Thiết kế hệ thống phanh ABS cho xe 5 chỗ (Link cad: https://bit.ly/phanhabsxe5cho)

Lực từ mặt đường tác dụng lên xe thông qua bánh xe chính là thành phần cơ bản quyết định tính ổn định của xe và xe được trang bị các hệ thống an toàn chủ động để điều khiển thông số của

LỜI NÓI ĐẦUNăm 1929 hệ thống phanh an toàn và hiệu quả nhất được lắp trên chiếc máy bay của Pháp, hệ thống phanh này dựa theo nguyên lý ngắt phanh khi bánh xe bị trượt Những năm sau đó là thời kỳ nghiên cứu áp dụng hệ thống phanh này trên ô tô.

Đến năm 1978, chiếc Mercedes-Benz S-class đã được trang bị hệ thống chống bó cứng cho phanh, từ đây khai sinh ra hệ thống phanh ứng dụng điện tử chống bó cứng bánh xe với tên là anti-lock braking system (ABS) Ngày nay không

ai sử dụng ô tô còn xa lạ với khái niệm ABS Việc trang bị hệ thống phanh ABS dường như là điều kiện tất yếu để lưu hành xe, ABS cải thiện tính an toàn của xe,

do đó nó được ứng dụng nhanh chóng Không chỉ là hệ thống phanh, ABS hiện nay còn được kết hợp với hệ thống điều khiển tính ổn định của xe (ESP,ESC) hoặc hệ thống điều khiển phân bố lực kéo (TCS) Có thể nói việc ứng dụng ABS trên xe đã tạo ra cuộc cách mạng về áp dụng cơ điện tử để tăng tính an toàn cho ô tô Vậy người kỹ sư ngày nay buộc phải nắm được cách sử dụng, thiết kế, ưu nhược điểm của hệ thống phanh này Đồ án thiết kế ECU điều khiển cho ABS, các mạch điện điều khiển van chấp hành, các mạch xử lý tín hiệu, thiết kế các cơ cấu chấp hành của ABS Lần đầu tiên làm việc trực tiếp với hệ thống phanh ABS, hơn nữa tài liệu thiết kế hệ thống ABS hiện nay chưa được phong phú, do đó đồ án không thể tránh khỏi sai sót và có thể chưa đáp ứng được mong đợi của người đọc Với cương vị là sinh viên chúng em rất mong được các thầy giáo trong bộ môn giúp đỡ, sửa chữa sai sót để đồ án hoàn thiện hơn Chúng tôi cũng mong muốn đồ án này sẽ là tài liệu

mà các bạn sinh viên khóa sau có thể tìm được những kiến thức mình cần, qua đó phát triển thêm để đưa ra được tài liệu ngày càng hoàn chỉnh hơn Đồ án được hoàn thành là nhờ vào sự tận tình hướng dẫn của thầy Hồ Hữu Hải Em xin cảm ơn thầy nói riêng và các thầy trong bộ môn đã cung cấp kiến thức cho chúng em trong suốt quá trình học

Sinh viên : Nguyễn Văn Thái- Nguyễn Văn Điệp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS

1.1 Hệ thống an toàn chủ động

Khi xe chuyển động, các lực tác dụng lên xe bao gồm: lực từ mặt đường, lực quán tính và lực khí động học của xe Lực khí động học là lực sinh ra do ma sát của không khí khi xe chuyển động, hiện nay chỉ khắc phục bằng những thiết kế cụ thể của xe, chưa can thiệp điều khiển điện tử vào lĩnh vực này để tăng tính ổn định cho

xe Lực từ mặt đường tác dụng lên xe thông qua bánh xe chính là thành phần cơ bản quyết định tính ổn định của xe và xe được trang bị các hệ thống an toàn chủ động để điều khiển thông số của các lực này Muốn xét tổng quan về các lực tác dụng lên xe phải xét mô hình cơ học ba chiều của nó Để xét sự phụ thuộc của xe vào các lực bám của lốp xe với mặt đường xét mô hình dưới đây:

• Các lực Fx là các lực dọc từ mặt đường tác dụng lên xe,chủ yếu là lực cản

lăn, lực cản của các vật cản trên đường gồ ghề

• Các lực Fy là các lực ngang từ mặt đường tác dụng lên xe, lực ngang có thể

là lực của gió hoặc lực ly tâm xuất hiện khi quay vòng và nhiều lực phát sinh

ngẫu nhiên Phương và độ lớn của các lực này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: tình trạng mặt đường, vận tốc của ô tô, tải trọng của ô tô, đặc tính của hệ thống treo, loại lốp sử dụng

Tính ổn định của ô tô bao gồm: ổn định quỹ đạo chuyển động và ổn định góc quay của xe quanh trọng tâm

• Tính ổn định quỹ đạo chuyển động phụ thuộc vào phương và độ lớn của các lực dọc và ngang của mặt đường tác dụng lên xe Khi bánh xe bị trượt quay hoặc bó cứng các hệ số này giảm xuống rất thấp, bánh xe không bám đường

và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hành lang chuyển động của xe

• Tính ổn định góc phụ thuộc vào mô men ngoại lực tác dụng lên trọng tâm của ô tô Mô men này phụ thuộc vào vị trí trọng tâm của ô tô so với các bánh

xe, thông số này là một thông số cố định tương đối, đi kèm với từng loại xe

Mô men phát sinh ở trọng tâm xe cũng phụ thuộc vào phương và độ lớn của

các ngoại lực Fx, Fy trên từng bánh xe Vậy điều khiển tính ổn định của xe

chính là điều chỉnh độ lớn của các ngoại lực tác dụng lên xe bằng cách điều chỉnh các ngoại lực Tb và T thông qua cơ cấu phanh

Xét mô hình bánh xe chủ động như sau:[2]

Phương trình chuyển động của bánh xe :

T T F r dt

d

J ω = zµ − b + (1)Trong đó:

• J là mô men quán tính của bánh xe;

• ω là vận tốc góc của bánh xe;

• Τ là mô men từ động cơ truyền xuống bánh xe;

• Τb là mô men phanh;

• Fz là lực từ hệ thống treo tác động lên bánh xe;

• Fx=Fz.µ là ngoại lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe;

• r là bán kính của bánh xe.

Độ trượt được định nghĩa bằng công thức sau:

v

r v v

v

trong đó v là vận tốc dài của xe.

Thực nghiệm đưa ra đồ thị mối quan hệ giữa độ trượt và hệ số ma sát như sau [2]

Vậy để đảm bảo độ ổn định tốt nhất cho ô tô thì các bánh xe phải có được độ bám đường tốt nhất tức là λ=0,1÷0,25 Phương trình (1) biến đổi được phương trình sau:

T r

1 T r

1 dt

d J r

1

F x = ω + b −

(2)Muốn điều khiển µ phải điều chỉnh Tb- mô men phanh hoặc điều chỉnh T-mô men truyền từ động cơ xuống bánh xe và điều chỉnh cả Fz.

Các biện pháp nâng cao tính ổn định của ô tô bao gồm biện pháp kết cấu như tạo các góc đặt bánh xe để tạo các mô men ổn định hướng, tối ưu hóa thiết kế khung

và hệ thống treo, sử dụng lốp có hệ số cản lăn thấp…Ngoài các biện pháp kết cấu trên ô tô có trang bị các hệ thống điện tử và cơ khí tích hợp để điều khiển các thông

số đã phân tích ở trên nhằm giữ cho độ trượt luôn đạt trị số cao Bảng tổng kết dưới đây đưa ra sự phát triển của các hệ thống điều khiển trên ô tô [2]

Hình 1.4 Bảng các giai đoạn phát triển của hệ thống ATCD

Năm 1924 khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì tăng an toàn phanh với dẫn động hai dòng, năm 1951 ứng dụng phanh đĩa và những năm

1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân không ABS điều khiển điện tử bắt đầu khai sinh vào năm 1978 ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực ngắt áp suất phanh dẫn đến xy lanh bánh xe khi bánh xe bị bó cứng để chống trượt lết trong quá trình phanh Quá trình phát triển của an toàn chủ động gua các giai đoạn lịch sử:

• Năm 1989, hệ thống phanh tích hợp ABS và TCS ( hệ thống điều khiển phân

bố mô men ra các bánh xe) Hệ thống này điều khiển độ ổn định bằng cách

điều chỉnh giá trị T và Tb như đã nói ở trên Nó không chỉ điều khiển mô men

tại các bánh xe mà còn điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động cơ nhằm hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô men Tuy nhiên số kênh điều khiển thời gian này còn ít, chỉ điều khiển một kênh, hai kênh cho toàn bộ các cầu hoặc một cầu xe và sử dụng van điều hòa lực phanh bằng cơ khí để phân phối áp suất phanh đến các bánh

• Năm 1994, ABS được tích hợp thêm EBD là hệ thống điều khiển bằng điện phân bố lực phanh ra các bánh xe Bên phía phải của bảng cho thấy tỷ lệ sử dụng điện tăng dần và thủy lực giảm dần Thời gian này ABS đã điều khiển nhiều kênh cho các bánh xe Nhưng tính ổn định lúc này chỉ phát huy tác dụng khi phanh xe hoặc mới khởi động động cơ

• Năm 1995, ESP (hoặc ESC) ra đời là hệ thống hỗ trợ tính ổn định của xe nhờ

tác động vào lực phanh trên từng bánh xe (tức là tác điều chỉnh Tb) Khi xe

chạy hoặc khi phanh các lực bám trên từng bánh xe khác nhau gây ra mô men quay tại trọng tâm xe làm mất ổn định góc Hệ thống này có nhiệm vụ tính toán hệ số trượt trên từng bánh xe, tác động vào bộ van chấp hành của ABS để điều chỉnh lực phanh trên mỗi bánh xe sao cho mô men sinh ra tại trọng tâm xe không ảnh hưởng đến tính ổn định Thời kỳ này ABS cũng được tích hợp BA- hệ thống hỗ trợ phanh gấp, CBC- hệ thống hỗ trợ quay vòng dựa theo nguyên lý của ESP

• Năm 1998, hệ thống ACC được ứng dụng, đây là hệ thống điều khiển tăng tính an toàn của xe Bằng các cảm biến laser hoặc sóng điện từ, hệ thống máy tính sẽ xác định khoảng cách giữa các xe và ECU tự điều chỉnh khoảng cách an toàn thông qua ESP Giai đoạn này cũng ứng dụng hệ thống treo

điều chỉnh tự động (tác động vào Fz) nhằm tối ưu tính ổn định của xe và thân

thiện với người ngồi trên xe

• Từ năm 2002 trở lại đây, hệ thống được phát triển trên xe là X-by-Wire Tức

là mọi hệ thống chấp hành được thay dần bằng hệ thống điện theo như phía phải của bảng đã chỉ ra Ô tô đã thực sự trở thành một hệ cơ điện tử, các cảm biến trên xe có nhiệm vụ xác định trạng thái của xe, cùng với tín hiệu là những tác động của lái xe, hệ thống máy tính của xe sẽ thu nhận tín hiệu, tính toán và quyết định đưa ra tín hiệu xử lý đồng bộ trên các hệ chấp hành của xe như treo, lái, phanh, động cơ vì thế tính ổn định được đảm bảo tối ưu nhất Các hệ thống trước là các hệ thống điều khiển biệt lập hoặc chỉ có sự liên hệ tương đối, hệ thống phanh và hệ thống treo không có sự liên hệ về điều khiển Còn với X-by-Wire các hệ thống này có mối liên hệ tổng thể với nhau và mọi phản ứng của xe đều được quyết định từ một “bộ não” là ECU của xe Khi xe ở trạng thái phanh, sự thay đổi của hệ thống treo và tính bám đường của lốp được phối hợp nhịp nhàng, các hệ thống hỗ trợ nhau là tăng hiệu quả của từng hệ thống

Trên đây là những tổng kết về sự phát triển của các hệ thống an toàn chủ động của ô tô Trong tổng thể của các hệ điều khiển đồ án này dừng ở mức nghiên cứu sự

ổn định của xe khi phanh và thiết kế hệ thống phanh ABS

1.2 Nguyên lý của ABS

Như đã phân tích ở trên, phương trình chuyển động của một bánh xe chủ động là:

T r

1 T r

1 dt

d J r

1

F x = ω + b −

(2)

Trong phương trình trên khi tác động vào cơ cấu phanh để tạo ra mô men

phanh Tb hợp lí, giữ cho độ trượt nằm giữa mức thấp λt=0,15 và cao λc=0,3 gia tốc

góc của bánh xe sẽ thay đổi giá trị sự thay đổi này được cảm biến thu nhận làm tín hiệu phản hồi của hệ thống

Tốc độ của bánh xe được cảm biến thu nhận và đưa ra dạng xung điện áp hình sin Tín hiệu xung hình sin được xử lý để đưa ra tín hiệu của gia tốc bánh xe về ECU ECU sẽ tiếp nhận tín hiệu này cùng với tín hiệu từ cảm biến đạp phanh, tín hiệu từ cảm biến giảm tốc của xe (ad) sau đó tính toán độ trượt, so sánh với độ trượt chuẩn (λchuẩn) cuối cùng quyết định đưa tín hiệu dòng điện điều khiển đến bộ van chấp hành điều khiển áp suất phanh đến xy lanh bánh xe Chế độ điều khiển phanh ABS là điều khiển rời rạc bao gồm ba giai đoạn: tăng áp, giữ áp, giảm áp Hình 1.6

là đồ thị của quá trình phanh có ABS

• Chế độ mặc định của xe là chế độ tăng áp, khi có tác động vào bàn đạp phanh áp suất từ xy lanh chính đến thẳng xy lanh bánh xe Áp suất phanh tăng dần theo mức độ đạp phanh Chế độ tăng áp được duy trì khi ECU nhận thấy độ trượt vẫn đang tăng dần đến giá trị so sánh

Xử lý

ECU

Chấp hành

Hình 1.5 Nguyên lý ABS

ad

Cb đạp phanh

• Đến khi ECU nhận thấy độ trượt đang có xu hướng vượt qua ngưỡng λc ECU

sẽ ra lệnh cho bộ van chấp hành giảm áp suất trong xy lanh chính, vận tốc bánh xe tăng đột ngột, độ trượt theo đó giảm và vận tốc xe giảm.(giai đoạn A)

• Khi độ trượt đã giảm ở giữa ngưỡng λt và λc ECU lệnh cho bộ van chấp hành

giữ áp suất trong xy lanh chính để duy trì độ trượt tối ưu Quá trình này cũng xen kẽ các chu kỳ tăng áp vì vậy áp suất trong xy lanh bánh xe tăng dần, vận tốc bánh xe ở mức tương đối ổn định, vận tốc xe giảm.(giai đoạn B)

t (s)P

i

v

12

1- vận tốc bánh xe

2- vận tốc xe

Hình 1.6 Đồ thị quá trình phanh của ABS

• Trong quá trình giữ áp, gia tốc của xe vẫn còn lớn nên độ trượt vẫn có khả năng vượt qua mức cao Khi độ trượt đến ngưỡng của mức cao ECU lặp lại lệnh giảm áp cho bộ van chấp hành để giảm độ trượt Tính chất của giai đoạn này tương tự như giai đoạn A.(giai đoạn C)

• Sau khi giảm độ trượt thì gia tốc của xe đã giảm, ECU lệnh cho van chấp hành xen kẽ giữ áp và tăng áp đến khi xe dừng hẳn.(giai đoạn D)

Vận tốc của xe càng cao thì các quá trình A-B-C-D như trên đồ thị lặp lại càng nhiều lần đến khi thôi đạp phanh

1.3 Sơ đồ cấu trúc của các hệ thống phanh có ABS

Để thực hiện các chế độ tăng áp, giữ áp, giảm áp hệ thống ABS sử dụng van điện từ để điều khiển áp suất của bánh xe Để hiểu về nguyên lý của điều khiển nhiều bánh trước hết xét mô hình một bánh hình 1.7

Hình 1.7a là sơ đồ ABS sử dụng hai van hai cửa hai vị trí (2/2) cho một bánh

xe Chế độ mặc định là tăng áp (ECU chưa hoạt động), vị trí thường trực là van 1

mở và van 2 đóng, dầu chạy thẳng từ xy lanh chính đến bánh xe, đồng thời đường dầu này cũng được nối với bơm của ABS để hỗ trợ quá trình tăng áp khi có sự điều khiển của ECU Khi giữ áp van số 1 được cuộn nam châm trong van điện từ hút

ECU

Đường điệnĐường dầu

Hình 1.7a Sơ đồ ABS với van 2/2 chế độ tăng áp

1

2

3

đóng cửa dầu thông xy lanh và bánh xe, van số 2 vẫn đóng vì thế áp suất dầu giữ nguyên trong xy lanh bánh xe Chế độ giảm áp van số 1 giữ trạng thái đóng, van số

2 mở đưa dầu từ xy lanh bánh xe về bình hồi dầu số 3, bình này nối thông với bơm của ABS thông qua van một chiều kiểm tra áp suất

Hình 1.7b trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động của ABS sử dụng van ba cửa,

ba vị trí (3/3) Nguyên lý hoạt động của van ba vị trí này cũng gồm ba chế độ ứng với ba vị trí của van điện từ

Chế độ phanh chờ là chế độ tăng áp như hình, lúc này cửa dầu từ xy lanh chính và bơm nối thông với xy lanh bánh xe Chế độ giữ áp van điện dịch chuyển sang vị trí như hình 1.8a, cả ba cửa dầu đều đóng giữ nguyên áp suất trong xy lanh bánh xe

Trên hình 1.8a có hai bình hồi dầu số 1 và số 2, bình số 1 tránh cho dao động của áp suất dội vào chân người lái do thời gian đóng mở van rất nhanh và bơm bật tắt liên tục trong thời gian rất ngắn, bình số 2 có tác dụng chính là chứa dầu hồi từ

xy lanh bánh xe Trong hệ thống ABS thì bình 1 gọi là bình hấp thụ áp suất cao, bình 2 là bình hấp thụ áp suất thấp

Đường điệnĐường dầu

Hình 1.7b Sơ đồ ABS với van 3/3 chế độ ban đầu

+

ECU

Chế độ giảm áp van điện dịch chuyển sang vị trí như hình 1.8b Lúc này cửa dầu nối thông giữa bơm và xy lanh bánh xe đóng, cửa dầu hồi với bình chứa số 2

mở làm dầu từ xy lanh bánh xe hồi về bính chứa, áp suất trong xy lanh bánh xe giảm

Đường điệnĐường dầu

Hình 1.8a Sơ đồ ABS với van 3/3 chế độ giữ áp

+

ECU

1

22A

Đường điệnĐường dầu

Hình 1.8b Sơ đồ ABS với van 3/3 chế độ giảm áp

Van được nối với cực dương qua công tắc đạp phanh số 3, dòng điện được dẫn qua van điện và qua bộ khuếch đại số 4, bộ khuếch đại này được ECU điều khiển để quyết định có kích hoạt van điện hay không Ngày nay bộ van điện, bình tích năng, các van an toàn và kiểm tra áp suất, các đường dầu nối được tích hợp thành mô đun, nếu ABS sử dụng bơm riêng thì mô đun này có cả bơm của ABS

ABS gồm hệ thống phanh thường kết hợp với mô đun van điều khiển và ECU Số bánh xe và kênh điều khiển tăng dần theo từng thời kỳ phát triển có các kiểu dẫn động và điều khiển sau:

• Điều khiển một hoặc hai kênh cho hai bánh sau, sơ đồ dẫn động như hình 1.10 Hình a là điều khiển hai bánh sau chung một van điện từ, bánh trước là phanh bình thường nối trực tiếp với một dòng dầu của xy lanh chính Hình b có hai van điện điều khiển hai bánh sau, bánh trước không điều khiển

và nối trực tiếp với xy lanh chính, loại này ngày nay không được sử dụng

• Điều khiển bốn bánh và hai kênh, loại này thường chỉ sử dụng sơ đồ phanh thủy lực hình K Sơ đồ của phanh được thể hiện trên hình 1.11

Hình 1.10 Sơ đồ điều khiển hai bánh

Mô đun van

• Điều khiển ba kênh và bốn bánh như hình 1.12, hai bánh trước điều khiển độc lập, hai bánh sau điều khiển bằng một kênh và liên hệ với nhau bằng van phân phối số 1

Hình 1.11 Sơ đồ điều khiển bốn bánh –hai kênh

Hình 1.12 Sơ đồ ba kênh điều khiển bốn bánh

1

• Điều khiển bốn kênh, bốn bánh Đây là phương pháp điều khiển cao nhất của ABS Mỗi bánh xe được một van điện trong mô đun điều khiển độc lập Sơ

đồ dẫn động thủy lực được trình bày trong hình 1.13

Ngoài các phương án dẫn động đã trình bày ở trên còn một phương án bố trí không dùng bơm riêng của ABS mà lại dùng bơm của trợ lực hệ thống lái Phương pháp dẫn động này ngày nay không còn được sử dụng do khó điều khiển nguồn động lực thực hiện quá trình tăng áp trong khi chi phí không tiết kiệm được nhiều

Vì vậy phần trình bày này không đưa ra cách bố trí ABS theo kiểu này

***************************************************************

Kết luận:

Từ những phương án đã phân tích ở trên ta thấy phương pháp điều khiển bốn kênh, bốn bánh là tối ưu nhất trong các sơ đồ dẫn động

Hình 1.13 Sơ đồ bốn kênh điều khiển bốn bánh

Van nối ba đầu

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH, DẪN ĐỘNG PHANH

2.1 Xác định mô men phanh cần thiết trên các bánh xe

Lực phanh tại các bánh xe đạt được giá trị lớn nhất khi bánh xe bắt đầu có hiện tượng trượt lết Trong quá trình trượt, mô men phanh không tăng được nữa mà thậm chí có xu hướng giảm đi Như vậy, khi thiết kế hệ thống phanh, lực phanh lớn nhất lớn nhất tại các bánh xe được tính gần đúng bằng lực bám [3]

ϕ

P

P p max =Với pϕ =ϕ. G là lực bám giữa bánh xe và đường Mô men phanh cực đại của ô

tô được tính theo công thức:

bx max

p G r

 M p max là mô men phanh cực đại

 ϕ là hệ số bám

 G là tải trọng toàn bộ của xe.

 r là bán kính làm việc của bánh xe bx

Để xác định mô men cần có tại mỗi bánh xe, ta xác định mô men cần thiết tại từng cầu xe và coi gần đúng rằng mỗi bánh xe chịu một nửa mô men này Ta có:

bx

p 2 2

bx

p 1 1

r G M

r G M

Trong hình trên:

 L là chiều dài cơ sở của ô tô, L = 2,6 m

 a, b là khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước và cầu sau của xe Từ phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau ta tính được a, b như sau:

34 , 1 b

26 , 1 a b 940 a 1000

6 , 2 b a

 hg là chiều cao trọng tâm xe, hg = 0,7 m

 Pj là lực quán tính xuất hiện khi phanh, j

quả phanh đạt được tốt và đảm bảo sự phanh êm dịu

Phản lực tại các bánh xe cầu trước và cầu sau:

Ga jh

g

G Ga L

1 Z

gb

jh 1 L

Gb jh

g

G Gb L

1 Z

g g

2

g g

 Loại lốp sợi mành hướng kính

Từ đó ta tính được bán kính thiết kế của lốp r0:

) mm ( 307 2

355 185 7 , 0 2

d H

2.2 Tính toán cơ cấu phanh đĩa

Hình 2.2 thể hiện sơ đồ tính toán phanh đĩa

Chọn cơ cấu phanh đĩa kiểu trục trượt nên lực

ép lên

các má phanh đối xứng qua đĩa phanh Mô men

phanh được tính như sau:

Vậy ta chọn áp suất đường ống là 6MPa

Lực phanh ở đĩa phanh bánh sau càng lớn khi gia tốc phanh càng nhỏ Vậy ta tính đường kính xy lanh bánh sau cho trường hợp gia tốc phanh bằng không Ta có

Vậy chọn đường kính xy lanh bánh sau là 36mm.

Hình 2.3 là hình dạng của má phanh, sau khi vẽ và tính toán bằng phần mềm SolidWorks ta có diện tích má phanh là F = 4763(mm2)

2.3 Kiểm nghiệm má phanh

2.3.1 Kiểm nghiệm công trượt riêng trên má phanh

Khi phanh ôtô đang chuyển động với vận tốc V0 cho tới khi dừng hẳn (V=0) thì toàn bộ động năng của ôtô có thể được coi là đã chuyển thanh công ma sát L tại các cơ cấu phanh:

[ ] L

F g

V G

∑

2

. 2 0

Với:

G = 19400 (N) là trọng lượng ôtô khi đầy tải;

V0= 50 (km/h) = 13,89 (m/s) là tốc độ của ôtô khi bắt đầu phanh

Gọi tổng diện tích các má phanh là F∑ ta có:

Vậy thỏa mãn điều kiện: L ≤ [ ] L = 4.106 ÷ 10 ( J / m )7 2

2.3.2 Kiểm nghiệm áp suất trên bề mặt má phanh

Áp suất trên bề mặt má phanh bị giới hạn bởi sức bền vật liệu Tính kiểm tra

áp suất trên bề mặt má phanh theo công thức:

4 1,24 1,5 2,04763.10

2.3.3 Kiểm nghiệm nhiệt trên má phanh trong quá trình phanh

Trong quá trình phanh ô tô, toàn bộ năng lượng các khối chuyển động của ô tô được chuyển hóa thành nhiệt tại các cơ cấu phanh Một phần lớn lượng nhiệt này sẽ nung nóng cơ cấu phanh mà chủ yếu là trống phanh, phần còn lại tỏa ra ngoài không khí

Phương trình cân bằng nhiệt được viết như sau:

( 2 2)

0

0

.2

 mt là khối lượng đĩa phanh, chọn mt = 5 kg

 c là nhiệt dung riêng của vật liệu làm trống phanh, đối với gang thép: c = 500(J/kg.độ)

 τ là mức gia tăng nhiệt độ so với môi trường xung quanh.

 A t là diện tích làm mát của đĩa phanh

 kt là hệ số truyền nhiệt từ không khí ra ngoài

 t là thời gian phanh.

0

1580 8,3 0

21,72.5.500 C

Cơ cấu phanh đĩa được tiếp xúc trực tiếp với không khí làm mát, vật liệu chế tạo tốt hơn phanh guốc nên với độ tăng nhiệt độ 220 C cơ cấu vẫn đảm bảo hoạt động tốt

2.4 Tính toán dẫn động phanh

Hệ thống phanh sử dụng trên xe con là hệ thống phanh dẫn động thủy lực Hình 2.4 là sơ đồ dẫn động phanh

ll’

Đường kính xylanh công tác của bánh trước d1 và bánh sau d2 được tính dựa trên cơ sở lực phanh P1 và P2 đã được xác định trong quá trình tính toán cơ cấu phanh Ta chọn d1 =50 mm, d2 = 36 mm

 Đường kính xylanh chính có thể xác định trên cơ sở chọn lực bàn đạp trong phạm vi cho phép Q bd ≤[ ]Q bd

ηπ

- Hành trình tự do để khắc phục hết khe hở δ giữa ti đẩy và pit tông

- Hành trình làm việc (tương ứng với hành trình pit tông) là ∆

2 2 2

1 1 2 2 2

cơ khi hoạt động bình thường Khi phanh, động cơ giảm công suất do giảm hệ số nạp Kết hợp giữa hệ thống dẫn động phanh thủy lực và bộ trợ lực chân không cho phép bố trí hệ thống phanh khá gọn và dễ dàng Tuy nhiên, phương pháp trợ lực này

có nhược điểm là độ chênh áp giữa họng hút động cơ và khí trời không lớn Do đó, muốn tăng hiệu quả trợ lực thì phải tăng đường kính màng trợ lực và làm tăng kích thước của bộ trợ lực

Phương trình cân bằng lực tại xylanh chính có bộ trợ lực chân không:

 p’ là áp suất chân không;

 Plx là lực lò xo hồi vị gây nên;

 Pms là lực ma sát của piston với thành xylanh gây nên;

 f là diện tích của xylanh chính;

 pi là áp suất làm việc của hệ thống phanh;

Thông thường, (p0 – p’) nằm trong khoảng 0,05MPa Chọn Qbd = 100N, khi đó đường kính màng trợ lực là:

( )

2 2

6

4 0

3,14.0,027 0,05' 6.10 100.0,95.

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CỤM CƠ CẤU CHẤP HÀNH CỦA ABS

3.1 Thiết kế van điện từ

3.1.1 Đặc tính phản lực tác dụng trên lõi van

Yêu cầu của van là khi khe hở lõi d < 1,5mm chế độ hoạt động là giảm áp, khi d > 1,5 mm chế độ tăng áp, d = 1,5 mm chế độ giữ áp.Lực ép của lò xo số 2 cần thiết ở chế độ giữ áp phải lớn hơn áp suất của dầu phanh tác dụng lên van Lực cần thiết của lò xo 2 ở chế độ giảm áp là:

) N ( 18 10 6 10 p r

Trong đó p- áp suất dầu xy lanh

Với lò xo 2, lò xo này có nhiệm vụ đóng các van giảm áp và tăng áp trong các quá trình hoạt động tương ứng Lực cần cho quá trình tăng áp và giảm áp của lò

xo bằng nhau do độ lún của lò xo ở hai trường hợp này bằng nhau

Đường kính của dây lò xo là:

) m ( 10 9 , 0 10 600

18 , 1 8 18 8

k C F 8

6

πτ

π

Vậy chọn d 2 =0 , 9 mm⇒ D 2 =7 , 2 mm, chọn số vòng làm việc n0= 6 ta có độ cứng

của lò xo là

0 3

4 n D 8

Gd

c= với G = 8.104 MN/m2

) mm / N ( 93 , 2 6 2 , 7 8

9 , 0 10 8 n D 8

Gd

4 4 0

F

l 02 = = =

∆

Với lò xo 1:

Lò xo có tác dụng đẩy lõi van để tạo khe hở giữa lõi van và đế van Đây là lò

xo có tác dụng hồi vị cho lõi Lực cần thiết của lò xo cần tác động vào lõi van trong trạng thái tăng áp là 25 (N) Tương tự như chọn đối với lò xo 2 ta có

) m ( 10 86 , 0 10 600

3 , 1 7 25 8

k C F 8

6

πτ

mm 3 , 6 7 9 , 0 D mm 9 , 0

) mm / N ( 4 , 4 6 3 , 6 8

9 , 0 10 8 n D 8

Gd

4 4 0

3

4

) mm ( 7 , 5 4 , 4

25 c

F

l 01 = = =

∆

Trong các công thức trên:

 F- lực tác động cần thiết của lò xo;

 D- đường kính làm việc trung bình của vòng lò xo;

 d- đường kính dây lò xo,

 C=D/d;

 k- hệ số tra bảng tùy theo giá trị của C;

 G=8.104MP/m2 là hệ số đàn hồi của vật liệu làm lò xo

 Từ đây ta xây dựng họ đường đặc tính lực phản tác dụng lên lõi van

3.1.2 Tính sơ bộ nam châm điện

Sơ đồ nam châm điện được thể hiện trên hình 3.2

Các thông số cho trước:

Lực cần tạo ra là 10N tại khe hở δ = 2,5mm, ứng với dòng điện I = 2A, điện áp nguồn 12V, một chiều, chế độ làm việc ngắn hạn ( trong thời gian phanh), điện trở cuộn dây 1,2Ω

• Bỏ qua từ thông tản, từ trở của sắt từ ta xác định gần đúng số vòng dây theo công thức

2 r

2

l

z ( g d dG

F 2 I

1 )

l

z ( g d dG

F 2 )

, I

−

=

δ

ωδ

ω

δ δ

δ

Trong đó ta có

) H ( 10 16 , 6 10

5 , 2 4

10 ).

10 16 (

10 4 4

) d d ( S

3

6 2 2 7

2 1

2 0

µ

δ

) m / H ( 10 46 , 2 10

5 , 2

10 16 , 6 G S d

3

8 2

µ

) m / H ( 10 7 , 1 22

30 ln

2 10 4 d

D ln

2

0

r =µ π = π − π = −Vậy số vòng dây sơ bộ là:

) vg ( 400 )

30 / 20 ( 10 7 , 1 10 46 , 2

10 2 2

1

2 5

22 30 (

) m ( 10 7 , 81 10

2

22 30 2

d D

Tiết diện của dây quấn là:

) m ( 10 3 2

, 1 2

10 7 , 81 400 10 2 , 2 R

l.

q q

l.

R=ρω tb ⇒ =ρω tb = −8 −3 = −7 2

Vậy đường kính dây quấn là:

) m ( 10 62 , 0 10 3 4 q

Tên kích thước Giá trị (mm)

3.1.3 Xây dựng đặc tính lực điện từ tác động lên lõi van

Với nam châm điện 1 chiều ta có lực điện từ tác động lên lõi van được tính theo công thức sau:

) l

z g ) r R ( ( ) I ( 2

1 ] ) l

z ( g d

dG [ )

2 2 0 2 2

độ giảm áp Tuy nhiên nếu đặc tính như trên thì không thể chuyển từ giảm áp về giữ

áp do khi khe hở d<1.5 mm thì đường đặc tính lực hút điện từ với I = 5 A sẽ nằm trên đường đặc tính cơ Do đó ta phải điều chỉnh lại chế độ hoạt động của van theo d

3.2 Tính chọn bơm của cụm cơ cấu chấp hành

Hình 2.4 Sơ đồ ABS với van 3/3 chế độ ban đầu Hình 3.3 Đặc tính lực tác dụng lên lõi van

Bơm của ABS hoạt động trong chế độ tăng áp Yêu cầu của bơm là phải cung cấp đủ lưu lượng, áp suất để thực hiện phanh Các thông số cho trước của xylanh để tính như sau:

= = = với thời gian phản ứng là 0,1s

và quãng đường phanh là 2mm;

• Áp suất đường ống p = 5MPa

• Chọn bơm là một cặp bơm piston dp = 25mm

Lưu lượng xy lanh là:

5 3 xl

b Q

CHUƠNG 4 QUY TRÌNH GIA CÔNG CAM QUAY BƠM THỦY LỰC 4.1 Phân tích chi tiết.

Chi tiết làm việc trong điều kiện bình thường, mặt làm việc là mặt trụ 19 chịu ma sát do đó đòi hỏi phải có độ cứng và chịu mài mòn tốt Lỗ trong 8 lắp với trục động cơ, mô men từ trục động cơ truyền đến cam thông qua hai vít 3 Kết cấu của chi tiết hợp lý với phương pháp gia công bằng tiện và khoan, khoét Vật liệu chế tạo là thép C20Mn có tính công nghệ và chịu mài mòn tốt

Hình 4.1 Chi tiết cam quay

4.2 Chọn phôi.

Phôi dùng chế tạo chi tiết có các dạng sau đây:

Phôi rèn dập: Rèn dập bằng máy hay bằng tay điều cho chi tiết có độ bền cơ tính

cao, tạo nên ứng suất dư trong chi tiết, tạo cho chi tiết có tính dẻo và tính đàn hồi tốt

-

Phôi cán : Chi tiết làm bằng phôi cán cũng có cơ tính giống như rèn dập nhưng có nhược điểm là khi gia công vật liệu bằng gang xám dễ bị nứt, đồng thời việc chế tạo khuôn phứt tạp và năng suất không cao

-

Phôi đúc : Phôi đúc có cơ tính không cao bằng phôi rèn dập Mặt khác việc chế tạo khuôn đúc những chi tiết phức tạp khá dễ dàng, trang thiết bị đơn giản Đồng thời việc đúc rất thích hợp cho những chi tiết làm bằng gang và cũng rất ít tốn kém nguyên vật liệu

• Kết luận: Từ các dạng phôi trên chọn được phôi thanh cán phù hợp với

phương pháp chế tạo chi tiết, sản lượng sản suất

4.3 Quy trình gia công.

Lập quy trình gia công chi tiết phải đảm bảo độ chính xác về kích thước, dung sai,

độ nhám đã đặt ra của chi tiết, đồng thời phải tiết kiệm vật liệu, thời gian gia công Quy trình gia công chi tiết cam (hình 5.1) như sau:

Nguyên công 1: Chọn phôi thanh 21, lấy mặt ngoài phôi làm chuẩn thô, tiện

mặt ngoài trên mâm kẹp ba chấu xuống 19,5 tiếp theo cắt đoạn 16mm trên máy tiện

Nguyên công 2: Khoan, khoét lỗ 8 đạt độ nhám yêu cầu

Nguyên công 3: Khoan lỗ 3, ta rô ren vít

Nguyên công 4: Mài vô tâm mặt ngoài đạt kích thước 190,1 với độ bóng

Ra = 1,25

Nguyên công 5: Kiểm tra độ song song của hai tâm lỗ 19 và 8.

4.4 Thiết kế nguyên công.

Nguyên công 1: Tiện phôi ( hình 4.2)

Bước 1: tiện phôi đạt kích thước 19,5 mm ( hình 4.2a).

• Định vị: mâm kẹp định vị 4 bậc tự do, mũi tâm định vị 1 bậc tự do

• Kẹp chặt: kẹp bằng ba chấu của mâm kẹp

• Chiều sâu cắt t1 = 1mm, t2 = 0,5mm, lượng chạy dao S = 1mm/ vòng