Bài giảng Lý thuyết ô tô: Chương 6 - Trường CĐ Công nghệ

Bài giảng Lý thuyết ô tô: Chương 6 Phanh và hệ thống phanh trên ô tô, cung cấp cho người học những kiến thức như: giản đồ phanh; ổn định của ô tô khi phanh; nguyên lý của bộ điều hòa lực phanh. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 6 PHANH VÀ HỆ THỚNG PHANH TRÊN Ơ TƠ

6.1 GIẢN ĐỒ PHANH :

Giản đồ phanh là đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa lực phanh Pp sinh

ra ở các bánh xe (hoặc mômen phanh Mp) với thời gian t cũng như quan hệ giữa gia tốc chậm dần và thời gian t Nó nhận được từ thực nghiệm và dùng để xác định quãng đường phanh thực tế

Hình 6.1 Giãn đồ phanh

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 t2 - Thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh, tức là từ lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào trống phanh Đối với phanh dầu t2 = 0,03s; phanh khí t2

i 1 min

δ - Hệ số tính đến ảnh hưởncủa trọng khối quay của ô tô

 Trong thời gian này, lực phanh hoặc gia tốc chậm dần có giá trị

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Cần chú ý rằng giản đồ phanh trình bày ở hình trên đã được đơn giản hoá còn giản đồ phanh lấy từ thực nghiệm có dạng đường

gợn sóng, nhấp nhô

 Nếu kể đến thời gian chậm tác dụng t2 của dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế được tính như sau:

1

2 s

1 2

k v

S = v t +

6.2 ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHI PHANH:

6.2.1.Ổn định của ô tô khi phanh nếu các bánh xe bị hãm cứng

 Để thấy rõ ổn định của ô tô khi phanh nếu các bánh xe bị hãm cứng, trước hết chúng ta phải khảo sát mối quan hệ giữa phản lực tiếp tuyến Xb và phản lực ngang Yb tác dụng từ mặt đường lên bánh xe trong quá trình phanh

• Khi phanh, phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe sẽ là:

Ppb – Lực phanh tác dụng lên bánh xe

Pfb – Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

Hình 6.2 Nguyên nhân xuất hiện phản lực ngang ở các bánh xe khi

phanh

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Trong quá trình phanh, nếu có lực ngang Y tác dụng lên thân xe, thì tại tâm các bánh xe sẽ có lực ngang Py tác dụng, lập tức dưới các bánh xe xuất hiện các phản lực ngang Yb ngược chiều với Py ( hình 6.2 )

• Chúng ta giả thiết rằng: φ x  φ y  φ tq  φ

• Lúc này dưới bánh xe sẽ xuất hiện đồng thời các lực Ppb và Yb Hợp lực của chúng là Nb:

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Giá trị Nbmax xác định một vòng tròn có tâm O tại tâm bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và bán kính R = Nbmax Vòng tròn này được gọi là vòng tròn giới hạn bám Nếu các lực Ppb, Yb hoặc

Nb lớn hơn R thì bánh xe sẽ trượt ( hình 6.3)

Hình 6.3 Vòng tròn giới hạn bám của bánh xe khi phanh

• Chúng ta sẽ sử dụng kết luận trên để xét ổn định của xe khi phanh nếu các bánh xe bị hãm cứng

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 6.2.1.1 Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh:

 Như vậy, khi phanh sẽ xuất hiện lực ngang Y tác dụg tại T ( Y =

Pjy hay Y = Gsin hoặc Y là lực của gió tạt ngang )

α 0 

β  0

Hình 6.4 Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

' " ' "

Y ,Y ( Y + Y = Y )

suy ra

 Dễ thấy rằng Y1 = Pjy và Y1, Pjy là một ngẫu lực nên đã làm

xuất hiện mômen Mq làm quay xe:

 Với chiều của Mq như ở hình 9.4 sẽ làm góc  tăng lên, dẫn đến

Pjy tăng lên và làm cho giá trị Mq càng tăng, xe có khả năng bị quay ngang và nguy cơ xe bị lật đổ là khó tránh khỏi Bởi vậy, nếu các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh là trạng thái chuyển động không ổn định

 6.2.1.2 Các bánh xe cầu trước bị hãm cứng khi phanh:

 Vẫn giả thiết rằng: khi xe đang phanh thì có lực ngang Y tác dụng lên thân xe ( Y = Pjy hay Y = Gsin hoặc Y là lực của gió tạt ngang ) Lúc này các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng ( xem hình 6.5 )

Hình 6.5 Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Tuy nhiên, khi các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng, do các phản lực ngang tác dụng lên các bánh xe trước bằng không nên xe không còn điều khiển được thông qua hệ thống lái, tức là xe bị mất tính ổn định hướng Bởi vậy ở trường hợp này xe cũng chuyển động không ổn định

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 6.2.2 Ổn định của ô tô khi phanh nếu các lực phanh phân bố không đều:

 Khi phanh mà ô tô bị quay đi một góc quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến an toàn chuyển động trên đường Vậy tính ổn định của

ô tô khi phanh là khả năng ô tô giữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn của người lái trong quá trình phanh

 Trong phần này chúng ta nghiên cứu sự ổn định của ô tô khi

phanh mà các lực phanh phân bố không đều Sơ đồ nghiên cứu như hình 6.6

 Trong quá trình phanh ô tô thì trục dọc của ô tô có thể bị nghiêng

đi một góc  nào đấy so với phương quỹ đạo đang chuyển động Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái và tạo thành mômen quay vòng Mq quanh trục thẳng đứng z đi qua trọng tâm T của ô tô ( hình 6.6)

 Giả sử ô tô đang chuyển động theo hướng của trục x nhưng sau khi phanh thì ô tô bị lệch một góc 

 Trong khi phanh thì ở các bánh xe bên phải có các lực phanh Pp.p1

ở cầu trước và Pp.p2 ở cầu sau, còn ở các bánh xe bên trái có các lực phanh Pp.t1 ở cầu trước và Pp.t2 ở cầu sau

 Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là:

Pp.p = Pp.p1 +Pp.p2 (6.11)

 Và tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái bằng:

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Giả sử rằng tổng các lực phanh bên phải Pp.p lớn hơn tổng các lực phanh bên trái Pp.t lúc đó ô tô sẽ quay vòng theo hướng mũi tên chỉ trên hình 9.6 quanh trọng tâm T của ô tô

 Mômen quay Mq được xác định theo biểu thức:

 Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm T được viết dưới dạng :

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

Hình 6.6 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh mà có hiện

tượng quay xe do lực phanh phân bố không đều

 Lấy tích phân phương trình (6.15) ta được:

q

1 z

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Để tìm giá trị C2 ta cũng sử dụng điều kiện ban đầu khi t = 0 thì 

= 0 và lắp vào phương trình (6.18) ta có C2 = 0, từ đó rút ra được biểu thức cuối cùng để xác định góc lệch  do mômen quay vòng

Mq gây ra, mà mômen Mq là do sự không đồng đều lực phanh ở các bánh xe phía bên phải và phía bên trái của ô tô tạo ra:

 Theo yêu cầu của nhà máy chế tạo thì ô tô khi xuất xưởng ( chế tạo hoặc sửa chữa) phải đảm bảo lực phanh ở các bánh xe trên cùng một cầu là như nhau nhằm đảm bảo tính ổn định khi phanh Độ chênh lệch tối đa giữa các lực phanh ở các bánh xe trên cùng một cầu không vượt quá 15% so với giá trị lực phanh cực đại ở các bánh xe của cầu này

 Giả sử rằng các bánh xe ở phía bên phải có lực phanh lớn nhất

Pp.pmax theo điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, thì lực phanh thấp nhất của các bánh xe phía bên trái cho phép là:

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

' pmax max

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

6.3 NGUYÊN LÝ CỦA BỘ ĐIỀU HÒA LỰC PHANH:

 Hiện nay, ô tô thường dùng dẫn động phanh thuỷ lực hoặc dẫn động phanh bằng khí nén, quan hệ giữa mômen phanh sinh ra ở bánh xe và áp suất trong dẫn động phanh biểu thị như sau:

 Quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh trước và phanh sau được suy ra từ (6.25) và (6.26):

2dđ 1dđ 2 p1

Hình 6.7: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau

và phanh trước để đảm bảo sự phanh lý tưởng

1- Đầy tải 2- Không tải

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Trên hình (9.7) trình bày đồ thị chỉ quan hệ giữa áp suất p1dđ và

p2dđ khi quan hệ giữa các mômen phanh Mp1,Mp2 tuân theo đường đặc tính phanh lý tưởng

 Để đảm bảo sự phanh lý tưởng thì quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau và trước phải tuân theo đồ thị hình (9.7) (được gọi là đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hòa lực phanh)

 Muốn đảm bảo đường đặc tính p2 = f(p1) theo đúng đồ thị trên thì bộ điều hòa lực phanh phải có kết cấu rất phức tạp Các kết cấu trong thực tế chỉ đảm bảo đường đặc tính gần đúng với đường đặc tính lý tưởng

 Hình dưới đây trình bày đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh loại pittông bậc

Hình 6.8: Đường đặc tính của bộ điều hoà lực phanh

1 - Đầy tải

2 - Không tải

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Xét trường hợp khi xe đầy tải :

• Giai đoạn đầu áp suất p1 ở dẫn động phanh ra phía trước và áp suất dẫn động phanh ra phía sau đều bằng nhau, đường đặc tính đi theo đường thẳng OA nghiêng với trục hoành một góc 45o, lúc đó bộ điều hoà lực phanh chưa làm việc

• Khi áp suất trong xy lanh phanh chính đạt giá trị pđch (áp suất điều chỉnh) thì lúc đó bộ điều hoà lực phanh bắt đầu làm việc Từ thời điểm đó áp suất p2 nhỏ hơn áp suất p1 và đường đặc tính điều

chỉnh đi theo đường thẳng AB gần sát với đường cong lý tưởng

 Xét trường hợp không tải:

• Giai đoạn đầu đường đặc tính đi theo đường thẳng OC nghĩa là lúc đó bộ điều hòa lực phanh chưa làm việc

• Áp suất p’đch ứng với điểm C là áp suất dẫn động phanh trước ở thời điểm mà bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc

• Tiếp đó đường đặc tính đi theo đường CD Đường CD là đường đặc tính của bộ điều hoà lực phanh khi xe không tải

 Như vậy, ứng với mỗi tải trọng khác nhau ta có đường đặc tính lý tưởng khác nhau (các đường cong khác nhau) và đường đặc tính của bộ điều lực phanh ở các tải trọng khác nhau sẽ là một chùm đường nghiêng trình bày trên hình 9.9

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Trên hình 6.9 áp suất trong dẫn động phanh p2 khi đã có bộ điều hoà lực phanh sẽ diễn biến theo đường gấp khúc OAB nằm dưới đường cong 1 Nghĩa là áp suất p2 có giá trị gần sát với áp suất lý tưởng nhưng luôn luôn nhỏ hơn áp suất lý tưởng yêu cầu nên

không xảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe sau khi phanh

* Bộ điều hòa lực phanh đảm bảo cho áp suất p2 ở dẫn động phanh đến cầu sau gần với áp suất lý tưởng yêu cầu và nhỏ hơn áp suất lý tưởng để tránh bó cứng bánh xe sau

* Khi bánh xe sau bị bó cứng thì hiệu quả phanh sẽ giảm do hệ số bám giảm bởi bánh xe bị trượt lết đồng thời làm mất tính ổn định khi phanh

 Nhận xét :

Hình 6.9 : Chùm đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh

1.Đầy tải ; 2 Khơng tải

6.4 HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG ABS:

6.4.1 Nguyên lý làm việc

 Nguyên tắc chung của tất cả các hệ thống phanh ABS: Trong quá trình phanh, nó sẽ điều khiển áp suất phanh để không cho bất kỳ bánh xe nào bị hãm cứng hoàn toàn, đồng thời lực phanh ở các bánh xe đạt được giá trị tối đa cho phép theo điều kiện bám Bởi vậy đã rút ngắn được quãng đường phanh và giữ được ổn định hướng của xe khi phanh gấp

 Một hệ thống phanh ABS gồm 3 bộ phận cơ bản sau:

 Bộ phận cảm biến

 Bộ phận điều khiển

 Bộ phận thực hiện

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

5 4

3

2 1

6

7

8

1 – Bộ phận cảm biến

2 – Bộ phận điều khiển (máy vi tính)

3 – Bộ phận thực hiện

4 – Nguồn năng lượng

 Nguyên lý làm việc:

 Khi phanh gấp, nếu gia tốc góc chậm dần của bánh xe vượt quá một giá trị xác định cho trước (bánh xe bắt đầu bị hãm cứng), thì tín hiệu

do cảm biến cung cấp cho bộ phận điều khiển sẽ đạt tới một giá trị ngưỡng thứ nhất, lập tức máy tính truyền tới bộ phận thực hiện tín hiệu điều khiển các van điện thực hiện quá trình giảm áp (để bánh xe không bị hãm cứng)

 Khi áp suất phanh giảm, lực phanh sẽ giảm theo và số vòng quay của bánh xe lại tăng lên

 Khi gia tốc góc chậm dần đạt đến giá trị ngưỡng thứ hai thì van điện sẽ nhận được tín hiệu điều khiển từ máy tính để thực hiện quá trình tăng áp Quá trình điều khiển nêu trên liên tiếp diễn ra nhiều chu kỳ trong một giây cho đến khi xe dừng hẳn lại hoặc khi người lái không đạp lên bàn đạp phanh nữa Các giá trị ngưỡng của gia tốc góc chậm dần được chọn dựa vào độ trượt của bánh xe với mặt đường

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

6.4.2 Sơ đồ cấu tạo cụm van phân phối áp suất dầu:

ª Cụm van phân phối áp suất dầu là phần quan trọng của bộ phận thực hiện trong hệ thống phanh ABS Van phân phối áp suất dầu có nhiệm vụ điều khiển áp suất dầu tăng, duy trì cố định hoặc giảm ở các xy lanh làm việc

ª Nhằm đảm bảo cho lực phanh ở các bánh xe đạt giá trị tối đa theo điều kiện bám và các bánh xe không bị hãm cứng (trượt lết)

ª Van phân phối áp suất dầu là các van điện từ được điều khiển

trực tiếp bởi dòng điện từ máy tính (bộ phận điều khiển) hoặc

qua trung gian là áp thấp

ª Khi máy tính nhận được các giá trị gia tốc góc chậm dần ngưỡng thì sẽ cho ra tín hiệu là dòng điện với một cường độ dòng điện thích hợp để điều khiển các van điện từ

ª Khi nhận được tín hiệu, các van điện sẽ hoạt động để điều khiển áp suất dầu phanh ở các xy lanh làm việc

ª Các giá trị gia tốc góc chậm dần ngưỡng sẽ được tính toán phù

hợp cho từng loại xe Do đó có máy tính xử lý hai hoặc ba giá trị ngưỡng Bởi vậy chu trình làm việc của van phân phối áp suất

dầu sẽ có 2 hoặc 3 pha

ª Thông dụng hiện nay là van phân phối áp suất dầu có 3 pha điều khiển là: pha tăng áp suất, pha duy trì áp suất và pha giảm áp suất

 Ở trên hình 6.11 là sơ đồ cấu tạo cụm van phân phối áp suất dầu của hãng BOSCH

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

M

13

6 7 14

4

5 3

1 2

11 12

15

Hình 6.11: Sơ đồ cấu tạo cụm van phân phối áp suất dầu

1 – Píttông của van phân phối 9 – Màng ngăn của bộ tích năng

2 – Xy lanh của van phân phối 10 – Lò xo

3 – Cuộn dây của van 11 – Xy lanh làm việc ở bánh xe 4; 5– Các lò xo 12 – Bộ cảm biến

6 – Bơm điện 13 – Bộ phân điều khiển

7; 8 Các van một chiều của bơm.14 – Xy lanh chính

15 – Van một chiều

 Nguyên lý hoạt động:

 Cụm van phân phối áp suất dầu làm việc dưới sự điều khiển

của máy tính, thông qua việc máy tính xử lý tín hiệu gia tốc

góc chậm dần tức thời theo 3 giá trị ngưỡng: n0 ,  1 n2

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Pha tăng áp suất (hình 9.12):

Hình 6.12: Pha tăng áp suất

P – Cường độ dòng điện điều khiển van điện.p – Áp suất phanh.vr –

Vận tốc bánh xe.vv – Vận tốc xe.t – Thời gian

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

 Ở trạng thái bình thường, khi chưa tác dụng lên bàn đạp phanh, píttông (1) của van điện từ bị đẩy xuống vị trí thấp nhất Khi bắt đầu phanh, áp suất dầu trong mạch từ xy lanh chính (14) qua píttông (1) đến xy lanh làm việc (11) tăng lên Cơ cấu phanh bắt đầu hoạt động, áp suất trong xy lanh làm việc tăng lên (đồ thị p – t) và vận tốc góc của bánh xe bắt đầu giảm (đồ thị v – t) Lúc này cường độ dòng điện từ máy tính tới điều khiển van điện từ chưa có (I = 0) và píttông (1) vẫn giữ ở vị trí thấp nhất ABS chưa có tác dụng trong pha này

 Nếu thả bàn đạp phanh ra, áp suất trong xy lanh làm việc (11) giảm Van một chiều (15) có tác dụng làm cho áp suất giảm nhanh trong pha này

 Pha duy trì áp suất (hình 6.13):

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ

Hình 6.13 : Pha duy trì áp suất

I – Cường độ dòng điện điều khiển van điện

p – Áp suất phanh

vr – Vận tốc bánh xe

vv – Vận tốc xe

T – Thời gian

 Pha giảm áp suất (hình 6.14 ):

Dầu áp suất cao

Dầu giảm áp

Hình 6.14: Pha giảm áp suất

I – Cường độ dòng điện điều khiển van điện

p – Áp suất phanh

vr – Vận tốc bánh xe

vv – Vận tốc xe

t – Thời gian