NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ Lời nói đầu Ngành công nghiệp ôtô giới ngày phát triển nhanh, công nghệ kể từ bắt đầu nghiên cứu phát triển đến đa vào sử dụng đợc rút lại ngắn Do đợc thừa hởng ứng dụng công nghệ điện điện tử đại, hệ thống điều khiển ôtô ngày đợc thiết kế theo kết cấu điện tử hoá, có độ hoàn thiện xác cao Cùng với việc phát triển nghành ôtô vấn đề bảo đảm an toàn lu thông cho ngời xe trở nên cần thiết Trên ôtô xuất nhiều cấu bảo đảm an toàn nh: cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí, thiết bị chống va đập,trong cấu phanh cấu đóng vai trò quan träng nhÊt V× vËy thiÕt kÕ hƯ thèng phanh phải đảm bảo phanh có hiệu cao, quÃng đờng phanh ngắn, an toàn tốc độ, góp phần nâng cao đợc suất vận chuyển ngời hàng hoá Nhiều hệ thống phanh xe ngày cịng ®ang cã xu híng thiÕt kÕ theo kÕt cấu tự động, chi tiết điều khiển dẫn động dần đợc chế tạo theo hớng điện tử hoá, đặc biệt hệ thống phanh điện (BBW) Hệ thống phanh điện BBW kiểu kết cấu hệ thống phanh đại nay, hệ thống phanh BBW chia làm hai loại: loại EHB (Electric Hydraulic Brake) loại hệ thống phanh điện (BBW) có h trợ thủy lực, vµ hƯ thèng phanh EMB (Electric Mechanical Brake) loại BBW không h tr thy lc Với nhịp điệu phát triển chung đất nớc, vấn đề nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật công nghiệp ôtô, đại ngày sát với trình độ phát triển chung nớc tiên tiến Nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống phanh điện (BBW) cho xe ôtô chỗ không nằm xu hớng Hệ thống phanh điện (BBW) có kết cấu gọn, khối lợng nhỏ dễ dàng lắp đặt, bố trí, độ xác cao, thời gian chậm tắc dụng ngắn, nên quÃng đờng phanh ngắn, đem lại hiệu phanh cao Để thực đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống phanh điện (BBW) cho xe ôtô chỗ em đà đa vấn đề bớc giải yêu cầu nh sau: - Giới thiệu hệ thống phanh điện (BBW), đánh giá u nhợc điểm hệ thống lựa chọn đợc phơng án để tiến hành thiết kế hệ thống NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ - Phân tích điều kiện sử dụng phanh chế độ ABS liên hợp, đề xuất phơng án bố trí ABS liên hợp hệ thống phanh điện (BBW) thiết kế - Dựa vào thông số kỹ thuật xe chỗ cụ thể, vào tính toán thiết kế cụm cấu phanh, lựa chọn loại môtơ điện DC có mômen xoắn phù hợp để điều khiển hệ thống - Thiết lập sơ đồ điện, sơ đồ chức điều khiển hệ thống ABS liên hợp cho hệ thống phanh thiết kế - Xây dựng đợc sơ đồ logic điều khiển hệ thống phanh điện (BBW) làm việc chế độ ABS, BAS, TRC VSC Tài liệu tham khảo thiết kế dựa tài liệu nghiên cứu hƯ thèng phanh ®iƯn (BBW) h·ng Siemens AG, VDO Automotive thử nghiệm ứng dụng số dòng xe cao cấp giới Các tài liệu nớc nh thiết kế tính toán ôtô, thiết kế tính toán hệ dẫn động khí,thiết kế tính toán hệ thống phanh.và tài liệu chọn lọc hệ thống phanh điện (BBW) mạng Internet số nhà sản xuất Dới hớng dẫn, bảo tận tình thầy giáo hớng dẫn, PGS.TS Nguyễn Khắc Trai nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế đà đợc hoàn thiện Dù đà cố gắng bớc giải tất vấn đề thiết kế, nhng đồ án sai xót Rất mong tiếp tục nhận đợc bảo thầy Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Khắc Trai toàn thể thầy môn đà giúp em hoàn thành đồ ¸n tèt nghiƯp cđa m×nh Ngun Quang HiÕu Mơc Lơc Trang Lời nói đầu Ch¬ng I: Giíi thiệu hệ thống phanh BBW, lựa chọn phơng án thiÕt kÕ I Giíi thiƯu vỊ hÖ thèng phanh BBW .5 HÖ thèng phanh EMB HÖ thèng phanh EHB 12 KÕt luËn .17 II Lùa chän ph¬ng ¸n thiÕt kÕ 18 Chơng II: Phân tích điều kiện sử dụng đề xuất bố trí phanh ABS liên hỵp cho xe NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kÕ hƯ thèng phanh ĐIƯN (BBW) cho xe «t« chỗ I Phân tích điều kiện sử dụng ABS 20 II §Ị xuất bố trí ABS liên hợp xe sư dơng hƯ thèng phanh BBW Ch¬ng III: ThiÕt kÕ tÝnh to¸n hƯ thèng phanh .45 Tính momen phanh tác dụng lên cấu phanh .47 Lùc phanh t¸c dơng lên má phanh bánh xe 49 C¸c kÝch thíc m¸ phanh 49 Tû sè truyÒn cấu phanh Tính toán lực tác dụng cần thiền mô tơ tác dụng lên chêm .53 Tính toán truyền trục vít đai ốc 55 Chơng IV: Xây dựng sơ đồ điện, sơ đồ chức điều khiển cho hệ thống phanh BBW Sơ đồ Điện 59 Các sơ đồ chức sơ đồ logic điều khiển 60 a Sơ đồ chức ABS 60 b Sơ đồ chức BAS .62 c Sơ đồ chức TRC 64 d Sơ đồ chức VSC .65 Chơng IV: Xây dựng sở lý luận sơ đồ logic điều khiển cho hệ thống phanh BBW I Bố trí hệ thống dẫn động chơng trình điều khiển động DC .69 1.Sơ đồ bố chí hệ thống dẫn động điều khiển hoạt động hÖ thèng phanh BBW Chơng trình điều khiển động 71 II C¬ së lý luận chơng trình logic điều khiển 78 a HÖ thèng ABS 74 b HÖ thèng BAS 78 c HÖ thèng TRC 80 d HÖ thèng VSC 82 KÕt luËn chung 85 Tài liệu tham khảo 87 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ Chơng I: T×m hiĨu vỊ hƯ thèng phanh BBW, lùa chän phơng án thiết kế I.Giới thiệu hệ thống phanh BBW: Hệ thống phanh ôtô hệ thống có vai trò quan trọng, phận chủ yếu đảm bảo độ an toàn cho toàn xe vận hành Do nhiều đặc trng mà hệ thống phanh có nhiều biến đổi cải tiến so với nhiều hệ thống khác ôtô Hai nhân tố gây cản trở vấn đề kinh phí nghiên cứu, thử nghiệm nỗi lo lắng độ an toàn Từ lâu, nhà nghiên cứu lĩnh vực công nghiệp xe đà trọng tới việc cải tổ hệ thống phanh ôtô Họ sử dụng khoản tiền không nhỏ vào việc thiết kế hệ thống phanh điện tử, có độ nhạy gần nh tức thời, để thay cho hệ thống phanh hoạt động theo nguyên lý thủy lực cổ lỗ sĩ Tuy nhiên, thời điểm này, cha thấy nhà sản xuất công bố trình phát triển hệ thống phanh điện tử họ nghiên cứu Trên thực tế, phanh điện tử đà đợc ứng dụng từ cách lâu công nghiệp hàng không, máy bay vậy, hệ thống phanh điện đại sớm muộn đợc sử dụng rộng rÃi phố biến ngành công nghiệp xe tơng lai không xa Do buộc phải kèm với hệ thống an toàn rắc rối, phanh điện tử đắt phanh học chừng 20% nhng đổi lại mang nhiều tính u việt NGYễN QUANG HIếU- Lớp ¤T¤ A ThiÕt kÕ hÖ thèng phanh ĐIÖN (BBW) cho xe ôtô chỗ Theo nghiên cứu Dekra (Đức), phanh điện tử có phản ứng nhạy so với phanh học nhờ đó, khoảng cách an toàn hai xe tham gia giao thông giảm bớt đợc 15% so với Nh vậy, đợc trang bị phanh điện tử, độ an toàn xe tăng lên mà nạn tắc đờng giảm đợc đáng kể Ngoài ra, hệ thống phanh điện tử đại nhẹ hẳn so với phanh học nhờ đó, trọng lợng không tải xe giảm đi, dẫn tới mức tiêu thụ nhiên liệu giảm H thng phanh BBW bt u nghiên cu t nhng nm 1997, h thng phanh dựa trªn sở điều khiển điện tử, c¸c hệ thống: Ster-by-wire (hệ thống l¸i điều khiển điện tử), Drive-by-wire (hệ thống truyền lực điều khiển bng in t) to nên kt cu thông minh Riêng i vi h thng BBW có th phân chia thành: + BBW cã hỗ trợ thủy lực, viết tắt EHB (Electric Hydraulic Brake), + BBW kh«ng hỗ trợ thủy lực, EMB (Electric Mechanical Brake), hệ thống BBW kh«ng thể vắng mặt c¸c cấu khÝ HƯ THèNG PHANH EMB (Electric Mechanical Brake) HÖ thèng phanh EMB sử dụng: Bình điện l nguồn lợng cung cấp dòng điện điều khiển phanh cụm cấu phanh Bn đạp phanh l cấu tạo tín hiệu mức độ bn đạp phanh (e-pedal) Các cảm biến tốc độ bánh xe nh hệ thống ABS trun thèng − C¶m biÕn gia tèc däc, gia tèc ngang vËn tèc gãc quay th©n xe − Bé vi sử lý trung tâm Cụm cấu phanh đặt bánh xe Có kiểu kết cấu cụm cấu phanh cho hệ thống phanh BBW ã Kiểu kết cấu cụm cấu phanh sử dụng môtơ DC dùng dòng điện 42V dẫn động truyền kiểu trục vít đai ốc, truyền chêm.(Kiểu 1) NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ ã Kiểu cụm cấu phanh sử dụng môtơ DC mô tơ DC đợc cấp dòng điện có điện áp 12V dẫn động kiểu trục vít đai ốc, truyền chêm (Kiểu 2) ã Kiểu kết cấu cụm cấu phanh sử dụng môtơ DC dẫn động kiểu cặp bánh (Kiểu 3) NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ Bố trí cấu phanh đĩa đặt lòng bánh xe trình by hình vẽ Cơ cấu phanh đợc hình thnh sở phanh đĩa có giá di động Cụm xy lanh thủy lực bánh xe đợc thay hai mô tơ DC loại nhỏ điều khiển dịch chuyển má phanh Bố trí cụm mô tơ DC nằm gọn phía lòng bánh xe Cụm cấu phanh gồm mô tơ DC, truyền trục vít đai ốc, mặt chêm nghiêng, lăn trụ đứng, má phanh đợc bố trí nằm gọn phía lòng bánh xe Các tín hiệu điều khiển đợc dẫn qua dây cáp truyền trực tiếp từ ECU tới cụm cấu phanh Kết cấu cụ thể cụm điều khiển má phanh kiểu đợc trình by hình Các mặt chêm nghiêng Bệ đỡ cố định Con lăn Giá trợt v má phanh Mô tơ DC Bệ đỡ cố định Mô tơ DC Đĩa phanh Mô tơ DC đợc đặt bệ đỡ cố định sử dụng điện áp 12V (một số kết cấu sử dụng mô tơ DC với điện áp cung cấp l 42 V) Mô tơ DC dẫn động Bộ truyền ren vít Cơ cấu giá di trợt truyền vát, tạo nên dịch chuyển tịnh tiến cấu trợt, đồng thời đẩy Hình 2: Bố trí cụm điều khiển má phanh mặt chêm nghiêng dịch chuyển Con lăn bố trí hai mặt chêm nghiêng, NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A ThiÕt kÕ hÖ thèng phanh ĐIÖN (BBW) cho xe ôtô chỗ cho phép mặt chêm dịch chuyển đẩy má phanh áp sát vo đĩa phanh v tạo lực ma sát giữ đĩa phanh lại, thực phanh bánh xe Các trạng thái lm việc cấu trình by hình Trạng thái cha phanh lăn nằm hai mặt lêm chêm nghiêng, hai má cấu trợt đợc thu vo giữa, đủ cho má phanh không bị áp sát vo đĩa Đĩa phanh quay tự Trạng thái cha phanh Trạng thái phanh Các giai đoạn làm việc Hỡnhcụm cấu m việc cấucha phanh, bắt đầu 3: Nguyên lý l phanh: Khi phanh phanh, phanh nhả phanh Trạng thái phanh chia lm ba giai đoạn nhỏ: Giai đoạn đầu: Mô tơ DC hai bên kéo hai má cÊu trỵt réng hÕt khe hë tù Giai đoạn hai: Má trợt kéo mặt chêm dịch chuyển theo chiều quay đĩa phanh, áp sát vo đĩa, đồng thời đẩy mặt chêm đối diện áp má phanh lại vo đĩa Giai đoạn ba: ca hai mặt chêm bị tách ra, má phanh áp sát vo đĩa, mụ tơ DC tiếp tục quay thực gia tăng lực áp vo đĩa phanh Mô men phanh tăng dần lm giảm tốc độ quay đĩa phanh mô tơ ngừng Đờng tín hiệu vào hoạt động Đờng tín hiệu Trạng thái nhả phanh đợc thực đảo chiều quay1của mô tơ DC Quá trình phanh đợc thực tuỳ thuộc vo mức độ đạp bn đạp chân phanh (e-pedal) Mức độ dịch chuyển mô tơ bớc thực chđ u theo tÝn hiƯu cung cÊp tõ e-pedal Tríc Sau Sơ đồ mạch điện BBW sư dơng cho mét cÇu tríc cđa h·ng ECU BOSCH trình by hình 5.ABS Cơ cấu phanh mođun EMB Bình điện - + - + Hinh 5: Sơ đồ mạch điện BBW Cụm CB Bàn đạp điện tử (epedal) NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ Hệ thống điện tử sử dụng: - cảm biến bn đạp cho phép xác định: tín hi ệu phanh, hnh trình bn đạp, tốc độ bn đạp, - cảm biến tốc độ quay bánh xe, - cảm biến tổng hợp xác định gia tốc dọc, gia tốc ngang vËn tèc gãc quay th©n xe phơc vơ cho liên hợp ABS+BAS+ESP, - cảm biến xác định góc quay vành l¸i cung cÊp tÝn hiƯu cho ESP, - bình điện loại 12V nhằm đảm bảo lợng điện cung cấp cho chức xe Chơng trình logic v tính toán lựa chọn chế độ kiểm soát ABS, BAS, hay ESP tơng tự nh hệ thống phanh liên hợp thủy lực khác Ngoi xe sử dụng cảm biến xác định vị trí chớng ngại trớc, sau, bên cạnh (ngang) cung cấp chế độ tốc độ ô tô an ton cần thiết giúp cho xe thực khả điều khiển an ton tình hu ống giao thông khác hoạt động NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kÕ hƯ thèng phanh ĐIƯN (BBW) cho xe «t« chỗ ECU EMB ABS Sơ đồ điện bố chí phận thống phanh EMB So sánh cấu trúc hệ thống phanh EMS v ABS cho ô tô hÃng BMW miêu tả hình 6.Việc sử dụng lợng điện phục vụ điều khiển mô tơ DC đòi hỏi lợng nhiều hơn, với xu hớng mở rộng môi trờng thông tin giao thông cho xe cần thiết bố trí thêm bình điện CB tốc độ bánh xe CB gãc quay vành l¸i CB gia tốc dọc, ngang, vận tốc quay thân xe Cơ cấu EMB bánh xe E-pedal v ECU Bình ®iƯn HƯ thu tÝn hiƯu cđa xe D©y dÉn ®iƯn CB tèc ®é b¸nh xe CB gãc quay vành l¸i CB gia tèc däc, ngang, vËn tốc quay thân xe Cơ cấu phanh EBS thủy lực v ECU 10 Trợ lực phanh Dây dẫn điện Mạch thủy lực 10 Hỡnh 6: Các cụm EMB v ABS NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kÕ hƯ thèng phanh ĐIƯN (BBW) cho xe «t« chỗ ECU 2700 4500 ECU 1430 1500 1750 ECU sau tiếp nhận thông tin từ cảm biến gửi phát tín hiệu điều khiển qua mạng CAN truyền tới hộp đen điều khiển môtơ cụm cấu phanh Hộp đen điều khiển mô tơ cấu phanh điều khiển tốc độ mô tơ theo ý muốn điều khiển gửi xuống từ ECU Chơng trình điều khiển tốc độ, momen xoắn động DC: 60 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A ThiÕt kÕ hÖ thèng phanh ĐIÖN (BBW) cho xe ôtô chỗ 61 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A ThiÕt kÕ hÖ thèng phanh ĐIÖN (BBW) cho xe ôtô chỗ Ta sử dụng phơng pháp điều réng xung PWM (Pulse Width Modulation) H×nh 1: PWM Cã thể giải thích nguyên lý phơng pháp ny nh sau: quan sát hình ta thấy tín hiÖu xung S1 mét S2 cã cïng chu kú T (1ms) nhiên khoảng Ton (khoảng thời gian mức High 1chu kỳ ) khác nh tỉ sè Ton/Toff cđa tÝn hiƯu cịng kh¸c nhau, viƯc ®iÒu chØnh tØ sè gäi ®iÒu réng xung p dụng điều khiển vận tốc động cơ, Ton l thời gian cấp 62 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A ThiÕt kÕ hÖ thèng phanh ĐIÖN (BBW) cho xe ôtô chỗ nguồn v Toff l thời gian ngừng cấp nguồn cho động cơ, thay đổi tỉ số Ton/Toff (cũng có nghĩa thay đổi điện áp trung bình cấp cho động cơ) vận tốc động thay đổi theo Tóm lại, cách kéo dÃn hay thu hẹp khoảng Ton (không thay đổi chu kỳ T) l điều khiển đợc vận tốc động Tuy nhiên cần ý quan hệ vận tốc động v tỉ số độ rộng xung không tuyến tính Phơng pháp PWM đợc áp dụng điều khiển vận tốc động m có nhiều ứng dụng khác nh điều khiển nhiệt ®é, ®é s¸ng Vi ®iỊu khiĨn AVR cđa Atmel Từ cách hiểu PWM nh thấy việc áp dụng PWM l tơng đối dễ dng, cần có tạo xung l t¹o PWM, thËm chÝ cã thĨ dïng IC 555 Trong ti liệu ny ta sử dụng chip vi điều khiển để tạo xung điều rộng Vì tính ứng dụng rộng rÃi PWM nên hầu hết ®iỊu khiĨn (nh PLC, microcontroller ) thêng cã tÝch hỵp modul PWM Trong chip vi điều khiển có modul PWM chip AVR Atmel v PIC microchip đợc sử dụng rộng rÃi Nếu so sánh, đánh giá cách tơng đối l modul PWM chip PIC có vi u điểm so với chip AVR, nhiên PIC khó tìm AVR (ở VN) nên ta định AVR AVR dïng vi ®iỊu khiĨn bits cđa h·ng Atmel, dïng chip kh¸ míi cã nhiỊu u điểm hẳn dùng chip theo cấu trúc 8051 Trong hầu hết chip AVR có thích hợp modul PWM LÊy vÝ dô chip ATMega32 cã bé Timer với đờng xuất xung PWM đây, vÝ dơ ta cịng sÏ sư dơng lo¹i chip II, xây dựng sở lý luận chơng trình logic điều khiển: Cơ sở lý luận chơng trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW chế độ phanh ABS: 63 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A ThiÕt kÕ hÖ thèng phanh ĐIÖN (BBW) cho xe ôtô chỗ a Cơ sở lý luận: Gia tốc dài v bánh xe tâm trục quan hƯ víi lùc phanh Pp  v= Pp g Pk = m Gk Trong đó: m khối lợng bánh xe, Gk: trọng lợng đặt lên bánh xe (Gk = m.g), g: gia tèc träng trêng  Khi mômen phanh Mcp lớn có khả tạo nên Mp, Pp lớn gia tốc v có giá trị âm lớn, nhng bánh xe bị khoá cứng trạng thái bánh xe bị khóa cứng, vận tốc góc không, vận tốc dài tâm bánh xe khác không độ trợt 100% Điều xảy thời gian ngắn ô tô không bố trí ABS Tính chất biến dạng bánh xe xe cao su có khí nén, trợt bánh xe nền, tạo nên sai khác vận tốc dài tính tâm vận tốc dài tính vết bánh xe Do đồng giá trị gia tốc hai vị trí kể Mô men cấu phanh Mcp bám Mô men sinh cấu cấu phanh Mcp mômen điều khiển, nâng cao giá Mcp cấu phanh dẫn tới tăng lực phanh Pp vết tiếp xúc Khi lực Pp tăng đến giá trị giới hạn lực bám, bánh xe bị bó cứng xảy trợt lết bánh xe Hiện tợng trợt lết có ảnh hởng xấu đến tính chất bám bánh xe tính ổn định hớng xe Khi bánh xe bị bó cứng hoàn toàn, ma sát trống phanh má phanh không tồn tại, động chuyển thành nhiệt vết tiếp xúc bánh xe với đờng Nếu đờng nhựa, hệ số bám tăng không đáng kể nhựa đờng bị chảy mềm ra, đờng khác nói chung, hệ số bám giảm mạnh làm suy giảm khả tiêu hao động dẫn tới giảm hiệu phanh ô tô Nh vậy, bánh xe bị khoá cứng hoàn toàn gây nên: - Tăng quÃng đờng phanh, - Mất khả tiếp nhận lực bên, ảnh hởng đến tính chất ổn định, khả dẫn hớng chuyển động xe, - Tăng độ trợt dọc mài mòn lốp nhanh 64 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ¤T¤ A ThiÕt kÕ hÖ thèng phanh ĐIÖN (BBW) cho xe ôtô chỗ Hệ thống ABS đợc bố trí ô tô cho phép thực khả điều chỉnh liên tục Mcp đảm bảo cho bánh xe không bị bó cứng trợt xảy vùng có hệ số bám cao Điều xảy tơng tự với bánh xe chủ động bị trợt quay hoàn toàn Khi bánh xe bị trợt quay hoàn toàn, công suất động bị tiêu hao ma sát vết tiếp xúc bánh xe với đờng gây nên giảm hệ số bám, tăng nhanh mài mòn lốp xe Mô men cấu phanh Mcp thay ®ỉi gia tèc gãc b¸nh xe Trong thùc tÕ viƯc xác định độ trợt khó khăn, điều khiển logic ABS tính toán thông qua giá trị khác nh: vận tốc góc, gia tốc góc bánh xe gia tốc dài xe Khi mômen sinh cấu phanh Mcp tác động lên bánh xe xuất phản lực phanh Pp vết tiếp xúc Lực phanh Pp gây nên mômen Mp tâm trục bánh xe, tác động với chiều ngợc chiều với mômen phanh Mcp Giá trị Mp phụ thuộc vào mômen Mcp lực phanh Pp liên tục thay đổi Sự sai khác giá trị Mcp Mp nguyên nhân gây gia tốc góc bánh xe Sử dụng phơng trình (a) đà viết trên, bỏ qua Mf thay Mjb=J.rd thu đợc: = M p M cp J = Pp rd − M cp Jω  Trong ®ã chiều chiều với Mp, J mômen quán tính khối lợng bánh xe với tâm trục quay, r bán kính làm việc bánh xe Nếu Mp > Mcp , bánh xe tăng tốc, gia tèc gãc NÕu Mp < Mcp , b¸nh xe giảm tốc, gia tốc góc dơng âm Trên loại ôtô phổ biến loại sử dụng cảm biến vận tốc góc đặt bánh xe, kiểm soát áp suất phanh theo gia tốc độ trợt nhờ ECU ABS tính toán, điều khiển van điều chỉnh áp suất Hệ thống ABS hệ điều khiển điện tử có vòng lặp trình xảy liên tục để cản trở việc bó cứng bánh xe Trong trình điều chỉnh áp suất phanh, hệ thống ABS cần thiết tạo vùng làm việc bánh xe bị phanh khoảng độ trợt tối u Các hệ thống ABS ngày sử dụng cảm biến đo vận tốc bánh xe theo thời gian xác lập mối quan hệ sau đây: - Vận tốc tức thời bánh xe, 65 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ - Gia tốc góc bánh xe, - Độ trợt bánh xe Độ trợt bánh xe sử dụng trạng thái đờng khác có quy luật nh đà nêu đồ thị thực nghiệm Giá trị độ trợt tối u đờng tốt có hệ số bám cao với = (10% ữ 30%) trạng thái đờng khác với hệ số bám nhỏ vùng độ trợt tối u thay đổi b Chơng trình logic điều khiển ABS: Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ quay giảm dần, bánh xe đạt tới giá trị gần bó cứng, tín hiệu cảm biến chuyển điều khiển trung tâm ECU-ABS lựa chọn chế độ, đa tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp lực phanh Do lực phanh cấu phanh không tăng đợc nữa, bánh xe có xu hớng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ cảm biến lại đa ECU-ABS ECU-ABS cung cấp lệnh điều khiển mô tơ DC, giảm áp lực phanh, cho bánh xe không bó cứng Nếu vận tốc góc bánh xe lại tăng cao, cảm biến tiếp nhận thông tin đa điều khiển điện tử lại tăng tiếp áp lực điều khiển, nhờ bánh xe lại bị phanh giảm tốc độ quay tới gần bó cứng Quá trình xảy đợc lặp lại theo chu kỳ liên tục, tới bánh xe dừng hẳn Cứ nh vậy, hệ thống điện tử hỗ trợ hệ thống phanh trì chế độ lăn có trợt bánh xe, lúc vị trí bàn đạp phanh không thay ®ỉi Mét chu kú ®iỊu khiĨn thùc hiƯn kho¶ng chõng 1/10 s, ABS làm việc hiệu quả, giúp cho bánh xe nằm trạng thái phanh với độ trợt tối u, tránh đợc tợng bó cứng bánh xe Quá trình coi nh nhấp phanh liên tục ngời lái phanh, nhng mức độ chuẩn xác cao tần số lớn nhiều so với ngời lái xe có kinh nghiệm Trong kết cấu thực tế hệ thống đợc tổ hợp nhiều mạch điều khiển khác cho bánh xe hay số bánh xe Để giữ cho bánh xe làm việc vùng có hệ số trợt với lực phanh tối u không xảy khoá cứng bánh xe cần phải điều chỉnh tốc độ quay mô tơ DC cấu phanh Việc điều chỉnh đợc thực nhờ tín hiệu đầu vào sau: Theo giá trị độ trợt cho trớc Theo gia tốc góc bánh xe bị phanh 66 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hƯ thèng phanh ĐIƯN (BBW) cho xe «t« chỗ Theo giá trị tỷ số vận tốc góc bánh xe với gia tốc chậm dần Trong thực tế việc xác định độ trợt khó khăn, ECU ABS tính toán thông qua giá trị khác nh: vận tốc góc, gia tốc góc bánh xe gia tốc dài xe Cơ sở lý luận chơng trình logic điều khiĨn hƯ thèng phanh BBW ë chÕ ®é phanh BAS: a Cơ sở lý luận: Bộ hỗ trợ phanh thiết bị hỗ trợ ngời lái phanh gấp (do hoảng hốt) Thiết bị nâng cao áp suất dầu phanh dới tác động ngời lái Hệ thống hỗ trợ phanh thực nh sau: yêu cầu phanh ngời lái đợc kích hoạt (cảm nhận) nhờ lực phanh (hay hành trình) bàn đạp phanh, giá trị tín hiệu đợc đa điều khiển điện tử Thiết bị hỗ trợ phanh BAS (Braking Assistant System) có chức sau : + Nhận đợc tình trạng phanh gấp, để tăng áp suất phanh đợc theo yêu cầu lái xe đến mức áp suất phanh cao bánh xe cho tất bánh xe đạt tới giá trị độ trợt giới hạn, + Nhận đợc điểm kết thúc trạng thái phanh gấp để áp lực điều khiển phanh giảm trạng thái yêu cầu ngời lái Khi xe chuyển động đờng, tình bất ngờ xảy ngời lái tiến hành đạp phanh khÈn cÊp víi mong mn ph¸t huy hÕt hiƯu Bình thờng, nhấn hết bàn đạp phanh, hệ thống ABS phát huy tối đa tính hiệu quả, nhng không đáp ứng áp suất phanh cha đủ lớn Với xe có trang bị ABS+BAS, cảm biến nhận đợc tín hiệu yêu cầu lái xe so sánh trình biến đổi áp suất với giá trị áp suất định sẵn ECU-ABS thực gia tăng nhanh áp suất phanh hỗ trợ lái xe chế độ phanh khẩn cấp, nhằm mục đích tăng tính an toàn chuyển động đạt hiệu phanh tốt theo yêu cầu ngời sử dụng Bằng cách tạo điều kiện cho ngời lái xe kinh nghiệm có đợc quÃng đờng phanh ngắn trờng hợp phanh khẩn cÊp, l¸i xe xuèng dèc hay xe kÐo theo khoang chở hành khách, hàng hoá Tất nhiên phanh lái xe phải đặt chân lên bàn đạp phanh 67 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ kết cấu ABS thông thờng cảm biến bàn ®¹p phanh, cã nhiƯm vơ ®ãng m¹ch ®iỊu khiĨn ECU-ABS, trợ lực phanh làm việc tùy thuộc vào vị trí bàn đạp phanh b Sơ đồ logic điều khiển BAS: Khi lái xe đạp phanh khẩn cấp, áp lực sinh má phanh không tăng kịp, hệ thống điều khiển nhanh chóng chuyển mạch tới mức tạo áp lực phanh cao Quá trình xảy sù chËm chƠ thùc hiƯn chun m¹ch rÊt ngắn áp lực phanh mô tơ DC tao gia tăng nhanh tới ngỡng giá trị điều chỉnh độ trợt Quá trình giảm áp lực phanh giữ áp tăng áp xảy vài chu trình điều chỉnh vùng lân cận độ trợt yêu cầu, tốc độ ô tô nhanh chóng giảm xuống, đảm bảo tơng thích hành trình bàn đạp áp lực phanh hệ thống, kết thóc pha Trong thêi gian thùc hiƯn pha nµy, áp lực phanh đạt giá trị cao, độ trợt bánh xe giới hạn tối u ABS nên giảm nhỏ đợc quÃng đờng phanh Mỗi áp lực cấu phanh đo đợc nhỏ giá trị yêu cầu (thả chân phanh), hệ thống nhận biết đợc yêu cầu lái xe giảm dần áp lực phanh (pha 2) Trong trờng hợp đó, ECU-ABS+BAS tác dụng chuyển mạch điều khiển sang chế độ phanh theo thông thờng Sự điều chỉnh đợc chuyển êm dịu theo tín hiệu áp suất đo đợc tạo điều kiện Lái xe lại tiếp tục phanh xe với hệ thống thiết bị hỗ trợ Cơ sở lý luận chơng trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW chế độ TRC: a Cơ sở lý luận: Ngày ABS+TRC cã thĨ bao gåm: + ASR: Bé ®iỊu khiển chống trợt quay, + EMS: Thiết bị điện tử điều khiển công suất động + MSR: Bộ điều chỉnh mô men phanh hỗ trợ ASR sè trun thÊp + EDS: Bé ®iỊu khiĨn khãa vi sai bên hệ thống truyền lực, Sự trợt quay xảy mômen từ động truyền xuống bánh xe vợt giới hạn bám bánh xe Sự trợt quay xảy tơng tự nh trợt lết phanh, trợt quay có tác động xấu tới khả bám bánh xe, đồng thời 68 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ gây nên tiêu thụ nhiên liệu vô ích, làm khả ổn định hớng chuyển động ô tô gây mài mòn nhanh lốp Do xe trang bị ABS+TRC có khả điều chỉnh tức thời mômen chủ động theo khả bám bánh xe với mặt đờng (tức làm tốt yếu tố động lực ô tô), TRC đợc bố trí bánh xe chủ động Mô men cần giảm=70% Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc TRC2có thể mô tả đơn giản hình TRC Bán trục Cơ cấu phanh Bánh xe Mô men bán trục=100% Mô men bám=30% Khi ô tô chuyển động, mômen truyền xuống bán trục đợc coi 100%, khả bám 30%, bánh xe bị trợt quay với hệ số trợt lớn, xe không chuyển động công suất từ động truyền xuống, mà giá trị bám tác động Nhờ thiết bị TRC, bán trục cấu phanh, tạo nên giảm mômen chủ động 70%, bánh xe không bị trợt lớn Mô men cần giảm mômen điều chỉnh, điều đợc thực trớc hết cách giảm mômen truyền từ động tới thiết bị EMS (Electronic Engine-Management System) sau tạo lực phanh bán trục Trên ô tô ngày với xe có ABS, tạo lực phanh bán trục hai phơng pháp chính: + Phanh nhẹ cho bánh xe chủ động cấu phanh, với thiết bị có tên gọi ASR (Anti Spin Regulator) + Phân chia lại mô men truyền qua cấu vi sai Muốn làm việc chế độ TRC cần thiết phải có cấu kích hoạt chuyển sang chế độ có TRC Các loại đèn báo xe có ABS+TRC bảng tablo xe nh hình Hình Các loại hiển thị đèn báo bảng tablo Đèn báo phanh Đèn báo ABS Đèn báo TRC Đèn báo VSC Đèn báo trợt Ngời lái xe điều khiển ô tô đờng, thấy tác động việc nhấn sâu chân ga hiệu nâng tốc độ chuyển động ô tô hay đèn báo trợt sáng, sử dụng phím ấn kích hoạt TRC, đèn TRC sáng, xe chuyển sang chế độ làm việc có TRC Khi độ trợt bánh xe trở lại phạm vi độ trợt tối u (trở lại chế độ chuyển động đờng tốt) để phát huy tốc độ ô tô tự động nhả phím ấn, ô tô hoạt động chế độ ABS 69 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ b Sơ đồ logic TRC: Thông qua cảm biến hành trình bàn đạp ga, cảm biến vận tốc góc bánh xe, cảm biến bớm ga, cảm biến động cơ, ngời lái đạp ga, ECU so sánh với giá trị vận tốc góc bánh xe, hành trình bàn đạp ga định sẵn: Nếu vận tốc góc quay bánh xe nhỏ vận tốc góc quay bánh xe cho phép hành trình bàn đạp ga tơng ứng với vị trí hành trình bàn đạp ga trạng thái bình thờng đèn báo trợt quay TRC tắt, đèn báo ASR tắt, xe hoạt động chế độ bình thờng Nếu vận tốc góc quay bánh xe lớn vận tốc góc quay bánh xe cho phép hành trình bàn đạp ga không tơng ứng với hành trình bàn đạp ga trạng thái bình thờng đèn báo trợt quay TRC sáng, công tắc ASR đợc kích hoạt ECU ABS điều khiển phanh ABS, tiếp đến ECU ABS tác động truyền tín hiệu điều khiển tới ECU động cơ, ECU động tiến hành điều chỉnh hạ công suất động Khi độ trợt đà đáp ứng chuyển chế độ phanh sang chế độ giữ giảm lực ép Khi độ trợt đà giảm chuyển chế độ phanh sang chế độ giảm lực ép Cơ sở lý luận chơng trình logic điều khiĨn hƯ thèng phanh BBW ë chÕ ®é VSC: a Cơ sở lý luận: Sự quay thân xe thờng xảy xe quay vòng đờng có tốc độ cao Các yếu tố gây nên tăng mức (quay vòng thừa) hay quay cha đủ (quay vòng thiếu) nhiều nguyên nhân: + + Do phân bố tải bánh xe không phù hợp (xếp tải, tăng giảm tốc độ chuyển động,), Do ảnh hởng yếu tố tác động ngoại cảnh môi trờng xung quanh (nền đờng nghiêng không phù hợp, gió bên thổi mạnh, đờng có khả bám khác nhau, ), + Do tốc độ di chuyển đờng cong (v), + Do ảnh hởng hệ thống treo, đàn hồi bánh xe Mặc dù thiết kế trạng thái đà đợc quản lý, nhng tác động nhiều thuộc vùng quản lý trớc, điều thực tiễn thờng gọi xảy tợng lái Hậu dẫn tới quay thân xe không hoàn toàn phụ thuộc vào vành lái 70 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A ThiÕt kÕ hƯ thèng phanh ĐIƯN (BBW) cho xe «t« chỗ Mô men gây quay thân xe xảy với hai trạng thái tổng quát, cần thiết đảm bảo khả giảm mômen quay nhờ tạo lực phanh tơng ứng bánh xe, VSC đảm nhận Lực phanh VSC đặt vết tiếp xúc bánh xe với mặt đờng gây nên trục thẳng đứng ô tô mô men hỗ trợ Mômen hỗ trợ tác động liên tục theo phơng ngợc chiều mô men quay thân xe với giá trị mômen quay tính toán ECU-VSC Việc tạo nên lực phanh bánh xe đợc thực hệ thống ABS tác động độc lập bánh xe cần thiết (theo trạng thái tăng, giữ, giảm áp suất điều khiển phanh) mà tham gia tác động ngời lái Thông thờng hệ thống cài đặt sẵn tính toán trực tiếp từ giá trị gia tốc bên thân xe ( y ) mà không cần tính toán xác định giá trị tối u mômen quay thân xe Giá trị y đợc thực nhờ tín hiệu từ cảm biến gia tốc bên (hoặc cảm biến gia tốc bên cảm biến vận tốc góc quay thân xe) Giá trị gia tốc bên tối u chuyển động đợc rút từ góc quay vành lái (đợc kiểm soát cảm biến góc quay vành lái), tốc độ chuyển động thân xe v (đợc kiểm soát cảm biến tốc độ bánh xe, đà bố trí cho thiết bị ABS) từ rút ra:  = y tøc lµ:  = y v2 R víi R= l tgα vµ α= β ilai v2 β tg ( ) l ilai Các thông số chiều dài sở ô tô (l) tỷ số truyền hệ thống lái (i lai) thông số kết cấu ô tô (không thay đổi) Các thông số bán kính quay vòng (R), góc quay bánh xe dẫn hớng () thông số trung gian tính toán ECU-VSC thờng xuyên tiếp nhận thông tin góc quay vành lái, gia tốc bên tìm sai lệch gia tốc bên tối u gia tốc bên thực tế đo đợc dựa theo chơng trình logic đa tín hiệu điều khiển phanh bánh xe tơng ứng Chơng trình tính toán cho phép xuất gia tốc bên thực tế cao cần loại trừ tình trạng để tránh nguy hiểm, ECU-VSC đa tín hiệu giảm vận tốc ô tô nhờ điều khiển thiết bị EMS Hai tín hiêu điều khiển đồng thời giúp xe nhanh chóng thoát khỏi tình trạng nguy hiểm kể 71 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ôtô chỗ b Sơ đồ logic VSC: Thông qua cảm biến ECU xác định thông số góc quay thân xe, góc quay vô lăng lái, gia tốc bên, vận tèc quay b¸nh xe ECU tÝnh to¸n, so s¸nh gi¸ trị góc quay vành lái, gia tốc bên tối u gia tốc bên thực tế đo đợc, giá trị gia tốc bên tối u gia tốc bên thực tế đo đợc có sai lệch, đèn VSC bật sáng , công tắc VSC đợc kịch hoạt Trong trờng hợp gia tốc bên thực tế đo đợc có giá trị cao ECU chế độ VSC đa tín hiệu giảm vận tốc chơng trình EMS Khi xe trạng thái quay vòng thừa ECU điều khiển tiến hành phanh bánh xe trớc phía ngoài, tạo khả điều chỉnh thân xe ®óng q ®¹o cong cđa ®êng Khi xe ë tr¹ng thái quay vòng thiếu ECU điều khiển tiến hành phanh bánh xe sau phía trong, tạo khả điều chỉnh thân xe quỹ đạo cong đờng Kết luận chung Hệ thống điện (BBW) đợc thiết kế theo kiĨu EMB lµ hƯ thèng phanh cã kiĨu kÕt cÊu điều khiển đại so sánh với hệ thống phanh có kết cấu khác thời điểm Cụm cấu phanh có tần số làm việc chế độ ABS cao hẳn so với cụm cấu phanh thông thờng đòi hỏi công nghệ thiết kết, chế tạo phải xác vật liệu phải đảm bảo độ bền cao, có khả chịu nhiệt tốt Do trình dẫn động, điều khiển hoàn toàn điện điện tử, nên hệ thống phanh thiết kế có độ an toàn cha cao, đặc biệt trờng hợp nguồn điện nuôi ECU thiết bị thừa hành bị ngắt Thêm vào nguồn lợng cung cấp để trì hoạt động hệ thống phải có dung lợng tơng đối lớn ổn định, cảm biến thu nhận tín hiệu phải đảm bảo độ nhạy độ xác làm việc Tuy nhiên bù lại nhiều u điểm nh khối lợng nhỏ, khoảng không gian chiếm chỗ bé, hiệu phanh cao, thời gian chậm tác dụng ngắn, trình thiết lập chơng trình logic điều khiển hệ thống phanh hoạt động chế độ phanh ABS, BAS chức khác cao cấp nh TRC, VSC có độ xác hoàn thiện nhiều so với hệ thống cũ Vì nghiên cứu thiết kế đà tính tới lựa chọn phơng án thiết kế hệ thống phanh điện (BBW) theo kiểu EMB (không hỗ trợ thuỷ lực) 72 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A ThiÕt kÕ hƯ thèng phanh ĐIƯN (BBW) cho xe «t« chỗ Từ thông số kỹ thuật Honda civic Hybrid, loại môtơ DC có kết cấu nhỏ gọn nhng cung cấp giá trị mômen xoắn lớn có sẵn thị trờng, em đà thiết kế tính toán đợc mômen phanh cần thiết tác dụng lên đĩa phanh Từ mômen phanh tính toán lực phanh tác dụng lên má phanh Từ mômen phanh động DC lựa chọn ta tính đợc tỷ số truyền động học cấu, từ lựa chọn tỷ số truyền chêm tính đợc tỷ số trun bé trun trơc vÝt ®ai èc Qua tû sè truyền chêm ta tính đợc góc nghiêng nghiêng chêm, từ tính đợc lực kéo chêm kiểm nghiệm đợc độ bền cần thiết truyền truyền chêm truyền trục vít đai ốc thoả mÃn yêu cầu đề Các tính toán trình thiết kế đảm bảo yêu cầu thông số làm việc đủ độ bền Dựa sở kiến thức hiểu biết chơng trình ABS liên hợp điều khiển, em đà xây dựng đợc mạch điện điều khiển hoạt động chơng trình ABS, BAS, TRC, VSC Xây dựng hoàn thiện sơ đồ logic ®iỊu khiĨn hƯ thèng phanh qua viƯc ®iỊu khiĨn mô tơ DC theo đáp ứng trình ®iỊu khiĨn xe ë chÕ ®é ABS, BAS hay c¸c chế độ cao cấp nh TRC, VSC Tuy nhiên với kiến thức đợc đào tạo trờng không đợc học xâu mạch điện, lập trình điện tử Các thiết lập hoạt động dới dạng sơ đồ logic điều khiển hệ thống, hớng mở để nghiên cứu thiết kế tiếp tục phát triển hoàn thiện hệ thống phanh đại Trong trình làm đồ án, thân em đà cố gắng tìm hiểu tài liệu nghiên cứu hÃng thiết kế hệ thống phanh kiểu bớc giải néi dung kÜ tht hỵp lý díi sù chØ dÉn tận tình thầy PGS.TS Nguyễn Khắc Trai Đây bớc khởi đầu quan trọng giúp cho em nhanh chóng tiếp cận với ngành công nghiệp ô tô đại giới Rất mong nhận đợc ý kiến đóng góp, bổ sung thầy, bạn để đề tài đợc hoàn thiện Một lần em xin cảm ơn hớng dẫn, bảo tận tình thầy PGS.TS Nguyễn Khắc Trai thầy môn ôtô đà giúp em hoàn thành đồ án 73 NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A ThiÕt kÕ hƯ thèng phanh ĐIƯN (BBW) cho xe «t« chỗ Tài liệu tham khảo Tài liệu ngiên cứu hệ thống phanh điện EWB Bộ Giáo VDO Automotive hÃng Siemens AG, dục Đào tạo Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả: Bernd Gombert, Henry Hartmann o0o -ViƯn C¬ Khí Động Lực Bộ môn ÔTÔ xe chuyên dùng Tập giảng thiết kế tính toán Ôtô Tác giả: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Hớng dẫn thiết kế hệ thống phanh Ôtô máy kéo Tác giả: Dơng Đình Khuyến Xuất bản: Hà Nội - 1985 Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí tập Tác giả: Trịnh Chất - Lê Văn Uyển Xuất bản: ĐHBK in 2000 Tên đề tài: Hớng dẫn làm tập dung sai Tác giả: Ninh Đức Tốn - Đỗ Trọng Hùng THIếT Kế Hệ THốNG PHANH BBW CHO ÔTÔ hÃng hệ Tài liệu ngiên cứu chọn lọcCON CHỗ thống phanh điện (BBW) mạng Internet Đồ áN TốT NGHIệP Giáo viên hớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Khắc Trai Duyệt: Th.s Phạm Huy Hờng Sinh viên thiết kế: Nguyễn Quang Hiếu Lớp: ÔTÔ K48 Hµ Néi 05/2008 74 XE ... HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ? ?tô chỗ - Phân tích điều kiện sử dụng phanh chế độ ABS liên hợp, đề xuất phơng án bố trí ABS liên hợp hệ thống phanh điện (BBW) thiết kế -... Cơ cấu phanh mođun EMB Bình điện - + - + Hinh 5: Sơ đồ mạch điện BBW Cụm CB Bàn đạp điện tử (epedal) NGYễN QUANG HIếU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ? ?tô chỗ Hệ thống điện tử... NGN QUANG HIÕU- Lớp ÔTÔ A Thiết kế hệ thống phanh IệN (BBW) cho xe ? ?tô chỗ Chơng II: PHÂN TíCH CáC ĐIềU KIệN Sử DụNG Và Đề XUấT Bố TRí ABS Và CáC LIÊN HợP PHANH CHO XE ÔTÔ CON CHỗ I Phân tích điều