Đang tải... (xem toàn văn)
Mục lục CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu đề tài 1 1.3. Nội dung đề tài 1 1.4. Phương pháp nghiên cứu 1 1.5. Kết cấu đồ án. 2 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 2.1. Tổng quan về hệ thống phanh trên ô tô. 3 2.1.1. Khái niệm: 3 2.1.2. Công dụng: 3 2.1.3. Yêu cầu: 3 2.2. Phân loại hệ thống phanh: 3 2.3. Cơ cấu phanh 4 2.1.4. Cơ cấu phanh tang trống: 5 2.1.5. Cơ cấu phanh đĩa: 6 2.4. Dẫn động phanh: 8 2.1.6. Dẫn động cơ khí 8 2.1.7. Dẫn động phanh thủy lực 9 2.1.8. Hệ thống phanh dẫn động khí nén 9 2.1.9. Dẫn động phanh khí nén – thủy lực 10 2.5. Trợ lực phanh 11 2.1.10. Trợ lực phanh khí nén: 11 2.1.11. Trợ lực chân không: 12 2.1.12. Trợ lực bằng năng lượng điện từ 13 2.6. Hệ thống phanh trang bị ABS: 14 2.1.13. Chức năng của ABS: 14 CHƯƠNG III: HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA VIOS 15 3.1. Giới thiệu tổng quan về xe Toyota Vios 15 3.2. Giới thiệu hệ thống phanh trên xe Toyota Vios: 16 3.2.1. Nguyên lý làm việc 17 3.3. Kết cấu và bộ phận phính 20 3.3.1. Cơ cấu phanh trước 20 3.3.2. Cơ cấu phanh sau: 22 3.3.3. Xy lanh chính: 22 3.3.4. Các cảm biến 23 3.3.5. Khối điều khiển điện tử ECU. 25 3.4. Bộ phân phối lực phanh điện tử (EBD). 25 3.5. Trợ lực phanh của Vios 25 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH 28 4.1. Tính toán hệ thống phanh trên xe TOYOTA VIOS 28 4.1.1. Xác định momen phanh yêu cầu: 28 4.1.2. Xác định mô men phanh do các cơ cấu phanh sinh ra 33 4.2. Tính toán dẫn động phanh: 41 4.3.1. Đường kính xilanh chính: 42 4.3.2. Hành trình làm việc của pit tong xilanh phanh. 43 4.3.3. Hành trình của bàn đạp phanh 43 4.3.4. Xác định hành trình pit tông xilanh lực 44 4.3. Tính bền đường ống dẫn động phanh 45 4.4. Tính toán thiết kế bộ trợ lực phanh 46 4.3.5. Hệ số cường hóa của trợ lực 46 4.3.6. Xác định kích thước màng cường hóa: 48 4.3.7. Tính các lò xo 49 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ TRÊN SOILD WORK 57 5.1. Cụm bàn đạp phanh 57 5.2. Hệ thống xilanh chính 58 5.3. Bộ trợ lực chân không 59 5.4. Cụm phanh đĩa trước 61 5.5. Mâm bánh xe 63 5.6. Lắp ghép hoàn chỉnh hệ thống phanh 63 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Danh mục hình ảnh Hình 2. 1 Vị trí bố trí cơ cấu phanh. 4 Hình 2. 2 Cấu tạo phanh tang trống. 5 Hình 2. 3 Nguyên lý hoạt động của phanh tang trống. 6 Hình 2. 4 Cấu tạo phanh đĩa. 7 Hình 2. 5 Nguyên lý hoạt động của phanh đĩa. 7 Hình 2. 6 Các loại điều khiển phanh dừng 8 Hình 2. 7 Cơ cấu phanh dừng. 9 Hình 2. 8 Hệ thống phanh dẫn động thủy lực. 9 Hình 2. 9 Hệ thống phanh dẫn động khí nén. 10 Hình 2. 10 Sơ đồ dẫn động phanh một dòng. 10 Hình 2. 11 Sơ đồ dẫn động phanh hai dòng 11 Hình 2. 12 Cụm trợ lực phanh khí nén. 12 Hình 2. 13 Sơ đồ trợ lực khí nén. 12 Hình 2. 14 Sơ đồ bộ trợ lực chân không. 13 Hình 2. 15 Sơ đồ bộ trợ lực bằng năng lượng điện tử 14 Hình 3. 1 Sơ đồ bộ trợ lực bằng năng lượng điện tử 15 Hình 3. 2 Hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Vios. 17 Hình 3. 3 Giai đoạn duy trì (giữ) áp suất. 18 Hình 3. 4 Giai đoạn giảm áp. 19 Hình 3. 5 Giai đoạn tăng áp. 20 Hình 3. 6 Kết cấu đĩa phanh có xẽ rãnh thông gió. 21 Hình 3. 7 Cơ cấu phanh trước. 21 Hình 3. 8 Biến dạng đàn hồi của vòng làm kín. 22 Hình 3. 9 Kết cấu xilanh chính. 23 Hình 3. 10 Cảm biến tốc độ bánh xe trước. 24 Hình 3. 11 Cảm biến tốc độ bánh xe sau. 24 Hình 3. 12 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến 25 Hình 3. 13 Bầu trợ lực chân không. 26 Hình 3. 17 Bán kính trung bình của đĩa ma sát 34 Hình 4. 1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh. 28 Hình 4. 2 Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe. 32 Hình 4. 3 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh của mỗi bánh xe ở cầu 33 Hình 4. 4 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước theo độ trượt λ khi phanh. 37 Hình 4. 5 Bán kính trung bình của đĩa ma sát. 38 Hình 4. 6 Quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu sau theo độ trượt λ khi phanh 41 Hình 4. 7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực. 42 Hình 4. 8 tính toán đường kính xilanh chính. 42 Hình 4. 9 Sơ đồ tính toán bộ trợ lực phanh. 46 Hình 4. 10 Đường đặc tính của bộ cường hoá 48 Hình 4. 11 Tính toán lò xo. 50 Hình 5. 1 Các chi tiết tổng thành của cụm bàn đạp phanh 57 Hình 5. 2 Cụm bàn đạp phanh hoàn chỉnh 58 Hình 5. 3 Các chi tiết tổng thành hệ thống xilanh chính. 58 Hình 5. 4 Hệ thống xilanh chính hoàn chỉnh 59 Hình 5. 5 Các chi tiết tổng thành bộ trợ lực chân không 59 Hình 5. 6 bộ trợ lực chân không hoàn chỉnh 60 Hình 5. 7 Các chi tiết tổng thành cụm phanh đĩa trước (1). 61 Hình 5. 8 Các chi tiết tổng thành cụm phanh đĩa trước (2). 62 Hình 5. 9 Cụm phanh đĩa hoàn chỉnh 63 Hình 5. 10 Mâm bánh xe. 63 Hình 5. 11 Hệ thống phanh 64 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển, kéo theo mọi hoạt động trong đời sống xã hội đều phát triển theo xu hướng hiện đại hóa nên đòi hỏi phải có những phương tiện hiện đại phục vụ cho con người. Do đó song song với sự phát triển của mọi ngành nghề thì công nghệ ôtô cũng có sự thay đổi khá lớn. Nhu cầu của con người dần dần được đáp ứng về các mặt tiện nghi, kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường,… trong đó vấn đề an toàn được đặt lên hang đầu. Ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật đã đạt được, các nhà sản xuất bắt tay vào nghiên cứu, chế tạo hệ thống phanh ABS với những tính năng ưu việt: chống bó cứng bánh xe khi phanh, ổn định hướng,… nhằm hạn chế những tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra. Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn, em quyết định thực hiện đề tài: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE ANTILOCK BRAKING SYSTEM (ABS) TRÊN XE TOYOTA VIOS”. Trong thời gian thực hiện đề tài do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng tất cả các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Văn Tâm cùng các thầy đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Phanh hay còn gọi là hệ thống phanh trên ô tô là một hệ thống hay một trang bị rất cần thiết hay cũng như đã được trang bị trên các mẫu xe hiện nay. Từ các phân khúc hạng A đắt tiền nhất cho đến ohaan khúc hạng D. Bởi vì đây là một trong những tính năng an toàn cần có giúp chúng ta tránh được những tình huống tai nạn hay những vụ tai nạn không đáng có xảy ra. Nó còn giúp tài xế cứu được người. Cũng từ đó mà các nhà nghiên cứu sáng chế và cải tiến các hệ thống phanh ngày càng hiện đại. Mục tiêu đề tài Nội dung nghiên cứu đề tài được thực hiện với các mục đích sau: Thực hiện tổng quan hệ thống phanh cũng như các công nghệ phanh trên xe hiện nay. Tìm ra phương án thiết kế khả thi chế tạo mô hình hệ thống. Giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn về công nghệ phanh ABS. Phải thực hiện và tính toán được hệ thống phanh. Biên soạn cũng như ghi ra đuọc các công thức hình vẽ của hệ thống một cách sao cho logic, giúp người đọc hiểu sâu hơn hệ thống này. Nhoài ra tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS trên các dòng xe và so sánh chúng. Tiềm hiểu và đauw ra các giải pháp để sửa chữa và cải tiến hệ thống phanh sao cho ngày càng tốt và trở lên an toàn với người ngồi trên xe. Nội dung đề tài Tìm hiểu nguyễn lý hoạt động của hệ thống abs trên phương tiện Tính toán đo đạc thông số kỹ thuật trên mô hình thiết kế bản vẽ Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu các thông tin liên quan. Nghiên cứu lại môn Lý Thuyết Ô tô. Tham khảo mô hình thực tế. Thiết kế, mô phỏng mô hình trên phần mềm Solid Work. Sử dụng phần mềm soạn thảo word. Kết cấu đồ án. Nội dung tiểu luận word gồm 4 chương. Mô hình hệ thống CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tổng quan về hệ thống phanh trên ô tô. Khái niệm: “Phanh” là thiết bị cơ học có chức năng hạn chế chuyển động của bánh xe bằng cách tạo ra ma sát. Theo đó, hệ thống phanh khi hoạt động sẽ giúp kiểm soát việc giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe theo chủ ý của người lái xe. Công dụng: Hệ thống phanh dùng để: Giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho dến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó. Ngoài ra hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang. Yêu cầu: Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau: Làm việc bền vững, tin cậy. Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm. Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa. Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế. Đảm bảo tính ổn định và điều khiển khi phanh. Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng. Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng. Có khả năng thoát nhiệt tốt. Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện, lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ. Phân loại hệ thống phanh: Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh, phanh chia ra các loại: phanh bánh xe và phanh truyền lực. Hình 2. 1 Vị trí bố trí cơ cấu phanh. Theo dạng bộ phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia ra: phanh guốc, phanh đĩa và phanh dải. Theo loại dẫn động, phân chia ra: phanh cơ khí, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh điện từ và phanh liên hợp (kết hợp các loại khác nhau). Theo công dụng, phân chia ra: phanh chính (phanh chân), phanh dừng (phanh tay), phanh phụ, phanh dự phòng. Cơ cấu phanh Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát. Trong quá trình phanh động năng của ôt ô¬ được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường bên ngoài. Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh ô tô. Kết cấu của cơ cấu phanh bao giờ cũng có hai phần chính là: Các phần tử ma sát và cơ cấu ép. Ngoài ra cơ cấu phanh còn có một số bộ phận khác như: Bộ phận điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối với dẫn động thủy lực... Cơ cấu phanh tang trống: Phanh “tang trống” còn được gọi là phanh guốc, phanh đùm, tên gọi tiếng anh là Drum Brake. Hệ thống phanh này được phát minh bởi Louis Renault vào năm 1902. Hình 2. 2 Cấu tạo phanh tang trống. Nguyên lý hoạt động: Bằng cách sử dụng áp suất thuỷ lực truyền từ xi lanh chính đến xi lanh phanh, guốc phanh sẽ được ép vào trống, trống phanh này lại quay cùng với lốp khiến bánh xe dừng lại. Hình 2. 3 Nguyên lý hoạt động của phanh tang trống. Khi không có sự xuất hiện của áp suất đến xi lanh, lực của lò xo phản hồi đẩy guốc phanh rời khỏi mặt trong của trống phanh và trở về vị trí ban đầu. Các loại cơ cấu phanh tang trống: Cơ cấu phanh tang trống “đối xứng qua tâm” Cơ cấu phanh tang trống “dạng bơi”. Cơ cấu phanh tang trống “tự cường hóa”. Cơ cấu phanh đĩa: Phanh đĩa hay còn gọi là thắng đĩa là loại phanh được cấu tạo bởi một đĩa phanh gắn cố định trên phần trục quay và có chuyển động cùng với bánh xe. Má phanh thường được lắp đối xứng 2 bên đĩa phanh, nằm trong cùm phanh. Hình 2. 4 Cấu tạo phanh đĩa. Phanh đĩa hoạt động dựa trên lực ép của hệ thống thủy lực làm cho 2 má phanh ép chặt vào đĩa phanh. Khả năng giảm tốc của phanh đĩa được đánh giá cao hơn so với những loại phanh truyền thống. Hình 2. 5 Nguyên lý hoạt động của phanh đĩa. Dẫn động phanh: Dẫn động cơ khí Dẫn động phanh cơ khí bao gồm nhiều loại như: loại đòn kéo, loại cáp, loại cần kéo và các cơ cấu điều khiển trong cơ cấu phanh. Dẫn động cơ khí được dùng cho phanh tay. Hình 2. 6 Các loại điều khiển phanh dừng Hình 2. 7 Cơ cấu phanh dừng. Dẫn động phanh thủy lực Trên hầu hết tất cả các loại xe ô tô con (xe hơi) hiện nay đều sử dụng hệ thống phanh thủy lực hay còn gọi là phanh dầu. Hình 2. 8 Hệ thống phanh dẫn động thủy lực. Hệ thống phanh dẫn động khí nén Hệ thống phanh dẫn động khí nén (phanh hơi) là một loại hệ thống phanh thường dùng trên ô tô tải lớn và ô tô chở khách Hình 2. 9 Hệ thống phanh dẫn động khí nén. Hệ thống phanh khí nén bao gồm: cơ cấu phanh và dẫn động phanh, hoạt động nhờ áp lực của khí nén. Dẫn động phanh khí nén – thủy lực Dẫn động phanh này được chia làm 2 loại: Dẫn động phanh một dòng. Dẫn động phanh hai dòng. Hình 2. 10 Sơ đồ dẫn động phanh một dòng. Hình 2. 11 Sơ đồ dẫn động phanh hai dòng 1: máy nén khí 5: bình khí nén 2: van điều khiển 6: cơ cấu phanh 3: xilanh chính 7: xilanh thủy lực 4: bình chứa dầu Trợ lực phanh Trợ lực phanh là bộ phận có vai trò khuếch đại lực đạp chân phanh. Nhờ có trợ lực phanh mà người lái sẽ không tốn nhiều sức khi nhấn bàn đạp phanh. Dựa vào cơ cấu hoạt động và khả năng khuếch đại mà bộ trợ lực sẽ có nhiều loại, phù hợp cho từng loại xe khác nhau. Trợ lực phanh khí nén: Hình 2. 12 Cụm trợ lực phanh khí nén. Hình 2. 13 Sơ đồ trợ lực khí nén. Trợ lực chân không: Bầu trợ lực chân không sử dụng độ chênh lệch giữa chân không động cơ và áp suất khí quyển để khuếch đại lực ấn của chân phanh nhằm giúp tài xế phanh xe mà không cần tốn nhiều sức. Hình 2. 14 Sơ đồ bộ trợ lực chân không. Trợ lực bằng năng lượng điện từ Trợ lực loại này dùng những chuỗi xung điện từ khác nhau từ các cuộn dây tạo từ trường để di chuyển các chi tiết cơ khí khuếch đại lực đạp phanh. Hình 2. 15 Sơ đồ bộ trợ lực bằng năng lượng điện tử Hệ thống phanh trang bị ABS: Chức năng của ABS: ABS (Antilock Braking System) là hệ thống chống bó cứng phanh – một trong những hệ thống an toàn chủ động trên ô tô. ABS có tác dụng làm giảm nguy cơ về tai nạn thông qua việc điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu. Ký hiệu ABS trên ô tô đồng nghĩa với việc chiếc xe được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh. HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA VIOS Giới thiệu tổng quan về xe Toyota Vios Toyota Vios là loại xe 4 cửa được hãng Toyota sản xuất. Mẫu xe này được phát triển dành cho các thị trường Đông Nam Á, Trung Quốc, và Đài Loan. Hình 3. 1 Sơ đồ bộ trợ lực bằng năng lượng điện tử Bảng thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios: STT THỐNG SỐ KỸ THUẬT ĐƠN VỊ KTTL 1 Chiều dài toàn thể mm 4300 2 Chiều dài cơ sở mm 2550 3 Chiều rộng toàn thể mm 1700 4 Chiều rộng cơ sở mm 1480 5 Chiều cao xe mm 1460 6 Khoảng sáng gầm mm 150 7 Trọng lượng đầy tải KG 1520 7 Trọng lượng không tải KG 10551110 8 Sức chở Người 4 người 9 Kiểu động cơ 1NZFE 4 xy lanh 10 Dung tích xy lanh công tác cc 1497 11 Kí hiệu lốp 18560R15 12 Dung tích bình nhiên liệu Lít 42 13 Công suất cực đại MLv 1076000 14 Momen xoắn cực đại KG.mv 14,44200 15 Khoảng sáng gầm mm 150 16 Bán kính quay vòng tối thiểu m 4,9 17 Phanh trước Đĩa thông gió 18 Phanh sau Đĩa 19 Hệ thống âm thanh FMAM,CD player,MP3,WMA ,6 loa 20 Vỏ và mâm xe 18560R15 Mâm đúc 21 Dung tích khoang chứa hành lý Lít 575 22 Tiêu chuẩn khí thải Euro Step 4 23 Cửa khóa điều chỉnh từ xa 24 Kính cửa sổ điều chỉnh điện 25 Chất liệu ghế Da 26 Ghế trước Trượt và ngả Chỉnh độ cao mặt ghế (Ghế người lái) 27 Ghế sau Gập 60:40 28 Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) 29 Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD) 30 Hổ trợ lực phanh khẩn cấp (BA) 31 Đèn báo phanh trên cao 32 Túi khí (người lái và hành khách phía trước) 33 Hệ thống chống trộm Giới thiệu hệ thống phanh trên xe Toyota Vios: Hình 3. 2 Hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Vios. 1 Đĩa phanh 8 Dòng dẫn động phanh trước 2 Xilanh chính 9 Đèn báo phanh 3 Bầu trợ lực chân không 10 Đèn báo ABS 4 Bàn đạp phanh 11 Bộ thủy lực và máy tính 5 Công tắc khởi động 12 Dòng dẫn động phanh trước 6 Đĩa phanh 13 Các cảm biếm 7 Các cảm biến Nguyên lý làm việc a) Khi không phanh: Khi không phanh, không có lực tác dụng lên bàn đạp phanh nhưng cảm biến tốc độ luôn đo tốc độ bánh xe và gửi về khối điều khiển ECU khi xe hoạt động. b) Khi phanh ABS chưa làm việc: Khi người lái đạp phanh, rà phanh mà lực phanh chưa đủ lớn để xảy ra hiện tượng trượt bánh xe quá giới hạn cho phép, dầu phanh với áp suất cao sẽ đi từ tổng phanh đến lỗ nạp thường mở của van nạp để đi vào và sau đó đi ra khỏi cụm thủy lực mà không hề bị cản trở bởi bất kỳ một chi tiết nào trong cụm thủy lực. c) Khi phanh: Khi phanh các xilanh bánh xe sẽ ép các má phanh vào đĩa phanh hay đĩa phanh tạo ra lực ma sát phanh làm giảm tốc độ của bánh xe và của xe. Ở chế độ này bộ điều khiển ECU không gửi tín hiệu đến bộ chấp hành cụm thủy lực, mặc dù cảm biến tốc độ vẫn luôn hoạt động và gửi tín hiệu đến ECU. d) Khi phanh ABS làm việc: Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh đủ lớn sẽ gây nên hiện tượng trượt. Khi hệ số trượt vượt quá giới hạn quy định (10 30%) thì ABS sẽ bắt đầu làm việc và chế độ làm việc của ABS gồm các giai đoạn sau: 1. Giai đoạn duy trì (giữ) áp suất: Hình 3. 3 Giai đoạn duy trì (giữ) áp suất. 1 Tổng phanh 9 Cơ cấu phanh 2 Ống dẫn dầu 10 Cảm biến tốc độ 3 Van điện 11 Roto cảm biến 4 Cuộn dây 12 Nguồn điện 5 Van điện 13 Van nạp 6 Bơm dầu 14 Van xã 7 Van điện 15 Khối ECU 8 Bình chứa dầu Khi phát hiện thấy sự giảm nhanh tốc độ của bánh xe từ tín hiệu của cảm biến tốc độ và cảm biến gia tốc gửi đến, bộ điều khiển ECU sẽ xác định xem bánh xe nào bị trượt quá giới hạn quy định. Sau đó, bộ điều khiển ECU sẽ gữi tín hiệu đến bộ chấp hành hay là cụm thuỷ lực, kích hoạt các rơle điện từ của van nạp hoạt động để đóng van nạp (13) lại > cắt đường thông giữa xylanh chính và xylanh bánh xe. Như vậy áp suất trong xilanh bánh xe sẽ không đổi ngay cả khi người lái tiếp tục tăng lực đạp. Sơ đồ làm việc của hệ thống trong giai đoạn này như trên hình 2. Giai đoạn giảm áp suất Hình 3. 4 Giai đoạn giảm áp. Nếu đã cho đóng van nạp mà bộ điều khiển nhận thấy bánh xe vẫn có khả năng bị hãm cứng (gia tốc chậm dần quá lớn), thì nó tiếp tục truyền tín hiệu điều khiển đến rơle van điện từ của van xả (14) để mở van này ra, để cho chất lỏng từ xilanh bánh xe đi vào bộ tích năng (8) và thoát về vùng có áp suất thấp của hệ thống > nhờ đó áp suất trong hệ thống được giảm bớt. Giai đoạn tăng áp suất: Khi tốc độ bánh xe tăng lên (do áp suất dòng phanh giảm), khi đó cần tăng áp suất trong xilanh để tạo lực phanh lớn, khối điều khiển điện tử ECU ngắt dòng điện cung cấp cho cuộn dây của các van điện từ, làm cho van nạp mở ra và đóng van xả lại > bánh xe lại giảm tốc độ Hình 3. 5 Giai đoạn tăng áp. Chu trình giữ áp, giảm áp và tăng áp cứ thế được lặp đi lặp lại, giữ cho xe được phanh ở giới hạn trượt cục bộ tối ưu mà không bị hãm cứng hoàn toàn. Kết cấu và bộ phận phính Cơ cấu phanh trước Đặc điểm kết cấu các chi tiết và bộ phận chính: Hình 3. 6 Kết cấu đĩa phanh có xẽ rãnh thông gió. 1 Má phanh 9 Ống dầu 2 Nắp chặn 10 Bu long khóa 3 Vỏ bộ xilanh thắng 11 Kẹp đỡ xilanh thắng 4 Tấm chắn 12 Đệm cao su làm kín 5 Bu lông giữ 13 Đĩa phanh 6 Vòng chặn dầu 14 Lỗ kiểm tra má phanh 7 Nắp chụp chắn bụi 15 Lỗ tản nhiệt đĩa phanh 8 Vít xả khí Hình 3. 7 Cơ cấu phanh trước. Hệ thống phanh chính (phanh chân): Phanh trước và phanh sau là phanh đĩa điều khiển bằng thuỷ lực trợ lực chân không, có sử dụng hệ thống chống hãm cứng ABS. Hình 3. 8 Biến dạng đàn hồi của vòng làm kín. a Biến dạng của vòng làm kín tương ứng với các khe hở J1, J2, J3 khác nhau và áp suất p bằng nhau. b, c Trạng thái chưa làm việc và đang chịu áp suất; 1 Piston; 2 Vòng làm kín; 3 Xilanh. Cơ cấu phanh sau: Phanh sau là phanh đĩa điều khiển bằng thuỷ lực trợ lực chân không, có sử dụng hệ thống chống hãm cứng ABS. Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau. Xy lanh chính: Là loại xy lanh kép được thiết kế sao cho nếu một mạch dầu bị hỏng thì mạch dầu khác vẫn tiếp tục làm việc nhằm cung cấp một lượng dầu tối thiểu để phanh xe. Đây là một trong những thiết bị an toàn nhất của xe. Ở vị trí chưa làm việc, các piston bị đẩy về vị trí ban đầu bởi các lò xo hồi vị, các khoang phía trước piston được nối thông với bình chứa qua lỗ cung cấp dầu (6). Khi phanh piston bị đẩy sang trái ép dầu phía trước piston đi đến xy lanh bánh xe. Khi nhả phanh đột ngột dầu phía sau piston chui qua lỗ bù, bù vào khoảng không gian phía trước đầu piston. Hình 3. 9 Kết cấu xilanh chính. 1 Lò xo 7 Vòng chặn 2 Lỗ bù dầu 8 Chốt tuỳ 3 Piston 9 Lò xo 4 Nút làm kín 10 Cụm van ngược 5 Bình chứa dầu phanh 11 Cụm van ngược 6 Piston Các cảm biến Là 4 cảm biến riêng biệt cho từng bánh xe, nhận và truyền tín hiệu tốc độ của bánh xe về cho khối điều khển điện tử ECU. Cảm biến tốc độ bánh xe thực chất là một máy phát điện cỡ nhỏ. Cấu tạo của nó gồm: Rô to: Có dạng vòng răng, được dẫn động quay từ trục bánh xe hay trục truyền lực nào đó. Stato: Là một cuộn dây quấn trên thanh nam châm vĩnh cửu. Hình 3. 10 Cảm biến tốc độ bánh xe trước. Hình 3. 11 Cảm biến tốc độ bánh xe sau. Bộ cảm biến làm việc như sau: Khi mỗi răng của vòng răng đi ngang qua nam châm thì từ thông qua cuộn dây sẽ tăng lên và ngược lại, khi răng đã đi qua thì từ thông sẽ giảm đi. Sự thay đổi từ thông này sẽ tạo ra một suất điện động thay đổi trong cuộn dây và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển điện tử. Bộ điều khiển điện tử sử dụng tín hiệu là tần số của điện áp này như một đại lượng đo tốc độ bánh xe. Bộ điều khiển điện tử kiểm tra tần số truyền về của tất cả các cảm biến và kích hoạt hệ thống điều khiển chống hãm cứng nếu một hoặc một số cảm biến cho biết bánh xe có khả năng bị hãm cứng. Tần số và độ lớn của tín hiệu tỷ lệ thuận với tốc độ bánh xe. Khi tốc độ của bánh xe tăng lên thì tần số và độ lớn của tín hiệu cũng thay đổi theo và ngược lại. Hình 3. 12 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến Khối điều khiển điện tử ECU. ECU là não bộ, trung tâm điều khiển của hệ thống, gồm hai bộ vi xử lý và các mạch khác cần thiết cho hoạt động của nó. ECU nhận biết được tốc độ quay của bánh xe, cũng như tốc độ chuyển động tịnh tiến của xe nhờ tín hiệu truyền về từ các cảm biến tốc độ bánh xe. Trong khi phanh sự giảm tốc độ xe tùy theo lực đạp phanh, tốc độ xe lúc phanh, và điều kiện mặt đường. ECU giám sát điều kiện trượt giữa bánh xe và mặt đường nhờ bộ kiểm tra sự thay đổi tốc độ bánh xe trong khi phanh. Nó xử lý và phát tín hiệu điều khiển cho khối thuỷ lực cung cấp những giá trị áp suất tốt nhất trong xi lanh bánh xe để điều chỉnh tốc độ bánh xe, duy trì lực phanh lớn nhất từ 10 ÷ 30% tỷ lệ trượt. Bộ phân phối lực phanh điện tử (EBD). Chức năng EBD cho phép kiểm soát nhạy hơn các bánh xe sau. Phân phối lực phanh điện tử cho phép giảm áp lực phanh cho phanh của bánh sau phụ thuộc vào sự trượt của bánh xe này. Điều này cải thiện tình trạng ổn định khi lái so với hệ thống truyền động. Trợ lực phanh của Vios Trợ lực phanh xe Toyota Vios dùng là loại trợ lực chân không. Nó là bộ phận rất quan trọng, giúp người lái giảm lực đạp lên bàn đạp mà hiệu quả phanh vẫn cao. Trong bầu trợ lực có các piston và van dùng để điều khiển sự làm việc của hệ thống trợ lực và đảm bảo sự tỉ lệ giữa lực đạp và lực phanh. Hình 3. 13 Bầu trợ lực chân không. Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không: Bầu trợ lực chân không có hai khoang A và B được phân cách bởi piston (hoặc màng). Van chân không, làm nhiệm vụ: Nối thông hai khoang A và B khi nhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh. Van không khí, làm nhiệm vụ: cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mở đường thông của khoang A khi đạp phanh. Vòng cao su là cơ cấu tỷ lệ: Làm nhiệm vụ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh. Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ qua van một chiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không. Khi nhả phanh: van chân không mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang B qua van này và có cùng áp suất chân không. Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần dịch chuyển sang phải làm van chân không đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí mở ra cho không khí qua phần tử lọc đi vào khoang A. Ðộ chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) của bầu trợ lực và qua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xilanh chính, ép dầu theo các ống dẫn đi đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh. Khi lực tác dụng lên piston tăng thì biến dạng của vòng cao su cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần, làm cho van không khí đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lực không đổi. Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần lại dịch chuyển sang phải làm van không khí mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A. Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với cần, làm cho van không khí đóng lại đảm bảo cho độ chênh áp hay lực trợ lực không đổi và tỷ lệ với lực đạp. Khi lực phanh đạt cực đại thì van không khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại. Bộ trợ lực chân không có hiệu quả thấp, nên thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và tải nhỏ. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH Tính toán hệ thống phanh trên xe TOYOTA VIOS Các thông số cơ bản dùng để tính toán: Trọng lượng toàn bộ Ga = 1520 KG = 15200N Phân bố cầu trước G1 = 820 KG = 8200 N Phân bố cầu sau G2 = 700 KG = 7000 N Chiều dài cơ sở Lo = 2550 mm Chiều rộng cơ sở S = 1480 mm Xác định momen phanh yêu cầu: Mômen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất, tức sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh. Muốn đảm bảo điều kiện đó, lực phanh sinh ra cần phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe. Hình 4. 1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh. Tải trọng phân bố lên cầu trước và cầu sau: m1, m2. m_1=G_1G_a m_2=G_2G_a Trong đó: m1, m2 – Hệ số phân bố tải trọng. G1, G2: Trọng lượng phân bố lên cầu trước và sau. Ga : Trọng lượng không tải của xe. a, b : Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc. Theo sơ đồ trên hình 4.1 ta quy ước chiều dương là chiều ngược chiều kim đồng hồ. Lấy mô men tại điểm O1 ta có: G_2.aZ_2.L_O=0 ⟹Z_2=(G_a.a)L_O Mặt khác Z_2=G_2 〖⟹m〗_2=G_2G_a =G_2G_a =(G_a.a)(L_O.G_a )=aL_o ⟹a=m_2 L_o=(G_2.L_o)G_a Thay số vào ta được: a=8200.255015200=1220 (mm) = 1.7(m) Từ sơ đồ 4.1 ta thấy: a+b=L_o ⟹b= L_oa=25501170=1380 (mm)=1.38(m) Suy ra ta viết được phương trình cân bằng mô men như sau: a) Đối với cầu trước: Z_2 〖.L〗_OG_a.a+P_j.h_g=0 b) Đối với cầu sau: Z_1 〖.L〗_OG_a.b+P_j.h_g=0 Mặt khác ta có: P_J=J_p.m_a=J_p∙G_ag Trong đó: Pj: Lực quán tính. ma: Khối lượng của ôtô g: Gia tốc trọng trường Thay vào và ta được: Z_1=G_aL_o (b+(j_p.h_g)g) Z_2=G_aL_o (b+(j_p.h_g)g) Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước với mặt đường: P_p1=φ∙Z_12 Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau với mặt đường: P_p2=φ∙Z_22 Trong đó: φ là hệ số bám giữa lốp và mặt đường. Ta được lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước với mặt đường là: P_p1=φ∙G_a(2.L_O ) (b+(j_p.h_g)g)= φ∙G_a(2.L_O ) (b+φ.h_g ) Ta được lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau với mặt đường là: P_p2=φ∙G_a(2.L_O ) (b+(j_p.h_g)g)= φ∙G_a(2.L_O ) (b+φ.h_g ) Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước: M_P1=P_P2.r_bx M_P1=φ z_12 r_bx=(G_a.φ)(2.L_O ) (b+φ.h_g ).r_bx Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau: M_P2=P_P2.r_bx M_P2=φ z_22 r_bx=(G_a.φ)(2.L_O ) (b+φ.h_g ).r_bx Trong đó: Mp1: Mômen phanh mỗi bánh xe ở cầu trước. P1: Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước với mặt đường. Mp2: Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau. P2: Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau với mặt đường. 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. Theo tư liệu trong môn lý thuyết ô tô, ta có: r_bx= λ.r_(o ) mm r0: Bán kính thiết kế của bánh xe. r0 = (H + ) 25,4 mm. Trong đó: H: Bề rộng của lốp, inch. Trong đó, 1 inch = 25.4mm; d: Đường kính vành bánh xe, inch. λ: Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, gồm: λ = 0,93 ÷ 0,935 (cho lốp có áp suất thấp). λ = 0,945 ÷ 0,95 (cho lốp có áp suất cao). Ta có kí hiệu lốp: 18560R15. Đối với xe du lịch ta chọn lốp có áp suất thấp λ = 0.93 ÷ 0.935. Chọn λ = 0,93 Do vậy: r_bx=(H + ∙25,4).λ r_bx= (185+152∙25,4).0,93=349,215 mm. hg Tọa độ trọng tâm theo chiều cao. hg = 0,5.S; với S = 1480 mm. Vậy: hg = 0,5.1480 = 735 mm. Thay các giá trị vào các công thức ta được: Mô men phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước Mp1: M_p1=15200φ(2.2,55)∙(1,3+φ.0,735).0,349215 M_p1=1436,301φ+764,9863.φ2 Mô men phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau Mφ2: M_p2=1217,33φ764,9863.φ2 Từ hai phương trình trên, ta thấy mô men phanh của các bánh xe ở cầu trước và cầu sau là một hàm số bậc hai theo hệ số bám φ. Ta có quan hệ giữa hệ số bám φ và độ trượt λ theo đồ thị: Hình 4. 2 Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe. Để lập được mối quan hệ giữa mô men phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước và cầu sau theo độ trượt λ, dựa vào đồ thị giả sử các giá trị của hệ số bám dọc φx theo độ trượt tương đối λ như trong bảng sau: Quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và độ trượt λ. λ 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% φx 0 0.61 0.72 0.715 0.68 0.64 0.62 0.6 0.585 0.57 0.53 Ứng với các giá trị của φx ta xác định được mô men phanh Mp trên các cầu như trong bảng, và đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh Mp và độ trượt λ khi phanh như hình. Quan hệ giữa mô men phanh Mp và độ trượt λ λ 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% φx 0 0.61 0.72 0.715 0.68 0.64 0.62 0.6 0.585 0.57 0.53 Mp1(N.m ) 0 1160.8 1430.7 1418.0 1330.4 1232.6 1184.6 1137.2 1102.0 1067.2 976.1 Mp2(N.m) 0 458.1 480.1 479.5 474.3 466.0 460.9 455.24 450.57 445.56 430.5 Hình 4. 3 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước và cầu sau theo độ trượt λ. Xác định mô men phanh do các cơ cấu phanh sinh ra A) Đối với cơ cấu phanh trước. Giả sử rằng có lực P tác dụng lên vòng ma sát với bán kính trong là R1 và bán kính ngoài là R2. Lúc đó áp suất trên vòng ma sát sẽ là: q=PF=Pπ(R_22R_12 ) Góc ôm α =70o nên áp suất làm việc thực tế của má phanh là: q=PF=(P.〖360〗O)(π(R_22R_12 ).〖70〗O ) Trên vòng ma sát ta xét một vòng phần tử nằm cách tâm O bán kính R với chiều dày dR. Mômen lực ma sát tác dụng trên vòng phần tử đó là: 〖dM〗_ms=μ.q∙〖70〗o〖180〗o .π.R.dR.R=〖70〗o〖180〗o ∙ μ.q.π.R2.dR Hình 3. 17 Bán kính trung bình của đĩa ma sát Mômen các lực ma sát tác dụng trên toàn vòng ma sát là: M_pt= μ.P∙23∙(R_23R_13)(R_22R_22 ) Trong đó: là hệ số ma sát. = 0,35. Trong quá trình khảo sát ta đo được: R1: bán kính trong của má phanh đĩa. R1 = 0,075 m R2: bán kính ngoài của má phanh đĩa. R2 = 0,143m P: lực ép lên đĩa má phanh N Xác định lực ép lên đĩa má phanh: P=〖π.d〗24∙ p.i Với: i: số lượng xi lanh, i = 1. d: đường kính xi lanh bánh xe, d =62 mm . p: áp suất dầu, Nm2. Vậy mô men phanh mà cơ cấu phanh trước có thể sinh ra là: M_pt= μ∙〖π.d〗24∙p.i∙23∙(R_23R_13)(R_22R_22 ) M_pt=0,35∙ (3,14.〖0,062〗2)4 p.1∙23∙(〖0,143〗3〖0,075〗3)(〖0,143〗3〖0,075〗2 ) M_pt=1,2.〖10〗(4).p Mpt Từ phương trình trên ta thấy tỷ lệ bậc nhất với áp suất dầu làm việc trong hệ thống. Để các bánh xe không bị hãm cứng khi phanh thì mô men phanh ở mỗi cơ cấu phanh luôn thay đổi tùy thuộc vào sự thay đổi áp suất trong dòng dẫn động theo chu trình đóng mở các cửa van của van điện từ được điều khiển từ ECU. Trong khi phanh mô men phanh thay đổi tương ứng với độ trượt λ. Giả sử các giá trị mô men ở các giai đoạn tăng áp suất, giảm áp suất, giữ áp suất, và tăng áp suất tiếp theo tương ứng với độ trượt λ và được biểu diễn trên đồ thị ở hình 4.1. Quan hệ giữa mô men phanh trước Mpt với độ trượt λ ở giai đoạn tăng áp suất: λ 0% 5% 10% 15% 20% 25% Mpt(N.m) 0 831 1410.2 1520.5 1575.2 1585.8 p(Nm2) 0 6,93.106 11,75.106 12,67.106 13,13.106 13,22.106 Khi đạp phanh áp suất tăng lên đến giá trị p1=13,13.106 (Nm2), thì ECU điều khiển giảm áp suất, do có độ chậm tác dụng của hệ thống giả sử thời gian chậm tác dụng là 0.5s, áp suất vẫn còn tăng đến giá trị p2=13,22.106 (Nm2) mới thật sự giảm xuống. Giai đoạn tăng áp suất được biễu diễn bằng đoạn O12 trên đồ thị hình 4.4. Ta có quan hệ giữa mô men phanh trước Mpt với độ trượt λ ở giai đoạn giảm áp suất theo bảng sau: λ 25% 30% 27,5% Mpt(N.m) 1585,8 1418,03 1305 p(Nm2) 13,22.106 11,82.106 10,88.106 Áp suất giảm từ giá trị p2=13,22.106 đến giá trị cực tiểu không đổi p4= 10,86.106. Giai đoạn này được biểu diễn bằng đoạn 234 trên đồ thị 4.4 Quan hệ giữa mô men phanh trước Mpt với độ trượt λ ở giai đoạn giữ áp suất: λ 27,5% 22,5% Mpt(N.m) 1305 1305 p(Nm2) 10,88.106 10,88.106 Ở giai đoạn này áp suất được giữ không đổi, được biểu diễn bằng đoạn 45 trên đồ thị Quan hệ giữa mô men phanh của mỗi cơ cấu phanh trước Mpt với độ trượt λ ở giai đoạn tăng áp suất tiếp theo: λ 22,5% 17% 18% Mpt(N.m) 1305 1400 1565 p(Nm2) 10,88.106 11,67.106 13,04.106 Giai đoạn tăng áp suất tiếp theo được biểu diễn bằng đoạn 561 trên đồ thị 4.4. Trên hình là đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước theo độ trượt λ khi phanh. Hình 4. 4 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước theo độ trượt λ khi phanh. B) Đối với cơ cấu phanh sau. Tương tự như cơ cấu phanh trước: Giả sử rằng có lực P tác dụng lên vòng ma sát với bán kính trong là R1 và bán kính ngoài là R2, lúc đó áp suất trên vòng ma sát sẽ là: q=P_sF=P_s(π(〖R_2〗2〖R_1〗2)) Góc ôm α =60o nên áp suất làm việc thưc tế của má phanh là q=P_sF=(P.〖360〗°)(π.(〖R_2〗2〖R_1〗2 ).〖60〗° ) Trên vòng ma sát ta xét một vòng phần tử nằm cách tâm O bán kính R với chiều dày dR. Mômen lực ma sát tác dụng trên vòng phần tử đó là: 〖dM〗_ms=.q∙ 〖60〗°(〖180〗° ) ..R.dR.R = 〖60〗°〖180〗° ∙.q. .R2.dR Hình 4. 5 Bán kính trung bình của đĩa ma sát. Mômen các lực ma sát tác dụng trên toàn vòng ma sát là: ∫_(R_1)(R_2)▒〖〖dM〗_ms=∫_(R_1)(R_2)▒〖〖60〗°〖180〗° ∙ μ.q.π.R2 dR=〖60〗°〖180〗° ∙μ∙〖P.360〗°〖π.(〖R_2〗2〖R_1〗2 ).60〗° 〗〗 ∫_(R_1)(R_2)▒R2 .dR Cuối cùng ta có mô men phanh mà cơ cấu phanh sau có thể sinh ra là: M_ps=μ.P∙23∙(〖R_2〗3〖R_1〗3)(〖R_2〗2〖R_1〗2 ) Trong đó: : hệ số ma sát. = 0,35. R1: bán kính trong của má phanh đĩa. R1 = 0,08 m R2: bán kính ngoài của má phanh đĩa. R2 = 0,14 m Ps: lực ép lên đĩa má phanh. N Xác định lực ép lên đĩa má phanh: P_s=〖π.d〗24∙p.i Với: I: số lượng xi lanh. i = 1. d: đường kính xilanh bánh xe sau, d=60 mm p: áp suất dầu trong xilanh bánh xe sau. Nm2 Vậy mô men phanh mà cơ cấu phanh sau có thể sinh ra là: M_ps=μ∙〖π.d〗24∙p.i∙23∙(〖R_2〗3〖R_1〗3)(〖R_2〗2〖R_1〗2 ) M_ps=0,35∙3,14.0,064∙p.i∙23∙(〖0,14〗3〖0,08〗3)(0,14〖0,08〗2 ) Mps = 1,115.104. p Giả sử các giá trị mô men ở các giai đoạn tăng áp suất, giảm áp suất, giữ áp suất, và tăng áp suất tiếp theo tương ứng với độ trượt λ như trong bảng 5.7, 5.8, 5.9, 5.10 và được biểu diễn trên đồ thị ở hình 4.6. Quan hệ giữa mô men phanh của mỗi cơ cấu phanh sau Mps với độ trượt λ ở giai đoạn tăng áp suất λ 0% 5% 10% 15% 20% 25% Mps(N.m) 0 305 500 545 565 570 p’(Nm2) 0 2,74.106 4,48.106 4,89.106 5,07.106 5,11.106 Khi đạp phanh áp suất tăng lên đến giá trị p1=5,07.106 (Nm2) thì ECU điều khiển giảm áp suất, do có độ chậm tác dụng của hệ thống nên áp suất vẫn còn tăng đến giá trị p2=5,11.106 (Nm2) mới thật sự giảm xuống. Giai đoạn tăng áp suất được biễu diễn bằng đoạn 012 trên đồ thị 4.6. Quan hệ giữa mô men phanh của mỗi cơ cấu phanh sau với độ trượt λ ở giai đoạn giảm áp suất: λ 25% 30% 27,5% Mps(N.m) 570 466,01 435 p(Nm2) 5,11.106 4,18.106 3,9.106 Áp suất giảm từ giá trị p2=5,11.106 đến giá trị cực tiểu không đổi p4= 3,9.106, thì ECU điều khiển tăng áp suất. Giai đoạn này được biểu diễn bằng đoạn 234 trên đồ thị hình 4.6. Quan hệ giữa mô men phanh của mỗi cơ cấu phanh sau với độ trượt λ ở giai đoạn giữ áp suất: λ 27,5% 15% Mps(N.m) 435 435 p(Nm2) 3,9.106 3,9.106 Ở giai đoạn này áp suất được giữ không đổi, được biểu diễn bằng đoạn 45 trên đồ thị 4.6. Quan hệ giữa mô men phanh của mỗi cơ cấu phanh sau Mps với độ trượt λ ở giai đoạn tăng áp suất tiếp theo: λ 15% 10% 14% Mps(N.m) 435 458,16 590 p(Nm2) 3,9.106 4,11.106 4,93.106 Giai đoạn tăng áp suất tiếp theo được biểu diễn bằng đoạn 561 trên đồ thị hình 4.6. Đồ thị 4.6 biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu sau theo độ trượt λ khi phanh. Hình 4. 6 Quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu sau theo độ trượt λ khi phanh Qua hai đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của các bánh xe ở cầu trước và cầu sau theo độ trượt λ ta thấy: Khi phanh bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc buộc mômen phanh thay đổi theo chu trình kín, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ = (10÷30)%, đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất, do đó hiệu quả phanh đạt tối ưu nhất. Tính toán dẫn động phanh: Hình 4. 7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực. Nhiệm vụ của quá trình tính toán dẫn động phanh thủy lực bao gồm việc xác định các thông số cơ bản của nó: đường kính xi lanh công tác, đường kính xi lanh chính, tỉ số truyền dẫn động, lực và hành trình bàn đạp. Đường kính xilanh chính: Hình 4. 8 tính toán đường kính xilanh chính. Để tạo lên áp suất p = 7 MPa thì cần phải tác dụng lên bàn đạp một lực Qbđ Q_bđ=(π.D2)4∙p∙ll∙1η Trong đó: D: Đường kính xilanh tổng phanh, chọn D = 20 mm =0,02 m l, l’: Các kích thước của đòn bàn đạp, l’l = 88240 : Hiệu suất dẫn động thuỷ lực, = 0,92 ⟹Q_bđ=〖3,14.0,02〗24∙〖7.10〗6∙88240∙10,92=876 (N) Lực bàn đạp cho phép Qbd=0,65 0,75 KN đối với ô tô con; Qbd=0,75 0,80 KN đối với ô tô tải; Như vậy ta phải lắp thêm bộ trợ lực phanh để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái. Hành trình làm việc của pit tong xilanh phanh. Do các cơ cấu phanh cầu trước và cơ cấu phanh cầu sau đều là cơ cấu phanh đĩa, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh rất nhỏ Ta chọn: x1= x2 = 0,5(mm). Hành trình của bàn đạp phanh Hành trình bàn đạp bao gồm 2 thành phần: hành trình tự do dùng để khắc phục khe hở giữa ti đẩy và pít tông (δ=1.5÷2mm; Chọn δ=1,6mm) và hành trình làm việc (tương ứng với hành trình pít tông là ). S_bd=(δ+∆)∙1l Nếu coi chất lỏng là không nén được và các đường ống là tuyệt đối cứng, thì toàn bộ toàn bộ chất lỏng bị đẩy ra khỏi xi lanh chính sẽ đưa vào các xi lanh công tác và tạo nên các dịch chuyển x1 và x2 của các pít tông tại các xi lanh này: ∆ 〖π.D〗24=〖4x〗_1 〖〖π.d〗_1〗24+〖4x〗_2 〖〖π.d〗_2〗24 Hay: ∆=(〖4x〗_1 〖d_1〗2+〖4x〗_2 〖d_2〗2)D2 Tuy nhiên, trên thực tế do chất lỏng bị nén và các đường ống bị giãn nở dưới áp suất, nên hành trình pít tông sẽ tăng lên đôi chút. Mức tăng này có thể được tính đến bởi hệ số =1, 05 1, 1 khi đó: ∆=(〖4x〗_1 〖d_1〗2+〖4x〗_2 〖d_2〗2)D2 ∆=(4.0,5.〖53〗2+4.0,5.〖36〗2)〖20〗2 ⋅1,05=21,6 (mm) Hành trình bàn đạp được tính như sau: S_bd=(δ+∆)⋅1l =(1.6+21,6)⋅24088=64 (mm) Vậy Sbd Sbd =150(mm). Xác định hành trình pit tông xilanh lực Hành trình của piston trong xi lanh chính phải bằng hoặc lớn hơn yêu cầu đảm bảo thể tích dầu đi vào các xi lanh làm việc ở các cơ cấu phanh. Gọi S1, S2 là hành trình dịch chuyển của piston thứ cấp và sơ cấp thì S = S1 + S2 Với S2 là hành trình dịch chuyển của piston sơ cấp khi ta coi nó có tác dụng độc lập (không liên hệ với piston thứ cấp). Tính S1, S2: S1. S1 = 2.x1. S2. S2 = 2.x2. Trong đó: d1, d2: đường kính xilanh bánh xe trước và sau. d1 = 53mm ; d2 = 36 mm D: Đườnh kính xilanh chính , D = 20 mm x1, x2: Hành trình dịch chuyển của piston bánh xe trước và sau. x1 = 0,5mm ; x2 = 0,5mm S1 = = 7,37 mm S2 = = 3,40 mm Như vậy: Piston thứ cấp (của phanh sau) dịch chuyển một đoạn S2 = 3,40 mm Piston sơ cấp (của phanh trước) dịch chuyển một đoạn S1 = 7,37 mm Ta có sơ đồ tính toán bộ trợ lực phanh chân không như sau: Tính bền đường ống dẫn động phanh Khi tính có thể coi đường ống dẫn dầu là loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiều dài khá lớn. Ứng suất được tính như sau: σ_t=(p.R)S Trong đó: p: áp suất bên trong đường ống p = 7 MPa. R: Bán kính bên trong đường ống dẫn, R = 3 (mm) = 0,003 (m). S: Chiều dầy của ống dẫn, s = 0,5 (mm) = 0,0005 (m). σ_t=(7.0,003)0,0005=42 (MPa) Cắt ống bằng mặt phẳng vuông góc với trục của ống thì ứng suất pháp tác dụng lên thành vỏ ống phải cân bằng với áp suất của chất lỏng tác dụng lên diện tích mặt cắt ngang của ống. σ_n=(p.R)2s=σ_t2=21 (MPa) Vậy ta có: Đường ống làm bằng hợp kim đồng có = 260 (Mpa). So sánh thấy ⟹ Như vậy đường ống dẫn động đủ bền. Tính toán thiết kế bộ trợ lực phanh Hình 4. 9 Sơ đồ tính toán bộ trợ lực phanh. 1 Piston xilanh chính 6 Van điều khiển 2 Vòi chân không 7 Lọc khí 3 Màng chân không 8 Thanh 4 Van chân không 9 Bàn đạp 5 Van khí Hệ số cường hóa của trợ lực Khi có đặt bộ cường hoá ta chọn lực bàn đạp cực đại của người lái khoảng 300N, kết hợp với lực của cường hoá sinh ra trên hệ thống phanh tạo ra áp suất cực đại ứng với trường hợp phanh gấp vào khoảng 7MPa. Từ công thức xác định được lực bàn đạp phanh: Với Qbđ = 300 N ta xác định được áp suất pi do người lái sinh ra lúc đạp phanh là: Q_bd=(π.D2)4⋅P_i∙ll∙lη_tl Trong đó: D: Đường kính xi lanh chính, D =0,02 m. l, l: Kích thước đòn bàn đạp . η_tl: Hiệu suất truyền lực, tl = 0,92. Như vậy, áp suất còn lại do bộ cường hoá sinh ra là: p_c=p_tp_i=72,397=4,603 (MPa). Hệ số cường hoá được tính như sau: k_c=p_tp_c =74,603=1,52 Yêu cầu của bộ cường hóa thiết kế là luôn phải đảm bảo hệ số cường hoá trên. Ta xây dựng được đường đặc tính của bộ cường hoá như sau: Hình 4. 10 Đường đặc tính của bộ cường hoá Xác định kích thước màng cường hóa: Để tạo được lực tác dụng lên thanh đẩy piston thuỷ lực phải có độ chênh áp giữa buống A và buồng B tạo nên áp lực tác dụng lên piston 1. Xét sự cân bằng của màng 3 ta có phương trình sau: Q_c=F_4 (p_Bp_A )P_lx=F_4.∆_pP_lx Trong đó: p: Độ chênh áp phía trước và phía sau màng 3, lấy bằng 0,05(MPa) ứng với tốc độ làm việc không tải của động cơ khi phanh. F4: Diện tích hữu ích của màng 3. Plx: Lực lò xo ép màng 3. Qc: Lực tác dụng lên piston thuỷ lực được tính theo công thức: Q_c=(p_c.F_11)η Với: F11: Diện tích của piston xylanh chính pc: áp suất do trợ lực phanh tạo ra, pc = 4,603(MPa). : hiệu suất dẫn động thuỷ lực, = 0,92. 〖⟹Q〗_c=(4,603.〖10〗6.0,000314)0,92=1571 (N) Từ phương trình cân bằng màng 3 ta có: F_4=(Q_c+P_lx)∆_P Tham khảo các xe có trợ lực chân không ta có: Plx = 150 N. F_4=(1571+150)(0,05.〖10〗6 )=0,03442 (m2) Vậy ta có đường kính màng 3 là: Như vậy màng 3 của bộ cường hoá có giá trị bằng 209 mm để đảm bảo áp suất cường hoá cực đại pc. Tính các lò xo A. Tính lò xo màng cường hóa (lò xo màng trợ lực). Lò xo màng cường hoá được tính toán theo chế độ lò xo trụ chịu nén. Hình 4. 11 Tính toán lò xo. a) Đường kính dây lò xo: d>1,6√((k.F_lx.c)τ ) Trong đó: d: Đường kính dây lò xo. Flx: Lực lớn nhất tác dụng lên lò xo (tham khảo các xe có dẫn động phanh dầu), Flx = 150 N. c: Hệ số đường kính, D: Đường kính trung bình của lò xo d: Đường kính dây lò xo. Chọn c = 15 k: hệ số tập trung ứng suất, được tính theo công thức: ứng suất giới hạn, với lò xo làm bằng thép 65, = 330 MPa. d≥1,6√(1,09.150.15330)≈4,4 mm Từ đó tính được đường kính trung bình của lò xo: D = c.d = 15.4,4 = 66 mm. b) Số vòng làm việc của lò xo n=(x.G.d)(8.c3.(F_maxF_min ) ) Trong đó: x: Chuyển vị làm việc của lò xo khi ngoại lực tăng đến giá trị lớn nhất Fmax, từ giá trị lực nhỏ nhất Fmin (lực lắp), x được chọn dựa vào hành trình của piston xilanh chính. Ta có tổng hành trình của 2 piston xilanh chính là S =S1 + S2 =7,37 +3,4 = 10,77 mm, với S1, S2 là hành trình của piston sơ cấp và piston thứ cấp. Có thể chọn x bằng hoặc lớn hơn tổng số hành trình trên. Lấy x = 15 G: Môđun đàn hồi vật liệu, G = 8.104MPa. d, c: Đường kính dây lò xo và hệ số đường kính. c = 15,d = 4,4 mm,. Fmax, Fmin: Fmax = 150 N, Fmin = 80 N ( tham khảo các xe có dẫn động phanh dầu) Do đó: vòng. c) Độ biến dạng cực đại của lò xo λ_max=(8.D3.n.F_max)(G.d4 ) Trong đó: D: Đường kính trung bình của vòng lò xo, D = 66 mm. n: Số vòng làm việc của lò xo, n =3 vòng. Fmax: Lực tác dụng cực đại lên lò xo, Fmax = 150N. G: Môđun đàn hồi, G = 8.104 MPa. d: Đường kính dây, d = 4,4 mm. 〖⇒λ〗_max=(8.〖66〗3.3.150)(8.〖10〗4.(4,4)4 )=34,5 mm d) Ứng suất của lò xo Trên thực tế chiều dài nén của lò xo bằng với tổng hành trình của 2 piston thứ cấp và sơ cấp. Khi đó lực tác dụng lên lò xo Plx được tính từ tổng hành trình S của piston như sau: S=(8.c3.n)(G.d)∙(P_lxF_min ) ⇒P_lx=(S.G.d)(8.c3.n)+F_min Trong đó: S: Tổng hành trình dịch chuyển của các piston, S = 10,77 mm. G: Mođun đàn hồi, G = 8.104 MPa. d: Đường kính dây lò xo,d = 4,4mm. c: Tỉ số đường kính, c = 15. n: Số vòng lò xo, n = 3 vòng. Fmin: Lực lắp lò xo, F = 80N. ⇒P_lx=(10,77.8.〖10〗4)(8.(〖15)〗3.3)+80=126,8 N Từ đó ta kiểm tra được ứng suât xoắn sinh ra ở thớ biên lò xo là: τ= (8.k.P_lx.D)(π.d3 )≤τ ⇒τ= 8.1,09.126,866(π.(4,4)3 )=272 MPa Lò xo làm bằng thép 65 có = 330MPa, so sánh thấy < . Vậy điều kiện bền xoắn được đảm bảo. Số vòng toàn bộ của lò xo: n0 = n + 2 = 3 +3 = 6 vòng Chiều cao lò xo khi các vòng xít nhau: HS = (n0 – 0,5).d HS = (6 – 0,5).4,4 = 19,8 mm Bước của vòng lò xo khi chưa chịu tải: t=d+(1,2.λ_max)n Trong đó: d: đường kính dây lò xo, d = 4,4mm. n: số vòng làm việc của lò xo, n = 3 vòng. max: độ biến dạng cực đại, max = 34,5 mm. t = 4,4 +1,2.34,53 t = 18,2 mm chiều cao lò xo khi chưa chịu tải H0 = HS + n. (td) H0 = 19,8 + 3(18,2 4,4) H0 = 61,2 mm B Tính lò xo van khí Lò xo màng cường hoá được tính toán theo chế độ lò xo trụ chịu nén. a) Đường kính dây lò xo: d≥1,6√((k.F_lx.c)τ ) Trong đó: d: đường kính dây lò xo. Flx: lực lớn nhất tác dụng lên lò xo, Flx = 20 N. c: hệ số đường kính, D: đường kính vòng lò xo. d: đường kính dây lò xo Chọn c = 15. k: hệ số tập trung ứng suất, được tính theo công thức: : ứng suất giới hạn, với lò xo làm bằng thép 65, = 330 MPa. d≥1,6√(1,09.20.15330≈1,6 mm) Từ đó tính được đường kính trung bình của lò xo: D = c.d = 15.1,6= 24 mm. b) Số vòng làm việc của lò xo n=(x.G.d)(8.c3.(F_maxF_min ) ) Trong đó: x: chuyển vị làm việc của lò xo khi ngoại lực tăng đến giá trị lớn nhất Fmax, từ giá trị lực nhỏ nhất Fmin (lực lắp), x được chọn dựa vào hành trình của van khí . x = 3 mm G: môđun đàn hồi vật liệu, G = 8.104MPa. d, c: đường kính dây lò xo và hệ số đường kính. c = 15, d = 1,6 mm. Fmax, Fmin ( tham khảo các xe có dẫn động phanh dầu) Fmax = 20 N, Fmin = 15 N. Do đó: vòng. c) Độ biến dạng cực đại của lò xo λ_max=(8.〖D_tb〗3.n.F_max)(G.d4 ) Trong đó: D: đường kính trung bình của vòng lò xo, D = 24 mm. n: số vòng làm việc của lò xo, n =3 vòng. Fmax: lực tác dụng cực đại lên lò xo, Fmax = 20N. G: môđun đàn hồi, G = 8.104 MPa. d: đường kính dây, d = 1,6 mm. ⇒λ_max= (8.〖24〗3.3.20)(8.〖10〗4.(〖1,6)〗4 )=12,6 mm d) Ứng suất của lò xo Trên thực tế chiều dài nén của lò xo bằng với tổng hành trình của dòn đẩy. Khi đó lực tác dụng lên lò xo Plx được tính từ tổng hành trình S của đòn đẩy như sau: S=(8.c3.n)(G.d).(P_lx.F_min ) Trong đó: S: Tổng hành trình dịch chuyển của các đòn đẩy, S = 13 mm. G: Mođun đàn hồi, G = 8.104 MPa. d: Đường kính dây lò xo, d = 1.6mm. c: Tỉ số đường kính, c = 15. N: Số vòng lò xo, n = 3 vòng. Fmin Lực lắp lò xo, F = 80N. ⇒P_lx=(10,77.8.〖10〗4.1.6)(8.(〖15)〗3.3)+80=94 N Từ đó ta kiểm tra được ứng suât xoắn sinh ra ở thớ biên lò xo là: τ=(8.k.P_lx.D)(π.d3 )≤τ Lò xo làm bằng thép 65 có = 330MPa, so sánh thấy < . Vậy điều kiện bền xoắn dược đảm bảo. Số vòng toàn bộ của lò xo: n0 = n + 2 = 3 +2 = 5 vòng Bước của vòng lò xo khi các vòng xít nhau HS = (n0 – 0,5).d HS = (5 0,5).1,6 = 7,2 mm Bước của vòng lò xo khi chưa chịu tải t = d+(1,2.λ_max)n Trong đó: d: đường kính dây lò xo, d = 1,6mm. n: số vòng làm việc của lò xo, n = 3 vòng. max: độ biến dạng cực đại, max = 12,6 mm. t = 1,6 + 1,2.12,63 t = 6,44 mm Chiều cao lò xo khi chưa chịu tải H0 = HS + n.(td) H0 = 7,2 + 3(6,6 – 1,6) H0 = 22,2 mm THIẾT KẾ TRÊN SOILD WORK Cụm bàn đạp phanh Hình 5. 1 Các chi tiết tổng thành của cụm bàn đạp phanh 1 Bàn đạp phanh 4 Khớp nối bàn đạp 2 Miếng cố định khớp 5 ốc bu lông 3 Bu lông Hình 5. 2 Cụm bàn đạp phanh hoàn chỉnh Hệ thống xilanh chính Hình 5. 3 Các chi tiết tổng thành hệ thống xilanh chính. 1 Bình chứa dầu phanh 5 Xilanh chính 2 Ron làm kín (mạch 1) 6 Lò xo hồi vị 3 Piston thứ cấp 7 Ron làm kín (mạch 2) 4 Piston sơ cấp Hình 5. 4 Hệ thống xilanh chính hoàn chỉnh Bộ trợ lực chân không Hình 5. 5 Các chi tiết tổng thành bộ trợ lực chân không 1 Vỏ bộ trợ lực 6 Ty đẩy 2 Màng chắn bụi 7 Lò xo màng trợ lực 3 Miếng nối cần trợ lực với bàn đạp 8 ốc của cần điều khiển van 4 ống chân không 9 Lò xo hồi vị 5 Cần điều khiển van Hình 5. 6 bộ trợ lực chân không hoàn chỉnh Cụm phanh đĩa trước Hình 5. 7 Các chi tiết tổng thành cụm phanh đĩa trước (1). 1 Đĩa phanh 5 Má phanh (trong) 2 Cùm phanh 6 Má phanh (ngoài) 3 Lò xo vít xả gió 7 Bi xả gió 4 Càng phanh 8 ốc Hình 5. 8 Các chi tiết tổng thành cụm phanh đĩa trước (2). 1 Moay ơ 5 Vít xả gió 2 Piston phanh đĩa 6 Vít ngắn 3 Lông đền phanh đĩa 7 Vòng bi 4 Nắp vít xả gió 8 Vít xả dầu Hình 5. 9 Cụm phanh đĩa hoàn chỉnh Mâm bánh xe Hình 5. 10 Mâm bánh xe. Lắp ghép hoàn chỉnh hệ thống phanh Hình 5. 11 Hệ thống phanh KẾT LUẬN Nhận xét: Sau một khoảng thời gian nghiên cứu, tìm hiểu thông tin trên trong sách và trên mạng nhóm chúng em đã hoàn thành được bài báo cáo tiểu luận này. Chúng em học được tầm quan trọng của hệ thồng phanh không chỉ có ở giảm tốc độ, hãm xe, mà còn phải giúp xe có thể kiểm soát được khi phanh. Nếu không có hệ thống phanh, chúng ta không thể điều khiển tốc độ chiếc xe của mình theo ý muốn, do đó nó là một bộ phận rất quan trọng trên ô tô. Giúp chúng ta có thể hiểu được nguyên lý hoạt động, từ đó hiểu và đưa ra được các phương án bảo trì và sữa chữa. Có thể tự tính toán thiết kế và tạo dựng mô phỏng được các chi tiết trong hệ thống phanh của xe. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS. Nguyễn Phụ Thượng Lưu. Động lực học ô tô (Giáo trình lưu hành nội bộ HUTECH). 2. TS. Nguyễn Văn Nhanh. Lý thuyết ô tô (Giáo trình lưu hành nội bộ HUTECH). 3. news.otohui.com (Website chuyên nghiên cứu về ô tô) 4. AT6604 – VEHICLE DYNAMICS (Fatima Michael College of Engineering Technology) 5. Web tài liệu 123: Tính toán thiết kế hệ thống phanh trên xe 4 chỗ Phanh xe Toyota Vios G Khảo sát hệ thống phanh chống bó cứng của xe Toyota Vios