Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển by wire


Lời nói đầu
Ngành công nghiệp ô tô trên thế giới ngày nay đang phát triển rất nhanh, các công
nghệ mới ra đời kể từ khi bắt đầu nghiên cứu phát triển đến khi đưa vào sử dụng được
rút lại rất ngắn. Do được thừa hưởng các ứng dụng về công nghệ điện và điện tử hiện
đại, các hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng được thiết kế theo kết cấu điện tử hóa,
có độ hoàn thiện và chính xác cao.
Cùng với việc phát triển của ngành ô tô thì vấn đề bảo đảm an toàn trong lưu thông
cho người và xe càng trở nên cần thiết. Trên ô tô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu
bảo đảm an toàn như: cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí, thiết bị chống va
đập, trong đó cơ cấu phanh vẫn là cơ cấu đóng vai trò quan trọng nhất. Vì vậy khi
thiết kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, quãng đường phanh
ngắn, an toàn ở mọi tốc độ, góp phần nâng cao được năng suất vận chuyển người và
hàng hóa.
Nhiều hệ thống phanh trên xe con ngày nay cũng đang có xu hướng thiết kế theo kết
cấu tự động, các chi tiết điều khiển và dẫn động dần được chế tạo theo hướng điện tử
hóa, đặc biệt là hệ thống phanh điện (BBW). Hệ thống phanh điện BBW là kiểu kết
cấu hệ thống phanh hiện đại nhất hiện nay, hệ thống phanh BBW hiện có thể chia làm
hai loại: loại EHB (Electric Hydraulic Brake) là loại hệ thống phanh có hỗ trợ thủy lực,
và hệ thống phanh EMB (Electric Mechanical Brake) là loại không có hỗ trợ thủy lực.
Với nhịp điệu phát triển chung của đất nước, vấn đề nghiên cứu ứng dụng các công
nghệ kĩ thuật mới trong nền công nghiệp ô tô, hiện đại ngày càng sát với trình độ phát
triển chung của các nước tiên tiến. Nhiệm vụ về đề tài là “ Thiết kế hệ thống phanh
điều khiển by_wire” cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Hệ thống phanh (BBW) có
kết cấu gọn, khối lượng nhỏ dễ dàng lắp đặt, và bố trí, độ chính xác cao, thời gian
chậm tác dụng ngắn, nên quãng đường phanh ngắn, đem lại hiệu quả phanh cao.


Để thực hiện đề tài em đã đưa ra các vấn đề và từng bước giải quyết các yêu cầu như
sau:
- Giới thiệu về hệ thống phanh BBW, đánh giá các ưu điểm nhược điểm của hệ thống

và lựa chọn một phương án để tiến hành thiết kế hệ thống.
- Dựa vào các thông số kỹ thuật của xe Kia Morning để tính toán thiết kế cụm cơ cấu
phanh, lựa chọn loại motor điện DC phù hợp.
- Thiết lập sơ đồ chức năng điều khiển hệ thống ABS và các liên hợp cho hệ thống
phanh thiết kế.
- Xây dựng sơ đồ logic điều khiển hệ thống phanh BBW làm việc ở các chế độ ABS,
BAS, TRC, VSC.
Dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Phạm Hữu
Nam nhiệm vụ của đề tài đã được hoàn thiện. Dù đã cố gắng từng bước giải quyết các
vấn đề của đề tài, nhưng do thời gian thực hiện đồ án không được nhiều, do những hạn
chế của bản thân nên trong đồ án còn có những sai xót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo
của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Hữu Nam cùng toàn thể các thầy trong bộ môn
đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.

Đỗ Tiến Quyết.


CHƯƠNG I
ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BY_WIRE VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.Nhiệm vụ hệ thống phanh.
Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động tới tốc độ chuyển động nào
đó hoặc dừng hẳn ô tô tại một vị trí nhất định. Thông thường, quá trình phanh xe được
tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên xe, như vậy động
năng xe biến thành nhiệt năng của cơ cấu ma sát và được truyền ra môi trường xung
quanh.
2.Yêu cầu hệ thống phanh.
Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng đường

phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần kéo điều khiển phù
hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người.
- Đảm bảo ổn định chuyển động của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp.
-Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với
sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh.
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh trong
mọi điều kiện sử dụng.
- Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ lực bàn đạp
khác nhau.
- Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên đường dốc.
- Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống phanh trong khi thực hiện phanh trong mọi trường
hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng.
3.Các hệ thống phanh


Có thể phân loại hệ thống phanh trên ô tô theo nhiều cách khác nhau, ví dụ như phân
loại theo công dụng, theo kết cấu của cơ cấu phanh, theo dẫn động phanh.
a.Theo công dụng.
Hệ thống phanh trên ô tô bao gồm:
- Phanh chính ( phanh chân ) : dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động. Đây là
hệ thống phanh quan trọng nhất trên xe. Trong quá trình sử dụng xe, hệ thống phanh
chính được dùng thường xuyên và nó là cơ sở để thiết kế các hệ thống phanh khác.
- Phanh phụ:dùng để thay thế khi phanh chính gặp sự cố, nó có chức năng tương đương
phanh chính và được dẫn động riêng biệt với phanh chính.
- Phanh dừng( phanh tay) dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm
phanh dự phòng trong trường hợp phanh chính hỏng.
- Phanh hỗ trợ ( phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện tử…) dùng để tiêu hao bớt
một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài ( phanh trên đường dốc
dài … )

b.Theo cơ cấu phanh.
Hệ thống phanh trên ô tô hiện nay gồm hai dạng cơ cấu chính.
- Cơ cấu phanh tang trống : được dùng khá phổ biến trên ô tô. Trong cơ cấu dạng tang
trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ trong của tang trống
quay cùng bánh xe. Như vậy quá trình phanh được thực hiện nhờ ma sát giữa bề mặt
tang trống và các má phanh.
- Cơ cấu phanh đĩa : được dùng phổ biến trên xe con, có thể cả cầu trước và cầu sau.Cơ
cấu dạng đĩa thường gồm xy lanh thủy lực được dẫn động từ bàn đạp phanh, má phanh,
đĩa phanh quay cùng bánh xe. Khi phanh, piston đẩy má phanh ép chặt đĩa phanh. Ma
sát giữa má phanh và đĩa phanh có tác dụng phanh xe khi chuyển động.
So với cơ câu phanh dạng tang trống , cơ cấu phanh đĩa có những ưu điểm sau:
+Cơ cấu phanh đĩa cho phép momen phanh ổn định khi hệ số ma sát thay đổi, điều này
giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao.


+Thoát nhiệt tốt, khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn.
+Dễ dàng bố trí cơ cấu phanh tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa phanh.
c. Theo dẫn động phanh.
Hệ thống phanh trên ô tô được dẫn động theo ba cách chính.
- Dẫn động bằng cơ khí có kết cấu cồng kềnh, khó bố trí ở khoảng cách xa
( từ bàn đạp phanh tới bánh xe ). Thường dùng làm hệ thống phanh tay trên ô tô nhỏ.
- Dẫn động phanh bằng thủy lực thường dùng trên hệ thống phanh chính ở các xe nhỏ .
Tuy nhiên lực phanh ở cơ cấu phanh không lớn nên nó ít được dùng trên xe tải.
- Dẫn động phanh bằng khí nén thường dùng trong hệ thống phanh chính của xe tải vì
nó tạo lực phanh lớn ở cơ cấu phanh. Tuy nhiên khí bị nén nên thời gian chậm tác dụng
của hệ thống lớn.
4.Đặc điểm hệ thống phanh thủy lực và hệ thống phanh by_wire.
a. Đặc điểm hệ thống phanh thủy lực.
Trên xe con hiện nay thường dùng hệ thống phanh thủy lực. Sơ đồ hệ thống phanh
thủy lực trên xe con như sau:

Hình 1: Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực

Xi lanh
Công tác
Xi lanh
Công tác
Bàn đạp
Phanh chân
Bộ trợ lực
Chân không
Xi lanh
chính
Bộ điều chỉnh áp
suất
Phanh tay
Xy lanh công
tác
Xy lanh
Công tác

Hình 2: Kết cấu chung hệ thống phanh thủy lực
Hình vẽ 2: Kết cấu chung của hệ thống phanh thủy lực.

Hệ thống phanh thuỷ lực trên xe con bao gồm các bộ phận chính: bàn đạp chân
phanh,phanh tay, bộ trợ lực chân không , xi lanh chính, xi lanh công tác, bộ điều chỉnh
áp suất phanh.
Hệ thống phanh sử dụng phương pháp truyền năng lượng thủy lực tĩnh với áp suất
lớn trong khoảng (60_120)bar. Áp suất được hình thành khi người lái đạp bàn đạp

phanh chân, thực hiện tạo áp suất trong xi lanh chính. Chất lỏng ( dầu phanh) được dẫn


động theo các đường ống tới các xy lanh công tác (nằm trong cơ cấu phanh tại mỗi
bánh xe). Với áp suất dầu, các piston trong xy lanh thực hiện tạo lực ép má phanh vào
tang trống ( hoặc đĩa phanh), thực hiện sự phanh tại các cơ cấu phanh bánh xe.
Ưu điểm hệ thống phanh thủy lực: phanh êm dịu, dễ bố trí , độ nhạy cao (do dầu
không bị nén).
Nhược điểm của hệ thống phanh thủy lực: tỉ số truyền của dẫn động phanh không
lớn, nên không tăng được lực điều khiển trên cơ cấu phanh. So với hệ thống phanh dẫn
động by_wire thì thời gian chậm tác dụng của hệ thống lớn (thời gian chậm tác dụng
của dầu lớn hơn thời gian châm tác dụng của điện).
b.Đặc điểm hệ thống phanh điều khiển by_wire.
Hệ thống by_wire đã có từ khoảng hai mươi năm về trước, nó được ứng dụng trong
ngành công nghiệp hàng không . Nó hoạt động không cần đến sự hỗ trợ năng lượng
của cơ khí hoặc hệ thống thủy lực. Nó được điều khiển bằng tín hiệu điện. Trong đó hệ
thống điện tử đóng một vai trò quan trọng và độ tin cậy của hệ thống phải rất cao.
Công nghệ by_wire ứng dụng trong hệ thống phanh, hệ thống lái, hệ thống truyền lực,
hệ thống điều khiển bướm ga (với động cơ xăng ), …. trên ô tô hiện đại ngày nay.
Công nghệ by_wire ứng dụng trên hệ thống phanh được gọi là brake by wire (BBW).
Hệ thống BBW bao gồm các thành phần cơ bản là: các cảm biến, các khối xử lý thông
tin ECU, mạng thông tin, cơ cấu chấp hành và nguồn năng lượng.
Các cảm biến: gồm có cảm biến bàn đạp phanh , cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến
gia tốc dọc, cảm biến gia tốc ngang, cảm biến vận tốc góc quay thân xe,….
Các cảm biến này cung cấp tín hiệu trạng thái của xe trong quá trình phanh về bộ điều
khiển ECU.
Bộ điều khiển ECU: nhận tín hiệu điều khiển từ các cảm biến (các tín hiệu dạng điện ),
dựa trên các tín hiệu này ECU sẽ xử lý, tính toán để đưa ra tín hiệu điều khiển tới cơ
cấu chấp hành.





Hình 3:Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh BBW
Cơ cấu chấp hành: nhận tín hiệu điều khiển từ ECU , dựa trên các tín hiệu điều khiển
này cơ cấu chấp hành sẽ tác dụng lên cơ cấu phanh để thực hiện quá trình phanh. Tùy
từng cách thức thực hiện BBW trên xe mà cơ cấu chấp hành của mỗi loại là khác nhau.
Trên BBW dạng EHB thì cơ cấu chấp hành là block thủy lực với các van điều khiển
điện tử, còn trên BBW dạng EMB thì là động cơ điện DC 1 chiều.
Cơ cấu phanh: nhận năng lượng từ cơ cấu chấp hành truyền tới để thực hiện quá trình
phanh xe. Trên các xe du lịch hiện nay có ứng dụng by_wire trong hệ thống phanh thì
cơ cấu phanh thường dùng là cơ cấu phanh dạng đĩa vì yêu cầu không gian bố trí nhỏ ,
gọn trên xe.
Nguồn năng lượng: cung cấp năng lượng cho cơ cấu chấp hành . Tùy thuộc BBW là
EHB hay EMB mà nguồn năng lương cung cấp cho cơ cấu chấp hành là khác nhau.
Trên xe sử dụng EHB thì nguồn năng lượng tạo ra từ 1 bơm thủy lực tạo áp suất cao
trong hệ thống. Trên xe sử dụng EMB thì năng lượng cung cấp cho động cơ DC 1

ơ cấu
phanh
ơ
cấu
chấp
hành
ều
ển
ảm
biến

ồn năng lượng


chiều lấy từ acquy, vì vậy yêu cầu khả năng tích trữ điện của các acquy này lớn hơn so
với xe sử dụng hệ thống phanh thông thường.
Ưu điểm của hệ thống phanh BBW
-Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh là rất nhỏ, có thể coi là tức thời .
Do đó trạng thái kỹ thuật của xe luôn được ECU kiểm soát chặt chẽ, lực phanh
tác dụng lên mỗi bánh xe được điều chỉnh phù hợp nhất với trạng thái làm việc
của xe khi phanh.
-Điều khiển lực phanh tại mỗi bánh xe độc lập, các lực phanh được điều khiển
bằng cách thay đổi tín hiệu xung điện áp cấp. Do đó nó hạn chế được những
tồn tại của hệ thống phanh cũ khi phanh xe quay vòng, phanh tại đường có hệ
số bám mỗi bên bánh xe là khác nhau ( yêu cầu lực phanh tại mỗi bên bánh xe
là khác nhau).
-Với hệ thống EMB thì hiệu suất truyền lực dẫn động cao, vì nó sử dụng truyền
lực điện
-Do đặc điểm cấu tạo của mình , nó có kích thước và trọng lượng nhỏ gọn, dễ
dàng bố trí , giảm thiểu khoảng không gian chiếm chỗ trong khoang động cơ
Tuy nhiên hệ thống BBW cũng tồn tại những khuyết điểm :
-Giá thành cao, đòi hỏi công nghệ chế tạo hiện đại
-Đòi hỏi loại acquy chế tạo phải có khả năng tích trữ năng lượng lớn và nhẹ.
5.Phân loại các hệ thống phanh điều khiển by_wire.
Trên ô tô hiện nay có hai cách chính sử dụng by_wire trên hệ thống phanh.


a.Hệ thống phanh EMB
Hệ thống phanh EMB đã được sử dụng trên Mercedes-Benz-E class, Toyota Estima…
Đây là công nghệ đang được các hãng xe cao cấp nghiên cứu và hoàn thiện. Nó hứa
hẹn sẽ là hệ thống phanh trong tương lai của các xe hiện đại. Hệ
thống phanh EMB sử dụng:
-Bình điện là nguồn năng lượng cung cấp cho moto DC

-Bàn đạp phanh là cơ cấu tạo tín hiệu mức độ phanh của người lái.
-Các cảm biến tốc độ bánh xe.
-Cảm biến gia tốc dọc, gia tốc ngang và vận tốc góc quay thân xe.
-Bộ vi xử lý trung tâm
-Cụm cơ cấu phanh đặt tại bánh xe



 !"# 
"
 !$% 
$

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh EMB


Hình 4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh EMB
Có 2 kiểu kết cấu cụm cơ cấu phanh cho hệ thống phanh EMB
Kiểu thứ nhất: sử dụng 2 moto DC mỗi moto DC được cấp dòng điện có điện áp 12V
dẫn động kiểu trục vít đai ốc , và bộ truyền chêm.

&#ạp phanh 

ảm biến tốc độ
bánh xe
'
ơ cấu phanh
"(!()
ảm biến gia tốc dọc
ảm biến gia tốc

ngang
Cảm biến vận tốc góc
quay thân xe


Hình 6 :Cơ cấu phanh EMB kiểu chêm

Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh EMB kiểu chêm: Khi đạp phanh, tín hiệu bàn
đạp phanh được được đưa tới ECU điều khiển. Dựa vào cảm biến hành trình đạp phanh
ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển điện áp cung cấp cho hai motor làm việc. Khi motor
quay làm cho giá 6 của bộ truyền chêm chuyển động tịnh tiến, qua con lăn 5 sẽ ép má
phanh vào đĩa phanh để thực hiện quá trình phanh.Khi người lái nhả phanh, ECU sẽ
đưa ra tín hiệu điện áp ngược chiều tới motor, do đó motor quay theo chiều ngược lại
khi đó má phanh sẽ không ép lên đĩa phanh để thực hiện quá trình nhả phanh.
Kiểu thứ hai: sử dụng 1 moto DC dòng điện 12V dẫn động bộ truyền bánh răng
trong đó có sử dụng bộ truyền hành tinh và cơ cấu piston



Hình7 :Cơ cấu phanh EMB sử dụng bộ hành tinh.
Cơ cấu phanh được bố trí gọn ngay đĩa phanh gồm một bộ hành tinh được dẫn động từ
motor qua bánh răng ăn khớp, piston được lắp sau cần dẫn động của các bánh hành
tinh.Khi motor quay, trục bánh mặt trời quay theo qua bánh răng ăn khớp khi đó bánh
hành tinh và trục cần dẫn bánh hành tinh vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh
tiến làm piston dịch chuyển tịnh tiến ép hay nhả má phanh với đĩa phanh.
b.Hệ thống phanh EHB
Electric Hydraulic Brake(EHB) là hệ phanh điện tử có hỗ trợ năng lượng thủy lực, hệ
thống này dựa trên hệ thống thủy lực cơ bản nhưng có sự hỗ trợ của các cảm biến áp
suất này mà hệ thống phanh EHB hoạt động một cách hiệu quả hơn các hệ thống phanh
thủy lực khác. Nguyên tắc hoạt động của no tương tự như hệ thống ABS và các liên

hợp .EHB không dùng bộ trợ lực trên xy lanh chính. Cụm bàn đạp xylanh chính chỉ
làm nhiệm vụ cấp tín hiệu khi phanh từ bàn đạp phanh , đồng thời đảm bảo nhận chức


năng phanh xe dự phòng khi có sự cố trong hệ thống điện điều khiển. Năng lượng
phanh thực hiện thông qua bơm dầu DC (với nguồn điện 1 chiều cấp từ bình điện của
xe ). Hệ thống truyền năng lượng tiến hành phanh và điều chỉnh một phần lực kéo bánh
xe thực hiện nhờ các mạch thủy lực truyền dẫn từ bơm dầu tới các van điều áp bố trí
trong block thủy lực.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh EHB


Hình8 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh EHB
Với sự phát triển của công nghệ điện , điện tử đã giúp hệ thống phanh EHB khẳng định
vị trí của mình trong sự phát triển của hệ thống phanh
EHB là một hệ thống phanh tiên tiến , có thể tích hợp với nhiều chương trình ứng dụng
khác , do đó nó là hướng phát triển của hệ thống phanh điện trong tương lai



&#ạp phanh
ơ cấu phanh
 (!ủy lực
(với các van điện tử)
ảm biến tốc độ
xe (như ABS)
*+,ất dầu
ơm thủy lưc
(áp suất cao)


So sánh hệ thống phanh EHB và hệ thống phanh EMB
Hệ thống phanh EHB so với hệ thống phanh EMB có những ưu điểm sau
-Hệ thống này dựa trên hệ thống thủy lực cơ bản. Hệ thống thủy lực cơ bản đang được
sử dụng rộng rãi trên ô tô hiện nay.
-Không yêu cầu khả năng tích trữ năng lượng của acqui lớn
Hệ thống phanh EMB so với hệ thống phanh EhB có những ưu điểm sau
-Thời gian chậm tác dụng phanh nhỏ hơn. Vì tín hiệu điện nhanh hơn tín hiệu thủy lực
-Hiệu suất truyền lực dẫn động cao hơn vì sử dụng truyền lực dẫn động điện
-Sử dụng bàn đạp điện , không có liên kết vật lý giữa bàn đạp phanh lên ABS, không
tạo ra rung lắc tới bàn đạp phanh. Hệ thống là tổng hợp của điện, nên kết cấu đơn giản
các modul thủy lực được thay thế bởi một cụm cơ cấu phanh hoạt động đơn giản cho
tất cả 4 modul phanh.
Dựa trên các phân tích trên trong đồ án này em sẽ chọn phương án là thiết kế hệ thống
phanh điều khiển by_wire bằng cách EMB
6.Chọn phương án thiết kế
Chọn phương án hai là phương án thiết kế vì cơ cấu phanh này đơn giản , bố trí gọn ,vì
có bộ truyền hành tinh nên cơ cấu làm việc êm diu
Hình 10: Cơ cấu phanh EMB sử dụng bộ hành tinh.


Nguyên lý hoạt động của cơ cấu trên
Khi chưa phanh: Moto DC không hoạt động, có khe hở giữa má phanh và đĩa phanh
của xe, bánh xe quay trơn bình thường
Khi đạp phanh : người lái đạp bàn đạp phanh, tín hiệu này sẽ gửi tới ECU tùy theo
hành trình bàn đạp phanh là lớn hay nhỏ mà ECU sẽ gửi tín hiệu dòng điện lớn hay bé
đến moto DC. Moto DC quay cùng chiều với chiều quay của bánh xe làm trục bánh
mặt trời quay theo qua bộ truyền bánh răng,trục bánh mặt trời quay làm bánh hành tinh
và trục bánh hành tinh vừa chuyển động quay và tịnh tiến do đó đẩy piston dịch chuyển
sang trái ép má phanh vào đĩa phanh , tạo ra lực phanh .
Khi nhả phanh: tín hiệu này được gửi tới ECU, ECU sẽ gửi tín hiệu dòng điện có chiều

ngược lại so với trên. Khi đó moto DC quay ngược chiều với chiều quay của bánh xe,
khi đó piston sẽ dịch chuyển nguợc lại so với trường hợp trên do đó má phanh sẽ từ từ
tách khỏi đĩa phanh.


CHƯƠNG II THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CỤM CƠ CẤU PHANH
Tính toán cụm cơ cấu phanh BBW
Để tiến hành thiết kế hệ thống phanh , ta lựa chọn loại xe Kia Morning để tính toán cho
cụm cơ cấu phanh
Thông số Đơn vị Giá trị
Khối lượng toàn tải G kg 1350
Khối lượngtác dụng lên cầu trước G1 kg 810
Khối lượng tác dụng lên cầu sau G2 kg 540
Chiều cao từ trọng tâm xe tới mặt đường hg m 0,50
Chiều dài cơ sở m 2,37
Khoảng cách từ trọng tâm xe tới cầu trước a m 0,96
Khoảng cách từ trọng tâm xe tới cầu sau b m 1,41
Thông số lốp 165/60/R14
I.Tính toán má phanh, đĩa phanh.
1.Tính momen phanh tác dụng lên cơ cấu phanh.
Momen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng
hẳn ô tô với tốc độ chậm dần trong giới hạn cho phép. Ngoài ra momen phanh sinh ra ở
phanh tay còn đảm bảo ô tô đứng được ở độ dốc cực đại.
Momen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu trước là.

ax
1
(1 )
2
m g

bx
pt
j h
r G
M
gb
ϕ
= +


Momen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu sau là

ax
2
(1 )
2
m g
bx
ps
j h
r G
M
ga
ϕ
= −
Trong đó :
a_Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trước.a=0,96(m)
b_Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau.b=1,41(m)
j
max

_Gia tốc chậm dần lớn nhất của ô tô khi phanh.

Lấy J
max
=
2
6( / )m s
theo tiêu chuẩn của Bộ GTVT Việt Nam
H
g
_Chiều cao trọng tâm xe. h
g
=0,5(m)
g_Gia tốc trọng trường . g=9,81(m/s
2
)

ϕ
_Hệ số bám của bánh xe với mặt đường , lấy
ϕ
=0,8 với đường nhựa
khô và sạch
r
bx
_Bán kính lăn của bánh xe.

( .0,6 .25,4)
2
bx
d

r B
λ
= +
Xe có thông số lốp 165/60/R14 suy ra B=165(mm), d=14(inch)


λ
là hệ số đàn hồi của lốp, lấy
λ
=0,93

14
(165.0,6 .25,4).0,93 257( ) 0,25( )
2
bx
r mm m= + = =


G
1
,G
2
_Trọng lượng phân bố ra cầu trước và cầu sau

1
1350.1,41
8030( )
2,37
Gb
G N

L
= = =

2
13500.0,96
5460( )
2,37
Ga
G N
L
= = =
Thay số ta được

0,8.0,25.8030 6.0,50
(1 ) 977( )
2 9,81.1,41
pt
M Nm= + =

0,8.0,25.5460 6.0,50
(1 ) 372( )
2 9,81.0,96
ps
M Nm= − =
2.Xác định kích thước má phanh.
a. Tính toán bán kính trong và ngoài của má phanh.
Ta có đường kính của vành bánh xe là d=14(inch)=350(mm)
Suy ra bán kính của vành bánh xe là R=d/2=350/2=175(mm)
Với xe tham khảo ta có bán kính ngoài của đĩa phanh là R
nd

=125(mm)
Bán kính ngoài của tấm ma sát là R
2
=120-5=120(mm)
Bán kính trong của tấm ma sát được tính như sau
R
1
=(0,5_0,75)R chọnR
1
=0,7R
2
=80(mm)
Từ R
1
,R
2
ở trên ta có
R
tb
=(R
1
+R
2
)/2=(95+65)/2=100(mm)
b. Tính diện tích, góc ôm của má phanh.
 Cơ cấu phanh trước
Lực ép má phanh lên đĩa phanh tại cơ cấu phanh cầu trước là.



2
pt
t
tb
M
F
R
µ
=
Trong đó
µ
là hệ số ma sát giữa má phanh và đĩa phanh, lấy
µ
=0,35

977
9969( )
0,35.0,08.2
t
F N= =
Ta có

2. .
t t
F q S=
q là áp suất tại vị trí tiếp xúc giữa má phanh và đĩa phanh
Với ô tô con lấy q= 3(MN/m
2
)
S

t
là diện tích má phanh tại cơ cấu phanh cầu trước

2 2
2.
2.9969
0,006646( ) 6646( )
3000000
t
t
F
S m mm
q
= = = =


Ta có
2 2
2 1
( )
360
t
S R R
α
π
= −
với
t
α
là góc ôm má phanh.


0
2 2 2 2
2 1
360.
360.6646
55
( ) 3,14(165 115 )
t
t
S
R R
α
π
= = =
− −
Vì momen phanh sau nhỏ hơn momen phanh trước, lực phanh được điều khiển bởi
ECU điều khiển, để thuận tiện cho chế tạo lấy diện tích và góc ôm má phanh sau như
phanh trước.
3.Kiểm nghiệm bền má phanh.
a. Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ô
tô chạy với tốc độ khi bắt đầu phanh như sau.
Khi phanh ô tô đang chuyển động với vận tốc v
o
cho tới khi dừng hẳn (v=0) thì toàn
bộ động năng của ô tô có thể được coi là đã chuyển thành công ma sát L tại các cơ cấu
phanh




Với
G= 13500(N) là trọng lượng ô tô khi đầy tải
V
0
=60(km/s) =16,67(m/s) là tốc độ của ô tô khi bắt đầu phanh

F
∑
là tổng diện tích toàn bộ má phanh.
2
8 8.0,0066 0,0528( )
t
F S m
∑
= = =

[ ]
L
là công ma sát riêng cho phép
[ ]
L
=400.10
4
(J/m
2
)
Thay số ta được

[ ]
2

4 2 4 2
13500.16,67
362.10 ( / ) 400.10 ( / )
2.9,81.0,0528
L J m L J m= = ≤ =
b.Tính toán nhiệt trong quá trình phanh.
Trong quá trình phanh động năng của ô tô chuyển động thành nhiệt năng ở trống
phanh , ở đĩa phanh và một phần thoát ra ngoài không khí. Sự tăng nhiệt độ ở trống
phanh là

2 2
0 0
1 2
( )
15
2
t
G v v
t
gm c
−
= ≤
Trong đó
V
1
_Tốc độ bắt đầu phanh , v
1
=30(km/h)
V
2

_Vận tốc kết thúc phanh, v
2
=0
M
t
_Khối lượng các chi tiết bị nung nóng , với xe tham khảo ta có m
t
=5kg
C_Nhiệt dung của chi tiêt bị nung nóng đối với thép và gang
C=500(J/kg.độ)


Suy ra

2 2
2
0 0 0
1 2
( )
13500.(8,33 0)
1,86 15
2 2.10.5.5000
t
G v v
t
gm c
−
−
= = = ≤
C_Nhiệt dung của chi tiêt bị nung nóng đối với thép và gang

C=500(J/kg.độ)
Suy ra

2 2
2
0 0 0
1 2
( )
13500.(8,33 0)
1,86 15
2 2.10.5.5000
t
G v v
t
gm c
−
−
= = = ≤
/0!01!2#&#3#4#5#.
./0!01!2#&#3#.
a.Chọn vật liệu
Ta chọn là thép hợp kim 40CrNi,
Bánh răng lớn : Thấm C và tôi HRC = 55 - 63
Giới hạn bền δ = 900 Mpa. Giới hạn chảy δ
ch
= 700 Mpa.
Bánh răng nhỏ : Thấm C và tôi HRC =55 -63
Giới hạn bền δ = 900 Mpa. Giới hạn chảy δ
ch
= 700 Mpa

b.Xác định ứng suất tiếp xúc – ứng suất uốn cho phép
[σ
H
] = σ
Holim
.K
HL
/ S
H

[σ
F
] = σ
Folim
.K
FL
.K
FC
/ S
F



Trong đó :
σ
Holim
: ứng suất tiếp xúc cho phép.
Σ
Folim
: ứng suất uốn cho phép.

S
H
, S
F
: Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn.
Tra bảng 6.2 [5].
Ta chọn S
H
= 1,2
S
F
= 1,55

K
FC
: Hệ số xét đến ảnh hưởng khi đặt tải.
K
FC
= 0,8 khi đặt tải 2 phía ( Bánh răng quay 2 chiều).
K
FC
= 1 Khi đặt tải 1 phía ( bánh răng quay một chiều ).
σ
Holim
=23HRC, ΣF
olim
=750

Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HRC1 =60, bánh răng lớn HRC2 =55
σ

Holim1
=23HRC1 =23.60 =1380 , σ
Folim1
=750
σ
Holim1
=23HRC2 =23.55 =1265 , σ
Folim1
=750
N
HO
: Chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc :
N
HO
= 30.H
Nên ta có N
HO1
= 30.605
2,4
= 14,2.10
7
,
N
HO2
= 30.542
2,4
=109,3. 10
7
N
HE

,N
FE
: Chu kì thay đổi ứng suất tương đương. Khi bộ truyền chịu tải trọng tĩnh
có : N
HE
= N
FE
= 60.c.n. t
Σ

Trong đó c, n, t
Σ
: Lần lượt là số lần ăn khớp của một vòng quay, số vòng quay trong
một phút, tổng thời gian làm việc của bánh răng đang xét.


Thời gian sử dụng của ôtô bằng quãng đường giữa 2 kỳ đại tu chia cho vận tốc trung
bình
t
Σ
=
5000
60
300000
==
tb
v
S
giờ
S : Quãng đường giữa hai kỳ đại tu S = 300000 km

v
tb
: Vận tốc trung bình của xe v
tb
= 60 km
Thay các giá trị vào công thức (3.19) ta có :
N
HE
= N
FE
= 60.1.6000.5000 =180.10
7
Ta có N
HE1
> N
HO1
do đó K
HL1
=1,tương tự có K
HL2
=1
Vậy [σ
H
]
1
= σ
Holim1
.K
HL
/ S

H
= 1380.1/1,2 =1150 Mpa
[σ
H
]
2
= σ
Holim2
.K
HL
/ S
H
= 1265.1/1,2 =1054 Mpa
[σ
H
] = ([σ
H
]
1
+[σ
H
]
2
)/2 =( 1150 +1054)/2 =1102 Mpa <1,25[σ
H
]
2
Và [σ
F
]

1
= σ
Folim1
.K
FL
.K
FC
/ S
F
=750.0,8.1/1,55= 387 MPa
[σ
F
]
2
= σ
Folim2
.K
FL
.K
FC
/ S
F
=750.0,8.1/1,55=387 MPa
Ứng suất quá tải cho phép
[σ
H
]
max
= 2,8 δ
ch2

= 2,8.700 = 1960 (MPa)
[σ
F
]
1max
= 0,8. σ
ch1
= 0,8.700 = 560 (MPa)
[σ
F
]
2max
= 0,8. σ
ch2
= 0,8.700 = 560 (MPa)
c.Tính toán các thông số bộ truyền hành tinh.
Sơ đồ bộ truyền bánh hành tinh.
