598119010 PBL4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ô TÔ THÔNG MINH Đề tài Thiết kế hệ thống phanh trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG -—&— - PBL4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ô TÔ THÔNG MINH Đề tài: Thiết kế hệ thống phanh ô tô GVHD : TS Lê Văn Tụy TS Nguyễn Văn Đơng Nhóm : 05 SVTH : Nguyễn Viết Huy Nguyễn Đắc Chí Thành Trần Nhật Tân Phạm Hùng Phương Lớp : 18C4CLC Đà Nẵng, 2021 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Ô TÔ THÔNG MINH 1.1 Hệ thống kiểm sốt hành trình (Cruise Control) 1.2 Hệ thống phanh tự động (Auto Emergency Brake – AEB) 1.3 Hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist – BA) 1.4 Đèn pha thích ứng thơng minh (Adaptive Headlights) .4 1.5 Camera 360 1.6 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động (Active Parking Assist – System) .6 1.7 Hệ thống cảnh báo chệch đường (Lane Departure Warning System – LDWS) .6 1.8 Hệ thống cảnh báo điểm mù (Blind Spot Warning) 1.9 Hệ thống kết nối điện thoại thông minh PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ơ TƠ .9 2.1 Cơng dụng yêu cầu hệ thống phanh ôtô 2.1.1 Công dụng hệ thống phanh ôtô .9 2.1.2 Yêu cầu hệ thống phanh ôtô 2.1.3 Các hệ thống phanh trang bị cho xe 10 2.1.4 Phân loại hệ thống phanh ôtô 10 2.1.5 Phân loại theo kết cấu cấu phanh 11 2.2 Dẫn động phanh 18 2.2.1 Các loại dẫn động phanh 18 2.2.2 Các sơ đồ phân dịng .18 2.2.3 Dẫn động thủy lực .19 2.2.4 Dẫn động khí nén .22 2.2.5 Dẫn động liên hợp .25 PHẦN 3: TÍNH TỐN CƠ CẤU PHANH 28 3.1 Số liệu cho trước .28 3.2 Tính tốn xác định thơng số yêu cầu cấu phanh 29 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh 3.2.1 Mô-men phanh yêu cầu cấu phanh 29 3.2.2 Hệ số phân bố lực phanh lên bánh xe 32 3.2.3 Mô-men phanh cấu phanh sinh lực ép u cầu: 33 3.2.4 Tính tốn xác định bề rộng má phanh: 36 3.2.5 Tính tốn kiểm tra cơng trượt riêng 37 3.2.6 Tính tốn kiểm tra nhiệt độ hình thành cấu phanh 38 PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH .41 4.1 Phân tích, chọn sơ đồ dẫn động phanh 41 4.1.1 Chọn sơ đồ phân dịng .41 4.1.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh 42 4.2 Tính dẫn động phanh .43 4.2.1 Hành trình dịch chuyển đầu piston xy lanh công tác cấu ép 43 4.2.2 Đường kính xylanh 44 4.2.3 Hành trình dịch chuyển piston xylanh .44 4.2.4 Hành trình tỷ số truyền bàn đạp phanh .45 4.2.5 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh chưa tính trợ lực 47 4.2.6 Lực trợ lực cần thiết trợ lực 48 4.2.7 Đường kính xy-lanh bầu trợ lực 49 PHẦN 5: ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH 51 5.1 ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT PHANH 51 5.2 ĐIỀU CHỈNH PHÂN BỐ ÁP SUẤT PHANH LOẠI 58 5.2.1 Đặc điểm điều chỉnh phân bố lực phanh loại .58 5.2.2 Xây dựng đặc tính điều chỉnh áp suất phanh loại 61 5.3 ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH PHÂN BỐ ĐIỆN TỬ EBD 64 CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TỰ ĐỘNG 68 6.1 Hệ thống phanh tự động thông minh AEB 68 6.2 Tính tốn điều khiển phanh ABS 72 CHƯƠNG : TÍNH TỐN HỆ THỐNG PHANH DỪNG .88 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh LỜI NĨI ĐẦU Ơ tơ thơng minh hiểu tơ trang bị phụ kiện – đồ chơi thông minh giúp hỗ trợ tối ưu cho người lái, tức người lái trực tiếp cầm lái, thiết bị hỗ trợ để định vị đường đi, vị trí xe, cảnh báo kịp thời nhiều trường hợp… Để đáp ứng yêu cầu trên, nhà sản xuất kỹ sư Cơ khí động lực cần phải có kiến thức sâu rộng, phải tiếp xúc thực tế tìm biện pháp tối ưu Đối với sinh viên, việc thực đồ án cần thiết, học phần chương trình đào tạo mà cịn hội để sinh viên tìm hiểu nghiên cứu sâu hệ thống phân công Trong khuôn khổ nhiệm vụ giao, chúng em xin trình bày nhiệm vụ “ Thiết kế hệ thống ô tô thông minh ” Được hướng dẫn tận tình Thầy giáo TS Lê Văn Tụy TS Nguyễn Văn Đông Thầy môn, cố gắng, nổ lực nhóm, chúng em hồn thành đồ án thời gian quy định Tuy nhiên, kiến thức hạn hẹp điều kiện tham khảo thực tế cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót, nhầm lẫn Do vậy, chúng em mong Thầy thông cảm bảo thêm để chúng em hồn thiện q trình học tập công tác sau Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 29 tháng 12 năm 2021 Nhóm thực hiện: 05 Nguyễn Viết Huy Nguyễn Đắc Chí Thành Trần Nhật Tân Phạm Hùng Phương SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC PBL4: Thiết kế hệ thơng ô tô thông minh PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Ơ TƠ THƠNG MINH Ngày nay, cơng nghiệp tơ thời kì đỉnh cao, cơng nghệ an tồn ngày phát triễn thơng minh hơn, giúp giảm thiểu tối đa nguy tai nạn chấn thương lái xe Tuy nhiên sử dụng xe biết tính đó, sau số cơng nghệ an tồn thơng minh tơ 1.1 Hệ thống kiểm sốt hành trình (Cruise Control) Là tính trang bị hầu hết dòng xe hạng C trở lên Với hệ thống người lái thư giản đường trường, nhờ vào việc điều khiễn tốc độ thông qua nút bấm vơ-lăng Khi đó, chân phải rời khỏi chân ga đặt lên bàn đạp phanh để sẵn sàng xử lý tình đường Hơn nữa, cao tốc đường trường, việc canh tốc độ giới hạn khiến bác tài phân tâm Với hệ thống Cruise Control, người lái thiết lập tốc độ giới hạn tối đa cho phép, tập trung vào tình đường mà không lo tốc độ cho phép SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh 1.2 Hệ thống phanh tự động (Auto Emergency Brake – AEB) Là tính phát ngăn ngừa tai nạn từ phía sau giảm thiểu tốc độ va chạm, nhờ vào cảm biến radar, laser camera giám sát Khi gặp tình khẩn cấp, hệ thống cảnh báo người lái âm thanh, hình ảnh rung tay lái, không thấy phản hồi từ tài xế, xe tự động phanh lại để tránh va chạm Hệ thống chia làm loại, với điều kiện sử dụng khác hệ thống cảnh báo tốc độ thấp, tốc độ cao người Mỗi hệ thống hoạt động tốc độ khác nhau, kết hợp loại tùy theo nhà sản xuất Nhưng nên nhớ, hệ thống AEB hỗ trợ người lái tình khẩn cấp, việc giảm thiểu tai nạn phần lớn phụ thuộc vào người lái 1.3 Hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist – BA) Trong lái xe khơng gặp tình cần phải phanh gấp, nhiên, vào lúc đó, người lái thường cuống đạp phanh thật nhanh, phanh chưa đủ mạnh Hơn nữa, lực phanh thường có xu hướng giảm sau thời điểm nhấn phanh Do xe bị dừng điểm xảy va chạm điều hồn tồn SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh Với Hệ thống BA, có tình bất ngờ xảy ra, cảm biến phát động thái bất thường bàn đạp phanh, lúc này, điều khiển trung tâm kích hoạt van điện cấp khí nén vào khếch đại lực phanh, giúp xe dừng lại kịp thời Thậm chí, số dịng cao cấp cịn ghi nhớ thói quen sử dụng phanh người lái, để nhanh chóng phát tình khẩn cấp 1.4 Đèn pha thích ứng thơng minh (Adaptive Headlights) Những đèn pha thơng thường, chiếu ánh sáng hướng thẳng phía trước, đó, vào cua ánh sáng khơng bao qt, gây tầm nhìn Hiện nay, với cơng nghệ đèn pha thông minh, đèn pha sử dụng công nghệ LED tự động chuyển hướng theo góc đánh lái để chiếu sáng đường phía trước Cơng nghệ phổ biến mẫu xe tầm trung … Đối với số dòng xe cao cấp hệ thống thiết kế thông minh hơn, cách sử dụng nhiều khối đèn LED hay Laser mở tắt độc lập, kết hợp với hệ thống camera để phát nguồn sáng trước xe, qua đó, hệ thống điều khiển, tắt khối sáng gây ảnh hưởng cho xe đối diện SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thơng minh Nhờ cơng nghệ này, lái xe sử dụng đèn pha liên tục, cải thiện đáng kể tầm quan sát, mà không lo ảnh hưởng đến xe phía trước 1.5 Camera 360 Đây hệ thống giúp lái xe chủ động tránh khỏi va quẹt khơng đáng có nhờ vào hệ thống Camera thông minh đặt xung quanh xe Với trang bị người lái quan sát toàn cảnh xung quanh xe cách bao quát nhất, loại bỏ góc khuất điểm mù, thơng qua hình SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh đặt bảng điều khiễn trung tâm Giúp bạn hồn tồn chủ động lái xe khu vực không gian chật hẹp 1.6 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động (Active Parking Assist – System) Cũng giống hệ thống Camera 360, hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động giúp lái xe hoàn thành việc đỗ xe nhanh mà không cần phải chạm tay vào vô-lăng Hơn nữa, số dòng xe hỗ trợ người lái lấy xe khỏi nơi vừa đậu vào, hạn chế va quẹt tai nạn đỗ xe Khi nhấn nút kích hoạt, hệ thống tự động dị tìm chỗ trống thơng qua cảm biến báo cho người lái, sau bác tài cần vào số đạp phanh theo lệnh xe cịn việc tính tốn đánh lái cho tối ưu nhanh điều khiễn hoàn toàn tự động 1.7 Hệ thống cảnh báo chệch đường (Lane Departure Warning System – LDWS) LDWS hệ thống an toàn hiệu đường trường, đặc biệt cao tốc, giúp giảm thiểu tai nạn liên quan đến việc lơ đãng chuyển động lệch hướng không lường trước ô tô Về hoạt động LDWS dựa vào thông tin từ Camera cảm biến hồng ngoại, bố trí kính chắn gió, tap-lo, trần xe hay cản trước… SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC PBL4: Thiết kế hệ thơng ô tô thông minh -Hệ số cản không khí: -Diện tích cản diện xe: -Thời gian chậm tác dụng : tch = 0,2[s] -Ta có biến thiên áp suất pi : Vậy, từ phương trình (17) ta có diễn biến tốc độ giảm dần phanh theo phương pháp số Euler: Với  Kết tính tốn mơ giãn đồ phanh tơ có khơng có điều khiển chống hãm cứng bánh xe ABS, áp suất biến đổi đơn giản theo quy luật hình thang Trên hình 1.5 minh họa kết mơ diễn biến tốc độ giảm trình phanh với liệu tham khảo giả lập cho số chế độ phanh 6.2.3.2 Quãng đường phanh Ngoài diễn biến áp suất phanh, tốc độ phanh biểu diễn qua giãn đồ phanh trình phanh điều khiển ABS, số tiêu khác trình phanh xác định gia tốc phanh Jp quảng đường phanh Sp thời gian phanh Diễn biến tiêu với thông số đặc trưng giãn đồ phanh nêu phụ thuộc lớn vào thông số điều khiển ABS áp suất max, min; vào tần số, pha chu kỳ điều khiển… a) Diễn biến gia tốc phanh Gia tốc phanh xác định dễ dàng phương trình: (17) Với: -Hệ số cản khơng khí: -Diện tích cản diện xe: -Thời gian chậm tác dụng : tch = 0,2[s] -Ta có biến thiên áp suất pi : Vậy, từ phương trình (19) ta có diễn biến gia tốc phanh: SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC 83 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh Diễ n biế n g ia t ố c pha nh Áp s uất phanh [MN/m2] 20.000 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 10 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 T hời gian phanh t [s] Áp suất phanh P [MN/m2] Vận tốc phanh [m/s] Gia tốc phanh Jp [m/s2] Hình 1.6: Diễn biến gia tốc phanh b) Diễn biến quảng đường phanh Quảng đường phanh xác định từ phương trình vi phân động học chuyển động tính tiến: (18) Suy ra: (19) Vì hàm V(t) =f(t) hàm khơng liên tục chúng tính theo phương pháp tích phân số: (20) SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC 84 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh 9.0 14.0 8.0 12.0 7.0 10.0 6.0 5.0 8.0 4.0 6.0 3.0 4.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Tốc độ xe V [m/s] QUãng đường phanh Diễ n biế n Q uã ng Đ ườ ng pha nh 0.0 1.8 T hời gian phanh t [s] Quãng đường phanh Tốc độ phanh Hình 1.6: Diễn biến qng đường phanh Từ phương trình (20) ta có cơng thức tính qng đường phanh theo phương pháp tích phân số:  6.2.4 Phân tích đánh giá tiêu ABS Theo kết tính tốn mơ trên, có rút số kết luận dánh giá so sánh số chế độ phanh sau: Như vậy, nhờ có điều khiển điện tử, áp suất phanh thiết kế với mức cao mà khơng sợ bị bó cứng bánh xe nhằm nâng cao hiệu phanh Khi áp suất phanh điều khiển giảm, tốc độ xe lại tăng lên thời gian phanh kéo dài ra, quảng đường phanh tăng lên Việc điều khiển với tần số cao, cho phép áp suất phanh trung bình nâng cao, tốc độ xe giảm nhanh hiệu phanh cao; tức thời gian phanh quảng đường phanh ngắn lại Khi áp suất điều khiển pmin lớn, cho phép áp suất phanh trung bình nâng cao, tốc độ xe giảm nhanh hiệu phanh nâng cao; tức gia tốc phanh lớn, thời gian phanh quảng đường phanh ngắn lại SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC 85 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh Đối với phanh khẩn cấp mà quảng đường kéo dài thêm đến mét có nguy khơng an tồn, cần phải cải tiến để nâng cao hiệu phanh Sỡ dĩ sau áp suất hệ thống phanh đạt gá trị cực đại p max, lý thuyết lực phanh tính tốn theo pmax khơng vượt q lực bám theo thiết kế Tuy nhiên, qn tính dịng chất lỏng với quán tính khối lượng cáu phanh lao vào, làm cho giá trị lực phanh thực tế cấu phanh lớn lý thuyết; nghĩa lực phanh vượt lực bám so với lý thuyết tính tốn Hệ bánh xe bị trượt bánh xe bị bó cứng; điều cảm biến tốc độ bánh xe nhận biết, lệnh kích hoạt cho chương trình điều khiển thay đổi áp suất hệ thống ABS làm việc Kết luận: Như vậy, nhờ có điều khiển điện tử, áp suất phanh thiết kế với mức cao mà khơng sợ bị bó cứng bánh xe nhằm nâng cao hiệu phanh Khi áp suất phanh điều khiển giảm, tốc độ xe lại tăng lên thời gian phanh kéo dài ra, quảng đường phanh tăng lên Việc điều khiển với tần số cao, cho phép áp suất phanh trung bình nâng cao, tốc độ xe giảm nhanh hiệu phanh cao; tức thời gian phanh quảng đường phanh ngắn lại Khi áp suất điều khiển pmin lớn, cho phép áp suất phanh trung bình nâng cao, tốc độ xe giảm nhanh hiệu phanh nâng cao; tức gia tốc phanh lớn, thời gian phanh quảng đường phanh ngắn lại SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC 86 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh CHƯƠNG : TÍNH TỐN HỆ THỐNG PHANH DỪNG 7.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô phanh: 7.1.1 Xác định momen phanh yêu cầu cấu phanh: Hình 7.1 Sơ đồ phân bố tải trọng xe Hệ số bám tối thiểu đường phải đạt:  2min: 2  sin( ).L0 (cos( ).a  sin( ).hg 2  sin(10).3,95 0.2288 (cos(10).2,756  sin(10).1,85 Phản lực cầu sau xe đứng yên quay đầu lên dốc có góc dốc : Z2 = 120000   (cos(10 ).2,765  sin(10 ).1,58) 180 180 Z2 = 3,95 = 91058,964 [N] SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC 87 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh Trong đó: Ga : Trọng lượng tồn ơtơ, điểm đặt tọa độ trọng tâm xe, phương chiều hình vẽ Z2 : Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh sau (khi lên dốc); Lo : Chiều dài sở xe; hg : Chiều cao trọng tâm xe; a : Khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm xe; Α: góc dốc (tính cho góc dốc α = 10[độ]) Lực phanh cầu sau : Fp2 Z  2 = 91058,964 0,2288 = 20852,279 [N]  - hệ số bám  bánh xe cầu sau Mô-men phanh dừng yêu cầu cầu sau: Mp2 = Z2  Rbx = 91058,964 0,2288 =9383,525 [N.m] Rbx - Bán kính làm việc bánh xe; Sau cân mô -men phanh cấu phanh sinh ra, tức là: Mpcc = Mp2 Mô-men phanh dừng yêu cầu cấu phanh bánh xe sau : Mpd = Mp2/2 = 9383,525/2 = 4691,76 [N.m] SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC 88 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh Sau cân mô -men phanh cấu phanh sinh ra, tức là: Mpcc = Mp2 Trong Mpcc theo cơng thức tính mô-men phanh cấu phanh sinh kiểu trống guốc + Đối với guốc phía trước ta có: Mg1 = [1] + Đối với guốc phía sau (được cường hóa thêm lực đẩy cường hóa phản lực tỳ guốc trước truyền qua cường hóa) ta có: Mg2 = [2] với kiểu tang trống & đòn bẩy kéo lực tác dụng lên guốc F1 F2 tỷ lệ : F1.x1 = F2.x2 [3] đó: x1 x2 tương ứng cánh tay đòn từ điểm đặt lực F 1, F2 đến điểm đặt lực kéo Fk dây cáp x1 = 0,199 [m]; x2 = 0,262 [m] Từ [1][2][3] : Mpd = Lực F1 đòn kéo phanh dừng tạo ra: F1 = 4691,76 0,144  0,144 0,199 ( ).0,4848.(1  1,854) , 144  , 04848 , 262 = = 13325,578 (N) F1 F2 = x1 x2 =10121,336 (N) SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC 89 PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh [1] LÊ VĂN TỤY, Hướng dẫn tính tốn thiết kế hệ thống tơ, Giáo trình mạng nội Khoa Cơ Khí Giao Thơng –Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [2] NGUYỄN HỒNG VIỆT, Kết cấu tính tốn thiết kế tơ, Giáo trình mạng nội Khoa Cơ Khí Giao Thơng –Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [3] NGUYỄN HỮU CẨN, Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội -2005 SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC 90 sdsadasdasd