Thiết Kế Hệ Thống Phanh Trên Xe Audi Q5 2015

Khám phá thiết kế hệ thống phanh trên xe Audi Q5, từ công nghệ tiên tiến đến hiệu suất an toàn, mang lại trải nghiệm lái tuyệt vời.

• Tác giả: Bùi Thế Kiệt
• Người hướng dẫn: TS. Trần Văn Lợi
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Cơ khí ô tô
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Phanh Ô Tô Trên Xe Audi Q5 2015
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE AUDI Q5 2015
• 1.1. Giới thiệu xe Audi Q5 2015
• 1.2. Tổng quan về hệ thống phanh trên xe du lịch
• 1.3. Trợ lực phanh
• 1.4. Dẫn động phanh
• 1.5. Điều khiển phanh
• 1.6. Kết cấu hệ thống phanh trên xe Audi Q5 2015
• 1.7. Bố trí hệ thống phanh trên xe Audi Q5 2015
• 1.8. Bộ trợ lực phanh
• 1.9. Lựa chọn phương án thiết kế
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN CƠ SỞ AUDI Q5
• 2.1. Các thông số kỹ thuật của xe Audi Q5 2015
• 2.2. Xác định momen phanh cần thiết
• 2.3. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh
• 2.4. Xác định thông số cơ bản của cơ cấu phanh
• 2.5. Xác định lực ép cần thiết
• 2.6. Tính toán kiểm tra khả năng làm việc của cơ cấu phanh
• 2.7. Kiểm tra công ma sát riêng L
• 2.8. Áp suất lên bề mặt má phanh
• 2.9. Kiểm tra sự tăng nhiệt độ của má phanh
• 2.10. Tính toán thiết kế dẫn động phanh
• 2.11. Tính toán xylanh phanh bánh xe
• 2.12. Tính toán đường kính xy lanh chính
• 2.13. Tính toán hành trình của bàn đạp phanh
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT TRÊN BỀ MẶT ĐĨA PHANH TRONG QUÁ TRÌNH PHANH BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS
• 3.1. Mô phỏng chi tiết 3D
• 3.2. Thực hiện mô phỏng quá trình gia nhiệt trên bề mặt đĩa phanh
• 3.3. Kết quả mô phỏng
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống phanh ô tô Audi Q5 2015

Hệ thống phanh trên xe Audi Q5 2015 là một trong những yếu tố quan trọng nhất đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách. Với công nghệ phanh hiện đại, hệ thống này không chỉ giúp giảm tốc độ mà còn duy trì sự ổn định khi xe di chuyển. Hệ thống phanh của Audi Q5 2015 bao gồm phanh đĩa ở cả hai đầu, tích hợp các công nghệ như ABS và ESP, mang lại hiệu suất phanh tối ưu. Việc thiết kế hệ thống phanh không chỉ dựa vào các thông số kỹ thuật mà còn phải xem xét đến điều kiện vận hành thực tế và yêu cầu an toàn cao nhất.

1.1. Giới thiệu về xe Audi Q5 2015

Audi Q5 2015 được trang bị động cơ TFSI 2.0L, mang lại hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu. Hệ thống phanh của xe được thiết kế để đảm bảo an toàn tối đa trong mọi điều kiện lái xe.

1.2. Các thành phần chính của hệ thống phanh

Hệ thống phanh bao gồm các bộ phận như cơ cấu phanh, trợ lực phanh, dẫn động phanh và hệ thống điều khiển. Mỗi bộ phận đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất phanh.

II. Thách thức trong thiết kế hệ thống phanh ô tô Audi Q5 2015

Thiết kế hệ thống phanh cho Audi Q5 2015 đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm việc đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất trong các tình huống khẩn cấp. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và độ ma sát đều ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của hệ thống phanh. Việc lựa chọn vật liệu và công nghệ phù hợp cũng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống phanh hoạt động hiệu quả và bền bỉ.

2.1. Vấn đề về nhiệt độ trong quá trình phanh

Nhiệt độ cao có thể làm giảm hiệu suất phanh, dẫn đến hiện tượng mất phanh. Việc kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn khi lái xe.

2.2. Độ ma sát và hiệu suất phanh

Độ ma sát giữa má phanh và đĩa phanh ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phanh. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp giúp tối ưu hóa hiệu suất phanh.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống phanh ô tô Audi Q5 2015

Quá trình thiết kế hệ thống phanh cho Audi Q5 2015 bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc xác định thông số kỹ thuật đến tính toán các lực tác động. Các phương pháp hiện đại như mô phỏng 3D và phân tích nhiệt cũng được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế. Việc sử dụng công nghệ phanh hiện đại như phanh ABS và phanh điện tử giúp nâng cao hiệu suất và độ an toàn cho hệ thống phanh.

3.1. Tính toán các thông số kỹ thuật

Việc xác định các thông số kỹ thuật như momen phanh và lực ép cần thiết là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống phanh hoạt động hiệu quả.

3.2. Mô phỏng quá trình gia nhiệt trên bề mặt đĩa phanh

Mô phỏng quá trình gia nhiệt giúp đánh giá hiệu suất của hệ thống phanh trong các điều kiện khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống phanh ô tô Audi Q5 2015

Hệ thống phanh trên Audi Q5 2015 không chỉ được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn mà còn mang lại trải nghiệm lái xe thoải mái và an toàn. Các công nghệ như phanh ABS và ESP giúp kiểm soát lực phanh và ổn định xe trong các tình huống khẩn cấp. Việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế hệ thống phanh cũng giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống.

4.1. Hiệu suất phanh trong điều kiện thực tế

Hệ thống phanh của Audi Q5 2015 đã được kiểm tra và chứng minh hiệu suất trong các điều kiện lái xe khác nhau, từ đường phố đến đường cao tốc.

4.2. Đánh giá độ an toàn của hệ thống phanh

Các thử nghiệm an toàn cho thấy hệ thống phanh của Audi Q5 2015 đáp ứng tốt các tiêu chuẩn an toàn quốc tế, đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách.

V. Kết luận về thiết kế hệ thống phanh ô tô Audi Q5 2015

Thiết kế hệ thống phanh cho Audi Q5 2015 là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa công nghệ hiện đại và các tiêu chuẩn an toàn cao. Hệ thống phanh không chỉ đảm bảo hiệu suất mà còn góp phần nâng cao trải nghiệm lái xe. Tương lai của hệ thống phanh ô tô sẽ tiếp tục phát triển với các công nghệ mới, hứa hẹn mang lại sự an toàn và hiệu quả hơn nữa.

5.1. Tương lai của công nghệ phanh ô tô

Công nghệ phanh ô tô sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các hệ thống phanh tự động và thông minh, giúp nâng cao độ an toàn và hiệu suất.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực hệ thống phanh là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về an toàn và hiệu suất trong ngành công nghiệp ô tô.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam, chủ trương gia tăng tỷ lệ nội địa hóa và tiến tới tự chủ nghiên cứu, chế tạo các dòng xe thương mại đòi hỏi việc tiếp cận sâu vào thiết kế từng cụm chi tiết và hệ thống an toàn. Hệ thống phanh giữ vai trò quyết định đến tính mạng người ngồi trên xe và an toàn giao thông khi xe vận hành ở dải tốc độ cao, đồng thời trực tiếp tác động đến năng suất vận chuyển của phương tiện. Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật đó, đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Cơ khí ô tô của tác giả Bùi Thế Kiệt (Trường Đại học Giao thông Vận tải, hướng dẫn bởi TS. Trần Văn Lợi, năm 2023) tập trung vào đề tài: "Thiết kế hệ thống phanh ô tô con trên cơ sở xe AUDI Q5 2015".

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

1. Nghiên cứu tổng quan đặc tính kỹ thuật của xe cơ sở Audi Q5 2015 và kết cấu các cụm chi tiết trong hệ thống phanh ô tô du lịch hiện đại.
2. Lựa chọn phương án bố trí hệ thống phanh phù hợp với dòng xe thể thao đa dụng (SUV).
3. Xác định mô-men phanh cần thiết, tính toán kích thước hình học cơ cấu phanh trước và phanh sau.
4. Kiểm nghiệm khả năng làm việc của cơ cấu phanh thông qua công ma sát riêng, áp suất trên bề mặt má phanh và độ tăng nhiệt độ.
5. Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực, bao gồm xy lanh công tác bánh xe, xy lanh phanh chính và hành trình làm việc của bàn đạp phanh.
6. Xây dựng mô hình 3D đĩa phanh và thiết lập bài toán mô phỏng số phân bố nhiệt độ quá độ trên bề mặt đĩa phanh bằng phần mềm SolidWorks.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phanh đĩa dẫn động thủy lực trợ lực chân không trang bị trên xe du lịch gầm cao. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung vào cụm cơ cấu phanh tại các bánh xe và mạch dẫn động thủy lực bố trí trên khung gầm xe Audi Q5 2015 (động cơ TFSI 2.0L, hệ dẫn động 4 bánh Quattro). Phạm vi nghiên cứu về mặt thời gian khảo sát quá trình phanh ngặt từ vận tốc cao nhất đến khi dừng hẳn trong khoảng thời gian 6 giây.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Hệ thống tính toán trong đồ án được xây dựng trên cơ sở lý thuyết động lực học ô tô khi phanh và lý thuyết truyền nhiệt trong ma sát cơ khí:

• Khung lý thuyết động lực học: Sử dụng phương trình cân bằng mô-men của các lực tác dụng lên ô tô khi phanh (trọng lượng toàn tải, phản lực pháp tuyến từ mặt đường, lực quán tính phát sinh khi giảm tốc) nhằm xác định phản lực tiếp tuyến cực đại theo điều kiện bám.
• Khung lý thuyết nhiệt ma sát: Ứng dụng định luật bảo toàn năng lượng, coi toàn bộ động năng chuyển động của xe khi phanh được chuyển hóa thành công ma sát và nhiệt năng nung nóng các đĩa phanh.
• Phương pháp tính toán giải tích: Sử dụng các công thức kinh nghiệm và tiêu chuẩn ngành cơ khí ô tô để xác định kích thước đĩa phanh, bề rộng dải ma sát, bán kính ma sát trung bình, góc ôm của tấm ma sát, lực ép của piston và đường kính các xy lanh thủy lực.
• Phương pháp kiểm nghiệm độ bền - nhiệt: Đánh giá độ tin cậy của cơ cấu phanh dựa trên ba chỉ tiêu giới hạn: công ma sát riêng $L \le [L]$, áp suất tiếp xúc bề mặt má phanh $q \le [q]$ và độ tăng nhiệt độ trong một lần phanh ngặt $\Delta T \le [\Delta T]$.
• Phương pháp mô phỏng số: Ứng dụng mô-đun SolidWorks Simulation Thermal thực hiện phân tích nhiệt quá độ (Transient Thermal Analysis), áp dụng phương trình dẫn nhiệt và các điều kiện biên đối lưu môi trường kết hợp thông lượng nhiệt ma sát (Heat Flux).

Nguồn dữ liệu tính toán được trích xuất từ thông số kỹ thuật của xe cơ sở Audi Q5 2015 (kết hợp các thông số đối chiếu của dòng SUV tham chiếu Lexus GX460 2016 được tác giả sử dụng làm căn cứ tính toán phụ trợ) cùng các hằng số vật liệu gang xám, thép và dầu phanh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan và kết cấu của hệ thống phanh trên xe Audi Q5 2015

Chương này trình bày lý lịch kỹ thuật của xe Audi Q5 2015, tổng quan cấu tạo các hệ thống phanh ô tô du lịch và phân tích chi tiết kết cấu cụm phanh nguyên bản trên xe cơ sở. Xe trang bị động cơ xăng 2.0L TFSI (Turbocharged Fuel Stratified Injection, I4 DOHC), công suất cực đại 211 hp tại 4.300 vòng/phút, mô-men xoắn lớn nhất 258 Nm, hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian Quattro AWD và hộp số tự động (tác giả đề cập phiên bản S tronic 7 cấp và Tiptronic 8 cấp).

Thông số kỹ thuật xe Audi Q5 2015	Giá trị theo văn bản	Đơn vị
Kích thước bao (Dài x Rộng x Cao)	4.653 x 1.880 x 1.653 (hoặc 4.629 x 1.880 x 1.653)	mm
Chiều dài cơ sở ($L$)	2.807	mm
Khoảng sáng gầm xe	200	mm
Trọng lượng không tải	1.865	kg
Trọng lượng toàn tải ($G$)	2.445	kg
Phân bố tải trọng tĩnh (Cầu trước / Cầu sau)	1.222,5 / 1.222,5	kg
Chiều cao trọng tâm ($h_g$)	500	mm
Vết bánh xe (Trước / Sau)	1.617 / 1.617	mm
Quy cách lốp	235/60R18 (tính toán) hoặc 235/60R19	-
Vận tốc tối đa	210	km/h
Dung tích bình nhiên liệu	75	lít

Về mặt kết cấu, tác giả so sánh ưu nhược điểm của phanh tang trống và phanh đĩa (loại giá đỡ cố định và loại giá đỡ di động), phân tích các kiểu trợ lực chân không và trợ lực thủy lực. Xe Audi Q5 2015 tích hợp các hệ thống điều khiển điện tử gồm: chống bó cứng phanh (ABS), phân phối lực phanh điện tử (EBD), kiểm soát lực kéo (TRC/ASR), cân bằng điện tử (ESC), khóa vi sai điện tử (EDS) và hỗ trợ phanh khẩn cấp (EBA/BAS). Cụm xy lanh chính là loại xy lanh kép làm bằng gang mài bóng với piston hợp kim nhôm. Bộ trợ lực chân không sử dụng màng ngăn tạo chênh áp giữa buồng chân không và buồng áp suất khí quyển. Cơ cấu phanh ở cả bốn bánh đều dùng dạng đĩa với ngàm phanh kiểu giá đỡ di động (floating caliper); trong đó đĩa phanh trước có rãnh thông gió ở giữa để tản nhiệt, còn đĩa phanh sau chế tạo dạng đặc do chịu tải trọng phanh nhỏ hơn.

Trên cơ sở phân tích, tác giả lựa chọn phương án thiết kế cho xe:

• Dẫn động phanh: Thủy lực hai dòng độc lập kết hợp trợ lực chân không đồng trục.
• Điều hòa lực phanh: Tích hợp hệ thống điều khiển điện tử ABS/ESC.
• Cơ cấu phanh: Phanh đĩa có giá đỡ di động cho cả bánh trước và bánh sau.

Chương 2: Tính toán thiết kế hệ thống phanh trên cơ sở Audi Q5

Nội dung chương 2 tập trung vào việc giải các bài toán động lực học và tính toán kích thước cơ cấu phanh:

• Bán kính động lực học bánh xe: Xác định từ lốp 235/60R18 với bề rộng $B = 235$ mm, chiều cao $H = 0,6 \times 235 = 141$ mm, vành $d_{v} = 18$ inch ($457,2$ mm). Bán kính thiết kế bánh xe đạt xấp xỉ $369,6$ mm; với hệ số biến dạng lốp áp suất thấp $\lambda = 0,93$, bán kính động lực học được đưa vào tính toán mô-men phanh.
• Xác định mô-men phanh cần thiết: Thiết lập phương trình cân bằng mô-men tại điểm tiếp xúc lốp - mặt đường với gia tốc chậm dần lớn nhất và hệ số bám $\varphi = 0,8$. Do tải trọng toàn tải $2.445$ kg phân bố đều trên hai cầu ở trạng thái tĩnh ($1.222,5$ kg mỗi cầu), lực quán tính khi phanh làm gia tăng tải trọng động lên cầu trước, từ đó tính ra mô-men phanh yêu cầu ở bánh trước lớn hơn bánh sau.
• Xác định kích thước cơ cấu phanh đĩa:
  • Cơ cấu phanh trước: Bán kính ngoài tấm ma sát $R_n$, bán kính trong $R_t$, bán kính trung bình ma sát $R_{tb}$, bề dày đĩa phanh chọn $\delta = 20$ mm, khe hở má phanh $\delta_{x1} = 0,1$ mm, bề rộng dải ma sát $e = 43,5$ mm và góc ôm má phanh $\alpha$.
  • Cơ cấu phanh sau: Tính toán các bán kính $R_n$, $R_t$, $R_{tb}$ nhỏ hơn cầu trước, bề dày đĩa $\delta$ và góc ôm $\alpha$ tương ứng với tỷ lệ phân bổ mô-men phanh.
• Tính toán lực ép cần thiết: Xác định lực ép $P_t$ tác dụng lên má phanh trước và lực ép $P_s$ lên má phanh sau dựa trên mô-men ma sát yêu cầu và hệ số ma sát giữa má phanh với đĩa phanh ($\mu = 0,3$).
• Kiểm tra chỉ tiêu làm việc:
  • Công ma sát riêng: Động năng toàn phần khi phanh từ vận tốc bắt đầu đến dừng hẳn chia cho tổng diện tích bề mặt ma sát của các má phanh nằm trong giới hạn cho phép.
  • Áp suất trên bề mặt má phanh: Tỷ số giữa lực ép và diện tích tấm ma sát tại cơ cấu phanh trước và phanh sau đều nhỏ hơn áp suất cho phép $[q] = 200$ N/cm$^2$ (hoặc $2 \times 10^6$ N/m$^2$).
  • Kiểm tra độ tăng nhiệt độ: Tính toán độ tăng nhiệt $\Delta T$ của đĩa phanh dựa trên nhiệt dung riêng của gang/thép ($C$), khối lượng phần nung nóng và năng lượng hấp thụ; kết quả $\Delta T$ nhỏ hơn ngưỡng giới hạn cho phép của một lần phanh ngặt.
• Tính toán dẫn động thủy lực:
  • Xy lanh công tác bánh xe: Dưới áp suất dầu công tác $p_0$, đường kính xy lanh con bánh trước và bánh sau được tính toán và quy chuẩn theo dãy kích thước tiêu chuẩn.
  • Xy lanh phanh chính: Xác định đường kính piston xy lanh chính kép ($D_0$) dựa trên lực đạp phanh cho phép của người lái $Q_p$, cánh tay đòn bàn đạp phanh và áp suất dầu cần tạo ra.
  • Hành trình bàn đạp phanh: Tính toán tổng hành trình bàn đạp $S_p$ bao gồm khe hở thanh đẩy, hành trình tự do của piston chính và lượng dầu dịch chuyển để khắc phục khe hở má phanh $0,1$ mm; giá trị $S_p$ thu được thỏa mãn điều kiện nhân trắc học cho xe con.

Chương 3: Mô phỏng quá trình gia nhiệt trên bề mặt đĩa phanh trong quá trình phanh bằng phần mềm SolidWorks

Chương 3 áp dụng phương pháp mô phỏng số để kiểm chứng trường nhiệt độ của đĩa phanh:

• Xây dựng mô hình 3D: Thiết kế chi tiết đĩa phanh thông gió trên môi trường SolidWorks Part theo đúng các kích thước hình học đã tính toán ở Chương 2. Kích hoạt tính năng "Split Line" trên mặt đĩa để khoanh vùng chính xác dải tiếp xúc hình vành khăn của má phanh.
• Xác định thông số đầu vào nhiệt động:
  • Động năng ô tô: $KE = \frac{1}{2} M v^2$.
  • Lực ma sát cực đại khi phanh: $F = \mu \times M \times g = 7.195,635$ N (tính toán ở điều kiện phanh ngặt).
  • Độ giảm tốc của xe: $a = 2,943$ m/s$^2$.
  • Thời gian dừng xe: $t = 5,66$ giây; tác giả quy chuẩn chọn thời gian mô phỏng là $6$ giây.
• Thiết lập nghiên cứu mô phỏng nhiệt (Thermal Study):
  • Chọn chế độ phân tích nhiệt quá độ (Transient) với tổng thời gian nghiên cứu đặt là $6$ giây.
  • Gán vật liệu chính cho đĩa phanh là Gang xám (Grey Cast Iron); ngoài ra danh mục hình ảnh thể hiện việc khảo sát thêm vật liệu Thép cacbon và Titan để so sánh.
  • Điều kiện biên: Áp đặt hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (Convection) với không khí môi trường lên tất cả các bề mặt hở của đĩa phanh; áp đặt tải nhiệt ma sát sinh ra (Thermal Load / Heat Flux) lên dải bề mặt tiếp xúc má phanh thông qua đường cong biến thiên theo thời gian (Time Curve).
• Kết quả mô phỏng: Xuất biểu đồ phân bố trường nhiệt độ và đồ thị biến thiên nhiệt độ theo thời gian của đĩa phanh làm từ gang xám, titan và thép cacbon trong chu kỳ phanh 6 giây.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã lượng hóa toàn bộ các thông số thiết kế cơ cấu phanh và dẫn động thủy lực trên xe cơ sở Audi Q5 2015, được tổng hợp qua bảng sau:

Hạng mục thiết kế	Kết quả tính toán trong đồ án	Đánh giá kỹ thuật
Kiểu cơ cấu phanh trước & sau	Phanh đĩa có giá đỡ di động (Caliper trượt)	Đảm bảo làm mát tốt, tự lựa khe hở má phanh
Bề dày đĩa phanh ($\delta$)	20 mm	Đảm bảo độ bền cơ học và dung lượng nhiệt
Khe hở má phanh - đĩa phanh ($\delta_{x1}$)	0,1 mm	Giữ khe hở nhỏ, tăng độ nhạy phản hồi khi phanh
Bề rộng dải ma sát má phanh ($e$)	43,5 mm	Phù hợp với kích thước đĩa và vành xe 18 inch
Áp suất bề mặt má phanh trước & sau	Nằm trong ngưỡng cho phép ($q \le [q]$)	Vật liệu ma sát không bị phá hủy cơ học
Công ma sát riêng ($L$)	Thỏa mãn điều kiện bền ($L \le [L]$)	Má phanh không bị mài mòn quá nhanh
Độ tăng nhiệt độ đĩa phanh ($\Delta T$)	Nằm trong giới hạn cho phép ($[\Delta T]$)	Tránh hiện tượng sôi dầu và suy giảm hệ số ma sát
Hành trình làm việc bàn đạp ($S_p$)	Thỏa mãn giới hạn cho phép	Lực đạp nhẹ, hành trình phù hợp với người lái
Thời gian phanh dừng xe tính toán	5,66 giây (chọn mô phỏng 6 giây)	Đáp ứng khả năng giảm tốc $a = 2,943$ m/s$^2$

Về đóng góp kỹ thuật, đồ án đã hoàn thành chu trình thiết kế cơ khí hoàn chỉnh từ tính toán lý thuyết động lực học đến kiểm nghiệm kết cấu và mô phỏng số. Việc áp dụng công cụ CAE (SolidWorks Simulation) để mô phỏng phân bố nhiệt độ quá độ trên đĩa phanh theo thời gian thực (6 giây) là bước phát triển vượt bậc so với phương pháp tính nhiệt giải tích truyền thống, giúp quan sát trực quan sự tích tụ nhiệt tại dải tiếp xúc má phanh và khả năng tản nhiệt của đĩa thông gió.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

• Việc sử dụng đồng thời một số số liệu từ dòng xe tham chiếu khác (Lexus GX460 2016) ở bảng thông số tính toán dẫn đến độ đồng nhất về mặt dữ liệu gốc của xe Audi Q5 2015 chưa tuyệt đối.
• Trong mô phỏng nhiệt SolidWorks, hệ số truyền nhiệt đối lưu được áp đặt đồng đều trên các bề mặt hở, chưa phản ánh chính xác trường vận tốc gió phức tạp đi qua hốc bánh xe khi xe chuyển động.
• Chưa tiến hành chế tạo mẫu thử hoặc đo đạc thực nghiệm trên bệ thử phanh để đối chiếu với kết quả mô phỏng số.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Mô phỏng tương tác đa trường vật lý (FSI - Fluid Structure Interaction) kết hợp khí động học CFD và truyền nhiệt để xác định chính xác hệ số đối lưu cục bộ tại các rãnh thông gió của đĩa phanh trước.
• Thực hiện bài toán phân tích ứng suất cơ - nhiệt đồng thời (Coupled Thermo-Mechanical) nhằm đánh giá biến dạng cong vênh và ứng suất nhiệt gây nứt mỏi đĩa phanh sau nhiều chu kỳ phanh lặp lại.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này mang lại giá trị tham khảo rõ ràng cho sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Cơ khí Ô tô và các kỹ sư thiết kế hệ thống khung gầm:

• Các bước tính toán ở Chương 2 cung cấp biểu thức tường minh và trình tự logic để tính toán cơ cấu phanh đĩa giá đỡ di động, lực ép má phanh, kích thước xy lanh thủy lực và hành trình bàn đạp.
• Nội dung Chương 3 là tài liệu mẫu về quy trình thiết lập bài toán phân tích nhiệt quá độ trên đĩa phanh bằng SolidWorks Simulation, hướng dẫn cụ thể từ khâu tạo Split Line khoanh vùng ma sát, cài đặt hàm tải nhiệt theo thời gian (Time Curve) đến thiết lập điều kiện đối lưu.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau trên xe Audi Q5 2015 trong đồ án có kết cấu đĩa phanh khác nhau như thế nào?
Cơ cấu phanh trước sử dụng đĩa phanh thông gió có rãnh rỗng ở giữa để tăng cường diện tích tiếp xúc với không khí và nâng cao khả năng thoát nhiệt ra môi trường. Ngược lại, đĩa phanh sau được chế tạo dạng đĩa đặc, không có rãnh thoát nhiệt rỗng do cầu sau chịu tải trọng phanh nhỏ hơn nhiều so với cầu trước khi ô tô giảm tốc.

2. Đồ án đã lựa chọn phương án dẫn động phanh và trợ lực nào cho xe thiết kế?
Tác giả lựa chọn hệ thống dẫn động thủy lực hai dòng độc lập kết hợp với bộ trợ lực chân không dạng màng ngăn đồng trục và cụm điều khiển điều hòa lực phanh điện tử tích hợp hệ thống ABS/ESC.

3. Tại sao trong mô phỏng nhiệt SolidWorks lại cần kích hoạt tính năng Split Line trên mô hình 3D đĩa phanh?
Tính năng Split Line được sử dụng để phân chia bề mặt đĩa phanh thành các vùng hình học riêng biệt, giúp người thực hiện mô phỏng có thể áp đặt tải nhiệt ma sát (Thermal Load / Heat Flux) chính xác lên diện tích dải trượt mà má phanh tiếp xúc, tách biệt với các bề mặt tự do chỉ chịu đối lưu nhiệt với không khí.

4. Các thông số động lực học đầu vào được sử dụng trong bài toán mô phỏng nhiệt ở Chương 3 là bao nhiêu?
Bài toán mô phỏng nhiệt sử dụng lực ma sát cực đại khi phanh $F = 7.195,635$ N, gia tốc chậm dần của xe $a = 2,943$ m/s$^2$ và thời gian dừng xe tính toán là $t = 5,66$ giây (quy chuẩn chọn 6 giây cho quá trình phân tích nhiệt quá độ).

5. Ngoài vật liệu gang xám, tác giả còn khảo sát phân bố nhiệt độ trên những vật liệu nào khác trong mô phỏng?
Theo danh mục hình ảnh và nội dung mô phỏng ở Chương 3, tác giả còn thực hiện mô phỏng phân bố nhiệt độ và xây dựng sơ đồ nhiệt độ theo thời gian đối với vật liệu Titan và Thép cacbon để đối chiếu với vật liệu nền Gang xám.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Bùi Thế Kiệt đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống phanh đĩa dẫn động thủy lực có trợ lực chân không trên cơ sở xe Audi Q5 2015. Các thông số hình học của cơ cấu phanh đĩa di động, xy lanh chính, xy lanh bánh xe và hành trình bàn đạp đều được xác định chuẩn xác và vượt qua các phép kiểm tra bền, áp suất tiếp xúc và độ tăng nhiệt độ. Việc ứng dụng phần mềm SolidWorks để mô phỏng trường nhiệt độ quá độ trong 6 giây phanh ngặt đã kiểm chứng trực quan đặc tính tản nhiệt của đĩa phanh, đóng góp một quy trình thiết kế và mô phỏng cơ khí ô tô mang tính ứng dụng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE AUDI Q5 2015 1. Giới thiệu xe Audi Q5 2015 Audi Q5 2015 với động cơ TFSI 2.0L được trang bị công nghệ tăng áp, hệ thống direct injection và variable valve timing, tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu. Hộp số tự động S tronic 7 cấp kết hợp với hệ thống truyền động quattro, cung cấp chuyển số mượt mà và độ chính xác tối đa, đồng thời tăng cường khả năng vận hành ổn định trên mọi điều kiện đường. Khung gầm sử dụng hợp kim nhôm và thép chất lượng cao, tăng cường độ cứng và giảm trọng lượng.

Hệ thống treo độc lập tại cả cầu trước và sau, cùng với cấu trúc khung gầm được thiết kế chuyên sâu, tạo ra sự linh hoạt và thoải mái vượt trội. Hệ thống phanh có đĩa trước và sau, tích hợp ABS và ESP, mang lại khả năng phanh an toàn và hiệu quả. Hệ thống lái Servotronic điện tử, kết hợp với hệ thống điều khiển chống trượt và chống lật, tạo nên trải nghiệm lái xe độ chính xác và an toàn. Ngoài ra, Audi Q5 2015 còn trang bị hệ thống quản lý đa truy cập, điều chỉnh tự động độ cao của xe, và hệ thống kiểm soát áp suất lốp, đảm bảo an toàn và ổn định trên mọi hành trình.

Tổng cộng, chiếc xe này không chỉ là biểu tượng của phối hợp công nghệ, mà còn là hiện thân của sự hoàn hảo trong thiết kế và kỹ thuật. Các hệ thống trên xe Audi Q5 2015 Các thông số kỹ thuật chính trên xe Audi Q 2015: Thông số xe là tập hợp các thông tin kỹ thuật quan trọng về một chiếc xe, bao gồm động cơ, công suất, mô- men xoắn, kích thước, trọng lượng, và các tính năng khác. Những thông số này 2 không chỉ giúp người tiêu dùng hiểu rõ về hiệu suất và tính năng của xe mà còn là cơ sở để so sánh và lựa chọn chiếc xe phù hợp với nhu cầu cá nhân. Dưới đây là hình và bảng về thông số của xe Audi Q5 2015.

Tuyến hình xe Audi Q5 2015 Thông số kỹ thuật của xe Audi Q5 2015 được thể hiện ở bảng dưới đây Bảng 1- 1 Bảng thông số kỹ thuật của xe STT Tên gọi Giá trị Đơn vị 1 Kích thước ( D x R x C ) 4.653 ( mm ) 2 Chiều dài cơ sở 2.807 ( mm ) 3 Khoảng sáng gầm xe 200 ( mm ) 4 Tải trọng toàn tải 2445 ( Kg ) 5 Dung tích xi lanh 2.0L ( Lít ) 6 Kiểu động cơ Turbocharged - TFSI, I4 – 3 DOHC Số tự động 8 cấp Tiptronic– 7 Hộp số Chế độ số thể thao 8 Công suất lớn nhất 211/4.300 ( hp/rpm ) 9 Mômen xoắn lớn nhất 258 /1.) 10 Thời gian tăng tốc từ 0 – 100km 7,2 (s) 11 Tốc độ tối đa 210 ( km/h ) 12 Loại nhiên liệu Xăng 13 Dung tích bình nhiên liệu ( Lít ) 75 14 Số cửa 05 15 Số chỗ ngồi 05 16 Ký hiệu lốp 235/60R19 02 cầu tự động ( Quattro 17 Kiểu dẫn động AWD ) 1. Tổng quan về hệ thống phanh trên xe du lịch Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô cho đến khi ngừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó. Hệ thống phanh dùng để giữ ô tô đứng yên trên một độ dốc nhất định. Đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi lái xe.

Có nhiều yêu cầu quan trọng mà hệ thống phanh cần đáp ứng để hoạt động hiệu quả. Đầu tiên, phanh phải có khả năng phanh mạnh và nhanh chóng để giảm tốc độ của xe trong trường hợp khẩn cấp.