MỤC LỤC THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE THAM KHẢO TOYOTA ALTIS 2016

LỜI NÓI ĐẦU.. 3

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.. 4

1.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài4

1.2. Công dụng, phân loại và yêu cầu hệ thống phanh trên xe ô tô. 5

1.2.1. Công dụng. 5

1.2.2.Phân loại5

1.2.3. Yêu cầu. 6

1.3. Giới thiệu tổng quan về xe Toyota ALTIS 2016. 7

1.3.1. Các thông số kĩ thuật chính. 8

1.3.2. Hệ thống phanh trên xe Toyota ALTIS 2016. 11

CHƯƠNG II

PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CƠ CẤU VÀ DẪN ĐỘNG PHANH.. 12

2.1. Lựa chọn cơ cấu phanh. 12

2.1.1. Cơ cấu phanh guốc. 12

2.1.2. Cơ cấu phanh đĩa.13

2.1.3. Cơ cấu phanh khí nén. 14

2.2. Phân tích và lựa chọn dẫn động. 14

2.2.1. Dẫn động cơ khí14

2.2.2. Dẫn động thủy lực. 15

2.2.3. Dẫn động khí nén. 16

2.3. Hệ thống ABS. 19

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý cơ bản của hệ thống phanh ABS.20

2.3.2. Chức năng của các bộ phận:. 20

2.3.3. Các bộ phận của ABS. 20

2.3.4. Bộ chấp hành ABS. 22

CHƯƠNG III:

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN.. 28

    3.1. Tính toán thiết kế hệ thống phanh. 28

3.1.1.  Tính toán cơ cấu phanh sau. 31

3.1.2. Tính toán cơ cấu phanh trước. 35

3.1.3. Tính nhiệt và tính kiểm nghiệm bền cho cơ cấu phanh. 36

3.2. Tính toán dẫn động phanh. 45

3. 3  Thiết kế trợ lực phanh. 48

3.3.1. Phân tích và chọn trợ lực. 48

3.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực chân không. 49

3.3.3. Tính toán trợ lực chân không. 51

KẾT LUẬN CHUNG.. 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 53

 

LỜI NÓI ĐẦU

Giao Thông Vận Tải chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đặcbiệt với các nước có nền kinh tế phát triển.Có thể nói rằng mạng lưới giao thông vận tải là mạch máu của một quốc gia. Trong đó giao thôngđường bộ đóng vai  tròchủ đạo và phầnlớn lượng hàng hóa và người được vận chuyển trong nội địa bằng ôtô.

 Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật,nghành ô tô ngày càng phát triển,khởi đầu từ những chiếc ô tô thô sơ hiện nay nghành côngnghiệp ô tô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng nhu cầu của con người.Những chiếc ô tô ngày càng trở nên đẹp hơn,nhanh hơn,an toàn hơn,tiện nghi hơn,…để theo kịp xu thế của thời đại.

Song song với việc phát triển nghành ô tô thì vấn đề an toàn cho người và xe càng trở nên cần thiết. Do đó,trên ô tô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu an toàn như:Cải tiến hệ thống phanh,dây đai an toàn,túi khí,…trong đó hệ thống phanh đóng vaitrò quan trọng nhất.Khi thiết kế phanh phải đảm bảocó hiệu quả cao, an toàn ở mọi tốc độ,nhất là ở tốc độ cao;để nâng cao được năng suất vận chuyển người và hàng hóa là điều rất cần thiết. Đặc biệt đối với các xe du lịch loại nhỏ được thiết kế với tốc độ cao càng đòi hỏi an toàn cho người ngồi trên xe.

Đề tài này có nhiệm vụ ``Thiết kế hệ thống phanh trên  xe tham khảo Toyota ALTIS 2016’’ là nhiệm vụ quan trọng cho sự an toàn trên xe du lịch. Đề tài này được thực hiện tại trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, với sự giúp đỡ của các thầy trong Bộ môn ô tô – Khoa Cơ khí, đặc biệt dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của thầy Phạm Hồng Sơn đã giúp em hoàn thành được đề tài của mình.

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

 1.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài

Ngày nay ôtô được các hãng sản xuất hàng đầu trên thế giới quan tâm, trong đó sự an toàn cho người và xe bao giờ cũng được quan tâm và chú trọng hàng đầu trong công việc nghiên cứu và chế tạo, do đó việc phát triển ôtô ngày càng an toàn, tiện dụng, cho phép lái xe điều chỉnh được tốc độ chuyển động hoặc dừng xe theo ý muốn. Nhờ vậy mà nâng cao được năng suất vận chuyển.

Ở nước ta, lưu lượng ô tô tham gia giao thông ngày càng nhiều, đặc biệt là các xe du lịch nhỏ, vấn đề an toàn luôn được đặt lên hàng đầu nhằm giảm thiều tai nạn giao thông mà một trong các hướng giải quyết cho các nhà thiết kế là phải có hệ thống phanh an toàn nhất.

Hệ thống phanh ô tô (đặc biệt là xe du lịch) ngày càng hoàn thiện để đảm bảo tính năng an toàn cho người sử dụng ôtô. Do đó sự phát triển từ hệ thống phanh guốc dẫn đến sự ra đời của hệ thống phanh đĩa, hệ thống chống bó cứng bánh xe (hệ thống ABS) … Các hệ thống phanh đó đã trở thành một trong những bộ phận quan trọng nhất trong cấu tạo ô tô và ngày nay nó cũng trở thành một trong những tiêu chuẩn để đánh giá về đời ôtô.

Đối với sinh viên tốt nghiệp ngành cơ khí ô tô, việc nghiên cứu, khảo sát, thiết kế hệ thống phanh từ mọi xe cơ sở là nhiệm vụ rất quan trọng. Chính vì thế đề tài “Thiết kế hệ thống phanh trên xe tham khảo Toyota ALTIS 2016” có ý nghĩa quan trọng. Việc thiết kế được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu các loại cơ cấu, dẫn động phanh hiện có. Từ đó lựa chọn phương án dẫn động, lựa chọn cơ cấu phanh phù hợp cho loại xe tham khảo. Với cơ sở đã lựa chọn, đồ án tính toán thiết kế các cơ cấu phanh, dẫn động phanh, trợ lực phanh,… Từ đó khẳng định khả năng làm việc của hệ thống.

1.2. Công dụng, phân loại và yêu cầu hệ thống phanh trên xe ô tô

1.2.1. Công dụng

Hệ thống phanh là một trong các cụm đảm bảo an toàn chuyển động cho ôtô. Trong quá trình phanh, động năng của xe được chuyển hoá thành nhiệt năng do ma sát giữa trống phanh (đĩa phanh) với má phanh nhờ vậy có thể:

- Giảm được tốc độ chuyển động của xe, dừng hẳn hoặc giữ xe ở một vị trí nhất định.

- Duy trì vận tốc của ôtô ở một giá trị nhất định khi xe chuyển động xuống dốc.

- Đảm bảo cho ôtô đứng yên trên đường kể cả trên đường dốc cũng như khi không có mặt người lái.

- Đối với xe bánh xích hệ thống phanh còn giúp cho việc quay vòng xe.

- Hệ thống phanh còn giúp nâng cao vận tốc trung bình của xe do đó nâng cao được năng suất vận chuyển.

1.2.2.Phân loại

Phân loại tổng quát hệ thống phanh.

Tiêu chí phân loại loại	Phân loại
Theo công dụng	+  Hệ thống phanh chính (phanh chân) + Hệ thống phanh dừng (phanh tay) + Hệ thống phanh hãm (phanh bằng động cơ hoặc phanh điện từ) + Hệ thống phanh tự động
Vị trí lắp đặt cơ cấu phanh	+ Cơ cấu phanh đặt ở bánh xe   + Cơ cấu phanh đặt ở trục truyền động
Theo  kết  cấu  của cơ cấu phanh	+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải (phanh đai)          + Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống          + Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa          + Hệ thống phanh với cơ cấu phanh thủy lực          + Hệ thống phanh với cơ cấu phanh điện
Theo dẫn động phanh	+ Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí + Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực + Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén + Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén-thủy lực
Năng lượng sử dụng khi phanh	+ Hệ thống phanh không có trợ lực + Hệ thống phanh có trợ lực + Hệ thống phanh quán tính + Hệ thống phanh trọng lực
Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh	+ Hệ thống phanh thường + Hệ thống phanh có điều hòa lực phanh + Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng (ABS)

 

1.2.3.Yêu cầu

Hệ thống phanh cần bảo đảm các yêu cầu sau:

- Có hiệu quả phanh cao nhất nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp 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.

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao, sự chậm tác dụng nhỏ.

- Phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kì cường độ nào.

- Không có hiện tượng tự siết phanh khi ôtô chuyển động tịnh tiến hoặc quay vòng.

- Làm việc bền vững, tin cậy.

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt..

1.3. Giới thiệu tổng quan về xe Toyota ALTIS 2016

- Toyota ALTIS là một trong ba mẫu sedan chủ lực của hang Toyota: Camry, Altis, Vios.

- Toyota ALTIS 2016 mang phong cách thiết kế của dòng ALTIS thế hệ mới, được sản xuất vào năm 2016. Toyota ALTIS được trang bị động cơ xăng 3ZR-FE, đi kèm với hộp số tự động 4 cấp và ứng dụng nhiều công nghệ mới nên tăng cường cho xe khả năng vận hành mạnh mẽ những lúc cần bức phá tốc độ, và vẫn đảm bảo độ êm dịu tiện nghi cho người ngồi trên xe.

- Thiết kế nội và ngoại thất mới của xe mang phong cách thể thao trẻ trung với nhiều điểm nhấn sang trọng và cao cấp hơn. Bên cạnh đó xe được trang bị nhiều hệ thống an toàn và tiện nghi: hệ thống túi khí, hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS nên xe Toyota ALTIS 2016 là một trong những mẫu xe hiện đang được ưa chuộng trên thế giới. Hình dáng và kích thước tổng của xe được thể hiện trên hình 1.1.

Hình 1.1. Hình ảnh kích thước tổng thể xe

1.3.1. Các thông số kĩ thuật chính

Dưới đây là bảng các thông số kĩ thuật chính của xe Toyota ALTIS 2016.

TOYOTA  ALTIS
Số chỗ ngồi			5
KÍCH THƯỚC VÀ TRỌNG LƯỢNG
Kích thước tổng thể (Dài x Rộng x Cao)		mm	4520 x 1700 x 1410
Chiều dài cơ sở		mm	2700
Chiều rộng cơ sở	Trước/Sau	mm	1520 x 1520
Bán kính vòng quay tối thiểu		m	5,3
Trọng lượng	Không tải	kg	1085
	Toàn tải	kg	1450
Dung tích bình nhiên liệu		lít	55
ĐỘNG CƠ
Kiểu			3ZR-FE
Loại			4 xylanh thẳng hàng, 16 van, DOHC, Dual VVT - i
Dung tích công tác		cc	1497
Công suất tối đa (SAE-Net)		Hp/rpm	139/6000
		Kw/rpm	104/6000
Mô men xoắn tối đa (SAE-Net)		kg.m/rpm	19,3/4200
		Nm/rpm	189/4200
Tiêu chuẩn khí thải			Euro 3
KHUNG GẦM
Hộp số			4 số tự động
Hệ thống treo	Trước		Kiểu MacPherson
	Sau		Thanh xoắn
Hệ thống phanh	Trước		Đĩa thông gió 15`
	Sau		Đĩa 15`
Trợ lực tay lái			Trợ lực điện (EPS)
Vỏ và mâm xe			205/55R16, mâm đúc
TRANG THIẾT BỊ CHÍNH
Ngoại thất
Đèn trước			Halogen
Đèn sương mù trước			Có
Cụm đèn sau			Kiểu LED
Kính chiếu hậu			Cùng màu thân xe, gập chỉnh điện, tích hợp đèn báo rẽ
Hệ thống gạt mưa			Gián đoạn/ điều chỉnh thời gian
Tấm ốp hướng gió cản trước			Có
Tấm ốp hướng gió cản sau			Có
Chụp ống xả mạ Crôm			Có
Nội thất
Vị trí người lái
Tay lái	Loại		3 chấu, bọc da có lẫy chuyển số
	Điều chỉnh 4 hướng		Có
Các nút điều chỉnh	Âm thanh		Có
	Màn hình hiển thị đa thông tin		Có
Bảng đồng hồ	Loại		Optrion
Cửa sổ điều chỉnh điện			Có – 1 chạm bên ghế người lái
Khóa cửa trung tâm			Có – tự động khóa theo tốc độ xe
Khóa cửa từ xa			Có
Tay nắm cần số			Ốp gỗ, mạ bạc
Bảng điều khiển
Hệ thống âm thanh			AM/FM,MP3, WMA, CD 6 đĩa, 6 loa
Hệ thống điều hòa nhiệt độ			Chỉnh tay
Ghế
Chất liệu ghế			Nỉ	Bọc da
Hàng ghế trước	Trượt		Có (255mm)
	Ngả		Có
	Điều chỉnh độ cao mặt ghế		Có (ghế người lái)
Hàng ghế thứ hai			Gập 60/40, có tựa đầu
An toàn
An toàn chủ động
Hệ thống chống trộm			Có
ABS và EBD			Có
BA			Có
Cảm biến lùi			Có
Chốt an toàn cho trẻ em			Có
An toàn bị động
Hệ thống túi khí			Người lái và hành khách phíatrước
Dây đai an toàn			Tất cả các ghế
Khung xe hấp thụ xung lực GOA			Có

 

1.3.2. Hệ thống phanh trên xe Toyota ALTIS 2016

- Hệ thống phanh trước và sau của xe Toyota ALTIS 2016 đều là phanh đĩa điều khiển bằng thủy lực có trợ lực chân không và có trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS, có phiên bản rút gọn sử dụng phanh trước là phanh đĩa, phía sau là phanh guốc.

- Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau.

- Dầu phanh: DOT 3 hoặc DOT 4.

CHƯƠNG II

PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CƠ CẤU VÀ DẪN ĐỘNG PHANH

2.1. Lựa chọn cơ cấu phanh

2.1.1. Cơ cấu phanh guốc

Cơ cấu phanh guốc được thể hiện trên hình 2.1.

 

Hình 2.1. Cơ cấu phanh guốc.

1. Má phanh.                                             5. Tấm đệm của hai chốt.

2. Lò xo kéo guốc phanh.                         6. Cam phanh.

3. Guốc phanh.                                         7. Êcu hãm trục.

4. Phanh hãm chốt.                                   8. Trục quay của guốc phanh.

+ Ưu điểm của cơ cấu phanh guốc:

- Đơn giản, gọn nhẹ.

- Ít hỏng hóc, dễ sửa chữa và thay thế.

+ Nhược điểm của cơ cấu phanh guốc:

- Cần một lực tương đối lớn để hãm.

- Hiệu suất phanh không cao.

- Dễ bị bó phanh khi mất lái hoặc lệch tâm xe khi phanh.

2.1.2. Cơ cấu phanh đĩa.

Hình 2.2. Cơ cấu phanh đĩa

+ Ưu điểm của cơ cấu phanh đĩa:

- Cơ cấu phanh đĩa cho phép mômen phanh (ma sát) ổn định khi hệ số ma sát thay đổi. Điều này giúp cho phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao.

- Khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn, nên tổng khối lượng của các chi tiết không treo nhỏ, nâng cao tính êm dịu và bám đường của bánh xe.

-  Khả năng thoát nhiệt ra môi trường dễ dàng.

- Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát.

- Công nghệ chế tạo gặp ít khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành trong

 sản xuất.

- Dễ dàng bố trí cơ cấu tự điều chỉnh tự động khe hở của má phanh và đĩa phanh.

+ Nhược điểm của cơ cấu phanh đĩa:

- Các chất bẩn bám vào phanh gây ăn mòn hóa học hoặc cơ học nhanh nên phải thường xuyên bảo dưỡng.

- Nếu bị ăn mòn nhiều, đĩa phanh quá mỏng khiến quá trình tản nhiệt diễn ra chậm và phanh có thể bị gãy.

- Giá thành đắt hơn phanh guốc, nhanh mòn hơn phanh guốc.

2.1.3. Cơ cấu phanh khí nén

         + Ưu điểm của cơ cấu phanh khí nén:

- Độ an toàn cao, nếu trong trường hợp khí bị rò rỉ hết ra ngoài thì cơ cấu phanh dừng sẽ được kích hoạt tự động và hãm lại.

- Tạo được sự ổn định khi phanh.

         + Nhược điểm của cơ cấu phanh khí nén:

- Có kết cấu phức tạp với nhiều cụm chi tiết

- Kích thước và trọng lượng khá lớn

- Giá thành cao

- Độ nhạy thấp

- Thời gian trễ khi lực phanh tác dụng lớn.

Kết luận: Qua phân tích ưu, nhược điểm một số cơ cấu phanh, em lựa chọn cơ cấu phanh guốc cho cầu sau xe vì cơ cấu phanh guốc có giá thành rẻ, bền bỉ, ít hỏng hóc, dễ thay thế, bảo dưỡng,… và cơ cấu phanh đĩa cho cầu trước nhằm bảo đảm độ tin cậy khi phanh xe.

2.2. Phân tích và lựa chọn dẫn động

2.2.1. Dẫn động cơ khí

     Sơ đồ cấu tạo.

Hình 2.3: Sơ đồ dẫn động phanh bằng cơ khí

  1. Tay phanh; 2. Thanh dẫn động; 3, 5. Con lăn của dây cáp; 4. Dây cáp phía trước

6. Thanh dẫn trung gian; 7. Trục; 8,10. Dây cáp dẫn động phanh; 9. Thanh cân bằng

11. Mâm phanh; 12. Trục lệch tâm của thanh ép; 13. Guốc phan

+ Ưu điểm của cơ cấu phanh cơ khí:

- Độ tin cậy khi làm việc cao.

- Độ cứng vững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc lâu dài.

+ Nhược điểm của cơ cấu phanh cơ khí:

- Khó đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe vì độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không như nhau, khó đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu.

- Hiệu suất truyền lực không cao.

- Thời gian phanh lớn.

2.2.2. Dẫn động thủy lực

     Sơ đồ cấu tạo.

Hình 2.4: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực

                       1. Bàn đạp; 2. Xilanh phanh chính; 3. Đường dẫn dầu;

                                    4. Xilanh phanh bánh xe  5. Má phanh

+ Ưu điểm của dẫn động thủy lực:

- Có kết cấu, cấu tạo gọn.

- Có thể sử dụng phanh theo cảm tính và khá dễ dàng trong việc sử dụng.

- Phanh cho hiệu suất cao, độ nhạy tốt.

+ Nhược điểm của dẫn động thủy lực:

- Phải dùng nhiều sức để điều khiển phanh.

- Khi bị hư hỏng, rò rỉ vỡ đường ống dẫn thì hầu như toàn bộ hệ thống phanh không thể hoạt động.

- Khi ở nhiệt độ thấp, hiệu suất phanh bị giảm.

Dẫn động thủy lực có hai loại: Dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng.

Dẫn động một dòng:

Ưu điểm: Có thể phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo đúng yêu cầu thiết kế, hiệu suất cao, độ nhạy tốt, kết cấu đơn giản, gọn nhẹ có thể dung trên nhiều loại xe ôtô khác nhau chỉ cần thay đổi cơ cấu.

Nhược điểm: Không tạo được lực đẩy guốc phanh lớn, nếu không có trợ lực thì chỉ dùng cho xe có trọng lượng toàn bộ nhỏ, lực bàn đạp lớn, khi có dò dỉ trên đường ống hoặc các xilanh thì hệ thống không làm việc.

Dẫn động hai dòng:

Ưu điểm: Ngoài các ưu điểm của dẫn động một dòng. Khi có một dòng bị rò rỉ thì dòng kia vẫn hoạt động để điều khiển dừng xe.

Nhược điểm: Kết cấu phức tạp hơn, giá thành đắt hơn

2.2.3. Dẫn động khí nén

Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.5: Sơ đồ dẫn động khí nén

1. Máy nén khí; 2. Bộ điều chỉnh áp suất; 3. Bình khí nén

; 4. Lò xo hồi vị; 5. Bầu phanh; 6. Tổng van phanh

         + Ưu điểm của dẫn động phanh khí nén:

- Lực cần tác dụng trên bàn đạp phanh nhỏ.

- Sử dụng rất hiệu quả trên các xe có tải trọng lớn, có khả năng điều chỉnh rơmoóc.

- Giúp cơ khí hóa quá trình làm việc và có thể sử dụng khí nén cho các bộ phận như hệ thống treo khi làm việc.

+ Nhược điểm của dẫn động phanh khí nén:

- Kết cấu cồng kềnh.

- Khi khí nén, hơi trong xe giảm hoặc thiếu thì dường như xe không thể chạy được, gây cản trở khá nhiều trong điều kiện di chuyển gấp.

Đối với xe du lịch, yêu cầu đối với dẫn động phanh là phải có kết cấu, cấu tạo gọn, dễ dàng trong sử dụng, có hiệu suất, độ nhạy phanh cao, có phân bố lực phanh tốt, …

Kết luận: Qua tìm hiểu các loại dẫn động phanh, đồ án lựa chọn kiểu dẫn động phanh thủy lực, loại dẫn động hai dòng nhằm bảo đảm dẫn động phanh và hiệu quả cao. Sơ đồ dẫn động được thể hiện trên hình 2.6.

 

Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực

1.Bàn đạp phanh; 2.Bầu trợ lực; 3.Xi lanh chính; 4.Bình dầu;

5.Phanh đĩa; 6.Bộ điều hòa lực phanh; 7.Phanh guốc;

Sơ đồ dẫn động một dòng và hai dòng được thể hiện trên (hình 2.7)

Hình 2.7. Sơ đồ dẫn động một dòng và hai dòng

a. Dẫn động một dòng

 b. Dẫn đông hai dòng

2.3. Hệ thống ABS

Theo kinh nghiệm lái xe, với hệ thống phanh kiểu cũ, để tránh cho các lốp không bị bó cứng và làm mất khả năng quay vô lăng trong khi phanh khẩn cấp, người điều khiển nên lặp lại động tác đạp và nhả bàn đạp phanh nhiều lần. Tuy nhiên, trong những trường hợp khẩn cấp thường không có thời gian để thực hiện việc này. Người lái đạp dí phanh và xe trượt trên mặt đường trong khi các lốp không quay. Cuối cùng xe cũng dừng lại do ma sát trượt giữa lốp và mặt đường lớn nhưng xe mất khả năng lái khiến cho xe bị văng đi và tai nạn xảy ra là điều khó tránh khỏi.

Vậy để chống lại điều này, người ta chế tạo hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) với khả năng chống cho các lốp không bị khóa cứng khi phanh khẩn cấp làm cho xe không bị mất lái và giảm thiểu được tai nạn xảy ra

Hệ thống ABS (viết tắt của Anti-lock Brake System) dùng một máy tính để xác định tình trạng quay của 4 bánh xe trong khi phanh qua các cảm biến lắp ở bánh xe và có thể tự động điều khiển đạp và nhả phanh.

Hình 2.8. Hình ảnh bố trí cảm biến ABS

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý cơ bản của hệ thống phanh ABS.

Ngoài bộ cường hoá chân không và xi lanh chính hệ thống phanh ABS còn có thêm các bộ phận sau: các cảm biến tốc độ bánh xe, bộ ABS-ECU, bộ chấp hành ABS (hình 2.9)

Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh ABS.

2.3.2. Chức năng của các bộ phận:

- Cảm biến tốc độ bánh xe nhằm phát hiện tốc độ góc của bánh xe và gửi tín hiệu đến bộ ABS-ECU;

- ABS-ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ ôtô và sự thay đổi tốc độ của bánh xe từ tốc độ góc của bánh xe. Khi phanh ABS-ECU điều khiển các bộ chấp hành để cung cấp áp suất tối ưu cho mỗi xi lanh bánh xe;

- Bộ chấp hành ABS (cụm điều khiển thuỷ lực) hoạt động theo mệnh lệnh từ ECU để tăng, giảm hay giữ nguyên áp suất dầu cần thiết đảm bảo hệ số trượt tốt nhất (10%-30%) tránh bó cứng bánh xe.

2.3.3. Các bộ phận của ABS

Các bộ phận và bố trí chung của hệ thống phanh ABS được chỉ ra trên hình 2.16. Và đã  trình bày trong phần sơ đồ cấu tạo và nguyên lý cơ bản.

Dưới đây sẽ phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của các bộ phận chính.

..........

Hình 3.3. Sơ đồ kích thước hình học mặt cắt guốc phanh

Chọn các thông số: a = 50 mm, b = 5 mm, c = 6mm, d = 25mm.

                                                                                 (3.17)

Trong đó:

1. Y₂ là kích thước chế tạo, Y₂ = 12,5 + 2,5 = 15 mm.
2. F₁ = a.b = 50.5 = 250
3. F₂ = c.d = 6.25 = 180

Ta có R₃ = 120mm, R₂ = 145mm, R₁’ = 147,5mm, R₂’ = 132,5mm.

Tính bán kính đường trung hòa:

Khoảng cách từ tâm bánh xe đến trọng tâm guốc phanh:

 mm

b. Tính bền guốc phanh

Tại điểm đặt lực tổng hợp R₁ ta tưởng tượng cắt guốc phanh làm hai nửa, đặt vào mặt cắt các nội lực Q_y1, N_x1, M_u1 ở nửa trên và Q_y2, N_x2, M_u2 ở nửa dưới.

-       Xét cân bằng lực ở nửa trên:

Sơ đồ đặt lực như hình vẽ:

Ta có hệ phương trình cân bằng:

Xét cân bằng tại A:  

Xét cân bằng tại B:  

Ta có bảng thống kê giá trị lực:

	Vị trí A	Vị trí B
Nx1	- 3276 (N)	- 586 (N)
Qy1	- 817 (N)	- 3325 (N)
Mu1	0 (Nm)	- 341 (Nm)

Xét cân bằng lực ở nửa dưới:

Sơ đồ đặt lực như hình vẽ:

Ta có hệ phương trình cân bằng:

Xét cân bằng tại C có:

Xét cân bằng tại B có:

Ta có bảng ghi giá trị lực:

	Vị trí B	Vị trí C
Nx2	- 1084 (N)	- 1084 (N)
Qy2	6607 (N)	6607 (N)
Mu2	626 (Nm)	0 (Nm)

- Biểu đồ nội lực:

Hình 3.4. Biểu đồ nội lực trên guốc phanh

Theo biểu đồ nội lực ở trên, ta thấy mặt cắt nguy hiểm là mặt cắt có phương của phản lực R đi qua. Tại đó, lực nén N_x, Q_y, và M_x đều lớn:

N_x = 1084 (N)

Q_y = 6607 (N)

M_u = 626 (N)

Căn cứ vào tiết diện mặt cắt ngang chữ T, ta đi tính ứng suất tại 3 điểm chỉ ra trên sơ đồ kích thước hình học.

-       Xét tại điểm (2) là điểm có khả năng gãy nhiều nhất:

Có R₂ = 145 mm = 14,5 cm.

ứng suất do Q_y và M_u gây ra tính theo công thức:

                                                                   (3.18)

Trong đó:

F = F₁ + F₂ = 2,5 + 1,8 = 4,3 () là diện tích thiết diện

R_th = 14,08 cm là bán kính đường trung hòa

R_i là bán kính điểm đang xét, R_i = R₂ = 14,5 cm

W_u là mô men chống uốn của vật liệu

       là khoảng cách từ điểm xa nhất đến đường trung hòa.

Q_y là lực cắt, Q_y = 6607 N

ứng suất tiếp do N_x gây ra:

                                                                                (3.19)

Với    b = 0,6 cm là chiều dầy phần bị cắt.

   N_x = 1084 (N) là lực dọc theo phương X

   J_x = 7,92

   S_x là mô men tĩnh tại tiết diện cắt đối với trục quán tính trung tâm:

                                                                              (3.20)

- Xét tại điểm (1):

Ta có: R₁ = 150 (mm) = 15 (cm)

ứng suất do Q_y2 và M_u gây ra được tính toán như sau:

- Xét tại điểm (3):

Ta có: R₁ = 120 (mm) = 12 (cm)

ứng suất do Q_y2 và M_u gây ra được tính toán như sau:

Từ đây ta có bảng kết quả tính toán:

Điểm 1

Điểm 2

Điểm 3

ứng suất tổng hợp do ứng suất uốn và ứng suất tiếp gây ra:

Tại điểm 1:

Tại điểm 2:

Tại điểm 3:

Tại điểm 2 có ứng suất tổng hợp lớn nhất, guốc phanh chế tạo bằng thép 40 có ứng suất giới hạn .

Như vậy  nên guốc phanh đủ bền.

c. Tính bền chốt phanh

Chốt má phanh của cơ cấu phanh trước chịu phản lực U lớn nhất, do đó chỉ cần tính bền cho chốt má phanh này.

Chọn đường kính chốt d = 10 mm, chiều dài chốt l = 30mm. Một đầu chốt coi như bị ngàm chặt, toàn bộ chiều dài chốt chịu lực phân bố đều :

Tính bền dập chốt má phanh theo công thức kinh nghiệm:

Vậy chốt má phanh đủ bền dập.

3.2. Tính toán dẫn động phanh

- Hệ thống dẫn động thủy lực: Hệ thống dẫn động thủy lực có ưu điểm là có độ nhạy cao, đáp ứng nhanh nên có thể đạt được hiệu quả phanh tốt hơn. Hệ thống đường ống cũng không phức tạp, tuy nhiên việc chế tạo các xylanh thủy lực phải yêu cầu có độ kín khít cao.

Ta có sơ đồ hệ dẫn động  phanh thủy lực như hình vẽ.

 Đường kính xylanh công tác của bánh trước d₁ và bánh sau d₂ được tính dựa trên cơ sở lực phanh P₁ và P₂ đã được xác định khi xây dựng họa đồ lực phanh:

Trong đó, p_i là áp suất làm việc của hệ thống, chọn p_i = 6 MPa.

Chọn d₁ = 27 mm, d₂ = 15 mm.

          Đường kính xylanh chính có thể xác định trên cơ sở chọn lực bàn đạp trong phạm vi cho phép

Chọn  = 0,5 kN .

Xét điều kiện cân bằng tại xylanh chính như sơ đồ ta có:

Trong đó:

-                 l và l’ là các cánh tay đòn của dẫn động bàn đạp.

Chọn l = 300 mm, l’ = 30 mm.

-                   là hiệu suất dẫn động bàn đạp. Chọn  = 0,95.

 Đường kính xylanh chính được tính là:

Chọn D = 32 mm.

Tính kiểm tra hành trình bàn đạp:

Hành trình bàn đạp được tính kiểm tra theo tiêu chuần , .

Hành trình bàn đạp gồm 2 phần:

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

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

Do đó ta có:

                                                                         (3.22)

Nếu coi chất lỏng là không nén được và các đường ống là tuyệt đối cứng thì toàn bộ thể tích chất lỏng bị đẩy ra khỏi xylanh chính sẽ đi vào xy lanh công tác và tạo nên các dịch chuyển x₁ và x₂ của các pit tông tại các xylanh này:

   Tuy nhiên, trên thực tế chất lỏng vẫn bị nén chút ít và đường ống bị giãn nở dưới áp suất nên hành trình pittong sẽ tăng lên một chút và được kể đến bởi hệ số  :

Trong đó, x₁ và x₂ là hành trình của các pit tông công tác, được xác định theo công thức sau:

Với:

 là khe hở trung bình giữa má phanh và trống phanh,

chọn  = 0,3 mm

 là độ mòn hướng kính cho phép, chọn  = 1 mm.

a = 127 mm là khoảng cách từ tâm trống phanh đến điểm đặt lực P

c = 125 mm là khoảng cách từ tâm trống phanh đến chốt má phanh.

Từ đây ta tính được hành trình bàn đạp:

Vậy hành trình bàn đạp đảm bảo không vượt quá giới hạn hành trình bàn đạp cho phép.

3. 3. Thiết kế trợ lực phanh

Theo tính toán ở trên, do lực bàn đạp vượt qua giới hạn cho phép nên ta đi thiết kế trợ lực phanh. Hiện nay trên các ôtô hiện đại người ta thiết kế nhiều hệ thống điều khiển để giảm nhẹ sức lao động cho người lái, giảm bớt các thao tác nhằm đảm bảo an toàn chuyển động. Bộ trợ lực phanh là bộ phân không thể thiếu trên xe hiện nay.

3.3.1. Phân tích và chọn trợ lực

Đối với loại xe du lịch thiết kế, có động cơ xăng tốc độ cao phù hợp với trợ lực chân không.

Nó có ưu điểm là không cần sử dụng nguồn năng lương bên ngoài mà sử dụng độ chân không tạo bởi trên đường nạp động cơ để tạo lực.

Bên cạnh đó trợ lực chân không có nhược điểm là hiệu quả bộ trợ lực thấp, để tăng lực trợ lực lớn phải tăng kích thước của bầu trợ lực lên.

Ngoài trợ lực chân không ra còn có trợ lực khí nén nhưng xe không chọn loại này cho xe thiết kế vì: Sử dụng trợ lực khi nén phức tạp, phải có hệ thống tạo khí nén như máy nén khí, hệ thống dẫn,… và phải mất ccông suất động cơ kéo máy nén, cồng kềnh không phù hợp với xe du lịch thiết kế.

Do vậy, đối với hệ thống phanh xe tham khảo Toyota ALTIS 2016, ta lựa chọn trợ lực phanh là trợ lực chân không.

 3.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực chân không

Với  xe 5 chỗ thì lực bàn đạp không cần lớn do vậy chỉ cần có bộ trợ lực chân không là đảm bảo yêu cầu.

Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý bộ trợ lực chân không.

1. Vít điều chỉnh; 2. Phớt than trợ lực; 3. Lò  xo màng; 4. Ống nối; 5. Thân sau trợ lực; 6. màng trợ lực; 7. Thân trước trợ lực; 8. Tấm đỡ lò xo; 9. Piston; 10. Bulong; 11. Phớt thân van; 12. Cần điều khiển; 13. Lò xo hồi van khí; 14. Lọc khí; 15. Lò xo van điều khiển; 16. Van điều khiển; 17. Van khí; 18. Đĩa phản lực; 19. Miếng hãm

* Cấu tạo: Bộ trợ lực được bao kín bởi hai nửa vỏ và được chia thành hai buồng A và B bởi màng cao su 6, buồng A có áp suất không đổi, buồng B có áp suất thay đổi, vòi chân không 4 được nối với van một chiều từ họng hút động cơ. Trong buồng có màng chắn cùng với đĩa định vị, lò xo và cần đẩy, cần đẩy một đầu nối với van khí 17, đầu thứ hai nối với cần đẩy piston của xilanh chính, van điều khiển 6 gồm có than van, trong đó lắp piston của van, màng chắn cùng với lò xo, van khí và van điều khiển nối với nhau bằng cần đẩy.

  * Đặc điểm của trợ lực chân không là: Sử dụng độ chân không ngay trong họng hút của động cơ đưa độ chân không đó vào một khoang A của trợ lực, còn khoang B thông với khí trời. Khi tác dụng một lực cần thiết vào bàn bàn đạp phanh nhờ sự dẫn động dầu tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa phía trước và sau màng đẩy của bộ trợ lực tạo lực đẩy thông qua đòn bẩy tác dụnglên piston của trợ lực để thực hiện quá trình phanh

* Nguyên lý hoạt động:

   - Trạng thái không phanh: Cần đẩy dịch chuyển sang phải kéo van khí 17 và van điều khiển 16 sang phải, van khí tỳ sát vào van điều khiển đóng dường thông với khí trời, lúc này buồng A thông với buồng B qua hai cửa E và F thông với đường ống nạp. Như vậy không có sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng A và B, bầu trợ lực không làm việc.

  - Trạng thái đạp phanh: Dưới tác dụng của lực bàn đạp cần đẩy dịch chuyển sang trái đẩy các van khí 17 và van điều khiển 16 sang trái. Van điều khiển lúc  tỳ sát vào van chân không thì dừng lại còn van khí 17 tiếp tục dịch chuyển tách rời van điều khiển. Lúc đó đường thông giữa cửa E và F được đóng lại và mở đường thông khí trời với lỗ F, khi đó áp suất của buồng B bằng áp suất khí trời, áp suất buồng A bằng áp suất đường ống nạp, do đó giữa buồng A và buồng B có sự chênh lệch áp suất. Do sự chênh lệch áp suất này mà màng trợ lực di chuyển sang trái tác dụng lên piston 1 một lực cùng chiều với lực bàn đạp của người lái ép dầu tới các xilanh công tác tại các bánh xe thực hiện quá trình phanh.

  - Trạng thái nhả phanh: Lò xo kéo bàn đạp phanh về vị trí ban đầu, lúc đó van điều khiển 16 tách khỏi van chân không 17, buồng A thông với cửa B qua hai cửa E và F, khi đó hệ thống phanh trở lại trạng thái ban đầu.

  - Trạng thái đạp và giữ chân phanh: Khi đó cần đẩy và van khí 17 sẽ dừng lại, piston 9  tiếp tục di chuyển sang trái do chênh áp, van điều khiển 16 vẫn tiếp xúc van chân không 17 nhờ lò xo nhưng di chuyển cùng piston 9, đường thông  giữa lỗ E và F vẫn bị bịt kín. Do van điều khiển 6 tiếp xúc với van khí 17 nên không khí bị ngăn chặn không cho vào buồng B. Do vậy piston 9 không dịch chuyển nữa và giữ nguyên lực phanh hiện tại.

  - Ưu điểm:

+ tận dụng được độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp của động cơ mà không giảm công suất và khối lựong chuyên trở của xe khi hoạt động bình thường, khi phanh thì lấy một phần công suất của động cơ do giảm hệ số nạp do vậy tăng được hiệu quả khi phanh.

   - Nhược điểm:

+ Độ chênh áp giữa họng hút của động cơ và khí trời là không lớn, do vậy muốn tăng hiệu quả trợ lực thì phải tăng đường kính trợ lực như vậy sẽ làm tăng kích thước của trợ lực. Kết hợp giữa dẫn động thủy lực với trợ lực sẽ cho phép ta dễ bố trí hệ thống phanh.

 3.3.3. Tính toán trợ lực chân không

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

                                              (3.24)

Trong đó:

F là diện tích hiệu dụng của màng xylanh trợ lực

p₀ là áp suất khí trời

p’ là áp suất chân không

P_lx là lực lò xo hồi vị gây nên

P_ms là lực ma sát của pittong với thành xylanh gây nên

f là diện tích của xylanh chính

p_i là áp suất làm việc của hệ thống phanh

 là hiệu suất dẫn động, chọn  = 0,95

Trong quá trình tính toán, lực lò xo hồi vị và lực ma sát là nhỏ so với lực cường hóa nên có thể bỏ qua. Khi đó, phương trình cân bằng lực ở trên trở thành:

                                                              (3.25)

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

Vậy đường kính màng trợ lực là D_m = 350 mm.

KẾT LUẬN CHUNG

  Với nhiệm vụ của đồ án đặt ra là `` Thiết kế hệ thống phanh trên xe tham khảo Toyota ALTIS 2016 ``trên cơ sở những kiến thức đã học và tham khảo các tài liệu về các hệ thống phanh, đồ án đã hoàn thành với nhiệm vụ nghiên cứu, phân tích, đánh giá tổng quan các loại cơ cấu phanh, dẫn động phanh, trợ lực phanh,… hiện nay. Từ đó lựa chọn đưa vào hệ thống phanh phù hợp với xe cơ sở là Toyota ALTIS 2016.  

Kết quả tính toán, thiết kế cho thấy hệ thống phanh đã lựa chọn làm việc tin cậy, độ bền tốt và có chi phí hợp lí, có thể áp dụng trong thực tế.

 Trong quá trình làm đồ án,với thời gian có hạn nhưng bản thân em đã cố gắng tìm hiểu thực tế và giải quyết các nội dung kĩ thuật hợp lý.Đây là bước khởi đầu quan trọng giúp em có thể nhanh chóng đươc tiếp cận với nghành công nghiệp ô tô của nước ta hiện nay.Em rất mong nhận được nhứng ý kiến đóng góp bổ sung, để đề tài của em được hoàn thiện hơn,góp phần nhỏ bé vào nhu cầu sử dụng xe ở Việt Nam hiện nay.

Một lần nữa em xin cảm ơn sự hướng dẫn,chỉ bảo tận tình của thầy Phạm Hồng Sơn cùng các thầy trong bộ môn ô tô đã giúp em hoàn thành đồ án này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

[1].  Ngô Hắc Hùng (2008), Kết cấu và tính toán ô tô, NXB GTVT.

[2].  Nguyễn Trọng Hoan (2007), Thiết kế tính toán ô tô, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội.

[3].  Vũ Đức Lập (1998), Hướng dẫn thiết kế môn học Kết cấu tính toán ô tô quân sự,

 Học viện Kỹ thuật quân sự.

[4]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên,1978, Tính toán thiết kế ô tô máy kéo tập I,II,III, NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp.

[5]. Dương Đình Khuyến,1992, Thiết kế hệ thống phanh ô tô,máy kéo, NXB Đại học bách khoa Hà Nội.

[6]. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng,2000,Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB KH& KT Hà Nội.

[7]. Bùi Trọng Lựu, Nguyễn Văn Vượng, 1998, Sức bền vật liệu, NXB GD.

[8].  PGS.TS.Trần Văn Địch, 2002, Thiết kế đồ án CNCTM, NXB KH& KT Hà Nội.