THIẾT KẾ HẸ THỐNG PHANH Ô TÔ

+ Thực hiện phanh đồng thời cùng lúc đối với tất cả cơ cấu phanh: vì áp suất là nhưnhau theo mọi phuong trong toàn hệ thống; nếu cơ cấu nào mà guốc phanh chưa ép sát, còn dịch chuyển =>

Phần 1 THIẾT KẾ HẸ THỐNG PHANH Ô TÔChương 1 (Bài 1 & 2): Tổng quan về hệ thống phanh trên ô tô

Phanh được xếp vào danh sách những hệ thống đảm bảo an toàn trên xe hơi Dĩ nhiên không chỉ xe hơi mà bất cứ phương tiện vận chuyển nào cũng cần phải có hệ thống giúp giảm tốc độ và dừng lại theo ý muốn của người điều khiển Hệ thống phanh trên ô tô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh, là:

- Hệt hống phanh chính: Hệt hống phanh chính được sử dụng để làm việc thường xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân.

- Phanh dự trữ (còn được gọi là phanh phụ): Dùng để phanh ô tô trong trường hợp

phanh chính bị hỏng.

- Phanh dừng: Dùng để giữ ô tô đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc Phanh này thường được điều khiển bằng tay nên gọi là phanh tay Phanh dừng cũng được gọi là phanh phụ vì có thể phanh tạm thời khi phanh chính bị sự cố.

- Phanh chậm dần: Trên các ô tô, máy kéo tải trọng lớn (như xe tải có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 5 tấn) hoặc xe làm việc

ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, còn phải có phanh chậm dần Phanh chậm dần được thiết kế kiểu van chắn đường khí thải động cơ đốt

trong; theo đó khi van chắn đóng gần kín sẽ tạo áp suất nén trong động cơ khi piston đi từ DCD lên DCT và do đó đóng vai trò nhu máy nén khí tạo công âm cản lại chuyển động của động cơ và do đó cản lại chuyển động của ô tô Vì vậy, phanh chậm dần có thể được dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ ô tô máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc hoặc là để giảm dần tốc độ của ô tô trước khi dừng hẳn

1.1 CÔNG DỤNG & YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHANH CHÍNH

F_max <= F_bám = G x hệ số bám.

=> Chú ý không sử dụng phanh chính để rà phanh liên tục khi xe xuống dốc dài ! =>

Phải dùng ma sát động cơ (MT) để hãm thêm cho xe khi xuống dốc (Phanh chậm dần

bằng ma sát của động cơ, hoặc nén khí đường thải nhờ van chắn đường ống thải) Nhưng

chú ý rằng xe với hộp số tự động AT và CVT (dùng ly hợp biến mô thủy lực) => không

dùng dc ma sát động cơ để hãm xe khi xuông dốc dài=> Giải pháp: thiết kế thêm ly hợp khóa biến mô (up-lock) hoặc gài số thấp (….1, LOW) để tận dụng một phần ma sát động

cơ ở tốc độ cao (nhờ gài số thấp L hoăc 1).

1.1.2 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống phanh chính:

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:

a) Có hiệu quả phanh cao nhất có thể khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm (Lực phanh lớn nhất có thể = > thời ian phanh sẽ ngắn nhất => Quảng đường phanh sẽ ngắn nhất có thể).

NẾU CÓ ABS => CHỐNG TRƯỢT => có thể sẵn sàng nâng cao hệ số bám thiết kế

=> gia tốc lớn hơn => lực phanh lớn hơn=> Quảng đường phanh ngắn hơn Kết quả

là hiệu quả phanh cao hơn.

b) Độ nhạy hệ thống phanh phải cao nhất có thể: thời gian tính từ khi tác dụng lực điều khiển phanh đến khi => lực phanh đạt max phải ngắn nhất có thể (cơ cấu phanh đĩa => nhanh hơn kiểu trống guốc! hoặc phanh khí nén do khí giãn nở nên độ nhạy kém hơn phanh dầu).

c) Các cơ cấu phanh phải thực hiện đồng thời (phanh cùng lúc)! (phanh dầu thì dễ đồng

thời ; rong khí khí nén khó đồng thời).

d) Lực phanh đồng đều: nếu không thì dễ nguy cơ lệch phanh, xoay xe => nếu

xoay nhiều => có thể xe bị lật.

Ngoài ra còn phải có các yêu cầu cơ khí chung:

+ Điều khiển nhẹ nhàng cho lái xe.

+ Hệ thống phanh làm việc tin cậy và an toàn

+ Cơ cấu phanh có khả năng thoát nhiệt tốt (vì động năng xe khi phanh tiêu hao qua ma sát ở cơ cấu phanh & biến thành nhiệt tản ra kí trời).

+ Đối với phanh dừng => phải giữu xe đứng yên lâu dài trên dốc Có thể hổ trợ một phần khi hệ thống phanh chính mất tác dụng.

1.2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG PHANH (HT PHANH CHÍNH)

1.2.1 Phân tích đặc điểm dẫn động phanh:

(=> phân tích theo yêu cầu kỹ thuật đã nêu trên)

a) Phân tích đặc điểm dẫn động phanh dầu:

Hình 1-8 Dẫn động thủy lực trợ lực chân không 1-Xy lanh chính kiểu kép; 2-Các piston; 3-Các bình chứa dầu; 4-Bầu trợ lực chân không; 5-Piston (hoặc màng) của bầu trợ lực chân không; 6-Lọc không khí; 7-Cụm lò xo

và nắp van kết hợp; 8-Van không khí; 9-Bàn đạp; 10-Lò xo hồi vị cần đẩy từ bàn đạp

kiêm chức năng đóng kín đế van không khí với nắp van 7;

11-Đế van chân không; 12- Bình chân không; 13-Van một chiều;

14,15-Các đường dẫn đến các xy lanh bánh xe sau/trước

Ưu điểm: Phanh dầu rất đơn giản : Áp suất dầu trong Xy lanh chính => truyền

khắp hệ thống => thông qua các đuong ống => đến xy lanh công tác => tạo lực ép cho cơ cấu phanh; có tất cả các ưu điểm theo yêu cầu kỹ thuật:

+ Có thể tạo lực phanh lớn nhất theo yêu cầu.

+ Có độ nhạy tốt (vì dầu có sẵn trong toàn hệ thống & không chịu nén).

+ Thực hiện phanh đồng thời (cùng lúc đối với tất cả cơ cấu phanh): vì áp suất là như

nhau theo mọi phuong trong toàn hệ thống; nếu cơ cấu nào mà guốc phanh chưa ép sát, còn dịch chuyển => thì áp suất trong toàn hệ thống chỉ bằng áp suất ma sát thủy lực đang dịch chuyển; không thể tăng lên áp suất max để phanh riêng từng cơ cấu phanh).

+ Lực phanh đồng đều: vì áp suất dầu đạt max là như nhau trong toàn hệ thống Chỉ

khác nhau không nhiều do ma sát cơ khí không giống nhau ở các cơ cấu phanh

Nhược điểm:

+ Lực phanh do trực tiếp lái xe tạo ra thông qua áp suất dầu => là không đủ lớn để phanh ô tô cần lực phanh lớn

=> Khắc phục: PHẢI CÓ BỘ PHẬN HỔ TRỢ THÊM LỰC :

- Trợ lực chân không: Tận dụng chênh lệch không khí với chân không (lấy từ họng nạp

động cơ Xăng hoặc máy hút đói với động cơ Diesel) để tạo thêm lực hổ trợ cho lái xe.

- Trợ lực khí nén: Sử dụng chênh lệch cao của khí nén (nhờ máy nén khí) với không khí

để tạo thêm lực hổ trợ cho lái xe

+ Mất tác dụng phanh khi bị rò rit hoặc lọt không khí vào hệ thống => phân tử dầu còn dịch chuyển => thì áp suất dầu chỉ bằng ma sát thủy lực đang dịch chuyển => không thể tăng lên max lớn để phanh

=> Khắc phục: CHỐNG LỌT KHÍ VÀO HỆ THỐNG:

- Tạo áp suất dư trong hệ thống: Nâng cao bình chưa dầu để tạo cột áp dư; hoặc làm

van ngược chiều đặt giữa xy-lanh chính và đường ống (dầu cao áp chỉ về lại bình chứa khi áp

suất đủ thắng lò xo van ngược để mở van dầu về).

- Phải có van xả “air” ở tất cả xy lanh bánh xe: Để xả không khí nếu không may lọt

vào hệ thống (nhất là khi sửa chữa bảo dưỡng, cấp mới dầu …).

Áp suất làm việc lớn (7.10 6 đến 20.10 6 [N/m 2 ]) so với khí nén chỉ 7-8[KG/cm 2 ] (0,7 đến 0,8).10 6 Dễ rò rỉ => làm độ tin cậy và an toàn chưa cao (dễ mất phanh do rò rỉ) => khắc phục: đường ống có kích thước nhỏ (d==2mm) và dày, dẻo, bền=> ống đồng hoặc thép mềm.

b) Phân tích đặc điểm dẫn động phanh khí nén:

Hình 1-12 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén 1-Máy nén khí; 2-Bộ điều chỉnh áp suất; 3-Bộ lọc bụi và lắng nước; 4-Cụm van chia và bảo vệ các dòng độc lập; 5,6-Các bình chứa khí nén; 7- Tổng van phân phối hai dòng; 8- Bầu phanh và cơ cấu phanh trước; 9- Bầu phanh và cơ cấu phanh sau.

Ưu điểm: Tuy có cấu tạo phức tạp; nhưng có một số ưu điểm khắc phục dẫn động

dầu :

+ Có thể tạo lực phanh lớn nhất theo yêu cầu.

+ Lực điều khiển nhẹ nhàng (chỉ cần mở van điều khiển ; áp suất do máy nén tạo ra) ; + Áp suất làm việc thấp ; đặc biệt áp suất do máy nén cung cấp liên tục => nếu có nhánh

bị rò rỉ, các nhánh khác vẫn phanh bình thường => => độ tin cậy và an toàn cao.

Tuy nhiên, ngược lại với phanh dầu ; dẫn động khí nén có nhiều nhược điểm :

+ Có độ nhạy không tốt (vì khí nén giãn nở : khi mở van, áp suất khí bị tiết lưu giãn nở

qua van, tiếp trục giãn nở & chuyển động trong đường ống cho tới bầu phanh ; sau đó mới tích tụ

ở bầu để đạt áp suất max yêu cầu để phanh) => KHẮC PHỤC : làm đường ống có kích thước lớn (10 đến 12 [mm]) ; kích thước bầu phanh cũng hạn chế để mau tích tụ đủ áp max (mặc dù áp suất khí nén thấp).

+ Thực hiện phanh không đồng thời (không cùng lúc đối với tất cả cơ cấu phanh): Áp

suất không đồng nhất trong hệ thống ; các bầu phanh sau ở xa thì tích đủ áp chậm hơn KHẮC PHỤC : Mở van cho dòng sau trước ; thiết kế thêm van tăng tốc & xả nhanh cho dòng sau.

Hình 1-12B Sơ đồ dẫn động phanh khí nén ( có van tăng tốc & xả nhanh ) 1-Máy nén khí; 2-Bộ điều chỉnh áp suất; 3-Bộ lọc bụi và lắng nước; 4-Cụm van chia và bảo vệ các dòng độc lập; 5-Bình chứa khí nén cho phanh sau; 6- Van tăng tốc & xả nhanh ; 7- Đầu chia hai dòng cho hai bầu; 8-Các bầu phanh sau; 9- Dòng điều khiển mở/đóng van tăng tốc (6); 10- Bàn đạp phanh; 11- Tổng van phanh 2 dòng; 12- Các bầu phanh trước; 13- Đường ống dẫn khí nén đến các bầu phanh trước; 14- Bình chứa khí nén cho phanh trước.

+ Lực phanh không đồng đều: vì tổn thất má sát dòng khí trong các đường ống khác

nhau (dài <-> ngắn, mới <-> cũ …) => áp suất phanh trong các bầu phanh khác nhau; cộng với

ma sat cơ khí khác nhau => mo-men phanh của các cơ cấu dễ khác nhau, khó đồng đều KHẮC PHỤC : Yêu cầu chiều dài các đường ống từ nới cấp đến bầu phanh phải bằng nhau; giống nhau về kích cỡ, chỗ uốn cong, mới cũ ….

c) Phân tích đặc điểm dẫn động phanh liên hợp thủy khí :

Hình 1-14 Dẫn động phanh liên hợp thủy khí.

1-Máy nén khí; 2-Bộ điều chỉnh áp suất; 3-Bộ lọc bụi và lắng nước; 4-Cụm van chia và bảo vệ các dòng độc lập; 5,6-Các bình chứa khí nén; 7- Tổng van phân phối hai dòng; 8- Bầu khí nén của xy lanh chính dòng phanh trước; 9- Xy lanh chính của dòng phanh trước; 10- Xy-lanh công tác cơ cấu phanh trước; 11- Cơ cấu phanh trước; 12- Bầu khí nén của xy lanh chính dòng phanh sau; 13- Xy lanh chính của dòng phanh sau; 14- Xy- lanh công tác cơ cấu phanh sau; 15- Cơ cấu phanh sau.

Ưu điểm: Phanh liên hợp thủy khí tích hợp tát cả ưu điểm của hai kiểu phanh dầu &

khí nén; đồng thời khắc phục nhược điểm của cả hai; tức là:

+ Có thể tạo lực phanh lớn nhất theo yêu cầu.

+ Có độ nhạy tốt (vì cơ cấu phanh kiểu dẫn động dầu không chịu nén).

+ Thực hiện phanh đồng thời (cùng lúc đối với tất cả cơ cấu phanh): vì áp suất là như

nhau theo mọi phuong trong toàn hệ thống đường ống và cơ cấu phanh; nếu cơ cấu nào mà guốc

phanh chưa ép sát, còn dịch chuyển => thì áp suất trong toàn hệ thống chỉ bằng áp suất ma sát thủy lực đang dịch chuyển; không thể tăng lên áp suất max).

+ Lực phanh đồng đều: vì áp suất dầu đạt max là như nhau trong toàn hệ thống các cơ

cấu phanh dầu.

+ Lực điều khiển nhẹ nhàng (chỉ cần mở van điều khiển; áp suất do máy nén tạo ra) mà không cần trợ lực.

Nhược điểm:

+ Mất tác dụng phanh khi bị rò rit hoặc lọt không khí vào hệ thống dầu.

=> Khắc phục: CHỐNG LỌT KHÍ VÀO HỆ THỐNG:

- Tạo áp suất dư trong hệ thống dầu: Nâng cao bình chưa dầu để tạo cột áp dư; hoặc

làm van ngược chiều đặt giữa xy-lanh chính và đường ống (dầu cao áp chỉ về lại bình chứa khi

áp suất đủ thắng lò xo van ngược để mở van dầu về).

- Phải có van xả “air” ở tất cả xy lanh bánh xe: Để xả không khí nếu không may lọt

vào hệ thống (nhất là khi sửa chữa bảo dưỡng, cấp mới dầu …).

d) Phân tích đặc điểm dẫn động phanh điều khiển điện tử (dẫn động dầu & thủy

Hình 2.10: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh ABS dẫn động dầu.

Chú thích hình 2.10: 1- Bàn dạp phanh; 2- Bầu trợ lực phanh; 3- Xy-lanh chính; 4- Bình chứa dầu phanh; 5- Ống dẫn dầu (loại ống mềm); 6- Đường ống dẫn dầu phanh (ống thép); 7- Cơ cấu phanh (kiểu đĩa); 8- Cảm biến tốc độ bánh xe; 9- Mô- đun thủy lục ; 10- Bộ điều khiển điện tử ABS; 11- Đèn báo chẩn đoán ABS.

Sơ đồ mạch quy ước minh họa cấu trúc mô-đun thủy lực của hệ thống ABS

có thể trình bày trên hình 2.11

Hình 2.11: Sơ đồ mạch thủy lực mô-đun phanh ABS dẫn động thủy lực

Chú thích hình 2.11: 1- Xy-lanh chính và bình chứa (Master cylinder with

reservoir); 2- Bầu trợ lực phnah (Brake booster); 3- Bàn đạp phanh (Brake pedal); 4- Cơ cấu phanh bánh xe (Wheel brake); 5- Bình ổn áp (Damping chamber); 6- Bơm điện (pump electric); 6b- Van một chiều; 7- Van cấp thường mở (Input Valve in open setting); 7b (*)- Van áp suất dư ở nhánh cấp; 8- Van xả thường đóng (Output Valve in closed setting); 8b (**)- Van điều chỉnh áp suất giới hạn; 9- Bình tích năng (Brake-fluid acculator)

Chú ý 1(*): Đối với nhánh cấp, có sử dụng thêm van tạo áp suất dư (pilot valve)

trong hệ thống để chống lọt khí vào hệ thống (nhờ 2 van một chiều: một cho chiều

đi, một cho chiều về (7b – xem hình 2.9) Van có thể bố trí ở cửa ra xy lanh chính hoặc tích hợp ngay trong van cấp IV.

Chú ý 2(**): Để tránh áp suất do bơm tạo ra vượt quá giới hạn lớn nhất theo thiết

kế (hoặc do lái xe đạp phanh quá mạnh đột ngột), thì hệt hống có thêm van điều

chỉnh áp suất làm việc giới hạn nối giữa mạch cao áp trả về thấp áp ở bầu tích năng.

Van duy trì áp suất dư ở van cấp IV của ABS (hoặc bố trí ở cửa ra xy lanh

chính); bao gồm hai van một chiều (một cho chiều đi và một cho chiều về) nhằm

luôn luôn để duy trì một áp suất dư trong hệ thống để tránh lọt không khí vào hệ

thống phanh dầu thủy lực (làm mất tác dụng phanh) có thể minh họa trên hình

2.12

Chú thích hình 2.12:

1- Cửa dẫn dầu vào của van duy trì áp suất dư; 2- Lò xo van áp suất dư (áp uất dầu về nếu không thắng lực lò xo này để về thì tồn tại một áp suất dư được duy trì trên mô-đun thủy lực và trên đường ống cho đến xy lanhh phanh bánh xe ; 3- Van để tạo áp suất

dư cho hệ thống; có đủ diện tích cùng với áp suất dư cân bằng với lực lò xo 2 (van này đồng thời là đế van của van

bi cấp dầu đi đến hệ thống; 4- Đế van

áp suất dư; 5- Van bi của van cấp dầu chiều đi; 6- Giá đỡ lò xo cho van bi 5; 7- Lò xo van bi cấp dầu đi; 8- Cửa ra của hệ van duy trì áp suất dư trên hệ thống phanh dầu.

Hình 2.12: Van duy trì áp suất dư cho hệ thống phanh ABS

Khi phanh, áp suất cao theo cửa vào (1), mở van bi ra để dòng dầu dễ dàngqua van rồi theo cửa ra (8) đến các xy lanh phanh Khi thôi phanh, dòng dầu đingược về thì van bi đóng lại, áp suất dòng dầu phải đủ thắng lò xo (2) mở van (3)

để trở về

Nếu với áp suất không đủ lớn để thằng lò xo (2) và mở van (3) thì dòng dầukhông thể về xy-lanh và bình chứa; nghĩa là van đã duy trì một áp suất dư trên hệthống để chống lọt không khí vào đường ống, cụm mô-đun thủy lực cũng nhưtrong các xy lanh công tác ở bánh xe

Ngoài van duy trì áp suất dư, trong mô-đun thủy lực ABS còn có van điềuchỉnh áp suất làm việc giới hạn kèm theo van xả OV để giới hạn áp suất làm việc

lớn nhất khi phanh vượt quá giá trị thiết kế (do bơm tạo ra trong khi điều khiển

ABS hoặc do lái xe khi dập mạnh phanh khẩn cấp đột ngột) Van nối mạch áp suất

cao về mạch áp suất thấp của bình tích năng Cấu tạo và nguyên lý làm việc củavan điều chỉnh áp suất làm việc giới hạn có thể được minh họa trên hình 2.13

Hình 2.13: Cấu tạo và nguyên lý van điều chỉnh áp suất giới hạn phanh

Chú thích hình 2.13: 1- Cửa dầu cao áp vào van; 2- Cửa dẫn dầu vào điều khiển;

3- Đỉnh piston trượt xác định diện tích điều khiển; 4- Thân van điều chỉnh; 5- Lò

xo điều chỉnh van; 6- Dế tỳ lò xo điều chỉnh; 7- Viết điều chỉnh lực lò xo F 2 ; Cửa dầu về thấp áp; 9- Cửa thông áp suất thấp

8-Khi phanh nếu có áp suất cao vượt quá giới hạn thiết kế, thì chúng sẽ theo

cửa vào (1) để sẵn sàng trở về buồng áp suất thấp (chẳng hạn về bình tích năng

của ABS) tại cửa thông về (8) Cửa thông về buồng áp suất thấp (8) chỉ mở khi

dòng áp suất điều khiển (2) tác dụng lên đỉnh piston (3) để tạp lực đẩy F1 đủ thằnglực lò xo F2

Nguyên lý làm việc cụ thể ABS được trình bày trên các hình 2.14 đến 2.18.

Hình 2.14: Sơ đồ mạch phanh ABS khi phanh bình thường (ABS chưa làm việc)

Chú thích hình 2.14: 1- Bàn đạp phanh; 2- Công tắc đèn phanh; 3- Bầu trợ lực

phanh; 4- Xy lanh chính và bình chưa dầu; 5- Bơm dầu; 6- ECU (ABS) là đơn vị/mô-dun điều khiển điện tử của ABS; 7- Bình tích năng (bình tích trữ áp suất điều chỉnh min); 8- Van nạp (kiểu van phân phối thủy lực 2 trạng thái và ở trạng thái thường mở nhờ lò xo); 9- Van giới hạn áp suất điều chỉnh; 10-Van xả (kiểu van phân phối thủy lực 2 trạng thái và đang ở trạng thái thường đóng nhờ lò xo); 11- Ắc qui; 12- Cảm biến tốc độ bánh xe; 13- Đĩa phanh; 14- Cơ cấu phanh Chú ý rằng (*) để tránh lọt không khí vào hệ thống làm mất tác dụng hệ thống phanh dầu, trong các cấu trúc van cấp IV phải có van tạo áp suất dư (kiểu van ngược chiều với hai chiều dầu đi theo hai van một chiều khác nhau)

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu với trang bị hệthống điều khiển ABS có thể được trình bày trên hình 2.14

Theo đó van cấp (8) luôn luôn mở, van xả (10) luôn luôn đóng để có thể

thực hiện các chế độ phanh bình thường (chưa cần đến sự làm việc của ABS) Theo

đó, khi người lái xe tác dụng lên bàn đạp (1), ép dầu từ xy lanh chính (4) qua vannạp thường mở (8) đến các xy lanh của cơ cấu phanh bánh xe (14), ép các máphanh vào đĩa phanh (13) nhằm thực hiện quá trình phanh

Lúc này van xả (10) ở trạng thái thường đóng (nhờ lò xo của van) và áp suấttrong dẫn động được tạo ra bởi lực tổng hợp do lái xe tác dụng lên bàn đạp phanhcùng với lực do hệ thống trợ lực phanh hổ trợ

Bơm dầu (5) sẵn sàng làm việc để cung cấp dầu cao áp trở lại cho cơ cấuphanh sau khi ABS làm việc mở van xả (10) để xả dầu về áp suất giới hạn ở bình

tích năng (7) nhằm chống bó cứng bánh xe (nếu có) khi phanh khẩn cấp hoặc khi

hệ số bám giữa lốp với mặt đường giảm thấp

Việc nhận biết bánh xe có xu hướng bị bó cứng là nhờ cảm biến tốc độ bánh

xe (12) luôn luôn thu nhận được tính hiệu và truyền về cho bộ điều khiển điện tửECU (6) sẵn sàng cho hệ thống ABS làm việc

Van khống chế áp suất max (9) để giới hạn áp suất phanh cho cơ cấu phanh(14) đồng thời cho phép dòng dầu luân chuyển tuần hoàn khi bơm dầu (5) hoạtđộng theo mạch vòng kín gồm: bơm (5) => qua van cấp (8) => qua van giới hạn ápsuất max (9) => về bơm (5); trong khi dòng dầu không thể đi ngược về bình chứadầu (4) vì lái xe đang duy trì việc giữ piston trong xy lanh (4) ngăn dòng dầu vềbình chứa

Nguyên lý làm việc hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS:

Trong trường hợp phanh bình thường mà lực phanh của bánh xe vượt quágía trị lực bám trên bánh xe đó, làm cho bánh xe có xu hướng bị hãm cứng, đơn vị

điều khiển trung tâm ECU (6) sẽ nhận biết nhờ cảm biến tốc độ bánh xe (12) Ngaylập tức lệnh điều khiển cho hệ thống ABS làm việc; và các giai đoạn của một chu

kỳ điều khiển tăng giảm áp suất phanh diễn ra như sau:

+ Pha duy trì áp suất max: Khi nhận biết các bánh xe có xu hướng bị hãm

cứng khi phanhh, trước hết, ECU (6) lệnh cho van nạp (8) đóng lại; lúc này có sự trùng điệp của việc đóng đồng thời cả hai van cấp (8) và van xả (1), nghĩa là tồn tạigiai đoạn áp suất max trong hệ thống phanh được duy trì, giai đoạn này được gọi là

pha duy trì áp suất max (xem hình 2.15: cả hai van đều đóng)

Hình 2.15: Sơ đồ mạch phanh ABS duy trì áp suất max

Chú ý rằng giai đoạn duy trì áp suất max trong xy lanh bánh xe có thể diễn

ra ngay cả khi người lái đang trong quá trình tăng lực đạp để tăng áp suất mà bánh

xe đã có xu hướng bị hãm cứng do hệ số bám của bánh xe bị giảm thấp

+ Pha điều khiển giảm áp suất max về min

Nếu sau khi van nạp đã đóng mà ECU vẫn phát hiện sự gia tăng gia tốc

chậm dần khi phanh (tức tốc độ tiếp tục giảm nhanh hơn do quán tính của guốc

phanh làm cho mô-men phanh vẫn còn tăng); điều đó báo hiệu bánh xe sẽ bị hãm

ứng hoàn toàn, thì ECU sẽ ngay lập tức truyền tín hiệu điều khiển cho rơ-le điện

từ mở van xả (10) để xả nhanh dầu phanh từ xy lanh cơ cấu phanh bánh xe (14) về

bộ tích năng (7) nơi mà đang duy trì sẵn một áp suất tối thiểu cho vòng kín củadòng dầu phanh, và có khả năng giữa áp suất min theo thiết kế của hệ thống ABS

(xem hình 2.16).

Hình 2.16: Sơ đồ mạch phanh ABS ở pha giảm áp suất

+ Giai đoạn duy trì áp suất min tạm thời: Ngay sau khi mở van xả (1), áp

suất suất trong hệ thống giảm nhanh về giá trị tối thiểu, thì van xả (10) lập tức

được đóng lại (xem hình 2.17); nghĩa là có giai đoạn trùng điệp đóng cả hai van với

áp suất min trong hệ thống Giai đoạn này được gọi là giai đoạn duy trì áp suất min

tạm thời (không chủ đích).

Hình 2.17: Sơ đồ mạch phanh ABS ở tráng thái áp suất min

+ Pha điều khiển tăng áp suất min lên max

Để không làm giảm hiệu quả phanh, đồng thời với việc đóng lại van xả (10)

là việc mở lại van cấp (8) và kích hoạt bơm dầu (5) hoạt động để tăng áp suất trởlại lên giá trị max cho cơ cấu phanh (xem hình 2.18), trường hợp này được gọi là

pha tăng áp suất từ min lên max

Ngay sau khi đạt chế độ max của lầm điều chỉnh đầu tiên, thì chu trình điều

khiển của hệ thống ABS cứ thế lặp đi lặp lại: pha duy trì áp suất max (hình 2.14)

=> pha giảm áp suất từ max về min (hình 2.16) => (giai đoạn duy trì áp suất min

tạm thời – hình 2.17) => rồi pha tăng áp suất từ min lên max (hình 2.18).

Hình 2.18: Sơ đồ mạch phanh ABS ở pha tăng áp suất min lên max

Chu trình điều khiển của hệ thống ABS cứ thế lặp đi lặp lại cho đến khi nào

ô tô dừng hẳn (tốc độ xe bằng không) thì kết thức quá trình điều khiển phanh ABS.

e) Phân tích đặc điểm dẫn động phanh điều khiển điện tử (dẫn động khí nén)

Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS cũng như điều khiển phanh

tự động khẩn cấp AEB không chỉ áp dụng hiệu quả cho hệ thống phanh dầu, màcòn áp dụng rất hiệu quả trên hệ thống phanh khí nén Trên hình 2.26 mô tả cấu tạo

và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh khí nén có điều khiển không chỉ vớiABS mà cả với hệ thống chống trượt quay của bánh xe chủ động TCS (Traction

Control System) và do đó chúng hoàn toàn có thể thực hiện phanh tự động khi

động TCS sử dụng công nghệ nâng cao với van chuyển tiếp tăng tốc Theo đó, hệ

thống phanh khí nén cũng gồm hai dòng độc lập cho cầu trước, cầu sau; cùng với

điều khiển phanh cho rơ-mooc kéo theo phía sau xe (sơ đồ có bầu phanh dừng tích

năng, nhưng không thể hiện hê thống điều khiển phanh dừng)

Theo sơ đồ, việc điều khiển phanh bình thường cũng như phanh tự độngkhẩn cấp AEB cho cả hai dòng dẫn động trước/sau đều giống nhau Theo đó baogồm cả mạch điều khiển phanh bình thường bởi lái xe qua tổng van (4) hay mạchđiều khiển tự động bởi tổng van điều khiển tự động TCS/AEB qua các van điện từ(10) Hai chế độ điều khiển phanh bởi lái xe/tự động được thay phiên thực hiệnthông qua van hai ngã (8) Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh được trình bàynhư sau

Hình 2.26: Sơ đồ hệ thống phanh khí nén có điều khiển tự động AEB

Chú thích hình 2.26: 1- Bình chứa khí nén dùng để điều khiển và cấp cho dòng

sau; 2- Bình chứa khí nén dùng để điều khiển và cấp cho dòng trước; 3- Bình chứa khí nén dùng để điều khiển cấp khí ABS/TCS; 4- Tổng van phanh hai dòng; 5- Các bầu phanh trước; 6- Các bầu phanh sau cùng bầu tích năng phanh dừng; 7- Các van cấp/xả ABS/TCS (van cấp thường mở/van xả thường đóng); 8- Van điều kiển 2 ngã; 9- Van chuyển tiếp tăng tốc & xả nhanh; 10- Tổng van điều khiển tự động ABS/TCS; 11- Đơn vị điều khiển điện tử trung tâm (ECU); 12- Các cảm biến tốc

độ bánh xe của ABS/TCS; 13- Cảm biến khác; 14- Van điều khiển phanh rơ-mooc; 15- Đầu nối dòng cung cấp; 16- Đầu nối dòng phanh rơ-mooc

+ Trường hợp phanh bình thường

Khi phanh: lái xe thực hiện tác dụng lên bàn đạp phanh ngay trên tổng van

phanh (4) Khí nén từ bình chứa cho dòng sau (1) qua tổng van (4) sẽ mở cửa van

thông dòng đến van hai ngã (8) của dòng sau (một ngã khác được điều khiển bởi

chế độ tự động TCS hoặc AEB) Từ đây dòng khí sẽ đến van chuyển tiếp tăng tốc

(9) để điều khiển tự mở van cho dòng khí nén từ bình chứa (1) đến các bầu phanhsau (6)

Chú ý lúc này cụm van điều khiển điện từ chống hãm cứng bánh xe ABS (7)

ở trạng thái mặc định với van cấp thường mở bởi lò xo nén và van xả thường đóngcũng bởi lò xe nén

Cùng lúc này, tổng van (4) cũng mở cửa van thông dòng từ bình chứa dòng

trước (2) qua tổng van để đến van hai ngã (8) của dòng trước (một ngã khác được

điều khiển bởi chế độ tự động TCS hoặc AEB) Từ đây dòng khí nén cũng sẽ đến

van chuyển tiếp tăng tốc (9) để điều khiển tự mở van cho khí nén từ bình chứa (2)đến các bầu phanh trước (5)

Điều đặc biệt ở mạch phanh này là các bầu phanh trước (5) và sau (6) đượccấp khí nén trực tiếp từ các bình chứa tương ứng (2) và (1) mà không phải dichuyển qua tổng van phanh (4) Vì vậy việc cấp khí nén cho các bầu phanh trướccũng như bầu phanh sau được thực hiện nhanh hơn

Khi thôi phanh: Lái xe thôi tác dụng lực ở bàn đạp của tổng van (4), các

van cấp khí của tổng van (4) đóng lại, ngăn không cho các dòng cao áp từ các bìnhchứa (1) và (2) qua van; đồng thời mở các cửa xả của các dòng điều khiển từ các

van tăng tốc trước và sau (9) trở về và xả qua tổng van (4).

Còn khí nén từ các bầu phanh trước (5) và sau (6) sẽ xả nhanh ở các vantăng tốc - xả nhanh (9) tương ứng của dòng trước và sau

+ Trường hợp phanh có điều khiển chống hãm cứng bánh xe ABS

Trong trường phanh với chế độ phanh bình thường nêu trên, nếu bánh xe

nào có xu hướng bị hãm cứng (do lực phanh ở bánh xe lớn hơn lực bám), các cảm

biến tốc độ (12) nhận biết và báo về bộ điều khiển trung tâm (11) Ngay lập tức, bộđiều khiển trung tâm (11) ra lệnh đóng cửaa van cấp của ABS (7) để ngưng cấp khí

cho bầu phanh: áp suất phanh được duy trì và được gọi là pha duy trì áp suất max.

Nếu sau khi các van nạp của ABS (7) đã đóng mà ECU vẫn phát hiện còn có

sự gia tăng gia tốc chậm dần khi phanh (tức tốc độ tiếp tục giảm nhanh hơn do

quán tính của guốc phanh làm cho mô-men phanh vẫn còn tăng); điều đó báo hiệu

bánh xe sẽ bị hãm ứng hoàn toàn, thì ECU sẽ ngay lập tức truyền tín hiệu điều

khiển cho rơ-le điện từ mở van xả của ABS (7) tương ứng, xả bớt áp suất phanh

trong các bầu phanh xuống áp suất min cần điều chỉnh đã được định trước; và lậptức ngay sau đó, các van xả ABS (7) sẽ đóng lại Giai đoạn mở van xả của ABS (7)trong khi van cấp của nó vẫn đang đóng để giảm áp suất phanh từ max về min

được gọi là pha giảm áp suất max về min.

Ngay sau khi van xả ABS (7) được đóng lại, van cấp ABS (7) lập tức lạiđược mở ra để cho khí nén từ các bình chứa tương ứng (1) và (2) tiếp tục qua van

cấp ABS (7), đến các bầu phanh tương ứng nhằm tăng áp suất lên max trở lại.

Khi áp suất trong bầu phanh đạt giá trị cực đại, lệnh điều khiển đóng van

cấp ABS (7) được thực hiện: pha áp suất max được duy trì (cả hai van cấp/xả

của ABS (7) đều đóng khi áp suất khí nén đạt max) Chu trình tiếp theo: {xả khí

nén về áp suất min => cấp khí nén tăng lên áp suất max => duy trì áp suất max}

cứ thế được thực hiện lặp đi/ lặp lại cho đến khi tốc độ các bánh xe dồng thời cótốc độ về không (V=0) thì quá trình phanh có điều khiển ABS kết thúc

1.2.2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CƠ CẤU PHANH CHÍNH

1.2.2.1 Cơ cấu phanh trống guốc loại 1 (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy

lanh kép và có hai điểm tựa cố định của guốc được bố trí cùng phía):

Trên hình 1.3 minh họa

loại cơ cấu phanh tang trống đơn

giản nhất, có tính đối xứng về

phương diện kết cấu qua mặt

phẳng đối xứng thẳng đứng

Tuy nhiên mô-men ma sát

được tạo ra bởi các guốc đối với

tang trống có giá trị khác nhau do

Cụ thể cơ cấu phanh loại 1 có các đặc điểm về kết cấu đáng chú ý như sau:+ Hai guốc phanh (6) và (7) của cơ cấu phanh có chung điểm tỳ ở chốt cố

định (8); được bố trí về cùng một phía đối với cơ cấu phanh (cùng một tâm quay

chung phía dưới ở hình 1.3)

+ Hai guốc sử dụng chung một cơ cấu ép là xy lanh kép (một xy lanh chung

cho hai piston (5) thường có cùng đường kính nhưng chiều tác dụng là ngược chiều nhau), nên mô-men ma sát do hai guốc tạo ra cho tang trống là khác nhau do

tính chất tự siết (2) và tự tách (3) so với chiều quay của trống phanh (1); mặc dầulực ép do hai piston (5) tạo ra là giống nhau hoàn toàn

Hình 1.3: Cơ cấu phanh trống guốc loại 1

Công thức xác định mô-men ma sát do hai guốc tạo ra tác dụng lên tangtrống được xác định như sau:

- Với guốc tự siết (6) có lực ép F1 từ piston tạo ra mô-men quay là cùng

chiều với chiều quay (1) của tang trống (xem hình 1.3), nên có giá trị xác định bằng

Trên hình 1.4 thể hiện khoảng cách từ tâm quay của điểm tựa cố định (8)đến phương lực ép F đối với hai guốc là như nhau; tức là h1 = h2 = h = (a+b) Trongtính toán thiết kế có thể chọn theo kinh nghiệm với h » 0,8 đường kính trốngphanh Dt (h » 0,8Dt) trong khi các khoảng cách a » b » h/2 » 0,4Rt (với R t là bán kính tang trống)

Và nếu hai guốc phanh được gắn các má phanh hoàn toàn giống nhau về

kích thước cũng như kết cấu (xem hình 1.4); và giả sử hai má phanh có qui luật

phân bố áp suất như nhau; tức là có A1 = A2 = A và B1 = B2 = B thì mô-men phanh

do các hai guốc phanh của cơ cấu phanh tang trống loại 1 sinh ra được viết lạibằng:

mô-men phanh do cơ cấu phanh

sinh ra Mp phải bằng mô-men

phanh yêu cầu lý thuyết;

tương ứng ở cầu trước và cầu

sau Mp(i) với chỉ số i = 1 để

chỉ cho cơ cấu phanh cầu

trước, còn i = 2 để chỉ cho cơ

cấu phanh cầu sau

Từ đó, suy ra công

thức xcs định lực ép yêu cầu

cần tác dụng lên piston của

cơ cấu phanh kiểu trống guốc

loại 1 như sau:

F = M p(A2

−μ2B2)

trong đó các thông số A và B là các đại lượng đặc trưng cho các thông số kết cấu

và qui luật phân bố áp suất trên má phanh của guốc phanh và có thể được xác địnhtheo giả thiết áp suất má phanh phân bố đều: q = const như sau

Hình 1.4: Sơ đồ tính cơ cấu phanh

trống-guốc

trong đó các góc a1, a2 là các thông số kết cấu về góc đặt đầu – cuối của tấm ma

sát – tính bằng [rad] (xem hình 1.4)

Trong tính toán thiết kế, có thể chọn các góc a1, a2 theo kinh nghiệm saocho hiệu số (a2 - a1) » 90 0 ¸ 1100 Còn đại lượng s[m] là khoảng cách từ tâm quaybánh xe đến tâm quay điểm tỳ cố định của guốc phanh như được minh họa trênhình vẽ 1.4

Khoảng cách s có thể tính theo khoảng cách b = s.cosa0 với a0 là góc đặttâm quay điểm tỳ cố định của guốc phanh, còn b là khoảng cách từ tâm quay bánh

xe đến đường thẳng nối hai tâm quay của hai điểm tựa cố định (xem hình 1.4)

Còn thông số d là góc đặt của phương hợp lực tổng hợp ; khi áp suất phân bốđều thì d có thể được xác định bằng:

δ= π −(α1+α2)

1.2.2.2 Cơ cấu phanh trống guốc loại 2 (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy

lanh đơn và có hai điểm tựa cố định của tâm quay guốc được bố trí khác phía):

Trên hình 1.5 là minh họa cơ cấu phanh kiểu tang trống loại 2, có tính đốixứng hoàn toàn về phương diện

kết cấu qua tâm quay bánh xe Vì

vậy mô-men ma sát của tang

trống được tạo ra bởi hai guốc có

giá trị hoàn toàn giống nhau với

một số đặc điểm như sau:

+ Hai guốc (6) sử dụng hai

cơ cấu ép riêng biệt bởi hai xy

lanh (5) và piston đơn (4) bố trí

riêng lẻ về hai phía khác nhau và

đối xứng qua tâm quay bánh xe

+ Hai guốc (6) của cơ cấu

phanh có tâm quay của điểm tựa

Hình 1.5: Cơ cấu phanh trống guốc loại 2

cố định được bố trí về hai phía tại hai mặt nghiêng về phía lưng của hai xy lanh (5)

độc lập nhau

Do tính chất đối xứng đối với tâm quay bánh xe, nên công thức xác định

mô-men ma sát của hai guốc tự siết (có phương lực tổng hợp theo chiều siết (2) so

với tâm quay (5)) tác dụng lên tang trống có công thức tính hoàn toàn giống nhau:

Mg2 = F2h2μ

Nếu đường kính hai piston trong hai xy-lanh là như nhau thì các lực ép F1 và

F2 bằng nhau và bằng lực ép F do áp suất dầu trong xy-lanh tạo ra cho hai piston(4) hoàn toàn giống nhau Và nếu kích thước của hai má phanh trên hai guốc cũnggiống nhau (A1 = A2 = A và B1 = B2 = B và h1 = h2) thì mô-men phanh do hai guốc

tự siết tạo ra cho trống phanh được xác định bằng:

Mp = 2.F.h.μ

Trong đó KC là hằng số đặc trưng cho thông số kết cấu của cơ cấu phanh; độc lậpvới áp suất phanh trong xy-lanh phanh pxl

Chú ý rằng, các công thức đã xác định đối với hai guốc được coi là tự siết

so với chiều quay (1) quy ước là chiều quay tiến khi xe chạy tới Ngược lại, khi xechạy lùi, chiều quay tang trống sẽ có chiều ngược lại, và hai guốc phanh (6) lúcnày trở thành tự tách và mô-men phanh tổng cộng do hai guốc tác dụng lên trốngphanh giảm đáng kể vì được xác định bằng:

Mp = 2.F.h.μ

1.2.2.3 Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy

lanh đôi cho cả hai đầu guốc đối xứng):

Trên hình 1.6 là minh họa cơ cấu phanh kiểu tang trống loại 3, có tính đối

xứng hoàn toàn về phương diện

kết cấu qua tâm quay bánh xe và cả hai trục (tung độ và hoành độ) Vì vậy mô-men

ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn giống nhau theo

cả hai chiều quay (chiều tiến và chiều lùi xe):

+ Hai guốc phanh (6) sử dụng cùng lúc hai cơ cấu ép bởi hai piston (4) và(5) của hai xy lanh kép hoàn toàn giống nhau

+ Hai guốc phanh (6) của cơ cấu phanh có hai tâm quay tùy động (3) với hai

điểm tỳ (ngay trên các đầu piston (4) hoặc (5)) lần lượt lân phien thay đổi theo chiều quay của tang trống và bánh xe.

Do tính chất đối xứng toàn toàn theo cả hai chiều quay, nên công thức xácđịnh mô-men ma sát của hai guốc theo chiều tự siết (2) tác dụng lên tang trống cócông thức tính hoàn toàn giống nhau cho cả hai chiều quay tiến cũng như lùi xe:

Mg1 = F1h1μ

Mg2 = F2h2μ

Và nếu kích thước của hai má phanh trên hai guốc cũng giống nhau (A1 = A2 = A

và B1 = B2 = B và h1 = h2) thì mô-men phanh do hai guốc tự siết tạo ra cho trốngphanh được xác định đơn giản bằng:

Mp = 2.F.h.μ

1 2.2 4 Cơ cấu phanh trống guốc loại 4 – cường hóa (loại trống guốc có cơ cấu

ép bằng xy lanh kép và thanh cường hóa):

Đây là loại cơ cấu

phanh kiểu tang trống đặc biệt,

có tính đối xứng về phương

diện kết cấu qua mặt phẳng

đối xứng (xem hình 1.7) Đặc

biệt mô-men ma sát của tang

trống được tạo ra bởi hai guốc

có giá trị tăng lên đáng kể nhờ guốc này cường hóa cho guốc kia mặc dầu cácthông số cơ bản của cơ cấu phanh không thay đổi so với hai loại trên

Cơ cấu phanh loại 4 này có các đặc điểm như sau

+ Đầu trên của hai guốc sử dụng chung một xy lanh kép với nhai piston (4)

hoàn toàn giống nhau để tạo lực ép cho hai guốc (hình 1.7)

+ Đầu dưới của hai guốc được tỷ lên thanh liên kết (7) có tính chất của mộtthanh tự cường hóa tùy động theo chiều quay tiến hoặc lùi

+ Mỗi guốc của cơ cấu phanh đều có thêm một tâm quay tùy động; được bố

trí bởi bích tỳ ngay trên piston ép (4) so với đầu xy-lanh cố định (hình 1.7).

Do tính chất của thanh cường hóa song song với phương lực ép F nên cáclực tác dụng lên các guốc là cùng song song nhau Công thức tính mô-men ma sátcủa hai guốc tác dụng lên tang trống được xác định như sau

+ Đối với guốc phía trước (theo chiều quay tiến của tang trống (1) – hình

1.7) có vai trò như guốc tự siết theo chiều lực tổng hợp (2):

Mg1 = F1h1μ

+ Đối với guốc phía sau (được cường hóa thêm lực đẩy qua thanh cường

hóa (7) do phản lực tỳ của guốc trước lên thanh cường hóa); và mô-men được xác

định theo biểu thức:

Mg2 = M g 1(c +r0

Trong đó kích thước c được xác định là khoảng cách từ tâm quay bánh xe

đến điểm tỳ tùy động của guốc lên điểm tựa tạm thời cố định (điểm tựa này thay

đổi theo chiều quay của trống phanh – trên hình 1.7 là điểm tỳ giữa bích trên piston (4) với mặt đầu xy lanh cố định).

Từ biểu thức (1.24) cho thấy (c +r0

c−r0)> 1 nên Mg2 > Mg1 ; hay nói cách khácguốc sau đã được cường hóa thêm một đại lượng so với guốc tự siết phía trước vớimột giá trị chính bằng đại lượng cường hóa Kch =(c +r0

Theo đó, để điều chỉnh khe hở phía dưới của các má phanh trước hoặc sau,

có thể tiến hành xoay các vành răng (2) hoặc (4) để xoay ống ren (6) (có ren trong)

so với trục ren (có ren ngoài) dịch chuyển tương đối với nhau Bằng cách đó, các

đầu tựa guốc phanh (5) sẽ dịch chuyển để cho phép thay đổi khe hở mép dưới củacác má phanh gắn trên hai guốc (1)

Hình 1.7b: Cơ cấu điều chỉnh khe hở má phanh nhờ thanh cường hóa

Chú thích hình 1.7b: 1- Guốc phanh; 2- Vành răng để điều chỉnh khe hở má

phanh trước (hoặc sau); 3- Giá cố định; 4- Vành răng để điều chỉnh khe hở má

phanh sau (hoặc trước); 5- Đầu tựa guốc phanh (1) có ren ngoài của bu-lông để điều chỉnh khe hở má phanh; 6- Ống ren trong để điều chỉnh khe hở má phanh.

Để điều chỉnh khe hở má phanh của các guốc phanh ở phía trên (về phía xy

lanh – piston ép guốc phanh), cũng có thể dùng cơ cấu tương tự như trên hình 1.7c.

Theo đó, để điều chỉnh khe hở phía trên của các má phanh, có thể tiến hành xoay

các vánh răng (3) để xoay ống ren (có ren trong) so với trục tỳ (2) guốc phnah (có

ren ngoài) dịch chuyển tương đối với nhau Bằng cách đó, các đầu tựa guốc phanh

(2) sẽ dịch chuyển để cho phép thay đổi khe hở mép trên của các má phanh gắntrên hai guốc (1)

Hình 1.7c: Cơ cấu điều chỉnh khe hở má phanh nhờ kết cấu xy-lanh kép

Chú thích hình 1.7c: 1- Guốc phanh; 2- Đầu tựa guốc phanh (1) có ren ngoài của

bu-lông để điều chỉnh khe hở má phanh; 3- Vành răng để điều chỉnh khe hở má phanh trước (hoặc sau); 4- Xy-lanh kép.

1 2.2 5 Cơ cấu phanh trống guốc loại 5 (với cam ép của phanh khí nén):

Đây cũng là một loại cơ cấu phanh kiểu tang trống đặc biệt, có tính đối xứng

về phương diện kết cấu đối với hai guốc qua mặt phẳng đối xứng (xem hình 1.8).

Mô-men ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn bằngnhau Mp1 = Mp2 (hai guốc được ép cưỡng bức với cùng hành trình nâng cam làm

cho chúng có cùng biến dạng và do đó có cùng áp lực và cùng mô-men ma sát) Dĩ

nhiên lực ép từ cam ép lên các guốc F1 và F2 là khác nhau do tính chất siết/tách của

guốc phụ thuộc vào chiều quay (hình 1.8)

Do tính chất bố trí tâm quay của

hai điểm tựa cố định cùng phía nên

biểu thức xác định mô-men ma sát của

hai guốc tác dụng lên tang trống hoàn

toàn khác nhau theo tính chất tách/siết

mặc dầu kích thước hoàn toàn giống

Hình 1.8: Cơ cấu phanh trống guốc

loại 5 (loại cam ép)

Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu P1 và P2 đối với cơ cấu phanh kiểutrống guốc với cam ép được xác định như sau:

Đối với cơ cấu trống guốc kiểu cam ép như hình 1.8, việc điều chỉnh khe hở

má phanh ở phía trên nhờ chính cam ép (bằng cách xoay cam); còn để điều chỉnh

khe hở má phanh ở phía dưới nhờ 2 mặt cam của 2 chốt tỳ độc lập (hoặc có thể chỉ

cần điều chỉnh cam ép trên - nếu dùng chốt chung như trên hình 1.8).

1.2.2.6 Cơ cấu phanh kiểu đĩa:

Hình 1.9a: Cơ cấu phanh đĩa kiểu giá xy-lanh tùy động

Chú thích hình 1.9a: 1- Võ cố định có lỗ trượt; 2- Chốt trượt mang giá xy-lanh di

trượt; 3- Giá mang xy-lanh di trượt; 4- Má phanh trong; 5- Đĩa phanh; 6- Má phanh ngoài; 7- Phớt làm kín dầu; 8- Ống dẫn dầu vào xy-lanh; 9- Piston; 10 – Xy-lanh di trượt; 11- Phớt cao su chắn bụi bẩn cho piston; 12- Phớt cao su chắn bụi bẩn cho chốt trượt (2)

Với cơ cấu phanh kiểu đĩa thì việc hình thành mô-men ma sát hoàn toàn

tương tự như ly hợp ma sát cơ khí (xem hình 1.9) Mô-men ma sát của đĩa được

tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn bằng nhau Mp1 = Mp2 nhờ lực ép F là giá trị

chung được tạo ra bởi piston trong cơ cấu tùy động (hình 19a) hay dùng 2 piston

bố trí đối xứng qua đĩa có cùng kích thước đường kính (hình 19b)

Hình 1.9b: Cơ cấu phanh đĩa kiểu giá xy-lanh cố định

Chú thích hình 1.9b: 1- Nửa giá xy-lanh cố định thứ nhất; 2- Bu-lông ghép hai

nửa giá xy-lanh cố định; 3- Phớt làm kín dầu giữa piston và xy-lanh; 4- Ống dẫn dầu cho hai xy-lanh; 5-Các má phanh; 6- Đĩa phanh; 7- Phớt chắn bụi bẩn cho piston; 8- Piston; 9- Nửa giá xy-lanh cố định thứ hai; 10 – Ống dẫn dầu vào xy- lanh của cơ cấu phanh; 11- Giá để gắn cố định trên thân vỏ; 12- Lỗ để gắn cố định giá xy-lanh lên thân vỏ bằng bu-lông.

Dẫu cơ cấu phanh đĩa kiểu giá xy-lanh cố định hay tùy động, thì vẫn có hai

má phanh tác dụng lên hái phía của đĩa phanh Vì vậy mô-men ma sát cũng được

tạo ra từ hai má phanh có giá trị hoàn toàn bằng nhau Mp1 = Mp2 nhờ có cùng lực

ép F tạo ra bởi một piston trong cơ cấu tùy động (hình 19a) hay dùng 2 piston bố trí đối xứng qua đĩa có cùng kích thước đường kính (hình 19b)

Do bố trí cơ cấu ép có tính chất đối xứng, nên biểu thức xác định mô-men

ma sát của hai má phanh tác dụng lên đĩa hoàn toàn bằng nhau và có thể được xácđịnh bằng biểu thức quen thuộc như sau:

Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu F đối với cơ cấu phanh kiểu đĩađược xác định bởi biểu thức:

F =

34

xy lanh công tác (hay áp suất khí nén tác dụng lên màng đẩy hay piston của bầu

phanh khí nén làm quay cam ép của cơ cấu phanh).

Lực ép F do áp suất dầu trong xy-lanh công tác hay áp suất khí nén trongbầu phanh có thể được xác định theo đường kính xy lanh:

hệ đối với hệ thống phanh khí nén thì áp suất khí nén có thể chọn trong khoảng giátrị từ pxl = pkn » 0,7¸0,8[MN/m2]

Mô-men phanh lớn nhất yêu cầu sẽ tương ứng với áp suất phanh lớn nhấtyêu cầu được tạo ra trong hệ thống phanh tương ứng với quá trình phanh đạt hệ sốbám giữa lốp với mặt đường là lớn nhất theo yêu cầu thiết kế

Trong thực tiễn khi phanh, do nhiều ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố mà lực bámgiữa lốp với mặt đường có thể nhỏ hơn lực phanh Điều này sẽ đẫn đến sự trượtgiữa các bánh xe với mặt đường thay vì phải có sự trượt giữa các má phanh với

trống phanh (hay đĩa phanh); nghĩa là khi có sự trượt giữa các bánh xe với mặt

đường, đồng nghĩa các bánh xe đã bị bó cứng bởi cơ cấu phanh dẫn khi phanh Kếtquả dẫn đến các bánh xe trượt theo hướng bất kỳ có hệ số bám nhỏ nhất, xe mất ổnđịnh và có nguy cơ không an toàn

Để chống lại hiện tượng trượt hoàn toàn các bánh xe với mặt đường khiphanh khẩn cấp, cần thiết phải có sự điều chỉnh áp suất phanh sao cho lực phanhkhông được vượt quá lực bám giữa lốp với mặt đường khi phanh Muốn thực hiệnđiều này, cần có sự tham gia điều khiển tự động nhờ công nghệ kiểm soát điện tử

để mở van xả áp suất phanh tạm thời và phải cấp lại ngay tức thời áp suất phanhnhằm bảo đảm duy trì lực phanh trung bình cao cần thiết cho quá trình phanh

Có nhiều nguyên lý khác nhau có thể áp dụng để điều chỉnh áp suất phanhcho hệ thống phanh khi phanh khẩn cấp cho lực phanh không vượt lực bám giữalốp với mặt đường nhằm chống trượt cho các bánh xe khi phanh.

Chương 2: Thiết kế Cơ cấu phanh (Bài 3)

Để bảo đảm hiệu quả phanh cao nhất với gia tốc chậm dần lớn nhất mà cácbánh xe không bị trượt thì trước hết cơ cấu phanh ở các bánh xe phải có khả năngtạo ra mô-men phanh lớn nhất được xác định bằng:

trong đó :

Gbx : Trọng lượng bám của bánh xe khi phanh, [N]

𝜑bx : Hệ số bám giữa lốp với mặt đường của bánh xe khi phanh

Rbx : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe; lấy theo số liệu cho trướccủa đề bài, hoặc tra bảng về bán kính thiết kế Rtk theo kí hiệu lốp mà nhiệm vụthiết kế đã cho, rồi tính bán kính Rbx theo công thức kinh nghiệm như sau:

ở đây lb là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp khi làm việc so với bán kính thiết kế;

và có thể được chọn theo số liệu kinh nghiệm như sau:

+ Với lốp áp suất thấp: pl = (0,08 ¸ 0,5) [MN/m2] thì lb = 0,930 ¸ 0,935+ Với lốp áp suất cao: pl > 0,5 [MN/m2] có thể chọn lb = 0,945 ¸ 0,950

Hệ số bám 𝜑bx giữa lốp với mặt đường của bánh xe khi phanh phải là “giá trị lớn nhất có thể có” nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống phanh Tuy nhiên hệ số

bám không được chọn lớn quá giá trị giới hạn mà tại đó khi phanh bánh xe có thểbắt đầu bị trượt lết hoàn toàn Nếu vượt quá giới hạn thì các bánh xe bị trượt lết,

bánh xe sẽ bị mất dẫn hướng và do đó xe dễ bị lệch khỏi hướng chuyển động; xe

có thể bị xoay và quay đầu xe, thậm chí có thể bị lật xe rất nguy hiểm

Hệ số bám 𝜑bx giữa lốp với mặt đường của bánh xe thường được xác địnhbằng thực nghiệm Với các kiểu lốp hiện nay, trên các loại đường nhựa hoặc bê-tông tốt và khô ráo thì hệ số bám lớn nhất 𝜑max có thể đạt đến giá trị 0,75¸0,85.Tuy vậy hệ số bám hình thành giữa lốp với mặt đường trong quá trình phanh bị

thay đổi theo trạng thái và độ trượt l giữa lốp với mặt đường (hình 1.1).

Trên hình 1.1 thể hiện quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt tương đối giữa

lốp với mặt đường Giá trị cực đại của hệ

số bám đạt được khi trị số độ trượt tươngđối l khoảng 25% Khi độ trượt tươngđối đạt đến giới hạn trượt 100% bên trái

(lốp bắt đầu có xu hướng bị trượt hoàn

toàn) thì hệ số bám giảm khoảng 20% ¸

25% so với giá trị cực đại của nó Vượtqua giới hạn này thì lốp sẽ trượt hoàntoàn và gây nguy hiểm cho xe

Vì vậy khi chọn hệ số bám 𝜑bx đểtính toán thiết kế cho hệ thống phanhphải xét đến khả năng bám của các bánh xe đối với mặt đường Khả năng bám lớnnhất của các bánh xe đối với mặt đường phụ thuộc vào diện tích và chất lượng tiếpxúc của bề mặt lốp với mựt đường; phụ thuộc vào khả năng điều chỉnh chống trượtcủa bánh xe so với mặt đường của hệ thống phanh được thiết kế