má phanh có thể được xác định:
A (3.25) Thế số đã biết cho hai má phanh của hai cơ cấu phanh trước:
Thế số đã biết cho hai má phanh của hai cơ cấu phanh sau:
Vậy tổng diện tích ma sát của cả xe:
Suy ra công trượt riêng:
Trị số công ma sát riêng tính theo các công thức trên khi bắt đầu phanh với tốc độ trung bình bằng nữa tốc độ cực đại (v1=0,5vmax) cho đến khi xe dừng hẳn (v2=0) phải nằm trong giớihạn cho phép [Lr] = 415 [Mj/m 2 ], đối với ôtô du lịch:
Với v1= 80 [Km/h]= 22.22 [m/s] thì ta có:
L r = So sánh với giá trị cho phép 4< Lr