Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp ô tô và hệ thống giao thông đường bộ, phương tiện ô tô đóng vai trò huyết mạch trong việc vận chuyển hành khách và hàng hóa, đồng thời gia tăng nhanh chóng về số lượng phương tiện cá nhân tại Việt Nam. Đi đôi với sự gia tăng mật độ lưu thông phương tiện, số vụ tai nạn giao thông đường bộ cũng diễn biến phức tạp. Theo thống kê về các nguyên nhân tai nạn do trục trặc kỹ thuật và hư hỏng máy móc, sự cố mất an toàn từ hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn. Hệ thống phanh là cơ cấu an toàn chủ động quan trọng nhất trên xe, giữ nhiệm vụ giảm tốc độ, dừng hẳn chuyển động hoặc duy trì trạng thái đứng yên của ô tô trong mọi điều kiện vận hành.

Nhằm nâng cao hiệu quả phanh và giảm lực tác động của người lái, hệ thống phanh dẫn động thủy lực trợ lực chân không đã trở thành trang bị tiêu chuẩn và chiếm đa số trên các dòng xe du lịch và xe tải nhẹ tại Việt Nam. Tuy nhiên, việc giảng dạy, tiếp cận trực quan kết cấu và chẩn đoán hư hỏng của hệ thống này trong các cơ sở đào tạo kỹ thuật còn gặp nhiều hạn chế do thiếu mô hình thực hành chuyên sâu. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống phanh dẫn động thủy lực trợ lực chân không" được thực hiện tại Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh nhằm khảo sát lý thuyết, tính toán kiểm nghiệm kỹ thuật và chế tạo mô hình học cụ phục vụ đào tạo.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu, nguyên lý làm việc, phương pháp tính toán kiểm nghiệm động lực học - nhiệt ma sát của hệ thống phanh dẫn động thủy lực trợ lực chân không hai dòng; quy trình tháo lắp, bảo dưỡng và chẩn đoán hư hỏng.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm dựa trên các thông số kỹ thuật của dòng xe Ford Everest; thiết kế 2D bằng AutoCAD, mô hình hóa 3D trên phần mềm Solidworks và gia công chế tạo mô hình thực tế tại xưởng thực hành thuộc Viện Kỹ thuật HUTECH vào năm 2023.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh trên ô tô nói chung và hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không trên xe Ford Everest nói riêng.
  2. Hiểu rõ thành phần, phân loại và nguyên lý hoạt động của các chi tiết có trong hệ thống phanh thủy lực trên ô tô.
  3. So sánh được ưu nhược điểm của các hệ thống phanh.
  4. Thiết lập được quy trình chẩn đoán, sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống phanh.
  5. Nắm được phương pháp tìm kiếm tài liệu chuyên ngành, tìm mua các bộ phận, linh kiện trên ô tô và kỹ thuật gia công khung mô hình.
  6. Tự lên ý tưởng, thiết kế và lắp đặt mô hình hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không.
  7. Vận dụng cơ sở lý thuyết để chế tạo mô hình thực tế phục vụ học tập và nghiên cứu.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Tìm hiểu tổng quan hệ thống phanh trên ô tô.
  2. Tìm hiểu chuyên sâu hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không trên xe Ford Everest.
  3. Tìm kiếm, thu thập các nguồn tài liệu kỹ thuật chính thống và có độ chính xác cao từ nhà sản xuất.
  4. Đọc hiểu, phân tích sâu sắc các tài liệu chuyên ngành để phục vụ nội dung đồ án.
  5. Tìm kiếm, khảo sát và thu mua các bộ phận, cụm chi tiết cấu thành nên mô hình.
  6. Nghiên cứu tính toán, thiết kế kết cấu và lắp đặt hoàn chỉnh mô hình hệ thống phanh thủy lực.
  7. Vận hành thử nghiệm mô hình và xây dựng các bài tập thực hành ứng dụng trên mô hình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng nghiên cứu dựa trên lý thuyết động lực học phanh ô tô, cơ học tiếp xúc ma sát và nguyên lý truyền động thủy lực có trợ lực khí nén/chân không.

1. Khung lý thuyết và mô hình tính toán

  • Cơ sở động lực học quá trình phanh: Xác định mô-men phanh yêu cầu tại cầu trước ($M_{p1}$) và cầu sau ($M_{p2}$) thông qua phản lực pháp tuyến của mặt đường lên các trục ($Z_1, Z_2$), hệ số bám giữa lốp và mặt đường ($\phi$), hệ số biến dạng bán kính lốp ($\lambda$).
  • Mô hình tính toán mô-men phanh sinh ra:
    • Đối với cơ cấu phanh đĩa (cầu trước): Tính toán dựa trên lực ép thủy lực của pít-tông ($P = p \cdot \frac{\pi d^2}{4}$), bán kính trong ($R_1$) và bán kính ngoài ($R_2$) của bề mặt ma sát má phanh, hệ số ma sát ($\mu$).
    • Đối với cơ cấu phanh tang trống (cầu sau): Tính toán theo bán kính trống phanh ($r_t$), chiều rộng má phanh ($B$), góc ôm của má phanh ($\alpha$) và sự phân bố áp suất bề mặt ($p$).
  • Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh: Thiết lập phương trình gia tốc chậm dần cực đại ($j_{max}$), thời gian phanh hoàn toàn ($t_p = t_1 + t_2 + t_{p\min}$, với $t_1$ là thời gian chậm tác dụng, $t_2$ là thời gian tăng lực phanh, $t_{p\min}$ là thời gian phanh với lực cực đại) có tính đến hệ số ảnh hưởng của các khối lượng quay ($\delta_i$), và quãng đường phanh nhỏ nhất ($S_p$).
  • Kiểm nghiệm khả năng làm việc và độ bền nhiệt:
    • Công ma sát riêng ($l_{ms}$): Xác định dựa trên toàn bộ động năng của ô tô đầy tải trọng lượng $G$ phanh từ vận tốc $V_0$ triệt tiêu trên tổng diện tích má phanh $F_\Sigma$.
    • Áp suất bề mặt má phanh ($q, p$): Đánh giá mức độ chịu tải cơ học trên bề mặt ma sát.
    • Độ tăng nhiệt độ của trống phanh ($\Delta t_0$): Tính toán biến thiên nhiệt lượng hấp thụ bởi khối lượng các chi tiết bị nung nóng ($m_t$), nhiệt dung riêng của thép/gang ($C$), diện tích làm mát ($F_t$), hệ số truyền nhiệt ra không khí ($k_t$) và thời gian phanh ($t$).
  • Nguyên lý trợ lực chân không: Khai thác độ chênh lệch áp suất giữa áp suất khí quyển và độ chân không trong đường nạp động cơ tác dụng lên màng trợ lực để khuếch đại lực ép pít-tông xilanh chính (tăng áp suất dầu phanh lên khoảng gấp 2 lần).

2. Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thống kê, tổng hợp tài liệu: Thu thập và đối chiếu các tài liệu chuyên ngành cơ khí ô tô, cẩm nang sửa chữa kỹ thuật của các hãng xe, các nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước về hệ thống phanh.
  • Phương pháp tính toán kiểm nghiệm cơ học: Ứng dụng giải tích động lực học kỹ thuật để tính toán mô-men phanh, quãng đường phanh, tải trọng nhiệt và các thông số thủy lực dựa trên số liệu kỹ thuật dòng xe Ford Everest.
  • Phương pháp thiết kế và mô phỏng số: Sử dụng phần mềm CAD để xuất bản vẽ 2D chi tiết cơ cấu phanh, bầu trợ lực; sử dụng phần mềm Solidworks để xây dựng không gian 3D của hệ thống phanh và khung gá.
  • Phương pháp thực nghiệm - chế tạo: Gia công cơ khí khung giá đỡ, phục hồi và bố trí các cụm tổng phanh, trợ lực, xilanh bánh xe, cơ cấu phanh đĩa/guốc, hoàn thiện hệ thống đường ống và xả gió mạch thủy lực.

Thiết kế và triển khai hệ thống mô hình

Mô hình học cụ được thiết kế và chế tạo nhằm mô phỏng trực quan kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không hai dòng.

1. Kiến trúc hệ thống

  • Sơ đồ mạch thủy lực hai dòng độc lập: Bố trí mạch dẫn động tách biệt từ hai khoang của xilanh chính (tổng phanh kép) đến các bánh xe cầu trước và cầu sau. Kết cấu này đảm bảo khi một nhánh đường ống bị rò rỉ hoặc mất áp suất thì nhánh còn lại vẫn duy trì lực phanh để dừng xe an toàn.
  • Cụm tạo áp suất và trợ lực:
    • Xilanh chính kép: Thân đúc bằng gang, chứa hai pít-tông nhôm đúc với lò xo hồi vị độc lập, các cúp-pen cao su chịu dầu làm kín áp suất cao, có bố trí các cửa nạp dầu và cửa bù để triệt tiêu biến thiên thể tích do nhiệt độ dầu phanh.
    • Bộ trợ lực chân không kiểu màng: Gồm thân vỏ trợ lực, màng ngăn chia thành buồng áp suất không đổi (nối với đường nạp qua van một chiều) và buồng áp suất thay đổi, cụm thân van, van không khí, van chân không, lò xo màng và đĩa phản lực.
  • Cơ cấu phanh chấp hành:
    • Cơ cấu phanh trước (phanh đĩa): Gồm đĩa phanh thông gió gắn trên moay-ơ, càng phanh, cụm xilanh phanh đĩa, hai má phanh phẳng, chốt trượt dẫn hướng, bạc trượt, cao su chắn bụi, đệm chống ồn số 1, số 2 và tấm báo mòn cơ khí.
    • Cơ cấu phanh sau (phanh guốc/tang trống): Gồm trống phanh, hai guốc phanh có dán má phanh ma sát, lò xo hồi vị guốc phanh, lò xo giữ guốc, chốt giữ, thanh giằng phanh đỗ, cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má phanh và xilanh thủy lực bánh xe loại hai pít-tông.

2. Công cụ thiết kế và mô phỏng

  • Phần mềm CAD: Thiết lập các bản vẽ kỹ thuật 2D tiêu chuẩn phục vụ việc đo đạc, gia công chi tiết cơ khí và bố trí mặt bằng gá đặt cụm phanh đĩa, phanh tang trống, bầu trợ lực trên khung thép.
  • Phần mềm Solidworks: Thiết kế không gian 3D toàn bộ cụm chi tiết hệ thống phanh, mô phỏng các mối ghép lắp ráp cơ khí giữa bàn đạp, cần đẩy, bộ trợ lực và cơ cấu phanh tại các bánh xe.

3. Triển khai chế tạo và thử nghiệm thực tế

  • Gia công hệ thống khung đỡ bằng thép định hình vững chắc, có bánh xe di chuyển tiện lợi trong phòng thí nghiệm.
  • Bố trí và cố định bàn đạp phanh, cụm trợ lực chân không kết nối với xilanh chính kép.
  • Đấu nối hệ thống đường ống dẫn dầu bằng kim loại chịu áp lực cao và các ống cao su mềm dẫn đến cụm phanh đĩa cầu trước và phanh tang trống cầu sau.
  • Thực hiện quy trình nạp dầu phanh tiêu chuẩn, xả bọt khí (xả e) trên toàn bộ hệ thống mạch dầu và kiểm tra độ kín khít thủy lực.
  • Kiểm tra hoạt động cơ học của cơ cấu phanh đỗ (phanh tay) dẫn động bằng dây cáp cơ khí đến cơ cấu phanh guốc cầu sau.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu đề tài

  • Trình bày tính cấp thiết của đề tài gắn liền với thực trạng tai nạn giao thông do sự cố hệ thống phanh và nhu cầu cấp bách trong đào tạo thực hành ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.
  • Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:
    • Nghiên cứu ngoài nước: Phân tích công trình "Wheel slip control with moving sliding surface for traction control system" của K. SunWoo (Đại học Hanyang, Hàn Quốc, 2004) ứng dụng phần mềm Matlab - Simulink mô phỏng điều khiển trượt bánh xe thử nghiệm trên xe điện nhỏ (electric kart).
    • Nghiên cứu trong nước: Đề tài luận án tiến sĩ của NCS. Dương Tuấn Tùng về nâng cao hiệu quả thu hồi năng lượng phanh tái sinh trên ô tô sử dụng thuật toán tối ưu hóa bầy đàn (PSO), giúp cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu từ 10,49% đến 24,44%; Nghiên cứu của nhóm tác giả Vũ Đức Nguyên và cộng sự (Đại học Công nghiệp Hà Nội) sử dụng thiết bị đo động lực học Kistler thực nghiệm trên xe Toyota Vios; Nghiên cứu của Ngô Duy Song về so sánh và tối ưu hóa hệ thống phanh trên đường cao tốc.
  • Công bố mục tiêu, 7 nhiệm vụ nghiên cứu, phương pháp thực hiện và cấu trúc 6 chương của đồ án.

Chương 2: Tổng quan về hệ thống phanh

  • Phân tích chức năng hệ thống phanh: Giảm tốc độ, dừng hẳn phương tiện, giữ cố định xe khi dừng đỗ và đảm bảo an toàn trong các tình huống khẩn cấp.
  • Tổng hợp phân loại hệ thống phanh ô tô theo nhiều tiêu chí kỹ thuật:
    • Theo công dụng: Phanh chính (phanh chân), phanh dừng (phanh tay), phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, phanh thủy lực, phanh điện từ).
    • Theo kết cấu cơ cấu phanh: Hệ thống phanh guốc (tang trống) và hệ thống phanh đĩa.
    • Theo dạng dẫn động: Dẫn động cơ khí, thủy lực, khí nén, kết hợp khí nén - thủy lực, dẫn động có cường hóa (trợ lực).
    • Theo khả năng điều chỉnh và hỗ trợ điện tử: Hệ thống phanh trang bị bộ điều hòa lực phanh, hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS), hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), hệ thống hỗ trợ phanh gấp (BAS), hệ thống cân bằng điện tử (ESP) và hệ thống kiểm soát lực kéo (ETS).
  • Xác lập các yêu cầu kỹ thuật: Hiệu quả phanh cao (quãng đường phanh ngắn nhất, gia tốc phanh cực đại), quá trình phanh êm dịu, lực điều khiển trên bàn đạp nhẹ nhàng, độ nhạy cao, khả năng thoát nhiệt tốt và đảm bảo hoạt động độc lập giữa phanh chính và phanh dừng.

Chương 3: Phân tích hệ thống phanh dẫn động thủy lực trợ lực chân không

  • Phân tích chi tiết đặc tính mạch dẫn động thủy lực một dòng và hai dòng (sơ đồ trước - sau, sơ đồ chéo, sơ đồ phân nhánh).
  • Trình bày kết cấu và nguyên lý làm việc của xilanh phanh chính kép (tổng phanh) qua 3 trạng thái: Khi không phanh (cửa bù và cửa nạp thông với bình chứa), khi đạp phanh (cúp-pen đóng kín cửa bù, pít-tông 1 và pít-tông 2 nén dầu tạo áp suất cao đến các xilanh bánh xe), và khi nhả phanh (lò xo đẩy pít-tông hồi vị, dầu hồi về qua cửa bù để ổn định áp suất).
  • Phân tích chi tiết kết cấu và 5 trạng thái làm việc của bộ trợ lực chân không:
    1. Khi không tác động phanh: Van khí đóng, van chân không mở, hai buồng đều duy trì độ chân không từ đường nạp động cơ, màng trợ lực bị lò xo đẩy về bên phải.
    2. Khi đạp phanh: Cần điều khiển đẩy van khí mở, không khí tràn vào buồng áp suất thay đổi tạo độ chênh áp suất đẩy màng và đĩa phản lực sang trái, hỗ trợ đẩy pít-tông xilanh chính.
    3. Trạng thái giữ phanh: Van khí và van chân không cùng đóng kín, duy trì độ chênh áp ổn định và giữ nguyên lực phanh.
    4. Trạng thái trợ lực tối đa: Van khí mở cực đại, buồng áp suất thay đổi nạp đầy khí quyển, lực trợ lực đạt giá trị lớn nhất.
    5. Khi không có chân không (động cơ tắt máy hoặc hỏng mạch chân không): Cần điều khiển truyền lực thuần cơ khí trực tiếp đẩy pít-tông xilanh chính; hệ thống vẫn hoạt động nhưng bàn đạp phanh rất nặng.
  • Xây dựng bảng chẩn đoán hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục kỹ thuật cho hệ thống phanh thủy lực.
  • Thiết lập quy trình kỹ thuật tháo lắp cơ cấu phanh đĩa bánh trước (12 bước chi tiết) và cơ cấu phanh guốc bánh sau có sử dụng các dụng cụ chuyên dùng SST (SST 09921-00010 để tháo lò xo hồi vị guốc phanh và SST 09718-00011 để tháo chốt/lò xo giữ guốc phanh).

Chương 4: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh dẫn động thủy lực trợ lực chân không dựa trên dòng xe Ford Everest

  • Đặt mục đích tính toán kiểm nghiệm nhằm xác định tính năng kỹ thuật, độ tin cậy và an toàn chuyển động của hệ thống phanh trên xe tham chiếu.
  • Tính toán mô-men phanh yêu cầu ở cầu trước ($M_{p1}$) và cầu sau ($M_{p2}$) phù hợp với tải trọng phân bố và khả năng bám của lốp với mặt đường.
  • Tính toán mô-men phanh thực tế có thể sinh ra bởi cơ cấu phanh đĩa phía trước và cơ cấu phanh tang trống phía sau để kiểm tra điều kiện an toàn.
  • Tính toán xác định các chỉ tiêu động lực học phanh: Gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian phanh hoàn toàn ($t_p$) và quãng đường phanh nhỏ nhất ($S_p$).
  • Kiểm nghiệm các thông số vận hành của cơ cấu phanh:
    • Tính toán công ma sát riêng ($l_{ms}$) của toàn bộ các má phanh.
    • Tính toán áp suất phân bố ($p, q$) trên bề mặt tiếp xúc của má phanh đĩa và má phanh tang trống.
    • Kiểm tra sự gia tăng nhiệt độ ($\Delta t_0$) của trống phanh/đĩa phanh khi thực hiện quá trình phanh ngặt từ tốc độ cao.

Chương 5: Xây dựng mô hình thực tế của hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không

  • Hiện thực hóa các bản vẽ kỹ thuật 2D và mô hình 3D từ các phần mềm chuyên dụng thành sản phẩm vật lý.
  • Tiến hành lựa chọn, kiểm tra chất lượng các chi tiết thực tế: Cụm tổng phanh, bầu trợ lực chân không, cùm phanh đĩa, cụm tang trống má phanh guốc, hệ thống bàn đạp và đường ống thủy lực.
  • Chế tạo khung gá lắp, liên kết các cụm chi tiết thành một hệ thống phanh hoàn chỉnh hoạt động được như trên xe thực tế.
  • Bố trí các vị trí đo kiểm và xây dựng phương án thực hành tháo lắp, kiểm tra chẩn đoán hư hỏng trực tiếp trên mô hình học cụ.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

  • Tổng kết toàn diện các kết quả đạt được từ việc nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế đến chế tạo mô hình thực nghiệm.
  • Đánh giá các ưu điểm và hạn chế kỹ thuật của mô hình học cụ đã chế tạo.
  • Định hướng mở rộng, phát triển đề tài phục vụ nghiên cứu và giảng dạy chuyên sâu.

Kết quả và đóng góp

1. Bảng tổng hợp hiện tượng hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục

Hiện tượng hư hỏng Nguyên nhân kỹ thuật Biện pháp khắc phục
Phanh không ăn - Guốc phanh, má phanh mòn quá giới hạn
- Hệ thống bị rò rỉ dầu phanh
- Xilanh tổng phanh hoặc xilanh con bị hỏng
- Lọt khí (e) trong hệ thống thủy lực
- Cơ cấu tự điều chỉnh khe hở má phanh bị hỏng		 - Thay thế guốc phanh, má phanh mới
- Sửa chữa vị trí rò rỉ, siết lại đường ống
- Sửa chữa hoặc thay mới xilanh tổng phanh, xilanh con
- Tiến hành xả bọt khí trong hệ thống
- Sửa chữa hoặc thay thế cơ cấu điều chỉnh
Bó phanh - Phanh tay điều chỉnh sai
- Dây cáp phanh bị kẹt, tuột
- Đầu cần trợ lực chân không sai lệch điều chỉnh
- Lò xo hồi vị guốc phanh bị gãy hoặc hỏng
- Pít-tông xilanh phanh bị kẹt		 - Điều chỉnh lại phanh dừng và tổng phanh
- Sửa chữa hoặc thay thế dây cáp phanh
- Chỉnh lại chiều dài đầu cần trợ lực chân không
- Thay mới lò xo hồi vị
- Sửa chữa, vệ sinh hoặc thay thế xilanh phanh
Phanh hai bên ăn không đều - Áp suất lốp không đúng tiêu chuẩn
- Guốc phanh, má phanh dính dầu mỡ
- Guốc phanh bị vặn, mòn trơn lỳ
- Trống phanh hoặc đĩa phanh bị méo, biến dạng
- Xilanh phanh bánh xe một bên bị hỏng, kẹt pít-tông		 - Bơm lốp đúng áp suất quy định
- Vệ sinh làm sạch hoặc thay thế má phanh
- Thay guốc phanh mới
- Gia công láng lại hoặc thay đĩa/trống phanh
- Bảo dưỡng, sửa chữa hoặc thay xilanh con
Đạp phanh nặng nhưng không hiệu quả - Dầu mỡ dính vào bề mặt ma sát má phanh
- Má phanh, guốc phanh trơn lỳ do quá nhiệt
- Hộp trợ lực phanh chân không bị hỏng, rách màng
- Pít-tông xilanh phanh bị kẹt		 - Tẩy rửa làm sạch hoặc thay má phanh mới
- Thay thế má phanh, láng lại trống phanh
- Kiểm tra, sửa chữa hoặc thay bầu trợ lực chân không
- Sửa chữa, bôi trơn pít-tông xilanh
Khi phanh có tiếng ồn cọ sát, lạch cạch hoặc ken két - Má phanh mòn trơ đinh tán/tấm chỉ thị mòn cọ vào đĩa
- Khớp nối guốc phanh khô mỡ, bu lông giữ mâm phanh lỏng
- Thiếu hoặc hỏng tấm đệm chống rít má phanh
- Ổ bi bánh xe hỏng hoặc ống dẫn hướng bị mòn		 - Thay má phanh mới, gia công lại đĩa/trống phanh
- Tra mỡ chuyên dụng, siết chặt các bu lông định vị
- Lắp bổ sung hoặc thay mới tấm đệm chống rít
- Thay thế bạc dẫn hướng, bảo dưỡng ổ bi bánh xe

2. Đóng góp khoa học và thực tiễn của đồ án

  • Về mặt học thuật và tính toán: Đồ án đã tổng hợp và hệ thống hóa chuỗi công thức tính toán kiểm nghiệm hoàn chỉnh cho hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không trên ô tô; thiết lập mối quan hệ giữa áp suất dầu, lực đạp bàn đạp và hiệu quả bám đường của dòng xe Ford Everest.
  • Về mặt công nghệ và đào tạo:
    • Thiết kế và chế tạo thành công mô hình học cụ vật lý hoàn chỉnh, thể hiện đầy đủ cấu tạo không gian và nguyên lý vận hành của hệ thống phanh dẫn động hai dòng.
    • Chuẩn hóa quy trình chẩn đoán các pan bệnh thực tế và hướng dẫn chi tiết quy trình 12 bước tháo lắp cơ cấu phanh đĩa/guốc bằng dụng cụ chuyên dụng SST, hỗ trợ trực tiếp cho sinh viên trong các môn học thực hành chuyên ngành ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án:

    • Mô hình học cụ tập trung vào hệ thống phanh cơ - thủy lực thuần túy có trợ lực chân không truyền thống, chưa tích hợp các bộ chấp hành điện tử của hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) hay cân bằng điện tử (ESP).
    • Quá trình kiểm nghiệm động lực học và nhiệt độ ma sát chủ yếu được thực hiện qua tính toán giải tích lý thuyết và kiểm tra trên mô hình tĩnh, chưa có điều kiện thử nghiệm biến thiên tải trọng động thực tế ở tốc độ cao trên đường.

  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

    • Nâng cấp và tích hợp thêm cụm chấp hành thủy lực điện tử ABS/EBD và hộp điều khiển ECU lên mô hình để phục vụ giảng dạy các hệ thống an toàn hiện đại.
    • Lắp đặt thêm các cảm biến áp suất dầu phanh điện tử, cảm biến hành trình bàn đạp và cảm biến tốc độ bánh xe kết nối với vi điều khiển/máy tính để thu thập dữ liệu thời gian thực.
    • Thiết kế bảng tạo pan lỗi (panbox) giả lập các sự cố về mạch điện, rò rỉ thủy lực hoặc mất chân không phục vụ công tác thi và kiểm tra kỹ năng chẩn đoán của sinh viên.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích dành cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô và Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh, công thức tính toán mô-men phanh, công ma sát riêng và độ tăng nhiệt độ trống phanh trong đồ án môn học Thiết kế tính toán ô tô và Đồ án tốt nghiệp.
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Có thể sử dụng đồ án làm tài liệu hướng dẫn xây dựng bài giảng thực hành, quy trình tháo lắp chuẩn mực với dụng cụ SST và phương pháp chẩn đoán pan bệnh hệ thống phanh tại xưởng thực hành.
  • Kỹ thuật viên sửa chữa ô tô: Tham khảo bảng tổng hợp nguyên nhân - biện pháp khắc phục sự cố hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không và các bước căn chỉnh chiều dài cần đẩy, van trợ lực.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống phanh dẫn động thủy lực hai dòng có ưu điểm gì vượt trội so với hệ thống phanh một dòng?
Trả lời: Hệ thống phanh dẫn động thủy lực hai dòng sử dụng xilanh chính kép có hai buồng chứa và hai đường ống dẫn dầu độc lập ra các cầu hoặc theo đường chéo. Khi một dòng bị rò rỉ dầu hoặc mất áp suất do sự cố kỹ thuật, dòng còn lại vẫn duy trì khả năng tạo áp lực phanh lên các bánh xe liên quan, đảm bảo phương tiện vẫn dừng lại được và duy trì tính an toàn cao, trong khi hệ thống một dòng sẽ mất hoàn toàn tác dụng phanh nếu xảy ra rò rỉ.

2. Bộ trợ lực phanh chân không hoạt động như thế nào khi người lái không đạp phanh và khi đạp phanh tối đa?
Trả lời:

  • Khi không đạp phanh: Van không khí đóng lại ngăn khí quyển, van chân không mở ra làm thông buồng áp suất không đổi với buồng áp suất thay đổi; do cả hai buồng cùng có độ chân không (áp suất bằng nhau) nên lò xo màng đẩy pít-tông trợ lực về vị trí ban đầu bên phải.
  • Khi đạp phanh tối đa: Cần điều khiển kéo van không khí mở hoàn toàn khỏi van điều khiển, không khí bên ngoài tràn ngập buồng áp suất thay đổi; độ chênh áp giữa hai buồng đạt cực đại sinh ra lực cường hóa lớn nhất đẩy pít-tông xilanh chính sang trái để tăng áp suất dầu phanh.

3. Khi hệ thống mất hoàn toàn nguồn chân không (động cơ tắt máy hoặc hỏng van), phanh xe có còn hoạt động không?
Trả lời: Phanh xe vẫn duy trì hoạt động. Khi mất chân không, người lái đạp phanh thì cần điều khiển van sẽ tiến về bên trái tác động trực tiếp lên van không khí, đĩa phản hồi và cần đẩy bộ trợ lực để nén pít-tông xilanh chính tạo áp suất dầu. Tuy nhiên, do không có lực trợ lực từ độ chênh áp suất nên người lái sẽ cảm thấy bàn đạp phanh rất nặng và phải dùng lực đạp cơ học lớn hơn nhiều để dừng xe.

4. Các chỉ tiêu nào được sử dụng trong đồ án để đánh giá độ bền và khả năng làm việc của cơ cấu phanh?
Trả lời: Đồ án sử dụng 3 chỉ tiêu kỹ thuật chính:

  1. Công ma sát riêng ($l_{ms}$): Đánh giá mức năng lượng ma sát trên một đơn vị diện tích má phanh khi triệt tiêu toàn bộ động năng của xe đầy tải từ vận tốc ban đầu.
  2. Áp suất trên bề mặt má phanh ($p, q$): Kiểm tra giới hạn ứng suất nén tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của đĩa và má phanh.
  3. Độ tăng nhiệt độ của trống phanh ($\Delta t_0$): Đánh giá nhiệt lượng hấp thụ của trống phanh/chi tiết nung nóng so với môi trường xung quanh nhằm tránh hiện tượng chai cứng hoặc suy giảm ma sát do quá nhiệt.

5. Dụng cụ chuyên dùng SST nào được nhóm tác giả sử dụng trong quy trình tháo cơ cấu phanh guốc phía sau?
Trả lời: Nhóm tác giả sử dụng hai mã dụng cụ chuyên dụng: mã SST 09921-00010 dùng để tách lò xo hồi vị guốc phanh ra khỏi guốc phanh phía trước; mã SST 09718-00011 dùng để tháo nắp lò xo giữ guốc phanh, lò xo, chốt định vị và guốc phanh.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống phanh dẫn động thủy lực trợ lực chân không" đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu từ tổng quan lý thuyết, phân tích kết cấu đến tính toán kiểm nghiệm động lực học và nhiệt cơ học trên dòng xe Ford Everest. Thông qua việc ứng dụng các phần mềm AutoCAD và Solidworks, nhóm tác giả đã thiết kế và gia công chế tạo thành công mô hình học cụ vật lý hoàn chỉnh, mô phỏng chuẩn xác hoạt động của mạch phanh thủy lực hai dòng có trợ lực chân không. Công trình mang lại giá trị thực tiễn cao, đóng góp một mô hình đào tạo trực quan kèm quy trình tháo lắp, chẩn đoán hư hỏng chi tiết phục vụ hiệu quả cho công tác giảng dạy và học tập chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.