Tổng quan tình hình nghiên cứu và sản phẩm trong và ngoài nước
Ngành công nghiệp ô tô không chỉ đáp ứng nhu cầu giao thông mà còn đóng góp vào sự phát triển kinh tế và thương mại, mang lại lợi nhuận cao nhờ sản phẩm có giá trị lớn Các quốc gia như Nhật Bản, Mỹ, và Hàn Quốc đã chú trọng phát triển ngành này để phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu Tại Việt Nam, mục tiêu xây dựng ngành công nghiệp ô tô nhằm thay thế sản phẩm nhập khẩu và tiến tới xuất khẩu đã được đặt ra, với sự hỗ trợ từ chính phủ thông qua các chính sách ưu đãi Tuy nhiên, sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn còn hạn chế về số lượng, chất lượng và tính hiện đại, chủ yếu dừng lại ở lắp ráp và sản xuất các chi tiết đơn giản, dẫn đến giá thành cao và thời gian sản xuất kéo dài, chưa đáp ứng kịp nhu cầu thị trường.
Hệ thống phanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự chuyển động an toàn của ô tô Để đạt hiệu quả cao và ổn định hướng di chuyển khi phanh, cũng như tăng độ tin cậy, hệ thống phanh trên ô tô ngày càng được cải tiến về cấu trúc, bố trí và cách lắp đặt.
Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS) được phát triển nhằm nâng cao hiệu quả phanh cho ô tô trong mọi điều kiện di chuyển ABS giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, từ đó đảm bảo tính ổn định trong hướng chuyển động của xe Hiện nay, các hệ thống ABS trên xe đang được cải tiến và tích hợp với nhiều công nghệ hỗ trợ khác như EBD, BAS, TRC và ASR.
Nghiên cứu cho thấy hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) chủ yếu được trang bị trên xe ô tô con, trong khi các xe tải nhỏ vẫn chưa áp dụng công nghệ này Nguyên nhân là do các cơ sở sản xuất chưa làm chủ được công nghệ ABS Do đó, việc nghiên cứu và thiết kế vành răng cảm biến tốc độ cho hệ thống ABS trong phanh khí nén trở nên cần thiết.
Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của nghiên cứu là thiết kế và chế tạo vành răng cảm biến tốc độ cho hệ thống ABS khí nén Nghiên cứu bao gồm việc thử nghiệm bộ cảm biến đo tốc độ góc của bánh xe, xây dựng quy trình chế tạo vành răng cảm biến, cùng với thiết kế 3D cho vành răng này.
Phương pháp tiếp cận
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là vành răng cảm biến tốc độ trong hệ thống ABS khí nén trên xe tải loại vừa và nhỏ Để thực hiện nghiên cứu, phương pháp lựa chọn là tiếp cận các nhà sản xuất và lắp ráp, cụ thể là công ty ô tô Mê Kông và ô tô Trường Hải, những đơn vị cung cấp dòng xe tải này.
Nghiên cứu các phương pháp lắp đặt cảm biến trên xe thí nghiệm nhằm đánh giá các thông số của thí nghiệm sẽ giúp đưa ra những phương án thiết kế phù hợp.
Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu hệ thống phanh khí nén
- Tìm hiểu hệ thống ABS khí nén
- Lựa chon phương án gá lắp vành răng
- Lập qui trình chế tạo vành răng
T Ổ NG QUAN V Ề H Ệ TH Ố NG PHANH KHÍ NÉN VÀ
Tổng quan về hệ thống phanh khí nén
2.1.1 Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén
2.1 1.1 Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam
Cơ cấu phanh tang trống là một hệ thống phanh phổ biến trên ô tô, hoạt động dựa trên việc sử dụng các guốc phanh cố định Khi bánh xe quay, mặt trụ trong của tang trống sẽ tạo ra ma sát với các má phanh, từ đó thực hiện quá trình phanh hiệu quả.
Cơ cấu phanh tang trống được phân loại dựa trên cách bố trí và điều khiển các guốc phanh, tạo thành nhiều dạng khác nhau Khi áp dụng cho hệ thống phanh khí nén thuần túy, cơ cấu phanh điều khiển bằng cam thường được sử dụng.
• Cơ cấu phanh điều khiển bằng cam
Hình 2.1 : Cấu tạo cơ cấu phanh dạng cam
1- Chốt guốc phanh; 2- Mâm phanh; 3- Tấm chắn; 4- Êcu; 5- Tấm đệm chốt guốc phanh; 6- Khoá hãm; 7- Guốc phanh; 8- Lò xo hồi vị; 9- Tấm ma sát; 10- Trục con lăn; 11- Cam ép; 12- Con lăn; 13- Đòn điều chỉnh; 14- Trục cam phanh
Cơ cấu phanh này chỉ dùng cho xe có tải trọng lớn và dùng cho hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
Cơ cấu phanh được thiết kế đối xứng qua trục, với xi lanh khí nén điều khiển cam xoay 11 để ép guốc phanh 7 vào trống phanh Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống, trong khi phần cố định gồm mâm phanh 2 được gắn chắc chắn trên dầm cầu.
Cụm cơ cấu phanh được lắp trên mâm phanh 2, kết nối với bích cầu, với các tấm ma sát 9 hình lưỡi liềm được gắn trên hai guốc phanh 7 Các guốc phanh này tựa tự do lên các bánh lệch tâm, cho phép định tâm chính xác với trống phanh Cam quay chế tạo liền trục với biên dạng Cycloit, khi phanh, cam ép 11 sẽ đẩy các guốc phanh ra, tạo áp lực lên bề mặt trống phanh Giữa cam ép và guốc phanh có con lăn 12 giúp giảm ma sát, trong khi bốn lò xo hồi vị 8 đảm bảo guốc phanh trở về vị trí nhả phanh.
Cam tác động lên các guốc phanh với chuyển vị đồng nhất, dẫn đến việc má phanh mòn đều, do đó kích thước của các má phanh trên cả hai guốc phanh gần như tương đương nhau.
2.1.1 2 Hệ thống dẫn động điều khiển phanh
Hệ thống dẫn động có vai trò quan trọng trong việc truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh, đảm bảo hiệu suất phanh an toàn và hiệu quả Để đạt được điều này, hệ thống dẫn động cần phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt.
Độ nhạy cần thiết của hệ thống;
Hiệu quả điều khiển trong việc truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiển đến cơ cấu phanh của ôtô;
Độ tin cậy của hệ thống kể cả khi có hư hỏng bất thường
Hệ thống dẫn động phanh thủy lực sử dụng truyền động thủy tĩnh từ cơ cấu điều khiển đến xylanh bánh xe, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
Thời gian chậm tác dụng ngắn
Tạo được lực ép trên cơ cấu phanh đồng đều và đồng thời, làm tăng tính ổn định của ô tô khi phanh
Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ô tô khác nhau, khi đó chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh
Nhược điểm của hệ thống dẫn động thủy lực:
Tỷ số truyền của hệ thống phanh không lớn, do đó không thể tăng cường lực điều khiển lên cơ cấu phanh Khi cần lực phanh lớn, yêu cầu phải có hành trình bàn đạp lớn hơn hoặc sử dụng trợ lực để đạt hiệu quả phanh mong muốn.
Hiệu suất truyền giảm khi nhiệt độ thay đổi
Trong hệ thống dẫn động phanh ô tô, lực điều khiển từ người lái tác động vào bàn đạp nhanh, tỷ lệ thuận với lực tại các cơ cấu phanh Đối với ô tô tải lớn và xe buýt, việc sử dụng hệ thống thủy lực không phù hợp do yêu cầu năng lượng điều khiển lớn, dễ gây mệt mỏi cho người lái Ngược lại, hệ thống phanh khí nén cho phép lực điều khiển nhỏ hơn, áp suất trong ống không cao và hỗ trợ việc dẫn động đến các cơ cấu phanh xa, đồng thời dễ dàng bố trí hệ thống điều khiển tự động.
Hệ thống phanh dẫn động khí nén có nhược điểm là số lượng chi tiết nhiều, kích thước lớn và giá thành cao Độ nhạy của hệ thống này cũng kém, dẫn đến thời gian phản hồi từ khi người lái tác dụng lực đến khi phanh bắt đầu hoạt động khá lâu do sự nén khí khi chịu lực.
Sơ đồ cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản (hình 2)
Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén a) Nguồn cung cấp
1 Máy nén khi 4 Cụm van chia, bảo vệ
2 Bộ điều chỉnh áp suất 5 Bình chứa khí nén mạch I
3 Bình làm khô 6 Bình chứa khí nén mạch II b) Cụm điều khiển: 7 Van phân phối hai dòng c) Cơ cấu chấp hành: 8.Bầu phanh và cơ cấu phanh trước
9 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau d) Các đường ống dẫn khí
Phần cung cấp khí nén có nhiệm vụ hút không khí từ môi trường và nén nó đến áp suất cần thiết (0,7 - 0,9 Mpa), đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng cho hệ thống phanh khí nén hoạt động hiệu quả Máy nén khí có áp suất làm việc tối đa là 11 kg/cm²; nếu áp suất vượt quá giới hạn này, van điều áp sẽ ngắt máy nén để đảm bảo an toàn Độ bền và độ tin cậy của hệ thống phanh khí nén phụ thuộc vào chất lượng khí nén, do đó khí nén cần phải khô, sạch và có áp suất an toàn khi hoạt động.
2.1.2 Giới thiệu về xe tham khảo
DẪN ĐỘNG 4x2, tay lái thuận ĐỘNG CƠ
Model: YC4F115-20 – 4 Xylanh thẳng hàng – TURBO Euro 2
Dung tích xi lanh(cc) 3,907 Công suất Max (KW/rpm) 85/3200 Momen xoắn cực đại (Nm/rpm) 300/2200
Tiêu hao nhiên liệu tại tốc độ 60km/h (lit/km)
Kích thước ngoài (mm) 5990x2190x2570 Kích thước thùng (mm) 3700x2000x600 Chiều dài cơ sở (mm) 3400
Khoảng sáng gầm xe (mm) 240 Chiều dài vết bánh xe trước (mm)
Chiều dài vết bánh xe sau (mm) 1640
Chiều cao trọng tâm h g (mm) 980
Tổng trọng lượng G (Kg) 7685 Phân bố lên trục 1 (Kg) 2685 Phân bố lên trục 2 (Kg) 5000
Khối lượng cho phép lớn nhất trên trục (kG)
Tốc độ tối đa (Km/h) 95
HỆ THỐNG LÁI Cơ khí có trợlực thủy lực
Kiểu tang trống / dẫn động khí nén
Kiểu tang trống / tác động lên bánh sau / có lò xo tích năng tại bầu phanh. Áp suất Áp suất làm việc của hệ thống là 7 kg/cm 2
Phụ thuộc Nhíp hợp kim dạng nửa elip, ống giảm chấn thuỷ lực
2.1.2.2 Hệ thống phanh khí nén trên xe. a Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén không có ABS
Nguyên lý làm việc của hệ thống
Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí, đi qua van điều áp và bộ lọc tách nước, sau đó qua van an toàn kép tới các bình chứa khí Van an toàn kép đảm bảo hai bình chứa khí hoạt động độc lập, tạo thành hai nguồn cung cấp khí cho hai dòng dẫn động phanh.
Dẫn động phanh trục trước bắt đầu từ bình khí 5 qua khoang dưới của tổng van 8, đi tới các bầu phanh của trục trước 9, 10
Dẫn động phanh cầu sau bắt đầu từ bình khí 6, qua khoang trên của tổng van
8, đi tới van gia tốc 12, tới các bầu phanh của cụm cầu sau 14, 15
Dòng khí nhả phanh dừng bắt đầu từ bình khí 5, 6, đi qua van điều khiển 11 và van xả nhanh 13, sau đó đến các bầu tích năng dạng lò co của cụm cầu sau 14, 15, nơi các lò xo được ép để thực hiện quá trình nhả phanh.
Khi thực hiện phanh dừng, việc xoay tay van 11 sẽ xả khí nén, làm cho các lò xo tích năng bị giải phóng Điều này khiến các lò xo bung ra, xoay trục cam và ép các guốc phanh của bánh xe sau, từ đó thực hiện quá trình nhả phanh tay.
Tổng quan về ABS khí nén
Cấu tạo của van như hình vẽ trên
Nguyên lý hoạt động của van:
Dòng khí nén từ máy nén khí đi qua cổng I và các lỗ của van một chiều, đẩy pittong tỳ để mở van nạp, cung cấp khí nén tới khoang II và III Khí nén sau đó được dẫn tới các bình chứa khí nén, từ đó cung cấp cho các cầu trước và sau Hệ thống phanh tay nhận khí nén từ cả hai bình khí, theo sơ đồ đã mô tả.
2.2 Tổng quan hệ thống ABS khí nén
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) là một phần quan trọng trong hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại Hệ thống này giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, từ đó tăng cường độ ổn định cho xe, rút ngắn quãng đường phanh và cải thiện khả năng điều khiển khi cần tránh chướng ngại vật.
Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:
Năm 1924: Khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì tăng tính an toàn phanh với dẫn động hai dòng;
Năm 1951: Ứng dụng dạng phanh đĩa
Năm 1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân không
Vào năm 1978, hệ thống phanh ABS (Anti-lock Braking System) chính thức được áp dụng thương mại trên ô tô ABS hoạt động bằng cách điều chỉnh áp suất trong hệ thống dẫn động thủy lực, giúp giữ, giảm hoặc tăng áp suất phanh Điều này nhằm ngăn chặn hiện tượng trượt lết của bánh xe trong quá trình phanh, đảm bảo an toàn và ổn định cho phương tiện.
Năm 1989, hệ thống phanh ABS được tích hợp với hệ thống chống trượt quay TSC, cho phép điều khiển bằng cách điều chỉnh mô men phanh và mô men từ động cơ đến các bánh xe Hệ thống này còn có khả năng điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho động cơ để hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô men Tuy nhiên, vào thời điểm đó, số kênh điều khiển còn hạn chế, chỉ có thể điều khiển một hoặc hai kênh cho toàn bộ các cầu hoặc một cầu xe, và sử dụng van điều hòa lực phanh cơ khí để phân phối áp suất phanh đến các bánh.
Năm 1994, hệ thống phanh ABS đã được tích hợp với hệ thống cân bằng điện tử EBD, đánh dấu sự chuyển mình từ các hệ thống cơ khí sang công nghệ điện tử Hệ thống phanh ABS giờ đây có khả năng điều khiển nhiều kênh, cho phép điều chỉnh độc lập từng bánh xe, nâng cao hiệu suất và an toàn khi lái xe.
Trong những năm gần đây, sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điều khiển điện tử và tự động hóa đã thúc đẩy sự hoàn thiện của các hệ thống điều khiển trên ô tô, từ đó nâng cao tính tiện nghi và an toàn cho người sử dụng.
Hệ thống phanh ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tốc độ chuyển động và đảm bảo an toàn chủ động Dựa trên công nghệ ABS, hệ thống phanh hiện đại tích hợp nhiều chức năng ưu việt, không chỉ giúp giảm tốc độ và dừng xe mà còn hỗ trợ trong quá trình khởi động và tăng tốc Hệ thống này còn kiểm soát hiện tượng quay vòng thiếu và quay vòng thừa, từ đó tăng cường tính ổn định của xe khi di chuyển trên đường cong.
Một số sự kết hợp của ABS với các hệ thống khác:
The integration of Anti-lock Braking System (ABS) with Electronic Brake-force Distribution (EBD) and Brake Assist System (BAS) enhances vehicle safety and braking efficiency.
ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control (TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR)
ABS kết hợp với hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Electronic Stability Program – ESP)
Trong những năm tiếp theo, quá trình hoàn thiện và tối ưu hóa hiệu quả làm việc của hệ thống phanh đã diễn ra mạnh mẽ Hệ thống ABS được cải tiến để hoạt động tối ưu, nhằm đáp ứng các yêu cầu nâng cao chất lượng phanh của ô tô.
ABS phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực học phanh và chuyển động của ôtô
Hệ thống cần đảm bảo hoạt động ổn định và linh hoạt, có khả năng điều khiển hiệu quả trên mọi dải tốc độ của xe và trong mọi điều kiện đường, từ đường bê tông khô với độ bám tốt đến đường đóng băng có độ bám kém.
Hệ thống phanh cần tối ưu hóa khả năng hoạt động của từng bánh xe trên đường để nâng cao sự ổn định khi điều khiển và rút ngắn quãng đường phanh Điều này đảm bảo hiệu quả phanh không bị ảnh hưởng bởi cách thức phanh đột ngột hay từ từ của tài xế.
Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau, như hai bánh xe bên phải chạy trên đường dính dầu nhớt và hai bánh bên trái trên đường nhựa khô, mô men xoay quanh trục đứng đi qua trọng tâm xe sẽ xảy ra Lúc này, hệ thống ABS cần can thiệp để làm giảm tốc độ tăng của mô men quay, giúp người lái có đủ thời gian điều chỉnh thông qua hệ thống lái.
Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh gấp trong lúc đang quay vòng
Hệ thống cần có chế độ tự kiểm tra và chẩn đoán an toàn, với mạch kiểm soát liên tục theo dõi hoạt động của nó Khi phát hiện lỗi có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của ABS, hệ thống sẽ thông báo cho lái xe qua đèn cảnh báo, và lúc này, hệ thống phanh sẽ hoạt động như phanh thông thường.
2.2.1.2 Phân loại hệ thống ABS
Phân loại theo kiểu điều khiển
Ta có sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển trên ABS
Hình 2.10: Sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển a Điều khiển 4 kênh độc lập (kiểu (1), (2))
Các dòng có thể điều khiển 4 kênh độc lập theo kiều cầu trước/ cầu sau hoặc điều khiển chéo (X)
Hệ thống phanh 3 kênh hiện đang được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng giảm thiểu sự phụ thuộc lực phanh giữa các bánh xe, từ đó nâng cao sự ổn định của xe trong quá trình di chuyển.
Với kiểu này, 2 bánh cầu trước được điều khiển độc lập còn 2 bánh cầu sau vẫn sử dụng điều khiển chung c Điều khiển 2 kênh ( kiểu (4),(5),(6))
Kiểu điều khiển này sử dụng 2 kênh để điều khiển 4 bánh xe, dẫn đến sự phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh Mặc dù có chi phí thấp hơn, nhưng kiểu điều khiển này không đảm bảo ổn định tốt cho xe khi chuyển động, vì vậy nó ít được áp dụng trong các mẫu xe hiện nay.
Kênh điều khiển Cảm biên vận tốc Cảm biến vận tốc (thay thế)
3 cảm biến 2 cảm biến 2 cảm biến
Ngoài ra trong hệ thống thủy lực còn có cách phân loại theo cơ cấu chấp hành gồm: van 2 vị trí, và van 3 vị trí
2.2.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS.
2.2.2.1 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Hình 2.11: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Khi phanh, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:
P ξ – lực đẩy từ khung xe truyền đến;
Gb – tải trọng tác dụng lên bánh xe;
Zb – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe;
Mf – Mô men cản lăn;
Mjb – Mô men quán tính
Tính toán thiết kế vành răng cảm biến tốc độ
Trờ kháng cách điện Tối thiểu 50 MΩ (tại 500 VDC) giữa các bộ phận mang điện và vỏ Mức độ chịu rung 10 đến 55 Hz, 1.5-mm trong 2 giờ theo các hướng
X,Y,Z Mức độ chịu sốc 500 m/s2, 10 lần theo các hướng X,Y, Z
Vật liệu Thân Thép không gỉ
3.2 Thiết kế, tính toán vành răng cảm biến tốc độ góc bánh xe.
3.2.1 Cơ sở thiết kế vành răng cảm biến
Vành răng cảm biến gắn vào moay ơ bánh xe giúp theo dõi tốc độ quay của bánh Khi tốc độ bánh xe thay đổi, số xung tại đầu ra cảm biến cũng biến đổi theo Bằng cách đếm số xung trong một khoảng thời gian nhất định, ta có thể tính toán được tốc độ quay ω của bánh xe.
Thông số kỹ thuật của vành răng cảm biến được thiết kế, tính toán dựa theo đặc tính của loại đầu dò cảm biến
Theo hướng dẫn của nhà sản xuất cảm biến, kích thước của vật thể di chuyển theo hướng tâm vào bề mặt cảm biến được xác định dựa trên kích thước vật chuẩn như hình 4.18, đảm bảo phù hợp với khoảng cách lắp đặt cảm biến theo tiêu chuẩn.
Ứng dụng đo tốc độ góc trên xe thí nghiệm với kích thước vật quay dạng vành răng bị ảnh hưởng bởi không gian bố trí và điều kiện vận hành của cảm biến.
Hình 3.15: Thông số kỹ thuật của vành răng với cảm biến tiệm cận E2A - S08
3.2.2 Tính, lựa chọn các thông số kỹ thuật của vành răng.
3.2.2.1 Tính số răng của vành răng.
Bán kính bánh xe rb:
Khi phanh xe ở tốc độ thấp, hiện tượng bó cứng bánh xe khó xảy ra, vì vậy giai đoạn đầu của quá trình phanh không cần sự hỗ trợ của hệ thống ABS Hệ thống ABS được thiết kế và thử nghiệm cho xe tải 3 tấn với tốc độ tối đa 75 km/h, cho phép lựa chọn dải làm việc của hệ thống trong vùng tốc độ từ 12 đến 72 km/h (tương đương 3,33 đến 20 m/s).
Dải tốc độ cần đo của cảm biến ( - ):
Hệ thống phanh ABS hoạt động với tần số 7 Hz, có nghĩa là trong một giây, áp suất trong bầu phanh sẽ thay đổi 7 chu kỳ, bao gồm các pha tăng áp, giữ áp và giảm áp.
Chúng ta có thể xác định thời gian lấy mẫu để cập nhật giá trị tốc độ góc bánh xe, cụ thể là T = 1/21 giây (khoảng 0,05 giây) Sau khoảng thời gian này, ECU sẽ quyết định điều khiển áp suất khí nén tại cơ cấu phanh.
Trong thời gian T = 0,05 giây, số vòng quay cần thiết phải đo được là ( - ):
Trong khoảng thời gian T rất ngắn, cần đếm số xung tối thiểu để xác định 0,06 vòng và số xung tối đa để xác định tốc độ 0,35 vòng.
Ta chọn số xung tối thiểu theo kinh nghiệm với 7 xung, giảm thiêu được sự sai sót tốc độ khi đo ở tốc độ thấp
Vậy, số răng (n) cần phải chọn là:
Ta chọn số răng là n = 120 (răng)
Khi đo tốc độ từ 12 đến 72 km/h trong khoảng thời gian 0,05 giây, số xung tương ứng dao động từ 7 đến 42 xung Từ đó, tần số xung lớn nhất đạt được là 875 xung/giây.
Hình 3.16: Ảnh hưởng của vật liệu và kích thước của vật cảm biến với E2A-
3.2.2.2 Xác định các thông số kỹ thuật của vành răng.
Ta chọn vật liệu làm vành răng là thép non (iron) có từ tính cao hoặc có thể thay thế bằng thép CT3
Với khoảng cách đặt X = 1,7 mm, kích thước vật yêu cầu là dxd = 5x5 mm Nếu giảm khoảng cách đặt, cảm biến vẫn có khả năng nhận diện vật với kích thước này, cho phép chọn khoảng cách đặt X ≤ 1,7 mm Dựa vào đồ thị miền hoạt động của cảm biến theo khoảng cách đặt, ta xác định khoảng cách tối thiểu giữa hai răng để tránh hiện tượng nhận diện đồng thời hai răng.
Lựa chọn phương án gá lắp vành răng
Khi đặt khoảng cách X = 1,7 mm, giá trị Y = 0 cho thấy vật phải di chuyển vào vùng tác động và đến đường tâm mới được cảm biến nhận biết Nếu kích thước vật quá nhỏ hoặc di chuyển với tốc độ cao, cảm biến dễ mất tín hiệu Do đó, cần giảm khoảng cách cảm biến xuống nhưng vẫn giữ nguyên kích thước vật Với X = 0,8 – 1 mm, Y đạt 2 mm, yêu cầu khoảng cách giữa hai răng cần ≥ 2Y = 4 mm để tránh nhầm lẫn, vì vậy khoảng cách giữa các răng được chọn là 5 mm.
Vậy, bề rộng răng là 5mm, khoảng cách 2 răng là 5mm, bước răng là 10mm.
2 Kích thước của vành răng
Với bước răng (p) là 10mm, số răng (n) trên vành răng là 120 răng, thì đường kính vành răng là:
3.3 Lựa chọn phương án gá đặt cảm biến trên xe thí nghiệm.
3.3.1 Phương án 1: Vành răng lắp vào vành ngoài ổ lăn
Hình 3.18 Vành răng lắp vành ngoài ổ lăn, bên trong trống phanh
Ưu điểm: Vành răng được gá vào vành ngoài ổ lăn, cảm biến được lắp vào bên trong trống phanh nên được bảo vệ và che chắn tốt
Một nhược điểm của hệ thống là do cầu xe đã có sẵn, việc chế tạo vành răng kích thước lớn để lắp vào bên trong trống phanh bị giới hạn bởi không gian và cách vận hành của cảm biến Quá trình đo đạc kích thước thiết kế giá cảm biến trên cầu xe không đạt độ chính xác 1 mm, dẫn đến việc khi lắp trống phanh, không thể kiểm tra và điều chỉnh khoảng cách giữa cảm biến và vành răng.
3.3.2 Phương án 2: Vành răng tựa vào mặt bích của trống phanh, cắt răng ngoài, hướng trục, cảm biến đặt hướng kính
Hình 3.19 Phương án vành răng cắt răng cạnh ngoài, cảm biến đặt trên
Phương án sử dụng vành răng đòi hỏi gia công nhiều hơn và tốn kém hơn, đồng thời cần nhiều không gian để lắp đặt đầu dò cảm biến Việc đi dây cảm biến gặp khó khăn do bị vướng vào bánh xe, trong khi bề dày trống phanh tương đối mỏng khiến chiều dài của vít bắt vành răng chỉ khoảng 6 ren Điều này làm tăng nguy cơ tháo lỏng vành răng do lực ly tâm lớn khi quay Hơn nữa, việc bố trí vành răng ở phía ngoài mà không có bộ phận bảo vệ tạo ra điều kiện làm việc không an toàn cho cảm biến.
Do đó phương án này không khả thi
3.3.3 Phương án 3: Vành răng nằm trên mặt bích trống phanh, răng làm dài ra ngoài, cắt răng vành trong, hướng kính, cảm biến đặt dưới
Hình 3.20 Vành răng kéo dài ra ngoài mâm phanh, cắt răng mặt trong
Phương án bố trí này yêu cầu không gian hẹp hơn, giúp dễ dàng lắp đặt cảm biến và đảm bảo vành răng được cố định chắc chắn Tuy nhiên, vành răng có độ dày lớn (75mm) khiến việc tìm mua thép tấm CT3 dày trở nên khó khăn, vì trên thị trường thường chỉ có khoảng 50mm Sử dụng phôi tròn với đường kính Φ410mm cũng không khả thi Hơn nữa, do bố trí bên ngoài, việc lắp đặt cơ cấu bảo vệ cho vành răng và cảm biến gặp nhiều khó khăn, dẫn đến bụi bẩn và dầu mỡ có thể bám vào, ảnh hưởng đến khả năng vận hành của cảm biến và làm giảm thời gian bảo dưỡng, gây lãng phí trong quá trình sử dụng.
3.3.4 Phương án 4: Vành răng lắp phía ngoài mặt bích trống phanh, cắt răng mặt bên, cảm biến đặt hướng trục
Hình 3.21 Vành răng được cắt răng mặt bên, cảm biến đặt hướng trục
Với cách bố trí này, vành răng có kích thước bề dày chỉ 36mm, giúp tiết kiệm không gian và đơn giản hóa quá trình chế tạo Gá đặt chắc chắn hơn và việc đi dây cho cảm biến trở nên dễ dàng, thuận tiện hơn trong vận hành Ngoài ra, thiết kế này cho phép lắp đặt giá bảo vệ cho cảm biến, bảo vệ khỏi bụi bẩn, dầu mỡ, và va đập với sỏi, đá, từ đó kéo dài thời gian bảo dưỡng Tính khả thi và tính kinh tế của phương án này cũng cao hơn so với các giải pháp khác.
Hình 3.22 Thiết kế vành răng có nắp bảo vệ
3.3.5 Lựa chọn phương án thiết kế và bố trí vành răng
3.3.5.1 Lựa chọn phương án thiết kế.
Sau khi xem xét các ưu điểm và nhược điểm của từng phương án, cũng như điều kiện gia công hiện tại, tôi đã quyết định chọn phương án 4 để bố trí và thiết kế vành răng (hình 4.21).
3.3.5.2 Thông số kỹ thuật của vành răng
Kích thước vành trong: Φ358mm
Kích thước vành ngoài: Φ406mm
Kích thước răng: Bề rộng: 5mm
Khoảng cách các răng: 5mm
Các kích thước khác, xem trong bản vẽ chi tiết
Hình 3.23 Chi tiết vành răng cảm biến
Hình 3.24 Chi tiết giá đỡ cảm biến
Xây dựng mô hình 3D và kiểm nghiệm vành răng
3.4.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế
Trong những năm gần đây, phần mềm thiết kế 3D SolidWorks của công ty Dassault Systemes đã trở nên phổ biến toàn cầu, đặc biệt trong các ngành cơ khí chế tạo, ô tô, tàu thủy và máy xây dựng Sự phổ biến này nhờ vào việc ứng dụng công nghệ đồ họa máy tính tiên tiến nhất.
Solidworks là phần mềm cho phép người dùng thiết kế chi tiết và cụm chi tiết trong không gian 3 chiều, giúp lắp ráp chúng thành một bộ phận hoàn chỉnh Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ kiểm tra sự giao cắt giữa các chi tiết và thực hiện các phân tích động học hiệu quả.
SolidWorks cung cấp một thư viện chi tiết tiêu chuẩn và thông số vật liệu, đồng thời tích hợp mô-đun SolidWorks Simulation để kiểm tra độ bền và ổn định Phần mềm chia nhỏ thiết kế thành các phần tử nhỏ thông qua phương pháp chia lưới, sau đó áp dụng điều kiện biên và lực để tính toán Kết quả từ phương pháp phần tử hữu hạn cho phép đánh giá ứng suất, chuyển vị và độ an toàn của thiết kế.
Phần mềm thiết kế mô phỏng chuyển động mang lại nhiều tiện ích, giúp kiểm nghiệm, đánh giá và lựa chọn vật liệu phù hợp, cũng như đánh giá khả năng chịu lực và xác định điểm tập trung ứng suất trong quá trình hoạt động Nó tạo ra báo cáo kiểm nghiệm với mã hóa màu sắc trên mô hình trực quan, từ đó nâng cao năng suất thiết kế và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Trong lĩnh vực ô tô và xe chuyên dụng, phần mềm cho phép thiết kế chi tiết và lắp ráp các bộ phận thành một hệ thống hoàn chỉnh, mô phỏng chuyển động trên mô hình 3D, kiểm tra độ bền dựa trên dữ liệu về lực, mô men và vật liệu, đồng thời lựa chọn thiết kế tối ưu cho điều kiện làm việc của các chi tiết và cụm chi tiết.
Dựa trên cơ sở khoa học và khả năng ứng dụng đa dạng, tác giả đã quyết định sử dụng phần mềm này để thực hiện tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm vành răng cảm biến tốc độ trong hệ thống ABS khí nén.
3.4.2 Phương pháp xây dựng mô hình 3D vành răng cảm biến
* Cơ sở thiết kế chi tiết 3D trong Solidworks
Sau khi cài đặt thành công phần mềm Solidworks, người dùng mở ứng dụng và chọn "New" để tạo một tài liệu mới, tương tự như các phần mềm khác Một hộp thoại sẽ xuất hiện để hướng dẫn tiếp theo.
Hình 3.25 Hộp thoại tạo dữ liệu mới
Solidworks hỗ trợ ba loại tập tin khác nhau, bao gồm Part, Assembly và Drawing Để tạo một loại tài liệu, người dùng cần chọn kiểu tương ứng trước khi nhấn OK.
Part: Kiểu tài liệu cơ bản nhất.Tài liệu này được hình thành trong cửa sổ Part, dùng để thiết kế chi tiết máy riêng lẻ
Bản lắp là tài liệu được tạo ra trong cửa sổ Assembly, thông qua việc kết hợp các chi tiết máy đã được thiết kế trong các tài liệu Part và lắp ráp chúng lại với nhau.
Bản vẽ kĩ thuật là tài liệu được tạo ra từ cửa sổ Drawing, thông qua việc đưa các chi tiết hoặc bản lắp vào để sản xuất các bản vẽ kĩ thuật Những bản vẽ này có thể được in ra giấy để phục vụ cho các mục đích khác nhau.
Kích chuột vào phần môi trường, sau đó nhấn OK để mở giao diện thiết kế chi tiết máy trong Solidworks, theo nguyên tắc thiết kế như hình 4.8.
+ Bước 1: Phân tích kết cấu của chi tiết gồm bao nhiêu khối nhỏ
+ Bước 2: Xây dựng bản vẽ 2D của từng khối
+ Bước 3: Dùng lệnh vẽ 3D chuyển sang hình khối 3D
Hình 3.26 Cửa sổ thiết kế chính của phần mềm Solidworks
Các công cụ 2D được đặt trên thanh bên phải, trong khi các công cụ vẽ 3D nằm ở bên trái màn hình Ngoài ra, bên trái còn có cây thư mục, thể hiện thứ tự các lệnh vẽ 3D.
Theo kết quả, kích thước được tính toán theo phương án 4 và ứng dụng phần mềm Solidworks cho vành răng cảm biến tốc độ của hệ thống ABS đã được thiết kế, như thể hiện trong hình 3.33.
Hình 3.27: Vành răng cảm biến tốc độ của hệ thống ABS
3.4.3 Kiểm nghiệm và đánh giá vành răng cảm biến trên mô hình
3.4.3.1 Giới thiệu phần mềm COSMOS.
Trong lĩnh vực cơ khí kỹ thuật, việc giải quyết các bài toán về nhiệt, sức bền, và dao động thường sử dụng phương pháp truyền thống như giải phương trình vi phân và đại số Đối với những bài toán phức tạp, việc tìm ra nghiệm chính xác trở nên khó khăn, dẫn đến kết quả thường chỉ là giá trị gần đúng Để kiểm nghiệm bền các chi tiết máy như trục và thân máy, thường phải mô hình hóa chúng thành các dạng đơn giản hơn và đặt lực lên đó với một số giả thiết, nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán Tuy nhiên, các giả thiết này không đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả, và việc đạt được kết quả chính xác thường đòi hỏi nhiều lần thử nghiệm, gây tốn kém và mất thời gian.
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin, phần mềm COSMOS đã ra đời, nổi bật với phương pháp phần tử hữu hạn và tốc độ tính toán nhanh chóng Phần mềm này cho phép tính toán tần số riêng của các chi tiết, độ bền dưới tác động của ngoại lực và ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền Ngoài ra, COSMOS còn hỗ trợ giải các bài toán về truyền nhiệt và dẫn nhiệt, mang lại kết quả cụ thể mà không tốn nhiều thời gian và công sức Trình tự giải các bài toán được thực hiện theo các bước rõ ràng.
+ Khi ta đã có chi tiết 3D vẽ bằng phần mềm SolidWorks, save lại thành file + Mở file lên, thao tác đơn giản như: Chọn "New Study"
• Đưa vào các điều kiện ràng buộc(như connection,fixture,external load )
• Cuối cùng là chạy chương trình (Run)
Phần mềm phát triển này có cấu trúc mở và hỗ trợ đa tài liệu, giúp tối ưu hóa giao diện đồ họa Windows một cách hiệu quả và trực quan Nó có khả năng đọc hầu hết các định dạng file CAD hiện nay, đồng thời sở hữu nhiều tính năng nổi bật và ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
3.4.3.2 Kiểm nghiệm biến dạng cho vành răng cảm biến
Đưa điều kiện tính toán kiểm nghiệm vào SolidWorks Simulation
Lập qui trình chế tạo vành răng
3.5.1 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết.
Hình 3.33 Chi tiết vành răng cảm biến
Chi tiết dạng vành trụ tròn được lắp lên trống phanh và quay cùng trống phanh trong quá trình làm việc Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, đầu đo cảm biến cần được bố trí cách bề mặt răng từ 0,7 đến 1,7 mm, do đó yêu cầu cao về độ song song của bề mặt răng với mặt D và độ đảo mặt đầu so với trục quay.
Với kích thước lớn, việc gia công trên máy vạn năng thông thường không đảm bảo tiêu chuẩn công nghệ Do đó, việc gia công chi tiết trên máy CNC khả trình là lựa chọn tối ưu để đạt được độ chính xác và chất lượng cao.
Chi tiết có kích thước lớn và độ dày 36 mm đảm bảo độ cứng vững, không bị biến dạng trong quá trình gia công Nhờ vậy, chúng ta có thể thực hiện cắt gọt với tốc độ cao, từ đó tăng năng suất hiệu quả.
Chọn vật liệu thép non CT3 giúp tối ưu khả năng thu nhận tín hiệu của cảm biến Ngoài ra, CT3 còn được ưa chuộng trên thị trường nhờ vào tính dễ chế biến và giá thành hợp lý.
- Trong quá trình gia công tâm việc gá đặt phải đảm bảo giữ tâm cố định để đảm bảo độ tròn của bề mặt lắp ráp lên trống phanh
- Phôi ban đầu có dạng vành trụ, trước khi gia công được làm sạch ỉ420 45 ỉ340
3.5.2.Thứ tự các nguyên công
3.5.2.1 Nguyên công 1: Phay mặt đầu
Hình 3.34 Phôi trước khi gia công
Hình 3.35 .Nguyên công 1: Phay mặt đầu
3.5.2.2.Nguyên công 2: Mài tinh bề mặt làm việc
- Sử dụng đá mài mặt đầu
- Tốc độ chạy dao s =2 mm n
Hình 3.36 Nguyên công 2: Mài tinh bề mặt
3.5.2.3 Nguyên công 3 : Phay đường kính trong và phay bậc
Sau nguyên công 1 ta đạt độ song song giữa 2 bề mặt 0,05 Kẹp chặt chi tiết trên bàn gá và định tâm
Hình 3.37 Nguyên công 3: Phay đường kính trong và phay bậc a) Phay lỗ Φ 358
- Tốc độ dao n = 750 (vòng/ phút)
- Chiều sâu cắt t = 0,5 mm a) Phay bậc
- Tốc độ dao n = 750(vòng/ phút)
3.5.2.4 Nguyên công 4: Kiểm tra độ đảo bề mặt làm việc
- Định vị chi tiết lên phiến tì
- Đồng hồ đo được quay cùng trục
- Tiến hành kiểm tra độ đảo nhỏ hơn 0,05 ta thực hiện tiếp nguyên công tiếp theo
Hình 3.38 Nguyên công 4: Kiểm tra độ đảo bề mặt
3.5.2.5 Nguyên công 5 : Khoan lỗ Φ10 tạo lỗ định vị Để thực hiện được nguyên công tiếp theo ta tiến hành khoan 2 lỗ Φ 10 trên mặt D tạo chuẩn tinh khi định vị 2 lỗ khoan được khoan trên bề mặt làm việc của chi tiết, như vậy đảm bảo được tính an toàn và khả làm làm việc của vành răng không bị ảnh hưởng
Hình 3.39 Nguyên công 5: Chuẩn tinh
3.5.2.6 Nguyên công 6: Phay trụ ngoài Φ406
Hình 3.40 Nguyên công 6: phay đường kính ngoài n
- Dao phay ngón Φ 2 chạy theo biên dạng răng, được lập trình trên CNC
Hình 3.41 Nguyên công 7: Cắt răng
3.5.2.8 Nguyên công 8: Khoan lỗ bắt vít Φ8
Hình 3.42: Nguyên công 8: Khoan lỗ bắt vít Φ8
Kết quả thí nghiệm bộ cảm biến đo tốc độ góc bánh xe
Hình 3.43: Lắp đặt cảm biến và vành răng cảm biến cầu sau
Hình 3.44: Không gian bố trí vành răng cầu sau
Hình 3.45: Vành răng cảm biến cầu trước
Tín hiệu từ cảm biến được xử lý và hiển thị trên máy tính dưới dạng đồ thị tốc độ góc và gia tốc góc của bánh xe Bộ cảm biến đo tốc độ góc bánh xe đã thu nhận tín hiệu bình thường, nhưng vẫn gặp hiện tượng nhiễu ở bánh xe 3 và 4, có thể khắc phục bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách giữa cảm biến và vành răng Tốc độ đo tối thiểu của cảm biến là 60 vòng/phút (tương đương 12 km/h), và cảm biến hoạt động ổn định ở tốc độ 80 km/h.
Hình 346: Tốc độ bắt đầu làm việc của cảm biến.
Hình 3.47:Tín hiệu cảm biến ứng với tốc độ 80 km/h.
Hình 3.48:Tín hiệu cảm biến ứng làm việcở tốc độ khoảng 40 km/h
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo vành răng cảm biến tốc độ cho hệ thống ABS khí nén nhằm nâng cao tính năng an toàn và chất lượng cho xe tải Đề tài đã đạt được những kết quả quan trọng trong quá trình thực hiện, góp phần cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống phanh.
1) Nghiên cứu tổng quan về hệ thống ABS khí nén trên ô tô, tình hình nghiên cứu các sản phẩm liên quan trong và ngoài nước
2) Thông qua nghiên cứu đề tài đã thiết kế được vành răng cảm biến tốc độ của hệ thống ABS khí nén
3) Vành răng cảm biến tốc độ được thiết kế trên 3D trực quan, có kiểm nghiệm độ bền, biến dạng trước khi chế tạo Phương pháp thiết kế và thử nghiệm trên máy tính này rất trực quan, thuận tiện và tiết kiệm chi phí khi thiết kế, chế tạo
4) Vành răng cảm biến hoạt động tốt, các thông số kỹ thuật được xác định tương đối rõ ràng.
