Thiết kế tính toán hệ thống phanh khí nén ABS cho cầu sau trên xe tải 3 tấn

Mục LụcLời nói đầu…………………………………………………………..…………4Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH ABS KHÍ NÉNLỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ………………………………………….…………6Đặt vấn đề ………………………………………………………….………….61 . Công dụng, phân loại, yêu cầu ……………………………….………….....71.1 Công dụng…………………………………….……….……………71.2 Phân loại…………………………………………….…….………...71.3 Yêu cầu……………………………………… …………….…….…82Giới thiệu về xe thiết kế……………………………………………………..93 Lựa chọn phương án thiết kế………………………………….…………....103.1 Lựa chọn cơ cấu phanh………………….…………………………103.2 Lựa chọn dẫn động phanh………………………………….………124 Bố tri hệ thống phanh khí nén………………………………………………155 Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS thiết kế…………………………….165.1 Vai trò và lý thuyết cơ bản về hệ thống ABS………….……………165.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS…………………….………205.3 Cấu tạo và hoạt động của một số cụm chi tiết trong hệ thống ABS…………………………………………………………………….………24Chương 2 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH CẦU SAU………….331. Một số chi tiết chính………………………………………….…………….331.1Trống phanh…………………………………………….……………….331.2Guôc phanh…………………………………………………….………..342 . Tính toán mô men phanh……………………….…………………………35 3 . Xác định lực phanh do cơ cấu phanh sinh ra theo phương pháp họa đồ…...363.1 Xác định góc  và bán kính  của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh..373.2 Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng họa đồ……………383.3 Kiểm tra hiện tượng tự xiết…………………………..…………………..403.4 Xác định kích thước má phanh…………………………………………..414 . Tính toán và kiểm nghiệm bền guốc phanh……………………………….445 . Tính toán nhiệt trong quá trình phanh……………………………………47Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHANH……………………………………………………………..491 . Lựa chọn phương bán bố trí chung………………………………………..491.1Phương án 1: 3S2K………………………………………………………491.2Phương án 2: 4S4K……………………………………………………….501.3Phương án 3: 4S3K………………………………………………………511.4Phương án 4: 4S3K………………………………………………………532. Thiết kế tính toán bầu phanh sau………………………………………….542.1 Lực tác dụng lên thanh đẩy……………………………………………….542.2 Tính toán lò xo của bộ tích lũy năng lượng………………………………563. Tính toán lượng khí nén……………………………………………………613.1 Thông số kỹ thuật của máy nén kh……………………………………….623.2 Tính toán lưu lương của máy nén khí……………………………………..623.3 Tính toán lượng khí tiêu hao sau mỗi lần phanh…………………………633.4 Tính bề đường ống phanh………………………………………………..654. Tính toán van điều khiển…………………………………………………..664.1 Sơ đồ tính toán…………………………………………………………….664.2 Tính toán buồng trên……………………………………………………...664.3 Tính toán buồng dưới…………………………………………………….685. Tính toán thiết kế cơ cấu chấp hành ABS…………………………………695.1 Tính toán áp suất khí nén và độ dịch chuyển của lõi van………………..695.2 Tính toán lực từ cuộn dây…………………………………………………705.3 Kết quả tinh toán bền các bộ phận chính trên Solid works………………75Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HIỆU QUẢ PHANH………………………………………………………….791 . Cơ sở lý thuyết của bộ thử nghiệm………………………………………..792. Các thiết bị cần có trong bộ thử nghiệm …………………………………812.1Cảm biến áp suất khí nén………………………………………………812.2Bơm nhiên liệu...………………………………………………………822.3Vòi phun nhiên liệu……………………………………………………832.4Bộ hiển thị thời gian và điều khiển đánh dấu quãng đường phanh……843. Kết quả thực nghiệm trên xe Lifan…………………………………………91Chương 5 XÂY DỰNG QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHƯA HỆ THỐNG PHANH ABS ……………………………………………………..951Hiện tượng, hư hỏng, phương pháp kiểm tra cảm biến……………………..951.1Hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng……………………………….……951.2Phương pháp kiểm tra và sửa chữa………………………………….……951.3Sửa chữa và bảo dưỡng các cảm biến…………………………….………962. Sửa chữa và bảo dưỡng cơ cấu chấp hành ABS……………….….…….962.1Hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng…………………………….………962.2Phương pháp kiểm tra và sửa chữa………………………………….……962.3Quy trình tháo lắp và bảo dưỡng bộ chấp hành…………………….……963. Quy trình chẩn đoán, bảo dưỡng, sửa chữa cơ cấu phanh……………….973.1Quy trình tháo lắp cơ cấu phanh ……………………………………...….973.2Hư hỏng và nguyên nhân………………………………………………….99Chương 6 XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH..1011 . Phân tích kết cấu và chọn dạng sản xuất…………………………….…....1012 . Lập quy trình công nghệ……………………..………………………..…..101Kết Luận………………………………………….………………….……….105Tài liệu tham khảo……………………………………………………………106

Mục Lục

Lời nói đầu……… …………4

Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH ABS KHÍ NÉN-LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ……….…………6

Đặt vấn đề ……….………….6

1 Công dụng, phân loại, yêu cầu ……….………… 7

1.1 Công dụng……….……….………7

1.2 Phân loại……….…….……… 7

1.3 Yêu cầu……… ……….…….…8

2 Giới thiệu về xe thiết kế……… 9

3 Lựa chọn phương án thiết kế……….………… 10

3.1 Lựa chọn cơ cấu phanh……….………10

3.2 Lựa chọn dẫn động phanh……….………12

4 Bố tri hệ thống phanh khí nén………15

5 Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS thiết kế……….16

5.1 Vai trò và lý thuyết cơ bản về hệ thống ABS………….………16

5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS……….………20

5.3 Cấu tạo và hoạt động của một số cụm chi tiết trong hệ thống ABS……….………24

Chương 2 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH CẦU SAU………….33

1 Một số chi tiết chính……….……….33

1.1 Trống phanh……….……….33

1.2 Guôc phanh……….……… 34

2 Tính toán mô men phanh……….………35

3 Xác định lực phanh do cơ cấu phanh sinh ra theo phương pháp họa đồ… 36

3.1 Xác định góc  và bán kính  của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh 37

3.3 Kiểm tra hiện tượng tự xiết……… ……… 40

3.4 Xác định kích thước má phanh……… 41

4 Tính toán và kiểm nghiệm bền guốc phanh……….44

5 Tính toán nhiệt trong quá trình phanh………47

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHANH……… 49

1 Lựa chọn phương bán bố trí chung……… 49

1.1 Phương án 1: 3S/2K………49

1.2 Phương án 2: 4S/4K……….50

1.3 Phương án 3: 4S/3K………51

1.4 Phương án 4: 4S/3K………53

2 Thiết kế tính toán bầu phanh sau……….54

2.1 Lực tác dụng lên thanh đẩy……….54

2.2 Tính toán lò xo của bộ tích lũy năng lượng………56

3 Tính toán lượng khí nén………61

3.1 Thông số kỹ thuật của máy nén kh……….62

3.2 Tính toán lưu lương của máy nén khí……… 62

3.3 Tính toán lượng khí tiêu hao sau mỗi lần phanh………63

3.4 Tính bề đường ống phanh……… 65

4 Tính toán van điều khiển……… 66

4.1 Sơ đồ tính toán……….66

4.2 Tính toán buồng trên……… 66

4.3 Tính toán buồng dưới……….68

5 Tính toán thiết kế cơ cấu chấp hành ABS………69

5.1 Tính toán áp suất khí nén và độ dịch chuyển của lõi van……… 69

5.2 Tính toán lực từ cuộn dây………70

5.3 Kết quả tinh toán bền các bộ phận chính trên Solid works………75

Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HIỆU QUẢ PHANH……….79

1 Cơ sở lý thuyết của bộ thử nghiệm……… 79

2 Các thiết bị cần có trong bộ thử nghiệm ………81

2.1 Cảm biến áp suất khí nén………81

2.2 Bơm nhiên liệu ………82

2.3 Vòi phun nhiên liệu………83

2.4 Bộ hiển thị thời gian và điều khiển đánh dấu quãng đường phanh……84

3 Kết quả thực nghiệm trên xe Lifan………91

Chương 5 XÂY DỰNG QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHƯA HỆ THỐNG PHANH ABS ……… 95

1Hiện tượng, hư hỏng, phương pháp kiểm tra cảm biến……… 95

1.1 Hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng……….……95

1.2 Phương pháp kiểm tra và sửa chữa……….……95

1.3 Sửa chữa và bảo dưỡng các cảm biến……….………96

2 Sửa chữa và bảo dưỡng cơ cấu chấp hành ABS……….….…….96

2.1 Hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng……….………96

2.2 Phương pháp kiểm tra và sửa chữa……….……96

2.3 Quy trình tháo lắp và bảo dưỡng bộ chấp hành……….……96

3 Quy trình chẩn đoán, bảo dưỡng, sửa chữa cơ cấu phanh……….97

3.1 Quy trình tháo lắp cơ cấu phanh ……… ….97

3.2 Hư hỏng và nguyên nhân……….99

Chương 6 XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 101

1 Phân tích kết cấu và chọn dạng sản xuất……….… 101

2 Lập quy trình công nghệ……… ……… … 101

Kết Luận……….……….……….105

Tài liệu tham khảo………106

Lời Nói ĐầuĐất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.Mục tiêu tới năm 2020 nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp Để đạt đượcmục tiêu đó, rất nhiều các khu công nghiệp đã được xây dựng ở nhiều tỉnh thànhtrong cả nước Đi cùng với đó mạng lưới giao thông ngày càng được cải thiện

để đáp ứng nhu cầu trao đổi hàng hóa giữa các khu công nghiệp trong cả nước.Trong hệ thống giao thông vận tải nước ta ngành giao thông đường bộ đóng vaitrò chủ đạo, phần lớn hàng hóa và người được vận chuyển trong nội địa bằng ô

tô

Tuy nhiên cùng với những lợi ích vô cùng to lớn mà ô tô mang lại đối với sựphát triển của nền kinh tế và con người, thì một vấn đề đáng lo ngại đặt ra là vấnsngười

Theo thống kê của các nước trong những nguyên nhân gây ra tai nạn giaothông đường bộ thì có tới 10÷15% do hư hỏng máy móc trục trặc về kỹ thuật.Trong những nguyên nhân do hư hỏng về máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì tỉ lệtai nạn do các cụm của ô tô gây nên được thống kê như sau:

Đối với dòng xe tải có trọng tại nhỏ nói riêng, vì dòng xe này có tải trọngkhông lớn nên trước đây các công ty, các cơ sở sản xuất,cũng như các nhà sảnxuất trước chưa có trang bị hệ thống chống bó cứng ABS Hoặc có nhưng

không nhiều và không mang tính rộng khắp Với yêu cầu cũng như như cầu về

an toàn cao như hiện này Chúng em cùng với sự hướng dẫn,chỉ bảo tận tình củathầy Hồ Hữu Hải thực hiện đề tài nghiên cứu này mong rằng sẽ đáp ứng đượcnhu cầu cũng như yêu cầu an toàn phanh trên xe tải nhỏ hiện nay

Trên cơ sở đó chúng em được giao đề tài :

" Thiết kế tính toán hệ thống phanh khí nén ABS cho cầu sau trên xe tải 3 tấn "

Với các hạng mục như sau:

1- Tổng quan về hệ thống

2- Tính toán thiết ké cơ cấu phanh cho cầu sau xe

3- Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động phanh

4- Tính toán cơ cấu chấp hành

5- Tính toán thiết kế thiết bị thí nghiệm cho hệ thống

6- Xây dựng quy trình bảo dưỡng và sửa chữa

7- Xây dựng quy trình gia công chi tiết điển hình

Đề tài được thực hiện tại bộ môn ô tô và xe chuyên dụng trường Đại họcBách Khoa Hà Nội Sau hơn 3 tháng thực hiện với sự cố gắng, nỗ lực của bảnthân em và với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn em đã hoàn thànhnhiệm vụ của mình Tuy nhiên với những hiểu biết và kinh nghiệm còn hạn chếnên không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được các thầy chỉ bảo thêm

để em ngày càng trở nên hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn ô tô và xe chuyên

dùng và đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Hồ Hữu Hải đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ

và tạo điều kiện tốt nhất có thể để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình!

Hà Nội, ngày 31 tháng 5 năm 2009 Sinh viên thực hiện: Bùi Việt Vương-Nguyễn Văn Trọng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH ABS-LỰA

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Đặt vấn đề

Ô tô nói chung là phương tiện giao thông vận tải đường bộ có khả năngvận tải hàng hóa, hành khách phục vụ mục đích phát triển kinh tế xã hội, quânsự

Ô tô tải là phương tiện vận tải có động cơ được dùng với mục đíchchuyên chở hàng hóa Tùy vào tải trọng mà xe tải có thể phân ra thành xe tảinhỏ, xe tải vừa, xe tải lớn

Theo yêu cầu thiết kế loại ôtô tải có tải trọng 2,98 tấn xe Các xe tải bố tríloại này động cơ đặt trước có cabin kiểu lật Dẫn động phanh sử dụng là dẫnđộng khí nén

Hình 1.1 : Xe tải Lifan 3 tấn

Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những hệ thống đảm bảo an toànchuyển động của ô tô, với công dụng chính như: Giảm dần tốc độ hoặc dừng

hẳn xe lại khi đang chuyển động, hay có khả năng giữ cho xe đứng yên trênđường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có mặt của người lái xe.Ngay nay hầu hết hệ thống phanh trên ô tô đã được bố trí hệ thống ABS Hệthống ABS được sử dụng với mục đích nâng cao hiệu quả phanh cho ô tô trôngmọi trường hợp chuyển động, cụ thể bao gồm: Rút ngắn quãng đường phanh vàđảm bảo tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh.

Hệ thống ABS được gọi theo các chữ viết tắt của tiếng anh “Anti-lockBrake System” và được hiểu là thiết bị chống trượt lết bánh xe khi phanh

1 Công dụng, phân loại, yêu cầu:

1.1 Công dụng.

Hệ thống phanh là một trong các cụm đảm bảo an toàn chuyển động choôtô Trong quá trình phanh, động năng của xe được chuyển hoá thành nhiệtnăng do ma sát giữa trống phanh (đĩa phanh) với má phanh nhờ vậy có thể giảmđược tốc độ chuyển động của xe, dừng hẳn hoặc giữ xe ở một vị trí nhất định

Hệ thống phanh còn giúp nâng cao vận tốc trung bình của xe do đó nâng caođược năng suất vận chuyển

1.2 Phân loại.

Theo công dụng:

+ Hệ thống phanh chính (phanh chân)

+ Hệ thống phanh dừng (phanh tay)

+ Hệ thống phanh dự phòng

+ Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ)

Theo kết cấu của cơ cấu phanh:

+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc

+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa

Theo dẫn động phanh

+ Hệ thống phanh dẫn động thủy lực

+ Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén - thủy lực.

+ Hệ thống phanh dẫn động có cường hóa

+ Hệ thống phanh dẫn động điện từ

1.3 Yêu cầu.

Hệ thống phanh cần bảo đảm các yêu cầu sau:

+ Có hiệu quả phanh cao nhất nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắnnhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm

+ Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khiphanh

+ Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điềukhiển không lớn

+ Dẫn động phanh có độ nhạy cao, sự chậm tác dụng nhỏ

+ Phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàntoàn trọng lượng bám khi phanh với bất kì cường độ nào

+ Không có hiện tượng tự xiết phanh khi ôtô chuyển động tịnh tiến hoặcquay vòng

+ Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

+ Có hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh (đĩa phanh) cao, ổn địnhtrong điều kiện sử dụng

+ Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lựcphanh trên bánh xe

+ Có khả năng phanh ôtô khi dừng trong thời gian dài

+ Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sữa chữa

2 Giới thiệu về xe thiết kế:

Xe tham khảo là loại xe tải với tải trọng 2,98 tấn Xe 2 cầu với cầu sau chủ độngBảng thông số kỹ thuật :

Kích thước

Dài/Rộng/Cao

(mm) 5990/2190/2750

Trọng lượng tổng cộng cho phép Gmax (N) 76850

Bảng1: Thông số kỹ thuật của xe thiết kế

3 Lựa chọn phương án thiết kế:

Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh dùng cho ô tô tải có trang bị hệ thống ABS là đi lựa chọn cơ cấu phanh, dẫn động phanh, và từ đó chọn sơ đồ

bố trí

Vì vậy ta phải phân tích kết cấu, nguyên lý làm việc cũng như ưu điểm, nhược điểm của các cơ cấu phanh, dẫn động phanh, sơ đồ bố trí để từ đó làm cơ

sở chọn lựa phương án hợp lý nhất

3.1 Lựa chọn cơ cấu phanh:

Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen phanh hãm trênbánh xe nhằm chuyển động năng của ô tô thành các dạng năng lượng khác (nhưnhiệt năng) khi phanh ôtô Trong quá trình sử dụng thì cơ cấu phanh là bộ phậntrực tiếp làm giảm tốc độ góc củ bánh xe và có những yêu cầu cao về hiệu quảphanh, tính ổn định làm việc trong điều kiện làm việc như :

+ Đảm bảo tạo ta mômen cao và ổn định khi làm việc

+ Có lực điều khiển vào cơ cấu nhỏ

+ Kết cấu nhỏ gọn có thể đặt trong lòng bánh xe

+ Đảm bảo thoát nhiệt, hệ số ma sát ổn định.

+ Có khả năng chống mài mòn tốt, dễ dàng hiệu chỉnh, thay thế

Hiện nay cơ cấu phanh dùng trên ô tô chủ yếu có 2 loại: loại tang trống vàloại cơ cấu phanh dùng đĩa ma sát Hai loại này đều có những ưu nhược điểmriêng và được lựa chọn tùy vào loại ô tô và tính chất sử dụng ô tô

3.1.1 Đối với loại cơ cấu phanh dùng đĩa ma sát khô :

Đặc điểm cơ cấu này là có khả năng thoát nhiệt tốt nên có hệ số ma sát ổnđịnh trong quá trình làm việc ở điều kiện bình thường, đồng thời cơ cấu này cókết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ bố trí điều khiển Nhược điểm của loại này là khó

có thể tránh bụi bẩn do không được che kín, đặc biệt khi đi vào chỗ lầy lội thìbụi bẩn dễ lọt vào vào khe hở giữa má phanh và đĩa phanh giảm hệ số ma sátgiữa má phanh và đĩa phanh, phanh sẽ kém hiệu quả Kích thước của má phanh

bị hạn chế nên đòi hỏi áp suất dẫn động phải lớn để đảm bảo lực phanh cầnthiết Hơn nữa lực phanh sinh ra trên cơ cấu phanh đĩa này không lớn do không

có khả năng tự xiết, vậy đòi hỏi áp suất dầu rất cao hoặc đường kính piston phảilớn Vì vậy cơ cấu này chỉ thích hợp với những ô tô cần lực phanh nhỏ, tải trọngnhỏ

3.1.2 Cơ cấu phanh guốc:

Cơ cấu phanh guốc thì có nhược điểm là áp suất tác dụng lên má phanhkhông đều Tuy nhiên cơ cấu phanh guốc lại có thể bố trí má phanh có diện tích

bề mặt lớn, nên cơ cấu này có thể cho ta mômen lớn mà không sợ phá hỏng máphanh, đồng thời do má phanh lớn nên thời gian sử dụng lâu hơn với má phanhđĩa Cơ cấu phanh tang trống có khả năng bao kín tốt vì vậy khi xe hoạt độngtrong môi trường bụi bẩn ít bị ảnh hưởng Lực điều khiển tác dụng vào cơ cấuphanh nhỏ

Do đặc điểm của xe thiết kế là xe có tải trọng khá lớn với tải trọng toàn bộ

là 26 tấn và yêu cầu về độ an toàn cao thời gian sử dụng là liên tục do đó cơ cấuphanh lựa chọn phải thỏa mãn những yêu cầu cụ thể sau: Đảm bảo tạo ra

mômen phanh lớn và ổn định trông điều kiện làm việc như phanh gấp, phanhtrên dốc dài liên tục, đồng thời có lực điều vào cơ cấu phanh nhỏ.

Qua phân tích những ưu điểm cũng như nhược điểm của cơ cấu phanh thì cơcấu phanh guốc phù hợp với yêu cầu của hệ thống phanh xe cần thiết kế, vì vậy

ta chọn cơ cấu phanh guốc để thiết kế

Trong cơ cấu phanh guốc có các loại khác nhau như cơ cấu phanh guốc đốixứng qua trục, cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm, cơ cấu phanh guốc loạibơi, cơ cấu phanh guốc loại tự cường hoá

Phân tích kết cấu cơ cấu phanh loại guốc chúng ta thấy rằng tùy theo sự bốtrí các guốc phanh và điểm tựa sẽ được hiệu quả phanh khác nhau mặc dù kíchthước guốc phanh như nhau Loại cơ cấu phanh loại guốc đối xứng qua trục sovới các cơ cấu phanh loại guốc đối xứng qua tâm, loại bơi hay loại tự cường hoá

có ưu điểm là hiệu quả phanh khi ôtô chuyển động tiến lớn hơn khi ôtô chạy lùi,khi chạy lùi xe có tốc độ thấp nên yêu cầu mômen phanh thấp hơn (khi chuyểnđộng lùi có thể hiệu quả phanh giảm đi tùy theo kết cấu nhưng không làm ảnhhưởng nhiều) nhưng nhược điểm của chúng so với cơ cấu phanh loại đối xứngqua trục là kết cấu khá phức tạp nên thường chỉ bố trí ở cầu trước của ôtô dulịch hoặc ôtô tải nhỏ, trung bình do yêu cầu cần đạt hiệu quả phanh lớn với kíchthước cơ cấu phanh nhỏ Vì vậy ở trường hợp này, khi thiết kế cho xe tải ta cóthể bố trí kích thước cơ cấu phanh lớn, đáp ứng chỉ tiêu đơn giản, dễ dàng bảodưỡng và sửa chữa và tính kinh tế hợp lý ta chọn cơ cấu phanh guốc loại đốixứng qua trục cả ở cầu trước và cầu sau của ô tô

Hình1 2 Cơ cấu phanh đối xứng qua trục

3.2 Lựa chọn dẫn động phanh:

Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn đạpphanh đến cơ cấu phanh Và phải đảm bảo được các yêu cầu về :

+ Độ nhạy cần thiết của hệ thống;

+ Hiệu quả điều khiển trong việc truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiểnđến cơ cấu phanh của ôtô;

+ Độ tin cậy của hệ thống kể cả khi có hư hỏng bất thường

3.2.1 Dẫn động thủy lực:

Dẫn động phanh thủy lực là sử dụng truyền động thủy tĩnh nối liền từ cơ cấuđiều khiển tới xylanh bánh xe, thực hiện điều khiển các bộ phận tạo ma sáttrong cơ cấu phanh

Hệ thống dẫn động phanh thủy lực thường dùng trên các xe loại nhỏ có khốilượng toàn bộ không quá 8 tấn

Hệ thống dẫn động phanh thủy lực có các ưu điểm sau :

- Thời gian chậm tác dụng ngắn.

- Tạo được lực ép trên cơ cấu phanh đồng đều và đồng thời, làm tăng tính

ổn định của ô tô khi phanh

- Kết cấu đơn giản

- Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ô tô khác nhau, khi đóchỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

Nhược điểm :

-Tỷ số truyền không lớn nên không thể tăng lực điều khiển lên cơ cấuphanh, khi yêu cầu lực tác dụng phanh lớn cần phải hành trình bàn đạp lớn hoặcdùng trợ lực

-Hiệu suất truyền giảm khi nhiệt độ thay đổi

3.2.2 Dẫn động phanh kiểu khí nén

Dẫn động phanh khí nén là sử dụng truyền động khí nén nối liền từ cơ cấuđiều khiển tới bầu phanh bánh xe thực hiện điều khiển các bộ phận tạo ma sáttrong cơ cấu phanh

Hệ thống phanh dẫn động khí nén là lực tác dụng lên bàn đạp rất nhỏ màvẫn đảm bảo tạo lực phanh lớn Trong dẫn động phanh khí nén, lực điều khiểnbản đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối còn lực tác dụng lên cơ cấuphanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh thực hiện Hơn nữa hệ thốngphanh khí nén còn dễ dàng bố trí điều khiển tự động

Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén là số lượng các chi tiếtkhác nhiều, kích thước lớn và có giá thành cao, độ nhạy kém, nghĩa là thời gian

hệ thống phanh bắt đầu làm việc kể từ khi người lái bắt đầu tác dụng lực là khálớn do không khí bị nén khi chịu lực

3.2.3 Dẫn động phanh kết hợp thủy lực khí nén:

Dẫn động kiểu này có 2 dạng:

- Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén: Việc kết hợp này vẫn giữ được các ưuđiểm của dẫn động kiểu thủy lực ngoài ra đã tạo ra được ưu điểm là giúp người

lái điều khiển nhẹ nhàng hơn Tuy nhiên nếu cần mô men phanh lớn thì ưu điểmnày cũng không đáng kể, do đó cũng không khắc phục được nhiều nhược điểmcủa hệ thống phanh thủy lực khi sử dụng cho ô tô có tải trọng lớn.

- Dẫn động thủy lực điều khiển bằng khí nén:

Hệ thống phanh này thường gặp trên các ô tô tải và ô tô buýt loại vừa vàlớn Hệ thống phanh này dùng chất lỏng (dầu) điều khiển cơ cấu phanh thôngqua xilanh bánh xe như hệ thống phanh thủy lực, việc tạo áp lực cho dòng chấtlỏng này được thực hiện nhờ hệ thống cung cấp khí nén qua van phân phối tớixilanh khí nén thủy lực

Hệ thống phanh thủy lực điều khiển bằng khí nén phối hợp được ưu điểm vàkhắc phục được nhược điểm của cả phanh khí nén và phanh thủy lực, cụ thể là:+ Tạo được mô men phanh lớn mà phanh dầu không thực hiện được do lựcđiều khiển ở đây là áp suất khí nén ( khá lớn )

+ Do cắt ngắn được hành trình khí nén nên kết cấu đỡ cồng kềnh hơn hệthống phanh khí nén thông thường mà vẫn phát huy được ưu điểm của nó nhưđiều khiển nhẹ nhàng, lực phanh lớn…

+ Độ nhạy cao do tận dụng được ưu điểm của hệ thống phanh thủy lực, cắtngắn được quãng đường đi của khí nén

+ Hệ thống có thể dùng chung nhiều cụm của hệ thống phanh khí nén theotiêu chuẩn đồng hoá của nhà sản xuất và dễ dàng đáp ứng các điều kiện phanhtheo điều kiện quốc tế

+Hệ thống phanh thuỷ lực điều khiển bằng khí nén có nhược điểm ở phầnthuỷ lực là ở nhiệt độ thấp thì hiệu suất giảm, hơn nữa việc chăm sóc bảo dưỡngkhá phức tạp

3.2.4 Kết luận:

Từ những phân tích ở trên ta chọn dẫn động phanh kiểu khí nén với mụcđích là lực bàn đạp nhỏ nhưng lại sinh ra được mômen phanh lớn Do xe tải cókhông gian bố trí rộng vì vậy các chi tiết cồng kềnh không gặp khó khăn khi bốtrí Đồng thời sự chăm sóc bảo dưỡng sửa chửa thay thế đơn giản

4 Bố trí của hệ thống phanh khí nén:

Lựa chọn sơ đồ phanh khí nén cơ bản như hình 1.3:

Nguyên lý làm việc: Máy nén khí 1 được dẫn động bằng động cơ qua bộtruyền dây đai Khí nén được điều chỉnh áp suất bằng bộ điều chỉnh 2 sau đóđược làm khô bằng bộ lọc 3, khí nén qua van chia dòng và bảo vệ đến bình chứakhí 5 và 6 Khi người lái đạp phanh thì van phân phối mở khí nén thường trựcsẵn ở van phân phối qua đường ống dẫn (d) đến các bầu phanh bánh xe trước vàsau Khí nén tác dụng vào màng của bầu phanh làm ty đẩy dịch chuyển làmxoay cam, cam xoay ép má phanh vào trống phanh, thực hiện quá trình phanh

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống phanh khí nén cơ bản

1

6 7

a: Nguồn cung cấp và bình dự trữ` b: Cụm điều khiển

8: Bầu phanh và cơ cấu phanh trước 9: Bầu phanh và cơ cấu phanh sau

5 Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS thiết kế

5.1 Vai trò và lý thuyết cơ bản về hệ thống ABS:

5.1.1 Tầm quan trọng của hệ thống ABS

Chức năng của hệ thống phanh là để giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe bằng cách

sử dụng 2 loại lực cản Lực cản thứ nhất là lực cản giữa má phanh và tang trốngphanh, lực cản thứ 2 là giữa lốp và mặt đường

Chúng ta đã biết rằng lực cản giữa lốp và mặt đường chính lực bám sinh ra ởbánh xe phanh và được xác định bằng công thức : Pφ = φ.Gφ

Trong đó : φ là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường

Gφ là trọng lượng bám

Chất lượng phanh được đảm bảo (hiệu quả phanh cao, ô tô ổn định khiphanh) nếu như mối liên hệ giữa lực cản trong cơ cấu phanh và lực bám thoảmãn điều kiện:

Lực cản trong cơ cấu phanh < lực bámNhư vậy nếu như lực cản trong cơ cấu phanh ≥ lực bám thì bánh xe sẽ bị bócứng, có nghĩa là hệ số trượt giữa bánh xe và mặt đường là 100%, khi đó hệ sốbám dọc giảm và hệ số bám ngang cũng giảm xuống thấp Điều đó làm cho hiệuquả phanh giảm và mất ổn định hướng khi phanh (ôtô có thể bị lệch hướng hoặcquay ngang) Điều này được thể hiện qua các đồ thị về lực bám sau :

Hình 1.4: Hệ số bám dọc và vùng tối ưu với độ trượt khi phanh

Qua các đồ thị chúng ta thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30%thì hệ số bám dọc và bám ngang đều lớn

Mục đích của bộ chống hãm cứng bánh xe (ABS) là duy trì hệ số trượtgiữa bánh xe và mặt đường khi phanh trong mọi điều kiện nằm trong khoảng10%–30%

để đảm bảo hệ số bám dọc và bám ngang đều cao nhằm tận dụng được trọnglượng bám ở từng bánh xe Do đó hệ thống này đảm bảo được hiệu quả phanh

và tính ổn định khi phanh cao

Hệ thống ABS làm tăng tính ổn định và tính dẫn hướng của ô tô khi phanh

Ở giá trị độ trượt trong khoảng 10%-30% thì giá trị bám dọc xấp xỉ max còn giátrị bám ngang cũng khá cao Bởi vậy mà vừa đảm bảo được hiệu quả phanh caovừa đảm bảo được tính ổn định hướng khi phanh Điều này thể hiện rất rõ trongthí nghiệm phanh trên đường cong và trên đường có hệ số bám không đồng nhấtsau:

Hình 1.5:Phanh trên đường có hệ số bám khác nhau

Chính vì ưu điểm đó mà mà việc bố trí thiết bị ABS cho hệ thống phanh làhết sức cần thiết, và ngày nay hệ thống phanh ABS đã được dùng phổ biến trêncác loại ô tô

Đặc biệt là ô tô buýt 54 chỗ ngồi chạy đường dài, đây là loại xe chở ngườikhá lớn thì ngoài yêu cầu phải đảm bảo yêu cầu về an toàn cho hành khách còn

di đặc điểm kết cấu của xe với khoảng cách 2 trục lớn nên mô men làm quay xekhi một bánh bị trượt lết là lớn làm mất an toàn chuyển động khi phanh Vì vậy

mà việc bố trí ABS là không thể thiếu cho hệ thống phanh

5.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS cơ sở :

Như phần trên đã nêu, hệ thống ABS kiểm soát chặt chẽ sự phanh bánh xethông qua độ trượt của bánh xe Hệ thống ABS đảm bảo cho độ trượt nằm trongvùng trượt tối ưu

Khi phanh, bánh xe đang quay bị phanh chậm dần tới mức vượt qua giớihạn trượt, cần thiết phải nhả phanh để bánh xe lăn, khi bánh xe lăn trở lại thì lạicần thiết tăng lực phanh để phanh bánh xe trở lại Quá trình này được điều khiển

bằng một mạch điện tử (phanh và nhả phanh ngay trong khi bàn đạp phanh vẫn

ấn xuống) Mạch điện tử điều khiển quá trình phanh và nhả phanh đảm bảo duytrì độ trượt bánh xe trong vùng trượt tối ưu

Trên hình sau là mạch điều khiển ABS đơn giản:

Hình 1.6: Sơ đồ mạch điều khiển ABS đơn giản

1 Cảm biến 2 Bộ điều khiển(ECU)

3 Cơ cấu thừa hành 4 Bầu phanh bánh xe 5.Van phân phối

Hệ thống hoạt động như sau: khi lái xe tác dụng lên bàn đạp mở van phânphối (5), khí từ bình đến bầu phanh bánh xe, khí nén ép màng của bầu phanhlàm ti đẩy của màng dịch chuyển, cam xoay đi một góc, guốc phanh quay quanhchốt, ép sát má phanh vào trống thực hiện quá trình phanh Cảm biến 1 cónhiệm vụ đo vận tốc góc của bánh xe và gửi tín hiệu tới bộ vi xử lý trung tâmECU 2 Khi vận tốc góc gần bằng 0 , nghĩa là bánh xe sắp trượt lết, ECU pháttín hiệu điều khiển van điều áp giảm áp suất tại bầu phanh của bánh xe, nhờ đó

mô men phanh giảm xuống và vận tốc góc bánh xe lại tăng lên Khi vận tốc góctăng lên đến một giá trị nào đó thì ECU lại phát tín hiệu cho van điều áp tăng ápsuất tại bầu phanh bánh xe Cứ như vậy quá trình được lặp lại và bánh xe luônđược giữ không để xảy ra trượt lết

Trong thực tế, kết cấu có thể là tổ hợp nhiều mạch điều khiển cho từng bánh

xe hoặc cho từng trục

5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS:

Cảm biến tốc độ ở mỗi bánh xe sẽ truyền thông tin về tốc độ góc của mỗibánh xe tương ứng về hộp điều khiển phanh ABS (ECU ABS) ECU sẽ căn cứvào thông tin được truyền từ các cảm biến bánh xe sẽ xác định được tình trạngcủa các bánh xe bằng một chương trình được lập trình và cài đặt trong hộp ABSECU Khi ABS ECU nhận thấy cần phải can thiệp (bánh xe đang có hiện tượngtrượt bị trượt lết) thì ABS ECU sẽ ưa ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành

là các van điện từ đóng, mở hoặc chế độ giữ để điều chỉnh áp suất khí tối ưu đếnmỗi bầu phanh bánh xe Đảm bảo hệ số trượt trong giới hạn cho phép, khôngcho hiện tượng trượt lết xảy ra Nhờ đó mà đảm bảo được hệ số trượt tốt nhấtcho quá trình phanh nhằm làm tăng hiệu quả phanh

Ta có sơ đồ khối của hệ thống ABS

Hình 1.7: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ABS

Giá trị ngưỡng tín

hiệu vào

ECU

Tự chẩn đoán

Van điều khiển áp suất khi nén

Cụm van điện từ

Đèn báo ABS

Cơ cấu phanh

5.2.1 Các chế độ làm việc :

+ Chế độ giảm áp:

ECU chuyển tín hiệu đặt van điện từ ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốccủa bánh xe, vì vậy giảm áp suất khí trên mỗi bầu phanh bánh xe Sau khi ápsuất giảm, ECU chuyển van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi về chế độthay đổi tốc độ của bánh xe Nếu ECU thấy rằng áp suất khí cần giảm hơn nữa

nó sẽ giảm tiếp áp suất khí nén

+ Chế độ giữ và tăng áp:

Khi áp suất trong bầu phanh bánh xe giảm (sau chế độ giảm áp) sẽ làm chobánh xe gần bó cứng lại tăng tốc độ Tuy nhiên nếu tiếp tục giảm áp suất thì lựcphanh lại tiếp tục giảm Để tránh hiện tượng này, ECU liên tục đặt van điện từ ởchế độ “tăng áp” và chế độ “giữ áp”

+ Chế độ giảm áp :

Khi áp suất khí trong bầu phanh bánh xe tăng từ từ bởi sự điều tiết củacác van điện từ do ECU điều khiển (sau chế độ giữ và tăng áp) bánh xe lại có xuhướng bị bó cứng Vì vậy, ECU lại chuyển tín hiệu điều khiển đến các van điện

từ để thực hiện chế độ “giảm áp” và áp suất khí trong bầu phanh bánh xe giảm

do cửa khí vào bầu phanh bị đóng bớt lại

Chu kỳ của các giai đoạn diễn ra khá nhanh, có thể từ 2 đến 10 lần trong 1 giây

5.2.2 Kiểm soát độ trượt bánh xe:

Trong quá trình điều khiển áp suất phanh, hệ thống ABS cần thiết tạo ravùng làm việc của bánh xe bị phanh trong khoảng độ trượt λ0 tối ưu, giá trị nàyphụ thuộc vào từng trạng thái nền đường Trên đường tốt có hệ số bám cao thìgiá trị λ0 =10%-30% Các hệ thống ABS ngày nay sử dụng cảm biến đo vận tốcbánh xe theo thời gian và xác lập các mối quan hệ sau:

- Vận tốc tức thời của bánh xe;

- Gia tốc góc của bánh xe;

- Độ trượt của bánh xe

Quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc được mô tả trên hình 4.5

H ình 1.8:Diễn biến quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc của bánh xe

Trên ô tô sử dụng 6 cảm biến như trên đã chọn, nhờ vậy mà hệ thống cònxác định được vận tốc dài của ô tô

Phương pháp quản lý độ trượt của bánh xe trên cơ sở các tín hiệu tiếpnhận từ cảm cảm biến bánh xe được giải thích như sau:

Vân tốc của ô tô Vxe được hình thành trên cơ sở vận tốc quay của các bánh xe bịphanh vk , các bánh xe liên kết đàn hồi với nền trên khung vỏ cho nên :

vxe > vk hay vk = vxe(1-λ)

Việc xác định được giá trị gia tốc giới hạn (-a) được xuất phát từ vạn tốcgiới hạn của bánh xe là v(λ1), với λ1 nằm trong vùng độ trượt tối ưu Nếu giá trịtuyệt đối λ1 càng lớn (bánh xe bị bó cứng càng nhiều), giá trị vân tốc giới hạnv(λ1) càng nhỏ và ngược lại Giá trị giới hạn –a dùng để điều khiển chế độ tăng

áp sang chế độ giữ áp hay giảm áp

Tại giá trị vận tốc bánh xe thực hiện chế độ điều chỉnh, tốc độ bánh xe đượcghi nhận là tốc độ đại diện vdd và dùng để kiểm soát giá trị vận tốc giới hạn theo

độ trượt v(λ1) Quá trình thay đổi bám sát quá trình biến đổi vận tốc ô tô cho tớikhi giá trị vk = vdd, vdd lấy theo vk Điều này cho phép giá trị v(λ1) không thayđổi nhiều và đảm bảo độ trượt nằm sát trong vùng trượt tối ưu λ0

Khi nhả phanh, bánh xe đạt được gia tốc dương, giá trị giới hạn (+ a) thườngthấp hơn giá trị tuyệt đối của (– a )nhằm hạn chế sự tăng gia tốc góc lớn Giá trịgiới hạn (+a) dùng để điều khiển chuyển chế độ giữ áp hay giảm áp sang chế độtăng áp.

5.2.3 Phương pháp điều khiển hệ thống:

Trong các chương trình thiết lập của ECU ABS các mô đun điều khiển ápsuất có liên quan trong hệ thống với nhau Tùy thuộc vào loại cảm biến, thiếtlập phương trình điều khiển có thể phân chia ra một số nguyên tắc điều khiểnkhác nhau như sau:

- Điều khiển mức thấp “ SL “

- Điều khiển mức cao “ SH”

- Điều khiển độc lập “ IR “

- Điều khiển độc lập cải biên “ IRM “

Đối với hệ thống phanh thiết kế với 6 cảm biến 3 kênh điều khiển phươngpháp điều khiển hệ thống là hỗn hợp “SL/IR” cụ thể như sau:

Cầu trước : bố trí 2 cảm biến và một van điều khiển áp suất khí nén điềukhiển chung cho cả 2 bánh xe cầu trước Khi xe chuyển động trên đường có hệ

số bám không đồng nhất, ECU ABS sẽ gửi tín hiệu đến van điều áp điều chỉnh

áp suất khí nén cho cả 2 bánh xe theo tín hiệu của bánh xe có hệ số bám thấp(độ trượt lớn) tức là thực hiện nguyên tắc “SL”

Thời điểm điều khiển áp suất cho 2 bánh xe cầu trước sẽ được tiến hành theo tínhiệu ở bánh xe nào có độ trượt tới giới hạn trước Tương tự như trên, khi quayvòng tín hiệu dựa trên bánh được giảm tải

Nguyên tắc “SL” trên cầu trước cho phép sinh ra lực phanh ở 2 bánh xe là nhưnhau tạo điệu kiện dễ dàng điều khiển lái và hạn chế sự quay thân xe đảm bảokhả năng ổn định chuyển động của ô tô khi phanh

Cầu sau: sử dụng 2 cảm biến và 2 kênh điều khiển, điều khiển độc lập từngbánh xe “IR” Mỗi van điều khiển áp suất khí nén sẽ điều khiển riêng rẽ cho 2bánh xe cùng phía tùy theo độ trượt đo được ở các bánh xe đó.

Như đã trình bày, xe có trọng lượng phân bố trên cầu sau lớn nên phương án điều khiển như vậy cho phép nâng cao hiệu quả phanh do tận dụng tốt khả năng bám của từng bánh xe

5.3 Cấu tạo và hoạt động của một số cụm chi tiết trong hệ thống ABS

5.3.1 Cảm biến tốc độ:

Trên xe sử dụng 6 cảm biến tốc độ, 2 cho cầu trước và 4 cho 2 cầu sau Cảmbiến đo tốc độ được hình thành theo nguyên tắc làm việc của máy phát tốc xoaychiều với sơ đồ nguyên lý, cấu tạo và bố trí như sau:

Hình 1.9: Nguyên tắc tạo tín hiệu và dạng tín hiệu

Hình 1.10: Bố trí cảm biến tốc độ trên các bánh xe

- Nhiệm vụ: Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ cơ bản là biến chuyểnđộng quay của bánh xe tương ứng thành tín hiệu điện áp xay chiều có tần số tỷ

lệ thuận với tốc độ quay của bánh xe

- Cấu tạo: Cảm biến bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnhcửu để từ hóa một cuộn dây dùng để phát dòng điện xoay chiều và một lõi từ

Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến cũng như lượng cảm biến thay đổitheo từng loại xe

- Hoạt động: Vành ngoài của rô to có các răng cách đều nhau nên khi rô

to quay sẽ làm thay đổi khe hở không khí thay đổi theo vị trí của răng rô totương đối so với cuộn dây nhận tín hiệu làm cho mật độ từ thông qua cuộn dâythay đổi, mật độ từ thông thay đổi làm sinh ra dòng điện xoay chiều trong cuộndây Điện áp xoay chiều này có tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quay của rô to, cónghĩa là tỷ lệ thuận với tốc độ quay của bánh xe và như vậy tín hiệu điện ápxoay chiều này báo cho ABS ECU biết tốc độ của bánh xe.5.2 Bộ điều khiểntrung tâm ECU ABS :

tín hiệu vào, bộ vi xử lý làm việc theo các chương trình được lập sẵn, các bộ

5.3.2 Các bộ nhớ (MEMORY):

Các thông tin đưa vào được nhớ theo địa chỉ trong bộ nhớ cố định ROM

Bộ nhớ trực tiếp RAM và bộ nhớ lưu trữ KAM

5.3.3 Bộ vi xử lý :

Bộ vi xử lý còn gọi là bộ điều khiển trung tâm, cấu trúc của nó gồm cácmạch tính toán, mạch xử lý tín hiệu Cũng giống như bộ nhớ nó có dạng chípđiện tử, nối với mạch bằng chân rết trên giá máy

Hình 1.11: Cấu trúc bên ngoài của bộ điều khiển ECU

a.ECU ; b.Các chỗ nối ; c.Các đầu nối dâyQuá trình xử lý tính toán số liệu được thực hiện như sau :

Khi bật khóa điện, bộ điều khiển trung tâm sẽ thực hiện kiểm tra toàn bộ hệthống và sau đó ở trạng thái chờ làm việc Các tín hiều vào cung cấp từ các cảmbiến chứa vào RAM, KAM Bộ vi xử lý lấy chương trình từ ROM, tính toán xử

lý các số liệu heoc chương trình định sẵn và lập tức ra tín hiệu điều khiển thíchhợp Số liệu liên tục được đưa vào xử lý, bộ tạo xung duy trì nhịp điều khiển,

Các tín hiệu sai lệch so với mức chuẩn ( như mất tín hiệu, quá ngưỡng điện

áp, mất nhịp …) được bộ nhớ RAM lưu trữ lại và chuyển thành tín hiệu báo lỗi(sự cố hư hỏng) và thể hiện trong chương trình báo lỗi

Trước lúc tắt khóa điện, toàn bộ số liệu được giữ lại trong các bộ nhớ Khichẩn đoán bằng các dao diện và đã sửa chữa xong các hư hỏng thì cần tiến hànhxóa số liệu lỗi nhằm tránh báo lỗi cho các giai đoạn sử dụng sau này

Hình 1.12: Chức năng chẩn đoán ( tự báo lỗi)

Nhiệm vụ của van: Van điều khiển áp suất khí nén là cơ cấu chấp hành của

hệ thống ABS Nó nhận tín hiệu điện từ ECU của ABS gửi đến, đóng mở cácvan điện từ giúp điều chỉnh áp suất khí nén từ van phân phối đến giúp điềukhiển áp suất khí đến bầu phanh của cơ cấu phanh.Áp suất này có thể tăng,giảm hay giữ không đổi Dẫn tới lực phanh có thể tăng giảm hay không đổi.Đây là hệ thống điều khiển có phản hồi theo kiểu mạch kín Giúp cho bánh xeluôn trượt trong giới hạn trượt khi phanh, để tận dụng được tối đa khả năng bámcủa bánh xe

Bộ chấp hành ABS (ABS Modulator Valve)

Bộ chấp hành ABS (còn gọi là van Modulator ABS) làm nhiệm vụ cung cấp hayngắt khí nén có áp suất, từ tổng van phanh đến mỗi bầu phanh bánh xe tuỳ theo tín hiệu điều khiển từ bộ ABS-ECU để điều chỉnh tốc độ thích hợp chotừng bánh xe ôtô khi phanh

Có nhiều kiểu van modunlator ABS khác nhau, ở đây chúng tôi sẽ chỉ mô tả một kiểu van modulator ABSđiển hình loại hai van soleniod, hai màng

Cấu tạo và hình dáng bên ngoài của van modulator ABS này được thể hiện trên hình 1

Hình 1.13-Cấu tạo chung của van modulator ABS

Van modul ABS xử lý khí nén tới mỗi bầu phanh Khi phanh thông thường van modul ABS không hoạt và cho khí nén đi trực tiếp ngang qua nó để vào bầu phanh

Ngược lại khi phanh gấp, ABS hoạt động, điều biến áp suất đến bầu phanh trong quá trình phanh ,ngăn cản hãm cứng bánh xe

Van modul ABS là một van khí nén điều khiển bằng điện từ bên trong có 2 solenoid và 2 màng van, các solenoid này được kích hoạt rất nhanh bởi ABS-ECU để mở hoặc đóng màng van, qua đó cung cấp khí nén thích hợp cho các bầu phanh để tăng áp, giữ áp hoặc giảm áp Môt van modul ABS (hình 1) có 3 cổng :

Cổng nạp : tiếp nhận khí nén từ tổng phanh ;

Cổng phân phối : phân phối khí nén tới các bầu phanh;

Cổng xả : xả khí nén từ cổng phân phối suốt quá trình ABS làm việc.

Hoạt động của van modulator ABS có thể được mô tả như sau:

Khi phanh bình thường –Van modul ABS không hoạt động (hình 2)

Khi đạp phanh bình thường, tức là lực cản trong cơ cấu phanh còn nhỏ chưa có nguy cơ làm bánh xe bị trượt, lúc này ABS-ECU không hoạt động nên không gửi tín hiệu bằng dòng điện đến cuộn dây củavan solenoid Do vậy cả hai van solenoid trong modulator ABSở trạng thái tĩnh (không bị kích hoạt)

Buồng điều khiển màng cung cấp của van nạp thông với khí trời Khí nén đi vàocổng cung cấp, uốn màng cung cấp lên, mở thông lối tới cổng phân phối để cho khí nén tuôn trực tiếp qua van modun ABS vào bầu phanh Đồng thời khí nén rẽqua sôlênoid xa, tác động áp suất lên màng xả Áp suất này phối hợp với lực lò

xo giữ cho màng xả, chặn đường dẫn từ cổng phân phối tới cổng xả Van

modulator ABS duy trì trạng thái cân bằng này cho tới khi bánh xe sắp sửa bị khoá cứng Sau đó một hoặc hai sôlênoid sẽ bị kích hoạt bởi ECU

Khi thôi phanh :

Khí nén ở cổng cung cấp giảm khi thôi đạp phanh Việc này làm đảo hướng dòng khí qua van modulator ABS và cho xả khí từ bầu phanh Khí nén cũng có thể được xả ra từ cổng xả của van modulator ABS trong khi phanh bình thường

Hình 1.14 Nguyên lý của van modul ABS khi phanh bình thường

A- Cổng vào; B-Cổng phân phối; C- Cổng xả;

2- Khoang điều khiển van nạp; 2- Van nạp; 3- Van xả; 4- Khoang điều khiển van xả; 5- Solenoid xả; 6- Solenoid nạp

Khi phanh gấp- ABS hoạt động:

Khi phanh ngặt nếu có bất kỳ bánh xe nào gần bị bó cứng thì van modul ABS điều khiển áp suất khí néntới bầu phanh bánh xe đó thích hợp nhất tuỳ theo tín hiệu từ ECU vì vậy bánh xe không bị bó cứng

Hoạt động của van modul ABS có thể chia thành ba chế độ sau:

Chế độ "giảm áp" (hình 2):

Hình 1.15 -chế độ giảm áp

Khi ECU thấy một bánh xe gần bị bó cứng, đầu tiên nó kích hoạt cả hai van solenoid bằng cách gửi dòng điện đến cuộn dây của van tạo ra một lực từ mạnh,

để mở van ra cho phép khí nén vào buồng điều khiển màng cung cấp, nhằm đóng màng này không cho thêm khí nén vào bầu phanh nữa Đồng thời van solenoid xả sẽ cắt khí nén vào buồng điều khiển màng xả,vàcho xả khí từ trong bầu phanh ra khí trời Như vậy khí nén đang trong bầu phanh sẽ đi qua cổng phân phối tới cổng xả và dẫn đến việc xả khí nén ra khỏi bầu phanh nhằm giảm

áp trong bầu phanh chống hãm cứng bánh xe

Chế độ "giữ áp" (hình 3):

Khi xả đủ lượng khí nén từ trong bầu phanh, cảm biến tốc độ sẽ gửi tín hiệu báorằng tốc độ bánh xe đã đạt đến giá trị mong muốn, ngay lúc này ECU ngắt dòngđiện đến cuộn dây của van solenoid xả nên nó không bị kích hoạt nữa

Việc này giữ cho màng xả trở về vị trí ban đầu và chặn không cho khí thoát ra khỏi bầu phanh Còn Solenoid nạp vẫn bị kích hoạt để chận khí nén không đi qua van ABS tới bầu phanh Kết quả khí nén trong bầu phanh được giữ lại với

áp suất thích hợp không đổi

Hình 1.16-Nguyên lý của van modul ABS - chế độ "giữ áp”

Chế độ "tăng áp" (hình4 ):

Khi cần tăng áp suất trong bầu phanh để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điệncấp cho cả 2 van solenoid và đưa hệ thống trở về trang thái cung cấp bình

thường Để có được hiệu quả phanh thích hợp, ECU điều chỉnh tốc độ bánh xe

và xác định khi nào cần phải lặp lại áp lực phanh bằng cách trải qua rất nhanh các trạng thái van khác nhau (tăng áp, giữ áp, giảm áp) để kiểm soát độc lập tốc

độ từng bánh xe

Hình 1.17-Nguyên lý của van modul ABS - chế độ "tăng áp"

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH CẦU SAU

1 Một số chi tiết chính

1.1 Trống phanh:

Trống phanh phải có độ cứng vững lớn và trọng lượng bé, đồng thời phải đảm bảo diện tích cần thiết để truyền nhiệt được tốt Nguyên liệu làm trống phanh phải có hệ số ma sát cao và mòn đều đặn ở bất kỳ nhiệt độ nào Nhiệt độ

ở một số chỗ tiếp xúc giữa trống phanh và má phanh có khi lên đến nhiệt độ chảy của gang Kết cấu của trống phanh phải đảm bảo ma sát tốt Trống phanh thường làm bằng gang hoặc gang hợp kim( có thành phần Niken , đồng,

Môdiphen)

Hiện nay, trống phanh được chế tạo bằng phương pháp dập thép lá sau đóđúc bề mặt bên trong bằng một lớp gang hợp kim Lớp gang hợp kim này đượcđúc theo phương pháp li tâm

Để cho bề mặt trống phanh khỏi bị vênh thì bề mặt làm việc của trống phanhphải được gia công cùng moay ơ Sau khi gia công phải đem lên máy để cânbằng lại trống phanh

1.2 Guốc phanh:

Guốc phanh thường được chế tạo bằng các phương pháp hàn dập hoặc đúc,vật liệu thường bằng gang Trên bề mặt guốc phanh có đặt má phanh Má phanhđược ghép với guốc phanh bằng đinh tán hoặc phương pháp dán Các đinh tánphải bằng kim loại mềm để khi má phanh mòn đến đinh tán thì bề mặt trốngphanh không bị xước

Để cho má phanh tì sát vào bề mặt làm việc của trống phanh thì sau khighép vào guốc phanh mới đem gia công Để cho guốc phanh không dịch chuyểntheo chiều ngang thì trên đĩa phanh có các tấm đỡ

2 Tính Toán Mômen Phanh:

Khi thiết kế hệ thống phanh thì một yêu cầu đặt ra là hệ thống phanh phải cókhả năng tiêu hao năng lượng động năng chuyển đông của ô tô khi phanh vớithời gian là ngắn nhất Để đạt được điều đó thì mômen phanh sinh ra trong quátrình phanh phải đạt được giá trị lớn nhất có thể Qua nghiên cứu người ta nhậnthấy lực phanh tại bánh xe đạt được giá trị lớn nhất khi tại bánh xe bắt đầu trượtlết, trong quá trình trượt mômen không tăng được nữa mà còn có xu hướnggiảm đi Vì vậy khi tính toán mômen phanh cần thiết tại các bánh xe phải tậndụng được tối đa khả năng bám của bánh xe Với lập luận như vậy tổng lựcphanh tại tất cả các bánh xe ô tô được tính như sau:

Ppmax = P

Trong đó P = .G là lực bám giữa bánh xe và đường, với  là hệ số bám,

G là trọng lượng toàn bộ ô tô Như vậy mômen phanh cực đại được tính như sau:

Mp max= .G.rbx

Để xác định mômen cần có tại từng bánh xe ta xác định mômen cần có tại từng cầu và coi mỗi bên bánh xe chịu một nửa mômen này.Theo công thức mômen ở trên ta có:

Mômen phanh cần có trên cầu trước: 1 1p x

Trong bản thuyết minh này chỉ đi tính toán thiết kế cơ cấu phanh cho cầu sau

Mô men phanh cần có tại mỗi cơ cấu phanh ở cầu sau là:

G: Trọng lượng của ôtô khi đầy tải G= 76850 (N)

L: Chiều dài cơ sơ của xe L= 3,4(m)

a, b, hg : Toạ độ trọng tâm của xe hg=1,2 (m), a=2,212 (m), b= 1,188(m) g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 ( m/s2 )

Jmax: Gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh Jmax = (7  8) (m/s2 )

Chọn Jmax = 7,5 m/s2

: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường

Điều kiện đường là đường nhựa, khô ráo:  = 0,75

rbx: Bán kính lăn của bánh xe

Theo công thức trong sách hướng dẫn làm bài tập lớn ôtô có:

rbx =  ro

: Hệ số biến dạng của lốp với lốp xe tải chọn =0,945

ro: Bán kính thiết kế theo công thức ta có ro = B +

3 Xác định lực phanh do cơ cấu phanh sinh ra theo phương pháp hoạ đồ

3.1 Xác định góc  và bán kính  của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

2 1

0

2 1

2 sin 2

sin 2

2 cos 2

2 = 0+ 1 = 140 + 1200 = 1340

2 1

0

2 1

2 sin 2

sin 2

2 cos 2

Hình 2.1 Các thông số của cơ cấu phanh

Bán kính  được xác định theo công thức sau

rt =0,2 (m)

2 2

3.2 Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp hoạ đồ

Khi tính toán cơ cấu phanh chúng ta cần xác định lực p tác dụng lênguốc phanh để đảm bảo cho tổng số mô men phanh sinh ra ở guốc phanh phanhtrước ( M/

p1 hoặc M//

p1) và guốc phanh sau (M/

p2 hoặc M//

p2 ) bằng mômen phanhtính toán của mỗi của mỗi cơ cấu phanh đặt tại bánh xe Khi đã chọn trước cácthông số kết cấu (1, 2, 0, rt) chúng ta tính được các góc  và bán kính  nghĩa

là xác định được hướng và điểm đặt lực N1( lực N1 hướng vào tâm O ) Lực R1

là lực tổng hợp của của N1 và T1 Lực R1 tạo với lực N1 một góc  1

Góc  1 được xác định như sau :

T tg

N

Nếu guốc phanh bị ép bằng cam phanh (phanh khí ) thì lực P1,P2 Tác dụng lênhai guốc phanh sẽ khác nhau Trong trường hợp này khi cam quay hai guốcphanh sẽ dịch chuyển như nhau, do đó áp suất tác dụng lên hai má phanh bằngnhau và lực R1 = R2 vì vậy các thông số của hai guốc phanh là như nhau:

Như vậy mô men phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe sẽ là:

M/

p = M/

p + M/

p = R1 r01 + R2.r02Trong đó bánh kính r0 được xác định theo công thức:

ta có các phản lực U1và U2 Như vậy trên mỗi guốc phanh có ba lực P1; R1; U1

và P2; R2; U2 Ta xây dựng hai đa giác lực này bằng các lấy hai đoạn bằng nhau

để lực hiện hai lực R1và R2 trượt chúng song song trượt chúng song song với R1

, R2 , nối tiếp với R1 là U1 bằng cách trượt thước kẻ song song với U1 và lạinối tiếp với U1 cũng kẻ song song với P là p1

trượt, cắt R1 ta có tam giác khépkín, má sau cũng làm tương tự Sau đó dùng thước kẻ đo đoạn R1 và đoạn U1 ta

được tỷ số: x U R x

U

1 1

1   

tương tự như vậy đối với P1

Làm như thế đối với guốc sau ta cũng tìm được P2 ,U2 ,R2

3.3 Kiểm tra hiện tượng tự xiết

Khi thiết kế và tính toán cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết.Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực

ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh

Đối với guốc trước phanh của cơ cấu phanh, quan hệ giữa lực P’ và M’p códạng:

cos ' '

P

M p

Biểu thức trên cho thấy, nếu: ccos  '   sin  '  '  0 thì M'p  

Điều này có nghĩa là mô men phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vôcùng lớn, đây chính là hiện tượng tự xiết Với điều kiện để xảy ra hiện tượng tựxiết là:

cos

C

C





Với: C – khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt, C = 0,165 (m)

δ, ρ – góc đặt và bán kính lực tổng hợp đặt trên guốc phanh trước,