Nghiên cứu, thiết kế mô hình chuyển đổi cơ cấu phanh tay thành cơ cấu phanh điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH CHUYỂN ĐỔI CƠ CẤU PHANH TAY THÀNH CƠ CẤU PHANH ĐIỆN TỬ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: VÕ HIẾU TRUNG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Lê Minh Khải 1811251411 18DOTC2 Trần Minh Hoàng 1811252110 18DOTC2 Trần Tuấn Phong 1811252545 18DOTC2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: .3 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài: 1.3 Nội dung đề tài: 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 1.4.2 Phương pháp nguyên cứu thiết kế 1.5 Kết cấu đồ án môn học: 1.6 Giới hạn đề tài CHƯƠNG 2: .5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nét đặc trưng: 2.2 Những vấn đề chung hệ thống phanh ô tô .5 2.2.1 Công dụng 2.2.3 Yêu cầu hệ thống phanh 2.3 Các loại phanh 2.3.2 Phanh tang trống: .7 2.3.1 Phanh đĩa: 2.4 Kết cấu nguyên lý làm việc phanh tang trống: 2.4.1 Cơ cấu phanh guốc đối xứng trục: cấu phanh có hai guốc đối xứng qua trục thẳng đứng Có hai loại: 2.4.2 Cơ cấu có guốc đối xứng qua tâm .11 2.4.3 Cơ cấu phanh guốc loại bơi (Cơ cấu phanh tự cường hóa) 12 2.4.4 Phanh khẩn cấp (Phanh tay) .13 2.5 Ưu điểm nhược điểm: 13 2.5.1 Ưu điểm phanh đĩa phanh tang trống 13 v 2.5.2 Nhược điểm phanh đĩa phang tang trống 14 2.6 Sơ lược hệ thống phanh tay ô tô 14 2.7 Tìm hiểu cấu tạo ngun lí hoạt động hệ thống phanh tay khí 15 2.7.1 Cấu tạo 15 2.7.2 Nguyên lý hoạt động 15 2.8 Sơ lược hệ thống phanh điện tử 15 2.9 Tìm hiểu cấu tạo ngun lí hoạt động hệ thống phanh tay điện tử 16 2.9.1 Cấu tạo chung 16 2.9.2 Cấu tạo cấu chấp hành phanh đĩa 17 2.9.3 Motor phanh đỗ 17 2.3.3.1 Hệ thống bánh đĩa 18 2.3.3.2 Trục vít - đai ốc đẩy 19 2.9.4 Nguyên lý hoạt động 19 2.10 Phương thức điều khiển phanh tay điện tử 20 2.10.1 Tín hiệu vị trí bàn đạp ly hợp 20 2.10.2 Tín hiệu nút nhấn đèn báo 20 2.10.3 Sơ đồ mạch nguồn điều khiển phanh tay điện tử 21 2.10.4 Nguyên lý hoạt động phanh tay điện tử 22 2.11 Cấu tạo nguyên lý phận chi tiết mơ hình: .24 2.11.1 Xilanh điện: 24 2.12 Ưu nhược điểm hệ thống phanh tay khí phanh tay điện tử 32 CHƯƠNG 3: .34 THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 34 3.1 Thơng số kỹ thuật mơ hình cần thiết kế 34 3.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế mơ hình 35 3.3 Tính tốn thiết kế giá đỡ mơ hình 36 3.4 Các phận chi tiết cần để thiết kế mơ hình hệ thống phanh tay điện tử .37 3.5 Thi công lắp ráp mô hình 44 3.6 Thử nghiệm đánh giá mơ hình 52 CHƯƠNG 4: .54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 vi 4.1 Kết luận 54 4.2 Hướng phát triển đề tài 54 Tài liệu tham khảo .56 PHỤ LỤC 57 vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Cấu tạo chức chân ATtiny13 27 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật ATtiny13 28 Bảng 2.3: Bảng thông số vi điều khiển ATmega328 31 Bảng 2.4: Chức của chân Pin .31 Bảng 2.5: Ưu nhược điểm hệ thống phanh tay khí hệ thống phanh tay điện tử ô tô 33 Bảng 3.2: Bảng liệt kê dụng cụ cần thiết cho thi công mô hình 46 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Các loại phanh .7 Hình 2.2: Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục có lực dẫn động bằng Hình 2.3: Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục có lực dẫn động không bằng 10 Hình 2.4: Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm .11 Hình 2.5: Cơ cấu phanh guốc loại bơi 12 Hình 2.6: Phanh tay 13 Hình 2.7: Cơ cấu điều khiển phanh tay phanh tay điện tử 14 Hình 2.8: Cơ cấu phanh tay khí 15 Hình 2.9: Các thành phần cấu tạo hệ thống phanh tay điện tử 16 Hình 2.10: Hình ảnh thực tế cấu phanh 17 Hình 2.11: Hệ thống dẫn động motor phanh đỗ 17 Hình 2.12: Hệ thống bánh đĩa 18 Hình 2.13: Cơ cấu vào khớp hệ thống bánh đĩa .18 Hình 2.14: Trục vít – đai ốc đẩy cấu phanh đỗ 19 Hình 2.15: Cảm biến vị trí bàn đạp ly hợp 20 Hình 2.16: Hiển thị đèn báo phanh tay bảng đồng hồ Tap-lô 21 Hình 2.17: Mạch cấp nguồn hộp điều khiển phanh tay điện tử dịng xe du lịch .22 Hình 2.18: Sơ đồ mạch điện hệ thống phanh tay điện tử 23 Hình 2.19: Xi lanh điện .24 Hình 2.20: Arduino Uno R3 28 Hình 2.21: Vị trí chân 30 Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý IC 32 Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện kéo phanh tay 35 Hình 3.2: Bản vẽ khung giá đỡ mơ hình 37 Hình 3.3: Nút nhấn phanh tay 37 Hình 3.4: Cụm cầu sau 38 Hình 3.5: Accu 38 Hình 3.6: Cùm ga 38 Hình 3.7: Bộ sạc 39 Hình 3.8: Ổ khóa điện .39 Hình 3.9: Realy 39 Hình 3.10: Đèn báo 40 Hình 3.11: Biến áp 40 Hình 3.12: Sắt hộp .40 ix Hình 3.13: Đũa thắng 40 Hình 3.14: Càng thắng 41 Hình 3.15: Đũa hàng 41 Hình 3.16: Pat chữ U 41 Hình 3.17: Pat chữ L 42 Hình 3.18: Trục quay 42 Hình 3.19: Dây điện 42 Hình 3.20: Chân đế cao su 43 Hình 3.21: Nhựa Mica suốt .43 Hình 3.22: Đinh vít 43 Hình 3.23: Cầu chì 44 Hình 3.24: Hàn đoạn sắt với để tạo khung 47 Hình 3.25: Khoan lỗ để đặt cầu xe 47 Hình 3.26: Tiến hành lắp bulong để cố định cầu xe 48 Hình 3.27: Lắp đũa phanh phanh 48 Hình 3.28: Lắp xilanh kết nối với phanh 49 Hình 3.29: Lắp biến áp với cùm ga 50 Hình 3.30: Lắp IC điều khiển với nút nhấn phanh tay 50 Hình 3.31: Lắp cơng tắc khóa, đèn báo .50 Hình 3.32: Điều chỉnh lực phanh 51 Hình 3.33: Mơ hình hệ thống 52 Hình 3.34: Ảnh 3d lắp mơ hình 53 Bản vẽ 1: Bản vẽ chi tiết trục vít .57 Bản vẽ 3: Bản vẽ chi tiết bánh .58 Bản vẽ 4: Bản vẽ chi tiết bánh trục 58 Bản vẽ 5: Bản vẽ chi tiết bánh .59 Bản vẽ 6: Bản vẽ chi tiết bánh .59 Bản vẽ 7: Bản vẽ chi tiết đai ốc 60 x LỜI MỞ ĐẦU Ngành cơng nghiệp tơ chiếm ví trí quan trọng kinh tế quốc dân nói chung giao thơng vận tải nói riêng Nó định phần không nhỏ tốc độ phát triển kinh tế quốc gia Ngày nay, ô tô áp dụng công nghệ tiên tiến công nghệ điện tử, điều khiển tự động, vật liệu mới, … làm cho ô tô ngày trở nên đa dạng có tiến vượt bậc cơng nghệ Tuy nhiên, dù giai đoạn phát triển, kỹ thuật ngày hồn thiện an toàn đặt lên hàng đầu nhằm bảo vệ tính mạng người giảm thiệt hại vật chất Và nhiệm vụ yêu cầu mà hệ thống phanh ô tơ cần thực Trong q trình sử dụng, việc nghiên cứu hệ thống phanh ô tô để nắm kết cấu nguyên lý làm việc chúng việc cần thiết nhằm đảm bảo cho ô tô hoạt động tốt kéo dài tuổi thọ góp phần tăng hiệu sử dụng ô tô Trong hệ thống ô tô, hệ thống phanh hệ thống có vai trị quan trọng q trình vận hành Nhờ có hệ thống phanh mà người lái nâng cao vận tốc chuyển động trung bình tơ đảm bảo an toàn chuyển động Do vận tốc chuyển động ngày cao việc sâu nghiên cứu để hoàn thiện làm việc hệ thống phanh nhằm đảm bảo an tồn chuyển động tô ngày cấp thiết Xuất phát từ yêu cầu đặc điểm đó, nhóm em thực đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mơ hình chuyển đổi cấu phanh tay thành cấu phanh điện tử” để làm đề tài thiết kế cho đồ án Đề tài thực dựa sở số liệu xe … với tài liệu tham khảo Mặc dù cố gắng hướng dẫn nhiệt tình giáo viên hướng dẫn thầy Võ Hiếu Trung Nhưng q trình thực nhóm cịn nhiều thiếu sót định Nhóm mong rằng với bảo đóng góp ý kiến Thầy giáo mơn giúp nhóm em vững vàng đường công tác sau CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề: Hệ thống phanh tay phát triển xong hành với phát triển phương tiện giao thông trở thành hệ thống quan trọng thiếu xe Hệ thống phanh tay đóng vai trị quan trọng, hỗ trợ người lái đỗ dừng xe an toàn điều kiện Ngày sử dụng hệ thống phanh tay khí, người ta cịn sử dụng hệ thống phanh tay điều khiển bằng điện nhằm đáp ứng nhu cầu điện hố phương tiện giao thơng Phanh tay điện tử đời nhằm đáp ứng mô hình điện hố, giúp đỗ xe an tồn, nhanh chóng tiện lợi Cùng với tiến công nghệ hệ thống phanh nói chung hệ thống phanh tay điện tử nói riêng ngày đáp ứng nhu cầu người hệ thống phanh an tồn hiệu Đồ án tìm hiểu cấu tạo, ngun lí hoạt động thiết kế mơ hình hệ thống phanh tay điện tử tơ 1.2 Mục tiêu đề tài: Trên xe ô tô hệ thống bằng khí dần thay đổi bằng hệ thống điện, đồ án phải làm rõ tính tiện nghi tiện lợi hệ thống phanh tay điện tử để thay phanh tay khí tơ Tìm hiểu cấu tạo ngun lí hoạt động hệ thống phanh tay điện tử có khác so với hệ thống phanh tay bằng khí Nghiên cứu, thiết kế mơ hình hệ thống phanh tay điện tử cho phù hợp với số phương tiện, hệ thống phanh tay điện tử phải đáp ứng đặc tính nhỏ gọn, dễ điều khiển, mang lại hiệu độ an toàn cao 1.3 Nội dung đề tài: Phân tích nội dung liên đến phanh tay điện tử ô tô cho thấy tiện lợi an tồn mang lại Trình bày cấu tạo ngun lí hoạt động hệ thống phanh tay điện tử Nghiên cứu, thiết kế mơ hình hệ thống phanh tay điện tử Hình 3.28: Lắp xilanh kết nối với phanh Bước 8: Lắp ic điều khiển động điện với cùm ga 49 Hình 3.29: Lắp biến áp với cùm ga Bước 9: Lắp hộp điều khiển nút phanh tay, nối nguồn Hình 3.30: Lắp IC điều khiển với nút nhấn phanh tay Bước 10: Lắp cơng tắc khố, đèn báo kết nối nguồn điện Hình 3.31: Lắp cơng tắc khóa, đèn báo Bước 11: Tiến hành cấp nguồn thử nút điều khiển chế độ kéo thả Bước 12: Điều chỉnh lực phanh ổn định 50 Hình 3.32: Điều chỉnh lực phanh Bước 13: Mơ hình sau lắp ghép 51 Hình 3.33: Mơ hình hệ thống 3.6 Thử nghiệm đánh giá mơ hình - Khả hoạt động mơ hình: + Khả kéo giữ phanh xy lanh tốt tương đương với phanh tay sử dụng khí, cho kết phanh theo tính tốn + Hoạt động trơn tru, khơng gặp lỗi vặt vận hành - Đánh giá mô hình: + Tính khả thi thực tế: Mở rộng mơ hình, ứng dụng vào thực tế dòng xe du lịch Đáp ứng số tiêu chí số dịngphanh điện tử + Thiếu xót q trình hoạt động chạy thử nghiệm: Độ hồn thiện mơ hình chưa cao cần phải cải thiện thêm đưa áp dụng vào thực tế, áp dụng lên dòng xe du lịch Hệ thống hoạt động độc lập, không liên kết với ECU 52 Hình 3.34: Ảnh 3d lắp mơ hình 53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Cả hai loại phanh tay- Phanh tay khí phanh tay điện tử ngày sử dụng phổ biến với ưu nhược điểm hai loại phanh tay mang lại giúp hãng xe tính tốn, chọn lựa tối ưu hóa giá trị loại xe Hệ thống phanh tay điện tử ngày cải tiến phát triển không ngừng, hệ thống không hoạt động độc lập mà có giao tiếp, thích ứng qua lại với hệ thống khác đòi hỏi chuyên môn cao kĩ thuật viên Hệ thống hoạt động với với phương thức chuyền động giảm tốc giúp tang mômen soắn trục đầu với hệ thống trục vít – đai ốc chuyền đổi vận tốc quay thành chuyển động tịnh tiến tạo nên lực phanh ép má phanh Hệ thống phanh tay sử dụng hộp giảm tốc ba cấp hệ thống vận hành đơn giản trình tăng mômen Do chuyển động bánh cần bôi trơn thường xuyên tượng bánh ăn khớp với gây nên tổn thất trình chuyển đổi mơmen Nên hệ thống cần kiểm nghiệm cách chi tiết cụ thể Vật liệu tạo nên trục vít đai ốc chưa thích hợp để tiến tới việc áp dụng vào thực tế cần gia cố kiểm nghiệm sâu Hoàn thành báo cáo đồ án thời hạn thực đầy đủ yêu cầu, nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Song đồ án gặp vấn đề khó khăn hình ảnh, kĩ soạn thảo văn bản, vấn đề kĩ thiết kế Solidwork, mơ Protues song cịn nhiều thiếu sót 4.2 Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu cải tiến hệ thống giảm tốc truyền lực, mơmen giúp tối đa hóa hiệu suất sử dụng chi tiết hệ thống Vật liệu chế tạo hệ thống mảng hoàn toàn riêng biệt cần ý phát triển Những vật liệu tối ưu giúp nâng cao hiệu phanh đỗ, 54 cải thiện độ bền chi tiết Áp dụng hệ thống điện điện tử thiết bị mơ từ sử dụng vào phương tiện giới đường từ thô sơ đến đại nhằm nâng cao tính ứng dụng hệ thống vào thực tế đời sống 55 Tài liệu tham khảo Nguyễn Hữu Lộc, Giáo trình Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM 2016 Nguyễn Anh Ngọc, Lê Hồng Quân Nguyễn Tiến Hán Mơ phân tích kết cấu cấu phanh dầu từ trường Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội John R Steffen, Analysis of Machine Elements using SolidWorks Simulation 2011, Ph.D., P.E Engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/friction- coefficients-d_778.html Trịnh Chí Thiện, Tơ Đức Long, Nguyễn Văn Bang Kết cấu tính tốn ơtơ, Nhà xuất Giao thông vận tải, 1984 Nguyễn Ngọc Lâm Lý thuyết ôtô - máy kéo Nhà xuất Giao thông vận tải, 1984 Trương Mạnh Hùng Bài giảng Cấu tạo ô tô Xuất năm 2006 Tập tài liệu vẽ cấu tạo ô tô Nhà xuất bản: Đại Học Bách Khoa Hà Nội 56 PHỤ LỤC Bản vẽ chi tiết mơ hình: Bản vẽ 1: Bản vẽ chi tiết trục vít 57 Bản vẽ 2: Bản vẽ chi tiết bánh Bản vẽ 3: Bản vẽ chi tiết bánh trục 58 Bản vẽ 4: Bản vẽ chi tiết bánh Bản vẽ 5: Bản vẽ chi tiết bánh 59 Bản vẽ 6: Bản vẽ chi tiết đai ốc Chương trình hệ thống phanh tay điện tử: // constants won't change They're used here to set pin numbers: const int ctht_ngoai = 13; const int ctht_trong = 12; const int nut_nhan1 = 11; const int nut_nhan2 = 10; const int nut_D = 9; const int nut_break = 8; const int den_P = 7; const int M_thuan = 4; const int M_nguoc = 3; // variables will change: int tt_nut1 = 0; int tt_nut2 = 0; 60 int tt_nutD = 0; int tt_nutbreak = 0; int tt_ctht_ngoai = 0; int tt_ctht_trong = 0; int chieu_quay=0; void setup() { // initialize the LED pin as an output: pinMode(den_P, OUTPUT); pinMode(M_thuan, OUTPUT); pinMode(M_nguoc, OUTPUT); // initialize the pushbutton pin as an input: pinMode(ctht_ngoai, INPUT); pinMode(ctht_trong, INPUT); pinMode(nut_nhan1, INPUT); pinMode(nut_nhan2, INPUT); pinMode(nut_D, INPUT); pinMode(nut_break, INPUT); } void loop() { // tt_nut1 = digitalRead(nut_nhan1); tt_nut2 = digitalRead(nut_nhan2); tt_nutD = digitalRead(nut_D); tt_nutbreak = digitalRead(nut_break); tt_ctht_ngoai=digitalRead(ctht_ngoai); tt_ctht_trong=digitalRead(ctht_trong); if (tt_nut1 == LOW && tt_nut2==HIGH && tt_ctht_ngoai == LOW && tt_nutD== HIGH && tt_nutbreak==HIGH) { digitalWrite(M_nguoc, LOW); 61 digitalWrite(M_thuan, HIGH); chieu_quay=1; } if (tt_nut2 == LOW && tt_nut1==HIGH && tt_ctht_trong == LOW) { digitalWrite(M_thuan, LOW); digitalWrite(M_nguoc, HIGH); chieu_quay=2; } if(chieu_quay==0){ tt_ctht_trong=digitalRead(ctht_trong); tt_nutD = digitalRead(nut_D); tt_nutbreak = digitalRead(nut_break); if (tt_ctht_trong==LOW && tt_nutD==LOW && tt_nutbreak==LOW ){ digitalWrite(M_thuan, LOW); digitalWrite(M_nguoc, HIGH); chieu_quay=2; } } if(chieu_quay==1){ tt_ctht_ngoai=digitalRead(ctht_ngoai); if (tt_ctht_ngoai==HIGH){ digitalWrite(M_nguoc, LOW); digitalWrite(M_thuan, LOW); digitalWrite(den_P, HIGH); chieu_quay=0; } tt_nutD = digitalRead(nut_D); tt_nutbreak = digitalRead(nut_break); if (tt_nutD==LOW || tt_nutbreak==LOW ){ 62 digitalWrite(M_thuan, LOW); digitalWrite(M_nguoc, HIGH); chieu_quay=2; } } if(chieu_quay==2){ tt_ctht_trong=digitalRead(ctht_trong); if (tt_ctht_trong==HIGH){ digitalWrite(M_nguoc, LOW); digitalWrite(M_thuan, LOW); digitalWrite(den_P, LOW); chieu_quay=0; } } } 63 ... .11 Hình 2.5: Cơ cấu phanh guốc loại bơi 12 Hình 2.6: Phanh tay 13 Hình 2.7: Cơ cấu điều khiển phanh tay phanh tay điện tử 14 Hình 2.8: Cơ cấu phanh tay khí 15 Hình. .. cần thiết, khẩn cấp Hình 2.7: Cơ cấu điều khiển phanh tay phanh tay điện tử Phanh tay ơtơ có kiểu gồm: phanh tay điện tử phanh tay khí 14 2.7 Tìm hiểu cấu tạo ngun lí hoạt động hệ thống phanh tay. .. Cơ cấu phanh guốc loại bơi (Cơ cấu phanh tự cường hóa) Sơ đồ cấu tạo: Hình 2.5: Cơ cấu phanh guốc loại bơi Guốc phanh Má phanh Tang trống Pittông phanh sau Cơ cấu phanh loại bơi cấu có guốc phanh