LỜI NÓI ĐẦU

1


1. Đề tài thiết kế:
Thiết kế hệ thống chống trượt quay bánh xe cho ô tô tải sử dụng hệ thống phanh khí
nén và khảo sát đáp ứng tần số của hệ thống.
2.Các số liệu ban đầu:
Xe N2 có khối lượng toàn bộ khi đầy tải m = 7685 kg, phân bố ra cầu trước/sau
2685/5000 kg; L = 3400 mm; B = 1700 mm; hg = 980 mm; lốp có ký hiệu 8,25-20.
Các số liệu khác tham khảo xe tương tự.
3.Nội dung các phần thiết kế và tính toán:
Phần 1: Tổng quan
Phần 2: Thiết kế tính toán các cơ cấu phanh
Phần 3: Thiết kế tính toán hệ thống dẫn động
Phần 4: Thiết kế cảm biến
Phần 5: Thiết kế cơ cấu điều chỉnh áp suất bầu phanh
Phần 6: Thiết kế cơ cấu điều chỉnh tải động cơ
Phần 7: Mô phỏng khảo sát khả năng đáp ứng tần số của hệ thống
Phần 8: Đề xuất thuật toán điều khiển hệ thống
Phần 9: Thực nghiệm khảo sát khả năng đáp ứng tần số của hệ thống
4. Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ tên và kích thước các bản vẽ ):
Bản vẽ bố trí chung (1 bản A0)
Bản vẽ các phương án thiết kế hệ thống (1 bản A0)
Bản vẽ kết cấu cơ cấu phanh (1 bản A0)
Bản vẽ kết cấu các cụm chính của hệ thống dẫn động điều khiển (1 bản A0)
Bản vẽ kết cấu cơ cấu điều chỉnh áp suất phanh (1 bản A0)
Bản vẽ kết quả mô phỏng khảo sát đáp ứng tần số (1 bản A0)
2


2.3. Tính bền một số chi tiết trong hệ thống..................................................................................45

2.3.1. Tính bền trống phanh............................................................................45
2.3.2. Tính bền chốt phanh..............................................................................46
3.3.1. Sơ đồ tính toán......................................................................................52
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾCẢM BIẾN VẬN TỐC GÓC BÁNH XE...............................................56

3


4.1. Giới thiệu cảm biến đo tốc độ góc...........................................................................................56

4.1.1. Nguyên lý đo vận tốc góc......................................................................56
4.1.2. Các loại cảm biến đo tốc độ góc...........................................................56
4.1.3. Lựa chọn cảm biến đo đạc trên xe........................................................58
4.2. Thiết kế, tính toán vành răng cảm biến tốc độ góc bánh xe....................................................60

4.2.1. Cơ sở thiết kế vành răng cảm biến........................................................60
4.2.2. Tính, lựa chọn các thông số kỹ thuật của vành răng............................61
4.3. Phương án gá đặt cảm biến trên xe.........................................................................................64
4.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế................................................................................................64
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT CƠ CẤU CHẤP HÀNH..................................68
5.1. Các chế độ làm việc và nguyên lý của cơ cấu chấp hành........................................................68
5.2. Kết cấu van chấp hành..............................................................................................................74
CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐIỀU CHỈNH TẢI ĐỘNG CƠ..................................................................77
6.1 Các phương án tác động điều khiển nhiên liệu với động cơ diezel thường không có điều
khiển.................................................................................................................................................77
6.2 Thiết kế cơ cấu điều chỉnh chiều dài dây ga..............................................................................80
6.3 Tính toán sơ bộ..........................................................................................................................82
6.5 Giá đỡ.........................................................................................................................................85

lái và dùng làm phanh dự phòng.
 Hệ thống chậm dần (phanh bổ trợ) (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện
từ), dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành
phanh lâu dài (phanh trên dốc dài).
1.1.2.2. Theo kết cấu của cơ cấu phanh
Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:
 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải.
 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống.
 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
1.1.2.3. Theo dẫn động phanh
Theo dẫn động hệ thống phanh được chia ra:





Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực
Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: khí nén - thuỷ lực, …
Hệ thống phanh có cường hoá (có trợ lực).

5


1.1.2.4. Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh
Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ô
tô khi phanh. Ta có các loại sau:
 Hệ thống phanh có bộ điều hòa lực phanh, dùng để điều chỉnh momen phanh
ở cơ cấu phanh, làm thay đổi momen phanh trên cầu trước và cầu sau.
 Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS). Ngoài ra

Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điều khiển
các guốc phanh thành các dạng khác nhau. Trong trường hợp sử dụng cơ cấu phanh
trên hệ thống phanh thuần túy khí nén, ta thường sử dụng cơ cấu phanh điều khiển
bằng cam.
 Cơ cấu phanh điều khiển bằng cam.
1

2 3

4

5

6

7

8

9

A

A
15 14

13

12


như bằng nhau.
1.2.2. Hệ thống dẫn động điều khiển phanh.
Hệ thống dẫn động có tác dụng truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn
đạp phanh đến cơ cấu phanh. Hệ thống dẫn động phải đảm bảo được các yêu cầu
sau:
 Độ nhạy cần thiết của hệ thống;
 Hiệu quả điều khiển trong việc truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiển đến
cơ cấu phanh của ôtô;
 Độ tin cậy của hệ thống kể cả khi có hư hỏng bất thường.
Trong dẫn động phanh thủy lực sử dụng truyền động thủy tĩnh nối liền từ cơ
cấu điều khiển tới xylanh bánh xe. Hệ thống dẫn động phanh thủy lực có các ưu
điểm sau :
 Thời gian chậm tác dụng ngắn.
 Tạo được lực ép trên cơ cấu phanh đồng đều và đồng thời, làm tăng tính ổn
định của ô tô khi phanh.
 Kết cấu đơn giản.
 Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ô tô khác nhau, khi đó chỉ cần
thay đổi cơ cấu phanh.
Nhược điểm của hệ thống dẫn động thủy lực:
 Tỷ số truyền không lớn nên không thể tăng lực điều khiển lên cơ cấu phanh,
khi yêu cầu lực tác dụng phanh lớn cần phải hành trình bàn đạp lớn hoặc
dùng trợ lực.
 Hiệu suất truyền giảm khi nhiệt độ thay đổi.
Trong hệ thống dẫn động có điều khiển bằng thủy lực trên ô tô con và ô tô tải
nhỏ, lực điều khiển của người lái tác dụng vào bàn đạp nhanh, tỉ lệ thuận với lực
điều khiển tại các cơ cấu phanh. Dẫn động điều khiển phanh của ô tô tải lớn và ôtô
8


bus đòi hỏi năng lượng điều khiển lớn do vậy không nên dùng hệ dẫn động thủy lực

7. Van phân phối hai dòng
8.Bầu phanh và cơ cấu phanh trước
9. Bầu phanh và cơ cấu phanh

+) Phần cung cấp khí nén có chức năng chính là hút không khí từ ngoài khí quyển,
nén không khí tới áp suất cần th.iết (0,7 - 0.9 Mpa) hay (7 - 9 kg/cm 2), đảm bảo
9


cung cấp đủ lưu lượng cho hệ thống phanh khí nén làm việc. Áp suất làm việc lớn
nhất của máy nén khí là 11 kg/cm 2. Nếu áp suất vượt quá giới hạn này thì van điều
áp sẽ ngắt máy nén khí không cho làm việc nữa.Độ bền và độ tin cậy của dẫn động
phanh khí nén phụ thuộc vào chất lượng khí nén. Do vậy khí nén phải đảm bảo khô,
sạch, có áp suất ở mức an toàn khi làm việc.

10


MODEL
DẪN ĐỘNG

LF3070G1-2
4x2, tay lái thuận.
Model: YC4F115-20 – 4 Xylanh thẳng hàng – TURBO
Euro 2
Dung tích xi lanh(cc)
3,907
Công suất Max (KW/rpm) 85/3200
Momen xoắn cực đại
300/2200

Chiều cao trọng tâm

980

hg(mm)
Khả năng vượt dốc
Tự trọng (Kg)
Tải trọng (Kg)
Tổng trọng lượng G (Kg)
Phân bố lên trục 1 (Kg)
Phân bố lên trục 2 (Kg)
Khối lượng cho Trục 1

20 %
4510
2980
7685
2685
5000
4000

phép lớn nhất
trên trục (kG)

CỠ LỐP
HỆ THỐNG LÁI
HỆ
Phanh

Trục 2


1.3. Giới thiệu về xe tham khảo
1.3.1. Thông số kỹ thuật

1.3.2. Hệ thống phanh khí nén trên xe
1.3.2.1. Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén không có ABS

Nguyên lý



làm

việc

của

hệ

thống.
Khí

nén

được

cung

cấp


xe sau, thực hiện nhả phanh tay.
Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm
việc trong hệ thống bằng cách dừng hoặc khởi động máy nén khí khi áp suất trong
hệ thống vượt quá giới hạn hoặc quá thấp.
Van an toàn 3 ngả giữ cho xe hoạt động bình thường khi xe mất đi một
dòng hơi.
1.3.2.2. Các bộ phận của hệ thống phanh.
1. Van phân phối
1. Pittông lớn khoang dưới; 2,11 .Van điều khiển; 3. Ty đẩy; 4.Phần tử đàn hồi; 5.
Pittông khoang trên; 6,10.Van xả; 7,9 Van nạp ; 12 Pittông nhỏ.
Hình 1.4: Van
phân phối dẫn

động

hai dòng
Van
phân phối
tác

có

dụng

13


mở và đóng hoặc mở các van để cấp hoặc ngừng cấp khí nén để mở hoặc đóng các
van. Khoang trên có cửa vào là D được nối với bình chứa khí, cửa ra là C được nối
tới các bầu phanh tại các bánh xe. Tương tự như vậy, khoang dưới có cửa vào là E

-

trên một cầu còn lại.
Trong trường hợp lái xe đạp phanh đột ngột thì khoang dưới cũng được điều
khiển bằng ty đẩy 3 vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để điều khiển pittông

-

lớn 1.
Tính chép hình của tổng van được thể hiện như sau. Ứng với một lực tác
động Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi vào bên
dưới pittông 5 và sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại các bánh xe. Áp
suất khí trong khoang dưới pittông 5 tăng dần lên cho tới khi áp lực của khí
nén cùng với lực lò xo thằng được lực điều khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4
14


lại và đẩy pittông đi lên cho tới khi van nạp đóng lại. Lúc này cả van nạp và
van xả đều đóng, ấp suất khí nén dẫn tới các bầu phanh không tăng nữa và
pittông 5 ở trạng thái cân bằng. Quá trình tương tự như vậy cũng xảy ra đối
với khoang dưới. Như vậy, ứng với một lực Q nhất định (tương ứng với một
lực trên bàn đạp) áp suất trong dẫn động phanh chỉ có một giá trị tương ứng.
Nhờ vậy mà người lái có thể điều khiển được cường độ phanh theo ý muốn.
2. Bầu phanh trước.
Bầu phanh xe có cấu trúc như xi lanh lực tác động một chiều. Vỏ của bầu phanh
được bắt cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên pittong đẩy và dịch
chuyển để điều khiển cam quay.
Bầu phanh được chia làm 2 loại chính:
-


khi chưa phanh được cấp khí nén ép lò xo 14 đẩy cần đẩy sang bên trái,

-

không tác dụng vào màng cao su số 6.
Khi phanh chân: Khí nén được cấp vào khoang A thực hiện đẩy màng sang
bên phải qua đó đẩy đòn đẩy sang phải thực hiện phanh, khi nhả phanh khí
nén rút khỏi cửa A, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 9 sẽ đẩy cơ cấu về vị trí

-

cân bằng ban đầu.
Khi phanh tay (phanh đỗ): Thực hiện ngắt khí nén ở cửa B ra, qua đó do sự
chênh lệch về áp suất, lò xo tích năng 14 được đẩy sang bên phải ép thằng
vào màng đẩy sang phải thực hiện phanh cứng (phanh rất lâu), muốn nhả
phanh ra thì điều chỉnh mở ốc số 1 ra để đưa hệ thống trở về vị trí cân bằng
và cấp khí nén vào B.

16


Hinh 1.6: Kết cấu loại bầu phanh tích năng (bầu phanh kép)
1. Ốc điều chỉnh 2. Ống đẩy 3. Vỏ bầu phanh 4. Ống dẫn khí 5. Vỏ trong 6.
Màng cao su 7. Đòn đẩy 8. Thân bầu phanh 9. Lò xo hồi vị 10. Tấm đỡ
11. Bạc đẩy 12. Vòng tỳ 13. Piston tích năng 14. Lò xo tích năng
A. Điều khiển phanh chân

P- Thông với khí quyển

B. Điều khiển nhả phanh

ở trên cơ cấu phanh nằm xa van phanh chân (bầu phanh sau). Do khoảng cách từ
bầu phanh sau tới van phân phối là tương đối dài (đặc biệt trên xe tải lớn), nên độ
chậm tác dụng thường lớn hơn. Vì vậy, ta bố trí một van gia tốc ở giữa van phanh
chân và bầu phanh, gần bình chứa khí nén.
Trên van gia tốc có một đường khí từ bình khí tới, và một đường khí từ van phân
phối xuống. Dòng khí từ van phân phối đóng vai trò là dòng khí điều khiển để mở
van khí, nối thông dòng khí từ bình tới 2 bầu phanh phía sau, sẽ hạn chế được độ
chậm tác dụng của hệ thống. Tổng cộng trên van có 4 cổng dẫn khí.Vì dòng khí từ
van phanh chân chỉ có tác dụng điều khiển đóng mở van khí, nên van gia tốc đóng
vai trò tương tự như một rơle (relay valve).
6. Van bảo vệ kép(van chia dòng, bảo vệ 2 dòng khí nén)

18


Hình 1.9: Van chia dòng và bảo vệ 2 dòng khí nén (van an toàn kép)
Công dụng của van chia dòng cấp khí cho 4 nhánh và tạo nên các dòng khí
độc lập. Khi một hay một số dòng khí bị mất áp suất, các dòng khí còn lại vẫn làm
việc bình thường. Do vậy, van có chức năng bảo vệ khả năng độc lập giữa các dòng
cung cấp khí nén.
Cấu tạo của van như hình vẽ trên.
Nguyên lý hoạt động của van:
-

Dòng khí từ máy nén khí tới cổng I, qua các lỗ của van một chiều, đẩy
pittong tỳ, mở van nạp, cung cấp khí nén tới các khoang II, và III đi tới các
bình chứa khí nén, cung cấp khí nén tới các cầu trước và sau. Dòng khí nén
cho phanh tay được cung cấp từ cả 2 bình khí, như sơ đồ trên.

B: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TCS



Hình 1.10:Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe.
Ở đây với φx và φy là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe khi
phanh. Qua các đồ thị chúng ta thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì
hệ số bám dọc và bám ngang đều lớn.
Mục đích chính của bộ chống trượt quay bánh xe (TCS) là duy trì hệ số
trượt giữa bánh xe và mặt đường khi tăng tốc trong mọi điều kiện nằm trong khoảng
10%–30%để đảm bảo hệ số bám dọc và bám ngang đều cao nhằm tận dụng được
trọng lượng bám ở từng bánh xe. Do đó hệ thống này đảm bảo được hiệu quả tăng
tốc và tính ổn định khi tăng tốc.
Chính vì ưu điểm đó mà mà việc bố trí thiết bị TCS cho hệ thống xe là điều
cần thiết, và ngày nay hệ thống chống trượt quayTCSđang được lắp đặt nhiều hơn
cho các phương tiện vận tải đặc biệt những phương tiện làm việc trong điều kiện
khắc nghiệt như vùng băng tuyết, bùn lầy( những vùng mà hệ số bám giữa lốp và
mặt đường rất thấp hay các xe đua công thức một( tăng tốc với số vòng quay lớn).
1.4.1 Cấu tạo chung của hệ thống TCS
Thông thường hệ thống TCS gồm những thành phần cơ bản sau:

21


Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống TCS
Trong đó:
1.Bánh chủ động bên trái

2. Bánh chủ động bên phải

3. Bánh bị động bên trái 4. Bánh bị động bên phải
5. cụm điều khiển động cơ

v

Fb

Pf

Hình 1.12: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xechủ động
Khi chuyển động, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:
Pb– Lực đẩy từ khung xe truyền đến;
Gb – Tải trọng tác dụng lên bánh xe;
Fb – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe;
Pf – Lực cản lăn
Mk – Mô men kéo;
Mf – Mô men cản lăn;
Gọi thành phần

Mk
rb

là lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động và kí hiệu là

Pk .

23


Pk =

Mk
rb


vl là vận tốc lý thuyết của bánh xe.
vtlà vận tốc dài của xe (vận tốc thực của xe).

Lực bám giữa lốp và đường thay đổi theo λ được cho bởi đồ thị bên trên
(hình 1.10).
Nhận thấy rằng khi độ trượt trong khoảng 15%-30% thì hệ số bám theo
phương dọc lớn và đạt max tại vị trí λ0 , trong khi đó hệ số bám ngang đang có xu
hướng giảm nhưng vẫn ở giá trị cao. Vượt ra ngoài khoảng này các hệ số bám dọc
và bám ngang đều giảm nhanh chóng, như vậy lực bám giữa lốp và đường cũng
giảm. Vì vậy khi ta khởi động,tăng tốc, lượng mô men quá lớn được cung cấp tới
bánh chủ động dẫn tới mô men kéo của bánh tăng lên nhanh chóng, trong điều kiện
hệ số bám thấp thì bánh xe bị trượt quay tại chỗ.
24


b, Nguyên tắc điều khiển của TCS.
Mục tiêu hệ thống chống trượt quay tác động vào cơ cấu phanh là điều khiển áp
suất dẫn động phanh sao cho moomen tác động lên bánh xe vừa đủ để bánh xe làm
việc trong vùng có mô men bám lớn qua đó giúp xe có thể chuyển động. Độ trượt
(λ) thay đổi trong phạm vi hẹp quanh giá trị trượt tối ưu (λ 0), để tận dụng tối đa khả
năng bám, tại điểm đó bánh xe cần được phanh lại với một lượng nhất định để (P k)
đạt giá trị cực đại, đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng của xe là tốt nhất .

Pk max = Pϕ max = ϕx max .Gb
Trong đó:

(1)

Pk - lực kéo bánh xe; Pkmax - lực kéo cực đại.