Đồ án tốt nghiệp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.84 MB, 80 trang )
ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG HỆ
THỐNG PHANH ABS
SVTH: Đỗ Tài Văn
GVHD: TS. Hoàng Ngọc Tân
Đồng Nai, 2022
ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG HỆ
THỐNG PHANH ABS
SVTH: Đỗ Tài Văn
GVHD: TS. Hoàng Ngọc Tân
Đồng Nai, 2022
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
Đồng Nai, ngày . . . . tháng .......... năm 2022
Giảng viên hướng dẫn
Hoàng Ngọc Tân
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 4
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Đồng Nai, ngày . . . . tháng ..........năm 2022
Giảng viên phản biện
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 5
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình làm Đồ án tốt nghiệp, em xin cam đoan làm nhƣ hƣớng dẫn của
thầy đề ra và có tìm hiểu trên một số tài liệu cho trên mạng xã hội, là bài của em tự
làm, các số liệu tự tìm kiếm và có ứng dụng một số từ tài liệu có sẵn
Em cam đoan trong q trình làm báo cáo có khó khắn thì xin giúp đỡ đã đƣợc cho
phép, thơng tin hƣớng dẫn có nguồn gốc rõ ràng và hợp lệ không vi phạm bản quyền
của bất cứ tổ chức hay cá nhân nào.
Bạn em xin chân thành cảm ơn!!!
Sinh viên thực hiện
Đỗ Tài Văn
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 6
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
LỜI CẢM ƠN
Đƣợc sự phân công của Khoa Cơ Điện – Điện Tử trƣờng đại học Lạc Hồng,
cùng với sự đồng ý của thầy giáo hƣớng dẫn Hoàng Ngọc Tân, em đã thực hiện đồ án
với đề tài “Nghiên cứu, tính tốn và mơ phỏng hệ thống phanh ABS”.
Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu, tính tốn và mơ
phỏng hệ thống phanh ABS” đã hoàn thành.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Thầy Hoàng Ngọc Tân – Giảng viên hƣớng dẫn, đã tận tình giúp đỡ chúng em
hồn thành đề tài.
Tập thể quý Thầy Cô Khoa Cơ Cơ Điện- Điện Tử cùng tồn thể q Thầy Cơ
Trƣờng Đại Học Lạc Hồng đã giúp đỡ chúng em có đƣợc những kiến thức chun
mơn cần thiết để hồn thành tốt chƣơng trình học Đại Học.
Thời gian làm đề tài tốt nghiệp vừa qua thực sự là khoảng thời gian giúp chúng
em ôn tập và củng cố lại các kiến thức các kiến thức đã đƣợc các thầy cô truyền đạt,
bên cạnh đó tích lũy thêm các kiến thức mới.
Trong q trình làm đề tài, do hạn chế trong kinh nghiệm và trình độ chun
mơn, thời gian thực hiện có hạn nên sai sót là khơng thể tránh khỏi nên rất mong sẽ
nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của Thầy Cơ và các bạn.
Sau cùng, nhóm chúng em xin kính chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khoẻ, giữ
vững niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh truyền đạt tri thức cho các thế hệ mai sau.
Trân trọng!
Đồng Nai, Tháng 6 năm 2022
SVTH
Đỗ Tài Văn
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 7
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh
Hình 2.2: Lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh
Hình 2.1: Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đƣờng phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầu
phanh v1 và hệ số bám
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS
Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển phanh ABS
Hình 3.3: Mơ hình mơ phỏng xy lanh chính
Hình 3.4: Sơ đồ cụm van điều khiển áp suất dầu cơ cấu phanh
Hình 3.4: Sơ đồ cụm van điều khiển áp suất dầu cơ cấu phanh
Hình 3.5: Mơ hình mơ phỏng cơ cấu phanh đĩa
Hình 3.6: Sơ đồ mơ phỏng xilanh cơng tác 1
Hình 3.7: Sơ đồ mơ phỏng xilanh cơng tác 2
Hình 3.8: Sơ đồ mơ phỏng xilanh cơng tác 3
Hình 3.9: Sơ đồ mơ phỏng xilanh cơng tác 4
Hình 3.10: Sơ đồ mơ phỏng trạng thái làm việc của van ABS
Hình 3.11: Sơ đồ bộ điều khiển điện tử ECU
Hình 3.12: Sơ đồ động lực học của xe
Hình 4.1: Đồ thị Vận tốc
Hình 4.2: Đồ thị quãng đƣờng phanh
Hình 4.3: Mơmen phanh bánh sau phải
Hình 4.4: Mơmen phanh bánh sau trái
Hình 4.5: Mơmen phanh bánh trƣớc phải
Hình 4.6: Mơmen phanh bánh trƣớc trái
Hình 4.7: Vận tốc góc bánh sau phải
Hình 4.8: Vận tốc góc bánh sau trái
Hình 4.5: Mơmen phanh bánh trƣớc phải
Hình 4.6: Mơmen phanh bánh trƣớc trái
Hình 4.7: Vận tốc góc bánh sau phải
Hình 4.8: Vận tốc góc bánh sau trái
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 8
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
Hình 4.9: Vận tốc góc bánh trƣớc phải
Hình 4.10: Vận tốc góc bánh trƣớc trái
Hình 4.10: Vận tốc góc bánh trƣớc trái
Hình 4.11: Đồ thị Vận tốc
Hình 4.12: Đồ thị quãng đƣờng phanh
Hình 4.13: Mơmen phanh bánh sau trái
Hình 4.14: Mơmen phanh bánh trƣớc phải
Hình 4.15: Mơmen phanh bánh sau phải
Hình 4.16: Mơmen phanh bánh trƣớc trái
Hình 4.17: Vận tốc góc bánh trƣớc trái
Hình 4.18: Vận tốc góc bánh sau phải
Hình 4.19: Vận tốc góc bánh trƣớc phải
Hình 4.20: Vận tốc góc bánh sau trái
Hình 4.21: Đồ thị Vận tốc
Hình 4.22: Đồ thị quãng đƣờng phanh
Hình 4.25: Mơmen phanh bánh sau phải
Hình 4.26: Mơmen phanh bánh trƣớc trái
Hình 4.27: Vận tốc góc bánh trƣớc trái
Hình 4.28: Vận tốc góc bánh sau phải
Hình 4.29: Gia tốc góc bánh trƣớc phải
Hình 4.30: Gia tốc góc bánh sau trái
Hình 4.31: Đồ thị Vận tốc
Hình 4.32: Đồ thị qng đƣờng phanh
Hình 4.33: Mơmen phanh bánh sau trái
Hình 4.34: Mơmen phanh bánh trƣớc phải
Hình 4.35: Mơmen phanh bánh sau phải
Hình 4.36: Mơmen phanh bánh trƣớc trái
Hình 4.37: Vận tốc góc bánh trƣớc trái
Hình 4.38: Vận tốc góc bánh sau phải
Hình 4.39: Vận tốc góc bánh trƣớc phải
Hình 4.40: Vận tốc góc bánh sau trái
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 9
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
Hình 4.41: Đồ thị Vận tốc
Hình 4.42: Đồ thị quãng đƣờng phanh
Hình 4.43: Vận tốc góc bánh trƣớc phải
Hình 4.44: Vận tốc góc bánh sau trái
Hình 4.45: Vận tốc góc bánh trƣớc trái
Hình 4.46: Vận tốc góc bánh sau phải
Hình 4.47: Mơmen phanh bánh sau trái
Hình 4.48: Mơmen phanh bánh trƣớc phải
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 10
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... 6
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... 8
MỤC LỤC ............................................................................................................ 11
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .................................. 14
1.1 Lý do hình thành đề tài: ............................................................................. 14
1.2 Mục tiêu đề tài: .......................................................................................... 14
1.3 Tính cấp thiết của đề tài: ............................................................................ 15
1.4 Đối tƣợng nghiên cứu: ............................................................................... 15
1.5 Phạm vi đề tài: ........................................................................................... 15
1.6 Phƣơng pháp nguyên cứu: ......................................................................... 16
CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS ...... 17
2.1 Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS: ........................................................... 17
2.2. Công dụng, yêu cầu, phân loại: ................................................................ 18
2.3. Lý thuyết về quá trình phanh ô tô. ............................................................ 20
2.3.1. Lực phanh sinh ra ở tại bánh xe:......................................................... 20
2.3.2. Điều kiện đảm bảo phanh tối ƣu: ........................................................ 22
2.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng của quá trình phanh: ....................... 25
2.3.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh: ...................................................... 25
2.3.3.2. Thời gian phanh: ......................................................................... 26
2.3.3.3. Quãng đƣờng phanh:................................................................... 27
2.3.3.4. Lực phanh và lực phanh riêng: ................................................... 28
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 11
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
CHƢƠNG 3: MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE
(ABS) ............................................................................................................................. 31
3.1 Giới thiệu nội dung chính của Matlab – Simulink; Matlab - State flow ... 31
3.1.1 Matlab – Simulink ............................................................................... 31
3.1.2 Matlab – State flow .............................................................................. 32
3.2 Sơ đồ mô phỏng ......................................................................................... 33
3.3 Mô phỏng các cụm của hệ thống ............................................................... 36
3.3.1 Xy lanh chính ....................................................................................... 36
3.3.2. Khối cụm van điều khiển (ABS) ........................................................ 40
3.3.3. Khối cơ cấu phanh bánh xe ................................................................. 44
a) Mơ hình mơ phỏng xy lanh cơng tác 1(CT1) ...................................... 44
b) Mơ hình mơ phỏng xy lanh cơng tác 2 (CT2) ..................................... 48
c) Mơ hình mơ phỏng xy lanh cơng tác 3 (CT3) ..................................... 50
d) Mơ hình mơ phỏng xy lanh công tác 4 (CT4) ..................................... 53
3.3.4. Khối bộ điều khiển điện tử (ECU) ...................................................... 55
3.3.5. Khối mơ hình chuyển động thẳng của ô tô ......................................... 58
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ................................... 60
4.1. Trƣờng hợp 1: ........................................................................................... 60
4.2 Trƣờng hợp 2: ............................................................................................ 64
4.4. Trƣờng hợp 4: ........................................................................................... 69
4.5. Trƣờng hợp 5: ........................................................................................... 72
4.6. Kết luận và Kiến nghị ............................................................................... 75
4.6.1. Kết luận .............................................................................................. 75
a) Ƣu điểm ............................................................................................... 75
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 12
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
b) Nhƣợc điểm ......................................................................................... 76
4.6.2. Hƣớng phát triển của đề tài và kiến nghị ............................................ 76
4.7 Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh ABS bằng phần mềm Matlab ............ 77
m = 75, g = 9.81, I = 5, R = 1.25, V0 = 44. ................................................. 77
4.7.1 Kết quả mô phỏng trƣợt của xe............................................................ 77
4.7.2 Kết quả mô phỏng tốc độ của bánh xe ................................................. 78
4.7.3 Kết quả mô phỏng tốc độ của xe ......................................................... 79
4.7.4 Kết quả mô phỏng khoảng cách dừng của xe ...................................... 79
LỜI KẾT ............................................................................................................... 81
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 13
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1 Lý do hình thành đề tài:
Cùng với sự phát triển nền kinh tế, ô tô ngày càng đóng vai trị quan trọng
trong vận chuyển trên tồn thế giới, các nhà thiết kế ơ tơ ngày càng chú trọng đến vấn
đề kiểm tra bảo dƣỡng thƣờng xun nhằm bảo đảm an tồn trong lƣu thơng, trong đó
hiệu quả phanh là vấn đề quan trọng đƣợc nghiên cứu.
Hệ thống phanh sử dụng trên ôtô là một cơ cấu an toàn quan trọng, nhằm giảm
tốc hay dừng xe trong những trƣờng hợp cần thiết. Nó là một trong những bộ phận
chính của ơtơ, đóng vai trị quyết định cho việc điều khiển ôtô lƣu thông trên đƣờng.
Chất lƣợng phanh của ôtô đƣợc đánh giá qua hiệu quả phanh (nhƣ quãng đƣờng
phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian và lực phanh) và đồng thời bảo đảm cho
ôtô chạy ổn định khi phanh. Đây là mấu chốt mà các nhà nghiên cứu ơtơ ln quan
tâm và tìm giải pháp.
Để hiểu rõ bản chất cũng nhƣ nguyên lý hoạt động của phanh, em chọn đề tài
"MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN Ô TÔ".
1.2 Mục tiêu đề tài:
Để thực hiện đƣợc mơ hình hệ thống phanh ta cần phải nắm bắt đƣợc tất cả
các yếu tố có liên quan nhƣ nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh và nguyên lý
hoạt động của các chi tiết thuộc hệ thống nói riêng, các phƣơng pháp chế tạo và lắp
đặt các chi tiết trên giá đỡ, cụ thể việc nghiên cứu đƣợc thực hiện nhƣ sau:
● Giới thiệu chung về hệ thống phanh.
● Trình bày kết cấu, chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống
phanh và cụm chi tiết.
● Nghiên cứu mô phỏng phanh ABS bằng Simulink MatLab
● Giúp sinh viên tổng hợp và hiểu sâu sắc hơn về những kiến thức đã học để áp
dụng vào trong thực tiễn.
● Sinh viên đƣợc rèn thêm kỹ năng tổng hợp kiến thức đã học, thu thập, phân
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 14
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
tích và đánh giá thực tiễn, đề ra phƣơng án giải quyết đồng thời rèn luyện tính tự chủ
và tinh thần trách nhiệm trong cơng việc.
1.3 Tính c p thi t của đề tài:
Ở VN tai nạn giao thông ngày một gia tăng cả về số vụ và tính chất nguy hiểm
Năm
2016
2017
2018
2019
Số vụ tai nạn
21.586
20.080
18.499
18.169
Số ngƣời chết
8.680
8.279
8.079
7.824
Số ngƣời bị
19.280
17.040
14.732
14.568
thƣơng
Trên thế giới cũng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp, số vụ tai nạn ngày càng
tăng nên tính cấp thiết là phải nâng cao kỹ thuật cho xe cơ giới nói chung và cho ô tô
nói riêng
Báo cáo năm 2015 của WHO cho biết mỗi ngày trên thế giới, hơn 3000 ngƣời
chết do tai nạn giao thơng. Trong số này, các nƣớc có thu nhập thấp và trung bình
chiếm đến 85% số ca tử vong.
Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ô tơ về sự an tồn giao thơng trong
q trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật sử lí cho hệ thống phanh
mà nhà trƣờng đã giao cho em tìm hiểu về hệ thống phanh ABS.
1.4 Đối tượng nghiên cứu:
Mơ hình hệ thống điều khiển phanh ABS
1.5 Phạm vi đề tài:
Phạm vi nghiên cứu là phải thiết kế đƣợc mơ hình hệ thống phanh dƣới dạng mơ
phỏng chức năng nhiệm vụ của hệ thống, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ
thống. Đặc biệt hơn nữa là phải xây dựng lên đƣợc những bài học bài thực tập ứng
dụng của hệ thống phanh ABS bằng phần mềm Simulink Matlab
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 15
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
1.6 Phư ng pháp ngu ên cứu:
- Dựa vào cơ sở lý thuyết đã có để tìm hiểu và xây dựng một phƣơng pháp điều
khiển hồn chỉnh.
- Phƣơng pháp thu thập thơng tin
- Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu
- Phƣơng pháp thực nghiệm
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 16
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
PHANH ABS
2.1 Lịch sử phát triển của c c u ABS:
Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, tránh hiện tƣợng các bánh xe bị hãm
cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đƣờng trơn trƣợt, ngƣời lái xe đạp phanh
bằng cách nhấn liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn không cho bánh xe
bị trƣợt lết và đồng thời có thể điều khiển đƣợc hƣớng chuyển động của xe. Về cơ bản
chức năng của cơ cấu phanh ABS cũng giống nhƣ vậy nhƣng hiệu quả, độ chính xác
và an toàn cao hơn.
Cơ cấu ABS đƣợc sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thƣơng mại vào năm
1949, chống hiện tƣợng trƣợt ra khỏi đƣờng băng khi máy bay hạ cánh. Với cơng
nghệ thời đó, kết cấu của cơ cấu ABS cịn cồng kềnh, hoạt động khơng tin cậy và
khơng tác động đủ nhanh trong mọi tình huống. Trong quá trình phát triển ABS đã
đƣợc cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện và hiện nay là loại điện tử.
Vào thập niên 60, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử ra đời, giúp cơ
cấu ABS lần đầu tiên đƣợc lắp trên ô tô vào năm 1969, sau đó cơ cấu ABS đƣợc nhiều
cơng ty sản suất ô tô nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng vào năm 1970.
Lúc đầu cơ cấu ABS chỉ đƣợc lắp ráp trên các xe du lịch mới, đắt tiền, đƣợc
trang bị theo yêu cầu và theo thị trƣờng. Dần dần cơ cấu này đƣợc đƣa vào sử dụng
rộng rãi hơn, đến nay ABS gần nhƣ trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả các loại
xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đƣờng băng, tuyết
dễ trơn trƣợt, ngày nay cơ cấu ABS không chỉ đƣợc thiết kế trên các cơ cấu phanh
thuỷ lực mà còn ứng dụng rộng rãi trên các cơ cấu phanh khí nén của các xe tải và xe
khách lớn.
Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an tồn của xe trong mọi chế độ hoạt động
nhƣ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đƣờng vòng với tốc độ cao, khi
phanh trong những trƣờng hợp khẩn cấp … Cơ cấu ABS còn đƣợc thiết kế kết hợp với
nhiều cơ cấu khác.
Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu kiểm soát lực kéo Traction Control (hay ASR)
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 17
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
làm giảm bớt cơng suất động cơ và phanh các bánh xe để tránh hiện tƣợng các bánh
xe bị trƣợt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bởi điều này làm tổn hao
vơ ích một phần cơng suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển động của ô tô.
Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu phân phối lực phanh bằng điện tử EBD
(Electronic Break force Distribution) nhằm phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh
xe phù hợp với các chế độ tải trọng và các chế độ chạy của xe.
Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu BAS (Break Assist System) làm tăng thêmự lc
phanh ở các bánh xe để quãng đƣờng phanh là ngắn nhất trong trƣờng hợp phanh khẩn
cấp.
Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu ổn định ô tô bằng điện tử (ESP) khơng chỉ có
tác dụng trong khi dừng xe, mà cịn can thiệp vào cả q trình tăng tốc và chuyển
động quay vịng của ơ tơ, giúp nâng cao hiệu quả chuyển động của ô tô trong mọi
trƣờng hợp. Ngày nay với sự phát triển vƣợt bậc và hỗ trợ rất lớn của kĩ thuật điện tử
của ngành điều khiển tự động và các phần mềm tính tốn, lập trình đã cho phép
nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng các phƣơng pháp điều khiển mới trong ABS nhƣ
đềiu khiển mờ, điều khiển thơng minh, tối ƣu hố q trình điều khiển ABS.
Các công ty nhƣ BOSCH, AISIN, DENCO, BENDI là những công ty đi đầu
trong việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các cơ cấu ABS và cung cấp cho các cơng ty
sản xuất ơ tơ trên tồn thế giới.
2.2. Công dụng, yêu cầu, phân loại:
Công dụng:
- Hệ thống phanh dùng để: Giảm tốc độ của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến
một tốc độ cần thiết nào đó. Ngồi ra hệ thống phanh cịn có nhiệm vụ giữ cho ô tô
đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đƣờng ngang.
- Với công dụng nhƣ vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng. Nó
đảm bảo cho ơ tơ chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc. Nhờ đó mới có thể phát
huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe.
Phân loại:
- Hệ thống phanh gồm có các cơ cấu phanh để hãm trực tiếp tốc độ góc của các
bánh xe hoặc một trục nào đó của hệ thống truyền lực và truyền động phanh để dẫn
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 18
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
động cơ cấu phanh. Có rất nhiều cách phân loại hệ thống phanh.
a/ Phân loại theo cơ cấu điều khiển trên xe.
-
Phanh chân.
-
Phanh tay.
b/ Phân loại theo cơ cấu phanh.
-
Phanh đĩa.
-
Phanh trống.
-
Phanh đai.
c/ Phân loại theo vị trí bố trí cơ cấu phanh
-
Bố trí ở bánh xe.
-
Bố trí trên hệ thống truyền lực.
d/ Phân loại theo dẫn động phanh.
-
Phanh cơ khí.
-
Phanh thuỷ lực.
-
Phanh khí nén.
-
Phanh thuỷ - khí.
Yêu cầu:
Hệ thống phanh cần bảo đảm các yêu cầu sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo quãng đƣờng
phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trƣờng hợp nguy hiểm.
- Phanh êm dịu trong bất kì mọi trƣờng hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi
phanh.
- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay địn điều khiển
khơng lớn.
- Dẫn động phanh có độ nhạy cao.
- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử
dụng hoàn toàn trọng lƣợng bám khi phanh với bất kì cƣờng độ nào.
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 19
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
- Khơng có hiện tƣợng tự xiết khi phanh.
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.
- Giữ đƣợc tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh
trên bánh xe.
- Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh cao và ổn định trong điều kiện sử
dụng.
- Có khả năng phanh ôtô khi đứng trong thời gian dài.
2.3. Lý thuy t về q trình phanh ơ tơ.
2.3.1. Lực phanh sinh ra ở tại bánh xe:
Khi ngƣời tác dụng vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mơmen ma sát
cịn gọi là mơmen ma sát phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại. Lúc đó ở bánh xe xuất hiện
phản lực tiếp tuyến Fk ngƣợc với chiều chuyển động. Phản lực tiếp tuyến này gọi là
lực phanh và xác định theo biểu thức:
M
p
F
p
r
Hình 2.1: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh
Trong đó:
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 20
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
M - Mơmen phanh tác dụng lên bánh xe
p
F - Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đƣờng
p
r – Bán kính làm việc của bánh xe
Lực phanh lớn nhất bị gới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đƣờng,
nghĩa là:
F
p max
F Z .
(1)
Trong đó:
Fpmax - Lực phanh cực đại sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đƣờng;
F - Lực bám giữa bánh xe với mặt đƣờng
Z – Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
- Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đƣờng
- Khi phanh thì bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, do đó trên bánh xe sẽ
có mơmen qn tính Mjb tác dụng, mơmen này cùng chiều chuyển động với bánh xe,
ngồi ra cịn có mơmen cản lăn Mf tác dụng, mơmen này ngƣợc với chiều chuyển
động và có tác dụng hãm bánh xe lại. Nhƣ vậy trong khi phanh thì lực hãm tổng cộng
Fh sẽ là:
(2)
- Trong q trình phanh ơ tô, mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên, đến một
lúc nào đấy sẽ dẫn tới sự trƣợt lê của bánh xe. Khi bánh xe bị trƣợt lê hồn tồn thì hệ
số bám có giá trị thấp nhất, nên khi bánh xe bị trƣợt lê hoàn toàn thì lực phanh sinh
ra ở các bánh xe và mặt đƣờng là nhỏ nhất, dẫn tới hiệu quả phanh thấp nhất. Không
những thế, nếu các bánh xe trƣớc bị trƣợt sẽ làm mất tính dẫn hƣớng khi phanh, cịn
nếu các bánh xe sau bị trƣợt lê làm mất tính ổn định khi phanh.
- Vì vậy để tránh hiện tƣợng trƣợt lê hồn tồn bánh xe(tức là khơng thể để bánh xe bị
bó cứng khi phanh) thì trên ơ tơ hiện đại có đặt bộ chống hãm cứng bánh xe khi
phanh.
- Từ biểu thức (2) ta thấy rằng muốn có lực phanh lớn khơng những cần có hệ số bám
có giá trị cao mà cịn phải có phản lực pháp tuyến Z lớn. Cũng vì vậy để sử dụng
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 21
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
hết toàn bộ trọng luợng bám của ơ tơ cần phải bố trí cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe
của ô tô.
- Trong quá trình phanh động năng hoặc thế năng (khi ô tô chuyển động xuống dốc) bị
tiêu hao do ma sát giữa trống phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đƣờng cũng nhƣ để
khắc phục lực cản lăn, sức cản khơng khí, ma sát trong hệ thống truyền lực, ma sát
trong động cơ. Năng lƣợng bị tiêu hao trong quá trình phanh phụ thuộc vào chế độ
phanh của xe.
- Mơmen càng tăng thì cơ năng biến thành nhiệt năng giữa trống phanh và má phanh
cũng nhƣ sự trựơt lê giữa lốp xe với mặt đƣờng càng tăng, còn năng luợng để khắc
phục các sức cản khác tƣơng đối nhỏ. Khi các bánh xe bị hãm cứng hồn tồn thì công
ma sát giữa trống phanh và má phanh cũng nhƣ sự lăn hồn tồn khơng có nữa, tất cả
các năng lƣợng hầu nhƣ biến thành nhiệt ở khu vực tiếp xúc giữa lốp và mặt đƣờng.
Sự trƣợt lê sẽ làm giảm hiệu quả phanh, tăng độ mòn lốp, tăng độ trƣợt dọc và ảnh
hƣởng xấu đến tính ổn định ngang của xe.
2.3.2. Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu:
Để xét điều kiện đảm bảo phanh tối ƣu (phanh có hiệu quả nhất) chúng ta dùng sơ đồ
(Hình2.2) trình bày các lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên mặt phẳng nằm ngang:
Hình 2.2: Lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh
Khi phanh xe sẽ có những lực sau tác dụng lên ôtô: trọng lƣợng ô tô G đặt tại trọng
tâm, lực cản lăn Ff1, Ff2 ở các bánh xe trƣớc và sau, phản lực thẳng góc tác dụng lên
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 22
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
bánh xe trƣớc và sau (Z1và Z2), lực phanh ở bánh xe trƣớc và sau FP1 và FP2, lực cản
khơng khí Fω , lực qn tính Fj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần.
Lực phanh FP1 và FP2, đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đƣờng và ngƣợc với
chiều chuyển động của ơ tơ, cịn lực qn tính Fj đặt tại trọng tâm và cùng chiều
chuyển động với ơ tơ.
Lực qn tính Fj đƣợc xác định theo biểu thức sau:
Trong đó:
g – Là gia tốc trọng trƣờng (g = 9,81 m/s 2 );
j - Gia tốc chậm dần khi phanh.
p
Khi phanh thì lực cản khơng khí Fω và lực cản lăn Ff1, Ff2 khơng đáng kể, có thể bỏ
qua. Sự bỏ qua này chỉ gây ra sai số khoảng 1,5 – 2%.
Bằng cách lập các phƣơng trình cân bằng mômen của các lực tác dụng lên ô tô khi
phanh đối với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đƣờng A và B, ta có thể xác
định các phản lực thẳng góc Z1 và Z2 nhƣ sau:
Trong đó:
a, b, hg - Tọa độ trọng tâm của ô tô
L – Chiều dài cơ sở của ô tô
Thay các gía trị Fj từ cơng thức (3) vào (4) và (5); ta đƣợc:
j h
G
p g
Z (b
)
1 L
g
j h
G
p g
Z (a
)
2 L
g
Để sử dụng hết trọng lƣợng bám của ơtơ thì cơ cấu phanh đƣợc bố trí ở các bánh
xe trƣớc và sau và lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là:
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 23
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hồng Ngọc Tân
F
G.
pmax
Sự phanh có hiệu quả nhất là khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỷ lệ thuận với tải
trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong q trình phanh
lại thay đổi do có lực qn tính Fj tác dụng.
Trong trƣờng hợp phanh có hiệu quả nhất thì tỷ số gữa các lực phanh ở các bánh
xe trƣớc và lực phanh ở các bánh xe sau sẽ là:
(9)
Thay các biểu thức (4) và (5) vào (9) ta đƣợc:
(10)
Trong quá trình phanh thì lực cản Ff1, Ff2 khơng đáng kể, có thể bỏ qua do đó ta có
thể viết:
Fj = Fj1 + Fj2
Fj = Fpmax = G.φ
(11)
Thay thế giá trị Fpmax từ biểu thức (11) vào ( 10) ta có:
(12)
Biểu thức (12) chính là điều kiện để đảm bảo sự phanh có hiệu quả nhất, nghĩa là
muốn phanh hiệu quả nhất (quãng đƣờng phanh nhỏ nhất, hoặc gia tốc chậm dần lớn
nhất, hoặc thời gian phanh nhỏ nhất) thì trong quá trình phanh quan hệ giữa lực phanh
ở các bánh xe trƣớc FP1 và lực phanh ở các bánh xe sau FP2 phải luôn luôn thoả mãn
biểu thức (12).
Từ biểu thức (12) ta thấy rằng, trong điều kiện sử dụng của ơ tơ thì toạ độ trọng tâm
luôn luôn thay đổi do chất tải khác nhau và hệ số bám cũng khác nhau, do vậy tỷ số
Fp1/Fp2 luôn thay đổi trong điều kiện sử dụng. Nghĩa là để đảm bảo hiệu quả phanh
cần phải có lực phanh FP1 và FP2 thích hợp để thoả mãn điều kiện nêu ở biểu thức (12).
Muốn vậy phải thay đổi mômen phanh MP1 và MP2 sinh ra ở các cơ cấu phanh trƣớc
và sau.
Trong điều kiện đối với cơ cấu phanh đã thiết kế thì mơmen phanh của cơ cấu phanh
có thể thay đổi bằng cách thay đổi áp suất dầu hoặc áp suất khí nén dẫn đến xy lanh
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 24
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
bánh xe hoặc dẫn đến bầu phanh (phanh khí).
2.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá ch t lượng của quá trình phanh:
Để đánh giá chất lƣợng của q trình phanh có thể dùng các chỉ tiêu sau: quãng đƣờng
phanh, gia tốc chậm dần, thời gian phanh, lực phanh. Chúng ta sẽ lần lƣợt xem xét các
chỉ tiêu nói trên.
2.3.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh:
Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất
lƣợng phanh ô tô. Khi phân tích các lực tác dụng lên ơ tơ có thể viết phƣơng trình cân
bằng lực kéo khi phanh ô tô nhƣ sau:
Fj = Fp+ Ff + Fω + Fη ± Fα
(13)
Trong đó:
Fj - Lực qn tính sinh ra khi phanh ô tô
Fp- Lực phanh sinh ra ở các bánh xe
Ff - Lực cản lăn
Fω- Lực cản khơng khí
F - Lực để thắng tiêu hao do ma sát cơ khí (ma sát ổ bi …)
Fα - Lực cản dốc. Khi phanh trên đƣờng nằm ngang thì thì lực cản dốc Fα = 0.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực Ff, Fω, Fη cản lại sự chuyển động của ô tơ có giá
trị rất bé so với lực phanh Fp. Vì vậy có thể bỏ qua các lực Ff, Fω, Fη trong phƣơng
trình (13) và khi ơ tơ phanh trên đƣờng nằm ngang Fα = 0, ta có phƣơng trình sau:
F j = Fp
(14)
Lực phanh lớn nhất Fpmax đƣợc xác định theo điều kiện bám khi các bánh xe bị phanh
hồn tồn và đồng thời theo biểu thức:
Fpmax=G.φ
Từ đó phƣơng trình (14) có thể viết nhƣ sau:
G
j G.
j g max
(15)
Trong đó:
- Hệ số tính đến ảnh hƣởng các trọng khối quay của ô tô
j
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 25
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: TS.Hoàng Ngọc Tân
Từ biểu thức (15) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:
j
max
.g
(16)
j
Từ biểu thức (16) ta có nhận xét sau:
Gia tốc chậm dần cực đại phụ thuộc vào hệ số bám giữa lốp và mặt đƣờng mà giá
trị của hệ số bám lớn nhất φmax = 0,75 – 0,8 trên đƣờng nhựa tốt. Nếu coi 1và gia
j
tốc trọng trƣờng g 10 m/ s2 thì gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh ngặt
trên đƣờng nhựa tốt, khơ, nằm ngang có thể đạt giá trị j
max
= 7,5 – 8 m/ s2 .
Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số . Vì vậy khi phanh đột
j
ngột ngƣời lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó sẽ
j
giảm j
max
tăng theo.
Trong q trình ơtơ làm việc, thƣờng phanh với gia tốc chậm dần thấp hơn nhiều,
phanh đột ngột (phanh ngặt) chỉ xảy ra trong lúc cấp thiết.
2.3.3.2. Thời gian phanh:
Thời gian phanh cũng là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng phanh. Thời
gian phanh càng nhỏ thì chất lƣợng phanh càng tốt. Để xác định thời gian phanh có
thể sử dụng biểu thức (16) viết dƣới dạng sau:
j
dv .g
dt
j
(17)
Từ biểu thức (17) có thể viết:
dt
j
.dv
.g
Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất lấy tích phân dt trong giới hạn từ thời điểm
ứng với vận tốc phanh ban đầu v1 tới thời điểm ứng với vận tốc v 2 ở cuối quá trình
SVTH: Đỗ Tài Văn
Trang 26
