Đồ án nghiên cứu hệ thống phanh xe Toyota Vios 2017 - ĐH Công nghiệp Hà Nội

Nghiên cứu chi tiết hệ thống phanh trên xe Toyota Vios 2017 bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu điểm và hạn chế của hệ thống phanh này

• Tác giả: Hoàng Xuân An
• Người hướng dẫn: Lê Đức Hiếu
• Trường học: Đại học Công nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu hệ thống phanh trên xe Toyota Vios 2017
• Loại tài liệu: Đồ án chuyên ngành
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan hệ thống phanh xe Toyota Vios 2017

Hệ thống phanh trên xe Toyota Vios 2017 đảm nhiệm vai trò quan trọng trong an toàn vận hành bằng cách chuyển đổi động năng thành nhiệt năng thông qua ma sát. Hệ thống sử dụng dẫn động thủy lực kết hợp trợ lực chân không, cung cấp lực phanh ổn định cho người lái. Toyota Vios 2017 trang bị hệ thống phanh đĩa ở cầu trước và phanh trống ở cầu sau, tối ưu hóa hiệu suất phanh theo tải trọng xe. Ngoài ra, hệ thống ABS tích hợp giúp ngăn ngừa hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh gấp trên đường trơn trượt. Hệ thống phanh điện tử ECU điều khiển phân phối lực phanh (EBD) và chống bó cứng (ABS) hoạt động dựa trên dữ liệu từ cảm biến tốc độ bánh xe.

1.1. Phân loại hệ thống phanh trên Toyota Vios 2017

Toyota Vios 2017 sử dụng hệ thống phanh thủy lực dẫn động hai vòng (double-circuit hydraulic system) với phân chia cầu trước-sau nhằm tăng cường độ an toàn. Hệ thống bao gồm phanh đĩa ở bánh trước (tác dụng lực ma sát trực tiếp lên đĩa quay) và phanh trống ở bánh sau (sử dụng má phanh ép vào thành trống). Cơ cấu phanh đĩa có ưu điểm vượt trội về khả năng tản nhiệt và hiệu suất phanh ổn định trong điều kiện tải nặng. Hệ thống ABS thế hệ mới trên Vios 2017 tích hợp 4 cảm biến tốc độ bánh xe, cho phép điều chỉnh lực phanh từng bánh độc lập.

1.2. Cấu tạo chung hệ thống phanh thủy lực

Hệ thống phanh thủy lực trên Toyota Vios 2017 gồm xi lanh chính (master cylinder) tạo áp suất dầu, bộ trợ lực chân không (vacuum booster) tăng cường lực đạp bàn, dây dẫn dầu phanh (brake lines) truyền áp suất, và các xi lanh bánh xe (wheel cylinders) chuyển đổi áp suất thành lực ép má phanh. Xi lanh chính hai khoang (tandem master cylinder) đảm bảo hoạt động ngay cả khi xảy ra rò rỉ một vòng dầu. Dầu phanh loại DOT 3/4 có nhiệt độ sôi cao, ngăn ngừa hiện tượng khí hóa khi phanh liên tục.

II. Phân tích các vấn đề thường gặp hệ thống phanh Vios 2017

Trong quá trình vận hành, hệ thống phanh Toyota Vios 2017 thường gặp các sự cố như phanh không đều, tiếng kêu lạ khi phanh, hoặc hiệu suất giảm sút. Nguyên nhân chủ yếu bao gồm má phanh mòn, đĩa phanh bị đảo, rò rỉ dầu phanh, hoặc lỗi cảm biến ABS. Việc không thay thế má phanh đúng định kỳ khiến khoảng cách giữa má phanh và đĩa tăng lên, dẫn đến hành trình bàn đạp phanh dài hơn. Rò rỉ dầu từ xi lanh chính hoặc đường ống gây mất áp suất, khiến lực phanh suy giảm đột ngột. Hơn nữa, bụi bẩn tích tụ trong cơ cấu phanh đĩa có thể gây ra tiếng kêu kim loại khi phanh.

2.1. Hiện tượng phanh rung lắc và cách khắc phục

Phanh rung lắc khi đạp xảy ra do đĩa phanh bị cong vênh hoặc má phanh không đều mòn. Độ đảo đĩa phanh vượt quá 0.05mm khiến lực ép không đồng đều, tạo rung động truyền đến bàn đạp. Kiểm tra bằng thước đo chuyên dụng tại các điểm 45°, 135°, 225°, 315° quanh đĩa. Nếu phát hiện cong vênh, tiến hành tiện lại hoặc thay thế đĩa phanh mới. Đồng thời, vệ sinh bề mặt đĩa và má phanh, đảm bảo không có dầu mỡ bám vào.

2.2. Lỗi ABS kích hoạt bất thường

Hệ thống ABS hoạt động khi phát hiện bánh xe sắp bị bó cứng (tốc độ giảm >10% trong 0.1 giây). Nguyên nhân phổ biến bao gồm cảm biến tốc độ bẩn, dây kết nối hở mạch, hoặc bánh răng cảm biến bị hỏng. Dấu hiệu nhận biết khi đèn ABS sáng liên tục hoặc nhấp nháy không đều. Kiểm tra bằng máy chẩn đoán OBD-II để đọc mã lỗi, sau đó vệ sinh cảm biến, thay thế dây kết nối nếu cần. Đảm bảo bánh răng cảm biến không bị gãy răng hoặc bám nhiều bụi kim loại.

III. Giải pháp nâng cấp hệ thống phanh cho Toyota Vios 2017

Để cải thiện hiệu suất phanh, chủ xe có thể nâng cấp bằng cách thay thế má phanh chất lượng cao (loại ceramic hoặc sintered metal) chịu nhiệt tốt hơn. Việc thay thế dầu phanh định kỳ (2 năm/lần) ngăn ngừa hiện tượng khí hóa do nhiệt độ cao. Lắp đặt bộ phân phối lực phanh điện tử (EBD) sau cầu cải thiện khả năng kiểm soát lực phanh theo tải trọng. Kiểm tra và hiệu chỉnh độ đảo đĩa phanh định kỳ (50.000 km) duy trì độ phẳng bề mặt. Sử dụng phụ tùng chính hãng Toyota hoặc tương đương đảm bảo độ tương thích hệ thống.

3.1. Quy trình thay thế má phanh đĩa trước

Tháo bánh xe trước, tháo kẹp phanh bằng cờ lê chuyên dụng. Nới lỏng piston xi lanh bánh xe bằng dụng cụ đẩy piston, sau đó tháo má phanh cũ. Vệ sinh buồng piston và kẹp phanh bằng dung dịch chuyên dụng. Lắp má phanh mới, đẩy piston về vị trí ban đầu trước khi lắp kẹp. Kiểm tra mức dầu phanh trong bình chứa, xả khí hệ thống nếu cần. Lắp bánh xe và thử phanh trên đường an toàn. Lưu ý: không quay đĩa phanh khi má phanh chưa lắp đúng vị trí.

3.2. Phương pháp bảo dưỡng hệ thống ABS

Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe bằng đồng hồ vạn năng (điện trở tiêu chuẩn 800-1400Ω). Vệ sinh cảm biến bằng cồn isopropyl, tránh làm trầy bánh răng cảm biến. Kiểm tra điện áp cấp cho cảm biến (5V từ ECU). Thay thế dây kết nối nếu phát hiện đứt gãy hoặc cách điện kém. Sau bảo dưỡng, xóa lỗi ABS bằng thiết bị chẩn đoán chuyên nghiệp. Thử nghiệm hệ thống trên đường thử với tốc độ 40-60 km/h, quan sát đèn ABS không sáng.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn đồ án hệ thống phanh

Đồ án nghiên cứu hệ thống phanh Toyota Vios 2017 đã phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các vấn đề thường gặp. Kết quả chỉ ra rằng việc bảo dưỡng định kỳ (kiểm tra đĩa phanh, má phanh, dầu phanh) kéo dài tuổi thọ hệ thống lên 30%. Áp dụng giải pháp nâng cấp như má phanh ceramic giảm quãng đường phanh 15% trong điều kiện khô ráo. Hệ thống ABS hoạt động ổn định khi được bảo trì đúng cách, nâng cao an toàn khi vận hành. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong giảng dạy chuyên ngành kỹ thuật ô tô và đào tạo kỹ thuật viên bảo dưỡng.

4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật

Chi phí bảo dưỡng hệ thống phanh định kỳ (6 tháng/lần) ước tính 1.200.000 VNĐ, thấp hơn 40% so với chi phí sửa chữa đột xuất (3.000.000 VNĐ). Việc thay thế má phanh ceramic (2.500.000 VNĐ) giúp giảm chi phí nhiên liệu 2-3% do giảm trọng lượng quay. Hệ thống ABS hoạt động tốt giảm nguy cơ tai nạn, tiết kiệm chi phí bồi thường bảo hiểm. Áp dụng quy trình bảo dưỡng chuẩn giảm thời gian chết xe xuống còn 2 giờ thay vì 4-6 giờ.

4.2. Hướng phát triển tương lai

Trong tương lai, hệ thống phanh trên xe Toyota Vios 2017 có thể tích hợp cảm biến áp suất lốp (TPMS) để điều chỉnh lực phanh theo điều kiện mặt đường. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu composite cho đĩa phanh nhằm giảm trọng lượng 25% nhưng vẫn đảm bảo độ bền. Phát triển hệ thống phanh tái sinh (regenerative braking) kết hợp động cơ điện, tận dụng năng lượng khi phanh để sạc pin. Đào tạo kỹ thuật viên sử dụng phần mềm chẩn đoán chuyên sâu nâng cao hiệu quả bảo trì.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 1. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG PHANH 1. Công dụng Hệ thống phanh dùng để: - Giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó.

- Ngoài ra hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang. Với công dụng như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng. Nó đảm bảo cho ô tô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc. Nhờ thế ô tô máy kéo mới có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển.

Hệ thống phanh trên ô tô gồm các bộ phận chính: cơ cấu phanh, dẫn động phanh. Ngày nay trên cơ sở các bộ phận kể trên, hệ thống phanh còn được bố trí thêm các thiết bị nâng cao hiệu quả phanh. Cơ cấu phanh: được bố trí ở gần bánh xe, thực hiện chức năng của các cơ cấu ma sát nhằm tạo ra mô men hãm trên các bánh xe của ô tô khi phanh. Dẫn động phanh: bao gồm các bộ phận liên kết từ cơ cấu điều khiển (bàn đạp phanh, cần kéo phanh) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt động của cơ cấu phanh.

Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh. Yêu cầu Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau: - Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm. 3 - Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần kéo điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người. - Đảm bảo sự ổn định của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp.

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh. - Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng. - Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ lực bàn đạp khác nhau. - Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên nền đường dốc.

- Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng. Phân loại hệ thống phanh a. Theo đặc điểm điều khiển - Phanh chính hay còn gọi là phanh chân, dùng để giảm tốc độ khi xe chuyển động, hoặc dừng hẳn xe. - Phanh phụ hay còn gọi là phanh tay, dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng.

- Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ), dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ôtô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc dài, …). Theo kết cấu của cơ cấu phanh - Cơ cấu phanh tang trống. - Cơ cấu phanh dải. Theo dẫn động phanh - Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí.

4 - Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực. - Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén. - Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: cơ khí, thủy lực, khí nén… - Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực. Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ôtô khi phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh: - Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh).

- Bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh có ABS). Trên hệ thống phanh có ABS còn có thể bố trí các liên hợp điều chỉnh: hạn chế trượt quay, ổn định động học ô tô… nhằm hoàn thiện khả năng cơ động, ổn định của ô tô khi không điều khiển phanh. Cấu tạo chung của hệ thống phanh Hình 1. Cấu tạo chung hệ thống phanh Hệ thống phanh trên ô tô gồm có các bộ phận chính: cơ cấu phanh, dẫn động phanh.

Ngày nay trên cơ sở các bộ phận kể trên, hệ thống phanh còn được bố trí thêm các thiết bị nâng cao hiệu quả phanh.(1) 5 - Cơ cấu phanh: được bố trí ở gần bánh xe, thực hiện chức năng của các cơ cấu ma sát nhằm tạo ra mômen hãm trên các bánh xe của ô tô khi phanh. - Dẫn động phanh: bao gồm các bộ phận liên kết từ cơ cấu điều khiển (bàn đạp phanh, cần kéo phanh) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt động của cơ cấu phanh. Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh. PHANH TAY Phanh trên ô tô được dùng để: + Đỗ xe trên đường, kể cả đường bằng hay trên dốc.

+ Thực hiện chức năng phanh dự phòng, khi phần dẫn động phanh chính bị sự cố. Hệ thống phanh trên ô tô tối thiểu phải có: phanh chính và phanh dự phòng, hai hệ thống này cần được điều khiển riêng biệt. Yêu cầu này đảm bảo ô tô có thể dừng xe kể cả khi phanh chính bị sự cố. Với nhiệm vụ dừng xe trên dốc, phanh tay được chế tạo với khả năng đỗ xe tối đa trên dốc 18%.

Phanh tay được tập hợp bởi hai bộ phận chính: cơ cấu phanh, dẫn động phanh có cơ cấu điều khiển từ khu vực thuận lợi xung quanh người lái. Cơ cấu phanh có thể được bố trí kết hợp với cơ cấu phanh của các bánh xe phía sau hoặc bố trí riêng đặt trên trục ra của hộp số. Dẫn động phanh của phanh tay hoạt động độc lập với dẫn động phanh chính và được điều khiển bằng tay, phổ biến là dẫn động cơ khí với độ tin cậy cao. Một số ô tô tải dùng cơ cấu phanh bố trí chung với phanh chính có dạng điều khiển phanh tay bằng lò xo tích năng, bố trí trong bầu phanh.

Phanh trên trục truyền Phanh tay lắp trên trục thứ cấp hộp số: 6 Hình 1. Phanh trên trục truyền 1- Nút ấn 2- Tay điều khiển 3- Đĩa tĩnh 4- Chốt 5- Lò xo 6- Tang trống 7- Vít điều khiển 8- Guốc phanh Đĩa tĩnh 3 của phanh được bắt chặt vào cacte hộp số. Trên đĩa tĩnh lắp hai guốc phanh 8 đối xứng nhau sao cho má phanh gần sát mặt tang trống phanh 6, lắp trên trục thứ cấp của hộp số. Đầu dưới của má phanh tỳ lên đầu hình côn của chốt điều chỉnh 7, đầu trên tỳ vào mặt một cụm đẩy guốc phanh gồm một chốt 4 và hai viên bi cầu.

Chốt đẩy guốc phanh thông qua hệ thống tay đòn được nối với tay điều khiển 2. Nguyên lý hoạt động Muốn hãm xe chỉ cần kéo tay điều khiển 2 về phía sau qua hệ thống tay đòn, kéo chốt 4 ra phía sau đẩy đầu trên của guốc phanh hãm cứng trục truyền động. Vị trí hãm của tay điều khiển được khóa chặt nhờ cơ cấu con cóc chèn vào vành răng của bộ khóa. Muốn nhả phanh tay chỉ cần ấn ngón tay vào nút 1 để nhả cơ cấu con cóc rồi đẩy tay điều khiển 2 về phía trước.

Lò xo 5 sẽ kéo guốc phanh trở lại vị trí ban đầu. Vít điều chỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang trống. Phanh tay có cơ cấu phanh ở các bánh xe sau Hình 1. Phanh tay tại cơ cấu phanh bánh sau 6- guốc phanh 7- vành răng 8- đòn quay 9- thanh chống Cơ cấu phanh được bố trí thêm các đòn quay 8 và thanh chống 9 nối giữa cáp kéo và guốc phanh 6.

Khi kéo phanh tay, cáp dẫn chuyển động theo chiều mũi tên. Lúc đầu đòn quay 8 quay quanh điểm D, dịch chuyển thanh chống 9, ép guốc phanh trái vào tang trống, tạo thành điểm tựa cố định. Đầu nối B tiếp tục di chuyển, điểm D quay và ép guốc phanh phải vào tang trống. Do đó, hai guốc phanh ép sát vào tang trống thực hiện phanh bánh xe.

Trên các cơ cấu phanh đĩa bố trí ở cầu sau, sử dụng các kết cấu đẩy khóa pit tông trong xilanh bánh xe. Các dạng kết cấu liên hợp giữa phanh tay và phanh chân hiện nay rất đa dạng. DẪN ĐỘNG PHANH 1. Dẫn động thủy lực Hệ thống phanh sử dụng phương pháp truyền năng lượng thủy tĩnh với áp suất lớn nhất trong khoảng 60 ÷ 120 bar.

Áp suất được hình thành khi người lái đạp bàn đạp phanh, thực hiện tạo áp suất trong xilanh chính. Chất lỏng (dầu phanh) được dẫn theo các đường ống tới các xilanh bánh xe nằm trong cơ cấu phanh. Với áp suất dầu, các pit tông trong xilanh thực hiện tạo 8 lực ép má phanh vào tang trống hoặc đĩa phanh, thực hiện sự phanh tại các cơ cấu phanh bánh xe. Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm: phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao do dầu không bị nén.

Nhược điểm của nó là: tỉ số truyền của dẫn động không lớn, nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ thống dẫn động phanh thủy lực thường được sử dung trên ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ. Dẫn động một dòng Dẫn động một dòng sử dụng xilanh chính một buồng dẫn dầu đến tất cả các xilanh bánh xe. Vì một lý do bất kỳ nào đó, nếu một đường ống dẫn dầu bị hở, dầu trong hệ thống bị mất áp suất, tất cả các bánh xe đều bị mất phanh.

Dẫn động một dòng có kết cấu đơn giản, nhưng độ an toàn không cao, vì vậy ngày nay, hệ thống phanh trên ô tô bố trí với tối thiểu hai dòng phanh dẫn động độc lập. Dẫn động một dòng Ưu, nhược điểm của dẫn động phanh thuỷ lực một dòng Ngoài có ưu điểm và nhược điểm chung của hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực nói chung thì hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực một dòng còn có ưu nhược điểm sau: + Kết cấu đơn giản. + Khi có sự rò rỉ hoặc bị thủng trên đường ống thì hệ thống phanh không làm việc. Dẫn động hai dòng Dẫn động hai dòng được mô tả ở hình dưới.

Sự tách dòng được thực hiện tại xilanh chính. Như vậy, bàn đạp tác động vào xilanh chính (hai buồng nối tiếp) tạo ra hai dòng cung cấp chất lỏng tới bánh xe.