Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe toyata camry 3 5q bằng phần mềm catia v5r21

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
PHANH XE TOYATA CAMRY 3.5Q BẰNG
PHẦN MỀM CATIA V5R21

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. NGUYỄN VIỆT HẢI
LÊ TẤN QUỐC

Đà Nẵng, 2020


TĨM TẮT

Tên đề tài: “Thiết kế và mơ phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q
bằng phần mềm CATIA V5R21”.
Sinh viên thực hiện: Lê Tấn Quốc
Số thẻ SV: 103150068

Lớp: 15C4A

Nội dung thuyết minh và tính tốn:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh.
Chương 2: Tính tốn thiết kế hệ thống phanh.
Chương 3: Đặc điểm kết cấu của các chi tiết và bộ phận chính.
Chương 4: Mơ phỏng động học bằng phần mềm Catia.
Chương 5: Bảo dưỡng sữa chữa hệ thống phanh chính xe Toyota Camry.
Kết luận.
Các bản vẽ và đồ thị:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Bản vẽ tổng thể xe Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ sơ đồ hệ thống phanh Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ sơ đồ mạch thủy lực hệ thống phanh xe Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ cơ cấu các loại phanh đĩa trên ô tô (01A3).
Bản vẽ cơ cấu phanh trước xe Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ cơ cấu phanh sau xe Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ xylanh chính (01A3).
Bản vẽ bầu trợ lực chân khơng (01A3).
Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh (04A3).

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Tấn Quốc

Số thẻ sinh viên: 103150068

Lớp: 15C4A

Ngánh: Kỹ thuật Cơ khí

1.

Khoa: Cơ khí Giao thông

Tên đề tài đồ án:
Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần
mềm CATIA V5R21.

2.

Đề tài thuộc diện:  Có ký cam kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả

thực hiện.

3.

Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Tham khảo xe TOYOTA CAMRY và các tài liệu liên quan.

4.

Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh.
Chương 2: Tính tốn thiết kế hệ thống phanh.
Chương 3: Đặc điểm kết cấu của các chi tiết và bộ phận chính.
Chương 4: Mơ phỏng ngun lý làm việc bằng phần mềm Catia.
Chương 5: Bảo dưỡng sữa chữa hệ thống phanh chính xe Toyota Camry.

5.

Kết luận.
Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
Bản vẽ tổng thể xe Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ sơ đồ hệ thống phanh Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ sơ đồ mạch thủy lực hệ thống phanh xe Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ cơ cấu các loại phanh đĩa trên ô tô (01A3).
Bản vẽ cơ cấu phanh trước xe Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ cơ cấu phanh sau xe Toyota Camry (01A3).
Bản vẽ xylanh chính (01A3).
Bản vẽ bầu trợ lực chân khơng (01A3).
Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh (04A3).

6.

Họ và tên người hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Hải

7.

Ngày giao nhiện vụ đồ án:10/ 02/ 2020

8.

Ngày hoàn thành đồ án:31/ 05/ 2020
Đà nẵng, ngày

tháng

Trưởng Bộ môn:

Người hướng dẫn:

PGS. TS. Dương Việt Dũng

TS. Nguyễn VIệt Hải

năm 2020


LỜI NĨI ĐẦU
Giao thơng vận tải chiếm một ví trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt
là đối với các nước có nền kinh tế phát triển. Có thể nói rằng mạng lưới giao thơng vận tải

là mạch máu của một quốc gia, một quốc gia muốn phát triển nhất thiết phải phát triển
mạng lưới giao thông vận tải.
Trong hệ thống giao thông vận tải của chúng ta ngành giao thơng đường bộ đóng
vai trị chủ đạo với phần lớn lượng hàng hóa và người được vận chuyển trong nội địa
bằng ô tô.
Cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật, ngành ô tô ngày càng phát triển hơn.
Khởi đầu từ những chiếc ô tô thô sơ, hiện nay ngành ơ tơ đã có sự phát triển vượt bậc
nhằm đáp ứng những yêu cầu của con người. Những chiếc ô tô ngày càng trở nên đẹp
hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơn,… để theo kịp với xu thế của thế giới hiện đại.
Song song với việc phát triển ngành ơ tơ thì vấn đề đảm bảo an toàn cho người
ngồi trong xe càng trở nên cần thiết. Do đó trên ơ tơ hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu,
hệ thống được cải tiến để đảm bảo an toàn như: Cơ cấu phanh, dây đai an tồn, túi khí,…
trong đó cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất. Cho nên khi thiết kế hệ thống phanh
phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, an toàn ở mọi tốc độ, nhất là ở tốc độ cao. Nâng cao
được năng suất vận chuyển hàng hóa.
Đề tài “Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng
phần mền CATIA V5R21”. Sau 15 tuần nghiên cứu thiết kế dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo
nhiệt tình của thầy Nguyễn Việt Hải và tồn thể các thầy cơ trong bộ mơn ơ tơ đã giúp em
hồn thành được đồ án của mình. Em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Việt Hải cùng
toàn thể quý thầy cơ trong bộ mơn đã giúp đỡ em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp của
mình.

i


CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trong tập đồ án tốt nghiệp này là do chính tơi
thực hiện và được sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Việt Hải. Các nội dung, kết quả để tài
này là trung thực và chưa cơng bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây.
Những số liệu có trong nội dung được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ

trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội
dung đồ án của mình.

Sinh viên thực hiện
(Chữ ký, họ và tên sinh viên)

Lê Tấn Quốc

ii


MỤC LỤC

TÓM TẮT ..........................................................................................................................
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................i
CAM ĐOAN ................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................ vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................................. ix
Trang
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH. ................................................... 1
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống phanh trên ô tô. ............................................................ 1
1.1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại. ............................................................................... 1
1.1.2. Kết cấu của hệ thống phanh trên ô tô. ...................................................................... 3
1.1.3. Dẫn động phanh. ..................................................................................................... 7
1.2. Giới thiệu các hệ thống trên xe TOYOTA CAMRY. ................................................ 10
1.2.1. Sơ đồ tổng thể của xe TOYOTA CAMRY. ........................................................... 10
1.2.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản................................................................................. 10

1.2.3. Giới thiệu chung về động cơ lắp trên xe. ............................................................... 11
1.2.4. Giới thiệu chung về hệ thống phanh. ..................................................................... 13
1.2.5. Giới thiệu chung về hệ thống treo.......................................................................... 14
1.2.6. Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực. ............................................................... 15
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KÊ HỆ THỐNG PHANH ....................................... 17
2.1. Tính tốn cơ cấu phanh. ........................................................................................... 17
2.1.1. Mơ men yêu cầu ở cơ cấu phanh. .......................................................................... 17
2.1.2. Hệ số phân bố lực phanh trên các trục bánh xe. ..................................................... 19
2.2. Mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép u cầu. ...................................... 20
2.3. Tính tốn xác định bề mặt ma sát. ............................................................................ 21
2.4. Tính tốn kiểm tra thông số liên quan khác đến cơ cấu phanh. ................................. 23
iii


2.4.1. Tính tốn kiểm tra cơng trượt riêng. ...................................................................... 23
2.4.2. Tính tốn kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh.......................................... 24
2.5. Hành trính dịch đầu piston xylanh cơng tác của cơ cấu ép. ....................................... 25
2.6. Đường kính xylanh chính và xylanh cơng tác. .......................................................... 25
2.6.1. Đường kính xylanh cơng tác.................................................................................. 25
2.6.2. Đường kính xylanh chính. ..................................................................................... 26
2.7. Hành trình dịch chuyển của piston xyalnh chính. ..................................................... 26
2.8. Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh. ............................................................... 27
2.9. Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp khi chưa tính trợ lực........................................... 28
2.9.1. Lực trợ lực cần thiết của bộ trợ lực........................................................................ 28
2.9.2. Đường kính xylanh của bầu trợ lực. ...................................................................... 29
CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA CÁC CHI TIẾT VÀ BỘ PHẬN CHÍNH. ... 30
3.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh. ....................................................................... 30
3.1.1. Sơ đồ..................................................................................................................... 30
3.1.2. Nguyên lý làm việc. .............................................................................................. 30
3.2. Kết cấu các bộ phận chính trọng hệ thống phanh...................................................... 32

3.2.1. Cơ cấu phanh. ....................................................................................................... 32
3.2.2. Dẫn động phanh.. .................................................................................................. 35
3.3. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống ABS. ...................................................... 37
3.3.1. Sơ lược về ABS. ................................................................................................... 37
3.3.2. Sơ đồ của hệ thống ABS trên xe Toyota Camry. ................................................... 44
3.3.3. Nguyên lý làm việc. .............................................................................................. 44
3.4. Bộ phận phân phối lực phanh điện tử EBD. ............................................................. 47
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC BẰNG PHẦN MỀM CATIA. ........................ 49
4.1. Giới thiệu phần mềm Catia....................................................................................... 49
4.1.1. Lịch sử ra đời và các tính năng của phần mềm Catia. ............................................ 49
4.1.2. Thiết kế chi tiết 3D trong modul part design. ........................................................ 51
4.1.3. Trình ứng dụng lắp ghép assembly design. ............................................................ 52
4.2. Vẽ các chi tiết. ......................................................................................................... 55
4.2.1. Vẽ đĩa phanh. ........................................................................................................ 55
iv


4.2.2. Vẽ má kẹp tùy động. ............................................................................................. 56
4.2.3. Vẽ giá cố định phanh............................................................................................. 58
4.2.4. Vẽ piston công tác. ................................................................................................ 60
4.2.5. Vẽ má phanh. ........................................................................................................ 61
4.3. Mô phỏng lắp ghép. ................................................................................................. 63
4.4. Mô phỏng động học. ................................................................................................ 64
CHƯƠNG 5: BẢO DƯỠNG SỮA CHỮA HỆ THỐNG PHANH CHÍNH XE TOYOTA
CAMRY. ........................................................................................................................ 66
5.1. Những hư hỏng và biện pháp khắc phục................................................................... 66
5.2. Những công việc bảo dưỡng cần thiết. ..................................................................... 67
5.3. Sữa chữa hư hỏng một số chi tiết, bộ phận chính...................................................... 67
5.4. Kiểm tra tổng hợp hệ thống phanh xe Toyota Camry. .............................................. 68
5.4.1. Kiểm tra tổng hợp khi xe đứng yên. ...................................................................... 68

5.4.2. Kiểm tra tổng hợp cho xe chạy. ............................................................................. 68
5.5. Kiểm tra hệ thống ABS xe Tyota Camry. ................................................................. 69
5.5.1. Kiểm tra hệ thống chẩn đoán. ................................................................................ 69
5.5.2. Kiểm tra bộ phận chấp hành. ................................................................................. 75
5.5.3. Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe. ........................................................................ 76
KẾT LUẬN. ................................................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 78

v


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.2: Sơ đồ ngun lý các loại phanh chính. .............................................................. 2
Hình 1.3: Các cơ cấu phanh thông dụng và sơ đồ lực tác dụng. ......................................... 3
Hình 1.4: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định. .................................................... 5
Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động. .................................................. 6
Hình 1.6: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động – ................................................ 6
Hình 1.7: Các sơ đồ phân dịng. ........................................................................................ 7
Hình 1.8: Sơ đồ thổng thể xe CAMRY. .......................................................................... 10
Hình 1.9: Động cơ lắp trên xe 2GR-FE. .......................................................................... 11
Hình 1.10: Vịi phun bơi trơn piston................................................................................ 12
Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống làm mát. ................................................................................ 12
Hình 1.12: Cơ cấu phanh trước. ...................................................................................... 13
Hình 1.13: Cơ cấu phanh sau. ......................................................................................... 14
Hình 1.14: Hệ thống treo trước. ...................................................................................... 14
Hình 1.15: Hệ thống treo sau. ......................................................................................... 15
Hình 1.16: Hộp số tự động trên xe Camry. ...................................................................... 16
Hình 2.1: Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh. .............................................. 18
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống phanh xe Toyota Camry. ......................................................... 30

Hình 3.2: Cơ cấu phanh trước. ........................................................................................ 33
Hình 3.3: Kết cấu đĩa phanh có xẻ rảnh thơng gió. .......................................................... 34
Hình 3.4: Xylanh chính. .................................................................................................. 35
Hình 3.5: Bầu trợ lực chân khơng. .................................................................................. 36
Hình 3.6: Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ
của bánh xe. .................................................................................................................... 38
Hình 3.7: Quá trình phanh có và khơng có ABS trên đoạn đường cong. .......................... 39
Hình 3.8: Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe. .................................. 39
Hình 3.9: Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh. ....................................... 40
Hình 3.10: Sự thay đổi các thơng số khi phanh có ABS. ................................................. 41

vi


Hình 3.11: Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần của bánh xe (b) khi
phanh có ABS. ................................................................................................................ 42
Hình 3.12: Q trình phanh điển hình trên mặt đường trơn khơng có ABS. .................... 43
Hình 3.13: Q trình phanh điển hình của ơ tơ có trang bị ABS. ..................................... 43
Hình 3.14: Sơ đồ hệ thống ABS trêm xe Toyota Camry. ................................................. 44
Hình 3.15: Khi phanh bình thường. ................................................................................. 45
Hình 3.16: Giai đoạn duy trì áp suất................................................................................ 46
Hình 3.17: Giai đoạn giảm áp suất. ................................................................................. 46
Hình 3.18: Giai đoạn tăng áp suất. .................................................................................. 47
Hình 4.1: Mơ hình tạo bằng Mechanical Design ............................................................. 49
Hình 4.2: Mơ hình tạo bằng Shape Design and Styling. .................................................. 50
Hình 4.3: Mơ phỏng hoạt động trong Catia. .................................................................... 50
Hình 4.4: Màn hình giao diện sketch. .............................................................................. 51
Hình 4.5: Mơi trường làm việc Part Design..................................................................... 52
Hình 4.6: Mơi trường làm việc Assembly Design. .......................................................... 53
Hình 4.7: Ràng buộc đối tượng đồng trục. ...................................................................... 53

Hình 4.8: Ràng buộc đối tượng tiếp xúc. ......................................................................... 54
Hình 4.9: Ràng buộc khoảng cách................................................................................... 54
Hình 4.10: Trạng thái hình ảnh bản vẽ lắp dạng rời. ....................................................... 55
Hình 4.11: Tạo biên dạng 2D cho đĩa phanh. .................................................................. 55
Hình 4.12: Hình ảnh 3D của đĩa phanh sau khi đã tạo xong. ........................................... 56
Hình 4.13: Biên dạng mặt sau má kẹp. ............................................................................ 56
Hình 4.14: Tạo khối cho mặt sau má kẹp. ....................................................................... 57
Hình 4.15: Tạo phần trên của má kẹp. ............................................................................. 57
Hình 4.16: Tạo phần trước của má kẹp và xylanh công tác. ............................................ 58
Hình 4.17: Má kẹp sau khi đã thiết kế hồn thiện. ........................................................... 58
Hình 4.18: Biên dạng mặt sau của giá đỡ. ....................................................................... 59
Hình 4.19: Tạo khối mặt sau và phần liên kết phía trước của giá đỡ. ............................... 59
Hình 4.20: Giá đỡ sau khi đã hồn thiện. ........................................................................ 60
Hình 4.21: Biên dạng của pisotn. .................................................................................... 60
vii


Hình 4.22: Piston sau khi thiết kế.................................................................................... 61
Hình 4.23: Biên dạng mặt lưng má phanh. ...................................................................... 61
Hình 4.24: Tạo khối cho mặt lưng má phanh. ................................................................. 62
Hình 4.25: Tạo biên dạng bề mặt ma sát. ........................................................................ 62
Hình 4.26: Má phanh sau khi hồn thành. ....................................................................... 63
Hình 4.27: Các chi tiết chuẩn bị lắp ghép. ....................................................................... 63
Hình 4.28: Quá trình lắp ghép các bộ phận của cơ cấu phanh. ......................................... 64
Hình 4.29: Lắp ghép hồn chỉnh. .................................................................................... 64
Hình 4.30: Mơ phỏng chuyển động. ................................................................................ 64

viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật của xe Toyota Camry. ................................................ 10
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của xe thiết kế. ................................................................... 17
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm khi phanh ơtơ du lịch có trang bị ABS. ............................. 42
Bảng 5.1: Mã chẩn đoán. ................................................................................................ 70
Bảng 5.2: Mã chẩn đoán ................................................................................................. 73

ix


MỞ ĐẦU

Hiện nay ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng trong việc vận chuyển
hành khách và hàng hóa trong ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện
gia thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển. Ở nước ta, số ngưởi sử dụng ô tô
ngày càng nhiều cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ lưu thông ơ tơ ngày
càng nhiều. Do đó để đảm bảo tính an tồn về vấn đề lưu thơng là một trong những thứ
cần thiết nhất và luôn được sự quan tâm của các nhà thiết kế và chế tạo ô tô mà trong đó
hệ thống phanh đóng vai trị rất quan trọng.
Phanh sử dụng ABS là một trong hai công nghệ bổ sung cho hệ thống phanh hữu
dụng nhất của ngành cơng nghiệp ơ tơ thời gian gần đây. Vai trị chủ yếu của ABS là giúp
người lái duy trì được khả năng kiểm sốt xe trong những tính huống phanh gấp.
Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng đượcc cải tiến, tiêu chuẩn về
thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống ngày càng nghiêm ngặt và chặc chẽ.
Đối với sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí việc nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng về
hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Để giải quyết vấn đề này thì trước hết ta
cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu của các chi tiết, bộ phận trong hệ thống
phanh. Từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả
phanh, tăng tính ổn định và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục
đích đảm bảo an tồn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ơ tơ. Đó là lý do em

chọn đề tài “Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng
phần mềm CATIA V5R21”.
Hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY là hệ thống phanh dẫn động thủy lực có sử
dụng ABS. Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề thiết kế các chi tiết cơ bản của hệ
thống phanh, tìm hiểu nguyên lý hoạt động và mô phỏng chuyển động của chúng
Em hy vọng qua đề tài này em có thể học thêm được một phần mềm mới, cung cấp
những kiếm thức, kỹ năng trong cơng việc sau này. Và nó cũng xem như một tài liệu để
các bạn sinh viên có thể đọc, tìm hiểu và nghiên cứu phục vụ cho công việc học tập của
các bạn.

x


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH.

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống phanh trên ô tô.
1.1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại.
1.1.1.1. Công dụng:
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo đến khi dừng hẳn hoặc đến
một tốc độ cần thiết nào đấy, ngoài ra hệ thống phanh cịn dùng để giữ cho ơ tơ máy kéo
đứng yên trên các dốc nghiêng.
Đối với ô tô hệ thống phanh là một trong những hệ thống an toàn quan trọng, bởi
vì nó đảm bảo cho ơ tơ chạy an tồn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được tốc độ và
năng suất vận chuyển.
1.1.1.2. Yêu cầu:
Quảng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột với cường độ cao trong trường
hợp nguy hiểm.
Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô máy kéo.

Phanh êm dịu trong bất kỳ mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ô tô máy
kéo khi phanh.
Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ.
Thời gian nhạy cảm bé, nghĩa là truyền động phanh có độ nhạy cảm lớn.
Phân bố mơ men phanh trên các banh xe phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn
trọng lượng bám khi phanh với bất kỳ điều kiện bám nào.
Khơng có hiện tượng tự siết phanh khi ô tô máy kéo chuyển động tịnh tiến hoặc
khi quay vịng.
Cơ cấu phanh thốt nhiệt tốt.
Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế.
1.1.1.3. Phân loại:
Hệ thống phanh gồm có cơ cấu phanh để hãm trực tiếp tốc độ góc của các bánh xe
hoặc một trục nào đấy của hệ thống truyền lực và truyền động phanh để dẫn động các cơ
cấu phanh.
Tùy theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thống truyền lực
mà chia ra phanh bánh xe và phanh truyền lực.
1.1.1.3.1. Theo công dụng.
Theo chức năng hệ thống phanh được chia ra các loại sau:
SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 1


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

-

Hệ thống phanh chính (phanh chân).

Hệ thống phanh phụ.
Hệ thống phanh dừng (phanh tay).
Hệ thống phanh chậm dẫn (phanh bằng động cơ, thủy lực hay điện tử).

1.1.1.3.2. Theo cơ cấu phanh.
Theo kết cấu của cơ cấu hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dãi.

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính.
a) Phanh trống – guốc; b) Phanh đĩa; c) Phanh dãi.
1.1.1.3.3. Theo dẫn động phanh.
Theo dẫn động phanh thì hệ thống phanh được chia thành:
-

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.
Hệ thống phanh dẫn động cường hóa.

1.1.1.3.4. Theo khả năng điều chỉnh mơ men ở cơ cấu phanh.
Theo khả năng điều chỉnh mô men phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ thống
phanh với bộ điều hòa lực phanh.
1.1.1.3.5. Theo khả năng chống bó cứng phánh xe khi phanh.
Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với
bộ chống bó cứng bánh xe khi phanh (hệ thống phanh ABS).

SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 2


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

1.1.2. Kết cấu của hệ thống phanh trên ô tô.
1.1.2.1. Cơ cấu phanh.
Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản. Trong quá trình phanh động năng của ô tô máy
kéo được biến thành nhiệt năng ở các cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra mơi trường.
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mô men hãm trên bánh xe khi
phanh trên ơ tơ.
Trên ơ tơ thường có 2 loại: cơ cấu phanh guốc và cơ cấu phanh đĩa.
a. Cơ cấu phanh guốc.

Hình 1.2: Các cơ cấu phanh thơng dụng và sơ đồ lực tác dụng.
a- Ép bằng cam ép; b- Ép bằng xylanh thủy lực; c- Hai xylanh ép, guốc phanh một bậc tự
do; d- Hai xyalnh ép, guốc phanh hai bậc tự do; e- Cơ cấu phanh guốc cường hóa.
Ðây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất. Cấu tạo gồm:
* Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moay ơ bánh xe.
* Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh)
* Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặc với dầm cầu. Là nơi lắp đặt và định vị
hầu hết các bộ phận khác ở cơ cấu phanh.
* Cơ cấu ép: Khi phanh, cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động, sẽ ép
các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ra lực
ma sát phanh bánh xe lại.
Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh. Các sơ đồ này khác
nhau ở chỗ:

- Dạng và số lượng cơ cấu ép.
SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 3


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

- Số bậc tự do của các guốc phanh
- Ðặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép
Và do vậy khác nhau ở:
-

Hiệu quả làm việc.
Ðặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc.
Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe.
Mức độ phức tạp của kết cấu.
Hiện nay, đối với hệ thống phanh làm việc, được sử dụng thông dụng nhất là các

sơ đồ trên hình 1-2a và hình 1-2b. Tức là sơ đồ với loại guốc phanh một bậc tự do, quay
quanh hai điểm cố định đặt cùng phía và một cơ cấu ép. Sau đó đến các sơ đồ trên hình 12c và 1-2d.
Ðể đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta sử
dụng ba chỉ tiêu riêng đặc trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là: Tính thuận nghịch
(đảo chiều), tính cân bằng và hệ số hiệu quả.
- Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh mà giá trị mơ men phanh do nó
tạo ra khơng phụ thuộc vào chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động của ơtơ
máy kéo.
- Cơ cấu phanh có tính cân bằng tốt là cơ cấu phanh khi làm việc, các lực từ guốc

phanh tác dụng lên trống phanh tự cân bằng, không gây tải trọng phụ tác dụng lên
cụm ổ trục bánh xe.
- Hệ số hiệu quả là một đại lượng bằng tỷ số giữa mô men phanh tạo ra và tích của
lực dẫn động nhân với bán kính trống phanh. (hay cịn gọi một cách quy ước là mơ
men của lực dẫn động)
Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh trên hình 1-2 là sơ đồ biểu diễn đã được đơn
giản hóa nhờ các giả thiết sau:
- Các má phanh được bố trí đối xứng với đường kính ngang của cơ cấu
- Hợp lực của các lực pháp tuyến (N) và của các lực ma sát (fN) đặt ở giữa vịng
cung của má phanh trên bán kính rt.
Từ sơ đồ ta thấy rằng:
- Lực ma sát tác dụng lên guốc trước (tính theo chiều chuyển động của xe) có xu
hướng phụ thêm với lực dẫn động ép guốc phanh vào trống phanh, nên các guốc
này gọi là guốc tự siết.
SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 4


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

- Ðối với các guốc sau, lực ma sát có xu hướng làm giảm lực ép, nên các guốc này
được gọi là guốc tự tách. Hiện tượng tự siết tự tách này là một đặt điểm đặc trưng
của cơ cấu phanh trống - guốc.
b. Cơ cấu phanh đĩa.
Nhưng phanh đĩa ngày càng được sử dụng nhiều trên ô tô nhiều hơn là phanh guốc
đặc biết là các loại xe con có tốc độ cao vè nó có các ưu điểm sau:
- Cơ cấu phanh đĩa cho phép mô men phanh ổn định khi hệ số ma sát thay đổi, hơn

cơ cấu phanh kiểu tang trống. Điều này giúp cho bánh xe được phanh làm việc ổn
định, nhất là ở nhiệt độ cao.
- Khối lượng của các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn nên tổng khối lượng của các chi tiết
không treo nhỏ, nâng cao tính êm dụi và sự bám đường của các bánh xe.
- Khả năng thốt nhiệt ra mơi trường dễ dàng.
- Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát.
- Cơng nghệ chế tạo ít gặp khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành trong sản
xuất.
- Dễ dàng bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa phanh.
Từ các ưu điểm trên của phanh đĩa nên ô tô cần thiết kế là xe du lịch 4 chỗ ngồi
nên ta chọn cơ cấu phanh là cơ cấu phanh đĩa.
Sau đây là một số loại phanh đĩa thường gặp:

Hình 1.3: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định.
1 – Má phanh; 2 – Má kẹp; 3 – Piston; 4 – Vòng làm kín; 5 – Đĩa phanh.

SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 5


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

Hình 1.4: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động.
1 – Má phanh; 2 – Má kẹp; 3 – Piston; 4 – Vịng làm kín; 5 – Đĩa phanh.

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động –
xylanh bố trí trên má kẹp.

1 – Má phanh; 2 – Má kẹp; 3 – Piston; 4 – Vòng làm kín; 5 – Đĩa phanh.

SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 6


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

1.1.3. 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 mà
trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau. Vì dụ nếu là dẫn động cơ
khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, địn cơ khí. Nếu là dẫn động thủy
lực thì dẫn động phanh bao gồm: Bàn đạp, xylanh chính, xylanh cơng tác và các ống dẫn.
Trên ơ tơ hiện nay có rất nhiều kiểu dẫn động phanh như: Dẫn động cơ khí, dẫn
động thủy lực, dẫn động khí nén, dẫn động thủy lực kết hợp khí nén.
Dẫn động bằng cơ khí hiện nay chỉ được sử dụng ở cơ cấu phanh tay, dẫn động khí
nén và thủy lực kết hợp với khí nén được sử dụng trên ơ tơ tải trung bình và lớn. Xe cần
thiết kế hệ thông phanh là xe du lịch 4 chổ ngồi không địi hỏi lực bàn đạp lớn lắm và xe
có tốc độ cao nên chọn dẫn động phanh bằng thủy lực và dẫn động phanh thủy lực tác
động phanh nhanh, dễ dàng bố trí trên ơ tơ. Dẫn động phanh bằng thủy lực có đặc điếm
sau:
- Ở phanh dầu, lực tác dụng từ bàn đạp lên cơ cấu phanh qua chất lỏng (chất lỏng
được coi như không đàn hồi khi ép).
- Cấu tạo chung của hệ thống phanh bằng thủy lực bao gồm: Bàn đạp phanh, xylanh
chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xylanh công tác (xylanh bánh xe).
- Dẫn động phanh dầu có ưu điểm phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao (do dầu

khơng bị nén). Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là tỉ số truyền của dẫn động dầu
không lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ thống
phanh dẫn động thủy lực thường được sử dụng trên ô tô du lịch hoặc ơ tơ tải nhỏ.

Hình 1.6: Các sơ đồ phân dịng.
Dẫn động một dịng có nghĩa là từ đầu ra của xylanh chính chỉ có một đường dầu
duy nhất dẫn đến tất cả các xylanh công tác của bánh xe. Dẫn động một dịng có kết cấu
SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 7


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

đơn giản nhưng độ an tồn khơng cao. Vì một lý do nào đó, bất kỳ một đường ống dẫn
dầu nào đến các xylanh bánh xe bị rị rỉ thì dầu trong hệ thống bị mất áp suất và tất cả các
bánh xe đều bị mất phanh.
Dẫn động một dịng có nghĩa là từ đầu ra của xylanh chính chỉ có một đường dầu
duy nhất dẫn đến tất cả các xylanh công tác của bánh xe. Dẫn động một dịng có kết cấu
đơn giản nhưng độ an tồn khơng cao. Vì một lý do nào đó, bất kỳ một đường ống dẫn
dầu nào đến các xylanh bánh xe bị rị rỉ thì dầu trong hệ thống bị mất áp suất và tất cả các
bánh xe đều bị mất phanh.
Hiện nay dẫn động hai dòng được dùng nhiều do nó có những ưu điểm hơn hẵn
loại dẫn động một dòng.
Trợ lực phanh:
Để giảm lực bàn đạp cho người lái trên hệ thống phanh ô tô người ta cịn lắp thêm
bộ trợ lực phanh. Có rất nhiều loại trợ lực, sau đây là một số loại trợ lực:
* Trợ lực cường hóa khí nén.

Ưu điểm: Lực cường hóa lớn, vì áp suất khí nén có thể đạt 5 ÷ 7 [kg/cm2]. Bảo
đảm quan hệ tỷ lệ giữa lực bàn đạp với lực phanh.
Nhược điểm: Số lượng các cụm trong hệ thống phanh nhiều, kết cấu phức tạp,
cồng kềnh, động cơ phải kèm theo máy nén khí, giá thành cao.
* Trợ lực cường hóa bằng chân khơng.
Ưu điểm: Tận dụng được độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp khi động cơ
làm việc mà không ảnh hưởng đến công suất của động cơ, vẫn đảm bảo được trọng tải
chuyên chở và tốc độ khi ô tơ chuyển động. Ngược lại khi phanh có tác dụng làm cho
cơng suất động cơ có giảm vì hệ số nạp giảm, tốc độ của ơ tơ lúc đó sẽ chậm lại một ít
làm cho hiệu quả phanh cao. Bảo đảm được quan hệ tỷ lệ giữa lực bàn đạp so với lực
phanh. So với phương án dùng trợ lực bằng khí nén, thì kết cấu bộ cường hóa chân khơng
đơn giản hơn nhiều, kích thước gọn nhẹ, dễ chế tạo, giá thành rẻ, dễ bố trí trên xe.
Nhược điểm: Độ chân không khi thiết kế lấy 0.5 [kg/cm2], áp suất khí trời là 1
[kg/cm2], do đó độ chênh áp giữa hai buồng của bộ cường hóa khơng lớn. muốn có lực
cường hóa lớn thì phải tăng tiết diện của màng, do đó kích thướng của bộ cường hóa phải
tăng lên. Phương án này chỉ thích hợp với phanh dầu loại xe du lịch, xe vân tải, xe khách
có tải trọng nhỏ và trung bình.
* Cường hóa chân khơng kết hợp với thủy lực.
Ưu điểm: Tận dụng được độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp. Bảo đảm
được quan hệ tỷ lệ giữa lực bàn đạp với lực phanh.
Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, phải câng thêm xylanh thủy lực.
SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 8


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

* Cường hóa bằng năng lượng điện.
Ưu điểm: Có thiết kế đồng hóa cho nhiều loại xe chỉ cần thay đổi phần lập trình.
Nhược điểm: Giá thành cao.
Từ những phân tích ưu nhược điểm đã nói ở trên nhận thấy, phương án trợ lực
cường hóa bằng chân khơng là phương án có kinh tế hơn hẵn vì những lý do sau:
- Bộ trợ lực chân khơng mà phương án đưa ra có kết cấu đơn giản nhất, khơng phức
tạp như trợ lực khí nén với quá nhiều các cụm chi tiết như van phanh, máy nén khí,
bình hơi thủy lực. Điều này cho phép hạ giá thành sản xuất và tạo thuận lợi cho
việc bảo dưỡng sửa chữa.
- Với lực bàn đạp nhỏ ta hồn tồn có thể thiết kế được một bộ trợ lực có kích thước
nhỏ, từ đó có thể có nhiểu phương án bố trí.
- Do sử dụng độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp động cơ làm việc nên
không ảnh hưởng đến công suất của động cơ, khác với trợ lực khí nén phải trích
cơng suất động cơ dẫn động máy nén khí nên gây tổn hao công suất động cơ. Hơn
nữa việc sử dụng độ chân khơng cịn làm tăng hiệu quả phanh vì khi phanh sẽ làm
hệ số nạp giảm do đó cơng suất động cơ có giảm, lúc đó tốc độc của ơ tơ sẽ chậm
lại một ít.
Kết luận chung:
Xe cần thiết kế hệ thống phanh là xe du lịch 4 chổ ngồi có tốc độ cao nên chọn dẫn
động phanh bằng thủy lực tác động phanh nhanh, dễ dàng bố trí trên ơ tô. Với cầu trước
và cầu sau chọn cơ cấu phanh đĩa loại có giá đỡ xylanh di động vì loại này có ưu điểm:
- Chất lỏng chỉ đưa vào một xylanh, bởi vậy tăng diện tích cho khơng khí ln vào
làm mát cho đĩa phanh và má phanh tránh được hiện tượng “sôi dầu” khi cần
phanh liên tục.
- Kết cấu đơn giản hơn loại đĩa có giá cố định, tạo diều kiện hạ giá thành của cụm
chi tiết cơ cấu phanh.
Để tính tốn hệ thống phanh cho ơ tơ ta tiến hành theo các bước:
- Tính cơ cấu phanh bao gồm: tính tốn đĩa phanh, tấm ma sát, đường kính xylanh
cơng tác.
- Tính tốn dẫn động phanh: tính xylanh chính, hành trình bàn đạp, trợ lực .

SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 9


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

1.2. Giới thiệu các hệ thống trên xe TOYOTA CAMRY.
1.2.1. Sơ đồ tổng thể của xe TOYOTA CAMRY.

Hình 1.7: Sơ đồ thổng thể xe CAMRY.

1.2.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản.
Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật của xe Toyota Camry.
Thông số

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Trọng lượng khơng tải

G0

1580

KG

Trọng lượng tồn tải

Ga

2050

KG

Chiều dài cơ sở

L0

2775

mm

Chiều dài tồn bộ

La

4825

mm

Chiều rộng cơ sở

B0

1575

mm

Chiều rộng tồn bộ

Ba

1820

mm

Thơng số lốp

SVTH: Lê Tấn Quốc

215 / 55 R 17
Áp suất lốp 210 [KPa]

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 10


Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh xe TOYOTA CAMRY 3.5Q bằng phần mềm CATIA V5R21

1.2.3. Giới thiệu chung về động cơ lắp trên xe.

Hình 1.8: Động cơ lắp trên xe 2GR-FE.

Động cơ 2GR-FEN trên xe Camry có các thống số kỹ thuật sau:
Loại động cơ V6, đốt cháy cưởng bức.
Cơ chế van: DOHC 24 van (Dual VVT-i).
Hệ thống nhiên liệu: EFI
Hệ thống đánh lửa: DIS
Đường kính x hành trình piston: 94,0 [mm] x 83.0 [mm]
Tỷ số nén: 10.8: 1
Cơng suất cực đại: 204 kW tại 6200 [vịng/ phút].
Mơ men cực đại: 346 N.m tại 4700 [vòng/ phút].
Thứ tự nổ: 1- 2- 3- 4- 5- 6.
1.2.3.1. Hệ thống bôi trơn.
Bơm dầu kiểu bánh răng ăn khớp trong được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu.
Trong hệ thống được trang bị các vòi phun tia dầu để làm mát và bơi trơn các
piston. Các vịi phun này có một van kiểm tra để ngăn dầu phun khi áp suất dầu thấp.
Điều này ngăn chặn áp suất dầu tổng thể trong động cơ giảm.

SVTH: Lê Tấn Quốc

GVHD: TS. Nguyễn Việt Hải

Trang 11