MỤC LỤC
Mục lục............................................................................................................................1
Lời nói đầu...................................................................................................................... 3
Chương 1 : Lý thuyết cơ sở hệ thống phanh ABS có BAS...................................... 5
1. Khái niệm hệ thống ABS..................................................................................... 5
2. Nhiệm vụ.............................................................................................................. 5
3. Mục đích của việc bố trí hệ thống ABS trên ô tô.............................................. 5
4. Cơ sở lý thuyết..................................................................................................... 6
5. Cấu tạo và nguyên lý làm việc cơ bản của ABS............................................... 12
6. Vị trí, kết cấu và hoạt động của các bộ phận trong ABS................................. 14
7. Khái niệm cơ bản về hệ thống BAS................................................................. 21
8. Vai trò của hệ thống phanh ABS có BAS trên xe con..................................... 21
9. Đặc tính và nguyên lý hoạt động của BAS....................................................... 22
Chương 2 : Lựa chọn phương án thiết kế .............................................................. 24
1. Yêu cầu đối với xe thiết kế.............................................................................. 24
2. Một số phương án lựa chọn............................................................................. 25
2.1 Lựa chọn cơ cấu phanh........................................................................... 25
2.2 Các phương án điều khiển hệ thống ABS.............................................. 26
2.3 Lựa chọn kết cấu BAS trên hệ thống ABS............................................ 30
3. Lựa chọn phương án thiết kế........................................................................... 33
3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS.................................................. 34
3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS có BAS.................................... 37
Chương 3 : Tính toán thiết kế................................................................................... 39
1. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh...................................................................... 39
1.1. Xác định mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh............ 39
1.2. Tính toán cơ cấu phanh.......................................................................... 41
1.3. Xác định đường kính xi lanh bánh xe................................................... 46
2. Tính toán thiết kế dẫn động phanh.................................................................. 47
2.1. Sơ đồ dẫn động phanh............................................................................ 47
2.2. Xác định lực bàn đạp............................................................................. 47
2.3. Kiểm tra hành trình bàn đạp.................................................................. 49
3. Tính toán thiết kế bộ trợ lực........................................................................... 51
3.1. Nguyên lý làm việc................................................................................ 52
3.2. Xác định hệ số trợ lực........................................................................... 53
3.3. Xác định kích thước màng trợ lực........................................................ 55
3.4. Tính lò xo màng trợ lực......................................................................... 56
4. Tính toán thiết kế cụm van điện từ................................................................. 59
Kết luận......................................................................................................................... 63
Tài liệu tham khảo...................................................................................................... 65
LỜI NÓI ĐẦU
Có thể nói, nền công nghiệp ô tô trên thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ, ô tô trờ thành phương tiện vận chuyển vô cùng quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trờ thành phương tiện giao thông tư nhân không thể thiếu ở các nước có nền kinh tế phát triển. Cùng với sự phát triển không ngừng của ngành ô tô trên thế giới, Việt Nam cũng đang từng bước hội nhập với xu thế phát triển ấy.
Song song với việc phát triển ngành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho người và xe là một phần không thể thiếu. Chính vì lẽ đó các hãng xe không ngừng nâng cao và phát triển các hệ thống bảo đảm an toàn như: hệ thống phanh, dây đai an toàn, túi khí…trong đó hệ thống phanh chiếm một trong những vị trí quan trọng nhất. Khi thiết kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, ổn định ở mọi tốc độ, trong mọi tình huống, đặc biệt là những tình huống phanh gấp, qua đó nâng cao được năng suất vận chuyển cũng như tính an toàn tối đa cho người và hàng hóa.
Trên hầu hết các xe ô tô con ngày nay, ngoài việc bố trí hệ thống phanh ABS như một phần không thể thiếu của xe thì các xe hiện đại còn được trang bị thêm hệ thống BAS. Hệ thống ABS có BAS không chỉ có khả năng tự động điều chỉnh lực phanh nhằm tận dụng tối đa trọng lượng bám của xe mà còn là một hệ thống hỗ trợ người lái vô cùng hữu hiệu trong những tình huống phanh khẩn cấp. Một nghiên cứu của hãng Mercedes cho thấy, trong những tình huống phanh gấp, hơn 90 % số lái xe không phanh kịp hoặc chỉ đạp đủ lực khi đã quá muộn. Chính vì lẽ đó, người lái rất cần tới một hệ thống có thể phát hiện tình huống phanh gấp, qua đó tăng tối đa áp lực phanh.
Xuất phát từ nhu cầu của thực tiễn, đồ án tốt nghiệp hướng tới đề tài :
“Thiết kế hệ thống phanh ABS có BAS trên ô tô con năm chỗ ngồi”
Đây là một nội dung còn khá mới đối với điều kiện công nghệ ô tô ở Việt Nam. Đề tài tập trung đi vào những nôi dung cơ bản sau :
- Lý thuyết cơ sở về hệ thống phanh ABS có BAS. Ngoài việc đưa ra khái niệm, ý nghĩa của việc bố trí hệ thống trên xe con, đề tài còn trình bày cấu tạo cũng như đặc tính, nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống.
- Một số phương án thiết kế điển hình. Phân tích đánh giá ưu nhược điểm của từng phương án để từ đó có thể tìm ra hệ thống tối ưu nhất mà đề tài sẽ lựa chọn để thiết kế.
- Tính toán thiết kế các cụm cơ bản của hệ thống như : cơ cấu phanh, dẫn động phanh, bộ trợ lực, cụm van điện từ ABS.
Đồ án tốt nghiệp là kết quả của ba tháng cố gắng học tập và tìm hiểu các kiến thức về hệ thống phanh nói chung cũng như hệ thống phanh ABS có BAS nói riêng. Đồ án đã mang lại cho em những kiến thức vô cùng quý báu, giúp em tự tin hơn khi ra trường, có thể vận dụng kiến thức đã học được trên ghế nhà trường vào thực tế.
Cho phép em được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy : PGS.TS……………. đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đồ án. Đồng thời cũng cho phép em được gửi lời cảm ơn tới các thầy trong bộ môn đã tạo điều kiện để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………
CHƯƠNG 1
LÝ THUYẾT CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH ABS CÓ BAS
1. Khái niệm hệ thống ABS
Hệ thống ABS được gọi theo các chữ viết tắt của tiếng Anh : “Anti-lock Brake System" và được hiểu là thiết bị chống trượt lết bánh xe khi phanh.
2. Nhiệm vụ :
Duy trì hệ số trượt giữa bánh xe với mặt đường khi phanh trong mọi điều kiện nằm trong khoảng 10 – 30 (%) để đảm bảo hệ số bám dọc và ngang đều cao.
3. Mục đích của việc bố trí thiết bị ABS trên ô tô
Hệ thống phanh ABS là một hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh lực phanh nhằm tận dụng tối đa trọng lượng bám của xe. Hệ thống được bố trí trên xe với ba mục đích chính :
- Duy trì khả năng điều khiển ô tô bằng vành lái.
- Tạo điều kiện rút ngắn quãng đường phanh đặc biệt khi sử dụng ở đường tốt, vận tốc cao.
4.1 Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh
Trên thực tế, hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường ngoài việc phụ thuộc vào loại đường và tình trạng mặt đường còn phụ thuộc khá nhiều bởi độ trượt của bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh.
Trên các ô tô ngày nay sử dụng cả hai thông số gia tốc phanh và độ trượt của bánh xe làm thông số ngưỡng điều chỉnh thay đổi áp suất phanh của bánh xe, đồng thời sử dụng chế độ điều chỉnh mức thấp với mục đích đảm bảo khả năng quản lý độ trượt ở vùng ổn định.
4.2 Quan hệ vật lý của bám dọc, bám ngang với độ trượt ở bánh xe
Trong thực tiễn, bánh xe đồng thời thực hiện khả năng truyền lực dọc và lực bên, đồ thị quan hệ lực dọc, lực bên với hệ số bám như trên hình 1.2. Khi bánh xe biến dạng chịu lực bên, còn kèm theo sự xuất hiện góc lệch bên α ở các bánh xe.
4.3 Sự quay thân xe
Sự quay thân xe khi phanh gây nên lệch hướng chuyển động của ô tô và làm khó khăn cho việc kiểm soát quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng vành lái. Tuy nhiên sự quay thân xe xuất hiện trên cầu trước và trên cầu sau sẽ ảnh hưởng khác nhau đến quá trình phanh.
Sự quay thân xảy ra trên cầu trước. Mô tả hiện tượng này trên ô tô có cầu trước điều khiển độc lập
Mô men gây quay thân xe Mz được xác định theo biểu thức :
Mz = ( Pp1 + Pp2 )B
4.4 Kiểm soát độ trượt bánh xe
Việc điều chỉnh mô men phanh được thực hiện nhờ các thông số :
- Theo giá trị độ trượt cho trước
- Theo gia tốc góc của bánh xe bị phanh
- Theo giá trị tỷ số giữa vận tốc góc bánh xe với gia tốc chậm dần của nó.
Trong thực tế, việc xác định trực tiếp độ trượt rất khó khăn, đặc biệt là khi phanh gấp trên nền trơn, giá trị độ trượt nhanh chóng vượt qua giới hạn độ trượt tối ưu, bộ ECU của ABS sẽ tính toán thông qua các giá trị khác như vận tốc góc, gia tốc góc của bánh xe và gia tốc dài của xe.
6. Vị trí, kết cấu và hoạt động cơ bản của các bộ phận trong hệ thống ABS
6.1 Cảm biến tốc độ bánh xe
Nhiệm vụ: Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ cơ bản là biến chuyển động quay của bánh xe tương ứng thành tín hiệu điện áp xoay chiều có tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quay của bánh xe.
Cấu tạo: Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cửu để từ hoá cuộn dây, 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 số lượng cảm biến thay đổi theo kiểu xe
Nguyên lý làm việc :
Khi bánh xe quay, các cảm biến tạo ra các tín hiệu điện từ. Những cảm biến này được ví như "con mắt" của bộ điều khiển điện tử (ECU), giúp cho ECU cảm nhận được tốc độ và tình trạng bị khóa của bánh xe. Mỗi cảm biến có sử dụng cơ cấu roto bánh răng, còn được gọi là "vòng cảm biến", "vòng kích thích" hay "vòng từ trở", được gắn trên may ơ hoặc trục bánh xe và cùng quay với bánh xe.
Khi bánh răng của vòng cảm biến đi ngang qua cuộn dây cảm biến, một tín hiệu điện xoay chiều được tạo ra. Tần số tín hiệu tăng khi tốc độ bánh xe tăng. Nếu bánh xe đứng yên, tần số tín hiệu cảm biến sẽ bằng 0. Hệ thống đánh giá logic trong bộ điều khiển điện tử sẽ hình thành một tốc độ chuẩn của xe để theo đó mà tác động trong quá trình điều khiển của phanh.
6.3 Bộ điều khiển điện tử
Bộ điều khiển điện tử ECU (có tài liệu viết là EBCM ) là một bộ vi xử lý, có bộ nhớ khoảng 8kb.
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến tốc độ và tạo tín hiệu điều khiển tác động lên các van điều tiết. ECU sẽ so sánh tốc độ của mỗi bánh xe với nhau và với dữ liệu của chương trình lưu trong bộ nhớ của nó. Khi ECU nhận thấy tần số tín hiệu của một bánh xe nào đó giảm rất nhanh, nó sẽ phát tín hiệu điều khiển đến van điều tiết của các bánh xe đó.
6.5 Hệ thống van
Các mô đun điểu khiển ABS là các van điện tử điều chỉnh áp suất dẫn tới xy lanh bánh xe. Mỗi kênh điều khiển của xe bố trí các mô đun điểu khiển theo hai dạng
- Mỗi kênh sử dụng 1 van 3 vị trí ( mô đun 3 vị trí )
- Mối kênh sử dụng 2 van 2 vị trí ( mô đun gồm 2 van 2 vị trí ).
7. Khái niệm cơ bản về BAS
Thiết bị hỗ trợ phanh BAS (Braking Assistant System) là thiết bị hỗ trợ người lái khi phanh gấp (do hoảng hốt). Thiết bị này có thể nâng cao áp suất dầu phanh dưới tác động của người lái.
- Nhận được tình trạng phanh gấp, để tăng áp suất phanh được theo yêu cầu của lái xe đến mức áp suất phanh cao ở các bánh xe sao cho tất cả các bánh xe có thể đạt tới giá trị độ trượt giới hạn.
- Cung cấp dầu có áp suất cao tới các xy lanh bánh xe
- Kết hợp với hệ thống ABS để đảm bảo các bánh xe không xảy ra hiện tượng bó cứng khi phanh.
8. Vai trò của hệ thống phanh ABS có BAS trên ô tô con
Khi xe chuyển động trên đường, những tình huống bất ngờ có thể xảy ra và người lái tiến hành đạp phanh khẩn cấp với mong muốn phát huy hết hiệu quả phanh. Bình thường, nếu nhấn hết bàn đạp phanh, hệ thống ABS có thể phát huy tối đa tính hiệu quả, nhưng nó có thể không đáp ứng nếu áp suất phanh chưa đủ lớn. Chính vì lẽ đó, người lái rất cần tới một hệ thống có thể phát hiện những tình huống phanh gấp để từ đó gia tăng nhanh áp lực phanh.
9. Đặc tính và nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống BAS
Đặc tính phanh và nguyên tắc hoạt động của hệ thống ABS + BAS được mô tả trên đồ thị hình 1.11
Phần cơ khí sử dụng xy lanh có trợ lực chân không tiếp nhận yêu cầu phanh của lái xe. Khi lái xe đạp phanh bình thường, áp suất phanh tăng dần theo quy luật trợ lực do lái xe tác động.
Mỗi khi áp suất đo được nhỏ hơn giá trị yêu cầu (nhả chân phanh), hệ thống nhận biết được yêu cầu của lái xe và giảm dần áp suất phanh. Trong trường hợp đó, ECU-BAS tác dụng chuyển mạch điều khiển sang chế độ phanh thông thường. Sự điều chỉnh được chuyển êm dịu theo tín hiệu áp suất đo được. Lái xe tiếp tục phanh xe với hệ thống không có thiết bị hỗ trợ.
CHƯƠNG 2
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1. Yêu cầu đối với xe thiết kế
- Đề tài lựa chọn thiết kế xe con 5 chỗ ngồi, hoạt động thường xuyên trên đường tốt, có vận tốc cao, phân bố tải trọng 50/50 do đó xe được lựa chọn để thiết kế là loại xe có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động.
- Đảm bảo khả năng phanh xe, tiêu hao động năng là lớn nhất.
- Xe con thường yêu cầu tính tiện nghi cao, đảm bảo khả năng tạo cảm giác thoải mái nhất cho người lái do đó cần bố trí bộ trợ lực lái để giảm nhẹ lực điều khiển cho người sử dụng.
2. Một số phương án lựa chọn :
2.1 Lựa chọn cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh trên ôtô.
Cơ cấu phanh được lựa chọn để thiết kế trong đồ án tốt nghiệp là cơ cấu phanh đĩa truớc và sau. Cơ cấu phanh đĩa loại đĩa quay là loại đĩa phanh được bắt chặt với may ơ bánh xe nhờ các bu lông. Khi người lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì dầu phanh từ xi lanh chính với áp suất cao được đưa vào xi lanh chính làm piston đẩy má phanh ép vào đĩa phanh, đồng thời với áp suất dầu cao làm cho giá đỡ được đẩy với chiều lực đẩy ngược lại, làm giá đỡ trượt trên chốt trượt ép má phanh còn lại vào tấm ma sát và thực hiện quá trình phanh.
2.2 Các phương án điều khiển hệ thống ABS
Có rất nhiều phương án có thể lựa chọn để bố trí điều khiển hệ thống ABS, có thể kể đến các loại điển hình như :
- Cơ cấu chấp hành 4 van 3 vị trí
- Cơ cấu chấp hành 6 van 2 vị trí
- Cơ cấu chấp hành 8 van 2 vị trí
2.2.1 Cơ cấu chấp hành dùng 4 van 3 vị trí
Với phương án này tín hiệu được đưa từ các cảm biến bánh xe đến hộp ECU-ABS. Đồng thời một tín hiệu được đưa từ công tắc đèn phanh đến hộp để báo cho biết xe đang trong quá trình phanh. Căn cứ vào các tín hiệu được đưa tới, chương trình sẽ tính toán và quyết định cấp tín hiệu để điều khiển các van.
2.2.2 Cơ cấu chấp hành dùng 6 van 2 vị trí
Mạch thủy lực ABS với 6 van 2 vị trí dẫn động T trình bày trên hình 2.3.
Hệ thống được bố trí cho dẫn động phanh kiểu T với 3 cảm biến tốc độ và 3 kênh điều chỉnh (2+1). So với loại mô đun 3 vị trí, loại mô đun 2 van 2 vị trí có khả năng dịch chuyển con trượt ngắn, nên trên một số cấu trúc không bố trí van một chiều hồi dầu nhanh.
Hai kênh bố trí trên cầu trước độc lập (IRM). Một kênh cho hai bánh xe sau. Để đảm bảo hạn chế áp suất ra cầu sau tránh bị sớm tăng độ trượt tới giới hạn điều chỉnh, trên mạch dẫn ra cầu sau sử dụng van giảm áp suất.
2.3 Lựa chọn kết cấu BAS trên hệ thống ABS
2.3.1 Hỗ trợ trực tiếp từ xy lanh chính (Kiểu A “Emerrgency Valve Assist”)
Phần cơ khí sử dụng xy lanh có trợ lực chân không tiếp nhận yêu cầu phanh của lái xe. Trong trạng thái điều khiển bình thường của bàn đạp phanh, lực trợ lực phanh thông thường xuất hiện. Khi lái xe đạp phanh nhanh khẩn cấp, van điện từ làm việc tăng thêm lực đẩy cho cần đẩy piston xy lanh chính tạo áp lực dầu tới có mức cao hơn.
Sơ đồ khối một hệ thống thủy lực ABS+BAS kiểu A mô tả trên hình 2.5
2.3.2 Hỗ trợ từ bơm dầu (Kiểu B “Smart Booster”)
Các cảm biến đóng mạch phanh, cảm biến hành trình bàn đạp, cảm biến áp suất sau xy lanh chính giống như kiểu A. Ở kết cầu này sự tiếp nhận yêu cầu phanh của lái xe xảy ra nhờ hành trình bàn đạp phanh và mở đường dầu kích hoạt hiệu quả của trợ lực phanh.
Trong trạng thái điều khiển bình thường của bàn đạp phanh, lực trợ lực phanh thông thường xuất hiện. Khi sự thay đổi hành trình bàn đạp nhanh hơn các giá trị yêu cầu, thiết bị hỗ trợ được kích hoạt làm việc. Nếu lái xe hạ thấp lực bàn đạp dưới hành trình kích hoạt, thiết bị hỗ trợ được ngắt. Lái xe lại có thể phanh xe không có tác dụng hỗ trợ phụ (không có hiện tượng nháy bàn đạp phanh).
Sơ đồ khối của hệ thống phanh ABS + BAS được mô tả trên hình 2.7
3. Lựa chọn phương án thiết kế :
Đồ án lựa chọn mô đun 2 van 2 vị trí bởi ngoài việc sử dụng mô đun hình thành bởi tổ hợp 2 van 2 vị trí cho mạch điều khiển đảm nhận chức năng tương tự như mô đun 3 vị trí, mô đun 2 van 2 vị trí còn có nhiều ưu điểm nổi bật :
- Một van 2 vị trí thực hiện chức năng đóng và mở đường dầu, tổ hợp 2 van 2 vị trí thực hiện dễ dàng các chức năng tăng áp, giữ áp và giảm áp của mạch điều chỉnh áp suất.
- Mỗi van chỉ bao gồm 2 vị trí đối ngược nhau (ON, OFF), tương ứng với các trạng thái cấp và ngắt đường dầu qua một van khi con trượt trong vỏ di chuyển. Mạch logic điều khiển này tạo thuận lợi với hệ cấp tín hiệu hai mức điện áp, nâng cao độ tin cậy của hệ thống, rút ngắn khoảng thời gian chậm tác dụng và nâng cao tần số điều khiển.
3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống khi ABS hoạt động chưa có sự hỗ trợ của BAS
3.1.1 Chế độ phanh trước giới hạn điều chỉnh :
Khi phanh bình thường (hình 2.9), tín hiệu điều khiển không được đưa vào ECU-ABS, ECU-ABS không cấp điện cho các van điện từ A và van điện từ B, van A mở, còn van B đóng.
3.1.2 Chế độ giữ áp
Nếu bánh xe bị phanh tới giới hạn độ trượt cần điều chỉnh ( gia tốc phanh hoặc độ trượt giới hạn), thông tin từ cảm biến về tốc độ bánh xe gửi tới ECU-ABS, ECU-ABS thực hiện duy trì áp suất dầu bằng cách : chuyển tín hiệu đến van A và ngắt mạch cấp dầu, trong lúc van B vẫn đóng kín đường thoát dầu. Áp suất dầu trong xy lanh bánh xe không thay đổi tạo nên chế độ giữ áp suất dầu. Mô men phanh không tăng được, duy trì độ trượt của bánh xe.
3.1.4 Chế độ tăng áp trở lại (Hình 2.9 )
Nếu độ trượt của bánh xe đột ngột giảm quá giới hạn tối ưu cho phép, thông tin từ cảm biến về tốc độ bánh xe gửi về ECU-ABS. ECU-ABS thực hiện tăng áp suất dầu bằng cách : đưa tín hiệu đến van A và mở mạch cấp dầu, cắt tín hiệu đến van B ngắt đường thoát dầu sang bình dự trữ. Chế độ làm việc của mạch điều chỉnh áp suất thực hiện như trên hình 2.9. Áp suất dầu trong xy lanh bánh xe được tăng dần, mômen phanh trong cơ cấu phanh tăng, độ trượt lại tăng tới giới hạn yêu cầu.
3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống khi ABS làm việc kết hợp cả BAS
Bộ phận chấp hành của hệ thống ABS có thêm một cụm van điện từ chuyển mạch hỗ trợ phanh khẩn cấp được điều khiển bởi ECU-ABS. Van chuyển mạch BAS được đặt trong blok thủy lực nằm giữa xy lanh chính và blok thủy lực.
Lúc này, van chuyển mạch BAS và van hồi dầu B đóng, van A mở. Dầu đi từ bơm qua van cấp dầu A đến thẳng xy lanh bánh xe. Vì dầu có áp suất cao nên xe được phanh khẩn cấp một cách nhanh chóng.
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
1. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh
1.1. Xác định mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh
Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
Khác với các hệ thống phanh thông thường, hệ thống ABS đòi hỏi tiêu hao động năng độc lập, do đó trong tính toán thiết kế chọn tiêu hao động năng lớn nhất theo tải trọng thẳng đứng.
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe, mômen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh được tính theo công thức :
Ở cầu trước:
Ta có:
G : Trọng lượng của ôtô khi đầy tải G = 19700 (N)
L : Chiều dài cơ sở của ôtô L = 2,775 (m)
a : Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trước a =1,416 (m)
b : Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau b =1,359 (m)
hg : Chiều cao trọng tâm xe hg =0,512 (m)
g : Gia tốc trọng trường. g = 10(m/s2)
JPmax : Gia tốc chậm dần cực đại tính toán khi phanh : JPmax = g. φ = 10.1 = 10 (m/s2)
Vậy thay số được: rbx = 0,310 (m)
Thay các giá trị vào (1), (2) ta được :
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu cầu trước là : M1 = 1496 (N.m)
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là: M2 = 1558 (N.m)
1.2 Tính toán cơ cấu phanh
1.2.1 Xác định kích thước cơ bản
Từ đó ta cần lực ép tác dụng lên má phanh là:
P1 = 16260 (N)
P2 = 16936 (N)
m : Trọng lượng đặt lên mỗi bánh xe.
Đối với bánh xe trên cầu trước : m1 = 4825 (N)
Đối với bánh xe trên cầu sau : m2 = 5025 (N)
P : tỷ số đánh giá thời hạn làm việc của má phanh. Chọn P = 2,5.104 (kg/m2)
Vì trên mỗi cầu có 2 cơ cấu tương ứng với 4 bề mặt làm việc của má phanh : F = 0,0875 (m2)
1.2.2 Tính công ma sát riêng L
Mục đich tính công ma sát riêng là để đảm bảo khả năng hao mòn của má nằm trong giới hạn cho phép.
Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ô tô chạy với tốc độ khi bắt đầu phanh như sau :
Như vậy công ma sát riêng L trên mỗi cầu đều thoả mãn điều kiện: L < [L] < 400 - 100 (J/m2)
1.2.4 Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh
Trong quá trình phanh, động năng của ô tô chuyển thành nhiệt năng ở đĩa phanh và một phần thoát ra môi trường không khí.
t0 : Sự tăng nhiệt độ của đĩa phanh so với môi trường không khí.
G : Trọng lượng phân bố lên mỗi cầu
Trên cầu trước : G1 = 4825 (N)
Trên cầu sau : G2 = 5025 (N)
V1 : Vận tốc khi ô tô bắt đầu phanh.
V1 = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)
V2 : Vận tốc khi xe dừng hẳn. V2 = 0
c : Nhiệt dung của chi tiết bị nung nóng đối với thép và gang., c = 500 (J/kg độ)
Sự tăng nhiệt độ đĩa phanh trên cầu trước là : t1 = 3,380
Sự tăng nhiệt độ đĩa phanh trên cầu sau là : t2 = 8,720
Vậy sự tăng nhiệt độ đĩa phanh trên cả 2 cầu đều thoả mãn điều kiện: t0 < 150
1.3. Xác định đường kính xi lanh bánh xe
Thay các số liệu trên vào ta được:
Đường kính xi lanh bánh xe phía trước : d1 = 48 (mm)
Đường kính xi lanh bánh xe phía sau : d2 = 49 (mm)
Để thuận tiện trong quá trình thiết kế và sản xuất, ta đồng hóa kich thước đường kính xy lanh bánh xe phía trước và phía sau : d1 = d2 = 49 (mm)
2. Tính toán thiết kế dẫn động phanh
2.1. Sơ đồ dẫn động phanh :
Khi tính toán dẫn động phanh bằng thuỷ lực, trước tiên cần xác định kích thước đường kính xi lanh làm việc ở bánh xe ( cơ cấu phanh )
Như trên ta đã xác định được :
Đường kính xi lanh bánh xe phía trước : d1 = 49 (mm)
Đường kính xi lanh bánh xe phía sau : d2 = 49 (mm)
2.3. Kiểm tra hành trình bàn đạp
Hành trình toàn bộ của bàn đạp đối với dẫn động phanh thuỷ lực được tính trên cơ sở bỏ qua biến dạng đàn hồi của dẫn động chất lỏng và trên cơ sở tính thể tích chất lỏng cần ép ra khỏi xi lanh chính.
l,l’ : Các kích thước đòn của bàn đạp.
x1 và x2 : hành trình piston của các xi lanh làm việc ở cơ cấu phanh trước và sau. Ta có x1 = x2 = 0,8 (mm)
Ta có: h = 126 (mm)
3. Tính toán thiết kế bộ trợ lực
Kết cấu của bộ cường hoá chân không như hiinhf 3.5
3.1 Nguyên lý làm việc :
Trạng thái không đạp phanh : Van khí 29 được nối với cần điều khiển van và bị kéo sang phải do lò xo hồi van khí 23. Van điều khiển 27 bị đẩy sang trái bởi lò xo van điều khiển 28. Nó làm cho van khí 29 tiếp xúc với van điều khiển 27. Khí bên ngoài sau khi đi qua lọc khí 25 bị chặn lại không vào được buồng áp suất thay đổi B. Lúc này van chân không 31 bị tách ra khỏi van điều khiển 27 làm thông giữa cửa K và E.
Khi nhả phanh : Khi nhả bàn đạp phanh, cần điều khiển van và van khí 29 bị đẩy sang phải nhờ lò xo hồi van khí 23 và phản lực của xi lanh phanh chính, làm cho van khí 29 tiếp xúc với van điều khiển 27, đóng đường thông giữa khí trời với buồng áp suất thay đổi B. Cùng lúc đó van khí cũng nén lò xo van điều khiển lại, vì vậy van van điều khiển bị tách ra khỏi van chân không làm thông cửa K và E.
Khi không có chân không : Khi bộ cường hoá bị hỏng, không có sự chênh áp giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất thay đổi, trợ lực phanh ở trạng thái không hoạt động, piston bị đẩy sang phải bởi lò xo màng.
3.2. Xác định hệ số trợ lực
Để người lái có thể đạp phanh nhẹ nhàng, ta chọn Pc = 200 (N)
Suy ra K = 2,49
Ta xây dựng được đường đặc tính của bộ trợ lực như 3.7.
3.3. Xác định kích thước màng trợ lực :
Để tạo được lực tác dụng lên thanh đẩy piston thuỷ lực phải có độ chênh áp giữa buống A và buồng B tạo nên áp lực tác dụng lên piston xy lanh chính .
Xét sự cân bằng của màng trợ lực 16 ta có phương trình sau :
Pxlc = Pch - Phv
Mặt khác ta lại có :
Pch = Smàng. Dp (2)
Smàng : Diện tích màng trợ lực.
Dp : Độ chênh áp phía trước và phía sau màng trợ lực. Lấy Dp = 0,5 bar ứng với tốc độ làm việc không tải của động cơ khi phanh .
Từ (1) và (2) suy ra : Smàng = 0,0267 (m2)
Vậy ta có đường kính màng trợ lực là : Dmàng = 1847 (184)
Như vậy màng 3 của bộ trợ lực có giá trị bằng 184 (mm) để đảm bảo áp suất trợ lực cực đại.
3.4. Tính lò xo màng trợ lực :
Lò xo piston xilanh chính được tính toán theo chế độ lò xo trụ chịu nén.
Chọn vật liệu lò xo : thép nhiều cacbon, theo bảng số liệu trong giáo trình cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy ta có : [t] = 510 MPa = 510.106 (N/m2)
Suy ra : d = 6 (mm)
Từ đó tính được đường kính trung bình :
D = c.d = 15.6= 90 mm.
* Số vòng làm việc của lò xo
Ta có:
u : Độ chuyển vị của lò xo khi ngoại lực tăng từ giá trị nhỏ nhất Fmin tới giá trị lớn nhất Fmax . Lấy u = 32 (mm) = 0,032 (m)
G : Môđun đàn hồi vật liệu. G = 8.1010 (N/m2).
Fmin : Lực lắp lò xo. Fmin = 333 (N)
=> Thay số ta được: n = 7 (vòng)
* Ứng suất của lò xo
Trên thực tế chiều dài nén của lò xo bằng với tổng hành trình của 2 piston thứ cấp và sơ cấp. Từ đó ta kiểm tra được ứng suât xoắn sinh ra ở thớ biên lò xo là:
k : Hệ số tập trung ứng suất.
Plx : Lực lớn nhất tác dụng lên lò xo. Plx = Fmax = 450 (N)
Dtb : Đường kính trung bình của vòng lò xo. D = 90 mm.
d : Đường kính dây. d = 6 mm.
=> Thay số ta được: t = 507 MPa
Lò xo làm bằng thép nhiều cacbon có [t] = 507(MPa), so sánh thấy t < [t] = 510(MPa)
Vậy điều kiện bền xoắn dược đảm bảo.
4. Tính van thủy lực điện từ cho van ABS
d : đường kính ngoài ống từ thông. d = 15.10-3 (m)
d1 : đường kính trong ống từ thông. d1 = 4.10-3 (m)
h : chiều dài ống từ thông. h = 26.10-3 (m)
=< Thay số được: m =33 (g)
Đường kính dây quấn :
Thay số được: ddp = 0,03 (mm)
Số vòng cuộn dây w :
(I.w) : Suất từ động của cuộn dây. (Iw) = 2,77 (A)
q : tiết diện dây quấn. q = 9.10-10 (m2)
j : Mật độ dòng điện trong dây quấn ở chế độ làm việc dài hạn. j = 1,5 - 4(A/mm2). Chọn j = 1,5.106 (A/m2)
=> w = 2054 (vòng)
KẾT LUẬN
Đề tài “Thiết kế hệ thống phanh ABS có BAS” là một đề tài còn khá mới nhưng lại được ứng dụng rất nhiều trong thực tiễn. Đây là một đề tài thiết thực, không chỉ góp phần nâng cao kiến thức trong nhà trường mà còn là cơ sở phục vụ việc khai thác sử dụng đúng, đồng thời hỗ trợ cho công tác thiết kế hệ thống phanh hiện đại đang được khai thác ở Việt Nam, đáp ứng được xu hướng phát triển không ngừng của nền công nghiệp ô tô trên thế giới nói chung cũng như ở Việt Nam nói riêng.
Để phù hợp với một hệ thống phanh hiện đại trên xe con ngày nay, đề tài đã lựa chọn cơ cấu phanh đĩa loại giá di động với các số liệu cơ bản như sau :
- Đường kính xy lanh bánh xe dtrước = dsau = 49 (mm)
- Đường kính xy lanh chính D = 18 (mm)
- Lực bàn đạp khi không có trợ lực : P = 498 (N)
- Hành trình bàn đạp tối đa : h = 126 (mm).
Cơ cấu phanh được thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp trong lòng bánh xe. Khả năng thoát nhiệt tốt, các chi tiết đảm bảo đủ bền, đường ống dẫn dầu có khả năng chịu được áp suất cao. Đề tài đã cố gắng lựa chọn những kết cấu đơn giản nhưng vẫn đạt hiệu quả cao, phù hợp với toàn bộ hệ thống chung, đảm bảo làm việc tốt trong mọi điều kiện.
Để giảm nhẹ sức lao động cho người lái, đề tài đã thiết kế bộ trợ lực phanh với kích thước nhỏ gọn nhưng vẫn có khả năng giảm thiểu tối đa lực trên bàn đạp cho người lái :
- Lực bàn đạp tính toán : P = 200 (N)
- Đường kính màng trợ lực : D = 184 (mm)
- Hệ số trợ lực : K = 2,49
Ngoài kết cấu của một hệ thống phanh như trên các xe con thông thường khác, đề tài còn đi sâu vào tìm hiểu hệ thống ABS có BAS. Trong vài năm trở lại đây, hệ thống ABS có BAS là một phần không thể thiếu trên các xe con hiện đại. Dù đây còn là một vấn đề khá mới với điều kiện công nghệ ô tô ỏ Việt Nam nhưng lại là rất cần thiết, do đó đề tài đã thiết kế tính toán cụm van điện từ hai vị trí, xây dựng các mạch dẫn động điều khiển, tìm hiểu quá trình biến động áp suất điều khiển, hỗ trợ việc sử dụng hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp trên ô tô con.
Sau khi đi vào tìm hiểu, phân tích những hệ thống đang được sử dụng hiện nay trên các xe, đề tài đã lựa chọn ra một hệ thống tối ưu, phù hợp với xe thiết kế, đồng thời có khả năng hoạt động tốt trên nhiều loại mặt đường khác nhau, đem lại cảm giác thoải mái, tiện nghi cho người sử dụng. Hệ thống ABS có BAS mà đề tài lựa chọn không chỉ đảm bảo các yêu cầu đối với một hệ thống phanh nói chung mà còn có khả năng gia tăng nhanh áp suất với hiệu quả áp suất thu được là cao nhất, không gây nên cảm giác hẫng lực bàn đạp như đối với một số kết cấu BAS khác. Bên cạnh đó, với cấu trúc mà đề tài đã lựa chọn, hệ thống còn dễ dàng tổ hợp với các kết cấu khác như VSC, TRC để mở rộng chức năng của một hệ thống ABS thông thường.
Với thời lượng 14 tuần để hoàn thành đề tài và 1 phần kiến thức còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp của em không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy trong hội đồng và bộ môn để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin đảm bảo những số liệu đã tính toán được trong đề tài là chính xác, rõ ràng. Em đã đối chiếu số liệu với các xe tham khảo và thấy rằng các số liệu tính toán được hợp lý, phù hợp với các loại xe con thông thường hiện nay, có thể ứng dụng trong thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cấu tạo gầm xe con
Tác giả : PGS. TS. Nguyễn Khắc Trai
Nhà xuất bản : Giao thông vận tải (2003)
2. Tập bài giảng thiết kế tính toán ôtô
Tác giả : PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan
Nhà xuất bản : ĐHBK Hà Nội (2007)
3. Hướng dẫn thiết kế hệ thống phanh ôtô máy kéo
Tác giả : Dương Đình Khuyển
Nhà xuất bản : ĐHBK Hà Nội (1995)
4. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1 và 2)
Tác giả : Trịnh Chất – Lê Văn Uyển
Nhà xuất bản : Giáo dục (1998)
5. Hướng dẫn làm bài tập dung sai
Tác giả : PGS, TS. Ninh Đức Tốn – TS. Đỗ Trọng Hùng
Nhà xuất bản : ĐHBK Hà Nội (2000)
6. Lý thuyết ô tô máy kéo
Chủ biên : Nguyễn Hữu Cẩn
Nhà xuất bản : Khoa học và kỹ thuật (2007)
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"