THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

LỜI NÓI ĐẦU
Trong chƣơng trình đào tạo kỹ sƣ ngành động lực thì đồ án tốt nghiệp là phần
không thể thiếu, là điều kiện tất yếu rất quan trọng mà đối với mỗi sinh viên cần
phải hoàn thành và qua đó hiểu biết một cách chặt chẽ và nắm vững về ô tô. Sau
quá trình học tập, tích lũy kiến thức, việc bắt tay vào khảo sát tính toán kiểm
nghiệm một bộ phận, một hệ thống trên xe hay tổng thể xe là công việc cần thiết.
Điều này củng cố kiến thức đã đƣợc học, thể hiện sự am hiểu các vấn đề cơ bản và
cũng là sự vận dụng lý thuyết vào thực tế sao cho hợp lý, nghĩa là lúc này sinh viên
đã đƣợc làm việc của một cán bộ kỹ thuật.
Hệ thống phanh là một bộ phận rất quan trọng trên xe, nó đảm bảo cho ô tô
chạy an toàn, do đó đảm bảo đƣợc năng suất vận chuyển. Nên hệ thống phanh trên
xe đòi hỏi phải bảo đảm bền vững, tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, tính
ổn định của xe.
Trong đồ án tốt nghiệp khóa học này em đƣợc giao nhiệm vụ: “ THIẾT KẾ
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS ”.
Mặc dù đã cố gắng, nhƣng do kiến thức có hạn, thời gian hạn chế và thiếu kinh
nghiệm thực tế nên trong khuôn khổ đồ án này em không tránh những thiếu sót. Em
rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em đƣợc hoàn thiện hơn.
Và em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Lê Văn Tụy cùng các thầy giáo
bộ môn Ô tô và Máy công trình đã tận tình giúp đỡ hƣớng dẫn em hoàn thành tốt
nội dung đề tài của mình.

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lành

1

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT…………………………………………… 4
1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................7
2.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH................................................................ 7
2.1. Công dụng, phân loại và yêu cầu. ........................................................................8
2.1.1. Công dụng ..................................................................................................8
2.1.2. Phân loại .....................................................................................................8
2.1.3. Yêu cầu ......................................................................................................9
2.2.Cấu tạo chung của hệ thống phanh ................................................................... 11
2.3.Sơ lƣợc về hệ thống ABS…………………………………………………..…..14
2.3.1. Chức năng nhiệm vụ.................................................................................16
2.3.2. Nguyên lý làm việc...................................................................................18
3. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH ....................................................... 20
3.1.Lựa chọn cơ cấu phanh ....................................................................................... 21
3.1.1. Cơ cấu phanh trƣớc .................................................................................22
3.1.2. Cơ cấu phanh sau...................................................................................... 25
3.2. Tính toán cơ cấu phanh ...................................................................................... 25
3.2.1. Xác định mômem cần thiết ở cơ cấu phanh .............................................26
3.2.2. Hệ số lực phanh phân bố lên các truc bánh xe .........................................26
3.3. Tính toán cơ cấu phanh trƣớc.............................................................................27
3.4. Tính toán cơ cấu phanh sau ................................................................................29
3.5. Tính toán xác định bề rộng má phanh ................................................................ 35
3.6. Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh ....................38
3.6.1. Tính toán kiểm tra công trƣợt riêng ......................................................... 41
3.6.2. Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh ........................... 45
4. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH .................................................41

4.1. Hành trình dịch chuyển đầu piston xilanh công tác của cơ cấu ép ....................41
2


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
4.2. Xác định đƣờng kính xilanh chính và xilanh công tác.......................................42
4.2.1. Đƣờng kính xilanh công tác .....................................................................43
4.2.2. Đƣờng kính xilanh chính ..........................................................................43
4.2.2.1. Đặc điểm cấu tạo ...................................................................................43
4.2.2.2. Nguyên lý làm việc................................................................................44
4.2.2.3. Xác định đƣờng kính Dc ........................................................................46
4.2.2.4. Xác định hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính ....................46
4.3. Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh ......................................................... 48
4.4. Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh .......................................................... 50
5. THIẾT KẾ TRỢ LỰC PHANH ............................................................................50
5.1.Đặc điểm cấu tạo .................................................................................................50
5.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................................ 51
5.3. Ƣu, nhƣợc điểm .................................................................................................52
5.4. Tính đƣờng kính xilanh của bầu trợ lực ............................................................. 53
6. KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU HÕA LỰC PHANH ........................................................ 54
6.1. Đặc điểm và nguyên lý làm việc .................................................................54
6.1.1. Đặc điểm bộ điều hòa lực phanh .............................................................. 55
6.1.2. Nguyên lý làm việc của bộ điều hòa lực phanh .......................................56
7. BẢO DƢỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHANH ......................................58
8. KẾT LUẬN ........................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 63

3

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Giải thích

và viết tắt
a

Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh trƣớc

b

Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh sau

dk

Đƣờng kính cơ sở của profin cam ép

Dt,s

Các đƣờng kính màng phanh của bầu phanh trƣớc và sau

f

Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh

f.N

Lực ma sát.

Go

Trọng lƣợng bản thân ô tô

Ga

Trọng lƣợng toàn bộ ô tô khi đầy tải

Ga1

Trọng lƣợng phân bố lên cầu trƣớc khi đầy tải

Ga2

Trọng lƣợng phân bố lên cầu sau khi đầy tải

Jp

Mô men quán tính của bánh xe

Khq

Hệ số hiệu quả phanh

Kc

Hệ số tự cƣờng hóa

L

Chiều dài cơ sở của ô tô

lkt, lks
Mp

Chiều dài cánh tay đòn dẫn động cam ép của cơ cấu phanh trƣớc và sau
Mômen phanh

Mpt,Mps

Mômen phanh thực tế sinh ra ở guốc phanh trƣớc và sau

Mp1, Mp2

Mômen phanh lý thuyết sinh ra ở cầu trƣớc và sau

Mφ
Memax

Mômen bám giữa bánh xe và mặt đƣờng
Mômen xoắn cực đại của động cơ

4


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
ne

Số vòng quay động cơ

n

Số vòng quay trục máy nén

N

Hợp lực của phản lực pháp tuyến tác dụng vào trống phanh

Pp

Lực phanh

Pbđ

Lực tác dụng lên bàn đạp phanh

Pp1t, Pp1s

Lực phanh cần sinh ra của mỗi cơ cấu phanh trƣớc và sau

P1, P2

Lực dẫn động các guốc phanh trƣớc và sau của 1 cơ cấu phanh

Ppt, Pps

Áp suất khí nén của cơ cấu phanh trƣớc và sau

Plx

Pdt, Pds

Lực lò xo hồi vị màng phanh
Lực dẫn động cam ép của cơ cấu phanh trƣớc và sau

pkn

Áp suất khí nén dẫn động phanh

qtb

Áp suất trung bình trên bề mặt làm việc của má phanh

Sp

Quãng đƣờng phanh

rb

Bán kính làm việc của lốp

rtk

Bán kính thiết kế (lý thuyết) của lốp

rt

Bán kính mặt trong trống phanh

t, tp

Thời gian và thời gian phanh

Va , Vx

Vận tốc cực đại và vận tốc ôtô

Za1

Phản lực mặt đƣờng tác dụng lên các bánh xe cầu trƣớc ôtô khi đầy tải

Za2

Phản lực mặt đƣờng tác dụng lên các bánh xe cầu sau ôtô khi đầy tải

βt,s

Là góc ôm má phanh của cơ cấu phanh trƣớc và sau

εb

Gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh

µ

Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh

5

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
η

Hiệu suất

η1

Hệ số tính đến độ nạp không khí nén vào bầu phanh

η2

Hiệu suất cơ khí của bầu phanh

φx = φ

Hệ số bám dọc giữa bánh xe và mặt đƣờng

φy

Hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đƣờng

ωb

Tốc độ góc của bánh xe

λ

Độ trƣợt tƣơng đối giữa bánh xe và mặt đƣờng

F

Diện tích các má phanh

hg

Chiều cao trọng tâm ô tô

6


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
1.MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.
Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vƣợt bậc, ô tô trở thành phƣơng tiện
vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân,
đồng thời đã trở thành phƣơng tiện giao thông tƣ nhân ở các nƣớc có nền kinh tế
phát triển. Ở nƣớc ta, số ô tô tƣ nhân cũng đang phát triển cùng với sự tăng trƣởng
của nền kinh tế, mật độ ô tô lƣu thông trên đƣờng ngày càng cao.
Do mật độ ôtô trên đƣờng ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng
cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đƣờng là vấn đề cấp thiết luôn phải quan
tâm.
Ở nƣớc ta, số vụ tai nạn giao thông đang trong tình trạng báo động. Theo
thống kê của các nƣớc thì trong tai nạn giao thông đƣờng bộ 60 ÷ 70 % do con
ngƣời gây ra 10 † 15 % do hƣ hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 † 30% là do
đƣờng sá quá xấu. Trong nguyên nhân do hƣ hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật
thì theo thống kê cho thấy tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn (52 † 75%).
Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng đƣợc cải tiến, tiêu chuẩn về
thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ.
Ðối với sinh viên ngành cơ khí giao thông việc thiết kế, nghiên cứu về hệ
thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế, cải
tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hƣớng và tính dẫn

hƣớng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển
động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô. Ðó là lý do em chọn đề tài “THIẾT KẾ
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE ĐIỆN MINIBUS”.
Hệ thống phanh xe thiết kế là hệ thống phanh dẫn động thủy lực có sử dụng
ABS. Em hy vọng đề tài này nhƣ là một tài liệu chung nhất để giúp ngƣời sử dụng
tự tìm hiểu kết cấu, thiết kế, cũng nhƣ tính toán các bộ phận trong hệ thống phanh
một cách hợp lý để đảm bảo an toàn cho ngƣời và tài sản

7


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
2.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH:
2. 1.công dụng, phân loại và yêu cầu:
2.1. 1công dụng:
Hệ thống phanh có chức năng giảm tốc độ chuyển động của xe tới vận tốc
chuyển động nào đó, dừng hẳn hoặc giữ xe đỗ ở một vị trí nhất định.
Đối với ôtô hệ thống phanh là một trong những cụm quan trọng nhất, bởi vì
nó bảo đảm cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao đƣợc năng
suất vận chuyển.
Trên ôtô sự phanh xe đƣợc tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và
phần đứng yên của các cụm liên kết với bánh xe: giữa tang trống với má phanh hoặc
đĩa phanh với má phanh. Quá trình ma sát trong các cơ cấu phanh dẫn tới mài mòn
và nung nóng các chi tiết ma sát, nếu không xác định kịp thời và tiến hành hiệu
chỉnh thì có thể dẫn tới làm giảm hiệu quả phanh.
Hƣ hỏng trong hệ thống phanh thƣờng kèm theo hậu quả nghiêm trọng, làm
mất tính an toàn chuyển động của ôtô. Các hƣ hỏng rất đa dạng và phụ thuộc vào
kết cấu hệ thống phanh.
2.1.2. Phân loại:
Có nhiều cách phân loại hệ thống phanh.

a )Theo công dụng:
-

Hệ thống phanh chính (phanh chân).

-

Hệ thống phanh dừng (phanh tay).

-

Hệ thống phanh dự phòng.

-

Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ).

b)Theo kết cấu của cơ cấu phanh:
-

Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.

-

Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.

c)Theo dẫn động phanh:
-

Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.

-

Hệ thống phanh dẫn động thủy lực.

-

Hệ thống phanh dẫn động khí nén.

-

Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén-thủy lực.
8


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
-

Hệ thống phanh dẫn động có cƣờng hóa.

d)Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh:
Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ
thống phanh với bộ điều hòa lực phanh.
e)Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh:
Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh
với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS).
2.1.3.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 qu•ng
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 đòn điều
khiển không 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.
- Không 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.

9


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
2.2. Cấu tạo chung của hệ thống phanh:
Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ôtô đƣợc mô tả trên( hình 2.1).

Hình 2-1.Hệ thống phanh trên ôtô
Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần chính:
- Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh đƣợc bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra
mômen hãm trên bánh xe khi phanh ôtô.
- Dẫn động phanh: Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều
khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Tùy theo dạng dẫn động: cơ khí, thủy
lực, khí nén hay kết hợp thủy – khí mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các
phần tử khác nhau. Ví dụ dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và

các thanh, đòn cơ khí. Nếu là đẫn động thủy lực thì dẫn động phanh bao gồm: bàn
đạp, xi lanh chính (tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn.
2.3. Sơ lƣợc về hệ thống ABS:
2.3.1 Chức năng nhiệm vụ:
Các bộ điều chỉnh lực phân bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong
dẫn động phanh đến các bánh xe trƣớc và sau, có thể đảm bảo:
10


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng đƣợc triệt để trọng lƣợng
bám và tránh quay xe khi phanh).
Hoặc hãm cứng các bánh xe trƣớc → trƣớc (để đảm bảo điều kiện ổn định).
Tuy nhiên quá trình phanh nhƣ vậy vẫn chƣa phải là có hiệu quả cao và an
toàn nhất, vì:
Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trƣợt dọc. Các bánh
xe trƣợt lết trên đƣờng sẽ làm mòn lốp và giảm hệ số bám. Nghiên cứu đã cho thấy
hệ số bám dọc có giá trị cao nhất (Hình 2-2) khi bánh xe chịu lực dọc và trƣợt cục
bộ trong giới hạn hệ số trƣợt:


Va   r rb
100%  (15  30)%
Va

Ở đây:
Va - Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ôtô.
ωb - Tốc độ gốc của bánh xe.
rb - Bán kính lăn của bánh xe.
Còn ôtô, khi phanh với tốc độ 180 km/h trên đƣờng khô, bề mặt lốp có thể bị

mòn vẹt đị một lớp dày tới 6mm.
Các bánh xe bị trƣợt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp nhận lực ngang và
không thể thực hiện quay vòng khi phanh trên đọan đƣờng cong hoặc đổi hƣớng để
tránh chƣớng ngại vật (Hình 2-3) đặc biệt là các đoạn đƣờng có độ bám thấp. Do đó
dễ gây ra tai nạn nguy hiểm khi phanh.

11


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
x y
0.8

x max
x

0.6

0.4

0.2

0

y

20

40

60

80

100



Hình 2-2. Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trƣợt
tƣơng đối λ của bánh xe.
Vì thế, để đảm bảo đồng thời điệu quả phanh và tính ổn định cao. Ngoài ra
còn giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần tiến hành quá trình phanh ở
trong một giới hạn nhất định, nghĩa là đảm bảo sao cho các bánh xe trong quá trình
phanh không bị trƣợt lê hoàn toàn mà chỉ trƣợt cục bộ trong giới hạn λ= (15-30)%.
Đó chính là chức năng và nhiệm vụ của hệ thống chống hãm cứng bánh xe.
Để cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt, cần phải
điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trƣợt của bánh xe với mặt
đƣờng nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ƣu. Các hệ thống chống hãm cứng
bánh xe khi phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh khác nhau, nhƣ:
-

Theo gia tốc chậm dần của bánh xe đƣợc phanh.

-

Theo giá trị độ trƣợt cho trƣớc.

-

Theo tỷ số vận tốc góc của bánh xe và gia tốc chậm dần của nó.

Nhƣ vậy hệ thống chống hãm cứng bánh xe là một trong các hệ thống an
toàn chủ động của một ôtô hiện đại. Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm
nhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ƣu.

12


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

Hình 2-3. Quá trình phanh có và không có ABS trên đọc đƣờng cong.
2.3.2. Nguyên lý làm việc:
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực
phanh có mạch liên hệ ngƣợc. Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng nhƣ trên
hình 1.3 gồm: Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay
cơ cấu thực hiện 3 và nguồn năng lƣợng 4.
Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số đƣợc
chọn để điều khiển (thƣờng là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá
độ trƣợt) và truyền tín hiệu điện đến bộ phận điều khiển 2. Bộ phận 2 sẽ xử lý tín
hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp sất trong
dẫn động phanh.
13


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
Chất lỏng đƣợc đƣợc truyền từ xilanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3
đến các xilanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các phần tử và thực hiện quá trình
phanh.

Hình 2-4. Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe.

1-Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện;
4- Nguồn năng lượng; 5- Xilanh chính hoặc tổng van khí nén
6- Xilanh bánh xe hoặc bầu phanh.
Để hiểu đƣợc nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta
khảo sát quá trình phanh bánh xe nhƣ trên (hình 2-5).
Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx =const, thì
phƣơng trình cân bằng mômen tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi
phanh, có dạng:
M p  M  Jb

d b
0
dt

(2.1)

Ở đây:
Mp – Mômen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh;
Mφ – Mômen bám của bánh xe với đƣờng;
Jb – Mômen quán tính của bánh xe;
14


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
ωb - Tốc độ của bánh xe.
Từ đó ta có gia tốc chậm dần cả bánh xe khi phanh:
b 

d b M p  M 


dt
Jb

(2.2)

Hình 2-5.Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh.
Sự thay đổi Mp, Mφ và εb theo độ trƣợt thể hiện trên (hình 2-5)
Đoạn O-1-2 biểu hiện quá trình tăng Mp khi đạp phanh. Hiệu (Mp-Mφ) tỷ lệ
với gia tốc chậm dần εb của bánh xe. Hiệu trên tăng nhiều khi đƣờng Mφ đi qua cực
đại. Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng đột ngột của εb
đƣợc sử dụng làm tín hiệu để giảm áp suất trong dẫn động. Do có độ chậm tác dụng
nhất định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế đƣợc bắt
đầu ở điểm 2.
Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp-Mφ). Vào thời
điểm tƣơng ứng với điểm 4 – Mômen phanh có giá trị cực tiểu không đổi.
Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mômen phanh nhỏ hơn mômen bám, nên
xảy ra sự tăng tốc bánh xe. Sự tăng gia tốc bánh xe đƣợc sử dụng làm tín hiệu vào
thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5).
Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trƣợt giảm và bởi vậy φ cũng nhƣ Mφ tăng
lên.
Tiếp theo, chu trình lặp lại. Nhƣ vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc
thì tăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mp thay đổi theo chu trình kín 1-2-3-4-5-6-1,
15


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
giữ cho độ trƣợt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1-λ2 (Hình 2-6) đảm bảo cho
hệ số bám có giá trị gần với giá trị cực đại nhất.
Hình 2-7a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn
(3pha): tăng áp suất (1→2), giảm áp suất (2→4) và duy trì (giữ) áp suất (4→5).

ABS làm việc với 3 giai đoạn nhƣ vậy gọi là ABS 3 pha. Một số ABS có thể không
có pha duy trì áp suất- gọi là ABS 2 pha.

Hình 2-6. Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS
Trên hình 2- 6 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và
gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian.

16


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

Hình 2-7. Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) ; và gia tốc chậm dần của bánh xe
(b) khi phanh có ABS.
Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trƣợt thay đổi
trong khoảng λ1-λ2= (15-30) %. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén
khoảng (3-8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.
Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 1 nhận đƣợc
khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trƣờng hợp có và không có ABS và đồ thị quá
trình phanh trên (hình 2-8; 2-9)
Bảng 1: Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS (mỗi bánh xe có
một cảm biến và điều khiển riêng).
Quãng đƣờng
Loại đƣờng

Tốc độ bắt đầu

phanh Sp (m)

phanh V(m/s)

Có

Không

Mức tăng
hiệu quả
phanh

ABS

ABS

(%)

Đƣờng bêtông khô

13,88

10,6

13,1

19,1

Đƣờng bêtông ƣớt

13,88

18,7

23,7

21,1

Đƣờng bêtông khô

27,77

41,1

50,0

17,8

Đƣờng bêtông ƣớt

27,77

62,5

100,0

37,5

17


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

Hình 2-8. Quá trình phanh điển hình trên mặt đƣờng trơn của ô tô có trang bị ABS

Hình 2- 9. Quá trình phanh điển hình của ô tô có trang bị ABS.
18


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.
Thiết kế hệ thống phanh xe điện trên cơ sở xe tham khảo „HIACE‟ của hãng
TOYOTA:
Bảng 3-1: Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe
Thông số

Ký hiệu

Giá trị

Ðơn Vị

Trọng lƣợng toàn bộ

Ga

3000

KG

Trọng lƣợng riêng

G0

1780

KG

Chiều cao toàn bộ

Ha

2000

mm

Chiều rộng toàn bộ

Ba

1855

mm

Chiều dài toàn bộ

La

4890

mm

Chiều dài cơ sở

Lo

2450

mm

Cỡ lốp

195/75R16

Tọa độ trọng tâm
Không tải

a = 1.100; b = 1.350; hg= 700

Đầy tải

a = 1.310; b = 1.140; hg= 800

Vận tốc cực đại

Vmax

155

Km/h

Khoảng sang gầm xe

200

mm

Dung tích công tác

1998

Cm3

Công suất cực đại

100/5400

KW/v/ph

Mômen xoắn cực đại

168/2600

KW/v/ph

Đƣờng kính xilanh

86

mm

Hành trình piston

86

mm

19


1960

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

16°

20°

HIACE

1130

2590

1110
1450

4830

Hình 3-1 Sơ đồ tổng thể xe Toyota Hiace
3.1 Lựa chọn cơ cấu phanh:
Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý
ma sát. Trong quá trình phanh động năng của ôtô đƣợc biến thành nhiệt năng ở cơ

cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trƣờng bên ngoài.
Kết cấu cơ cấu phanh gồm hai phần chính: Các phần tử ma sát và cơ cấu ép.
Trên xe tham khảo phần tử ma sát của cơ cấu phanh trƣớc có dạng đĩa; phần tử ma
sát của cơ cấu phanh sau dạng trống - guốc.
3.1.1 Cơ cấu phanh trước :
Cơ cấu phanh trƣớc trên xe tham khảo „TOOYOTA HIACE‟ là phanh đĩa có
giá xilanh di động.

20


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

Hình 3-2. Cơ cấu phanh trƣớc- đĩa loại càng di động.
1-Nắp chắn mỡ; 2-Trục trước; 3-Ổ bi ngoài; 4-Bu lông; 5-Bu lông tích kê; 6-Má
phanh; 7-Càng phanh; 8-Lốp; 9-Xương lốp; 10-Vành xe; 11-Gía đỡ càng xy lanh
phanh; 12-Ngõng lái; 13-Vành khăn; 14-Cao su chắn bụi; 15-Bu lông trượt; 16Ống trượt; 17-Bạc trượt; 18-Ổ bi trong; 19-Đĩa phanh
Cơ cấu phanh trƣớc trên xe Toyota Hiace là loại phanh đĩa có càng di
động. Gồm 1 piston đặt trong càng, càng chuyển động trên các ống lót bằng cao su,
trên một hoặc hai chốt dẫn hƣớng bằng thép. Các ống lót cho phép càng chuyển
động nhẹ nhàng khi phanh tác động. Khi phanh, dầu phanh sẽ chảy vào trong càng
đẩy piston hƣớng ra ngoài, vì vậy má phanh trong bị ép vào đĩa. Cùng lúc đó, áp
suất thủy lực sẽ tác dụng lên càng một lực tƣơng tự nhƣng ngƣợc chiều làm cho
càng chuyển động nhẹ nhàng trên ống lót mang theo má phanh ngoài ép vào đĩa
21


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
phanh. Hai má phanh kẹp lấy đĩa phanh, thực hiện quá trình phanh. Phanh đĩa có
cấu tạo rất đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh đặc biệt dễ dàng. Ở cơ

cấu phanh đĩa, các má phanh bị ép cả vào hai phía của đĩa phanh (đĩa quay cùng với
bánh xe) để dừng xe. Trong quá trình làm việc bị ma sát giữa má phanh và đĩa làm
mòn má phanh, ảnh hƣởng đến khả năng phanh bánh xe. Trên cơ cấu phanh đĩa có
bộ phận tự động điều chỉnh khe hở má phanh khi bị mòn.
Phanh đĩa có giá xylanh di động chỉ bố trí xylanh thuỷ lực một bên. Giá
xylanh có thể di động động đƣợc trên các trục nhỏ dẫn hƣớng bắt trên moay ơ. Khi
phanh, dầu cao áp đẩy pittông ép một bên má phanh áp sát vào đĩa phanh, đồng thời
đẩy giá đặt xylanh trƣợt trên trục dẫn hƣớng đến ép má phanh còn lại áp sát vào
trống phanh. Khi cả hai má phanh đều ép sát vào đĩa phanh, phanh mới đƣợc thực
hiện.
Phanh đĩa có giá xylanh di động đƣợc dùng trên đa số các xe ôtô du lịch ngày
nay do chỉ bố trí một bên xylanh nên tăng diện tích đƣợc làm cho đĩa phanh, tránh
hiện tƣợng sôi dầu khi phanh liên tục.
*Trong cơ cấu phanh đĩa, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh đƣợc điều
chỉnh tự động dùng phƣơng pháp điều chỉnh bằng sự biến dạng của phớt (vành
khăn) làm kín.

2

1

3

Hình 3-3. Sự điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh
1: xilanh công tác; 2: vành khăn; 3: piston
Nguyên lý hoạt động: Vành khăn có tác dụng bao kín dầu áp suất cao trong
khoảng giữa piston và xy lanh công tác. Rãnh chứa vành khăn có tiết diện hình
thang đáy lớn nằm trên phần tiếp xúc với piston. Khi piston dịch chuyển do ma sát
giữa piston và vành khăn lớn, nên vành khăn bị biến dạng trong rãnh. Khi thôi
phanh vành khăn kéo piston về vị trí ban đầu và hết biến dạng. Nếu khe hở giữa má

22


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
phanh và đĩa phanh quá lớn, sự biến dạng của vành khăn không đủ đảm bảo sự dịch
chuyển của piston, vành khăn sẽ bị trƣợt trên piston. Khi thôi phanh piston chỉ trở
về biến dạng của vành khăn. Do vậy piston nằm ở vị trí mới so với xylanh
3.1.2. Cơ cấu phanh sau :
a) Cấu tạo:
- Cơ cấu phanh bánh sau là cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục, một đầu
nhận tải trọng động từ xy lanh lực, một đầu tựa trên rãnh định vị, lực đẩy lên guốc
phanh bằng nhau ( Hình 3.4 ).
- Má phanh của guốc sau có 8 lỗ để tán guốc phanh với má phanh, đinh tán
thƣờng làm bằng nhôm, hoặc đồng, yêu cầu khi tán đầu đinh phải thấp hơn bề mặt
má phanh từ 1,5÷2 mm.
- Cơ cấu tự điều chỉnh khe hở má phanh, tang trống bố trí chung với cơ cấu
phanh tay
- Lò xo phanh: Mỗi bánh sau có một lò xo hồi vị chung cho cả hai guốc.
- Xi lanh công tác: Trong xi lanh có hai piston điều khiển hai guốc phanh
trƣớc và sau, hai piston đƣợc đẩy ra hai bên nhờ lò xo. Ngoài ra còn có các lỗ ren để
bắt thân xi lanh vào mâm phanh.
b) Nguyên lý làm việc:
- Khi đạp bàn đạp phanh, áp suất dầu từ xy lanh phanh chính qua đƣờng ống
dẫn dầu vào xi lanh bánh xe, tác dụng lên piston đẩy guốc phanh đi ra thực hiện quá
trình phanh.
- Khi nhả bàn đạp phanh, dƣới tác dụng của lò xo hồi vị ép guốc phanh đi
vào đẩy píston về vị trí cũ.

23

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

Hình 3-4. Cơ cấu phanh bánh sau
1- Vít xã khí; 2- Bu lông dầu; 3- Xy lanh bánh xe; 4- Lò xo; 5- Cuppen; 6- Piston;
7- Nắp chắn bụi; 8- Cơ cấu điều chỉnh; 9- GUốc phanh; 10- Má phanh; 11- Cơ cấu
giữ guốc; 12- Cáp dẫn động phanh tay; 13- Giá đỡ guốc phanh; 14- Lò xo néo.
Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các má phanh. Để cho các má phanh hao
mòn đều hơn nên ở guốc phanh đằng trƣớc (bên phải) gắn má phanh dài hơn vì hiệu
quả phanh của má phanh trƣớc theo kiểu bố trí nhƣ hình vẽ sẽ lớn hơn nhiều so với
má sau. Khi tác dụng vào bàn đạp phanh chất lỏng với áp suất cao từ xy lanh phanh
chính truyền đến xy lanh bánh xe tạo nên lực ép trên các piston đẩy các guốc phanh
ép sát vào trống phanh thực hiện qúa trình phanh .
Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị kéo các guốc phanh trở lại vị trí ban đầu.
+ Trong quá trình sử dụng các má phanh bị mòn, do đó khe hở giữa má
phanh và trống phanh tăng lên. Đồng thời làm tăng độ cao tối thiểu của bàn đạp
phanh. Khe hở đƣợc điều chỉnh do cơ cấu tự động điều chỉnh bố trí trong cơ cấu
phanh sau cùng phanh tay .
24


THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS
3.2. Tính toán cơ cấu phanh.
3.2.1. Xác định mômen cần có ở các cơ cấu phanh:

Hình 3-5. Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh
Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm đƣợc tốc độ
hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh tính
toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu trƣớc là:

M PT 

m1.G1
 .rbx (1)
2

Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh tính
toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu sau là:

M PS 

m2 .G2
 .rbx (2)
2

m1, m2: Hệ số phân bố lại trọng lƣợng khi phanh ở cầu trƣớc và cầu sau:
25