MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.....................

MỤC LỤC............................

Chương I: Tổng quan về hệ thống phanh thủy lực…………..

1. Công dụng phân loại và yêu cầu……………………………...                                                              

1.1. Công dụng ……………                                                                 

1.2. Phân loại………………

1.3. Yêu cầu……………

2. Kết cấu chung của hệ thống phanh……………                                               

3.  Hệ thống phanh thủy lực ………………                                                              

3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động …………….

 3.1.1. Cấu tạo………………

 3.1.2.  Nguyên lý hoạt động……………

3.2 Các phần tử cơ bản của hệ thống phanh dẫn động thủy lực…………

3.2.1. Cơ cấu bàn đạp……………

3.2.2. Xilanh phanh chính……………

3.2.3. Bộ điều hoà lực phanh…………

3.2.4. Cơ cấu phanh……………                                                                                                                                                                                                                           

Chương II: Động lực học hệ thống phanh dẫn động thủy lực dẫn động chéo với bộ điều hòa lực phanh …………                                

1. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc……………   

2. Động lực học hệ thống phanh thủy lực 2 dòng chéo với bộ điều hòa lực phanh…………………  

2.1 Cơ cấu bàn đạp và xilanh phanh chính ………………..                                                                             

2.2 Bộ điều hòa lực phanh ………………                                                               

2.3 Đường dẫn dầu tới xilanh bánh xe……………                                                  

2.4 Phanh và má phanh………………                                                                                      

Chương III: Khảo sát Động lực học hệ thống phanh thủy lực dẫn động 2 dòng kiểu chéo với bộ điều hoà lực phanh….

1. Mô phỏng………………

2. Chạy chương trình và in kết quả…………

3. Chức năng của các khối trong mô hình SIMULINK...............

4. Kết quả mô phỏng ……………

5. Ảnh hưởng của các thông số tới chất lượng của hệ thống phanh …

Kết luận ………

Tài liệu tham khảo…………

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC

1. Công dụng, phân loại và yêu cầu

1.1. Công dụng

Hệ thống phanh trên ôtô có chức năng giảm tốc độ chuyển động của ôtô cho đến khi ngừng hẳn, hoặc đến một tốc độ chuyển động cần thiết nào đó và dùng để giữ xe ôtô đỗ ở một vị trí nhất định trên dốc.

Đối với ôtô hệ thống phanh là một trong những cụm quan trọng nhất, hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng trong quá trình chuyển động của ôtô vì nó đảm bảo sự an toàn cho phương tiện, hàng hoá và cả tính mạng con người. Bởi vì nếu hệ thống phanh có chất lượng tốt nó bảo đảm cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển, cũng như nâng cao được vận tốc trung bình của ôtô.

1.2. Phân loại

a. 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).

c. Theo dẫn động phanh:

- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí;

- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực;

- Hệ thống phanh dẫn động khí nén;

e. Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh:

Chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS).

1.3.. Yêu cầu

Hệ thống phanh trên xe ôtô cần bảo đảm các yêu cầu sau:

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe trong mọi trường hợp, nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm;

- Phanh êm dịu trong bất kì mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi phanh;

2. Kết cấu chung của hệ thống phanh

 Hệ thống phanh trên ôtô gồm có:

+ Hệ thống phanh chính (phanh bánh xe, phanh công tác, phanh giảm tốc hay thường gọi là phanh chân) dùng để điều chỉnh tốc độ chuyển đông của ôtô và dừng xe với hiệu quả cần thiết. Phanh chính thường dùng truyền động thủy gọi là phanh dầu hoặc truyền động loại khí gọi là phanh khí. Khi dùng phanh dầu thì lực tác dụng lên bàn đạp phanh sẽ lớn hơn so với phanh khí, vì lực này là để sinh ra áp suất của dầu trong bầu chứa dầu của hệ thống phanh, còn ở phanh khí lực này chỉ cần thắng lực cản lò xo để mở van phân phối của hệ thống phanh. 

+ Hệ thống phanh dừng (phanh tay) dùng để giữ ôtô đứng yên tại chỗ;

+ Còn hệ thống phanh dự phòng dùng để phanh ôtô khi mà hệ thống phanh chính đột ngột bị hư hỏng;

3. Hệ thống phanh thuỷ lực

3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cơ cấu dẫn động phanh bằng thủy lực hiện nay sử dụng rất rộng rãi nó thường dùng trên ôtô con và cả một số ôtô vận tải. Đây là hệ thống phanh sử dụng chất lỏng (dầu phanh), để truyền lực tác động từ bàn đạp đến các xilanh bánh xe nhờ quá trình di chuyển của dầu phanh làm thay đổi áp suất dầu ở các xilanh phanh ở bánh xe. 

3.1.1. Cấu tạo

Cấu tạo hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực bao gồm có bàn đạp phanh (1), trợ lực phanh (2), xilanh phah chính (3), xilanh phanh chính (4), má phanh đĩa (5), đĩa phanh (6), guốc phanh (7), má phanh guốc (8) và xi lanh phanh tang trống (9).

3.1.2. Nguyên lý hoạt động

Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực hoạt động như sau: Lực tác lên bàn đạp phanh (1) được truyền dẫn qua cần piston của xilanh phanh chính. Do piston dịch chuyển làm áp suất trong xilanh phanh chính (3) tăng lên từ 8 đến 9 Mpa (80-90 KG/cm­­²). Dầu do bơm đẩy ra đi qua các đường ống dẫn tới xilanh phanh của các bánh xe và tác động vào piston trong xilanh. Piston trong xilanh bánh xe (4, 9) dịch chuyển ép má phanh guốc (8) vào trống phanh (ép má phanh (5) vào đĩa phanh (6)) tạo ra lực ma sát và làm bánh xe bị hãm lại.

3.2. Các phần tử cơ bản của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực

3.2.1. Cơ cấu bàn đạp

a. Cấu tạo

Cấu tạo của cơ cấu bàn đạp gồm có bàn đạp 1, chốt 2, lò xo hồi vị 3, chốt tựa 4 và cần đẩy 5.

b. Nguyên lý hoạt động

Cơ cấu bàn đạp hoạt động dựa trên nguyên lý đòn bẩy, biến đổi một lực nhỏ của người lái tác dụng lên bàn đạp thành một lực lớn tác động vào cần đẩy để từ cần đẩy tác dụng vào piston xilanh chính làm cho piston xilanh chính dịch chuyển.

3.2.3. Bộ điều hòa lực phanh

Van điều hoà lực phanh (van P) được đặt giữa xilanh chính của đường dẫn dầu phanh và xilanh phanh của bánh sau. Cơ cấu này tạo ra lực phanh thích hợp để rút ngắn quãng đường phanh bằng cách tiến gần đến sự phân phối lực phanh lý tưởng giữa bánh sau và bánh trước đẻ tránh cho các bánh sau không bị hãm sớm trong khi phanh khẩn cấp (khi tải trọng bị dồn về phía trước). 

3.2.4. Cơ cấu phanh

Kết cấu của cơ cấu phanh dùng trên ôtô tùy thuộc bởi vị trí đặt nó (phanh ở bánh xe hoặc ở truyền lực), bởi loại chi tiết quay và chi tiết tiến hành phanh.

Cơ cấu phanh ở bánh xe thường dùng loại guốc và gần đây trên các xe con hiện đại người ta thường sử dụng phanh đĩa (có thể ở cầu trước, cầu sau, hoặc cả hai cầu).

* Cơ cấu phanh guốc loại bơi

Guốc phanh không tựa trên một chốt quay cố định mà cả hai đều tựa trên mặt tựa di trượt. Có hai kiểu cơ cấu phanh loại: loại hai mặt tựa tác dụng đơn; loại hai mặt tựa tác dụng kép.

Loại hai mặt tác dụng kép thì trong mỗi xilanh bánh xe có hai piston và cả hai đầu của mỗi guốc đều tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai piston cơ cấu phanh loại này thường sử dụng ở các bánh xe sau của xe du lịch và xe tải nhỏ.

* Cơ cấu guốc phanh loại tự cường hoá

Cơ cấu phanh guốc tự cường hóa là khi phanh bánh xe thì guốc phanh thứ nhất sẽ tăng cường lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai. Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hoá: cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn; cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng kép.

CHƯƠNG II

ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC

 HAI DÒNG KIỂU CHÉO “X” VỚI BỘ ĐIỀU HOÀ LỰC PHANH

1. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc

* Sơ đồ kết cấu

Kết cấu của hệ thống phanh thuỷ lực dẫn động 2 dòng kiểu chéo với bộ điều hoà lực phanh có những bộ phận sau: xilanh phanh chính 1, bình chứa dầu 2, bàn đạp phanh 3, van điều hoà 4, đường dẫn dầu 5, xilanh phanh bánh sau 6 và xilanh phanh bánh trước 7.

* Nguyên lý làm việc

Hệ thống phanh có dẫn động thủy lực thực hiện quá trình dẫn động của mình từ bàn đạp đến bánh xe nhờ quá trình dẫn động tổng hợp cơ khí và thủy lực trong đó quá trình dẫn động thủy lực đóng vai trò chính. Quá trình truyền động bắt đầu từ bàn đạp đến xilanh chính qua bộ điều hoà lực phanh đến các xilanh phanh bánh xe và cuối cùng là tác động vào các má phanh dể thực hiện quá trình phanh. 

2. Động lực học của hệ thống phanh thủy 2 dòng kiểu chéo “X” với bộ điều hòa lực phanh

2.1. Cơ cấu bàn đạp và xilanh phanh chính

a. Xác định lực đạp ban đầu F_bd0 và lực xilanh ban đầu F_xl0

Khi hoạt động trên đường sẽ xuất hiện những dung xóc làm cho người lái luôn luôn tác động lên bàn đạp phanh, và để tránh hiện tượng hệ thống phanh luôn làm việc mà không theo ý muốn chủ quan của người lái khi bị dung xóc thì người ta tạo cho cơ cấu bàn đạp một lực F_bđ0 ban đầu. Và lực này phụ thuộc vào lực ban đầu của các lò xo.

b. Động lực học trong xilanh phanh chính

Chỉ có truyền động của bàn đạp là truyền động cơ khí còn sau đó là các truyền động thủy lực và được bắt đầu ở xilanh chính. Quá trình truyền lực thực hiện nhờ sự truyền động của dầu trong các đường ống. Ban đầu do lực F_pt từ thanh đẩy tác dụng vào piston1 tạo ra áp suất p₁ ở khoang 1 và áp suất p₁ này lại đẩy piston2 và tạo ra áp suất p₂ ở khoang 2.

Khi không có lực tác dụng F_pt = 0 thì:

x₁ = 0

2.2. Bộ điều hoà lực phanh

Trong trường hợp này ta chỉ xét đến động lực học của bộ điều hòa 1 thông số. Bộ điều hòa lực phanh hoạt động dựa trên sự chênh lệch áp suất ở hai bề mặt trước và sau của một piston bậc nhằm để điều chỉnh áp suất của dầu ra bánh trước. Mục đích là điều hoà lực phanh để cân bằng với khối lượng được di chuyển tới cầu trước trong quá trình phanh. 

Vì thế áp suất chất lỏng ở trong dẫn động phanh tới bánh trước và sau là như nhau và bằng áp suất của xi lanh chính (p₁=p₄=p_xlc1).

Khi áp suất trong dẫn động đạt áp suất bắt đầu tác dụng p_k của bộ điều hoà thì dưới tác động của sự chênh lệch áp suất van piston thắng lực lò xo và piston bị đóng lại, từ lúc này dầu chỉ di chuyển tới xylanh phanh trước để cân bằng với khối lượng di chuyển đặt lên cầu trước trong quá trình phanh. 

2.3. Đường dẫn dầu tới xilanh bánh xe

Quá trình truyền lực trên đường dẫn dầu tới xilanh bánh xe được thực hiện nhờ dầu phanh. Trước đây trong quá trình nghiên cứu động lực học của hệ thống phanh chúng ta luôn coi dầu phanh là một chất lỏng lý tưởng, dòng chảy trong đường ống dẫn là dòng chảy lý tưởng tuy nhiên trong thực tế lại hoàn toàn khác dòng chảy trong  ống là dòng chảy thực. 

2.4. Phanh và má phanh

Sau khi  dầu truyền dẫn đến xilanh phanh bánh xe thì từ xylanh phanh bánh xe sẽ sinh ra một lực để tác động lên má phanh (phanh đĩa) hoặc guốc phanh (phanh trống). Lực này chính là áp lực để gây nên lực ma sát và tạo ra mô men phanh bánh xe.

a. Lực phanh do cơ cấu phanh sinh ra

Ta có:

+ p_wỏ là áp suất ở các xilanh bánh xe;

+  A_wỏ là diện tích các xilanh bánh xe;

+ p_poỏ là áp suất cản tác dụng của quá trình phanh, p_poỏ chính là áp suất dùng để khác phục lực đàn hổi của lò xo trong phanh trống hoặc lực bật lại của đĩa phanh trong phanh đĩa.

b. Mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra là

+ Cơ cấu phanh đĩa:

+ F_wỏ là lực ép lên bề mặt tấm ma sát;

+ ỡ là hệ ma sát giữa má phanh và đĩa phanh (ỡ=C_đ)

 C_đ là tỷ số truyền của cơ cấu phanh đĩa;

+ r_đ là bán kính tác dụng của lực ma sát với đĩa phanh.

+ Cơ cấu phanh tang trống

CHƯƠNG 3

KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC 2 DÒNG KIỂU CHÉO VỚI BỘ ĐIỀU HÒA LỰC PHANH

1. Mô phỏng

Sơ đồ Simulink mô phỏng hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực 2 dòng chéo “X”:

Sơ đồ Simulink mô phỏng lực bàn đạp phanh: Như hình 3.1.

Sơ đồ Simulink mô phỏng áp suất dầu ở van điều hòa lực phanh: Như hình 3.3.

Sơ đồ Simulink mô phỏng mô men phanh tại các bánh xe: Như hình 3.7.

2. Chạy chương trình và in kết quả

% THONG SO KET CAU

a = 300e-3;    % Chieu dai ban dap phanh [m]

b = 60e-3;     % Vi tri piston xilanh chinh [m]

c = 50e-3;     % Vi tri lo xo hoi vi ban dap [m]

d = 200e-3;    % Vi tri lo xo hoi vi co cau phanh [m]

e = 300e-3;    % Khoang cach piston chot quay ccp [m]

Fkho = 100;    % Luc nen ban dau cua lo xo hoi vi ban dap [N]

Fxlo = Fk1o + Fk2o + Fko + (Fho + delta*kh*(c/b)^2);

Fbdo = Fxlo*b/a; % Fxl can thiet de dich chuyen piston [N]                            

Fbdmin = Fxlo*b/a; % Luc ban dap toi thieu [N] 

% MO PHONG CHUONG TRINH

tsim =10; %break   % thoi gian mo phong, [s]  

my_opt = simset('InitialStep', 1e-3, 'OutputVariables', 'txy');

[t,x,y] = sim('brakeXdh', [0,tsim], my_opt);

% DO THI VA IN KET QUA

disp(['Hanh trinh tu do ban dap [m]: ','Sbdo = ',num2str(Sbdo)])

disp(['Hanh trinh toan bo ban dap [m]:','Sbd = ',num2str(Sbd)])

disp(['Luc ban dap can thiet [N]:    ','Fbdo = ',num2str(Fbdo)])

disp(['Momen phanh banh xe cuc dai [Nm]:   ','Mp1 = ',num2str(Mp1)])

3. Chức năng của các khối trong mô hình SIMULINK

3.1 Constant

Khối Constant tạo nên một hàng số (không phụ thuộc thời gian) thực hoặc phức. Hằng số đó có thể là scalar, vector hay ma trận, tùy theo cách khai báo tham số Constant Value và ô Interpret vector parameters as 1-D có được lựa chọn hay không.

3.2 Ramp

Nhờ khối Ramp ta có thể tạo nên các tín hiệu dạng bậc thang hay dạng dốc tuyến tính, dùng để kích thích các mô hình SIMULINK. Trong hộp thoại Block Parameters của khối Ramp ta có thể khai báo độ dốc, thời điểm và giá trị xuất phát của tín hiệu ở đầu ra.

3.4 Sum

Đầu ra của khối Sum là tổng của các tín hiệu đầu vào. Nếu các tín hiệu vào là scalar, tín hiệu tổng cũng là scalar, tín hiệu tổng cũng là scalar. Nếu các tín hiệu vào là scalar, tín hiệu tổng cũng là scalar. Nếu đầu vào có nhiều tín hiệu hỗn hợp, Sum tính tổng từng phần tử.

3.7 Gain

Khối Gain có tác dụng khuếch đạu tín hiệu đầu vào (định dạng 1-D hay 2-D) bằng biểu thức khai báo tại ô Gain. Biểu thức đó có thể chỉ là một số hay một biến. Nhờ thay đổi giá trị của tham số Multiplication ta có thể xác định: Phép nhân của biến vào với Gain được thực hiện theo phương thức ma trận hay phần tử.

4. Kết quả mô phỏng

4.1. Lực bàn đạp và lực xilanh

Nhận xét:

Từ đồ thị trên ta thấy rằng trong hành trình đạp phanh khi lực bàn đạp bắt đầu tăng thì lúc này lực xilanh chưa tăng ngay mà phải mất một khoảng thời gian chậm tác dụng (do phải mất một phần lực để thắng được lực lò xo hồi vị ở cơ cấu phanh) sau đó lực tác dụng lên xilanh mới bắt đầu tăng lên. Trong hành trình về thì ngược lại, khi nhả phanh thì lực xilanh giảm dần lực bàn đạp cũng giảm nhưng khi lực xilanh đã về không thì lực bàn đạp vẫn chưa về không. 

4.5. Quan hệ giữa lực bàn đạp và áp suất dầu ở xilanh phanh bánh trước

Nhận xét:

Khi đạp phanh thì cần một phần lực để cần đẩy dịch chuyển trong khoảng khe hở ọ giữa cần đẩy và piston thứ nhất thì hệ thống mới bắt đầu làm việc.

5. Ảnh hưởng của các thông số tới chất lượng của hệ thống phanh

5.1. Ảnh hưởng của áp suất làm việc của van điều hòa lực phanh

Trong quá trình mô phỏng ta thay đổi các giá trị áp suất làm việc của van điều hòa lần lượt là: p_dho1=5.10⁵ kN/m², p_dho2=10.10⁵ kN/m², p_dho3=15.10⁵ kN/m² (theo thứ tự tăng dần ta thấy sự thay đổi đường đặc tính làm việc của van điều hòa, áp suất phanh bánh xe, các mối quan hệ lực bàn đạp và áp suất phanh cũng hư mối quan hệ hành trình piston và lực xi lanh. 

5.2. Ảnh hưởng của diện tích làm việc của van điều hoà (A_dhf1,A_dhf2, A_dhf3…)  đến chất lượng phanh

Khi lần lượt tăng các giá trị của diên tích làm việc của van điều hòa (A_dhf1=2.10^-3 m², A_dhf2=2,5.10^-3 m², A_dhf3=3.10^-3 m²…) thì thời điểm mô men phanh thay đổi là như nhau, nhưng giá trị mô men phanh cực đại thay đổi. Tương tự như vậy đối với áp suất dầu tới các bánh xe, quan hệ lực bàn đạp và áp suất phanh cũng có thời gian thay đổi là như nhau và chỉ khác nhau về giá trị cực đại.

KẾT LUẬN

Đồ án này đã hoàn thành dựa trên cơ sở nghiên cứu động lực học hệ thống phanh thủy lực , đồ án đa đưa ra mô hình và phương trình các phương trình trạng thái mô tả quá trình thủy động của hệ thống phanh thủy lực 2 dòng với bộ điều hòa lực phanh. Đồng thời, thông qua việc kết hợp cùng với việc sử dụng phần mềm Matlab_Simulink, đồ án đã đưa ra công cụ để khảo sát cho hệ thống phanh dẫn động thủy lực với bộ điều hòa lực phanh và những ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến chất lượng của quá trình phanh.

Với tinh thần làm việc tích cực và trách nhiệm cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. …………  và các thầy trong bộ môn, em đã hoàn thành đồ án của mình. Tuy nhiên do đồ án chuẩn bị trong thời gian ngắn, mặt khác do bản thân em còn thiếu những kinh nghiệm thực tế nên đồ án “Động lực học hệ thống phanh dẫn động thủy lực với bộ điều hoà lực phanh “ này khó tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Em rất mong được sự hướng dẫn, góp ý bổ xung của thầy và sự ủng hộ của các bạn giúp cho đồ án này được hoàn thiện và có những ứng dụng trong nghiên cứu và thực tế sản xuất.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS. …………… đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Xin cảm ơn toàn thể các thầy công tác trong bộ môn cơ khí ô tô và các thầy các cô công tác trong khoa cơ khí. Chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe và tiếp tục có những cống hiến to lớn cho sự nghiệp giáo dục cũng như sự phát triển của đất nước.

                                                                                             Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                       Sinh viên thực hiện

                                                                                      ………………..

TÀI LIÊU THAM KHẢO

1. Cấu tạo ô tô

Tác giả : Iu. I. Boropxkie, V. M. Klennhicop, A. A. Xabinhin

  Nhà xuất bản ((Mir)) Maxcơva - Liên Xô.

2. Tập bài giảng thiết kế tính toán ô tô

Tác giả PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan

3. MALLAB & SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động

Tác giả  TS. Nguyễn Phùng Quang

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Hà Nội - 2006.

4. Phanh ô tô cơ sở khoa học và thành tựu mới

Tác giả : GS.TSKH.      Nguyễn Hữu Cẩn

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Hà Nội - 2004.

5. Thủy lực và máy thủy lực.

Tác giả : TS Phùng Văn Khương và TH.S Phạm Văn Vĩnh

Trường đại học Giao thông vận tải. Hà Nội -2001.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"