Đồ án: Nghiên cứu thiết kế mô hình chuyển đổi phanh tay cơ sang phanh điện tử

Đồ án nghiên cứu thiết kế mô hình chuyển đổi phanh tay cơ thành phanh điện tử. Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình thi công thực tế.

• Tác giả: Le Minh Khai
• Người hướng dẫn: Vo Hieu Trung
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu, Thiết Kế Mô Hình Chuyển Đổi Cơ Cấu Phanh Tay Thành Cơ Cấu Phanh Điện Tử
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Phanh Ô Tô

Hệ thống phanh là một trong những bộ phận quan trọng nhất trên ô tô, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và những người tham gia giao thông. Mô hình chuyển đổi phanh tay cơ thành phanh điện tử đại diện cho sự phát triển công nghệ trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại. Phanh tay truyền thống sử dụng cơ chế cơ khí với dây cáp, trong khi phanh điện tử sử dụng công nghệ điều khiển tự động thông qua các cảm biến và vi điều khiển. Sự chuyển đổi này không chỉ nâng cao hiệu suất phanh mà còn cải thiện độ an toàn, tính tiện lợi và giảm lực tác dụng của người lái. Xu hướng này phản ánh cam kết của ngành công nghiệp ô tô đối với sự an toàn và hiệu quả năng lượng.

1.1. Vai Trò Của Phanh Tay Trong Hệ Thống Phanh

Phanh tay cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc giữ xe ở trạng thái đứng yên, đặc biệt trên các sườn dốc. Hệ thống này sử dụng lực cơ học thông qua dây cáp để tác dụng lên các bánh xe. Tuy nhiên, hệ thống truyền thống có những hạn chế về lực tác dụng và độ chính xác điều khiển.

1.2. Nhu Cầu Chuyển Đổi Sang Công Nghệ Điện Tử

Với sự phát triển của công nghệ điện tử, phanh tay điện tử mang lại những ưu điểm vượt trội như giảm khối lượng, tiết kiệm không gian, điều khiển tự động và tích hợp với các hệ thống an toàn khác trên xe. Sự chuyển đổi này đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về an toàn và hiệu năng của ô tô hiện đại.

II. Cấu Tạo Của Phanh Tay Cơ Khí

Phanh tay cơ khí bao gồm các thành phần chính như: tay cầm phanh, dây cáp, cơ cấu điều khiển, và các bộ phận tác dụng trên bánh xe. Khi người lái kéo tay cầm phanh, lực được truyền qua dây cáp đến các bánh xe, gây ra lực ma sát để dừng xe. Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên định luật Pascal và sự truyền lực cơ học. Mặc dù đơn giản và độ tin cậy cao, phanh tay cơ khí có những nhược điểm như yêu cầu lực tác dụng lớn, khó điều chỉnh độ chính xác, và chiếm nhiều không gian trong cabin. Điều này tạo nên nhu cầu cấp thiết cho mô hình chuyển đổi sang phanh điện tử.

2.1. Các Thành Phần Chính Của Phanh Tay Cơ Khí

Tay cầm phanh là bộ phận người lái tương tác trực tiếp, được kết nối với một hệ thống dây cáp và ròng rọc. Các bánh răng và cơ cấu truyền lực giúp nhân lực tác dụng. Cuối cùng, cơ cấu phanh guốc hoặc cơ cấu phanh đĩa trên bánh xe thực hiện chức năng phanh hóa động năng thành nhiệt.

2.2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Hệ Thống Cơ Khí

Khi người lái kéo tay cầm phanh, lực được truyền qua dây cáp, gây ra chuyển động ở các bánh xe. Độ lợi cơ học được thiết kế để giảm lực cần thiết nhưng hạn chế về độ tương thích và phản hồi điều khiển. Điều này làm phát sinh nhu cầu cho giải pháp phanh tay điện tử hiện đại hơn.

III. Cấu Tạo Và Hoạt Động Của Phanh Tay Điện Tử

Phanh tay điện tử sử dụng công nghệ vi điều khiển và các cảm biến để thực hiện chức năng phanh tay một cách tự động và chính xác. Hệ thống này bao gồm: nút nhấn điều khiển, cảm biến vị trí bàn đạp ly hợp, vi điều khiển, motor điện, và cơ cấu chấp hành phanh. Mô hình chuyển đổi phanh tay cơ thành phanh điện tử cho phép tích hợp các tính năng an toàn nâng cao như kiểm soát độ dốc (Hill-Hold), hỗ trợ thoát khỏi vùng ngập nước (Wade Assist), và tích hợp với hệ thống ABS/ESP. Sơ đồ mạch điện được thiết kế để đảm bảo độ an toàn cao, với các mạch bảo vệ và điện áp dự phòng. Quá trình điều khiển hoàn toàn tự động, nâng cao trải nghiệm lái và giảm lực tác dụng cần thiết từ người lái.

3.1. Cơ Cấu Chấp Hành Phanh Điện Tử

Motor điện được kích hoạt bởi tín hiệu từ vi điều khiển, truyền động lực qua hệ thống bánh răng đĩa cuốn hoặc trục vít-đai ốc để tạo ra lực phanh. Cảm biến vị trí được sử dụng để giám sát trạng thái của hệ thống và đảm bảo hoạt động chính xác. Sự kết hợp này cho phép phanh tay điện tử hoạt động với độ chính xác cao hơn so với hệ thống cơ khí.

3.2. Phương Thức Điều Khiển Và Nguyên Lý Hoạt Động

Nút nhấn điều khiển được người lái sử dụng thay vì kéo tay cầm truyền thống. Tín hiệu cảm biến từ bàn đạp ly hợp được đưa vào vi điều khiển để xử lý logic. Sơ đồ mạch điện được thiết kế để hoạt động một cách an toàn và đáng tin cậy. Hệ thống này cung cấp phản hồi trực quan thông qua đèn báo trên bảng đồng hồ.

IV. So Sánh Ưu Nhược Điểm Và Hướng Phát Triển

Phanh tay cơ khí có ưu điểm là đơn giản, độ tin cậy cao, chi phí thấp, và dễ bảo dưỡng. Tuy nhiên, nó yêu cầu lực tác dụng lớn, khó điều chỉnh, chiếm nhiều không gian, và không thể tích hợp với các hệ thống an toàn hiện đại. Phanh tay điện tử ngược lại, cung cấp điều khiển chính xác, lực tác dụng nhỏ, tiết kiệm không gian, có thể tích hợp với các hệ thống an toàn, và hỗ trợ các tính năng tự động. Nhược điểm của nó bao gồm chi phí cao, phức tạp hơn, yêu cầu bảo dưỡng chuyên biệt, và phụ thuộc vào điện. Mô hình chuyển đổi phanh tay cơ thành phanh điện tử đại diện cho xu hướng phát triển của công nghiệp ô tô, hướng tới an toàn, hiệu quả và tự động hóa. Trong tương lai, công nghệ này sẽ tiếp tục phát triển với sự tích hợp của trí tuệ nhân tạo và hệ thống lái tự động.

4.1. Ưu Điểm Của Phanh Tay Điện Tử

Phanh tay điện tử mang lại sự tiện lợi vượt trội với điều khiển một chạm nút, giảm lực tác dụng từ người lái, tiết kiệm không gian cabin, và cho phép tích hợp với các hệ thống an toàn như ABS, ESP, và kiểm soát độ dốc. Độ chính xác điều khiển cao hơn, nâng cao an toàn lái xe.

4.2. Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Mô hình chuyển đổi phanh tay điện tử sẽ tiếp tục phát triển với sự tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo, hệ thống lái tự động cấp cao, và kết nối V2X. Các công nghệ này sẽ làm cho ô tô an toàn hơn, hiệu quả năng lượng tốt hơn, và mang lại trải nghiệm lái tốt hơn cho người sử dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Thiết kế mô hình hệ thống. Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài.6 Giới hạn đề tài: Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống phanh tay điện tử có gì khác so với hệ thống phanh tay bằng cơ khí.

Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống phanh tay điện tử sao cho phù hợp. 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nét đặc trưng: Phanh thường được mô tả theo một số đặc điểm bao gồm: Lực đỉnh - Lực đỉnh là hiệu ứng giảm tốc tối đa có thể đạt được. Lực cực đại thường lớn hơn giới hạn lực kéo của lốp xe, trong trường hợp đó phanh có thể gây trượt bánh xe. Tản điện liên tục - Phanh thường bị nóng khi sử dụng và hỏng khi nhiệt độ quá cao.

Tản điện liên tục thường phụ thuộc vào e. nhiệt độ và tốc độ của không khí làm mát xung quanh. Khi phanh nóng lên, nó có thể trở nên kém hiệu quả hơn, được gọi là phai phanh. Độ mượt mà - Một chiếc phanh bị vênh, xung, có tiếng kêu, hoặc nếu không thì tác động lực phanh khác nhau có thể dẫn đến trượt.

Cảm giác bàn đạp - Cảm giác bàn đạp phanh bao gồm nhận thức chủ quan về công suất phanh như một chức năng của hành trình đạp. Hành trình bàn đạp bị ảnh hưởng bởi sự dịch chuyển chất lỏng của phanh và các yếu tố khác. Tiếng ồn - Phanh thường tạo ra một số tiếng ồn nhỏ khi áp dụng, nhưng thường tạo ra tiếng rít hoặc tiếng ồn khá lớn.2 Những vấn đề chung về hệ thống phanh trên ô tô 2.1 Công dụng Hệ thống phanh có chức năng giảm tốc độ chuyển động của xe tới vận tốc chuyển động nào đó, dừng hẳn hoặc giữ xe ở vị trí nhất định Hệ thống phanh đảm bảo cho xe chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó nâng cao năng suất vận chuyển cho ô tô. Phân loại theo công dụng: - Hệ thống phanh chính (phanh công tác) - Hệ thống phanh dừng (phanh tay - Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ) Phân loại theo kết cấu 5 - Hệ thống phanh có cơ cấu phanh guốc.

- Hệ thống phanh có cơ cấu phanh đĩa. - Hệ thống phanh có cơ cấu phanh đai. Phân loại theo dẫn động phanh - 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 thủy lực và khí nén. Phân loại theo mức độ hoàn thiện chất lượng phanh - Hệ thống phanh có bộ điều chỉnh lực phanh. - Hệ thống phanh có bộ chống bó cứng bánh xe ABS.3 Yêu cầu của hệ thống phanh Hệ thống phanh là hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe do đó cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Phải đảm bảo nhanh chóng dừng xe trong bất kỳ tình huống nào.

Khi phanh đột ngột, xe phải được dừng sau quãng đường phanh ngắn nhất, tức là có gia tốc phanh cực đại. - Cùng với hiệu quả phanh cao là phanh phải êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc chậm dần biến đổi đều giữ cho xe chuyển động ổn định. - Lực điều khiển không quá lớn, điều khiển nhẹ nhàng tuy nhiên cũng không được quá nhỏ làm mất cảm giác phanh của người lái. - Hệ thống phanh phải có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều lần giữa những lần phanh.

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh. - Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh phải cao, ổn định trong mọi điều kiện sử dụng. - Đảm bảo tránh trượt lết bánh xe trên đường. Vì khi trượt lết gây ra mòn lốp và làm mất khả năng dẫn hướng của xe.

6 - Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh, phải dễ điều chỉnh và thay thế các chi tiết hư hỏng. - Ngoài ra hệ thống phanh cần chiếm ít không gian, trọng lượng nhỏ, độ bền cao, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí. - Phanh chân và phanh tay làm việc độc lập không ảnh hưởng lẫn nhau. Phanh tay có thể thay thế phanh chân khi phanh chân có sự cố.

- Đảm bảo ổn định của ô tô khi phanh.3 Các loại phanh Hình 2.2 Phanh tang trống: Phanh trống có hai giày phanh và pít- tông. Khi bạn nhấn bàn đạp phanh, pít- tông sẽ đẩy giày phanh vào trống. Khi giày phanh tiếp xúc với trống, có một loại hành động nêm, có tác dụng ép giày vào trống với lực mạnh hơn. Lực hãm bổ sung được cung cấp bởi hành động nêm cho phép phanh tang trống sử dụng pít-tông nhỏ hơn so với phanh đĩa.

Nhưng, vì hành động nêm, đôi giầy phanh phải được kéo ra khỏi trống khi phanh được nhả ra. Đây là lý do có một số lò xo. Các lò xo khác giúp giữ giày phanh tại chỗ và trả lại cánh tay điều chỉnh sau khi nó hoạt động.1 Phanh đĩa: Phanh đĩa có đĩa kim loại thay vì trống. Nó có má phanh phẳng nằm ở mỗi bên của đĩa.

Để làm chậm hoặc dừng xe, hai má phanh này được ép chặt vào đĩa quay hoặc rôto. Áp suất chất lỏng từ xi lanh chủ buộc các pít-tông heo dầu di chuyển vào. Hành động này đẩy các miếng ma sát của má phanh vào sát đĩa. Ma sát giữa má phanh và đĩa làm chậm và dừng đĩa.4 Kết cấu và nguyên lý làm việc của phanh tang trống: 2.1 Cơ cấu phanh guốc đối xứng trục: là cơ cấu phanh có hai guốc đối xứng qua trục thẳng đứng.

Có hai loại: Cơ cấu phanh có điểm đặt cố định riêng rẽ về một phía, các lực dẫn động bằng nhau. Sơ đồ cấu tạo: Hình 2.2: Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục có lực dẫn động bằng nhau 1. Xi lanh phanh sau Cơ cấu phanh loại này có hai chốt định vị cố định, có bố trí bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang trống, ở phía dưới khe hở được điều chỉnh bằng cam ép hoặc bằng cam lệch tâm. Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma sát các tấm ma sát có thể dài liên tục hoặc phân chia thành một số đoạn.

8 Đặc điểm của cơ cấu phanh loại này là có guốc xiết (Guốc bên trái) dài hơn guốc nhả (Guốc bên phải) với mục đích là để hai má phanh mòn đồng đều nhau trong quá trình sử dụng. Do áp lực guốc xiết lớn hơn guốc nhả. Nguyên lý làm việc: Khi người lái đạp phanh, dầu áp suất cao từ xi lanh chính qua các đường ống dẫn đến các xi lanh bánh xe, đẩy guốc phanh ép vào tang trống thực hiện quá trình phanh bánh xe. Do pit tông ở xi lanh bánh xe có đường kính như nhau lên lực tác dụng vào hai guốc trên một cơ cấu phanh là bằng nhau.

Khi người lái thôi tác dụng vào bàn đạp phanh, dầu phanh sẽ được hồi về bình dầu của xi lanh chính, dưới tác dụng kéo về của lò xo hồi vị, hai guốc phanh sẽ trở về vị trí ban đầu. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng: Ưu điểm: Hiệu quả phanh chiều tiến và chiều lùi là như nhau. Nhược điểm: Cơ cấu phanh không được cân bằng, các ổ trục bánh xe sẽ chịu các tải trọng phụ phát sinh khi phanh xe. Phạm vi sử dụng: Cơ cấu loại này được áp dụng với dẫn động phanh thủy lực, trên xe tải nhỏ và xe con.

Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng lẽ về một phía và guốc phanh có dịch chuyển góc như nhau: Sơ đồ cấu tạo: 9 Hình 2.3: Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục có lực dẫn động không bằng nhau. Đòn dẫn động cam 7. Bầu phanh Đặc điểm của cơ cấu phanh này là hai guốc có chiều dài bằng nhau. Do đó hiệu quả chiều tiến và chiều lùi là như nhau.

Nguyên lý làm việc: Khi thực hiện quá trình phanh, lực tác dụng vào bàn đạp thông qua dẫn động phanh làm quay cam phanh 5, ép guốc phanh 1 vào tang trống thực hiện quá trình phanh. Do cam phanh được làm đối xứng nhau qua tâm lên độ dich chuyển hai guốc phanh trên một cơ cấu phanh sẽ là như nhau. Khi thôi tác dụng phanh, cam phanh trở về vị trí ban đầu nhờ lò xo hồi vị trong bầu phanh 7 thông qua cam phanh 6 làm cho ma phanh tách khỏi trống phanh và kết thúc quá trình phanh. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng: Ưu điểm: Hiệu quả phanh chiều tiến và lùi là như nhau.

10 Sự cân bằng của cơ cấu phanh và mômen phanh do guốc trước và sau tạo ra sự ổn định chất lượng phanh. Nhược điểm: Do cam phanh có biên dạng là đường thân khai hoặc acximet nên điểm đặt lực đẩy không ổn định. Do đó trong quá trình phanh cam xoay sẽ nhanh mòn. Phạm vi sử dụng: Sử dụng rộng rãi trên xe tải cỡ lớn.2 Cơ cấu có guốc đối xứng qua tâm.

Sơ đồ cấu tạo: Hình 2.4: Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm. Pittông phanh sau Nguyên lý làm việc: Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh, dầu từ xi lanh chính qua các đường ống dẫn đến tác động vào các pittông ở xi lanh bánh xe, làm cho guốc phanh ép vào tang trống và thực hiện quá trình phanh. Khi người lái thôi tác dụng vào bàn đạp phanh, dầu từ xi lanh bánh sau được hồi về bình dầu của xi lanh chính, hai guốc phanh tách khỏi guốc phanh nhờ lò xo hồi vị và kết thúc quá trình phanh. Cơ cấu phanh loại này có đặc điểm là cả hai guốc phanh đều là má xiết khi phanh xe luc tiến và là má nhả khi phanh xe lúc lùi.

Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng: 11 Ưu điểm: Cơ cấu phanh cân bằng, độ mài mòn các má là như nhau. Hiệu quả phanh theo chiều tiến lớn hơn cơ cấu phanh đối xứng trục. Nhược điểm: Hiệu quả phanh giảm khi lùi. Phạm vi sử dụng: Dùng trên xe có tải trọng trung bình và cầu trước xe con.3 Cơ cấu phanh guốc loại bơi (Cơ cấu phanh tự cường hóa).

Sơ đồ cấu tạo: Hình 2.5: Cơ cấu phanh guốc loại bơi. Pittông phanh sau. Cơ cấu phanh loại bơi là cơ cấu có guốc phanh không tựa trên một chốt quay cố định mà cả hai đều tựa trên mặt tựa di động. Nguyên lý làm việc: Khi phanh, dầu áp suất cao sẽ đẩy các pittông của xi lanh bánh xe làm cho má phanh ép vào tang trống thực hiện quá trình phanh.