Đồ án thiết kế hệ thống phanh điều khiển by-wire (BBW) trên xe Kia Morning

Tải đồ án thiết kế hệ thống phanh điều khiển by-wire (BBW) đầy đủ, kèm file CAD chi tiết. Tài liệu bao gồm thuyết minh, tính toán và bản vẽ.

• Người hướng dẫn: Xxx
• Chuyên ngành: Công nghệ ô tô
• Đề tài: Thiết kế hệ thống phanh điều khiển by_wire
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ thống Phanh By Wire BBW

Hệ thống phanh by-wire (BBW) là công nghệ phanh hiện đại nhất trong ngành công nghiệp ô tô hiện nay. Khác với hệ thống phanh truyền thống sử dụng đường ống thủy lực cơ học, hệ thống BBW điều khiển phanh hoàn toàn thông qua tín hiệu điện tử. Công nghệ này cho phép tích hợp các tính năng an toàn tiên tiến như ABS, BAS, TRC, VSC một cách hiệu quả. File CAD thiết kế hệ thống phanh by-wire được phát triển dựa trên các thông số kỹ thuật xe thực tế, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình lắp đặt và vận hành. Hệ thống này cung cấp thời gian chậm tác dụng ngắn, quãng đường phanh tối ưu và độ an toàn vượt trội so với các hệ thống truyền thống.

1.1. Định nghĩa và Cấu trúc BBW

Hệ thống phanh by-wire là kết cấu điều khiển phanh sử dụng tín hiệu điện tử thay thế hoàn toàn liên kết cơ học. File CAD BBW bao gồm hai loại chính: EHB (Electric Hydraulic Brake) có hỗ trợ thủy lực và EMB (Electric Mechanical Brake) không sử dụng thủy lực. Cấu trúc gọn gàng, khối lượng nhẹ, dễ lắp đặt và bảo trì.

1.2. Ưu điểm Hệ thống By Wire

Hệ thống phanh BBW mang lại nhiều ưu điểm vượt trội: độ chính xác cao, thời gian phản ứng nhanh chóng, khối lượng nhỏ, tích hợp dễ dàng các công nghệ an toàn hiện đại, cải thiện hiệu quả năng lượng. Thiết kế CAD phanh by-wire cho phép tối ưu hóa hiệu suất phanh và giảm nhiệt độ hoạt động.

II. Thiết kế Chi tiết Hệ thống Phanh By Wire

Quá trình thiết kế hệ thống phanh by-wire bao gồm nhiều bước tính toán kỹ thuật dựa trên thông số xe cụ thể. Sử dụng thông số kỹ thuật từ xe Kia Morning, các kỹ sư thiết kế tính toán lực phanh cần thiết, lựa chọn loại motor điện DC phù hợp, và xác định các tham số cơ học. File CAD thiết kế phanh BBW phải đảm bảo khả năng phân phối lực phanh đều trên các bánh xe, ngăn chặn hiện tượng trượt lết. Việc tính toán công suất motor, dung lượng bộ tích lũy năng lượng, và các liên kết điều khiển là những yếu tố quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu.

2.1. Tính toán Lực Phanh và Chọn Motor

Thiết kế lực phanh dựa trên khối lượng xe, tốc độ tối đa và yêu cầu quãng đường phanh an toàn. Motor điện DC được lựa chọn dựa trên công suất cần thiết, tốc độ quay và khả năng tạo mô-men xoắn. File CAD hệ thống BBW mô phỏng chi tiết cơ cấu truyền động từ motor đến cơ cấu phanh bánh xe.

2.2. Bố trí và Lắp ráp Cơ cấu Phanh

Bố trí không gian trong thiết kế CAD phanh by-wire phải tối ưu hóa khoảng cách lắp đặt và cân bằng khối lượng trên xe. Các cơ cấu phanh bánh được thiết kế để giảm inertia, tăng độ nhạy điều khiển. Sơ đồ 3D CAD cho phép kiểm tra xung đột lắp đặt và đảm bảo tính khả thi kỹ thuật.

III. Hệ thống Điều khiển Điện tử BBW

Hệ thống điều khiển điện tử là trái tim của hệ thống phanh by-wire. Sơ đồ chức năng điều khiển được thiết lập để tích hợp các tính năng an toàn như ABS, BAS, TRC, VSC. File CAD hệ thống BBW bao gồm sơ đồ logic điều khiển chi tiết, xác định cách thức hoạt động ở các chế độ khác nhau. Bộ xử lý trung tâm (ECU) nhận tín hiệu từ các cảm biến như bàn đạp phanh, cảm biến tốc độ bánh, cảm biến gia tốc, sau đó tính toán lực phanh tối ưu cho mỗi bánh xe. Hệ thống phải đảm bảo an toàn tuyệt đối với cơ chế dự phòng nhiều lớp.

3.1. Sơ đồ Chức năng và Liên hợp ABS

Sơ đồ chức năng ABS trong thiết kế by-wire giám sát tốc độ từng bánh xe và điều chỉnh lực phanh để ngăn chặn khóa bánh. File CAD hệ thống BBW mô tả chi tiết đường kết nối từ cảm biến tốc độ đến van điều khiển phanh. Hệ thống hoạt động tự động khi phát hiện trượt bánh, cải thiện khả năng kiểm soát xe.

3.2. Logic Điều khiển Chế độ BAS TRC VSC

Hệ thống phanh by-wire hỗ trợ chế độ BAS (Brake Assist) tăng lực phanh khi cần thiết, TRC (Traction Control) ngăn chặn trượt bánh chủ động, và VSC (Vehicle Stability Control) duy trì ổn định xe. Sơ đồ logic CAD xác định trình tự kích hoạt các hệ thống này dựa trên điều kiện lái.

IV. Ứng dụng và Tối ưu hóa File CAD Thiết kế

File CAD thiết kế hệ thống phanh by-wire không chỉ là bản vẽ kỹ thuật mà còn là công cụ mô phỏng toàn diện cho quá trình phát triển. Các phần mềm CAD hiện đại cho phép kiểm tra ứng suất, phân tích động lực học, mô phỏng nhiệt độ và tính toán độ bền linh kiện. Tối ưu hóa thiết kế BBW nhằm giảm khối lượng, tăng hiệu suất năng lượng, cải thiện độ tin cậy và giảm chi phí sản xuất. Việc sử dụng vật liệu tiên tiến và công nghệ in 3D trong sản xuất các cụm phanh by-wire đang trở thành xu hướng phát triển mới trong ngành công nghiệp ô tô.

4.1. Mô phỏng và Kiểm chứng Thiết kế

Phần mềm CAD nâng cao cho phép mô phỏng hoạt động hệ thống phanh by-wire dưới các điều kiện lái khác nhau. Kiểm chứng thiết kế bao gồm phân tích ứng suất, kiểm tra an toàn cấu trúc, mô phỏng trao đổi nhiệt, và đánh giá hiệu suất. File CAD BBW được xác nhận thông qua các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế trước khi sản xuất.

4.2. Xu hướng Phát triển và Cải tiến Tương lai

Tương lai hệ thống phanh by-wire hướng tới tích hợp trí tuệ nhân tạo để dự đoán và tối ưu phanh, sử dụng vật liệu composite nhẹ, phát triển công nghệ phanh năng lượng tái tạo cho xe điện. Thiết kế CAD tương lai sẽ hỗ trợ xe tự lái hoàn toàn và hệ thống an toàn tích cực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BY_WIRE VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.Nhiệm vụ hệ thống phanh. Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động tới tốc độ chuyển động nào đó hoặc dừng hẳn ô tô tại một vị trí nhất định. Thông thường, quá trình phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên xe, như vậy động năng xe biến thành nhiệt năng của cơ cấu ma sát và được truyền ra môi trường xung quanh.Yêu cầu hệ thống phanh. 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.

- Điều khiển nhẹ nhàng 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 ổn định chuyển động 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 đường dốc. - Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống phanh trong khi thực hiện phanh trong mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng.Các hệ thống phanh Có thể phân loại hệ thống phanh trên ô tô theo nhiều cách khác nhau, ví dụ như phân loại theo công dụng, theo kết cấu của cơ cấu phanh, theo dẫn động phanh.Theo công dụng. Hệ thống phanh trên ô tô bao gồm: - Phanh chính ( phanh chân ) : dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động.

Đây là hệ thống phanh quan trọng nhất trên xe. Trong quá trình sử dụng xe, hệ thống phanh chính được dùng thường xuyên và nó là cơ sở để thiết kế các hệ thống phanh khác. - Phanh phụ:dùng để thay thế khi phanh chính gặp sự cố, nó có chức năng tương đương phanh chính và được dẫn động riêng biệt với phanh chính. - Phanh dừng( phanh tay) dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng trong trường hợp phanh chính hỏng.

- Phanh hỗ trợ ( phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện tử…) dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài ( phanh trên đường dốc dài ….Theo cơ cấu phanh. Hệ thống phanh trên ô tô hiện nay gồm hai dạng cơ cấu chính. - Cơ cấu phanh tang trống : được dùng khá phổ biến trên ô tô. Trong cơ cấu dạng tang trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ trong của tang trống quay cùng bánh xe.

Như vậy quá trình phanh được thực hiện nhờ ma sát giữa bề mặt tang trống và các má phanh. - Cơ cấu phanh đĩa : được dùng phổ biến trên xe con, có thể cả cầu trước và cầu sau.Cơ cấu dạng đĩa thường gồm xy lanh thủy lực được dẫn động từ bàn đạp phanh, má phanh, đĩa phanh quay cùng bánh xe. Khi phanh, piston đẩy má phanh ép chặt đĩa phanh. Ma sát giữa má phanh và đĩa phanh có tác dụng phanh xe khi chuyển động.

So với cơ câu phanh dạng tang trống , cơ cấu phanh đĩa có những ưu điểm sau: +Cơ cấu phanh đĩa cho phép momen phanh ổn định khi hệ số ma sát thay đổi, điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao. +Thoát nhiệt tốt, khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn. +Dễ dàng bố trí cơ cấu phanh tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa phanh. Theo dẫn động phanh.

Hệ thống phanh trên ô tô được dẫn động theo ba cách chính. - Dẫn động bằng cơ khí có kết cấu cồng kềnh, khó bố trí ở khoảng cách xa ( từ bàn đạp phanh tới bánh xe ). Thường dùng làm hệ thống phanh tay trên ô tô nhỏ. - Dẫn động phanh bằng thủy lực thường dùng trên hệ thống phanh chính ở các xe nhỏ.

Tuy nhiên lực phanh ở cơ cấu phanh không lớn nên nó ít được dùng trên xe tải. - Dẫn động phanh bằng khí nén thường dùng trong hệ thống phanh chính của xe tải vì nó tạo lực phanh lớn ở cơ cấu phanh. Tuy nhiên khí bị nén nên thời gian chậm tác dụng của hệ thống lớn.Đặc điểm hệ thống phanh thủy lực và hệ thống phanh by_wire. Đặc điểm hệ thống phanh thủy lực.

Trên xe con hiện nay thường dùng hệ thống phanh thủy lực. Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực trên xe con như sau: Xi lanh Xi lanh Công tác Công tác Xi lanh Bộ trợ lực Bàn đạp chính Chân không Phanh chân Bộ điều chỉnh áp Phanh tay Xy lanh Xy lanh công suất tác Công tác Hình 1: Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực 5 ` Hình 2: Kết cấu chung hệ thống phanh thủy lực Hình vẽ 2: Kết cấu chung của hệ thống phanh thủy lực. Hệ thống phanh thuỷ lực trên xe con bao gồm các bộ phận chính: bàn đạp chân phanh,phanh tay, bộ trợ lực chân không , xi lanh chính, xi lanh công tác, bộ điều chỉnh áp suất phanh. Hệ thống phanh sử dụng phương pháp truyền năng lượng thủy lực tĩnh với áp suất lớn trong khoảng (60_120)bar.

Áp suất được hình thành khi người lái đạp bàn đạp phanh chân, thực hiện tạo áp suất trong xi lanh chính. Với áp suất dầu, các piston trong xy lanh thực hiện tạo lực ép má phanh vào tang trống ( hoặc đĩa phanh), thực hiện sự phanh tại các cơ cấu phanh bánh xe. Ưu điểm hệ thống phanh thủy lực: phanh êm dịu, dễ bố trí , độ nhạy cao (do dầu không bị nén). Nhược điểm của hệ thống phanh thủy lực: tỉ số truyền của dẫn động phanh không lớn, nên không tăng được lực điều khiển trên cơ cấu phanh.

So với hệ thống phanh dẫn động by_wire thì thời gian chậm tác dụng của hệ thống lớn (thời gian chậm tác dụng của dầu lớn hơn thời gian châm tác dụng của điện).Đặc điểm hệ thống phanh điều khiển by_wire. Hệ thống by_wire đã có từ khoảng hai mươi năm về trước, nó được ứng dụng trong ngành công nghiệp hàng không. Nó hoạt động không cần đến sự hỗ trợ năng lượng của cơ khí hoặc hệ thống thủy lực. Nó được điều khiển bằng tín hiệu điện.

Trong đó hệ thống điện tử đóng một vai trò quan trọng và độ tin cậy của hệ thống phải rất cao. Công nghệ by_wire ứng dụng trong hệ thống phanh, hệ thống lái, hệ thống truyền lực, hệ thống điều khiển bướm ga (với động cơ xăng ), …. trên ô tô hiện đại ngày nay. Công nghệ by_wire ứng dụng trên hệ thống phanh được gọi là brake by wire (BBW).

Hệ thống BBW bao gồm các thành phần cơ bản là: các cảm biến, các khối xử lý thông tin ECU, mạng thông tin, cơ cấu chấp hành và nguồn năng lượng. Các cảm biến: gồm có cảm biến bàn đạp phanh , cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến gia tốc dọc, cảm biến gia tốc ngang, cảm biến vận tốc góc quay thân xe,…. Các cảm biến này cung cấp tín hiệu trạng thái của xe trong quá trình phanh về bộ điều khiển ECU. Bộ điều khiển ECU: nhận tín hiệu điều khiển từ các cảm biến (các tín hiệu dạng điện ), dựa trên các tín hiệu này ECU sẽ xử lý, tính toán để đưa ra tín hiệu điều khiển tới cơ cấu chấp hành.

7 ` ác cảm ECU điều Cơ cấu Cơ cấu biến khiển chấp phanh hành Nguồn năng lượng Hình 3:Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh BBW Cơ cấu chấp hành: nhận tín hiệu điều khiển từ ECU , dựa trên các tín hiệu điều khiển này cơ cấu chấp hành sẽ tác dụng lên cơ cấu phanh để thực hiện quá trình phanh. Tùy từng cách thức thực hiện BBW trên xe mà cơ cấu chấp hành của mỗi loại là khác nhau. Trên BBW dạng EHB thì cơ cấu chấp hành là block thủy lực với các van điều khiển điện tử, còn trên BBW dạng EMB thì là động cơ điện DC 1 chiều. Cơ cấu phanh: nhận năng lượng từ cơ cấu chấp hành truyền tới để thực hiện quá trình phanh xe.

Trên các xe du lịch hiện nay có ứng dụng by_wire trong hệ thống phanh thì cơ cấu phanh thường dùng là cơ cấu phanh dạng đĩa vì yêu cầu không gian bố trí nhỏ , gọn trên xe. Nguồn năng lượng: cung cấp năng lượng cho cơ cấu chấp hành. Tùy thuộc BBW là EHB hay EMB mà nguồn năng lương cung cấp cho cơ cấu chấp hành là khác nhau. Trên xe sử dụng EHB thì nguồn năng lượng tạo ra từ 1 bơm thủy lực tạo áp suất cao trong hệ thống.

Trên xe sử dụng EMB thì năng lượng cung cấp cho động cơ DC 1 8 ` chiều lấy từ acquy, vì vậy yêu cầu khả năng tích trữ điện của các acquy này lớn hơn so với xe sử dụng hệ thống phanh thông thường. Ưu điểm của hệ thống phanh BBW -Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh là rất nhỏ, có thể coi là tức thời. Do đó trạng thái kỹ thuật của xe luôn được ECU kiểm soát chặt chẽ, lực phanh tác dụng lên mỗi bánh xe được điều chỉnh phù hợp nhất với trạng thái làm việc của xe khi phanh. -Điều khiển lực phanh tại mỗi bánh xe độc lập, các lực phanh được điều khiển bằng cách thay đổi tín hiệu xung điện áp cấp.

Do đó nó hạn chế được những tồn tại của hệ thống phanh cũ khi phanh xe quay vòng, phanh tại đường có hệ số bám mỗi bên bánh xe là khác nhau ( yêu cầu lực phanh tại mỗi bên bánh xe là khác nhau). -Với hệ thống EMB thì hiệu suất truyền lực dẫn động cao, vì nó sử dụng truyền lực điện -Do đặc điểm cấu tạo của mình , nó có kích thước và trọng lượng nhỏ gọn, dễ dàng bố trí , giảm thiểu khoảng không gian chiếm chỗ trong khoang động cơ Tuy nhiên hệ thống BBW cũng tồn tại những khuyết điểm : -Giá thành cao, đòi hỏi công nghệ chế tạo hiện đại -Đòi hỏi loại acquy chế tạo phải có khả năng tích trữ năng lượng lớn và nhẹ.Phân loại các hệ thống phanh điều khiển by_wire. Trên ô tô hiện nay có hai cách chính sử dụng by_wire trên hệ thống phanh.