Nghiên cứu, tính toán thiết kế và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống phanh xe city car

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự do – Hạnh Phúc
-------------------------------------

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của
TS. Hoàng Thăng Bình. Đề tài đƣợc thực hiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng,
Viện cơ khí động lực, Đại học Bách Khoa Hà Nội và Trƣờng Cao Đẳng Nghề GTVT
TW3. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là độc lập, hoàn toàn trung thực
và chƣa từng công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào.

Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả

Phạm Hồng Liêm

1


LỜI MỞ ĐẦU
Ô tô là một phƣơng tiện giao thông vận tải đƣờng bộ phát triển nhất trên thế giới
hiện nay. Ở nƣớc ta, theo đà tăng trƣởng của nền kinh tế và dân số, số lƣợng ô tô sử
dụng trên thị trƣờng ngày một tăng nhanh. Tuy nhiên, đi kèm với sự phát triển đó là
những tác hại về môi trƣờng và không gian sống của chính chúng ta, đặc biệt là ở các
đô thị. Chính vì vậy mà các hãng xe trên thế giới hiện nay đang nghiên cứu, phát triển
những dòng xe nhỏ gọn, có thể xoay chuyển linh hoạt trong không gian hẹp, đặc biệt là
giá thành rẻ. Việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống phanh là một công việc
cần thiết trong việc sản xuất, phát triển đòng xe city car tại Việt Nam. Ngoài hiệu quả
về kinh tế, công việc này còn có ý nghĩa về mặt phát triển kinh tế và cải thiện môi
trƣờng sống, bởi vì đây là những dòng xe tiết kiệm nhiên liệu và giá thành tƣơng đối
phù hợp đối với đa số ngƣời Việt Nam.

Trên thế giới, việc nghiên cứu chế tạo dòng xe city car và hệ thống phanh của
nó đã đƣợc tiến hành từ khá lâu. Tuy nhiên thực tế tại Việt Nam, việc tiếp cận công
nghệ chế tạo và phát triển dòng xe nay còn khá nhiều khó khăn nhƣ: chi phí nghiên cứu
rất tốn kém, trình độ kỹ thuật của kỹ sƣ và công nhân Việt Nam còn nhiều hạn chế.
Qua tìm hiểu nghiên cứu, ở trong nƣớc việc chế tạo hệ thống này này hầu nhƣ là không
có. Việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống phanh trên xe city car là một công
việc cần thiết cho sự phát triển của nền công nghiệp ô tô Việt Nam.
Đề tài “Nghiên cứu, tính toán thiết kế và kiểm nghiệm trên máy tính hệ
thống phanh xe city car.” đã đƣợc tác giả tiến hành chọn để thực hiện làm đề tài tốt
nghiệp.. Qua đây tác giả cũng bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Hoàng
Thăng Bình cùng toàn thể các thầy trong Bộ môn Ôtô Viện Cơ khí động lực đã hƣớng
dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành đề tài này.
Xin trân trọng cảm ơn!

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ 1
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 2
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 3
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................ 9
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .............................................................................................. 11
1.1. KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN XE CITY CAR TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT NAM. ................................................................................................................... 11
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................... 12
1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................ 12
1.4. PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU ................................................. 12

1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................... 13
Chƣơng 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH .................................................... 14
2.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH XE CITY CAR ............................ 14
2.1.1. Kia rio ............................................................................................................... 14
2.1.2. Ford ................................................................................................................... 15
2.1.3. Alfa romeo mito ................................................................................................ 16
2.2. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG PHANH. ........................ 18
2.2.1. Công dụng. ........................................................................................................ 18
2.2.2. Yêu cầu. ............................................................................................................ 18
2.2.3. Phân loại. .......................................................................................................... 19
2.2.3.1. Phân loại theo công dụng ........................................................................... 19
2.2.3.2. Theo cơ cấu của phanh. .............................................................................. 20
2.2.3.3. Theo dẫn động phanh. ................................................................................ 20
2.2.3.4. Theo khả năng điều ch nh momen phanh ở cơ cấu phanh: ........................ 20

3


2.2.3.5- Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh: ................................... 20
2.3.1. Cơ cấu phanh: ................................................................................................... 21
2.3.1.1. Cơ cấu phanh tang trống: ........................................................................... 21
2.3.1.2. Cơ cấu phanh dạng đĩa: .............................................................................. 25
2.3.1.3. Cơ cấu phanh dừng ..................................................................................... 28
2.3.2. Dẫn động phanh ................................................................................................ 29
2.3.2.1. Dẫn động phanh chính b ng cơ khí ............................................................ 29
2.3.2.2. Dẫn động phanh chính b ng thủy lực......................................................... 29
2.3.2.3. Dẫn động phanh chính b ng khí nén: ......................................................... 31
2.3.2.4. Dẫn động phanh chính b ng thủy khí kết hợp: .......................................... 32
2.3.3. Bộ cƣờng hóa lực phanh. .................................................................................. 33
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 3D VÀ KIỄN NGHIỆM

.......... 35

3.1. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE CITY CAR ............................................. 35
3.1.1. Các thông số tính toán ...................................................................................... 35
3.1.2. Thiết kế tính toán cơ cấu phanh ........................................................................ 36
3.1.2.1. Xác định mô men phanh cần thiết tại các bánh xe ..................................... 36
3.1.2.2. Thiết kế tính toán cơ cấu phanh guốc trƣớc ............................................... 38
3.1.2.3. Thiết kế tính toán cơ cấu phanh guốc sau .................................................. 44
3.1.3. Tính bền các chi tiết cơ cấu phanh ................................................................... 50
3.1.3.1. Tính bền các chi tiết cơ cấu phanh sau:...................................................... 50
3.1.3.2. Tính bền các chi tiết cơ cấu phanh trƣớc: .................................................. 59
3.1.4. Tính toán dẫn động phanh ................................................................................ 67
3.1.4.1. Tính toán đƣờng kính các xi lanh ............................................................... 67
3.1.4.2. Tính bền đƣờng ống dẫn động phanh ......................................................... 69
3.2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 3D SOLID WORKS ĐỂ KIỂM NGHI M ỀN……….70
3.2.1. Giới thiệu phần mềm Solid Works ................................................................... 70
3.2.2. Thiết kế 3D các chi tiết ..................................................................................... 70

4


3.2.2.1. Tấm ma sát ................................................................................................. 70
3.2.2.2. Thiết kế 3D guốc phanh ............................................................................. 73
3.2.2.3. Thiết kế 3D mâm phanh ............................................................................. 74
3.2.2.4. Thiết kế 3D xy lanh con ............................................................................. 75
3.2.2.5. Thiết kế 3D lò xo ........................................................................................ 77
3.2.2.6. Lắp các chi tiết cơ cấu phanh guốc: ........................................................... 80
3.2.3. Tính bền chi tiết. ............................................................................................... 85
3.2.3.1. Guốc phanh................................................................................................. 85

3.2.3.2. Xylanh con. ................................................................................................ 86
3.2.4. Nhận xét: ........................................................................................................... 88
CHƢƠNG 4: GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO TÍNH DỄ CHẾ TẠO, .............. 90
HẠ GIÁ THÀNH SẢN XUẤT ...................................................................................... 90
4.1. TRÌNH ĐỘ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG Ở VIỆT NAM. ....................................... 90
4.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển ngành cơ khí chế tạo ở Việt Nam. ................ 90
4.1.2. Hiện trạng và xu thế phát triển công nghệ trong ngành chế tạo cơ khí………91
4.1.2.1. Công nghệ đúc ............................................................................................ 91
4.1.2.2. Công nghệ hàn ............................................................................................ 93
4.1.2.3. Công nghệ gia công áp lực (hay còn gọi là gia công biến dạng dẻo) ........ 95
4.2. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO TÍNH DỄ CHẾ TẠO......... 97
4.2.1. Chế tạo guốc phanh .......................................................................................... 97
4.2.2. Giải pháp chế tạo xy lanh công tác ................................................................... 99
4.2.3. Giải pháp chế tạo mâm phanh .......................................................................... 99
4.2.4. Giải pháp chế tạo tang trống phanh. ............................................................... 100
4.2.5. Giải pháp chế tạo lò xo đàn hồi. ..................................................................... 100
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 104

5


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT

Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa ký hiệu

1.

G

N

Trọng lƣợng ôtô khi đầy tải

2.

L

mm

Chiều dài cơ sở ô tô

3.

jmax

m/s2

Gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi

4.

hg

m

Chiều cao trọng tâm của ô tô

5.

M

p1

Nm

Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trƣớc

6.

M

p2

Nm

Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau

7.

g

m/s2

Gia tốc trọng trƣờng

8.

φ

9.

rbx

10.



11.

β1

12.

β1

13.

β0

Góc ôm của tấm ma sát

14.

rt

Bán kính của tang trống

15.

δ

Góc giữa lực N và trục X-X

16.

ρ

mm

Khoảng cách từ tâm O đến điểm đặt lực

17.

μ

mm

Hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống

18.

P

N

Lực tác dụng lên guốc phanh

19.

U

N

Lực từ chốt phanh tác dụng lên guốc phanh

20.

R

N

Phản lực của trống phanh tác dụng lên má phanh

21.

C

mm

Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt

Hệ số bám của bánh xe với mặt đƣờng
m

Bán kính bánh xe chủ động
Hệ số kể đến biến dạng của lốp
Góc từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ đầu
tấm ma sát
Góc từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ cuối
tấm ma sát

6


22.

a

mm

Bề rộng guốc phanh

23.

b

mm

Bề dầy guốc phanh

24.

R’1

mm

Bán kính trọng tâm của phần diện tích trên

25.

R’2

m/s

Bán kính trọng tâm của phần diện tích dƣới

26.

g

m/ss

Gia tốc trọng trƣờng

27.

Jx

mm2

Mô men quán tính của thiết diện

28.

Nx

N

Lực cắt

29.



N/m2

Ứng suất do NX gây ra

30.

τth

N/m2

Ứng suất tại đƣờng trung hoà

31.

σ

N/m2

Ứng suất

32.

a’

mm

Bán kính trong của trống phanh.

33.

b’

mm

Bán kính ngoài của trống phanh.

34.

σtd

N/cm2

Ứng suất tƣơng đƣơng

35.

pi

MPa

Áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh

36.

d1

mm

Đƣờng kính xy lanh công tác của bánh trƣớc

37.

Qbd

N

Lực tác động từ bàn đạp

38.

η

39.

D

mm

Đƣờng kính xy lanh chính

40.

δo

mm

Khe hở trung bình giữa má phanh và tang trống

41.

λ

mm

Độ mòn đƣờng kính cho phép của má phanh

42.

ηb

43.

s

cm

Chiều dày ống dẫn

44.

σt

N

Ứng suất tiếp tác dụng lên thành vỏ ống

45.

σn

N

Ứng suất pháp tác dụng lên thành vỏ ống

Hiệu suất truyền động thủy lực

Hệ số bổ sung khi phanh ngặt

7


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3-1. Các thông số kỹ thuật xe tham khảo .............................................................. 35
Bảng 3-2. Các thông số hình học của cơ cấu phanh ..................................................... 39
Bảng 3-3. Các lực tác dụng lên cơ cấu phanh trước ..................................................... 42
Bảng 3-4. Các thông số hình học của cơ cấu phanh sau ............................................... 45
Bảng 3-5. Các lực tác dụng lên cơ cấu phanh sau ........................................................ 48
Bảng 3-6. Lực và mô men tác dụng lên nữa trên guốc phanh sau................................. 53
Bảng 3-7. Lực và mô men tác dụng lên nữa dưới guốc phanh sau................................ 54
Bảng 3-8. Ứng suất tai các điểm .................................................................................... 57

Bảng 3-9. Lực và mô men tác dụng lên nữa trên guốc phanh trước ............................. 61
Bảng 3-10. Lực và mô men tác dụng lên nữa dưới guốc phanh trước .......................... 63
Bảng 3-11. Ứng suất tai các điểm .................................................................................. 65

8


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2-1. Hình dáng bên ngoài của KIA RIO................................................................ 14
Hình 2-2. Hình dáng bên ngoài của FORD KA ............................................................. 15
Hình 2-3. Hình dáng bên ngoài của ALFA ROMEO MITO .......................................... 17
Hình 2-4. Hệ thống phanh trên ô tô ............................................................................... 21
Hình 2-5. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục .......................................................... 22
Hình 2-6. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm ........................................................... 23
Hình 2-7. Cơ cấu phanh guốc loại bơi........................................................................... 24
Hình 2-8. Cơ cấu phanh guốc loại tự cuờng hoá........................................................... 25
Hình 2-9. Kết cấu của cơ cấu phanh đĩa ....................................................................... 26
Hình 2-10. Cơ cấu báo mòn hết má phanh .................................................................... 27
Hình 2-11. Sơ đồ bố trí chung của cơ cấu phanh dừng ................................................ 28
Hình 2-12. Sơ đồ hệ thống dẫn động thủy lực ............................................................... 29
Hình 2-13. Dẫn động hai dòng ...................................................................................... 30
Hình 2-14. Cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén ............................................... 31
Hình 2-15. Sơ đồ hệ thống dẫn động thuỷ khí kết hợp ................................................... 32
Hình 2-16. Bộ cường hóa chân không .......................................................................... 34
Hình 3-1. Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh. .................................................... 36
Hình 3-2. Các thông số hình học của cơ cấu phanh ...................................................... 38
Hình 3-3. Họa đồ lực phanh cầu trước .......................................................................... 41
Hình 3-4. Các thông số hình học của cơ cấu phanh sau ............................................... 44
Hình 3-5. Họa đồ cơ cấu phanh guốc cầu sau .............................................................. 47
Hình 3-6. Sơ đồ tính bền guốc phanh sau ...................................................................... 50

Hình 3-7. Sơ đồ lực nửa trên guốc phanh sau .............................................................. 52
Hình 3-8. Sơ đồ lực nửa dưới guốc phanh sau .............................................................. 53
Hình 3-9. Biểu đồ momen............................................................................................... 54
Hình 3-10. Sơ đồ tính bền guốc phanh trước ................................................................. 59
Hình 3-11. Sơ đồ lực nửa trên guốc phanh trước ......................................................... 61
Hình 3-12. Sơ đồ lực nửa dưới guốc phanh trước ......................................................... 62
Hình 3-13. Biểu đồ momen............................................................................................. 63
Hình 3-14. Hộp thoại Solidworks................................................................................... 71
Hình 3-15. Tấm ma sát ................................................................................................... 72
Hình 3-16. iên dạng m t c t guốc phanh .................................................................... 73

9


Hình 3-17. Guốc phanh .................................................................................................. 74
Hình 3-18. Biên dạng mâm phanh ................................................................................. 75
Hình 3-19. Mâm phanh .................................................................................................. 75
Hình 3-20. Biên dạng thân xylanh ................................................................................. 76
Hình 3-21. Thân xylanh.................................................................................................. 76
Hình 3-22. Xylanh con ................................................................................................... 77
Hình 3-23. ước cơ bản ................................................................................................. 78
Hình 3-24. Lò xo cơ bản................................................................................................. 78
Hình 3-25.
m c lò xo ................................................................................................. 79
Hình 3-26. K o dài đầu m c .......................................................................................... 79
Hình 3-27. Lò xo hoàn ch nh.......................................................................................... 80
Hình 3-28. Giao diện Assembly ..................................................................................... 80
Hình 3-29. Guốc và tấm ma sát ..................................................................................... 81
Hình 3-3 . Giao diện Assembly ..................................................................................... 82
Hình 3-31. M m phanh và xy lanh con .......................................................................... 82

Hình 3-32. Gh p guốc phanh lên m m phanh ............................................................... 84
Hình 3-33. Cơ cấu phanh guốc ...................................................................................... 84
Hình 3-34. Hình ảnh chia lưới guốc phanh ................................................................... 85
Hình 3-35. Kết quả kiểm nghiệm bền guốc phanh ......................................................... 86
Hình 3-36. Sơ đồ đ t lực trong trường hợp chịu lực phanh cực đại ............................. 86
Hình 3-37. Hình ảnh chia lưới xy lanh .......................................................................... 87
Hình 3-38. Kết quả kiểm nghiệm về ứng suất của xylanh con ....................................... 87
Hình 4-1. Tạo phôi ......................................................................................................... 97
Hình 4-2. Phần trên guốc phanh .................................................................................... 97
Hình 4-3. Tạo phôi phần dưới ........................................................................................ 98
Hình 4-4. Phần dưới guốc phanh ................................................................................... 98
Hình 4-5. Guốc phanh .................................................................................................... 99
Hình 4-6. Tang trống phanh......................................................................................... 100

10


Chƣơng 1. TỔNG QUAN

1.1. KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN XE CITY CAR TRÊN THẾ GIỚI
VÀ VIỆT NAM.
Nhỏ gọn để dễ dàng xoay chuyển trong những không gian chật hẹp của đô thị, động
cơ nhỏ gọn tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời vẫn đảm bảo sự tiện nghi và an toàn của một
chiếc xe hơi so với xe máy, đó là những đặc điểm nổi bật của một dòng xe mới. Cùng
với việc xuất hiện ngày càng nhiều những đô thị lớn với mật độ dân cƣ đông đúc, thì
thị trƣờng của xe hơi nhỏ cũng ngày càng có nhiều những thƣơng hiệu xe hơi tham gia,
từ những hiệu xe phổ thông cho đến những thƣơng hiệu chuyên sản xuất xe sang trọng
cũng muốn giành thị phần trong phân khúc của những chiếc xe hơi siêu nhỏ này.
Vì vậy, hiện nay rất nhiều tập đoàn ô tô lớn trên thế giới đã và đang tập trung
nghiên cứu phát triển các dòng xe nhỏ, gọn và sử dụng nhiều nguồn năng lƣợng mới,

thân thiện với môi trƣờng. Châu Âu mới cho ra đời chiếc xe 1 Ero (1 Ero đi đƣợc 100
km) nhỏ gọn, tiện lợi và có thể sử dụng 2 nguồn năng lƣợng khác nhau (xăng hoặc
điện), nhiều hãng xe ở Bắc Mỹ, Châu Á cũng đang nghiên cứu và phát triển dòng xe
tiện ích và nhỏ gọn. Những chiếc xe này có tên gọi là city car hay smart car.
Tại sao hiện nay nhiều nƣớc trên thế giới lại phải nghiên cứu và phát triển những
dòng xe nhỏ nhƣ vậy? Hệ thống phanh của dòng xe này có cấu tạo nhƣ thế nào, nguyên
lý hoạt động của chúng có khác gì so với hệ thống phanh của những dòng xe bình
thƣờng hay không? Liệu chúng ta có thể nghiên cứu, thiết kế tạo ra những sản phẩm
tƣơng tự có giá thành hạ, phù hợp với điều kiện giao thông ở Việt Nam đƣợc không?
Đây là một bài toán tƣơng đối khó đặt ra cho những kỹ sƣ thiết kế ô tô ở nƣớc ta hiện
nay.
Trong sự phát triển đó, việc hiểu rõ các vấn đề về hệ thống phanh của xe city car là
rất cần thiết nh m tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế, chế tạo, sử dụng, sửa chữa
bảo dƣỡng và cải tiến hệ thống phanh. Với mục đích đó, trong giới hạn thời gian, đề tài

11


này ch giới hạn trong việc “Nghiên cứu, tính toán thiết kế và kiểm nghiệm trên máy
tính hệ thống phanh xe city car” thông qua việc tìm hiểu, học hỏi về dòng xe mới và
vận dụng các kiến thức đã học. Việc kiểm nghiệm trên máy tính sẽ giúp cho việc thiết
kế hệ thống phanh trên ôtô trực quan, ít tốn chi phí, hiệu quả kinh tế cao hơn.
Những chiếc xe đầu tiên của dòng xe city car ra đời tại Nhật Bản dƣới bàn tay của
các kỹ sƣ và các nhà thiết kế ngƣời Nhật. Phần lớn các mẫu xe city car tại các quốc gia
Châu Á trong đó có Việt Nam đƣợc trang bị động cơ có dung tích xilanh từ 0.6 đến 1.5
lít.
Phiên bản đầu tiên của xe city car là dòng xe Vios đƣợc chế tạo dựa trên mẫu
Toyota Platz. Nhờ một số cải tiến về ngoại thất, những chiếc Vios mang một dáng vẻ
khác biệt, đặc biệt là với phiên bản 2006. Phiên bản này đƣợc ch nh sửa đáng kể với
lƣới tản nhiệt, đèn pha, đèn hậu đƣợc làm mới cùng vành đúc và nội thất mới. (dòng xe

này nhỏ nhƣng không hẳn là City car
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Từ những vấn đề đặt ra nhƣ trên mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế tính toán
và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống phanh trên xe city car. Từ đó đƣa ra phƣơng án
tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống phanh xe city car để mang lại
hiệu quả kinh tế cho việc sản xuất ôtô sau này, giảm đƣợc chi phí sản xuất, thời gian
thử nghiệm, giảm giá thành cho ngành chế tạo ôtô.
1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối với ôtô thì có rất nhiều chủng loại: ôtô con, ôtô tải, ôtô khách, ôtô buýt...
nhƣng ở đây chúng ta ch nghiên cứu hệ thống phanh cho mẫu xe city car bốn chỗ ngồi
có động cơ đặt sau, hộp số năm cấp và là hệ thống phanh dầu không ABS.
1.4. PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU
Với đối tƣợng nghiên cứu là hệ thống phanh dùng cho xe city car, tác giả lựa chọn
phƣơng pháp nghiên cứu là tiếp cận các mẫu xe city car của các nƣớc trên thế giới nhƣ
Ấn Độ, Hàn Quốc, Mỹ, Đức, Nhật Bản, Malaysia…tìm hiểu, phân tích các ƣu nhƣợc

12


điểm để lựa chọn cho mình phƣơng án thiết kế. Áp dụng các công cụ tính toán mô
phỏng hiện đại trong 3D để kiểm nghiệm.
1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu một số mẫu xe city car điển hình của các nƣớc trên thế giới;
- Phân tích, lựa chọn phƣơng án thiết kế hệ thống phanh;
- Tính toán, thiết kế 3D và kiểm nghiệm hệ thống phanh;
- Đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao tính dễ chế tạo, hạ giá thành sản xuất.

13

Chƣơng 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

2.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH E CIT CAR
2.1.1. Kia rio
Với thiết kế đƣợc thay đổi hoàn toàn kể từ thế hệ đầu tiên ra mắt năm 2006, Kia
Rio bản 5 cửa tiếp tục là một cái tên đƣợc ƣa chuộng của thƣơng hiệu xe Hàn Quốc
trong phân khúc city car. Có bộ khung gầm chia sẻ từ ngƣời anh em Hyundai Accent,
chiếc xe với 2 phiên bản hatchback và sedan nhỏ gọn này có phong cách sành điệu và
hiện đại rất thích hợp với giới trẻ, vốn không gì ngạc nhiên khi giám đốc thiết kế hiện
tại của Kia từng làm việc cho Audi và cũng từng là ngƣời chịu trách nhiệm thiết kế
chiếc coupe Audi TT. Đƣờng nét từ mũi đến thân xe và đuôi liền lạc từ trƣớc ra sau,
cùng với khung cửa sổ vuốt thấp dần về phía sau, đƣờng gân đơn giản, chắc khỏe trên
dài suốt thân xe mang đến vẻ trẻ trung và hiện đại của thành thị.

Hình 2-1. Hình dáng bên ngoài của KIA RIO
14


Cũng nhƣ các mẫu thông dụng trong phân khúc xe nhỏ, hệ thống an toàn vẫn
chƣa đƣợc chú trọng. Và trên mẫu Rio 5 cửa này, Kia cũng ch trang bị an toàn cơ bản
nhƣ hệ thống chống bó cứng phanh ABS, hai túi khí ở hàng ghế trƣớc cùng cảm biến
lùi. Tƣơng tự nhƣ những mẫu xe đƣợc xếp là đối thủ hiện có trên thị trƣờng Việt Nam,
Kia Rio 2012 sử dụng hệ thống phanh đĩa phía trƣớc và tang trống phía sau.
2.1.2. Ford
Mẫu xe tí hon của Ford đƣợc yêu thích bởi vẻ vui nhộn của cả ngoại thất và nội
thất, cùng cảm giác lái thú vị. Tuy nhiên thế hệ thứ hai, với ngoại hình có nhiều điểm
tƣơng đồng với ngƣời anh em Ford Fiesta lại có vẻ không duy trì đƣợc những đặc tính
này. Ka chia sẻ khá nhiều chi tiết động cơ với chiếc Fia 500.

Hình 2-2. Hình dáng bên ngoài của FORD KA

15


Trên thực tế, cả hai mẫu xe đƣợc lắp ráp ở cùng một nhà máy sản xuất, và cùng
chia sẻ bộ khung sƣờn. Tuy vậy, Ford nhấn mạnh r ng hệ thống treo và tay lái của Ka
hoàn toàn khác biệt với Fiat 500, và thực tế là cảm giác lái trên chiếc Ford tốt hơn
chiếc Fiat, Ka linh hoạt hơn ở các khúc cua với tay lái có phản ứng chính xác và ổn
định hơn trên đƣờng thẳng, tốt một cách đáng ngạc nhiên đối với một chiếc xe nhỏ nhƣ
vậy.
Vị trí lái cao của Ka khá tốt vì có tầm nhìn bao quát. Không gian bên trong khá
rộng rãi đối với một chiếc xe thành thị, đặc biệt là khoảng để chân, ngoại trừ chiều cao
bị giới hạn. Do đã chia sẻ khá nhiều chi tiết với 500, nên nội ngoại thất của Ka đƣợc
Ford hƣớng đi theo phong cách hiện đại hơn, đồng thời cũng không kém tiện dụng và
đẹp mắt.
Ford Everest trang bị hệ thống phanh ABS đảm bảo bánh xe không bị hãm cứng
khi phanh gấp hay phanh trên các bề mặt trơn trƣợt. Đây là một trong những tính năng
an toàn chủ động cho phép lái xe tránh tối đa các nguy hiểm trên đƣờng cũng nhƣ tăng
hiệu quả phanh trong mọi điều kiện. Everest trang bị tính năng EBD giúp tối ƣu hóa
việc phân phối lực phanh đến từng bánh xe nh m đạt hiệu quả phanh cao nhất.
Ford Fiesta 1.6L màu đỏ, cửa, dòng sedan, số tự động 6 cấp, Model 2012. Động
cơ Duratec DOHC 16 van. Túi khí cho ngƣời ngồi phí trƣớc. Bánh mâm 15 inch.
Phanh đĩa.
2.1.3. Alfa romeo mito
Thƣơng hiệu xe sang Alfa dƣờng nhƣ muốn tiếp cận thêm thị trƣờng ở phân khúc
thấp hơn khi cho sản xuất mẫu xe nhỏ thuộc nhóm city car nhƣ Mito. Mục tiêu của
Alfa là sản xuất một chiếc xe mini để cạnh tranh trực tiếp với đối thủ chính…Mini. Tên
gọi Mito là chữ ghép của Milan và Torino, hai thành phố nơi Mito đƣợc thiết kế và sản
xuất. Vẻ bề ngoài của Mito đƣợc lấy cảm hứng từ chiếc Fiat 8C, mang đến cho Mito có
mƣợt mà và khá sexy.

16


Hình 2-3. Hình dáng bên ngoài của ALFA ROMEO MITO
Tuy vậy, phong cách nội thất của Mito lại không có đƣợc sự hấp dẫn nhƣ vẻ
ngoài, và cũng không có đƣợc dấu ấn riêng nhƣ đối thủ Mini, với khu điều khiển trung
tâm đơn điệu và tẻ nhạt. Các ghế của Mito có thể điều ch nh dễ dàng, nhƣng ghế lái
vẫn khó có thể tìm đƣợc một vị trí tốt nhất vì thiếu đệm hỗ trợ vùng thắt lƣng. Hàng
ghế sau khá tù túng và tối tăm, vì mui xe có độ dốc về phía sau, khiến cửa sổ trở nên
khá nhỏ, gây cảm giác ngột ngạt. Bù lại, không gian cho hành lý của Mito có thể tích
khá lớn, lên đến 270 lít. Về khả năng vận hành, tay lái của Mito không có sự điềm tĩnh
đƣợc trông đợi ở một chiếc xe thuộc thƣơng hiệu hạng sang. Tay lái quá chặt, đi cùng
với thân xe lỏng lẻo, khiến ở tốc độ cao, Mito không có sự chắc chắn. Ở phiên bản
nâng cấp, khi hệ thống treo đƣợc trang bị tốt hơn thì cảm giác lái đƣợc cải thiện, nhƣng
vẫn không thể so sánh đƣợc với những đối thủ hạng sang khác nhƣ Audi A1 hay Mini.
Romeo Mito dùng hệ thống chống bó cứng phanh ABS, chống trƣợt và hệ thống
hỗ trợ phanh gấp (Brake Assistant), chức năng hỗ chỗ dừng và xuất phát ở trên dốc,
cùng một số tính năng an toàn khác.

17


2.2. CÔNG DỤNG, ÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG PHANH.
2.2.1. Công dụng.
Hệ thống phanh của ô tô dùng để giảm nhanh tốc độ của xe hoặc dừng xe khẩn cấp.
Hệ thống phanh còn giữ cho xe đỗ an toàn, không bị trôi trên đƣờng, cả kể trên dốc.
Nhƣ vậy, nhờ có hệ thống phanh mà ngƣời lái có thể chạy xe an toàn ở tốc độ cao, do
đó tăng năng suất vận chuyển và hiệu quả xe.
Trên xe thƣờng bố trí hai hệ thống phanh hoạt động độc lập là phanh chân (điều

khiển bàn đạp phanh b ng chân và phanh tay (điều khiển cần kéo phanh b ng tay .
Phanh tay thƣờng có cơ cấu hãm cần kéo phanh cho phép duy trì sự hãm xe mà không
cần phải giữ cần phanh khi kéo, phanh chân ch hoạt động khi đạp chân lên bàn đạp
phanh, nhả chân khỏi bàn đạp là nhả phanh. Phanh chân thƣờng dùng cơ cấu hãm bánh
xe, phanh tay thƣờng dùng cơ cấu hãm trục truyền động.
2.2.2. êu cầu.
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng đƣờng
khi phanh đột ngột trong trƣờng hợp gặp nguy hiểm là ngắn nhất.
- Phanh êm dịu trong bất kì trƣờng hợp nào để đảm bảo sự ổn định của ô tô 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 lớn.
- Đảm bảo việc phân bố mô men phanh trên các bánh xe sao cho có thể sử dụng
hoàn toàn trọng lƣợng bám khi phanh với bất kì cƣờng độ nào.
- Không có hiện tƣợng tự siết phanh.
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.
- Có hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong điều kiện sử
dụng.

18


- Giữ t lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh trên bánh
xe.
- Có khả năng phanh ô tô khi sử dụng trong thời gian dài.
- Phải đảm bảo phanh chóng dừng xe trong bất kì tình huống nào. Khi phanh đột
ngột xe phải dừng sau quãng đƣờng ngắn nhất, tức có gia tốc cực đại. Theo tiêu chuẩn
châu Âu xe con phải đạt hiệu quả cao nhất trong tất cả các trƣờng hợp thử xe.

- Đối với phanh chân, tốc độ khi bắt đầu phanh là 80 km/h quãng đƣờng phanh phải
nhỏ hơn 50,7 m, gia tốc phanh phải lớn hơn 5,8 m/s, lực phanh chân lớn nhất đạt lên
bàn đạp là 50kg.
- Hệ thống phanh cần có độ nhạy cảm cao hiệu quả phanh không thay đổi nhiều lần
giữa các lần phanh.
- Đảm bảo tránh hiện tƣợng trƣợt lết trên đƣờng.
- Phanh chân và phanh tay làm việc độc lập không ảnh hƣởng đến nhau. Phanh tay
có thể thay thế phanh chân khi phanh chân gặp sự cố, đảm bảo chức năng dự phòng.
- Phanh tay dùng để giữ nguyên vị trí xe, phải giữ nguyên trên dốc tối thiểu là 18%
(tức là 16-20 độ .
- Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh
hƣởng tới cơ cấu làm việc của các cơ cấu xung quanh (lốp xe, moay ơ … phải dễ dàng
điều ch nh thay thế các chi tiết hƣ hỏng.
Ngoài ra còn phải đảm bảo các yêu cầu nhƣ chiếm ít không gian, trọng lƣợng nhỏ,
độ bền cao, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí.
2.2.3. Phân loại.
2.2.3.1. Phân loại theo công dụng
- Hệ thống phanh chính.
- Hệ thống phanh dừng.
- Hệ thống phanh dự phòng.
- Hệ thống phanh chậm dần (phanh b ng động cơ, thủy lực hoặc điện tử .

19


2.2.3.2. Theo cơ cấu của phanh.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
2.2.3.3. Theo dẫn động phanh.
- Hệ thống phanh dẫn động b ng cơ khí.

- Hệ thống phanh dầu.
- Hệ thống phanh hơi.
- Hệ thống phanh dầu trợ lực hơi hoặc chân không.
- Hệ thống phanh dẫn động có cƣờng hóa.
- Hệ thống phanh dẫn động b ng điện.
2.2.3.4. Theo khả năng điều ch nh momen phanh ở cơ cấu phanh
Theo khả năng điều ch nh mô men phanh ở cơ cấu phanh với bộ điều hòa lực
phanh.
2.2.3.5- Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh
Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh: có hệ thống phanh với bộ
chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS .
2.3. CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG PHANH:
Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ô tô đƣợc mô tả trên hình 2.4:
Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, có thể thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần chính:
- Cơ cấu phanh:
Cơ cấu phanh đƣợc bố trí ở các bánh xe nh m tạo ra mô men hãm trên bánh xe
khi phanh ô tô.
- Dẫn động phanh:
Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch 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 mà
trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau. Ví dụ: nếu đẫn động cơ
khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh đòn cơ khí. Nếu là dẫn động

20


thủy lực thì dẫn động phan bao gồm: bàn đạp, xi lanh chính (tổng phanh), xi lanh công
tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn.

Hình 2-4. Hệ thống phanh trên ô tô

2.3.1. Cơ cấu phanh:
Cơ cấu phanh là bộ phận sinh ra mô men phanh và chuyển động năng của ô tô
thành dạng năng lƣợng khác (thƣờng chuyển thành nhiệt năng .
Trên ô tô chủ yếu sử dụng ma sát để tạo cơ cấu phanh và các loại cơ cấu phanh
thƣờng dùng trên ô tô là cơ cấu phanh tang trống, cơ cấu phanh đĩa và cơ cấu phanh
dải.
2.3.1.1. Cơ cấu phanh tang trống:
Trong cơ cấu phanh tang trống cũng có nhiều loại khác nhau:
a. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục
Cơ cấu phanh đối xứng qua trục (có nghĩa gồm hai guốc phanh bố trí đối xứng qua
đƣờng trục thẳng đứng đƣợc thể hiện trên hình 2.5.
Trong đó sơ đồ hình 2.5.a là loại sử dụng cam ép để ép guốc phanh vào trống
phanh, loại này hay sử dụng trên ôtô tải lớn

21


Hình 2-5. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục
Sơ đồ hình 2.5.b là loại sử dụng xi lanh thủy lực để ép guốc phanh vào trống
phanh, loại này thƣờng sử dụng trên ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ.
Cấu tạo chung của cơ cấu phanh loại này là hai chốt cố định có bố trí bạc lệch tâm
để điều ch nh khe hở giữa má phanh và trống phanh ở phía dƣới, khe hở phía trên đƣợc
điều ch nh b ng trục cam ép (hình 2.5.a) hoặc b ng cam lệch tâm (hình 2.5.b).
Trên hai guốc phanh có tán (hoặc dán) các tấm ma sát. Các tấm này có thể dài liên
tục (hình 2.5.b) hoặc phân chia thành một số đoạn (hình 2.5.a).
Ở hình 2.5.b trống phanh quay ngƣợc chiều kim đồng hồ và guốc phanh bên trái
là guốc xiết, guốc bên phải là guốc nhả. Vì vậy, má phanh bên guốc xiết dài hơn bên
guốc nhả với mục đích để hai má phanh có sự hao mòn nhƣ nhau trong quá trình sử
dụng do má xiết chịu áp suất lớn hơn.
Còn đối với cơ cấu phanh đƣợc mở b ng cam ép (hình 2.5.a) áp suất tác dụng lên

hai má phanh là nhƣ nhau nên độ dài của chúng b ng nhau.
b. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm
Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm đƣợc thể hiện trên hình 2.3. Sự đối xứng
qua tâm ở đây đƣợc thể hiện trên mâm phanh cùng bố trí hai chốt guốc phanh, hai xi
lanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng với nhau qua
tâm.

22


Hình 2-6. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm
1. Ống nối; 2. Ống xả khí; 3. Xy lanh bánh xe; 4. Má phanh; 5. Phớt làm kín; 6.
Pittông; 7. Lò xo guốc phanh; 8. Tấm chận; 9. Chốt guốc phanh; 10. Mâm phanh.
Mỗi guốc phanh đƣợc lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh và cũng có bạc
lệch tâm để điều ch nh khe hở phía dƣới của má phanh với trống phanh. Một phía của
pittông luôn tì vào xi lanh bánh xe nhờ lò xo guốc phanh. Khe hở phía trên giữa má
phanh và trống phanh đƣợc điều ch nh b ng cơ cấu tự động điều ch nh khe hở lắp trong
pittông của xi lanh bánh xe. Cơ cấu phanh loại đối xứng qua tâm thƣờng có dẫn động
b ng thủy lực và đƣợc bố trí ở cầu trƣớc của ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ.
c. Cơ cấu phanh guốc loại bơi
Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm đƣợc thể hiện trên hình 2.7. Sự đối xứng
qua tâm ở đây đƣợc thể hiện trên mâm phanh cùng bố trí hai chốt guốc phanh, hai xi
lanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng với nhau qua
tâm.
Cơ cấu phanh guốc loại bơi có nghĩa là guốc phanh không tựa trên một chốt quay
cố định mà cả hai đều tựa trên mặt tựa di trƣợt (hình 2.7.b).
Có hai kiểu cơ cấu phanh loại bơi: loại hai mặt tựa tác dụng đơn (hình 2.7.a); loại
hai mặt tựa tác dụng kép (hình 2-7.b).

23

Hình 2-7. Cơ cấu phanh guốc loại bơi
- Loại hai mặt tựa tác dụng đơn:
Ở loại này một đầu của guốc phanh đƣợc tựa trên mặt tựa di trƣợt trên phần vỏ xi
lanh, đầu còn lại tựa vào mặt tựa di trƣợt của pít tông. Cơ cấu phanh loại này thƣờng
đƣợc bố trí ở các bánh xe trƣớc của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ.
- Loại hai mặt tựa tác dụng kép:
Ở loại này trong mỗi xi lanh bánh xe có hai pittông và cả hai đầu của mỗi guốc
đều tựa trên hai mặt tựa di trƣợt của hai pittông. Cơ cấu phanh loại này đƣợc sử dụng ở
các bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ.
d. Cơ cấu phanh guốc loại tự cƣờng hóa:
Cơ cấu phanh guốc tự cƣờng hóa có nghĩa là khi phanh bánh xe thì guốc phanh thứ
nhất sẽ tăng cƣờng lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai.
Có hai loại cơ cấu phanh tự cƣờng hóa: cơ cấu phanh tự cƣờng hóa tác dụng đơn
(hình 2.8.a ; cơ cấu phanh tự cƣờng hóa tác dụng kép (hình 2.8.b)
- Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn:
Cơ cấu phanh tự cƣờng hóa tác dụng đơn có hai đầu của hai guốc phanh đƣợc liên
kết với nhau qua hai mặt tựa di trƣợt của một cơ cấu điều ch nh di động. Hai đầu còn
24


lại của hai guốc phanh thì một đƣợc tựa vào mặt tựa di trƣợt trên vỏ xi lanh bánh xe
còn một thì tựa vào mặt tựa di trƣợt của pittông xi lanh bánh xe. Cơ cấu điều ch nh
dùng để điều ch nh khe hở giữa má phanh và trống phanh của cả hai guốc phanh. Cơ
cấu phanh loại này thƣờng đƣợc bố trí ở các bánh xe trƣớc của ôtô du lịch và ôtô tải
nhỏ đến trung bình.

Hình 2-8. Cơ cấu phanh guốc loại tự cuờng hoá
- Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép:

Cơ cấu phanh tự cƣờng hóa tác dụng kép có hai đầu của hai guốc phanh đƣợc tựa
trên hai mặt tựa di trƣợt của hai pittông trong một xi lanh bánh xe. Cơ cấu phanh loại
này đƣợc sử dụng ở các bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình.
2.3.1.2. Cơ cấu phanh dạng đĩa
Cơ cấu phanh dạng đĩa có các dạng chính và kết cấu nhƣ trên hình 2.10.
Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa bao gồm:
- Một đĩa phanh đƣợc lắp với moayơ của bánh xe và quay cùng bánh xe;
- Một giá đỡ cố định trên dầm cầu trong đó có đặt các xi lanh bánh xe;
- Hai má phanh dạng phẳng đƣợc đặt ở hai bên của đĩa phanh và đƣợc dẫn động bởi
các pittông của các xi lanh bánh xe

25