Thiết kế tính toán hệ thống phanh xe 7 chỗ

VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN Ô TÔ VÀ XE
CHUYÊN DỤNG

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Vũ Minh Hiếu

MSSV: 20171299

Lớp: CKĐL – 02

Khóa: 62

1. Đề tài thiết kế: Thiết kế tính tốn hệ thống phanh xe 7 chỗ
2. Nội dung phần thuyết minh và tính tốn:
Bao gồm 5 chương:
• Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh
• Chương 2: Lựa chọn phương án thuyết kế
• Chương 3: Thiết kế tính tốn hệ thống phanh
• Chương 4: Xây dựng mơ hình 3D và mơ phỏng nhiệt đĩa phanh
• Chương 5: Các hư hỏng thường gặp và phương pháp bảo dưỡng sửa chữa
3. Các bản vẽ:
Bao gồm 6 bản vẽ:
• Bản vẽ 1: Bố trí chung của hệ thống phanh trên xe
• Bản vẽ 2: Cơ cấu phanh đĩa phía trước
• Bản vẽ 3: Cơ cấu phanh đĩa phía sau

• Bản vẽ 4: Bộ điều hịa lực phanh
• Bản vẽ 5: Tổng phanh và trợ lực phanh
• Bản vẽ 6: Mơ phỏng nhiệt đĩa phanh
4. Cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Thanh Tùng
5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 15/3/2021
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 17/6/2021
Hà Nội, ngày 17 tháng 6 năm 2021
Cán bộ hướng dẫn
(ký, ghi rõ họ tên)

Sinh viên thực hiện
(ký, ghi rõ họ tên)
Hiếu
Vũ Minh Hiếu

1


Lời cảm ơn
Thời gian trơi nhanh như gió thoảng qua. Mới ngày nào còn là cậu sinh viên năm nhất
bỡ ngỡ, nay ngoảnh nhìn lại đã qua 4 mùa hoa dưới mái trường Bách Khoa. 4 năm
không phải là quãng thời gian quá dài, nhưng cũng đủ để những kỉ niệm về Bách Khoa
hằn sâu trong tâm trí em. Đó là những đêm gục đầu bên sách vở, những trưa hè nắng
oi ả đạp xe tới trường, cả những lúc mệt mỏi vì thành tích học tập khơng như ý ,…
Khơng biết Bách Khoa đã cho mình những gì, lấy đi của mình bao nhiêu, nhưng chắc
chắn nếu khơng có Bách Khoa sẽ khơng có con người trưởng thành như ngày hôm
nay!
Trải qua quãng đường học tập vất vả là sự đồng hành của bạn bè, thầy cô. Em xin gửi
lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy trong bộ mơn Ơ tơ và xe chun dụng vì sự
giúp đỡ nhiệt tình, tình u thương học trị, đặc biệt là thầy Trần Thanh Tùng – người

đã hướng dẫn em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp. Em chúc thầy sức khỏe luôn dồi dào,
tràn đầy lửa nhiệt huyết với công việc để có thể ươm mầm thêm nhiều thế hệ sinh viên
ưu tú cho đất nước.
Xin cảm ơn các bạn, các anh, các em đồng môn đã giúp đỡ, cùng sẻ chia kiến thức, kĩ
năng sống, để em tự tin bước vào chặng đường mới của cuộc đời. Hi vọng sau này khi
chúng ta gặp lại nhau, chúng ta sẽ tự hào vì mình là “người con Bách Khoa”.

Tóm tắt nội dung đồ án
Đồ án đã giới thiệu khái quát về hệ thống phanh nói chung và hệ thống phanh đĩa nói
riêng. Tiếp theo đã thiết kế, tính tốn hệ thống phanh đĩa cho xe ô tô 7 chỗ. Tiếp đến
là mô phỏng nhiệt đĩa phanh khi phanh. Cuối cùng là trình bày một số hỏng hóc
thường gặp và phương án sửa chữa.

Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên)
Hiếu
Vũ Minh Hiếu

2


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................5
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ........................................8
1. Công dụng, phân loại, yêu cầu .......................................................................... 8
1.1.

Công dụng .................................................................................................. 8

1.2.

Cấu tạo hệ thống phanh .............................................................................. 9

1.3.

Cơ cấu phanh .............................................................................................. 9

1.4. Dẫn động phanh........................................................................................... 13
1.4.

Bộ cường hóa lực phanh .......................................................................... 15

1.5.

Bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS .......................................... 15

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ........................................17
1. Giới thiệu về xe tham khảo ............................................................................. 17
2. Lựa chọn cơ cấu phanh ................................................................................... 18
2.1.

Phanh đĩa có giá xy lanh cố định ............................................................. 18

2.2.

Phanh đĩa có giá xy lanh di động ............................................................. 19

3. Lựa chọn phương án dẫn động........................................................................ 19
3.1. Cách 1: Dẫn động kiểu II ............................................................................ 20
3.2. Cách 2: Dẫn động kiểu X ............................................................................ 20

3.3. Cách 3: Dẫn động kiểu HI ........................................................................... 21
3.4. Cách 4: Dẫn động kiểu HH ......................................................................... 22
4. Bộ trợ lực phanh ................................................................................................ 24
5. Bộ điều hòa lực phanh ....................................................................................... 24
5.1. Đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hịa lực phanh .................................. 25
5.2. Các phương án thiết kế bộ điều hòa lực phanh ........................................... 27
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TÍNH TỐN HỆ THỐNG PHANH ........................31
1. Tính tốn cơ cấu phanh ................................................................................... 31
1.1.

Xác định mô men phanh cần thiết tại các bánh xe ................................... 31

1.2.

Tính tốn cơ cấu phanh ............................................................................ 32

1.3.

Xác định kích thước má phanh ................................................................ 35

2. Tính tốn dẫn động phanh............................................................................... 37
2.1.

Đường kính xi lanh cơng tác .................................................................... 37

2.2.

Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp ........................................................... 37
3

2.3.

Hành trình của pít tơng xi lanh bánh xe ................................................... 38

2.4.

Hành trình của bàn đạp phanh .................................................................. 38

2.5.

Xác định hành trình piston xi lanh lực ..................................................... 39

2.6.

Tính bền đường ống dẫn động phanh....................................................... 39

3. Tính tốn thiết kế bộ trợ lực phanh ................................................................. 40
3.1. Các thông số của bầu trợ lực ....................................................................... 40
3.2. Xây dựng đường đặc tính bộ cường hóa ..................................................... 41
3.3. Tính tốn các lị xo ...................................................................................... 42
4. Tính tốn bộ điều hịa lực phanh kiểu piston vi sai ........................................ 45
4.1.

Xây dựng đồ thị quan hệ áp suất .............................................................. 45

4.2.

Chọn đường đặc tính điều chỉnh .............................................................. 47

4.3.

Xác định hệ số  đạt hiệu quả phanh cao nhất. ....................................... 47

4.4.

Xác định hệ số Kđ ..................................................................................... 48

4.5.

Phương trình quan hệ áp suất p1 – p2 của đường đặc tính điều chỉnh ...... 48

4.6.

Chọn, xác định các thông số kết cấu của bộ điều hòa lực phanh ............. 49

4.7.

Kiểm tra lại đường kính D của pit tơng vi sai .......................................... 50

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D VÀ MƠ PHỎNG NHIỆT ĐĨA
PHANH .....................................................................................................................52
1. Xây dựng mơ hình 3D ..................................................................................... 52
1.1.

Giới thiệu phần mềm Siemens NX .......................................................... 52

1.2.

Xây dựng mơ hình đĩa phanh ................................................................... 54

2. Mô phỏng nhiệt ............................................................................................... 55
2.1.

Giới thiệu phần mềm Altair SimSolid...................................................... 55

2.2.

Thiết lập bài tốn mơ phỏng nhiệt đĩa phanh ........................................... 56

CHƯƠNG V: CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GĂP VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO
DƯỠNG SỬA CHỮA ..............................................................................................63

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo của hệ thống phanh ........................................................................9
Hình 1.2. Cơ cấu phanh guốc ....................................................................................10
Hình 1.3. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm .......................................................10
Hình 1.4. Cơ cấu phanh guốc loại bơi .......................................................................11
Hình 1.5. Kết cấu cơ cấu phanh đĩa...........................................................................11
Hình 1.6. Kết cấu xi lanh cơng tác .............................................................................12
Hình 1.7. Hoạt động của gioăng làm kín ...................................................................13
Hình 1.8. Cấu tạo hệ thống dẫn động phanh khí nén ................................................14
Hình 1.9. Sơ đồ dẫn động thủy khí .............................................................................14
Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý hệ thống ABS .................................................................15
Hình 2.1. Xe Toyota Fortuner ....................................................................................17
Hình 2.2. Hệ thống phanh đĩa trên xe Fortuner ........................................................17
Hình 2.3. Sơ đồ dẫn động thủy lực hai dịng hai cầu riêng biệt ................................20

Hình 2.4. Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dịng chéo ..........................................21
Hình 2.5. Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dịng có một dịng hồn chỉnh ...........22
Hình 2.6. Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dịng hồn chỉnh ...............................23
Hình 2.7. Kết cấu bộ trợ lực chân khơng ...................................................................24
Hình 2.8. Các lực tác dụng lên xe ..............................................................................25
Hình 2.9. Mơ men phanh tại bánh trước và sau khi hệ số bám thay đổi ...................26
Hình 2.10. Mối quan hệ mô men phanh của bánh xe trước và sau ...........................26
Hình 2.11. Van hạn chế áp suất .................................................................................27
Hình 2.12. Đặc tính điều chỉnh của van hạn chế áp suất ..........................................28
Hình 2.13. Bộ điều hịa kiểu piston – vi sai ...............................................................29
Hình 2.14. Đường đặc tính bộ điều hịa piston – vi sai .............................................29
Hình 3.1. Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi phanh ....................................................31
Hình 3.2. Lực tác dụng khi xe trên dốc ......................................................................33
Hình 3.3. Má phanh ...................................................................................................35
Hình 3.4. Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực..................................................................37
Hình 3.5. Cấu tạo bộ trợ lực phanh ...........................................................................40
Hình 3.6. Đường đặc tính bộ cường hóa trợ lực .......................................................42
Hình 3.7. Cấu tạo bộ điều hịa lực phanh kiểu piston – vi sai ...................................45
Hình 3.8. Mối quan hệ áp suất phanh trước và sau ...................................................47
Hình 3.9. Đường đặc tính điều chỉnh của bộ điều hịa lực phanh .............................49
Hình 3.10. Kích thước bộ điều hịa lực phanh ...........................................................49
Hình 4.1. Giao diện thiết kế trên phần mềm NX ........................................................52
Hình 4.2. Phân tích nhiệt trên phần mềm NX ............................................................53
Hình 4.3. Lập trình gia cơng trên phần mềm NX .......................................................53
Hình 4.4. Xây dựng mơ hình đĩa phanh 2D ...............................................................54
Hình 4.5. Hình ảnh đĩa phanh thực tế ........................................................................54
5


Hình 4.6. Xây dựng mơ hình đĩa phanh 3D bằng NX ................................................55

Hình 4.7. Kết quả mơ phỏng trên SimSolid................................................................55
Hình 4.8. Bảng chọn vật liệu của phần mềm SimSolid ..............................................56
Hình 4.9. Nhập điều kiện mơi trường.........................................................................57
Hình 4.10. Nhập điều kiện tiếp xúc nhiệt ...................................................................59
Hình 4.11. Nhập điều kiện tiếp xúc nhiệt ...................................................................60
Hình 4.12. Dải màu phân bố nhiệt độ trên đĩa phanh ...............................................60
Hình 4.13. Điểm có nhiệt độ cao nhất và thấp nhất ..................................................61

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Thông số kĩ thuật xe Toyota Fortuner .......................................................18
Bảng 3.1. Áp suất dầu trong dẫn động phanh khi xe không tải và đầy tải ................46
Bảng 4.1. Hệ số truyền nhiệt đối lưu .........................................................................58
Bảng 5.1. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ............................................63

7


CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
1. Công dụng, phân loại, u cầu
1.1. Cơng dụng
Hệ thống phanh có công dụng làm giảm tốc độ chuyển động của xe bằng cách
sinh ra mô men cản lại sự quay của bánh xe. Một công dụng khác của hệ thống phanh
là giúp xe dừng hẳn tại một vị trí.
1.1.1. Yêu cầu
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất;
- Phanh êm dịu;

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao;
- Điều khiển nhẹ nhàng (lực tác động nhỏ);
- Phân bố mô men phanh hợp lý trên các cầu, không xảy ra trượt lết khi phanh;
- Không xảy ra tự xiết khi phanh;
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt;
- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện
sử dụng;
- Lực phanh trên các bánh xe tỉ lệ thuận với lực điều khiển trên bàn đạp;
- Có khả năng giữ ô tô đứng yên trên dốc trong thời gian dài.
1.1.2. Phân loại
• Theo mục đích sử dụng, hệ thống phanh trên ô tô được phân thành: phanh chính,
phanh đỗ, phanh dự phịng và phanh bổ trợ. Phanh chính tác động lên tất cả các
bánh xe, được sử dụng để giảm tốc và dừng xe khi cần thiết. Để giảm bớt mức độ
phức tạp của kết cấu, người ta thường gốp các chức năng phanh đỗ và phanh dự
phòng trong cùng một hệ thống. Phanh bổ trợ được trang bị cho các ơ tơ có tải và
ơ tơ khách cỡ lớn nhằm giảm tải cho hệ thống phanh chính khi xuống các dốc dài.
• Theo kết cấu của cơ cấu phanh: phanh guốc, phanh đĩa, phanh dải;
• Theo dẫn động phanh: dẫn động khí nén, dẫn động thủy lực, dẫn dộng thủy-khí,
dẫn động cơ khí, dẫn động điện.
Ngồi ra, hệ thống phanh cịn có thể phân biệt theo sự có mặt của các hệ thống hỗ
trợ điện tử như: hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS), hệ thống hỗ trợ phanh
khẩn cấp (BA, EBA), hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), ...

8


1.2. Cấu tạo hệ thống phanh

Hình 1.1. Cấu tạo của hệ thống phanh
Nhìn vào sơ đồ trên, ta thấy hệ thống phanh gồm hai phần chính:

- Cơ cấu phanh:
Cơ cấu phanh có chức năng sinh ra mơ men cản lại sự quay của bánh xe. Trên các
ô tô hiện đại sử dụng phổ biến hai loại cơ cấu phanh: phanh tang trống (phanh
guốc) và phanh đĩa. Phanh guốc được sử dụng chủ yếu trên các ơ tơ có tải trọng
lớn, cịn phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên ơ tô con, đặc biệt là ở cơ cấu phanh
trước.
- Dẫn động phanh:
Dẫn động phanh có nhiệm vụ truyền lực điều khiển từ người lái hoặc từ một
nguồn năng lượng nào đó đến cơ cấu phanh để điều khiển cơ cấu phanh sinh ra
mô men phanh.
1.3. Cơ cấu phanh
1.3.1. Cơ cấu phanh guốc
Cơ cấu phanh guốc bao gồm bộ phận cố định, bộ phận quay cùng bánh xe, bộ
phận điều khiển và bộ phận điều chỉnh khe hở má phanh. Cơ cấu phanh guốc có thể
phân loại theo cách bố trí xi lanh cơng tác. Khi đó người ta gọi hai má phanh là má
xiết và má nhả. Má xiết để chỉ guốc phanh nẳm ở phía lực tiếp tuyến tác dụng từ trống
phanh vào má phanh tạo ra mô men cùng chiều với lực điều khiển. Má còn lại gọi là
má nhả.
Có nhiều cách bố trí xi lanh cơng tác trong phanh guốc dẫn động chất lỏng, dưới
đây là 3 cách bố trí phổ biến.

9


Hình 1.2. Cơ cấu phanh guốc
1. Guốc phanh; 2. Cam; 3. Má phanh; 4. Xy lanh; 5. Trống phanh
Cơ cấu phanh guốc như hình trên có 1 xi lanh cơng tác và 2 pít tơng. Mỗi guốc
phanh có một đầu được lắp bản lề vào mâm phanh, một đầu tựa vào xi lanh công tác.
Khi guốc phanh quay theo chiều kim đồng hồ thì má bên phải là má xiết, má bên trái
là má nhả.

Cơ cấu phanh loại này khi xe tiến hay lùi mô men phanh trên cơ cấu phanh cũng
như nhau nhưng má xiết có mơ men lớn hơn má nhả

Hình 1.3. Phanh guốc đối xứng qua tâm
1.Ống nối; 2. Vít xả khí; 3. Xy lanh bánh xe; 4. Má phanh; 5. Phớt làm kín; 6.
Piston; 7. Lị xo guốc phanh; 8. Tấm chặn; 9. Chốt guốc phanh; 10. Mâm phanh.
Cơ cấu phanh như hình 1.3 có 2 xi lanh cơng tác, mỗi xi lanh chỉ có 1 pít tơng
và được bố trí đối xứng nhau. Khi trống phanh quay thuận chiều kim đồng hộ thì cả 2
má đều là má xiết, trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ thì 2 má đều là má nhả.
Khi đó mô men phanh trong hai trường hợp xe tiến và lùi là khác nhau.

10


Hình 1.4. Cơ cấu phanh guốc loại bơi
Cơ cấu phanh như hình trên gọi là cơ cấu phanh bơi. Cơ cấu phanh này cũng có
1 xi lanh và 2 pít tông, điểm khác biệt là điểm tựa của guốc phanh. Phía trên mỗi guốc
phanh tựa vào 1 pít tơng cơng tác, đồng thời có thêm một chốt tựa chung trên mâm
phanh. Phía dưới hai guốc phanh được nối với nhau bẳng 1 chốt tựa di động.
Cơ cấu phanh này khi xe tiến hoặc lùi mô men phanh vẫn như nhau, nhưng lớn
hơn so với mô men phanh tạo ra bởi cơ cấu bố trí đối xứng qua trục.
1.3.2. Cơ cấu phanh đĩa
Cơ cấu phanh đĩa được thể hiện trong sơ đồ dưới đây:

Hình 1.5. Kết cấu cơ cấu phanh đĩa
1.Giá đỡ cố định; 2. Pít tơng; 3. Má phanh; 4. Giá đỡ di động; 5. Đĩa phanh; 6. Pít
tơng.
Trong cơ cấu phanh đĩa, mỗi đĩa phanh được lắp với moay ơ và quay cùng bánh
xe. Hai má phanh dạng phẳng được đặt ở hai bên của đĩa phanh và được dẫn động bởi
các xy lanh phanh.

Có hai loại phanh đĩa: khung cố định và khung di trượt.
Cơ cấu phanh đĩa khung cố định thường được dùng trên các ô tô con loại lớn và
trên các ơ tơ thể thao vì nó có độ bền cao. Nhược điểm của nó là nhạy cảm với nhiệt
độ khi phanh trong thời gian dài.
11


Cơ cấu phanh đĩa khung di trượt được sử dụng phổ biến hơn do kết cấu gọn nhẹ,
thuận tiện cho việc lắp đặt trong khơng gian hẹp.
• Một số chi tiết trong cơ cấu phanh đĩa
a. Má phanh
Má phanh là một khối thống nhất, gồm 2 má phanh kẹp hai bên mặt của đĩa
phanh. Trên má phanh được xẻ rãnh thoát nhiệt, thoát bụi trong khi làm việc. Người
ta thường làm má phanh bằng các vật liệu như gốm, hợp kim, …
b. Đĩa phanh
Đĩa phanh được gắn trực tiếp lên cụm moay ơ bánh xe. Người ta thường đục lỗ
đĩa phanh với dịng xe có hiệu suất cao để gia tăng khả năng tản nhiệt, giảm thiểu tối
đa khả năng mài mòn của đĩa phanh. Đĩa phanh thường được làm bằng các vật liệu
chịu lực tốt, độ bền cao.
c. Xi lanh cơng tác

Hình 1.6. Kết cấu xi lanh cơng tác
Sơ đồ hình trên thể hiện kết cấu của cụm xi lanh công tác trong cơ cấu phanh đĩa,
bao gồm xi lanh, pít tơng, phớt làm kín và vành chắn bụi. Khi phanh, dầu đẩy piston
ra phía ngồi, đẩy má phanh di chuyển chạm vào đĩa phanh giúp xe dừng lại.
d. Cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má phanh
Việc tạo khe hở má phanh trên cơ cấu phanh đĩa được thực hiện nhờ vào sự đàn
hồi của phớt làm kín (gioăng). Khi phanh, pít tơng dịch chuyển sang trái và làm lệch
phớt. Khi nhả phanh, phớt trở về vị trí ban đầu làm pít tơng dịch chuyển sang phải và
tạo ra khe hở giữa má phanh và đĩa phanh.

12


Hình 1.7. Hoạt động của gioăng làm kín
1.3.3. Cơ cấu phanh dừng
Cơ cấu phanh dừng hay còn gọi là phanh tay, có cơng dụng giữ cho xe đứng n,
khi xe dừng ở những nơi có độ dốc khác nhau. Người ta thường dùng dẫn động cơ khí
với phanh dừng. Tuy nhiên cơ cấu dẫn động của phanh dừng phải không liên hệ với
hoạt động của phanh chính.
1.4. Dẫn động phanh
1.4.1. Dẫn động cơ khí
Hệ thống phanh dẫn động cơ khí có kết cấu đơn giản, nhưng khơng tạo được mơ
men phanh lớn do phụ thuộc vào lực điều khiển của người lái, do đó chỉ sử dụng trên
cơ cấu phanh dừng.
1.4.2. Dẫn động thủy lực
Dẫn động thủy lực có thời gian chậm tác dụng nhỏ, kết cấu đơn giản, tuy nhiên
nhược điểm của dẫn động loại này là không tạo ra được mơ men lớn. Vì vậy dẫn động
loại này thường được sử dụng trên ô tô du lịch, xe tải nhỏ và trung bình.
Cấu tạo của hệ thống phanh dẫn động thủy lực gồm: bàn đạp phanh, xi lanh chính,
đường ống dẫn, xi lanh cơng tác.

13


1.4.3. Dẫn động khí nén

Hình 1.8. Cấu tạo hệ thống dẫn động phanh khí nén
1.Máy nén khí; 2. Bầu lọc khí; 3. Bộ điều chỉnh áp suất; 4. Đồng hồ áp suất; 5. Bàn
đạp phanh; 6. Van an toàn; 7. Bình chứa khí; 8. Van phân phối (tổng phanh); 9. Bầu

phanh; 10. Cam phanh; 11. Lò xo cơ cấu phanh; 12. Guốc phanh.
Ở hệ thống phanh dẫn động khí nén, lực sinh ra ở cơ cấu phanh là do khí nén,
khí nén được cung cấp bởi máy nén khí, người lái chỉ có nhiệm vụ đóng mở các cơ
cấu điều khiển. Do đó có thể tạo ra mơ men lớn. Với đặc điểm này, dẫn động phanh
khí nén thương được dùng trên xe buýt, các xe tải vừa và lớn.
Tuy nhiên nhược điểm của dẫn động loại này là kết cấu phức tạp, có thêm nhiều
cụm chi tiết trung gian, thời gian chậm tác dụng lớn do phải mất thêm thời gian nén
khí, làm tăng đáng kể thời gian phanh và quãng đường phanh của xe.
1.4.4. Dẫn động thủy khí (dẫn động liên hợp)

Hình 1.9. Sơ đồ dẫn động thủy khí

14


Dẫn động liên hợp kết hợp dẫn động chất lỏng và dẫn động khí nén. Dẫn động
loại này được sử dụng trên các xe có kích thước lớn để tận dụng ưu điểm và đồng thời
loại bỏ nhược điểm của từng loại dẫn động.
Có hai loại sơ đồ dẫn động liên hợp:
- Loại khí nén đi trực tiếp từ van phân phối đến xi lanh nén.
- Loại khí nén đi vào xi lanh khí nén qua van gia tốc.
1.4. Bộ cường hóa lực phanh
Bộ cường hóa lực phanh được lắp ở vị trí giữa bàn đạp phanh và xy lanh tổng,
có nhiệm vụ giảm bớt lực tác động của người lái vào bàn đạp phanh, làm cho đạp
phanh dễ dàng hơn. Khi đó má phanh sẽ ép vào đĩa phanh với một lực tối đa mà người
tài xế không cần tác dụng một lực quá lớn lên bàn đạp. Nguyên lý của bộ trợ lực phanh
là sử dụng độ chênh lệch giữa chân không của động cơ và áp suất khí quyển để tạo ra
lực tỉ lệ thuận với lực ấn của bàn đạp để điều khiển phanh.
1.5. Bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS
Khi phanh xe, nếu các bánh xe bị trượt lết thì khả năng bám đường của xe sẽ suy

giảm, dẫn tới hiệu quả phanh giảm nhiều. Bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS
chống lại sự trượt lết của bánh xe khi phanh khá triệt để. ABS giữ cho bánh xe trong
quá trình phanh có hệ số trượt  p có giá trị khoảng 15÷25 %. Trong vùng hệ số trượt
này ta có hệ số lực phanh pp cao nhất còn hệ số bám ngang cũng rất cao. Khi đó xe có
hiệu quả phanh tốt nhất, đồng thời tính ổn định hướng khi phanh cũng cao.

Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý hệ thống ABS
Nguyên tắc làm việc của bộ ABS là điều chỉnh mô men trên các bánh xe để độ
trượt của bánh xe nằm trong phạm vi có lợi nhất.
Bộ ABS có những bộ phận cơ bản sau:
15


-

Cảm biến để thu nhận tín hiệu về tính trạng bánh xe khi phanh để chuyển về cho
bộ phận xử lý.
Bộ phận phân tích điều khiển (ECU) để xử lý các thơng tin khi nhận được tín hiệu
từ các cảm biến sau đó phát các lệnh giảm hoặc tăng áp suất đi đến cơ cấu phanh.
Bộ phận phân phối áp suất ( cơ cấu chấp hành) là để thay đổi áp suất đi đến cơ cấu
phanh sao cho lực phanh đủ để duy trì độ trượt trong phạm vi có lợi nhất. Bộ phận
này làm việc dưới sự điều khiển của ECU.

16


CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1. Giới thiệu về xe tham khảo

Hình 2.1. Xe Toyota Fortuner

Hình 2.2. Hệ thống phanh đĩa trên xe Fortuner

17


Bảng 2.1. Thông số kĩ thuật xe Toyota Fortuner
Loại động cơ
Dung tích xy lanh (cc)
Tỉ số nén
Cơng suất cực đại
Momen xoắn cực đại
Đường kính x hành trình piston (mm)
Hộp số
Loại nhiên liệu
Dung tích bình nhiên liệu (lít)
Dẫn động
Dài x Rộng x Cao (mm)
Chiều dài cơ sở (mm)
Chiều rộng cơ sở trước/sau (mm)
Khoảng sáng gầm xe (mm)
Trọng lượng không tải (N)
Trọng lượng toàn tải (N)
Phân bố trọng lượng cầu trước/sau (N)
Bán kính quay vịng tối thiểu (m)
Phanh trước, phanh sau
Giảm sóc trước
Giảm sóc sau
Lốp xe
Vành mâm xe

Số cửa
Số chỗ ngồi

2TR-FE I4 Dual VVT-i
2694
15.6 :1
164/5200(kw/vịng/phút)
245/4000(Nm/vịng/phút)
92 × 103.6
5 số tự động
Xăng
70
4WD
4795 x 1855 x 1835
2745
1540 – 1540
220
21350
27400
15070/12330
5,8
Phanh đĩa
Treo tay đòn kép
Treo tay đòn kép
265/60 R18
La răng đúc
4
7

2. Lựa chọn cơ cấu phanh

Trên các ô tô hiện đại sử dụng phổ biến hai loại cơ cấu phanh: phanh tang trống
(phanh guốc) và phanh đĩa. Phanh guốc sử dụng chủ yếu trên các ô tô có tải trọng lớn:
Phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên ô tô con, đặc biệt là ở cơ cấu phanh trước. Tuy
nhiên các dòng xe ngày nay, phanh đĩa hầu như được sử dụng trên cả 4 bánh trên xe
ơ tơ con.
2.1. Phanh đĩa có giá xy lanh cố định
Cơ cấu phanh đĩa xy lanh cố định thường được dùng trên các ô tô con loại lớn
và trên các ơ tơ thể thao vì nó có độ bền cao. Nhược điểm của nó là dễ bị hiện tượng
quá nhiệt.

18


Khi có lực tác động, các piston hai bên ép 2 má phanh tỳ vào đĩa phanh, q trình
khơng di chuyển cả cùm phanh. Trên các dòng xe hiệu năng cao thường được bố trí
nhiều piston kẹp mỗi bên, thường là 2 hoặc 4 piston mỗi bên.
2.2. Phanh đĩa có giá xy lanh di động
Cơ cấu phanh đĩa khung di trượt được sử dụng phổ biến hơn do kết cấu gọn nhẹ,
thuận tiện cho việc lắp đặt trong không gian hẹp. Cơ cấu này chỉ bố trí xy lanh thủy
lực 1 bên. Giá xy lanh di động. Khi có lực tác động, piston ép má phanh tỳ lên mặt
đĩa phanh phía bên này, phản lực từ đĩa sẽ đẩy cả cùm phanh di chuyển, nên kéo theo
má phanh bên mặt tựa ép vào mặt đĩa phanh còn lại.
Cơ cấu phanh đĩa này chỉ có một bên xy lanh, nên làm mát tốt, khơng bị hiện
tượng q nhiệt.
• Ưu, nhược điểm của cơ cấu phanh đĩa so với phanh tang trống
a, Ưu điểm
- Kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ;
- Khe hở giữa má phanh và trống phanh nhỏ (0,05-0,1mm), nhờ đó cho phép tăng khá
nhiều tỷ số truyền dẫn động phanh;
- Thoát nhiệt, thoát nước các bề mặt ma sát tốt;

- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh cân bằng, không gây tải trọng lên moay ơ;
- Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát.
b, Nhược điểm
- Thiết kế hở nên bề mặt đĩa phanh dễ bị bám bụi bẩn làm ảnh hưởng tới hiệu quả
phanh.
- Áp suất lên các bề mặt ma sát lớn ( tới 5Mpa), nên tốc độ mài mòn lớn, đòi hỏi phải
sử dụng vật liệu tốt, dẫn tới giá thành cao.
Kết luận: Ta chọn cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ di động làm cơ cấu phanh đĩa.
3. Lựa chọn phương án dẫn động
Dẫn động cơ khí, dù có kết cấu đơn giản nhưng có nhược điểm lớn là khó điều
khiển nhiều cơ cấu phanh cùng một lúc, đồng thời các cơ cấu phanh có mơ men phanh
khơng bằng nhau, vì thế chỉ thích hợp dùng làm dẫn động cho cơ cấu phanh tay.
Dẫn động khí nén có kết cấu cồng kềnh và phức tạp, không phù hợp với kết cấu
của xe du lịch.
Dẫn động thủy lực có độ nhạy cao do áp suất chất lỏng tăng đồng thời tại những
nơi mà nó chiếm chỗ, lực phanh có thể tạo ra cũng vừa với yêu cầu của xe du lịch.
19


Dẫn động 1 dòng là loại dẫn động mà chất lỏng từ xy lanh chính chia thành các
ngả đi đến các cơ cấu phanh. Chỉ cần một chỗ nào đó của hệ thống bị rị rỉ thì hệ thống
phanh sẽ bị mất tác dụng. Còn với dẫn động 2 dòng, chất lỏng có 2 dịng độc lập dẫn
đến các cơ cấu phanh. Nếu một chỗ nào đó của hệ thống bị rị rỉ thì dịng đó mất tác
dụng và hệ thống phanh vẫn hoạt động bằng dòng còn lại.
3.1. Cách 1: Dẫn động kiểu II
a. Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.3. Sơ đồ dẫn động thủy lực kiểu II
1. Bánh xe
4. Xy lanh chính

7. Má phanh sau
2. Đĩa phanh
5. Bàn đạp
3. Xy lanh bánh trước
6. Xy lanh bánh sau
b. Nguyên lý hoạt động
Khi không phanh dầu áp suất thấp nằm trong đường ống. Khi đạp phanh, chất
lỏng áp suất cao sẽ tác dụng vào các piston ở xy lanh, ép sát má phanh vào đĩa phanh
để thực hiện quá trình phanh;
c. Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, nếu một dịng bị hỏng hoặc rị rỉ thì phanh vẫn
hoạt động bằng dòng còn lại.
- Nhược điểm: Hiệu quả phanh có thể bị giảm mạnh khi một dịng gặp sự cố do
phân bố tải lên các cầu không đều nhau.
3.2. Cách 2: Dẫn động kiểu X
a. Sơ đồ cấu tạo

20


Hình 2.4. Dẫn động phanh kiểu X
1.
2.
3.
4.

Bánh xe
5. Xy lanh phanh chính
9. Xy lanh bánh sau
Đĩa phanh

6. Bầu trợ lực
10. Ống dẫn dầu
Xy lanh bánh trước
7. Bàn đạp
11. Điều hòa lực phanh
ống dẫn dầu
8. Đĩa phanh

b. Nguyên lý hoạt động
Dẫn động thủy lực hai dòng chéo hoạt động tương tự với dẫn động thủy lực cho
hai cầu riêng biệt. Điểm khác là dẫn động hai dịng chéo có một đường dầu dẫn động
cho bánh xe trước một phía ( trái, phải) và bánh sau ở phía cịn lại. Cịn dịng dẫn động
còn lại dẫn động cho các bánh xe chéo còn lại.
c. Ưu, nhược điểm
- Khi bị hỏng hoặc đường dầu bị rị rỉ thì ơ tơ vẫn được phanh bằng dòng còn lại.
- Khi một dòng phanh bị hỏng, lực phanh phân bố không đều ở hai bên gây nên
moomen quay thân xe.
- Kết cấu phức tạp.
3.3. Cách 3: Dẫn động kiểu HI
a. Sơ đồ cấu tạo

21


Hình 2.5. Dẫn động phanh kiểu HI
1.
2.
3.
4.

Bánh xe
5. Xy lanh phanh chính
9. Xy lanh bánh sau
Đĩa phanh
6. Bầu trợ lực
10. Ống dẫn dầu
Xy lanh bánh trước
7. Bàn đạp
11. Điều hòa lực phanh
ống dẫn dầu
8. Đĩa phanh

b. Nguyên lý hoạt động
Đường dầu thứ nhất dẫn động cho tất cả bánh xe ở hai cầu, đường dầu còn lại
dẫn động cho bánh xe cầu trước.
c. Ưu nhược điểm
- Chất lượng phanh và độ tin cậy cao.
- Hiệu quả phanh không giảm nhiều khi gặp sự cố, không bị mất đối xứng lực phanh,
đảm bảo an toàn chuyển động.
- Kết cấu phức tạp, giá thành cao.
3.4. Cách 4: Dẫn động kiểu HH
a. Sơ đồ cấu tạo

22


Hình 2.6. Dẫn động phanh kiểu HH
1.Bánh xe
5. Xy lanh phanh chính
9. Xy lanh bánh sau

2.Đĩa phanh
6. Bầu trợ lực
10. Ống dẫn dầu
3.Xy lanh bánh trước
7. Bàn đạp
11. Điều hòa lực phanh
4.ống dẫn dầu

8. Đĩa phanh

b. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động giống với cho hai cầu riêng biệt. Điểm khác là mỗi dòng
đều dẫn động cho cả bốn bánh xe.
c. Ưu nhược điểm
- Hiệu quả phanh, độ tin cậy rất cao. Không ảnh hưởng nhiều tới hiệu quả phanh
khi xảy ra hư hỏng.
- Kết cấu phức tạp, khó bố trí, chế tạo.
- Giá thành cao.
Kết luận:
Sau khi phân tích ưu nhược điểm của các phương án dẫn động, có thể thấy rằng
phương án dẫn động thủy lực hai dịng cho hai cầu độc lập, trợ lực chân khơng và điều
hòa lực phanh vừa phanh nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản dễ bố trí, hơn nữa giá thành lại
hợp lý.
Kết luận:
Sau khi phân tích về cơ cấu phanh và các phương án dẫn động phanh, ta chọn
phương án cho xe cần thiết kế như sau:
23


Về cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh đĩa có giá di trượt.

Về dẫn động phanh: Dẫn động thủy lực kiểu HH. Có bộ trợ lực chân khơng, bộ điều
hịa lực phanh.
4. Bộ trợ lực phanh

Hình 2.7. Kết cấu bộ trợ lực chân khơng
1. Thân xy lanh; 2. Lị xo piston thứ cấp; 3. Vành tựa lò xo; 4. Phớt; 5. Chốt hạn chế;
6. Piston thứ cấp; 7. Thân van; 8. Lò xo; 9.Vành tựa lò xo; 10. Phớt; 11.Piston sơ cấp;
12. Thanh hãm; 13. Vành tựa lò xo; 14. Lò xo màng trợ lực; 15. Thân trước trợ lực;
16. Màng trợ lực; 17. Địa đỡ màng; 18. Thân sau trợ lực; 19. Tấm thép van hãm; 20.
Bu lông M12; 21. Phớt thân trợ lực ; 22. Vành đỡ lò xo; 23. Lị xo hồi van khí; 24. Vỏ
bọc; 25. Lọc khí; 26. Cần đẩy; 27. Van điểu khiển; 28. Lị xo van điều khiển; 29. Van
khí; 30. Đĩa phản lực; 31. Van chân không; 32. Thanh đẩy trợ lực; 33. Ống dẫn khí;
34. Ống nối; 35. Phớt thân; 36. Ống dẫn dầu; 37. Cửa bù; 38. Cửa hồi dầu;
5. Bộ điều hịa lực phanh
Bộ điều hịa lực phanh trên ơ tô dùng đề điều chỉnh áp suất đi đến cơ cấu phanh
sau theo sự thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau.

24


5.1. Đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hịa lực phanh

Hình 2.8. Các lực tác dụng lên xe
Theo lý thuyết, mô men phanh cực đại trên các bánh xe trước và sau là:
𝐺

𝐺

𝐿

𝐿

Mp1= (b+φh) φrb ; Mp2= (a-φh) φrb

PT 0.1

Ta có tỉ lệ hợp lý của mơ men phanh sinh ra trên các cơ cấu phanh bánh trước và
sau khi phanh cực đại à:

M p1
M p2

=

b + h
a − h

PT 0.2

Nếu mô men phanh sinh ra trên các cơ cấu phanh bánh xe trước và sau không
tuân theo tỉ lệ này thì sẽ xảy ra hiện tượng các bánh xe trên một cầu nào đó trượt lết
trong lúc đó ở cầu còn lại lực phanh chưa đạt đến cực đại.
Đối với xe đã chất tải nhất định, ta có a, b,h cố định, khi cho các giá trị φ khác
nhau vào biểu thức trên thì ta sẽ có các giá trị Mp1 và Mp2.
Từ đó ta xây dựng được đồ thị biểu diễn mô men phanh hợp lý trên các bánh xe
trước và sau trong trường hợp phanh cực đại khi hệ số bám φ thay đổi.

25