MỤC LỤC
Lời nói đầu……………………………………………………………………..........................................1
Chương 1. Đặc điểm hệ thống phanh điều khiển by_wire và lựa chọn phương án thiết kế ...3
1.1 Nhiệm vụ hệ thống phanh……………………………………………….................................…......3
1.2 Yêu cầu hệ thống phanh………………………………………………….............................…........3
1.3 Các hệ thống phanh………………………………………………………....................................…3
1. 4. Đặc điểm hệ thống phanh thủy lực và phanh by_wire……………….........................…….........5
a. Đặc điểm hệ thống phanh thủy lực………………………………………….................................….5
b. Đặc điểm hệ thống phanh by_wire………………………………………............................….....….7
1.5. Phân loại các hệ thống phanh by_wire…………………………………...............................….....9
a. EMB………………………………………………………………………......................................…..10
b. EHB……………………………………………………………………...….........................................13
1.6. Chọn phương án thiết kế ………………………………………………................................….....15
Chương 2. Thiết kế tính toán cụm cơ cấu phanh…………………….........................….….....….17
2.1. Tính toán má phanh, đĩa phanh…………………………………………................................……17
2.1.1. Tính momen phanh tác dụng lên cơ cấu phanh………………..........................………....……17
2.1.2. Xác định kích thước má phanh…………………………………...........................…….…...…..19
2.1.3. Kiểm nghiệm bên má phanh………………………………………............................……..........21
2.2. Thiết kế bộ truyền hành tinh, bánh răng…………………………...........................…….…......…23
2.2.1. Thiết kế bộ truyền hành tinh…………………………………………................................…...…23
a. Chọn vật liệu……………………………………………………………................................….......…23
b. Ứng suất tiếp xúc , uốn cho phép………………………………………............................…....…....23
c. Tính toán các thông số bộ truyền hành tinh……………………………............................…..….....25
d. Kiểm tra bền các bánh răng………………………………………………..................................…....36
2.2.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng…………………………………………….....................................36
Chương 3. Xây dựng sơ đồ chức năng hệ thống phanh BBW……………................................47
3.1. Xây dựng sơ đồ chức năng ABS……………………………………...….…..................................48
3.2. Xây dựng sơ đồ chức năgn BAS…………………………………..……...................................…49
3.3. Xây dựng sơ đồ chức năgn TRC……………………………………….........................................52
3.4. Xây dựng sơ đồ chức năgn VSC……………………………………….........................................54
Chương 4. Xây dựng cơ sở lý luận và các chương trình logic điều khiển…...........................57
4.1. Chương trình điều khiển, momen xoắn động cơ DC………………….........................…......…..57
4.1.1. Các phương trình……………………………………………………,.…..................................….57
4.1.2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ…………………………………...........................……...…......58
4.1.3. Thay đổi điện áp bằng phương pháp PWM……………………….……....................................58
4.2. Xây dựng cơ sở lý luận và các chương trình logic điều khiển……………..............................…61
4.2.1. Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độABS…...…...61
4.2.2. Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độABS….........65
4.2.3. Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độABS….........67
4.2.4. Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độABS….........69
Chương 5. Quy trình gia công công nghệ……………………….........................…………........…72
5.1. Phân tích kết cấu, chọn dạng sản xuất……………………………………...................................72
5.2. Lập quy trình gia công công nghệ……………………………………….................................…...73
Kết luận…………………………………………………………………..….....................................…...78
Tài liệu tham khảo …………………………………………………………..........................................79
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp ô tô trên thế giới ngày nay đang phát triển rất nhanh, các công nghệ mới ra đời kể từ khi bắt đầu nghiên cứu phát triển đến khi đưa vào sử dụng được rút lại rất ngắn. Do được thừa hưởng các ứng dụng về công nghệ điện và điện tử hiện đại, các hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng được thiết kế theo kết cấu điện tử hóa, có độ hoàn thiện và chính xác cao.
Cùng với việc phát triển của ngành ô tô thì vấn đề bảo đảm an toàn trong lưu thông cho người và xe càng trở nên cần thiết. Trên ô tô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như: cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí, thiết bị chống va đập,....trong đó cơ cấu phanh vẫn là cơ cấu đóng vai trò quan trọng nhất. Vì vậy khi thiết kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, quãng đường phanh ngắn, an toàn ở mọi tốc độ, góp phần nâng cao được năng suất vận chuyển người và hàng hóa.
Nhiều hệ thống phanh trên xe con ngày nay cũng đang có xu hướng thiết kế theo kết cấu tự động, các chi tiết điều khiển và dẫn động dần được chế tạo theo hướng điện tử hóa, đặc biệt là hệ thống phanh điện (BBW). Hệ thống phanh điện BBW là kiểu kết cấu hệ thống phanh hiện đại nhất hiện nay, hệ thống phanh BBW hiện có thể chia làm hai loại: loại EHB (Electric Hydraulic Brake) là loại hệ thống phanh có hỗ trợ thủy lực, và hệ thống phanh EMB (Electric Mechanical Brake) là loại không có hỗ trợ thủy lực. Với nhịp điệu phát triển chung của đất nước, vấn đề nghiên cứu ứng dụng các công nghệ kĩ thuật mới trong nền công nghiệp ô tô, hiện đại ngày càng sát với trình độ phát triển chung của các nước tiên tiến. Nhiệm vụ về đề tài là “Thiết kế hệ thống phanh điều khiển by_wire” cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Hệ thống phanh (BBW) có kết cấu gọn, khối lượng nhỏ dễ dàng lắp đặt, và bố trí, độ chính xác cao, thời gian chậm tác dụng ngắn, nên quãng đường phanh ngắn, đem lại hiệu quả phanh cao.
Để thực hiện đề tài em đã đưa ra các vấn đề và từng bước giải quyết các yêu cầu như sau:
- Giới thiệu về hệ thống phanh BBW, đánh giá các ưu điểm nhược điểm của hệ thống và lựa chọn một phương án để tiến hành thiết kế hệ thống.
- Dựa vào các thông số kỹ thuật của xe Kia Morning để tính toán thiết kế cụm cơ cấu phanh, lựa chọn loại motor điện DC phù hợp.
- Thiết lập sơ đồ chức năng điều khiển hệ thống ABS và các liên hợp cho hệ thống phanh thiết kế.
- Xây dựng sơ đồ logic điều khiển hệ thống phanh BBW làm việc ở các chế độ ABS, BAS, TRC, VSC.
Dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn : PGS.TS ……………. nhiệm vụ của đề tài đã được hoàn thiện. Dù đã cố gắng từng bước giải quyết các vấn đề của đề tài, nhưng do thời gian thực hiện đồ án không được nhiều, do những hạn chế của bản thân nên trong đồ án còn có những sai xót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn thầy : PGS.TS ……………. cùng toàn thể các thầy trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
…………………
CHƯƠNG 1
ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BY_WIRE VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1. Nhiệm vụ hệ thống phanh.
Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động tới tốc độ chuyển động nào đó hoặc dừng hẳn ô tô tại một vị trí nhất định. Thông thường, quá trình phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên xe, như vậy động năng xe biến thành nhiệt năng của cơ cấu ma sát và được truyền ra môi trường xung quanh.
1.2. Yêu cầu hệ thống phanh.
Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần kéo điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người.
- Đảm bảo ổn định chuyển động của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp.
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh.
1.3. Các hệ thống phanh
Có thể phân loại hệ thống phanh trên ô tô theo nhiều cách khác nhau, ví dụ như phân loại theo công dụng, theo kết cấu của cơ cấu phanh, theo dẫn động phanh.
a. Theo công dụng.
Hệ thống phanh trên ô tô bao gồm:
- Phanh chính ( phanh chân ) : dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động. Đây là hệ thống phanh quan trọng nhất trên xe. Trong quá trình sử dụng xe, hệ thống phanh chính được dùng thường xuyên và nó là cơ sở để thiết kế các hệ thống phanh khác.
- Phanh phụ:dùng để thay thế khi phanh chính gặp sự cố, nó có chức năng tương đương phanh chính và được dẫn động riêng biệt với phanh chính.
- Phanh dừng (phanh tay) dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng trong trường hợp phanh chính hỏng.
b. Theo cơ cấu phanh.
Hệ thống phanh trên ô tô hiện nay gồm hai dạng cơ cấu chính.
- Cơ cấu phanh tang trống : được dùng khá phổ biến trên ô tô. Trong cơ cấu dạng tang trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ trong của tang trống quay cùng bánh xe. Như vậy quá trình phanh được thực hiện nhờ ma sát giữa bề mặt tang trống và các má phanh.
- Cơ cấu phanh đĩa : được dùng phổ biến trên xe con, có thể cả cầu trước và cầu sau.Cơ cấu dạng đĩa thường gồm xy lanh thủy lực được dẫn động từ bàn đạp phanh, má phanh, đĩa phanh quay cùng bánh xe. Khi phanh, piston đẩy má phanh ép chặt đĩa phanh. Ma sát giữa má phanh và đĩa phanh có tác dụng phanh xe khi chuyển động.
1. 4. Đặc điểm hệ thống phanh thủy lực và hệ thống phanh by_wire.
a. Đặc điểm hệ thống phanh thủy lực.
Trên xe con hiện nay thường dùng hệ thống phanh thủy lực. Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực trên xe con như sau.
Hệ thống phanh thuỷ lực trên xe con bao gồm các bộ phận chính: bàn đạp chân phanh,phanh tay, bộ trợ lực chân không , xi lanh chính, xi lanh công tác, bộ điều chỉnh áp suất phanh.
Hệ thống phanh sử dụng phương pháp truyền năng lượng thủy lực tĩnh với áp suất lớn trong khoảng (60_120)bar. Áp suất được hình thành khi người lái đạp bàn đạp phanh chân, thực hiện tạo áp suất trong xi lanh chính. Chất lỏng ( dầu phanh) được dẫn động theo các đường ống tới các xy lanh công tác (nằm trong cơ cấu phanh tại mỗi bánh xe). Với áp suất dầu, các piston trong xy lanh thực hiện tạo lực ép má phanh vào tang trống ( hoặc đĩa phanh), thực hiện sự phanh tại các cơ cấu phanh bánh xe.
b. Đặc điểm hệ thống phanh điều khiển by_wire.
Hệ thống by_wire đã có từ khoảng hai mươi năm về trước, nó được ứng dụng trong ngành công nghiệp hàng không . Nó hoạt động không cần đến sự hỗ trợ năng lượng của cơ khí hoặc hệ thống thủy lực. Nó được điều khiển bằng tín hiệu điện. Trong đó hệ thống điện tử đóng một vai trò quan trọng và độ tin cậy của hệ thống phải rất cao. Công nghệ by_wire ứng dụng trong hệ thống phanh, hệ thống lái, hệ thống truyền lực, hệ thống điều khiển bướm ga (với động cơ xăng ), ….
1.5. Phân loại các hệ thống phanh điều khiển by_wire.
Trên ô tô hiện nay có hai cách chính sử dụng by_wire trên hệ thống phanh.
a. Hệ thống phanh EMB
Hệ thống phanh EMB đã được sử dụng trên Mercedes-Benz-E class, Toyota Estima…Đây là công nghệ đang được các hãng xe cao cấp nghiên cứu và hoàn thiện. Nó hứa hẹn sẽ là hệ thống phanh trong tương lai của các xe hiện đại. Hệ thống phanh EMB sử dụng:
- Bình điện là nguồn năng lượng cung cấp cho moto DC
- Bàn đạp phanh là cơ cấu tạo tín hiệu mức độ phanh của người lái.
- Các cảm biến tốc độ bánh xe.
b. Hệ thống phanh EHB
Electric Hydraulic Brake(EHB) là hệ phanh điện tử có hỗ trợ năng lượng thủy lực, hệ thống này dựa trên hệ thống thủy lực cơ bản nhưng có sự hỗ trợ của các cảm biến áp suất này mà hệ thống phanh EHB hoạt động một cách hiệu quả hơn các hệ thống phanh thủy lực khác. Nguyên tắc hoạt động của no tương tự như hệ thống ABS và các liên hợp .EHB không dùng bộ trợ lực trên xy lanh chính. Cụm bàn đạp xylanh chính chỉ làm nhiệm vụ cấp tín hiệu khi phanh từ bàn đạp phanh , đồng thời đảm bảo nhận chức năng phanh xe dự phòng khi có sự cố trong hệ thống điện điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh EHB như hình 1.8.
1.6. Chọn phương án thiết kế
Chọn phương án hai là phương án thiết kế vì cơ cấu phanh này đơn giản, bố trí gọn ,vì có bộ truyền hành tinh nên cơ cấu làm việc êm diu.
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu trên:
Khi chưa phanh: Moto DC không hoạt động, có khe hở giữa má phanh và đĩa phanh của xe, bánh xe quay trơn bình thường
Khi đạp phanh : người lái đạp bàn đạp phanh, tín hiệu này sẽ gửi tới ECU tùy theo hành trình bàn đạp phanh là lớn hay nhỏ mà ECU sẽ gửi tín hiệu dòng điện lớn hay bé đến moto DC. Moto DC quay cùng chiều với chiều quay của bánh xe làm trục bánh mặt trời quay theo qua bộ truyền bánh răng,trục bánh mặt trời quay làm bánh hành tinh và trục bánh hành tinh vừa chuyển động quay và tịnh tiến do đó đẩy piston dịch chuyển sang trái ép má phanh vào đĩa phanh , tạo ra lực phanh .
Khi nhả phanh: tín hiệu này được gửi tới ECU, ECU sẽ gửi tín hiệu dòng điện có chiều ngược lại so với trên. Khi đó moto DC quay ngược chiều với chiều quay của bánh xe, khi đó piston sẽ dịch chuyển nguợc lại so với trường hợp trên do đó má phanh sẽ từ từ tách khỏi đĩa phanh.
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CỤM CƠ CẤU PHANH
Tính toán cụm cơ cấu phanh BBW:
Để tiến hành thiết kế hệ thống phanh, ta lựa chọn loại xe Kia Morning để tính toán cho cụm cơ cấu phanh
2.1. Tính toán má phanh, đĩa phanh.
2.1.1. Tính momen phanh tác dụng lên cơ cấu phanh.
Momen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô với tốc độ chậm dần trong giới hạn cho phép. Ngoài ra momen phanh sinh ra ở phanh tay còn đảm bảo ô tô đứng được ở độ dốc cực đại.
a: Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trước.a=0,96(m)
b: Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau.b=1,41(m)
jmax: Gia tốc chậm dần lớn nhất của ô tô khi phanh.. Lấy Jmax= theo tiêu chuẩn của Bộ GTVT Việt Nam
Hg: Chiều cao trọng tâm xe. hg=0,5(m)
g: Gia tốc trọng trường . g=9,81(m/s2)
Xe có thông số lốp 165/60/R14 suy ra B=165(mm), d=14(inch)
Thay số được: rbx = 0,25 (mm)
Thay số ta được:
Mpt = 977 (Nm)
Mps = 372 (Nm)
2.1.2. Xác định kích thước má phanh.
a. Tính toán bán kính trong và ngoài của má phanh.
Ta có đường kính của vành bánh xe là d=14(inch)=350(mm)
Suy ra bán kính của vành bánh xe là R=d/2=350/2=175(mm)
Với xe tham khảo ta có bán kính ngoài của đĩa phanh là Rnd=125(mm)
Bán kính ngoài của tấm ma sát là R2=120-5=120(mm)
Bán kính trong của tấm ma sát được tính như sau
R1=(0,5_0,75)R chọnR1=0,7R2=80(mm)
Từ R1,R2 ở trên ta có
Rtb=(R1+R2)/2=(95+65)/2=100(mm)
b. Tính diện tích, góc ôm của má phanh.
* Cơ cấu phanh trước:
Thay số ta được: Ft = 9969 (N).
q : là áp suất tại vị trí tiếp xúc giữa má phanh và đĩa phanh
Với ô tô con lấy q= 3(MN/m2)
St : là diện tích má phanh tại cơ cấu phanh cầu trước: St = 6646 (mm2)
Vì momen phanh sau nhỏ hơn momen phanh trước, lực phanh được điều khiển bởi ECU điều khiển, để thuận tiện cho chế tạo lấy diện tích và góc ôm má phanh sau như phanh trước.
2.1.3. Kiểm nghiệm bền má phanh.
a. 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.
Khi phanh ô tô đang chuyển động với vận tốc vo cho tới khi dừng hẳn (v=0) thì toàn bộ động năng của ô tô có thể được coi là đã chuyển thành công ma sát L tại các cơ cấu phanh
Với :
G= 13500(N) : là trọng lượng ô tô khi đầy tải
V0=60(km/s) =16,67(m/s) : là tốc độ của ô tô khi bắt đầu phanh
Thay số ta được: L = 362.104 (J/m)2 < 400.104 (J/m)2
b. Tính toán nhiệt trong quá trình phanh.
Trong quá trình phanh động năng của ô tô chuyển động thành nhiệt năng ở trống phanh, ở đĩa phanh và một phần thoát ra ngoài không khí. Sự tăng nhiệt độ ở trống phanh là:
V1: Tốc độ bắt đầu phanh , v1=30(km/h)
V2: Vận tốc kết thúc phanh, v2=0
Mt : Khối lượng các chi tiết bị nung nóng , với xe tham khảo ta có mt=5kg
C : Nhiệt dung của chi tiêt bị nung nóng đối với thép và gang, C=500(J/kg.độ)
Suy ra: t = 1,860C < 150C
C : Nhiệt dung của chi tiêt bị nung nóng đối với thép và gang, C=500(J/kg.độ)
Suy ra: t = 1,860C < 150C
2.2. Thiết kế bộ truyền hành tinh, bánh răng.
2.2.1. Thiết kế bộ truyền hành tinh.
a. Chọn vật liệu
Ta chọn là thép hợp kim 40CrNi,
Bánh răng lớn : Thấm C và tôi HRC = 55 - 63
Giới hạn bền δ = 900 Mpa. Giới hạn chảy δ ch = 700 Mpa.
Bánh răng nhỏ : Thấm C và tôi HRC =55 -63
Giới hạn bền δ = 900 Mpa. Giới hạn chảy δ ch = 700 Mpa
b. Xác định ứng suất tiếp xúc – ứng suất uốn cho phép
[σH ] = σHolim.KHL/ SH
[σF ] = σFolim.KFL.KFC/ SF
Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HRC1 =60, bánh răng lớn HRC2 =55
σHolim1 =23HRC1 =23.60 =1380 , σFolim1 =750
σHolim1 =23HRC2 =23.55 =1265 , σFolim1 =750
Vậy [σH ]1 = σHolim1.KHL/ SH = 1380.1/1,2 =1150 Mpa
[σH ]2 = σHolim2.KHL/ SH = 1265.1/1,2 =1054 Mpa
[σH ] = ([σH ]1 +[σH ]2 )/2 =( 1150 +1054)/2 =1102 Mpa <1,25[σH ]2
Và [σF ]1 = σFolim1.KFL.KFC/ SF =750.0,8.1/1,55= 387 MPa
[σF ]2 = σFolim2.KFL.KFC/ SF =750.0,8.1/1,55=387 MPa
Ứng suất quá tải cho phép
[σH]max = 2,8 δ ch2 = 2,8.700 = 1960 (MPa)
[σF]1max = 0,8. σch1= 0,8.700 = 560 (MPa)
[σF]2max = 0,8. σch2= 0,8.700 = 560 (MPa)
c. Tính toán các thông số bộ truyền hành tinh.
Sơ đồ bộ truyền bánh hành tinh như hình 2.2.
Chọn một số thông số cơ bản của cơ cấu hành tinh
Số bánh hành tinh n=3
Ds: đường kính vòng lăn bánh mặt trời , chọn ds=30(mm)
Dp: đường kính vòng lăn bánh hành tinh, chọn dp=15 (mm)
Do: đường kính vòng lăn bánh bao , chọn do=75(mm)
* Sơ đồ lực tác dụng trên cơ cấu hành tinh:
Fa : là lực dọc trục
Fp : là lực vòng
Fr : là lực hướng kính.
Do đó ta có l=2(0,1+0,05)=0,3(mm).
Trong quá trình bánh mặt trời quay, bánh hành tinh vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến. Ứng với một vòng quay của bánh hành tinh, dịch chuyển tịnh tiến tương ứng của nó là một bước răng
Ta có mối liên hệ giữa bước răng của bánh hành tinh và modun của nó như sau A = 2m /sin60o
Do yêu cầu êm dịu của cơ cấu hành tinh, do đó lấy modun m nhỏ, chọn m=1 (mm)
Trong quá trình phanh, thời gian từ lúc người lái đạp phanh đến lúc má phanh ép chặt đĩa phanh gọi là thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh. Với hệ thống phanh điều khiển by_wire thì thời gian này phải rất nhỏ. Trong đồ án này em sẽ lấy thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh điều khiển by_wire là 0,05s .
Theo trên ta có momen yêu cầu của động cơ điện là: Mmoto = 1,19 (N.m)
Số răng bánh mặt trời là: Lấy sơ bộ Zs=7(răng)
Số răng bánh hành tinh là: Lâý sơ bộ Zp=15(răng)
Kiểm tra điều kiện công nghệ bánh răng.
Để lắp được các bánh răng ăn khớp với nhau, phải thực hiện yêu cầu: trục đối xứng của các rãnh răng bánh hành tinh phải trùng với trục đối xứng của các bánh răng trung tâm. Muốn vậy số răng của các bánh trung tâm và bánh hành tinh phải thỏa mãn điều kiện lắp sau đây .
Zs+Z0=k.c
Trường hợp số bánh hành tinh tăng lên các vòng đỉnh của chúng có thể cắt nhau. Điều đó sẽ không xảy ra nếu đảm bảo điều kiện kề sau:
Dp2<(ds+dp)sin(
Ta có dp2=dp+2=30+2=32
C=3
Thay số ta được 32<(15+30)sin(
Vậy bộ truyền bánh răng hành tinh trên thỏa mãn điều kiện kề.
Thông số bộ truyền hành tinh thể hiện như bảng 2.1.
2.1.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng.
a. Sơ đồ bộ truyền bánh răng .
Sơ đồ bộ truyền bánh răng như hình 3.5.
b. Chọn vật liệu.
Chọn bánh nhỏ là thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285
Chọn bánh lớn là thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285
c. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép
Ta có :
[σH ] = σHolim.KHL/ SH
[σF ] = σFolim.KFL.KFC/ SF
Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HB =245, bánh răng lớn HB =230
σHolim1 =2HB+70 =560 , σFolim1 =750
σHolim2 =2HB+70 =530, σFolim1 =750
Nên ta có NHO1 = 30.6052,4 = 14,2.107, NHO2 = 30.5422,4 =109,3. 107
NHE,NFE : Chu kì thay đổi ứng suất tương đương. Khi bộ truyền chịu tải trọng tĩnh có: NHE = NFE = 60.c.n. tΣ
Trong đó: c, n, tΣ : lần lượt là số lần ăn khớp của một vòng quay, số vòng quay trong một phút, tổng thời gian làm việc của bánh răng đang xét.
Vậy [σH ]1 = σHolim1.KHL/ SH = 560.1/1,2 =509 Mpa
[σH ]2 = σHolim2.KHL/ SH = 530.1/1,2 =481,8 Mpa
[σH ] = ([σH ]1 +[σH ]2 )/2 =495,4 MPa
Và [σF ]1 = σFolim1.KFL.KFC/ SF =750.0,8.1/1,55= 387 MPa
[σF ]2 = σFolim2.KFL.KFC/ SF =750.0,8.1/1,55=387 MPa
Ứng suất quá tải cho phép
[σH]max = 2,8 δ ch2 = 2,8.580 = 1260 (MPa)
[σF]1max = 0,8. σch1= 0,8.580= 464 (MPa)
[σF]2max = 0,8. σch2= 0,8.450 = 360(MPa)
Vậy thỏa mãn điều kiện uốn.
Vậy ta có thông số của bộ truyền.
Bánh răng trục mặt trời.
Modun m=1
Số răng Z1=64
Đường kính đỉnh răng da1=d1+2m=66,7(mm)
Đường kính đáy răng df1=d1-2,5m=62,2(mm)
Bánh răng trung gian
Modun m=1
Số răng Z1=40
Đường kính đỉnh răng da2=d2+2m=42,4(mm)
Đường kính đáy răng df2=d2-2,5m=37,9(mm)
Bánh răng trục motor
Modun m=1
Số răng Z1=16
Đường kính đỉnh răng da3=d3+2m=18,1(mm)
Đường kính đáy răng df3=d3-2,5m=15,6(mm).
CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CHO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG PHANH BBW
Vai trò của bàn đạp phanh chân:
Trên hệ thống phanh BBW kiểu EMB sử dụng bàn đạp phanh chân dạng điện (Electronic Pedal). Khác với các bàn đạp phanh trên hệ thống phanh thủy lực thông thường, lực từ bàn đạp phanh chân không phải là nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống phanh mà chỉ là tín hiệu để điều khiển hệ thống phanh.
3.1. Sơ đồ chức năng ABS.
Dựa vào tín hiệu của CB hành trình bàn đạp ECU cảm nhận được người lái phanh ở chế độ ABS hay BAS.
- Cảm biến tốc độ bánh xe có chức năng xác định tốc độ quay của bánh xe, làm việc như một bộ đếm số vòng quay, tín hiệu của bộ cảm biến tốc độ được đưa về bộ điều khiển điện tử ( tín hiệu vào ECU_ABS ). Trên xe bộ cảm biến có thể đặt tại: đĩa phanh, bán trục, tang trống, bánh răng bị động của cầu xe ( hay ở bán trục bánh xe ở cầu chủ động ). Dựa trên tín hiệu của các cảm biến tốc độ, ECU cảm nhận được tốc độ quay của bánh xe cũng như tốc độ của xe.
- Bộ điều khiển điện tử ECU_ABS làm việc như một máy tính nhỏ theo chương trình định sẵn ( điều khiển logic hay gồm các thành phần đánh giá ). Tín hiệu điều khiển van điện từ ( output signal ) phụ thuộc vào tín hiệu của cảm biến ( input signal ) và chương trình vi xử lý, xác định chế độ làm việc của bánh xe( theo độ trượt ), đưa ra tín hiệu điều khiển van điều khiển ( cơ cấu thừa hành ), thiết lập chế độ điều chỉnh áp lực phanh ở bánh xe.
3.2. Sơ đồ chức năng ở chế độ phanh BAS.
Sơ đồ chức năng BAS như hình 3.3.
BAS sử dụng cảm biến áp lực phanh ở bên trong bộ chấp hành phanh ABS để phát hiện tốc độ và lực khi đang nhấn phanh để cho phép máy vi tính dự kiến ý muốn phanh khẩn cấp của người lái để tăng lực phanh nhằm đạt được tính năng tối đa của hệ thống phanh.
BA cũng đặt thời gian hỗ trợ và mức hỗ trợ cho cảm giác về phanh càng tự nhiên càng tốt bằng cách điều chỉnh hỗ trợ theo yêu cầu.
3.3. Sơ đồ chức năng ở chế độ TRC .
Sơ đồ chức năng TRC như hình 3.4.
Khi bàn đạp ga bị nhấn nhấn nhiều khi khởi hành hoặc tăng tốc trên các bề mặt đường trơn trượt…..tạo ram omen dư thừa làm cho các bánh dẫn động quay trượt khiến xe bị mất khả năng chuyển bánh hoặc tăng tốc và khả năng điều khiển lái. Việc điều khiển áp lực của phanh bánh dẫn động và điều chỉnh công suất của động cơ bằng cách giảm nhiên liệu sẽ hạ thấp lực dẫn động khi nhấn bàn đạp ga. Như vậy TRC có tác dụng bảo đảm khả năng chuyển bánh, tăng tốc, điều khiển lái.
Phần lớn các ô tô ngày nay bố trí ASR như là một modun tính toán nằm trong khối chung. Trên một số loại khác, cụm ECU_ABS và ECU_ASR tách rời nhau. Một trong các cụm có motor dẫn động bộ chấp hành điều khiển bướm ga.
Áp lực do motor DC tạo ra điều chỉnh áp lực phanh ABS cho các bánh xe, đồng thời chế độ ASR cho phép điều chỉnh lực phanh tại mỗi bánh xe khác nhau. Do đó lực phanh ở các bánh xe dẫn động được điều khiển theo 3 chế độ: giảm áp lực, giữ áp lực và tăng áp lực để hạn chế độ trượt của các bánh xe chủ động.
4.4. Sơ đồ chức năng ở chế độ VSC
Việc sử dụng cảm biến gia tốc bên cho phép ECU_VSC đo trực tiếp gia tốc bên của xe trong quá trình quay vòng. Tín hiệu gia tốc bên được chuyển về ECU_VSC xác định trạng thái quay vòng.
Hoạt động của VSC:
VSC điều khiển áp lực phanh bằng cách điều chỉnh mức truyền áp lực, do motor điện ở bên trong bộ chấp hành tạo ra đến mỗi má phanh để khống chế sự quay trượt của bánh trước hoặc sự quay của bánh sau.
Điều khiển để khử sự trượt quay bánh trước : khi xe quay vòng sang bên phải việc khống chế để khử sự quay trượt của bánh trước tác động vào các phanh của bánh trước bên phải và bên trái và phanh của bánh sau bên trong.
Điều khiển để khử sự trượt quay bánh sau: khi xe quay vòng sang bên phải, việc khống chế để khử sự quay của bánh sau tác động vào các phanh của bánh trước chạy ở bên ngoài nếu cần cả ở bánh sau bên ngoài.
Các trạng thái hoạt động của VSC:
- Khi xe đi trên đường thường có hệ số bám ổn định nhưng áp suất lốp khác nhau, so sánh y với y do góc quay vành lái gây lên mà tăng phanh cho từng bên độc lập kéo giá trị đo về giá trị lý thuyết.
- Khi xe đi trên đường vòng có hệ số bám 2 bên bánh xe như nhau nhưng do ảnh hưởng góc lệch bên đường vòng nên đo được sai lệch góc lệch bên và lý thuyết ta sẽ tiến hành điều chỉnh.
- Khi xe đi trên đường cong có hệ số bám khác nhau
CHƯƠNG 4
XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CÁC CHƯƠNG TRÌNH LOGIC ĐIỀU KHIỂN
4.1. Chương trình điều khiển tốc độ, momen xoắn của động cơ DC
4.1.1. Các phương trình
- Phương trình tốc độ:
- Phương trình momen:
Ung : Điện áp nguồn nuôi
Rf : Điện trở phụ
Ru : Điện trở mạch phần ứng
K : Hệ số động cơ
4.1.2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ.
- Cùng một điện áp cấp cho phần ứng, khi momen tải thay đổi tốc độ động cơ cũng bị thay đổi theo.
- Mong muốn tạo ra một đặc tính “cứng”, nghĩa là không hay ít bị ảnh hưởng bởi tải.
- Để tạo ra đường đặc tính có độ dốc bằng zero, thay đổi điện áp nuôi theo momen tải.
4.1.3. Thay đổi điện áp bằng phương pháp PWM.
PWM: Pulse Width Modulation
- Tần số điều chế là không thay đổi.
- Bề rộng xung là thay đổi.
Ta sử dụng phương pháp điều rộng xung PWM:
Vi điều khiển AVR của Atmel:
Từ cách hiểu PWM như trên chúng ta có thể thấy rằng việc áp dụng PWM là tương đối dễ dàng, chỉ cần có bộ tạo xung là có thể tạo PWM, thậm chí có thể dung IC 555. Tong tài liệu này ta sử dụng các chip vi điều khiển để tạo xung điều rộng. Vì tính ứng dụng rộng rãi của PWM nên trong hầu hết các bộ điều khiển (như PLC, microcontroller …..) thường có tích hợp modul PWM.
4.2. Xây dựng cơ sở lý luận và các chương trình logic điều khiển.
4.2.1. Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độ phanh ABS.
a. Cơ sở lý luận:
Khi momen phanh Mcp lớn hơn khả năng tạo nên Mp, Pp lớn và gia tốc có giá trị âm lớn, nhưng bánh xe sẽ bị khóa cứng, ở trạng thái bánh xe bị khóa cứng, vận tốc góc sẽ bằng không, vận tốc dài của tâm bánh xe khác không và độ trượt là 100%. Điều này xảy ra trong một thời gian ngắn đối với ô tô không bố trí ABS.
Tính chất biến dạng của bánh xe cao su có khí nén, và sự trượt của bánh xe trên nền, tạo nên sự sai khác giữa vận tốc dài tính tại tâm và vận tốc dài tính tại vết bánh xe. Do vậy không có sự đồng nhất các giá trị gia tốc ở hai vị trí kể trên.
Momen của cơ cấu phanh Mcp và sự bám
Momen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh Mcp là momen điều khiển, do vậy nếu nâng cao giá trị Mcp ở cơ cấu phanh dẫn tới sự tăng lực phanh Pp ở vết tiếp xúc. Khi lực phanh Pp tăng đến giá trị giới hạn của lực bám, bánh xe sẽ bị bó cứng và xảy ra trượt lết bánh xe trên nền.
Như vậy, khi xe bị khóa cứng hoàn toàn sẽ gây nên:
- Tăng quãng đường phanh.
- Mất khả năng tiếp nhận lực bên, ảnh hưởng đến tính chất ổn định, khả năng dẫn hướng chuyển động của xe.
- Tăng độ trượt dọc và mài mòn lốp nhanh.
Momen của cơ cấu phanh Mcp và sự thay đổi gia tốc góc bánh xe:
Trong thực tế việc xác định độ trượt rất khó khăn, bộ điều khiển logic của ABS sẽ tính toán thông qua các giá trị khác như: vận tốc góc, gia tốc góc của bánh xe hoặc gia tốc dài của xe.
Nếu Mp>Mcp , bánh xe tăng tốc, gia tốc góc ᵚ dương.
Nếu Mpcp , bánh xe tăng tốc, gia tốc góc ᵚ âm.
Độ trượt bánh xe sử dụng trên các trạng thái nền đường khác nhau có các quy luật như đã nêu trên các đồ thị thực nghiệm. Giá trị độ trượt tối ưu trên nền đường tốt có hệ số bám cao vói =(10%_30%). Ở trạng thái nền đường khác với hệ số bám nhỏ hơn vùng độ trượt tối ưu thay đổi.
b. Chương trình logic điều khiển ABS.
Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ quay giảm dần, nếu bánh xe đạt tới giá trị gần bó cứng, tín hiệu của cảm biến chuyển về bộ điều khiển trung tâm ECU_ABS lựa chọn chế độ, đưa ra tín hiệu điều khiển điều chỉnh áp lực phanh. Do vậy lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng được nữa, bánh xe có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ cảm biến lại đưa vè ECU_ABS. ECU_ABS cung cấp lệnh điều khiển motor DC giảm áp lực phanh sao cho bánh xe không bó cứng.
4.2.2. Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độ phanh BAS
a. Cơ sở lý luận.
Bộ hỗ trợ phanh là thiết bị hỗ trợ người lái khi phanh gấp ( do hốt hoảng ). Thiết bị này có thể nâng cao áp lực phanh dưới tác dụng của người lái. Hệ thống hỗ trợ phanh thực hiện như sau: yêu cầu phanh của người lái được kích hoạt ( cảm nhận ) nhờ lực phanh ( hay hành trình ) trên bàn đạp phanh, và giá trị tín hiệu được đưa về bộ điều khiển điện tử. Thiết bị hỗ trợ phanh BAS ( Braking Assistant System) có các chức năng sau:
+ Nhận được tình trạng phanh gấp, để tăng áp lực phanh được theo yêu cầu của lái xe đến mức áp lực phanh cao ở các bánh xe sao cho tất cả các bánh xe có thể đạt tới giá trị độ trượt giới hạn.
+ Nhận được điểm kết thúc của trạng thái phanh gấp để áp lực điều khiển phanh giảm về trạng thái yêu cầu của người lái.
b. Sơ đồ logic điều khiển BAS:
Khi lái xe đạp phanh khẩn cấp, áp lực sinh ra tại má phanh có thể không tăng kịp, hệ thống điều khiển nhanh chóng chuyển mạch tới mức tạo áp lực phanh cao hơn. Quá trình xảy ra do sự chậm trễ thực hiện chuyển mạch rất ngắn và áp lực phanh do motor DC tạo ra gia tăng phanh tới ngưỡng của giá trị điều chỉnh độ trượt. Quá trình giảm áp lực phanh giữ áp và tăng áp xảy ra trong một vài chu trình điều chỉnh ở vùng lân cận độ trượt yêu cầu , tốc độ ô tô nhanh chóng giảm xuống, cho tới khi đảm bảo sự tương thích giữa hành trình bàn đạp và áp lực phanh của hệ thống, kết thúc pha 1.
4.2.3. Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độ TRC
a. Cơ sở lý luận.
Ngày nay ABS+TRC có thể bao gồm:
+ ASR : Bộ điều khiển chống trượt quay.
+ EMS : Thiết bị điện tử điều khiển công suất động cơ.
+ MSR : Bộ điều chỉnh momen phanh hỗ trợ ASR khi đi ở số truyền thấp.
+ EDS : Bộ điều khiển khóa vi sai bên trong hệ thống truyền lực.
b. Sơ đồ logic TRC
Thông qua các cảm biến hành trình bàn đạp ga, cảm biến vận tốc bánh xe, cảm biến bướm ga, các cảm biến trong động cơ, khi người lái đạp ga, ECU sẽ so sánh với các giá trị vận tốc góc bánh xe, và hành trình bàn đạp ga định sẵn:
- Nếu vận tốc góc quay bánh xe nhỏ hơn vận tốc góc quay bánh xe cho phép và hành trình bàn đạp ga tương ứng với vị trí hành trình bàn đạp ga ở trạng thái bình thường thì đèn báo trượt quay TRC tắt , đèn báo ASR tắt, xe hoạt động ở chế độ bình thường .
4.2.4. Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độ VSC.
a. Cơ sở lý luận.
Sự quay thân xe thường xảy ra khi xe quay vòng trên đường có tốc độ cao. Các yếu tố gây nên sự tăng quá mức ( quay vòng thừa ) hay quay chưa đủ (quay vòng thiếu ) do nhiều nguyên nhân:
+ Do sự phân bố tải trên các bánh xe không phù hợp ( xếp tải, tăng giảm tốc độ chuyển động …..).
+ Do ảnh hưởng của các yếu tố tác động ngoại cảnh của môi trường xung quanh ( nền đường nghiêng không phù hợp, gió bên thổi mạnh, nền đường có khả năng bám khác nhau,….)
+ Do tốc độ di chuyển trên đường cong.
b. Sơ đồ logic VSC.
Thông qua các cảm biến ECU xác định các thông số góc quay thân xe, góc quay vô lăng lái, gia tốc bên, vận tốc quay vành lái. ECU tính toán, so sánh giá trị của góc quay vành lái, gia tốc bên tối ưu và gia tốc bên thực tế đo được có sự sai lệch, đèn VSC sáng, công tắc VSC được kích hoạt. Trong trường hợp gia tốc bên thực tế đo được có giá trị quá cao thì ECU ở chế độ VSC sẽ đưa ra tín hiệu giảm vận tốc bằng chương trình EMS. Khi xe ở trạng thái quay vòng thừa ECU điều khiển tiến hành phanh bánh xe trước phía ngoài, tạo khả năng điều chỉnh thân xe về đúng quỹ đạo cong của đường.
CHƯƠNG 5
QUY TRÌNH GIA CÔNG CÔNG NGHỆ
5.1. Phân tích kết cấu,chọn dạng sản xuất.
a. Phân tích kết cấu:
Chi tiết là trục cần dẫn bánh hành tinh có dạng hình trụ và có các mặt trụ bậc và rãnh.
Chức năng nhiệm vụ: Khi bánh mặt trời quay, trục cần dẫn vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến. Do đó nó đẩy piston chuyển động tịnh tiến ép má phanh vào đĩa phanh trong quá trình phanh hoặc nhả má phanh khỏi đĩa phanh khi người lái nhả phanh.
b. Chọn dạng sản xuất:
Do tính chất sản xuất mang tính sửa chữa và cải tiến nhỏ nên ta chọn sản xuất là đơn chiếc.
5.2. Lập quy trình công nghệ.
a. Phương pháp tạo phôi
Do chi tiết có dạng hình trụ bậc, đường kính lớn nhất là 15(mm)
Chọn phôi là dạng đúc.
b. Thiết kế quy trình công nghệ.
* Nguyên công 1: Khỏa mặt đầu, khoan lỗ tâm.
- Khỏa mặt đầu
Khoan lỗ định tâm, chiều sâu là 4,5 (mm) đường kính là 15 (mm)
Khỏa mặt đầu:
+ Định vị:
+ Kẹp chặt phôi trên máy tiện T616 bằng mâm cặp 3 chấu.
+ Định vị chi tiết bằng bề mặt trụ của phôi.
+ Dao khỏa mặt đầu, dao phá (tiện thô) được chế tạo bằng thép P8
- Chế độ cắt
+ Lượng dư gia công Z=1(mm)
+ Chiều sâu cắt t=1 (mm)
+ Lượng chạy dao s=0,5(mm/vòng)
+ Tốc độ cắt v=85(mm/ph)
* Nguyên công 3 : Kiểm tra chi tiết
- Về kích thước: Chiều dài và đường kính của các bậc không yêu cầu độ chính xác cao nên kiểm tra bằng thước cặp.
- Đường kính kiểm tra bằng Panme
- Về hình dáng hình học và các bề mặt tương quan dùng
- Đồng hồ so
- Đồ gá
KẾT LUẬN
Hệ thống phanh BBW được thiết kế theo kiểu EMB là hệ thống phanh có kết cấu và điều khiển hiện đại. Cụm cơ cấu phanh có tần số làm việc ở chế độ ABS cao hơn hẳn so với các cụm cơ cấu phanh thông thường vì vậy đòi hỏi công nghệ thiết kế, chế tạo phải rất chính xác và vật liệu phải đảm bảo độ bền rất cao, có khả năng chịu nhiệt tốt.
Do quá trình dẫn động, và điều khiển hoàn toàn bằng điện và điện tử, nên hệ thống phanh thiết kế sẽ gặp khó khăn khi nguồn điện nuôi gặp hư hỏng. Mặt khác nguồn năng lượng tương đối lớn và ổn định, cacs cảm biến thu nhận tín hiệu phải đảm bảo độ nhạy và độ chính xác cao khi làm việc.
Tuy nhiên do những ưu điểm như: khối lượng nhỏ, khoảng không gian chiếm chỗ bé, hiệu quả phanh cao, thời gian chậm tác dụng ngắn, quá trình thiết lập các chương trình logic điều khiển hệ thống phanh hoạt động ở các chế độ phanh ABS, BAS và các chức năng khác cao cấp khác như TRC, VSC có độ chính xác và hoàn thiện hơn nhiều so với hệ thống cũ. Vì vậy em đã chọn thiết kế phanh BBW theo kiểu EMB.
Trong quá trình làm đồ án, bản thân em đã cố gắng tìm hiểu các tài liệu nghiên cứu hệ thống phanh BBW mới của các nhà chế tạo trên thế giới và từng bước giải quyết các nội dụng trong đồ án tốt nghiệp của mình. Đây là cơ hội giúp em nhanh chóng tiếp cận với ngành công nghiệp ô tô hiện đại trên thế giới. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của các thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy: PGS.TS ……………… cùng các thầy trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[ 1]. Thiết kế hệ dẫn động cơ khí
Tác giả: Trịnh Chất
Lê Uyển
[2]. Kết cấu ô t ô
Tác giả: Nguyễn Khắc Trai
Hồ Hữu Hải
Nguyễn Trọng Hoan
Phạm Huy Hường
Nguyễn Văn Chưởng
Trịnh Minh Hoàng
[3]. Thiết kế tính toán ô tô
Tác giả: Nguyễn Trọng Hoan
[4]. Bài báo NTN TECHNICAL_Development of an Electronicmechanical Brake
Tác giả: Tatsuya YMASAKI
Masaaki EGUCHI
Yusuke MAKIN
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"