MỤC LỤC

MỤC LỤC.......1

LỜI NÓI ĐẦU.. 3

Chương I. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 4

1. Hệ thống phanh – vai trò và yêu cầu. 4

2. Lựa chọn cơ cấu phanh. 6

3. Lựa chọn dẫn động phanh 8

3.1. Dẫn động cơ khí 9

3.2. Dẫn động thủy lực. 9

3.3. Dẫn động phanh bằng khí nén. 9

3.4. Dẫn động phanh kết hợp thủy lực  khí nén. 10

3.5. Kết luận. 11

4. Lựa chọn sơ đồ dẫn động phanh có ABS và ASR cho xe thiết kế 12

4.1. Phương án tham khảo: sơ đồ dẫn động HTP ABS khí nén. 13

4.2. Phương án 1:. 14

4.3. Phương án 2:. 15

4.4. Phương án 3:. 16

4.5. Kết luận lựa chọn sơ đồ:. 17

4.6. Cấu trúc và nguyên lý của sơ đồ lựa chọn:. 17

Chương II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ABS VÀ ASR THIẾT KẾ.. 20

1. Vai trò của hệ thống ABS và lý thuyết cơ bản về ABS. 20

1.1. Tầm quan trọng của hệ thống ABS. 20

1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS cơ sở :. 22

2. Lý thuyết ASR và nguyên lý làm việc:. 24

2.1. Khái niệm cơ sở:. 24

2.2. Nguyên lý làm việc cơ bản của hệ thống ASR:. 24

3. Nguyên lý làm việc của hệ thống thiết kế. 25

3.1. Nguyên lý hoạt động của ABS thiết kế. 25

3.2. Nguyên lý điều khiển hệ thống ABS. 27

3.3. Nguyên lý điều khiển hệ thống ASR:. 29

4. Các bộ phận chức năng của hệ thống :. 30

4.1. Cảm biến tốc độ:. 30

4.2. Bộ điều khiển trung tâm ECU ABS :. 31

4.3. Van điều khiển áp suất ABS :. 32

4.4. Van ASR : 35

Chương III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.. 38

1. Một số chi tiết chính. 39

2. Xác định mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh:. 39

3. Xác định lực phanh trên cơ cấu phanh:. 41

4. Xác định các thông số guốc phanh:. 43

5. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh:. 44

6. Tính bền guốc phanh:. 45

Các thông số của tiết diện guốc phanh. 45

Chương IV. TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH.. 55

1. Xác định các thông số xy lanh bánh xe:. 55

2. Xác định các thông số xy lanh khí nén thuỷ lực:. 56

3. Tính van ASR:. 60

KẾT LUẬN.. 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 64

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, xã hội phát triển và ngành giao thông vận tải cũng có những bước phát triển vượt bậc. Đi cùng với sự phát triển đó là nhu cầu đi lại của con người ngày một cao. Mặc dù ngành công nghiệp tô và đường bộ khá phát triển nhưng vẫn chưa đáp ứng được đủ nhu cầu đó. Vì thế mà ô tô buýt đường dài được xem là một giải pháp khá hiệu quả.

 Đặc điểm của loại xe này là có kích thước và khối lượng lớn để làm tăng tính hiệu quả kinh tế của việc vận chuyển đường dài. Do tính chất là loại xe chở người đường dài mà loại xe này có những yêu cầu đặc biệt về khả sự an toàn cũng như khả năng thích ứng với sự thay đổi đa dạng của chất lượng bề mặt đường. Mà tố trực tiếp và quyết định về sự an toàn của ô tô chính là hệ thống phanh trang bị trên xe. Chính vì thế mà hệ thống phanh đã được đặc biệt chú ý khi thiết kế và ngày càng được hoàn thiện. Hiện nay, nhiều cụm điều khiển điện tử được đưa vào để điều khiển nhằm tối ưu sự hoạt động của hệ thống phanh như hệ thống ABS, BAS, ASR, EDC…

Trên cơ sở đó, em đã được giao đề tài:

“Thiết kế hệ thống phanh có ABS và ASR cho ô tô buýt chạy đường dài”.

Nhận thức được tầm quan trọng của của hệ thống phanh và các cụm điều khiển điện tử đối với hệ thống, đề tài đã được tiến hành với các nội dung cơ bản sau:

- Lựa chọn cơ cấu phanh, dẫn động phanh và thiết kế sơ đồ dẫn động phanh.

- Phân tích kết cấu và nguyên lý của các hệ thống ABS và ASR trên ô ô thiết kế.

- Tính toán thiết kế cơ cấu phanh và hệ dẫn động phanh đã lựa chọn.

Đề tài đã được thực hiện tại bộ môn Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DÙNG, trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. Tuy đã gặp một số khó khăn trong quá trình thiết kế nhưng đều đã vượt qua nhờ sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn. Kết quả đề tài đã được hoàn thành sau hơn 14 tuần thực hiện.

Chương I

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1. Hệ thống phanh – vai trò và yêu cầu:

Ô tô nói chung là phương tiện giao thông vận tải đường bộ có khả năng vận tải hàng hóa, hành khách phục vụ mục đích phát triển kinh tế xã hội, quân sự. Cùng với sự phát triển của xã hội, hiện nay ô tô cũng đã phát triển và khá đa dạng về chủng loại cũng như kết cấu.

Ô tô buýt là loại phương tiện vận tải chuyên dùng để chuyên chở hành khách và hành lý của họ với số lượng nhiều hơn 9. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng ô tô buýt được chia làm nhiều loại như ô tô buýt loại nhỏ, ô tô loại tiêu chuẩn, loại 2 tầng, 2 thân.

Với xu hướng ngày nay thì hầu hết các ô tô đều trang bị hệ thống phanh có ABS, đặc biệt là với các xe có tải trọng lớn và các xe chạy đường dài. Hệ thống này có vai trò hết sức quan trọng đối với hiệu quả hoạt động của hệ thống phanh. 

Đặc điểm của xe thiết kế là loại ụ tụ buýt lớn chở khỏch chạy đường dài nên đũi hỏi tớnh an toàn rất cao. Vỡ vậy, hệ thống phanh kể cả phanh chõn và phanh tay phải được thiết kế hoàn thiện nhằm thỏa món những yờu cầu cơ bản  sau để đảm bảo an toàn cao cho khách hàng và cũng đảm bảo giỏ thành hợp lý :

- Có hiệu quả phanh cao nghĩa là đảm bảo điều khiển theo ý muốn, quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm;

- Phanh êm dịu để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi phanh;

- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển không lớn mà vẫn đảm bảo được lực phanh yêu cầu;

- Hiệu quả phanh ít thay đổi kể cả khi phanh liên tục nhiều lần;- Dẫn động phanh có độ nhạy cao;

3. Lựa chọn cơ cấu phanh:

Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen trên bánh xe nhằm chuyển động năng của ô tô thành các dạng năng lượng khác (như nhiệt năng) khi phanh ôtô. Trong quá trình sử dụng thì cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp làm giảm tốc độ góc củ bánh xe và có những yêu cầu cao về hiệu quả phanh, 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 

- Cơ cấu phanh nhiều đĩa dùng ma sát ướt :

Đây là loại phanh nhiều đĩa ngâm trong dầu dùng ma sát ướt. Đặc điểm của loại này là có hệ số ma sát ổn định, thoát nhiệt tốt do cơ cấu được ngâm trong dầu. Cơ cấu phanh nhiều đĩa dùng ma sát ướt có thể tạo ra được lực phanh rất lớn do sử dụng nhiều đĩa ma sát. Nhưng loại này có nhược điểm là kết cấu và điều khiển khá phức tạp, khó chăm sóc bảo dưỡng, có giá thành cao. Loại này dùng phổ biến trên các xe chuyên dùng có trọng tải lớn.

- Cơ cấu phanh tang trống :

Loại này có khả năng tạo ra lực phanh lớn và ổn định với lực điều khiển nhỏ. Cơ cấu này đòi hỏi vật liệu không cao và kết cấu cũng không quá phức tạp, dễ chăm sóc bảo dưỡng. Đây là loại cơ cấu truyền thống sản xuất hang loạt với số lượng lớn nên giá thành rẻ,

3.4. 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 ưu điểm 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 điểm này cũng không đáng kể, do đó cũng không khắc phục được nhiều nhược điểm của 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 và lớn. Hệ thống phanh này dùng chất lỏng (dầu) điều khiển cơ cấu phanh thông qua xylanh bánh xe như hệ thống phanh thủy lực, việc tạo áp lực cho dòng chất lỏng này được thực hiện nhờ hệ thống  cung cấp khí nén qua van phân phối tới xylanh khí nén thủy lực.

3.5. Kết luận

Từ tất cả các phân tích trên ta thấy : Đối với xe buýt đường dài 54 chỗ có tải trọng lớn, yêu cầu về lực phanh lớn. Hơn nữa do là ô tô chở người nên sự đảm bảo về thời gian tác dụng nhanh và êm dịu của hệ thống phanh cũng được đặc biệt qua tâm. Do vậy ta chọn dẫn động cho hệ thống phanh của ô tô thiết kế là dẫn động thuỷ lực điều khiển bằng khí nén. Hệ thống này đáp ứng được các yêu cầu đề ra cho hệ thống phanh xe buýt 54 chỗ.

Trong các phương án lựa chọn cho hệ thống phanh thủy lực điều khiển bằng khí nén, ta chọn sơ đồ bố trí như hình 1.3 :

Nguyên lý hoạt động :

Máy nén khí 1 được dẫn động bằng động cơ, khí nén được điều chỉnh áp suất bời bộ điều chỉnh 2 và đựơc sấy khô bở bộ sấy 3 trước khi vào bình chứa khí4. Khi phanh, người lái tác động vào bàn đạp phanh van phân phối 7 mở cung cấp khí nén cho các xylanh khí nén thuỷ lực 6 có van xả khí nhanh 5. 

4. Lựa chọn sơ đồ dẫn động phanh có ABS và ASR cho xe thiết kế :

4.1. Phương án tham khảo: sơ đồ dẫn động HTP ABS khí nén: (Hình 1.4)

Hệ thông này dùng 4 cảm biến, 3 kênh điều khiển. Cầu trước dùng 1 van ABS điều khiển chung, mỗi bánh xe cầu sau dùng 1 van ABS độc lập điều khiển. Van ABS dung  loại van nối tiếp  đặt trước bầu phanh nên trước nó có dùng van xả khí nhanh R12 để đảm bảo việc cấp và xả khí kịp thời khi phanh liên tục nhiều lần.

Đặc điểm của sơ đồ dẫn động phanh ABS khí nén này là kết cấu khá đơn giản, số lượng chi tiết không nhiều.

4.2. Phương án 1:

Hệ thống này sử dụng 4 cảm biến, 3 kênh điều khiển. Cầu trước 2 bánh được điều khiển chung bởi một van ABS. Sự hoạt động của hệ thống ABS được điều khiển trên phần dẫn động khí nén nhờ ECU. Sơ đồ này kết cấu khá đơn giản, ít cụm chi tiết. Tuy nhiên do không có van xả nhanh R12 nên dòng khí nén điều khiển dẫn động đi từ bình khí nén qua van phân phối tới xylanh khí nén thủy lực. 

4.3. Phương án 2:

Phương án này cũng giống như phướng án trước, vẫn dùng 4 cảm biến, 3 kênh điều khiển,van ABS nối tiếp, nhưng phức tạp hơn ở chỗ là có dùng thêm van xả khí nhanh ở trước van điều khiển ABS. Nhưng cũng nhờ có van này mà thời gian chậm tác dụng dược rút ngắn do khí nén luôn thường trực ở van R12 – quãng đường đi của khí nén được rút ngắn. Đồng thời do được xả nhanh nên hệ thống có thể hoạt động liện tục trong thời gian ngắn – đây cũng là một yêu cầu cơ bản của hệ thống điều khiển ABS.

4.5. Kết luận lựa chọn sơ đồ:

Do ô tô thiết kế là loại ô tô buýt lớn chở khách đường dài nên đòi hỏi về hệ thống phanh là đặc biệt khắt khe nhất là tính ổn định của xe. Cho nên phương án 1 đưa ra không đáp ứng được yêu cầu về độ tin cậy. Hơn nữa xe chạy đường dài có những yêu cầu riêng về tính năng ổn định hoạt động do hoạt động trên nhiều loại đường, chất lượng bề mặt đường có thể thay đổi lien tục .

4.6. Cấu trúc và nguyên lý của sơ đồ lựa chọn:

Sơ đồ đầy đủ của hệ thống dẫn động phanh thủy lực điểu khiển bắng khí nén thể hiện trên sơ đồ hình 1.8:

Bộ phận cung cấp khí nén được dẫn động từ động cơ cấp khí nén dự trữ trong bình và chờ trước các cơ cấu điều khiển là van phân phối 6 và van xả khí nhanh 5 và van ASR 8 để sẵn sang cấp khí nén cho cơ cấu thừa hành (xylanh khí nén thủy lực 3) khi có tín hiệu điều khiển. Quá trình làm việc của hệ thống được thể hiện qua các giai đoạn sau:

- Khi chưa phanh:

Van phân phối 6 đóng, khí nén từ bình thường trực trước van phân phối, 2 van R12 và trước ban ASR 8. Các van 5, 6, 8 không cho khí đi qua nên không có khí nén cấp đến xylanh khí nén thủy lực – phanh ở trạng thái nhả, bánh xe quay trơn.

- Khi phanh:

Người lái đạp bàn đạp phanh mở van phân phối 6 cấp dòng khí nén tới van xả khí nhanh 5 ở cầu trước và cầu sau. Khi có dòng khí điều khiển, van 5 mở thông, khí nén thường trực từ bình khí nén qua van 5 rồi qua van điều khiển ABS 4 đến xylanh khí nén thủy lực để thực hiện phanh bánh xe. Đồng thời với quá trình này công tắc điều khiển ABS gắn cùng với bàn đạp phanh đóng kích hoạt xử lý hệ thống ABS. Tín hiệu từ 4 cảm biến bánh xe đưa tín hiệu về ECU xử lý. 

- Khi kích hoạt ASR:

Trong quá trình chuyển động, nếu xảy ra hiện tượng trượt quay trên các bánh xe chủ động, nhấn sâu chân ga không có hiệu quả tăng tốc. ECU sẽ nhận định thông qua các cảm biến tốc độ cầu sau rồi phát tín hiệu cho bộ EBD để điều khiển tự động giảm ga, đồng thời cũng phát tín hiệu ra đèn báo ASR. Khi đèn báo ASR sáng, người điều khiển đóng công tắc kích hoạt chế độ làm việc của hệ thống ASR. ECU sẽ xử lý rồi phát tín hiệu điều khiển đến van ASR 8.

Chương II

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ABS VÀ ASR THIẾT KẾ

1. Vai trò của hệ thống ABS và lý thuyết cơ bản về ABS:

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 do má phanh tác dụng lên tang trống phanh sinh ra mô men phanh M_f, lực cản thứ 2 là lực bám giữa lốp và mặt đường. Lực bám sinh ra ở bánh xe phanh và được xác định bằng công thức : P_φ = φ.G_φ ; Lực này sẽ sinh ra mô men phanh là:

M_φ = r_bx.P_φ .

Ở đây với φ_x và φ_y là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe 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) l à duy trì hệ số trượt giữa bánh xe và mặt đường khi phanh trong mọi điều kiện nằm trong khoảng 10%–30% để đảm bảo hệ số bám dọc và bám ngang đều cao nhằm tận dụng được trọng lượng bám ở từng bánh xe. Do đó hệ thống này đảm bảo được hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh cao.

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 xe thông qua độ trượt của bánh xe. Hệ thống ABS đảm bảo cho độ trượt nằm trong vùng trượt tối ưu.

Hệ thống hoạt động như sau: khi lái xe tác dụng lên bàn đạp mở va khí nén xy lanh 4, khí từ bình dồn đến xylanh khí nén thủy lực qua van điều khiển khí nén 3 chuyển áp lực dầu tới xy lanh công tác tại các bánh xe thực hiện quá trình phanh. Cảm biến 1 có nhiệm vụ đo vận tốc góc của bánh xe và gửi tín hiệu tới bộ vi xử lý trung tâm ECU 5. Khi vận tốc góc gần bằng 0 , nghĩa là bánh xe sắp trượt lết, ECU phát tín hiệu điều khiển van điều áp giảm áp suất tại xylanh công tác của bánh xe, nhờ đó mô men phanh giảm xuống và vận tốc góc bánh xe lại tăng lên. 

2. Lý thuyết ASR và nguyên lý làm việc:

2.1. Khái niệm cơ sở:

Trên thực tế khi ô tô hoạt động, lực bám giữa lốp xe và mặt đường có giới hạn và thay đổi tùy theo tính chất của mặt đường. Do vậy không phải lúc nào mô men từ động cơ truyền xuống cũng chuyển hết thành mô men quay của bánh xe. Khi mà mô men từ động cơ truyền xuống cầu chủ động lớn hơn giới hạn bám của bánh xe trên mặt đường sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay tại các bánh xe chủ động.

2.2. Nguyên lý làm việc cơ bản của hệ thống ASR:

Nguyên lý làm việc của hệ thống ASR được được mô tả đơn giản qua sơ đồ sau.

Khi ô tô chuyển động, mô me truyền xuống bán trục được coi là 100%, giả sử khả năng bám của bánh xe trên mặt đường chỉ đạt 30%. Khi đó bánh xe chủ động sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay ngay trong lúc chuyển động. Lúc đó tín hiệu từ các cảm biến bánh xe (của hệ thống ABS) sẽ gửi về ECU của hệ thống và ECU sẽ phát tín hiệu cho van ASR cấp khí cho cơ cấu phanh phanh bánh xe này lại với mô men phanh khoảng 70%. Nhờ đó hiện tượng trượt quay được khắc phục.

4. Các bộ phận chức năng của hệ thống :

4.1. Cảm biến tốc độ:

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

- 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 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 vĩnh cửu 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 đổi theo từng loại xe.

4.2. Bộ điều khiển trung tâm ECU ABS :

Bộ điều khiển trung tâm (hình 2.7) bao gồm : bộ tiếp nhận và chuyển đổi tín hiệu vào, bộ vi xử lý làm việc theo các chương trình được lập sẵn, các bộ nhớ và truyền tín hiệu ra các đầu nối.

- 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.

- Bộ vi xử lý :

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

4.3. Van điều khiển áp suất ABS

Van điều khiển áp suất (hình 2.8, 2.9, và 2.10) là bộ phận chấp hành của hệ thống ABS. Nó có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ ECU ABS để đóng mở các van điện từ nhằm điều khiển áp suất khí nén từ van R12 đến để cung cấp cho xylanh khí nén thủy lực thực hiện nhiệm vụ phanh. Nhờ sự điều chỉnh này mà áp lực phanh được giữ trong khoảng tối ưu để bánh xe không bị trượt lết.

* Nguyên lý và các trạng thái làm việc :

- Trạng thái phanh (hay quá trình tăng áp): Hình 2.8

Ở trạng thái này, chưa có tín hiệu điều khiển từ ECU tới van, các van từ 2 và 5 để ở trạng thái đóng do lò xo hổi vị. Khi đạp phanh, dòng khí nén được cấp vào mở van màng 3 nối thông đường khí từ van phân phối với cơ câu chấp hành đồng thời đóng van màng 4 ngăn sự nối thống giữa khoang chấp hành và khí trời.

- Trạng thái nhả phanh (giảm áp): Hình 2.10

Khi chất lượng bề mặt đường giảm (hoặc lực phanh quá lớn) làm cho bánh xe xuất hiện hiện tượng trượt lết và khi độ trượt này vượt qua giới hạn trượt cho phép (lớn hơn 30%) được tính toán sẵn trong ECU. ECU ABS sẽ phát tín hiệu điều khiển đóng van từ A và mở van từ B. Van từ A đóng điều khiển van màng 3 đóng, ngắt sự nối thông giữa khoang cấp khí nén và khoang ra cơ cấu chấp hành, ngừng cung cấp khí nén cho cơ cấu chấp hành. 

Chương III

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH

Các số liệu ban đầu của ô tô buýt 54 chỗ thiết kế như bảng 3.1.

1. Một số chi tiết chính

- 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).

- 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 phanh được ghép với guốc phanh bằng đinh tán hoặc phương pháp dán. Các đinh tán phải bằng kim loại mềm để khi má phanh mòn đến đinh tán thì bề mặt trống phanh không bị xước.

2. Xác định mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh:

Ta có sơ đồ lực khi phanh như hình 3.1.

Khi phanh, xe ô tô sẽ chuyển động chậm dần, lực quán trính làm thay đổi phân bố trọng lượng giữa các cầu. Tải trọng dồn về cầu tước làm tải trọng cầu trước tăng lên. 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 lớn nhất có thể. Để thực hiện được điều này thì lực phanh sinh ra ở mỗi bánh xe phải tỷ lệ với tải trọng tác dụng lên bánh xe này.

Ta có:

G : Trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải, G = 161500 (N)

a, b, h_g : Toạ độ trọng tâm của ôtô với : a = 3,656 m; b=2,544mm; h_g=1,05 m;

L : chiều dài cơ sở của ôtô; L = 6,2m (theo xe tham khảo);

j_max : là gia tốc cực đại khi phanh, j_max = 0,75 m/s²;

g : là gia tốc trọng trường, lấy g = 9.81 m/s²,

Ta có : M_pt = 13271 Nm   ;  M_ps= 18500 Nm  

3. Xác định lực phanh trên cơ cấu phanh:

Khi phanh, trê cơ cấu phanh phải chịu các lực tác dụng từ xylanh bánh xe, trống phanh và từ các điểm tựa như chốt guốc.  Tính các lực này với giả thiết:

- Biến dạng trên chi tiết chịu lực tuân theo định luật Huc.

- Điểm đặt lực được coi như ở chính giữa.

- Bỏ qua sự khác biệt giữa đầu và cuối.

Các  lực : F_N , mF_N , F_P, F_x, F_z

Tham khảo cơ cấu phanh của xe tương tự ta có các thông số: h = 0,34m ; a= 0,17m ; r_t = 0,210m

m: là hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh và trống phanh, đối với các vật liệu   làm má phanh xe tải và xe buýt hiện nay thì lấy m = 0,38 .

- Trên cơ cấu phanh trước:

Mô men phanh: M_pt = 13271Nm

F_p = 44120N

F_z = 63197  ;  F_x = 122187N

- Trên cơ cấu phanh sau:

Mô men phanh: M_pt = 18500N

F_p = 61502 N

F_z = 88094N  ;  F_x = 170324 N

5. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh:

Trong quá trình phanh động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra ngoài không khí. 

V₁ : Tốc độ bắt đầu phanh. V₁= 30(km/h) =8,33(m/s)

V₂:  Tốc độ kết thúc phanh. V₂= 0.

Do đó ta có :  m_t = 75,4 (kg)

Trên thực tế, xe buýt loại này có khối lượng các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng lớn hơn 80 kg.  Do đó  điều kiện bền nhiệt thoả mãn.

6. Tính bền guốc phanh:

Các thụng số của tiết diện guốc phanh:

- Kiểm bền guốc phanh :

Áp lực từ tang trống tỏc dụng qua mỏ phanh lờn guốc phanh là rất phức tạp. Để đơn giản trong  tớnh toỏn ta coi ỏp lực này phõn bố đều trờn toàn bộ diện tớch guốc phanh tiếp xỳc với mỏ phanh.

Để tớnh bền guốc phanh  ta cần xác định tiết diện nguy hiểm của guốc phanh.Do đó ta phải vẽ biểu đồ nội lực của guốc phanh.

Dựng mặt cắt 2 cắt guốc ta xột phần trờn của guốc:

Với F_p=61502 (N), B₁ = 23⁰

Với B₂ = 10⁰, F_x=170321(N), F_z=88094(N)

Dựng mặt cắt 7 cắt guốc thành 2 phần và xột cõn bằng nửa dưới của guốc phanh. 

Biểu đồ nội lực: Như hình dưới.

Như vậy: e_th < [e] = 8,5.10⁸ (N/m²)

Vậy guốc phanh đủ bền.

Chương IV

TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH

1. Xác định các thông số xy lanh bánh xe:

Đường kính xylanh bánh xe trong hệ dẫn động phanh bằng thuỷ lực phụ thuộc trực tiếp vào lực phanh và áp suất dòng thuỷ lực dẫn động.

+ S : là diện tích lòng xylanh bánh xe (m²).

+ p : là áp suất thuỷ lực trong hệ dẫn động thuỷ lực, p= 18  22 Mpa, ta chọn áp suất dẫn động thuỷ lực p = 21 Mpa.

Đường kính xylanh bánh sau: d = 0,0611m = 61,1mm

Chọn xylanh bánh sau có đường kính d = 61 mm.

- Với cơ cấu phanh trước  F_pt = 38852N

Đường kính xylanh bánh trước: d = 0,0517m =51,7mm

Chọn xylanh bánh xe trước có đường kính d = 52mm.

2. Xác định các thông số xy lanh khí nén thuỷ lực:

- Sơ đồ lực tính toán : Như hình vẽ.

- Các lực tác dụng bao gồm :

Lực do khí nén tác động lên màng khí nén khi phanh hoàn toàn F_KN ;

Lực do dòng thuỷ lực tác động lên piston thuỷ lực  F_TL ;

Lực đẩy của lò xo hồi vị xylanh F_lx ;

Để đảm bảo hồi vị ta lấy F_lx = 0,15F_KN ;

Ta có phương trình cân bằng lực : F_KN - F_lx - F_TL = 0 Hay  F_TL = 0,85F_KN

Ta chọn đường kính phần xy lanh thuỷ lực :

- Dùng cho bánh sau là d_s = 0,026 m = 26mm

- Dùng cho  bánh trước là d_t­ = 0,024m = 24mm

P_kn : là áp suất khí nén dẫn động, lấy p_kn = 0,75Mpa

Lấy đường kính màng xylanh khí nén:

Bánh sau : D_s = 150 mm

Bánh trước D_t = 140 mm

* Ta tính các thông số của lò xo hồi vị của xylanh khí nén thủy lực:

Ta có sơ đồ tính : Như hình vẽ.

Theo trên ta lấy F_lx = 0,15F_KN ;

=> Lực lò xo:

Bánh sau:      F_lx  = 1967N

Bánh trước:   F_lx = 1676N

Để trong quá trình sử dụng ko cho piston xylanh không bị rung sóc, thì lò xo ban đầu chịu một lực căng nhất định. Khí nén cấp vào, piston không dịch chuyển ngay mà đến khi áp suất khí nén cỡ 1Bar thì piston mới bắt đầu làm việc.

Ta có tổng lực ép lên lò xo khi lò xo làm việc hoàn toàn:

Trước :  F’_t = F₀ + F_lx = 744 + 1676 = 2420N

Sau :  F’_s = F₀ + F_lx = 874 + 1967 = 2841N

Đường kính dây lò xo :

=> đường kính dây lò xo xy lanh bánh trước: d ≥ 8,86 mm. Lấy d = 9mm, đường kính vòng chia D = d.c = 9.10 = 90mm.

=> đường kính dây lò xo xy lanh bánh sau: d ≥ 9,6mm. Lấy d = 10mm, đường kính vòng chia D = d.c = 10.10 = 100 mm.

Ta tính  số vòng dây hoạt động :

Với xylanh bánh trước : n_0t = 6,3 ;  Lấy n_t = 6,5 vòng.

Với xylanh bánh sau : n_0t = 7,06 ; Lấy n_s = 7 vòng.

3. Tính van ASR:

Ta có dạng kết cấu của van ASR :

Để đảm bảo sự luôn chuyển khí nén kịp thời, ta chọn đường kính cửa từ bình khí nén vào và từ van ra lớn hơn đường kính ống dẫn khí; Chọn d = 12mm. Khi lõi từ đi xuống bịt kín cổng xả ra khí trời, ngắt sự nối thông từ đường đến xylanh khí nén thuỷ lực với khí quyển đồng thời nối thông giữ cổng từ bình khí nén vào và cổng ra xylanh công tác. Khí nén từ bình khí qua cửa van đến xy lanh công tác. 

Diện tích phần nối thông giữa 2 khoang đựơc  tính: S’ = ð.d.d = 3,14.12.d  ≥ 78,5 mm²

Để đảm bảo lực từ điều khiển cũng như tạo điều kiện thoát khí khi van xả khí, theo một số van ASR tham khảo ta lấy D = 32mm, h = 25mm.

Lực do áp lực khí nén F_KN từ cổng vào;

M ~130g = 0,13kg  =>  P = m.g = 0,13.10 = 1,3 N;

Khi chưa có lực từ, van đóng, ta có phương trình cân bằng lực:

-F­_lx + P + F_KN = 0

=>  F_lx  = P + F_KN = 59 + 1,3 = 60,3 N.

Để đảm bảo độ đóng kín của van khi không có lực điện từ và chịu tác động trong quá trình rung sóc khi xe chạy, ta chọn lò xo có lực căng ban đầu lớn hơn giá trị lực F_lx vừa tính. Ta lấy F_lx  = 70N.

=> đường kính vòng chia lò xo D = 8.2,2 = 17,6 mm.

Ta tính số vòng làm việc của lò xo : n = 2,31 vòng. Lấy n = 2 vòng

KẾT LUẬN

Với đề tài được giao là: “Thiết kế hệ thống phanh có ABS và ASR cho ô tô buýt 54 chỗ chạy đường dài”. Đề tài đã chọn xe HINO BUS loại xe RU1FSEA – loại xe buýt chạy đường dài có kích thước lớn - để làm cơ sở thiết kế.

Với những yêu cầu về cơ cấu phanh đề tài đã lựa chọn cơ cấu phanh thiết kế là cơ cấu phanh tang trống. Do tính chất là xe chở người đường dài có tải trọng lớn và kích thước lớn, bánh xe của ô tô loại này là loại bánh xe có kích thước lớn, không gian bánh xe khá rộng nên đề tài đã sử dụng loại tang trống lớn có đường kính D = 460mm để đảm bảo diện tích má phanh đáp ứng được yêu cầu của lực phanh và đảm bảo sự thoát nhiệt tốt trên cụm cơ cấu. Đề tài đã chọn dẫn động phanh là thủy lực điều khiển bằng khí nén vì hệ dẫn động này có thể kết hợp được ưu điểm của cả hệ dẫn động bằng khí nén và dẫn động thủy lực. Hơn nữa, kiểu dẫn động này có thể tận dụng được nhiều cụm kết cấu của dẫn động khí nén dùng trên các ô tô khác và làm giảm số cụm chi tiết bố trí ở cụm bánh xe. Hệ thống ABS và ASR thiết kế được điều khiển ở phần khí nén giúp việc điều khiển và việc bố trí tự động điều khiển được dễ hơn. Với sự điều khiển của ABS độc lập ở bánh sau để tận dụng lực bám, còn cầu trước dùng một kênh điều khiển nhằm ưu tiên tính năng dẫn hướng của cầu trước giúp ổn định hướng cho ô tô khi phanh. Đặc biệt đề tài đã thiết kế hệ thống ASR được bố trí trên trên hệ thống phanh ABS của  cầu chủ động để ô tô có thể phát huy được khả năng bám khi đi ở những đường có chất lượng bề mặt thay đổi. Từ những tính chất đó, đề tài cũng đã khẳng định được vai trò của các cụm tham gia trong hệ thống phanh thiết kế.

Được sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn đề tài đã được hoàn thành đúng kế hoạch mặc dù vẫn còn một số thiếu sót nhất định.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn Ô TÔ và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo : PGS.TS……………….

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 [1]. Cấu tạo gầm ô tô tải và ô tô buưt

Tác giả : PGS.TS.Nguyễn Khắc Trai. Nxb Giao Thông Vận Tải – 2007

 [2]. Cấu tạo ô tô

Tác giả : Phạm Vỵ – Dương Ngọc Khánh. Xuất bản : Hà Nội 2004

 [3]. Hướng dẫn thiết kế hệ thống phanh ô tô máy kéo

Tác giả : Dương Đ́nh Khuyến. Xuất bản: Hà Nội 1985

 [4]. Chi tiết máy  tập 1,2

Tác giả : Trịnh Chất – Lê Văn Uyển . Xuất bản: Nxb Khoa Học Kỹ Thuật  - 2004

[5].  Lý thuyết ô tô - máy kéo

Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn (Chủ biên) ; Dư Quốc Thịnh; Phan Minh Thái; Nguyễn Văn Tài ;  Lê Thị Vàng. Nhà xuất bản KH và KT - 2004

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"