Thiết kế hệ thống phanh xe thủy lực xe 5 chỗ xây dựng bài giảng điện tử về hệ thống TCS trên ô tô

PHẦN 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH THUỶ LỰC XE 5 CHỖI. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANHII.HỆ THỐNG TCS TRÊN Ô TÔIII. THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH THUỶ LỰC XE 5 CHỖPHẦN 2:XÂY DỰNG BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ VỀ TCSI. TỔNG QUAN VỀ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬII. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ VỀ TCSKẾT LUẬN

LỜI NÓI ĐẦU

Giao thông vận tải chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân,đặc biệt là đối với các nước có nền kinh tế phát triển Có thể nói rằng mạnglưới giao thông vận tải là mạch máu của một quốc gia, một quốc gia muốnphát triển nhất thiết phải phát triển mạng lưới giao thông vận tải

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nghành ôtô ngày càng pháttriển hơn Khởi đầu từ những chiếc ôtô thô sơ hiện nay nghành công nghiệpôtô đã có sự phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng những yêu của con người.Những chiếc ôtô ngày càng trở nên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghihơn để theo kịp với xu thế của thời đại

Song song với việc phát triển nghành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn chongười và xe càng trở nên cần thiết Do đó trên ôtô hiện nay xuất hiện rấtnhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như: cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí…trong đó cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất Cho nên khi thiết kế hệthống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, an toàn ở mọi tốc độ nhất là

ở tốc độ cao; để nâng cao được năng suất vận chuyển người và hàng hoá làđiều rất cần thiết

Đề tài này có nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống phanh xe thủy lực xe 5 chỗ &Xây dựng bài giảng điện tử về hệ thống TCS trên ô tô” Sau 12 tuần nghiêncứu thiết kế dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của thầy Trần Thanh Tùng

và toàn thể các thầy trong bộ môn ôtô đã giúp chúng em hoàn thành được đồ

án của mình Mặc dù vậy cũng không tránh khỏi những thiếu sót chúng em

mong các thầy giúp chúng em tìm ra những thiếu sót đó để đồ án của chúng

em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Thanh Tùng cùng toàn thểcác thầy trong bộ môn đã giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp củamình

- Phân bố mô men phanh phải hợp lý dể đảm bảo tận dụng tối đa trọng lượngbám tại các bánh xe và không xảy ra hiện tượng trượt lết khi phanh;

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh;

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt;

- Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển - với lựcphanh trên bánh xe;

- Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh cao và ổn định trong điều kiện

sử dụng

1.3 Phân loại:

 Hệ thống phanh chính (phanh chân);

 Hệ thống phanh dừng (phanh tay);

 Hệ thống phanh dự phòng;

 Hệ thống phanh rà hay chậm dần (phanh bằng động cơ,thủy lực hoặc điện từ) sử dụng trên các xe cỡ lớn và trên các dốc dài;

 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc;

 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa;

 Hệ thống phanh điện hiện đây đang là xu thế của thời đại;

Theo khả năng điều chỉnh mô men phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệthống phanh với bộ điều hòa lực phanh

 Hệ thống phanh có trợ lực

 Hệ thống phanh không có trợ lực

Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thốngphanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS)

2 Cấu tạo chung của hệ thống phanh:

Cấu tạo Chung của hệ thống phanh trên ô tô được mô tả trên hình 1.1

Hình 1.1: Hệ thống phanh trên ô tô

Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần

- Cơ cấu phanh:

Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mô men hãm trên bánh

xe khi phanh ô tô

- Dẫn động phanh:

Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyêch đại lực điều khiển từ bàn đạpphanh đến cơ cấu phanh Tùy theo dạng dẫn động: cơ khí, thủy lực, khí nénhay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau

Ví dụ nếu đẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanhđòn cơ khí Nếu là dẫn động thủy lực thì dẫn động phan bao gồm: bàn đạp, xilanh chính (tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn

2.1 Cơ cấu phanh:

Cơ cấu phanh là bộ phận sinh ra mô men phanh và chuyển động năngcủa ô tô thành dạng năng lượng khác (thường chuyển thành nhiệt năng)

Trên ô tô chủ yếu sử dụng ma sát để tạo cơ cấu phanh và các loại cơ cấuphanh thường dùng trên ô tô là cơ cấu phanh tang trống, cơ cấu phanh đĩa và

cơ cấu phanh dải

2.1.1 Cơ cấu phanh tang trống:

Trong cơ cấu phanh tang trống thì chúng ta có nhiều loại khác nhau:

1 Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục

Cơ cấu phanh đối xứng qua trục (có nghĩa gồm hai guốc phanh bố trí

đối xứng qua đường trục thẳng đứng) được thể hiện trên hình 1.2 Trong đó sơ

đồ hình1 2.a là loại sử dụng cam ép để ép guốc phanh vào trống phanh, loại này hay sử dụng trên ôtô tải lớn; sơ đồ hình 1.2.b là loại sử dụng xi lanh thủy

lực để ép guốc phanh vào trống phanh, loại này thường sử dụng trên ôtô dulịch và ôtô tải nhỏ

Cấu tạo chung của cơ cấu phanh loại này là hai chốt cố định có bố tríbạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh ở phía dưới,khe hở phía trên được điều chỉnh bằng trục cam ép (hình 1.2.a) hoặc bằng camlệch tâm (hình 1.2.b)

Trên hai guốc phanh có tán (hoặc dán) các tấm ma sát Các tấm này cóthể dài liên tục (hình 1.2.b) hoặc phân chia thành một số đoạn (hình 1.2.a)

Ở hình 1.2.b trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ và guốcphanh bên trái là guốc xiết, guốc bên phải là guốc nhả Vì vậy má phanh bênguốc xiết dài hơn bên guốc nhả với mục đích để hai má phanh có sự hao mònnhư nhau trong quá trình sử dụng do má xiết chịu áp suất lớn hơn

Còn đối với cơ cấu phanh được mở bằng cam ép (hình 1.2.a) áp suất tácdụng lên hai má phanh là như nhau nên độ dài của chúng bằng nhau

2.Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm

b

Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm được thể hiện trên hình 1.3 Sựđối xứng qua tâm ở đây được thể hiện trên mâm phanh cùng bố trí hai chốtguốc phanh, hai xi lanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau vàchúng đối xứng với nhau qua tâm.

Mỗi guốc phanh được lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh và cũng

có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới của má phanh với trốngphanh Một phía của pittông luôn tì vào xi lanh bánh xe nhờ lò xo guốc phanh.Khe hở phía trên giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh bằng cơ cấu

tự động điều chỉnh khe hở lắp trong pittông của xi lanh bánh xe Cơ cấu phanhloại đối xứng qua tâm thường có dẫn động bằng thủy lực và được bố trí ở cầutrước của ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ

3.Cơ cấu phanh guốc loại bơi

Cơ cấu phanh guốc loại bơi có nghĩa là guốc phanh không tựa trên mộtchốt quay cố định mà cả hai đều tựa trên mặt tựa di trượt (hình 1.4.b).

Có hai kiểu cơ cấu phanh loại bơi: loại hai mặt tựa tác dụng đơn (hình1.4.a); loại hai mặt tựa tác dụng kép (hình 1.4.b)

- Loại hai mặt tựa tác dụng đơn:

Ở loại này một đầu của guốc phanh được tựa trên mặt tựa di trượt trênphần vỏ xi lanh, đầu còn lại tựa vào mặt tựa di trượt của pít tông Cơ cấuphanh loại này thường được bố trí ở các bánh xe trước của ôtô du lịch và ôtôtải nhỏ

- Loại hai mặt tựa tác dụng kép:

Ở loại này trong mỗi xi lanh bánh xe có hai pittông và cả hai đầu củamỗi guốc đều tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai pittông Cơ cấu phanh loạinày được sử dụng ở các bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ

4 Cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa:

Cơ cấu phanh guốc tự cường hóa có nghĩa là khi phanh bánh xe thìguốc phanh thứ nhất sẽ tăng cường lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai

Hình 1.5 Cơ cấu phanh guốc loại tự

cuờng hoá

Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hóa: cơ cấu phanh tự cường hóa tácdụng đơn (hình 1.5.a); cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép (hình 1.5.b).

- Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn:

Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn có hai đầu của hai guốc phanhđược liên kết với nhau qua hai mặt tựa di trượt của một cơ cấu điều chỉnh diđộng Hai đầu còn lại của hai guốc phanh thì một được tựa vào mặt tựa ditrượt trên vỏ xi lanh bánh xe còn một thì tựa vào mặt tựa di trượt của pittông

xi lanh bánh xe Cơ cấu điều chỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh

và trống phanh của cả hai guốc phanh Cơ cấu phanh loại này thường được bốtrí ở các bánh xe trước của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình

- Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép:

Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép có hai đầu của hai guốc phanhđược tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai pittông trong một xi lanh bánh xe

Cơ cấu phanh loại này được sử dụng ở các bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtôtải nhỏ đến trung bình

2.1.2 Cơ cấu phanh đĩa:

Cơ cấu phanh dạng đĩa có các dạng chính và kết cấu trên hình 1.6

Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa bao gồm:

a) loại giá đỡ cố định b) loại giá đỡ di động

Hình 1.6 Kết cấu của cơ cấu phanh đĩa

- Một đĩa phanh được lắp với moayơ của bánh xe và quay cùng bánh xe;

- Một giá đỡ cố định trên dầm cầu trong đó có đặt các xi lanh bánh xe;

- Hai má phanh dạng phẳng được đặt ở hai bên của đĩa phanh và được dẫnđộng bởi các pittông của các xi lanh bánh xe;

Có hai loại cơ cấu phanh đĩa: loại giá đỡ cố định và loại giá đỡ di động

1 Loại giá đỡ cố định (hình 1.7.a):

Hình 1.7.a Cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ cố định.

Loại này, giá đỡ được bắt cố định trên dầm cầu Trên giá đỡ bố trí hai xilanh bánh xe ở hai đĩa của đĩa phanh Trong các xi lanh có pittông, mà mộtđầu của nó luôn tì vào các má phanh Một đường dầu từ xi lanh chính đượcdẫn đến cả hai xi lanh bánh xe

2 Loại giá đỡ di động (hình 1.7.b):

Hình 1.7.b Cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ di động.

Ở loại này giá đỡ không bắt cố định mà có thể di trượt ngang được trênmột số chốt bắt cố định trên dầm cầu.Trong giá đỡ di động người ta chỉ bố trímột xi lanh bánh xe với một pittông tì vào một má phanh Má phanh ở phíađối diện được gá trực tiếp lên giá đỡ

3 Một số chi tiết trong cơ cấu phanh đĩa

Dạng đĩa không phẳng được dùng nhiều hơn vì bề mặt ma sát được bốtrí xa ổ lăn của moay ơ bánh xe, hạn chế nung nóng ổ này và dễ dàng bố trí xilanh công tác

Dạng đĩa không phẳng có tạo các lỗ hướng kính được dùng phổ biến vìngoài các ưu điểm của đĩa không phẳng ra thì đĩa phanh được làm mát tốt hơn

b, Má phanh:

Má phanh gồm các tấm ma sát và xương má phanh Tấm ma sát dầykhoảng 9 đến 10 mm, xương má phanh là thép tấm, dày khoảng 2 đến 3 mm.Chúng được tán vào nhau và được lắp trên giá xi lanh công tác bằng rãnhhướng tâm và được định vị bằng các chốt định vị hoặc bằng các mảnh hãm.Trên mỗi má phanh đều có chốt báo hết má phanh Khi má phanh mòn hết đếnchiều dày từ 1 đến 4 mm thì chốt báo hết sẽ tiếp xúc với đĩa phanh và báo hết

má phanh

c, Cơ cấu báo mòn hết má phanh

d, Xi lanh công tác:

Cụm xi lanh công tác của cơ cấu

phanh đĩa gồm xi lanh được chế tạo

liền với giá đỡ hoặc chế tạo rời, pít

tông, phớt làm kín và vành chắn bụi

Phía trên xi lanh có lỗ xả không khí

trong hệ thống dẫn động

e, Cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh:

2.2 Cơ cấu phanh dừng:

Phanh dừng được dùng để dừng (đỗ xe) trên đường dốc hoặc đườngbằng Nói chung hệ thống phanh này được sử dụng trong trường hợp ôtô đứngyên, không di chuyển trên các loại đường khác nhau

Về cấu tạo phanh dừng cũng có hai bộ phận chính đó là cơ cấu phanh

và dẫn động phanh

Cơ cấu phanh có thể bố trí kết hợp với cơ cấu phanh của các bánh xephía sau hoặc bố trí trên trục ra của hộp số.

Dẫn động phanh của hệ thống phanh dừng hầu hết là dẫn động cơ khíđược bố trí và hoạt động độc lập với dẫn động phanh chính và được điều khiểnbằng tay, vì vậy còn gọi là phanh tay

Hình 1.8: Sơ đồ bố trí chung của cơ cấu phanh dừng

2.3 Dẫn động phanh:

2.3.1 Dẫn động phanh chính bằng cơ khí:

Hệ thống phanh dẫn động cơ khí có ưu điểm kết cấu đơn giản nhưngkhông tạo được mômen phanh lớn do hạn chế lực điều khiển của người lái,thường chỉ sử dụng ở cơ cấu phanh dừng (phanh tay)

2.3.2 Dẫn động phanh chính bằng thủy lực:

Dẫn động phanh bằng thủy lực tức là dùng chất lỏng để tạo và truyền ápsuất đến các xi lanh công tác của cơ cấu phanh để tạo lực ép má phanh vàotrống/đĩa phanh

Dẫn động bằng thủy lực có đặc điểm là độ nhạy cao, kết cấu đơn giảnnhưng nếu không có cường hóa dẫn động lực người lái cần để điều khiểnphanh lớn hơn so với dẫn động bằng khí nén Vì vậy hệ thống phanh dẫn độngthuỷ lực thường được sử dụng trên ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ

Ở phanh dầu lực tác dụng từ bàn đạp lên cơ cấu phanh qua chất lỏng(chất lỏng được coi như không đàn hồi khi ép)

Cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực bao gồm: bànđạp phanh, xi lanh chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xi lanh công tác (xilanh bánh xe).

Trong hệ thống phanh dẫn động phanh bằng thuỷ lực tuỳ theo sơ đồ củamạch dẫn động người ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng

- Dẫn động một dòng (hình 1.9):

Dẫn động một dòng có nghĩa là từ đầu ra của xi lanh chính chỉ có mộtđường dầu duy nhất dẫn đến tất cả các xi lanh công tác của các bánh xe Dẫnđộng một dòng có kết cấu đơn giản nhưng độ an toàn không cao Vì một lý donào đó, bất kỳ một đường ống dẫn dầu nào đến các xi lanh bánh xe bị rò rỉ thìdầu trong hệ thống bị mất áp suất và tất cả các bánh xe đều bị mất phanh

Vì vậy trong thực tế người ta hay sử dụng dẫn động thuỷ lực hai dòng

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống dẫn động thủy lực

xi lanh chính kép (loại "tăng đem").

Có nhiều phương án bố trí hai dòng độc lập đến các bánh xe, ở đây giớithiệu hai phương án tiêu biểu thường được sử dụng hơn cả, đó là sơ đồ trênhình 1.10.a và 1.10.a

Ở sơ đồ hình 1.10.a thì một dòng được dẫn động ra hai bánh xe cầutrước còn một dòng được dẫn động ra hai bánh xe cầu sau Với cách bố trí nàymột trong hai dòng bị rò rỉ dòng còn lại vẫn có tác dụng Ví dụ trên hình vẽkhi dòng dầu ra cầu trước bị rò rỉ thì dòng dẫn ra cầu sau vẫn có tác dụng vàlực phanh vẫn xuất hiện ở hai bánh sau khi phanh

Ở sơ đồ hình 1.10.b thì một dòng được dẫn tới một bánh xe phía trước

và một bánh xe phía sau so le nhau, còn một dòng được dẫn tới hai bánh xe so

le còn lại Trong trường hợp này khi một dòng bị rò rỉ thì dòng còn lại vẫn cótác dụng và lực phanh vẫn sinh ra ở hai bánh xe so le trước và sau

2.3.3 Dẫn động phanh chính bằng khí nén:

Dẫn động phanh bằng khí nén tức là sử dụng năng lượng của nguồn khínén để tạo nên áp lực ép các guốc phanh vào trống phanh Đặc điểm của dẫnđộng phanh bằng khí nén là độ nhạy thấp hơn, phức tạp hơn nhưng do sử dụngnăng lượng của nguồn khí nén để thực hiện điều khiển cơ cấu phanh nến lựcđiều khiển của người lái là không cần lớn lắm mà chỉ cần đủ để mở các vanđiều khiển phân phối khí nén Vì vậy nó thường dùng trên các ô tô cỡ lớn

Hệ dẫn động điều khiển phanh bằng khí nén thường gồm các bộ phậnchính sau: máy nén khí, bình chứa khí nén, van phân phối, đường ống dẫn khínén, các xi lanh công tác (bầu phanh), bộ phận chia khí nén đến các bình chứacủa các dòng dẫn động khác nhau và các van an toàn của hệ thống Để giảmthời gian chậm tác dụng của cơ cấu phanh ở xa, người ta có thể bố trí các vangia tốc

Hình 1.11: Cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén

1 - máy nén khí; 2 - bầu lọc khí; 3 - bộ điều chỉnh áp suất; 4 - đồng hồ áp suất; 5 - bàn đạp phanh; 6 - van an toàn; 7 - bình chứa khí; 8 - van phân

phối (tổng phanh); 9 - bầu phanh; 10 - cam phanh; 11 - lò xo cơ cấu

phanh; 12 - guốc phanh.

Để tận dụng ưu điểm của hai loại dẫn động trên người ta sử dụng hệ

thống dẫn động phối hợp giữa thuỷ lực và khí nén (hình 1.12)

Loại dẫn động này thường được áp dụng trên các ôtô tải trung bình vàlớn

Trống phanh

Guốc

Đường khí Đường dầu

Xi lanh bánh xe

Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống bao gồm hai phần dẫn động:

- Dẫn động thủy lực: có hai xi lanh chính dẫn hai dòng dầu đến các xi lanhbánh xe phía trước và phía sau;

- Dẫn động khí nén: bao gồm từ máy nén khí, bình chứa khí, van phân phốikhí và các xi lanh khí nén

Phần máy nén khí và van phân phối hoàn toàn có cấu tạo và nguyên lýlàm việc như trong hệ thống dẫn động bằng khí nén

Phần xi lanh xi lanh chính loại đơn và các xi lanh bánh xe có kết cấu vànguyên lý làm việc như trong hệ thống dẫn động bằng thủy lực

Đây là dẫn động thủy khí kết hợp hai dòng nên van phân phối khí là loại vankép, có hai xi lanh chính và hai xi lanh khí

II.HỆ THỐNG TCS TRÊN Ô TÔ

1 Khái niệm về TCS:

TCS ( Traction Control System) là hệ thống chống trượt quay bánh xetrên ô tô Hệ thống còn có tên gọi khác như ASR (Anti-slip Regulation),ASC(Anti-slip control), TRC ( Traction Control )

2 Tại sao cần có hệ thống TCS:

Ở đường có hệ số ma sát thấp, chẳng hạn như đường tuyết, băng, hayđường ướt, bánh xe chủ động sẽ bị quay tại chổ nếu xe khởi hành hay tăng tốcnhanh, làm mất mát mômen chủ động và có thể làm trượt xe Mômen cực đại

có thể truyền đến các bánh xe được quyết định bởi hệ số ma sát giữa lốp xe vàmặt đường Nếu có truyền mômen đến các bánh xe vượt quá mức này, nó sẽlàm bánh xe dễ bị trượt quay Việc đảm bảo mômen phù hợp với hệ số ma sáttrong trường hợp này đôi khi không dễ dàng đối với người lái Ở phần lớn cáctrường hợp, khi khởi hành xe đột ngột, người lái đạp chân ga quá mạnh và làmbánh xe bị trượt quay, mất mát lực kéo và mômen

Khi sự trượt xảy ra ,người lái xe phải cố gắng không cho việc trượt nàyxảy ra ,điều này lại phụ thuộc kinh nghiệm của người lái xe Có nhiều cách đểgiải quyết vấn đề này :

+ Phải biết cách điều khiển xe để xe luôn giữ đúng hướng và không bị trượt + Có một hệ thống chống trượt có bộ vi xử lý thay cho suy nghĩ của con người

Do các lái xe không phải lúc nào cung kiểm soát được sự trượt của cácbánh xe nên phương án thứ 2 đã được các hãng nghiên cứu và phát triển, từ đócho ra đời hệ thống chống trượt điện tử trên ô tô

3 Lịch sử phát triển của hệ thống TCS:

Trước khi xuất hiện hệ thống điều khiển lực kéo điện tử (electronic tractioncontrol) có thể tìm thấy trên các xe cầu sau chủ động có công công suất vàmomen lớn là hệ thống vi sai giới hạn trượt (limited slip differential) Hệthống này làm việc hoàn toàn bằng cơ khí, truyền công suất đến từng bánh sauchủ động cung cấp lực kéo lớn nhất, nhưng cũng có một vài bánh xe bị trượt

Genneral Motors đưa ra thị trường đầu tiên hệ thống điều khiển điện tử(electronic traction control) Vào năm 1971, GM giới thiệu Maxtrac Hệ thốngnày có một bộ điều khiển điển tử để dò sự trượt của các bánh xe sau, và điềuchỉnh công suất của động cơ để cung cấp cho các bánh xe với lực kéo tốt nhất

Hệ thống này là sự lựa chọn trên các ôtô hiện đại: Reviera, Estate Wagon,Electra 225, Centurion, Lesabre family sedan…

Những đột phá về tốc độ vi xử lý, công nghệ thu nhỏ và phần mềm giúpcho nguyên lý chống trượt được phát triển lên các mức độ cao hơn, hình thànhcác hệ thống an toàn như kiểm soát độ bám đường (traction control), hệ thống

ổn định xe (stability control) và cuối cùng là hệ thống ổn định chống lật ôtô(rollover protection system)

Nguyên lý chống trượt được khởi đầu từ hệ thống phanh chống bó cứng(ABS) Vào giữa thập kỉ 1980, Robert Bosch GmbH, có trụ sở tại Stuttgart,Đức – một trong những hãng sản xuất thiết bị gốc (OEM) lớn nhất thế giớiđồng thời là công ty đi đầu về công nghệ an toàn, đã tung công nghệ ABS rathị trường thông qua Mercedes và BMW Mục đích của hệ thống này là pháthiện và ngăn ngừa bánh xe bị bó cứng khi phanh, qua đó tăng khả năng bámđường cũng như điều khiển trong trường hợp phanh gấp ABS sẽ phát hiện

chuyển động trượt của bánh xe trong quá trình phanh và liên tục điều chỉnh áplực má phanh để đảm bảo tối đa ma sát giữa bánh xe và mặt đường

Traction control cũng có nguyên lý hoạt động tương tự như ABS nhưngkhác ở chỗ trong khi ABS loại bỏ tình trạng bó cứng khi phanh, tractioncontrol lại ngăn ngừa bánh xe bị trượt trong quá trình tăng tốc Nói một cáchkhác, khi ôtô tăng tốc hoặc đang chuyển động, lái xe có thể nhấn ga quá đà,khiến bánh xe trượt tự do Lúc này traction control do “theo dõi” vận tốc củabánh xe, sẽ giảm công suất động cơ hoặc thậm chí kích hoạt phanh để tối ưuhóa khả năng tiếp xúc giữa các lốp xe với mặt đường

4 Nguyên lý hoạt động:

4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Hệ thống điều khiển lực kéo được sử dụng phổ biến hiện nay trên phương tiện.Thực ra là một hệ thống thủy lực điều khiển bằng điện tử được thiết kế đểchống lại sự mất lực kéo khi người lái tăng ga hay điều khiển lái quá mức

Sự can thiệp của hệ thống điều khiển lực kéo có thể gồm một trong cácyếu tố sau:

- Làm trể hay làm gián đoạn đánh lửa ở một hay nhiều xilanh củađộng cơ

- Giảm cung cấp nhiên liệu của một hay nhiều xilanh

- Phanh một hay nhiều bánh xe

Đặc trưng của hệ thống điều khiển lực kéo là cùng sử dụng cơ cấuphanh và cảm biến tốc độ với hệ thống ABS (xem hình)

Hệ thống TCS điều khiển phanh và bướm ga

1_cảm biến tốc độ; 2_cơ cấu phanh; 3_bộ điều chỉnh thủy lực ABS/TCS;4_Bộ điều khiển ABS/TCS; 5_Motronic ECU; 6_bướm ga

Khi bánh xe chủ động có xu hướng trượt, TCS điều khiển lực kéo củaphương tiện như là một hàm của độ trượt bánh xe và gia tốc bánh xe Hệthống TCS là hệ thống có tính cơ động cao, được lắp đặt cùng với các thiết bịcủa hệ thống phanh ABS và có những chức năng như sau:

- Khi phương tiện chuyển động, cảm biến tốc độ ở 4 bánh xe gởi cáctín hiệu đến ECU

- Khi người tài xế đạp ga, công suất động cơ và momen xoắn hệ thốngtruyền lực tăng lên, truyền xuống bánh xe chủ động làm tăng tốc ôtô.Nếu mômen xoắn truyền đến các bánh xe chủ động vượt quá ngưỡnglàm cho ít nhất một trong các bánh xe chủ động bị trượt Kết quả làlực kéo của bánh xe chủ động bị giảm và phương tiện trở nên mất ổnđịnh, điều này TCS can thiệp và điều khiển mômen xoắn của các

bánh xe chủ động hoặc là điều khiển phanh để các bánh xe chủ độngnày không kéo dài sự trượt và đảm bảo ổn định ôtô.

- Để hệ thống TCS có thể can thiệp độc lập với tài xế khi nhấn ga,một bướm ga điều khiển điện tử (được biết như là “drive-by-wire”hay ETC) liên kết giữa bàn đạp ga và bướm ga động cơ (hay bơmphun nhiên liệu Diesel)

- Cảm biến bàn đạp ga chuyển tín hiệu vị trí bàn đạp thành tín hiệuđiện ECU tính toán các thông số từ các cảm biến gởi về rồi gửi tínhiệu điều khiển đến môtơ servo điều khiển bướm ga động cơ hoặcmức độ phun dầu của động cơ Diesel để tác động đến mômen xoắncủa động cơ

Điều khiển bướm ga điện tử cho TCS

1_ECU của ABS/TCS; 2_Motronic ECU; 3_cảm biến bàn đạp ga; 4_Môtơservo; 5_bướm ga (hay bơm phun nhiên liệu diesel); 6_cảm biến tốc độ

4.2 Các tín hiệu ngõ vào:

a Cảm biến tốc độ bánh xe:

Cảm biến tốc độ dùng để đo vận tốc góc của bánh xe sau đó gởi thông tin về

bộ điều khiển dưới dạng tín hiệu điện Cảm biến tốc độ được gắn trên bợ trụccủa bánh xe Vành răng được gắn trên đầu ngoài của bán trục hoặc trên mayơcủa bánh xe, đối diện với cảm biến và cánh cảm biến một khe hở nhỏ gọi làkhe hở từ Khe hở này ở trong khoảng 1mm

Cảm biến tốc độ xe có hai loại: loại cảm biến điện từ và loại cảm biếnhall, sử dụng phổ biến là cảm biến điện từ

Cảm biến điện từ gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây quấnquanh một lõi từ Hai đầu dây được nối với ECU Khi bánh xe quay, vành

răng quay theo, khe hở từ thay đổi Từ thông biến thiên làm xuất hiện một từthông biến thiên xoay chiều hình sin có biên độ và tần số thay đổi theo tốc độgóc của bánh xe Tín hiệu này được gửi về ECU để so sánh với tốc độ bánh xetrước để xác định độ trượt.

Bướm ga phụ chỉ được sử dụng cho hệ thống TCS Bướm ga phụ được

bố trí về phí trên bướm ga chính Bướm ga chính do trực tiếp tài xế điều khiểnthông qua bàn đạp ga Bộ kích hoạt bướm ga là môtơ bước có thể điều khiểnbướm phụ từ vị trí mở hoàn toàn sang vị trí đóng hoàn toàn trong 200ms,chính xác đến 0,3 độ Bướm phụ mở hoàn toàn ở điều kiện bình thường Khi

có yêu cầu điều khiển, bướm ga phụ sẽ đóng dần để giảm mômen động cơ tớimức thích hợp Vị trí đóng hoàn toàn được ấn định để không làm ảnh hưởng

vị trí cầm chừng của bướm ga chính

b Mô tơ bước:

Hình dưới đây thể hiện một mô tơ bước được sử dụng để điều khiển sựđóng, mở của bướm ga phụ Khi cắt dòng điều khiển tới môtơ bước, bướm gatrở về vị trí hoàn toàn do một lò xo kéo

c Đèn chỉ thị:

Hệ thống có hai đèn cảnh báo: được gắn trên table nhằm báo cho tài xếbiết xe đang đi vào đường trơn hoặc xe đang được lái trong điều kiện khác cókhả năng dẫn đến sự trượt quay quá nhiều Đèn còn lại sẽ sáng khi cắt hệthống điều kiển, hoặc chớp khi có tín hiệu hư hỏng cùng với màn hình hiển thịtin nhắn “check TCS”

d Bộ điều khiển thủy lực:

Bộ cung cấp áp suất thủy lực sử dụng chung với hệ thống phanh ABS

Nó được điều khiển bởi ECU và độc lập với người lái, điều khiển áp lực thủylực riêng rẽ từng bánh xe thông qua van solenoid

e Cơ cấu phanh:

Áp lực phanh được điều khiển bởi bộ điều khiển thủy lực đến các xilanhphanh của từng bánh xe Các cơ cấu phanh thường là phanh trống hay phanhđĩa

5 Các hệ thống kiểm soát lực kéo điển hình:

5.1 Hệ thống trên xe TOYOTA CROWN:

5.1.1 Sơ đồ cấu tạo:

5.1.2 Thành phần của hệ thống điều khiển:

Thành phần chủ yếu của hệ thống gồm có: Ba cảm biến tốc độ được sửdụng chung với hệ thống ABS, bộ kích hoạt bướm ga, bộ kích hoạt phanhASR, công tắc cắt hệ thống, hai đèn báo, ECU điều khiển lực kéo ASR kết nốivới ECU hệ thống phanh ABS, ECU điều khiển động cơ, ECU điều khiển hệthống treo khí, và ECU màn hình đa hiển thị, bộ cung cấp áp suất thủy lực cho

bộ kích hoạt phanh ASR sử dụng chung với bộ kích hoạt phanh ABS

bợ trục của bánh xe Vành răng được gắn trên đầu ngoài của bán trục hoặctrên mayơ của bánh xe, đối diện với cảm biến và cánh cảm biến một khe hởnhỏ gọi là khe hở từ Khe hở này ở trong khoảng 1mm.

Cảm biến tốc độ xe có hai loại: loại cảm biến điện từ và loại cảm biếnhall, sử dụng phổ biến là cảm biến điện từ

Cảm biến điện từ gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây quấnquanh một lõi từ Hai đầu dây được nối với ECU Khi bánh xe quay, vànhrăng quay theo, khe hở từ thay đổi Từ thông biến thiên làm xuất hiện một từthông biến thiên xoay chiều hình sin có biên độ và tần số thay đổi theo tốc độgóc của bánh xe Tín hiệu này được gửi về ECU để so sánh với tốc độ bánh xetrước để xác định độ trượt

b/ Bướm ga:

Phần thân bánh xe chế tạo cho ASR như hình V-3 Bướm ga phụ chỉđược sử dụng cho hệ thống ASR Bướm ga phụ được bố trí về phí trên bướm

ga chính Bướm ga chính do trực tiếp tài xế điều khiển thông qua bàn đạp ga

Bộ kích hoạt bướm ga là môtơ bước có thể điều khiển bướm phụ từ vị trí mởhoàn toàn sang vị trí đóng hoàn toàn trong 200ms, chính xác đến 0,3 độ.Bướm phụ mở hoàn toàn ở điều kiện bình thường Khi có yêu cầu điều khiển,bướm ga phụ sẽ đóng dần để giảm mômen động cơ tới mức thích hợp Vị tríđóng hoàn toàn được ấn định để không làm ảnh hưởng vị trí cầm chừng củabướm ga chính

c/ Môtơ bước

Hình 4.3.b thể hiện một mô tơ bước được sử dụng để điều khiển sựđóng, mở của bướm ga phụ Khi cắt dòng điều khiển tới môtơ bước, bướm gatrở về vị trí hoàn toàn do một lò xo kéo

d/ Công tắc cắt hệ thống.

Để có thể cắt không sử dụng hệ thống khi cần thiết ví dụ khi điều kiệnbám tốt hoặc khi tài xế cần chuyển sang chế độ lái thể thao Khi đó chức năngcủa hệ thống ASR bị hủy Chức năng củ hệ thống sẽ trở lại có hiệu lực khicông tắc máy (ignition switch) ở vị trí bật mở

e/ Đèn chỉ thị

Hệ thống có hai đèn cảnh báo: được gắn trên table nhằm báo cho tài xếbiết xe đang đi vào đường trơn hoặc xe đang được lái trong điều kiện khác cókhả năng dẫn đến sự trượt quay quá nhiều Đèn còn lại sẽ sáng khi cắt hệthống điều kiển, hoặc chớp khi có tín hiệu hư hỏng cùng với màn hình hiển thịtin nhắn “check ASR”

f/ Bộ điều khiển ECU:

5.2 Hệ thống trên xe LEXUS LS400:

III THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH THUỶ LỰC XE 5 CHỖ

1 Thông số xe tham khảo:

Dài (mm) x Rộng (mm) x Cao (mm) 4540 x 1775 x 1460

2 Tính toán momen phanh:

Pj

hg G

Hình 3.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh.

Lực phanh tại bánh xe đạt được giá trị lớn nhất khi bánh xe bắt đầu trượtlết, trong quá trình trượt mô men phanh không tăng được nữa mà thậm chí còn

có xu hướng giảm Vì vậy, ta thường tính toán mô men phanh cần thiết tại cácbánh xe sao cho tận dụng tối đa khả năng bám của bánh xe

Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở các bánh xe thì mô men phanh cần thiết sinh

ra tại mỗi cơ cấu phanh ([1]- trang 153)

- Ở cầu trước là : Mp1 = max g r bx

L 2

b G b g

h j

a G a g

h j

jmax - gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh jmax= 6(m/s2)

hg- chiều cao trọng tâm của ô tô, lấy hg= 0,6(m)

g- Gia tốc trọng trường : g= 9, 81(m/s2)

G- Trọng lượng ôtô khi đầy tải : G= 16800(N)

G1-trọng lượng tĩnh trên cầu trước: G1= 9240(N)

G2- trọng lượng tĩnh trên cầu sau: G2= 7560(N)

L- Chiều dài cơ sở ô tô : L = 2650(mm) = 2, 65(m)

a- khoảng cách từ trọng tâm Xe tới cầu trước: a= G L2

G

16800

65 , 2 7650

 (m)b- Khoảng cách từ trọng tâm Xe tới cầu sau:

D 45 , 0 B

= 25 , 4 0 , 93

2

17 45 , 0

Thay các giá trị vào (1) và (2) ta được :

Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trước là :

0 , 7 0 , 291 1177 , 1

2650 2

457 , 1 16800 457 , 1 81 , 9

6 , 0 6 1

0 , 7 0 , 291 532 , 6

2650 2

193 , 1 16800

193 , 1 81 , 9

6 , 0 6 1

3 Tính toán cơ cấu phanh:

a Cơ cấu phanh trước:

Mômen phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh loại đĩa quay được xác định nhưsau:

Mp1 = 2.μ.P R1 tbTrong đó:

P1 - Lực ép, ép má phanh vào với đĩa phanh

 - Hệ số ma sát  =0,3

Rtb- Bán kính trung bình tấm ma sát

5 , 107 2

85 130 2

1 , 1177 R

2

M P

n- Số lượng ống xylanh bánh xe, chọn n=1;

p0- Áp suất chất lỏng trong hệ thống p0=58(MPa) Chọn p0 = 7 (MPa)

d1- Đường kính xi lanh bánh xe của phanh đĩa phía trước

0

1

10 7 14 , 3 1

5 , 18249

4 p

n

P 4



Chọn d1 = 58 (mm)

b Cơ cấu phanh sau:

Mômen phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh loại đĩa quay được xác định nhưsau:

85 130 2

6 , 532 R

2

M P