BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH - HỆ THỐNG CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE KHI PHANH A.B.S

Do đó để nâng cao hiệu quả phanh và tính ổn định của xe, cần phải sử dụng các bộ điều chỉnh lực phanh để tự động điều chỉnh sự phân phối lực phanh ra các cầu sao cho gần với quy luật tối

BIÊN SOẠN - TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH HỆ THỐNG CHỐNG HÃM CỨNG

BÁNH XE KHI PHANH

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô và kỹ thuật điện tử, các bộ điều chỉnh lực phanh và hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh -

ABS (viết tắt từ chữ tiếng anh : Anti-lock Braking System) ngày càng trở nên

phổ biến và đã có mặt trên hầu hết các ô tô đời mới, hiện đại

Sở dĩ như vậy là do vai trò quan trọng của ABS - là một trong các hệ thống an toàn chủ động của ô tô Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm có thể xảy ra khi vận hành, nhờ điều khiển quá trình phanh ô tô một cách tối ưu

Trước tình hình đó, các cán bộ kỹ thuật và kỹ sư chuyên ngành cơ khí ô

tô nếu không hiểu thấu đáo nguyên lý làm việc và nắm vững kết cấu của các bộ điều chỉnh lực phanh và hệ thống chống hãm cứng bánh xe - ABS, thì không thể hoàn thành tốt nhiệm vụ chuyên môn của mình

Vì những lý do trên, Bộ môn Động lực Khoa Cơ khí Trường Đại học Kỹ thuật Đại học Đà Nẵng, đã đưa vào chương trình giảng dạy môn học

"Chuyên đề ô tô" mà một trong những chuyên đề đó là: "Bộ điều chỉnh lực

phanh và hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh - ABS"

Tài liệu này được biên soạn để phục vụ cho môn học trên và có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật chuyên ngành cơ khí ô tô trong công tác

Trong tài liệu không tránh khỏi những sai sót, kính mong bạn đọc và các đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tài liệu được hoàn chỉnh hơn Xin chân thành cảm ơn

Tác giả

BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH VÀ HỆ THỐNG CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE - ABS

1 Bộ điều chỉnh lực phanh

1.1 Cơ sở lý thuyết

Khảo sát quá trình phanh ô tô trên mặt đường ngang (Hình 1.1), nếu bỏ qua :

- Lực cản không khí (do tốc độ của xe giảm rất nhanh khi phanh)

- Lực cản lăn (do giá trị của nó nhỏ hơn lực phanh rất nhiều khi phanh ngặt)

=

)(

)(

2 1

2 1

g

J h a

L

g m Z

g

J h b

L

g m Z

J m P

P P

p g a

p g a

p a p

p j

(1.1)

Trong đó : ma - Khối lượng của ô tô

Jp - Gia tốc chậm dần khi phanh

a, b, hg - Các tọa độ trọng tâm

L - Chiều dài cơ sở của xe

Từ các biểu thức trên ta thấy rằng :

- Khi phanh xảy ra sự phân bố lại tải trọng pháp tuyến tác dụng lên các

gb m

G1 = a , 2 = a - Tải trọng tĩnh tác dụng lên các cầu

L

h j m

- Mức độ phân bố lại tải trọng khi phanh phụ thuộc vào giá trị lực quán tính,

tức là phụ thuộc vào khối lượng ma, gia tốc chậm dần khi phanh Jp và chiều

cao trọng tâm hg

- Khối lượng ô tô ma, gia tốc chậm dần Jp và chiều cao trọng tâm hg, đến

lượt mình lại là những đại lượng biến đổi phụ thuộc vào mức độ chất tải của

xe và cường độ phanh

- Nếu lúc phanh ngặt tất cả các bánh xe sẽ đồng thời bị hãm cứng và lực

phanh đạt giá trị cực đại bằng lực bám, tức là :

+

=

=

g m

J m Z

Z

P P Z

P Z

P

a

p a p

p p

p

2 1

2 1 2

2 1

p

h a

h b Z

Z P

1 2

1

và Jpmax = ϕg

Như vậy có thể nói : Nếu lực phanh phân phối ra các cầu tỷ lệ thuận

với trọng lượng bám tác dụng lên chúng thì hiệu quả phanh sẽ cao nhất

(1.3)(1.2)

(1.4)

- Để tìm quan hệ lý tưởng giữa Pp1 và Pp2 phụ thuộc vào cường độ phanh, ta biến đổi quan hệ (1.4) như sau :

L

h j m G P L

h j m G P hay Z

P Z

) ( p1 p2

j p

[ ]

) (

1

L

h P P L

gb m P L

h P P L

ga m

p

g p p

a

Sau khi biến đổi và rút gọn ta được một phương trình bậc 2 có dạng :

0 ) (

) 2 (

g

a p

p p

h

ga m P P

h

gb m P

P P

Giải phương trình trên ta tìm được quan hệ giữa Pp2 và Pp1 với cườ

út kỳ :

ng độ phanh bâ

1

2 1

2 ( ) 2

g

a g

a g

a p

h

gL m h

gb m h

gb m P

- Điểm “b” : tương ứng với thời điểm cầu trước bị nhấc khỏi mặt đường

khi xe tăng tốc đột ngột Vùng 2 là vùng tương ứng với quá trình tăng tốc của ôtô

- Điểm “c” : tương ứng với thời điểm cầu sau bị nhấc khỏi mặt đường

khi phanh đột ngột Vùng 1 là vùng tương ứng với quá trình phanh của ôtô

Trong quá trình phanh, nếu lực phanh sinh ra trên các cầu lớn hơn hoặc bằng lực bám thì các bánh xe của chúng sẽ bị hãm cứng, cụ thể :

- Các bánh xe trước bị hãm cứng nếu :

L

h P P L

gb m Z

g

a p

g

g p

h L

gb m P

h L

h P

ϕ

ϕ ϕ

g

a

h L

gb m

2 2

L

h P P L

ga m Z

g

a p

g

g p

h L

ga m P

h L

h P

ϕ

ϕ ϕ

ϕ

+

+ +

Vùng các bánh xe sau sẽ bị hãm cứng khi phanh thể hiện trên hình 1.4

ga m

ϕ

ϕ+

Như vậy vùng tương ứng với quá trình phanh ôtô (vùng 1 trên hình 1.2) có thể chia ra 5 vùng nhỏ (hình 1.5) :

- b : Vùng các bánh xe sau bị hãm cứng

- d : Vùng các bánh xe trước bị hãm cứng

- c : Vùng cả các bánh xe trước và sau đều bị hãm cứng

- a1 : Vùng lực phanh trên cầu sau lớn hơn lý tưởng

- a2 : Vùng lực phanh trên cầu trước lớn hơn lý tưởng

- Đường chấm gạch trên hình là đường phân bố lực phanh lý tưởng

- Điểm M là điểm cả 2 bánh xe bắt đầu bị hãm cứng đồng thời

Để xác định quan hệ lý tưởng giữa Pp1 và Pp2 phụ tuộc vào hệ số bám và mức độ chất tải của xe ta sử dụng hệ số

Hình 1.4 Đồ thị biểu diễn điều kiện xảy ra hãm cứng các bánh xe sau

( g )

g p

p p

h a

h b Z

Z P

P

ϕ

ϕ β

1

gọi là hệ số phân phối lực phanh thì rõ ràng rằng : để đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất (Nhờ sử dụng được toàn bộ trọng lượng bám của xe ) thì hệ số phân phối của lực phanh βp

phải là một đại lượng thay đổi phụ thuộc vào trạng thái đường ( cụ thể là hệ số bám) và mức độ chất tải của xe (thể hiện qua các toạ độ trọng tâm) Đồ thị biểu diễn quan hệ thay đổi lý tưởng này có dạng như trên hình 1.6

Thế nhưng khi thiết kế, hệ thống phanh thường chỉ được tính toán ứng với một giá trị hệ số bám xác định (gọi là hệ số bám tính toán ϕtt) và cho trường hợp xe chở đầy tải Tức là hệ thống phanh được thiết kế với hệ số βp = Const (đường 4 trên hình 1.6) Do đó khi vận hành trên các loại đường có hệ số bám khác tính toán hoặc tải trọng của xe thay đồi, thì điều kiện (1.4) không còn được thỏa mãn nữa Lúc này khi phanh ngặt các bánh xe ở các cầu sẽ không được hãm cứng đồng thời :

- Nếu

2

2 1

1

Z

P Z

2 1

1

Z

P Z

P p p

> thì ngược lại, các bánh trước sẽ trượt, trong khi các bánh xe cầu kia chưa sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh, làm giảm lực phanh tổng và hiệu qủa phanh

Các bánh xe bị hãm cứng không đồng thời không chỉ làm giảm hiệu quả phanh mà còn làm giảm tính ổn định và điều khiển của xe, bởi vì :

- Khi trượt hoàn toàn, bánh xe không còn khả năng tiếp nhận lực ngang Lúc đóï chỉ cần một lực ngang rất nhỏ gây ra do gió thổi, do mặt đường không bằng phẳng hay một mômen quay sinh ra do sự không đồng đều của lực phanh giữa các bánh xe phải và trái tác dụng, cũng có thể làm cho các bánh xe

bị trượt ngang gây mất ổn định

- Nguy hiểm nhất là khi các bánh xe sau bị hãm cứng và trượt ngang (Hình 1.7a) Trong trường hợp này lực ly tâm xuất hiện tác dụng cùng chiều với lực gây trượt, nên làm xe càng trượt mạnh Nếu mặt đường có hệ số bám nhỏ, do động năng tiêu tán yếu, xe có thể bị quay lộn đầu lại với tốc độ góc lớn (Hình 1.8)

- Khi các bánh trước bị hãm cứng thì ít nguy hiểm hơn Vì nếu chúng bị trượt ngang, lực ly tâm sinh ra sẽ có chiều chống lại sự trượt (Hình 1.7b) làm sự trượt tự động ngừng lại, nên xe không bị mất ổn định mà chỉ mất khả năng điều khiển Nhưng khi xe mất điều khiển thì người lái cảm giác được ngay và có thể nhanh chóng phục hồi lại bằng cách giảm bớt lực phanh và đánh tay lái về phía xe trượt (Hình 1.7c)

Do đó để nâng cao hiệu quả phanh và tính ổn định của xe, cần phải sử dụng các bộ điều chỉnh lực phanh để tự động điều chỉnh sự phân phối lực phanh ra các cầu sao cho gần với quy luật tối ưu nhất, khi phanh ngặt trong những điều kiện đường sá và tải trọng khác nhau, bằng cách điều chỉnh áp

suất trong các dòng dẫn động

Để xây dựng cơ sở thiết kế các bộ điều chỉnh lực phanh, trước tiên ta cần xây dựng mối quan hệ giữa áp suất trong các dòng dẫn động phanh và các thông số liên quan, phụ thuộc vào điều kiện đường xá và tải trọng của ôtô (ϕ,

ma, a, b, hg), với lập luận như sau :

H×nh 1.7 C¸c tr−íng hîp b¸nh xe bÞ tr−ît ngang khi phanh

a- CÌu sau bÞ tr−ît; b- CÌu tr−íc bÞ tr−ît; c- Qu¸ tr×nh gi¶m tr−ît

H×nh 1.8 S¬ ®ơ tr−ît ngang «t« khi c¸c b¸nh sau bÞ h·m cøng trªn mƯt

®−íng cê hÖ sỉ b¸m nhâ

- Bởi vì mômen phanh sinh ra tỉ lệ thuận với áp suất của vật thể làm việc trong các dòng dẫn động, nên đối với mỗi cơ cấu phanh có thể viết :

Mp1 (2) = K1 (2) (p1 (2) - p01 (2)) Trong đó :

Mp1(2) - Mômen phanh do mỗi cơ cấu phanh của cầu trước hoặc sau sinh ra

K1(2) - Hệ số hằng số phụ thuộc các thông số của cơ cấu phanh

p1(2) - Áp suất vật thể làm việc (không khí nén trong bầu phanh hay chất lỏng trong xi lanh bánh xe) tương ứng với các cầu trước hoặc sau

p01(2) - Áp suất không khí hay chất lỏng cần thiết để dịch chuyển các guốc phanh ép sát vào trống phanh

- Mà đối với mỗi cầu bất kỳ thì :

Pp = 2Mp/rbx (Mp - Mô men phanh của 1 cơ cấu phanh)

Do đó, có thể viết lại điều kiện hãm cứng đồng thời các bánh xe như sau :

p

r h b g m

L p p K Z

P

1

' 1 1 1

p

r h a g m

L p p K Z

2 2 2

' 2

1 1

' 1

2

2

p L

K

h a

gr m p

p L

K

h b

gr m p

g bx

a

g bx

a

ϕ ϕ

ϕ ϕ

Ở đây : p'1 và p'2 - Áp suất của vật thể làm việc (khí nén hoặc chất lỏng) tương ứng với thời điểm bắt đầu hãm cứng các bánh xe

Hệ phương trình ( 1.10 ) chính là hệ phương trình cơ sở dùng để tính toán thiết kế các bộ điều chỉnh

Trong thực tế, để giải quyết các bài toán được thuận tiện, người ta thường biểu diễn giữa quan hệ giữa p1 và p2 ở dạng đồ thị, gọi là đặc tính lý tưởng của bộ điều chỉnh (Hình 1.9 và Hình 1.10)

(1.9)

(1.10)

Hệ số bám

Nếu áp suất trong các dòng dẫn động phanh các cầu phân phối theo quy luật tương ứng với các đường cong trên, thì với mọi hệ số bám và tải trọng bất kỳ các bánh xe luôn luôn được hãm cứng đồng thời khi phanh ngặt

H×nh 1.10 Quan hÖ lý t−ịng gi÷a ¸p suÍt phanh dßng tr−íc vµ sau cña «t«

t¶i vµ c¸c tia giíi h¹n cña ®Ưc tÝnh ®iÒu chØnh

p 1

p 2

p 01

p 02

Để nhận được quy luật phân phối áp suất lý tưởng như trên rất phức tạp

Vì vậy trong thực tế, người ta chỉ tìm cách đạt được những quy luật đơn giản hơn nhưng gần với quy luật lý tưởng và quan trọng nhất là đảm bảo sao cho khi phanh ngặt các bánh trước được hãm trước để tránh làm xe mất ổn định

Nếu không có bộ điều chỉnh thì áp suất trong các dòng dẫn động phanh sẽ bằng nhau (p1 = p2), đường biểu diễn quan hệ này có dạng đường thẳng nghiêng góc với trục hoành một góc 450 ( đường OA trên hình 1.10)

Trong trường hợp này rõ ràng :

- Nếu xe đầy tải và mặt đường có hệ số bám nằm trong vùng từ 0 đến

ϕA, thì khi phanh các bánh xe trước sẽ bị hãm cứng trước Nhưng theo mức độ giảm tải của xe, vùng này bị thu hẹp lại và giảm dần đến không, khi tải nhỏ

- Để mở rộng vùng này, có thể phân phối áp suất theo quy luật tương ứng với đường thẳng OB Nhưng như vậy thì khi phanh, ngay cả với lúc cường độ phanh nhỏ, các bánh trước cũng luôn luôn bị hãm cứng gây mòn lốp và các má phanh, trong khi các bánh sau không sử dụng được bao nhiêu lực bám để tạo lực phanh

- Vì thế, để đảm bảo cho các bánh trước bị hãm cứng trước, đồng thời quy luật phân phối áp suất tương đối gần với lý tưởng để tận dụng lực bám (tăng hiệu quả phanh), thì phải sử dụng các bộ điều chỉnh Các bộ điều chỉnh thường được đặt trong dòng dẫn động các phanh sau để điều chỉnh áp suất trong dòng này phụ thuộc vào áp suất trong dòng dẫn động các phanh trước và tải trọng tác dụng lên cầu sau, đảm bảo cho tỉ số 1

1.2 Các phương pháp điều chỉnh

Để điều chỉnh sự phân phối lực phanh ra các cầu có thể sử dụng một số phương pháp cơ bản sau đây :

1.2.1 Thay đổi hệ số truyền của bộ điều chỉnh

Ở dạng tổng quát, quan hệ giữa các áp suất trong các dòng dẫn động trước và sau có thể biểu diễn bởi biểu thức :

p2 = Kα.p1

Ở đây : Kα - Là hệ số truyền của bộ điều chỉnh

Bằng cách làm cho Kα thay đổi tương ứng với sự thay đổi của tải trọng, thì ta sẽ được bộ điều chỉnh mà đặc tính làm việc của nó có dạng như trên hình 1.11a Đó là những tia nghiêng với trục hoành những góc khác nhau phụ thuộc vào tải trọng Chính vì có đặc tính dạng như vậy, nên bộ điều chỉnh loại này còn được gọi là bộ điều chỉnh loại tia

Bộ điều chỉnh loại tia cho phép nâng cao hiệu quả phanh khi xe chuyển động với các mức tải khác nhau Tuy vậy nó không loại trừ được khả năng hãm cứng các bánh xe sau

Bộ điều chỉnh loại này sử dụng thích hợp trên các xe tải có tải trọng tác dụng lên cầu sau thay đổi trong giới hạn rộng

H×nh 1.11 C¸c ®Ưc tÝnh lµm viÖc cña bĩ ®iÒu chØnh :

a- Lo¹i tia; b- Lo¹i giíi h¹n ¸p suÍt; c,d- Lo¹i cê thíi ®iÓm lµm viÖc thay ®ưi

1.2.2 Hạn chế áp suất trong dòng dẫn đôûng phanh các bánh xe sau

Đặc tính làm việc của bộ điều chỉnh loại này như trên hình 1.11b hay hình 1.12

Bộ điều chỉnh bắt đầu làm việc khi áp suất trong dòng dẫn động phanh trước đạt giá trị xác định (p1 = p0) và hạn chế không cho áp suất trong dòng sau p2 tăng lên nữa Aïp suất p0 mà tương ứng với nó đặc tính của bộ điều chỉnh bắt đầu thay đổi được gọi là thời điểm làm việc của bộ điều chỉnh

Bộ điều chỉnh loại này thường được sử dụng trên các xe có tải trọng ít thay đổi Nhược điểm chính của nó là hiệu quả phanh thấp khi mặt đường có hệ số bám lớn, do không tận dụng hết trọng lượng bám trên cầu sau để tạo lực phanh

Để nâng cao hiệu quả phanh trên đường có hệ số bám lớn, có thể sử dụng các bộ điều chỉnh có van tỷ lệ Nhờ kết cấu của cụm van này, khi bộ điều chỉnh làm việc áp suất trong dòng dẫn động các phanh sau vẫn tiếp tục tăng nhưng vói cường độ nhỏ hơn, tức là hệ số truyền đã giảm đi Đặc tính bộ điều chỉnh trong trường hợp này có dạng như đường nét đứt trên hình 1.11b hay hình 1.14 Nó đảm bảo cho xe sử dụng tốt hơn trọng lượng bám khi phanh nhưng chỉ đối với một giá trị tải trọng xác định Khi tải trọng thay đổi, hiệu quả phanh vẫn giảm và vẫn còn khả năng hãm cứng các bánh xe sau khi xe non tải

1.2.3 Điều chỉnh áp suất với thời điểm làm việc thay đổi

Đặc tính của bộ điều chỉnh loại này được xác định bởi hệ số truyền Kαvà quy luật thay đổi thời điểm làm việc phụ thuộc vào tải trọng trên cầu sau Trên hình 1.11c và hình 1.15 là đặc tính với Kα = const, còn trên hình 1.11d là đặc tính với Kα = f(Gt) Đây là dạng đặc tính gần với đặc tính lý tưởng nhất Nó có thể đảm bảo điều kiện hãm cứng các bánh xe trước trước các bánh xe sau với mọi giá trị thông thường của hệ số bám ϕ, vì thế nó thường được sử dụng cho xe du lịch có yêu cầu cao về điều kiện ổn định

Một trường hợp riêng của các bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi theo tải trọng là các bộ hạn chế áp suất có thời điểm làm việc thay đổi Đặc tính của chúng có dạng như trên hình 1.13 Tức là khi bộ điều chỉnh bắt đầu làm việc thì Kα = 0, áp suất p2 không đổi và không tăng theo p1

nữa Các bộ điều chỉnh kiểu này kém hoàn thiện hơn, tuy kết cấu có đơn giản hơn một chút

1.3 Kết cấu và nguyên lý làm việc của các bộ điều chỉnh lực phanh

1.3.1 Bộ điều chỉnh loại tia dùng cho dẫn động thuỷ lực

Trên hình 1.16 là sơ đồ nguyên lý của bộ điều chỉnh loại tia dùng cho dẫn động thuỷ lực

H×nh 1.16 S¬ ®ơ nguyªn lý vµ tÝnh to¸n bĩ ®iÒu chØnh lo¹i tia

a- Kết cấu; b- Sơ đồ nguyên lý

dïng cho dĨn ®ĩng thụ lùc

Hình 1.17 Bộ điều chỉnh loại tia dùng cho dẫn động phanh thuỷ lực

Vỏ của bộ điều chỉnh được bắt lên khung xe Gối đỡ 5 liên kết với dầm cầu qua hệ thống đòn và dịch chuyển vị trí theo sự thay đổi độ võng của hệ thống treo gây ra do sự thay đổi tải trọng

Ở đầu vào của bộ điều chỉnh có áp suất p1 luôn luôn bằng áp suất trong xi lanh chính Ở đầu ra là áp suất điều chỉnh p2 nối với dòng dẫn động các bánh sau

Bộ điều chỉnh làm việc như sau : Khi ở đầu vào có một áp suất nhỏ nào đó thì piston 3 hạ xuống và van 1 đóng lại Phương trình cân bằng hệ thống lúc đó có dạng :

( F2 p2 - T2) (lđ - lx) = ( F1p1 - T1) lx (1.11)

Ở đây : F1, F2 : Diện tích tiết diện các piston tương ứng

T1 , T2 : Lực các lò xo

lđ : Chiều dài đòn 4

lx : Cánh tay đòn thay đổi theo vị trí của gối 5 Nếu ký hiệu i

l l

lx d

− ) ( thì sau khi biến đổi, biểu thức (1.11) sẽ có dạng :

1 2

x

l l

l i

−

= , mà lx thay đổi phụ thuộc vị trí của gối đỡ

5, vị trí của 5 lại thay đổi theo tải trọng tác dụng lên cầu, do đó i và bởi vậy góc nghiêng của đặc tính điều chỉnh cũng sẽ thay đổi theo sự thay đổi của tải trọng

Do tính dịch chuyển đối xứng của gối đỡ 5, ta có (hình 1.17b) :

amin = bmin và amax = bmax, vì thế imin = 1

imax Vùng thay đổi i đủ lớn, cho phép sử dụng các bộ điều chỉnh loại này trên các xe có tải trọng tác dụûng lên cầu sau thay đổi trong giới hạn rộng

î

c và

i đỡ độ

Trên hình 1.17a là kết cấu bộ điều chỉnh loại tia có nguyên lý như đa

mô tả Cấu tạo của bộ điều chỉnh gồm : 1 - van cắt nối dòng phanh trướ sau; 2,10 - các piston; 3,9 - các lò xo; 4 - cần đẩy; 5 - đòn gánh; 6 - gố ng; 7 - mặt trượt; 8 - trục quay liên kết với dầm cầu

1.3.2 Bộ điều chỉnh loại tia dùng cho dẫn động khí nén

Trên hình 1.18 là sơ đồ nguyên lý và kết cấu của bộ điều chỉnh loạ dùng cho dẫn động phanh khí nén

i tia

Bộ điều chỉnh được bắt trên khung và nối đàn hồi với dầm cầu qua đòn 12 Khi phanh, không khí nén từ tổng van đi vào khoang A của bộ điều chỉnh với áp suất Pt, tác dụng lên piston 9 và đẩy nó đi xuống Van 11 lắp trong piston tỳ vào mặt đầu cầu đẩy 5 đóng lỗ trong nó lại, cắt đường thông giữa các khoang B và C với khí quyển Sau đó 11 tách khỏi đếú van rồi mở ra, nối khoang vào A với khoang ra C, cho khí nén qua C đi đến các bầu phanh Đồng thời qua khe hở vòng giữa piston 9 và ống dẫn hướng 6, không khí nén cũng đi vào không gian phía dưới piston (khoang B) tác dụng lên piston và màng 7 một áp suất Pm Khí áp suất đạt giá trị xác định, piston dịch chuyển

lên trên đến vị trí mà ở đó van 11 bắt đầu đóng lại nhưng vẫn ép sát mặt đầu cầu đẩy 5 Lúc đó piston ở trạng thái cân bằng và hệ số truyền có giá trị:

p K

Diện tích S2 là một đại lượng thay đổi nhờ kết cấu đặc biệt sau :

- Piston 9 có các gân hướng kính 10 lắp vào các rãnh hướng kính của ống lồng 8 có mặt mút phía dưới hình côn

- Khi piston ở vị trí trên cùng (ứng với trường hợp xe đầy tải) màng 7 tỳ sát hoàn toàn vào đáy ống 8, nên diện tích hiệu dụng của nó bằng không

- Khi tải trọng giảm đi, piston dịch dần xuống dưới, các gân của nó tách dần màng 7 ra khỏi ống 8, làm diện tích hiệu dụng của màng tác dụng lên piston tăng lên

Như vậy, tải trọng càng lớn piston càng dịch chuyển lên cao, thì với

pt=const áp suất ps càng phải lớn để đảm bảo cân bằng piston

Quy luật thay đổi ps phụ thuộc vào độ võng của hệ thống treo (tức là tải trọng) được xác định bởi hình dạng phần đáy của piston 9 và ống lồng 8, cũng như bởi vị trí của trụ trượt 2

Để giảm mài mòn và bù lại áp suất không khí ps tác dụng lên cần 5, đòn

3 chỉ được nối với piston 9 khi phanh, nhờ không khí nén đưa vào khoang D

Khi nhả phanh, áp suất trong khoang A giảm đi, piston 9 dịch chuyển lên trên dưới tác dụng của áp lực khí trong khoang B Lúc đó van 11 đóng lại cắt đường thông khoang A với khoang C, sau đó tách khỏi cần đẩy 5 mở đường cho khí nén từ các bầu phanh qua khoang C → cần đẩy 5 → khoang E → uốn mép van cao su thoát ra ngoài Tất cả các chi tiết trở về vị trí ban đầu

Các phương án kết cấu khác của bộ điều chỉnh loại tia trình bày trên các hình 1.19, 1.20 và 1.21

H×nh 1.19 Bĩ ®iÒu chØnh lo¹i tia víi dĨn ®ĩng kiÓu con tr−ît vµ

1.3.3 Bộ điều chỉnh loại hạûn chế áp suất dòng phanh sau

Trên hình 1.22 là các bộ hạn chế áp suất loại có lò xo cân bằng

H×nh 1.22 C¸c bĩ h¹n chÕ ¸p suÍt lo¹i lß xo c©n b»ng :

a- Van c«n; b- Van tr−ît; c- Van bi; d- Van ®Üa; e- Van mƯt ®Ìu (ph−¬ng ¸n 1);

f- Van mƯt ®Ìu (ph−¬ng ¸n 2)

Thực chất đây là cơ cấu gồm : một van giới hạn và một lò xo cân bằng, được đặt trong dòng dẫn động các phanh sau Van giới hạn sẽ đóng lại, cắt đường thông giữa đầu ra và đầu vào của bộ điều chỉnh khi áp suất trong hệ thống đạt giá trị chọn trước, xác định bằng cách điều chỉnh lò xo cân bằng Nhờ thế áp suất đầu ra nối với dòng dẫn động phanh sau không tăng lên nữa khi áp suất trong dòng phanh trước (pt) tiếp tục tăng

Một số dạng kết cấu khác có nguyên lý làm việc tương tự là các bộ hạn chế áp suất kiểu quán tính (hình 1.23a, b, c) Điểm khác biệt ở đây là các van được đóng lại khi gia tốc chậm dần của ô tô đạt đến giá trị quy định Các bộ điều chỉnh kiểu quán tính khác nhau ở cơ cấu dẫn hướng van, như :

- Dùng trục van (hình 1.23a)

- Dùng đường kính ngoài của van (hình 1.23b)

- Dùng tấm đàn hồi (hình 1.23c)

Nhờ các bộ điều chỉnh này có thể điều chỉnh cả lực phanh tổng lẫn lực phanh trên từng cầu Ngoài ra người lái còn có thể điều khiển bằng tay thời điểm làm việc của bộ điều chỉnh phụ thuộc vào tải trọng xe và trạng thái mặt đường

Nhược điểm chính của các bộ hạn chế áp suất loại này là đặc tính điều chỉnh không tự động thay đổi theo sự thay đổi tải trọng, độ nhạy thấp, làm tăng thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh do tiết diện lưu thông của các van nhỏ và hiệu quả phanh thấp trên mặt đường có hệ số bám lớn

Để nâng cao hiệu quả phanh trên mặt đường có hệ số bám lớn, có thể sử

dụng các bộ điều chỉnh có van tỷ lệû như trên hình 1.24

Nhờ độ chênh lệch diện tích hiệu dụng ở hai phía cụm van hay bộ phận cân bằng, khi bộ điều chỉnh làm việc, áp suất trong dòng dẫn động các phanh bánh sau vẫn tiếp tục tăng nhưng với cường độ nhỏ hơn, tức là hệ số truyền đã giảm đi Đặc tính điều chỉnh trong trường hợp này có dạng như đường nét đứt trên hình 1.11b Dạng đặc tính này đảm bảo cho xe sử dụng tốt hơn trọng lượng bám khi phanh nhưng chỉ đối với một giá trị tải trọng nào đó

Hình 1.23 Các bộ hạn chế áp suất :

a,b- Kiểu quán tính; c- Kiểu bi với giá đàn hồi d,e,f,g- Có thời điểm hạn chế thay đổi theo tải trọng;

Hình 1.24 Bộ hạn chế áp suất có van tỷ lệ (Kết cấu trên hình e có thời điểm hạn

chế thay đổi theo tải trọng trên cầu sau)

Khi tải trọng thay đổi hiệu quả phanh vẫn giảm và vẫn còn khả năng hãm cứng các bánh sau khi xe non tải

1.3.4 Bộ điều chỉnh áp suất với thời điểm làm việc thay đổi

Sơ đồ nguyên lý chung của các bộ điều chỉnh loại này như trên hình 1.25 và hình 1.26, còn đặc tính - hình 1.27

- Đường vào của bộ điều chỉnh nối với xi lanh chính, có áp suất pt hoặc

p1

- Đường ra nối với các xi lanh phanh bánh xe có áp suất ps hoặc p2

Nếu bỏ qua ảnh hưởng của lò xo van 2 (hình 1.25), thì phía trên piston 1 chịu tác dụng của áp suất chất lỏng ps còn phía dưới chịu tác dụng của áp suất

pt, lực lò xo 3 (Flx) và lực Q tỷ lệ với biến dạng của hệ thống treo

Lực Flx, Q và diện tích làm việc của piston được chọn như thế nào để đảm bảo các điều kiện sau :

- Khi pt < p t (A) : Piston được giữ ở vị trí trên - ứng với van 2 mở

- Khi pt = p t ( A)_ : Piston ở trạng thái cân bằng không ổn định, lúc này bộ điều chỉnh bắt đầu làm việc

- Khi pt > p t ( A) : Piston dịch chuyển xuống vị trí dưới Lúc này van

2 đóng, quan hệ giữa các áp suất phía trên và dưới piston được xác định qua điều kiện cân bằng của piston :

4 (Q + Flx) + ptΠ(D2 - d2) = psΠD2

Từ đó suy ra :

2 2

2 2

4

D

Q F D

d D p

t

+ +

Hình 1.25 Bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay

đổi kiểu van bi

Hình 1.26 Bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi

kiểu van mặt đầu

Q

H×nh 1.27 §Ưc tÝnh cña bĩ ®iÒu chØnh ¸p suÍt cê thíi ®iÓm lµm viÖc thay

®ưi theo t¶i trông

(1.13)

D

F Q

h

D

F Q

h

II lx II

I lx I

π π

- Chỉ số I và II tương ứng với trạng thái đầy tải và không tải của ô tô Lò xo 3 tác dụng lên piston một lực không đổi Vì thế để thay đổi cá

ü ban đầu từ hI đến hII phụ thuộc vào tải trọng của xe, người ta sử dụng üng đàn hồi nối piston với dầm cầu, lúc này piston sẽ chịu tác dụng củ

c Q có giá trị tỉ lệ thuận với biến dạng của hệ thống treo, tức là tải trọng biến nhất là hai loại dẫn động :

- Phần tử đàn hồi là lò xo xoắn : hình 1.28

c tung đô

lự

Phổ

- Phần tử đàn hồi là thanh xoắn : hình 1.29

Một đầu lò xo hay thanh xoắn được nối với dầm cầu, một đầu tác dụng lên piston của bộ điều chỉnh

Một trường hợp riêng của bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi theo tải trọng là các bộ hạn chế áp suất có thời điểm làm việc thay đổi Kết cấu của một số bộ điều chỉnh loại này thể hiện trên hình 1.23d, e, f,

g

H×nh 1.28 Bé ®iÒu chØnh lùc phanh cña «t« du lÞch (d¹ng GAZ-24)

H×nh 1.29a Bé ®iÒu chØnh lùc phanh cña «t« VAZ-2101 (PhÇn 1)

H×nh 1.29b Bé ®iÒu chØnh cña «t« VAZ-2101 (PhÇn 2)

1.4 Tính toán thiết kế các bộ điều chỉnh lực phanh

Quá trình tính toán thiết kế các bộ điều chỉnh lực phanh có thể chia thành 3 giai đoạn độc lập :

1) Xây dựng đặc tính phanh lý tưởng, tức là : xác định quan hệ tối ưu

ps=f(pt) cho ít nhất hai trường hợp xe đầy tải và không tải Khi cần có thể tính thêm cho một số giá trị tải trung gian

2 Chọn đường đặc tính điều chỉnh có dạng gần với đặc tính lý tưởng nhất, có tính đến đặc điểm dần động phanh, điều kiện làm việc của xe và khả năng thực hiện Đối với bộ điều chỉnh loại tia thì xây dựng các tia tương ứng với giá trị hệ số bám đã chọn và các mức tải khác nhau

Các bộ điều chỉnh phải đảm bảo gia tốc phanh lớn nhất, đảm bảo hãm cứng đồng thời tất cả các bánh xe hoặc các bánh trước trước, khi xe phanh

ngặt trên đường có hệ số bám từ (0,15-0,8)

3 Xác định các thông số kết cấu và lắp đặt bộ điều chỉnh sao cho đảm bảo đặc tính yêu cầu

Hiện nay để điều chỉnh lực phanh người ta sử dụng chủ yếu hai loại bộ điều chỉnh là loại có thời điểm làm việc không đổi hoặc thay đổi và loại tia

Vì thế dưới đây trình bày chi tiết hơn cách tính toán thiết kế các bộ điều chỉnh này

1.4.1 Bộ điều chỉnh có thời điểm làm việc thay đổi

Sơ đồ tính toán bộ điều chỉnh loại này như trên hình 1.31 Đơn giản nhất là trường hợp lực Q = const (có giá trị không đổi), lúc đó đặc tính của bộ điều chỉnh có dạng như trên hình 1.30

Đặc tính gồm 2 loại đoạn thẳng oa và ab Đoạn oa đi từ gốc tọa độ và nghiêng với trục hoành một góc 450 Như vậy khi chọn đặc tính của bộ điều chỉnh, trong trường hợp này chỉ cần xác định hoành độ của điểm a (p1a) và góc nghiêng của đoạn ab

Cần chú ý rằng, các bộ điều chỉnh này thường sử dụng cho xe du lịch, là

xe mà các đường đặc tính lý tưởng 1 và 2 ứng với trạng thái đầy tải và không tải nằm tương đối gần nhau

Vì thế đoạn ab cần phải chọn như thế nào để thoả mãn yêu cầu cả hai trường hợp đầy tải và không tải, ví dụ : nằm trung gian như trên hình 1.30

thíi ®iÓm lµm viÖc thay ®ưi

H×nh 1.33 §ơ thÞ biÓu diÔn quan hÖ

gi÷a biÕn d¹ng cña hÖ thỉng treo sau vµ c−íng ®ĩ phanh vµ t¶i trông trªn cÌu

Sau khi đã chọn được đặc tính của bộ điều chỉnh, ta có thể xác định được

c thông số của nó và giá trị lực Q thông qua phương trình cân bằng piston

4

)(

785,04

2 2 1

2

1 2 1

2

2

Q p

D p

d D

p d p

d Q

b b

a a

ππ

π

(1.14)

b b

b b

b b

p p

Q p

d D

Q p

d p

p

D

2 1 1 2 1

2 2

1

) (

như trên hình 1.32

- Sau đó chọn dạng đường đặc tính điều chỉnh, đường này có đoạn đầu

oa là đoạn thẳng xuất phát từ gốc tọa độ, nghiêng với trục hoành một góc 450

và 2 đoạn thẳng song song là bc và ad' (biểu diễn bằng nét đứt), được chọn

sao cho gần với đường đặc tính lý tưởng nhất khi Khi chọn hợp lý là chọn theo 3 điểm a, b và c còn điểm thứ tư (d') lấy thụ thuộc theo Sau đó tính kiểm tra xem mức độ sai lệch của đặc tính ở điểm này so với đặc tính lý tưởng có nằm trong giới hạn cho phép không

Về nguyên tắc đoạn oa có thể có độ nghiêng bất kỳ Tuy vậy khi tính toán thực tế có thể thừa nhận β = 450

Sau khi đã có đặc tính điều chỉnh, ta tiến hành xác định các thông số kết cấu dựa vào tọa độ các điềm tính toán a, b và c của nó Tính toán có nhiệm vụ xác định đường kính D của piston, giá trị lực Qa (ở điểm a) và thông số

Kx=Cxix (ở đây : Cx - độ cứng phần tử đàn hồi của dẫn độüng nối bộ điều chỉnh với dầm cầu; ix - tỷ số truyền các đòìn dẫn động)

Chọn trước giá trị d theo dự kiến kêït cấu, từ điều kiện cân bằng piston ta xác định được :

(1.15)

(1.16)

a a

2

785 , 0

4 =

= π

Thông số Kx có thể xác định từ điều kiện cân bằng piston ở điểm b, theo công thức :

b a ( b a)

S

d S

Q Q

S

Q p

d

= Hay :

Ở đây : S1 - Hiệu biến dạng của hệ thống treo tương ứng với các điểm b và a

Để xác định S1 cần phải xây dựng các đường biểu diển quan hệ giữa biến dạng của hệ thống treo sau, với tải trọng và cường độ phanh, như trên

hình 1.33 (đường 1 - đối với ôtô đầy tải, đường 2 - không tải) Các đường này

có thể xây dựng nhờ công thức :

L C

h P L

C

L g a G

2 2

2

Trong đo ï:

Ga - Trọng lượng toàn bộ của xe

g2 - Trọng lượng phần không được treo ở cầu sau

a, hg, L - Các tọa độ trọng tâm và chiều dài cơ sở

C2 - Độ cứng tổng của hệ thống treo sau

Pj - Lực quán tính (bằng lực phanh tổng) khi phanh :

bx bx

p p

j

r

p K p K r

M M

A - Đại lượng tính đến tính chất chống gật xe khi phanh của

hệ thồng treo Nếu hệ thống treo sau không có tính chất chống gật xe thì A = 0 Nếu hệ thống treo sau có dạng đòn như trên hình 1.34 thì A được xác định theo công thức :

2C R

rbx

2 2

Nếu hệ thống treo sau có dạng nhíp lá không đối xứng thì :

2 2

1

1 2 2

C r l l

l l h M A

bx

=

Ở đây : h2, l1 và l2 là các kích thước ghi trên hình 1.35

Sau khi đã xác định được Kx có thể tìm độ cứng Cx của phần tử đàn hồi khi chọn trước tỷ số truyền ix hoặc ngược lại

Từ điều kiện cân bằng piston ở điểm c có thể xác định đường kính D :

H×nh 1.34 S¬ ®ơ nghiªng thïng xe trong mƯt ph¼ng dôc víi hÖ thỉng

treo d¹ng ®ßn cê tÝnh chỉng gỊt

H×nh 1.35 S¬ ®ơ hÖ thỉng treo cê tÝnh chỉng gỊt víi hÖ thỉng treo sau

d¹ng nhÝp nöa elÝp kh«ng ®ỉi xøng

(1.20)

(1.21) )

(

) (

27 , 1

2 1

2 1

2

c c

x a c

p p

S K Q p

d D

−

+

−

=

Ở đây : S2 - Đại lượng đại số, bằng hiệu biến dạng của hệ thống treo ở các điểm c và a (hình 1.33)

Để kiểm tra mức độü sai lệch giữa đặc tình điều chỉnh và đặc tính lý

2

2 2 2

) (

27 , 1 '

D

S K Q p

D

d D

d d

+ +

ï bằng tỷ

' 2

2 ' 2

d

d d

Khi biết giá trị Qa có thể xác định giá trị lực Q tác dụ

öu chỉnh lúc xe không tải Khi áp suất trong dẫn động phanh bằ

Giá tri lực Qo cần phải kiểm tra khi lắp đặt bộ điều chỉnh lên xe

1.4.2 Bộ điều chỉnh loại tia

H×nh 1.36 S¬ ®ơ nguyªn lý vµ tÝnh to¸n bĩ ®iÒu chØnh lo¹i tia

dïng cho dĨn ®ĩng thụ lùc

Ở trên (phần 1.3.1) đã chứng minh được, khi chọn (T2 - iT1) = 0, thì :

l F

iF K

x d

)

d l l

l K

tg

x d

2

β

β

tg D d

tg l D

như trên hình 1.38 : đường 1 - đầy tải, đường 2 - không tải và có thể thêm một số đường trung gian khác

2) Xác định các tia K1 và K2 ứng với giá trị hệ số bám ϕtt chọn trước 3).Từ dự kiến kết cấu và công nghệ chọn các kích thước d, D và lđ

4).Theo giá trị góc β2 xác định cánh tay đòn lxmin ứng với trường hợp xe không tải (công thức 10.25)

5).Từ điều kiện thắng ma sát để đưa các chi tiết về vị trí ban đầu chọn kích thước và lực các lò xo trả T1 và T2

6) Dựa theo đặc tính lý tưởng, xác định các áp suất p và p cho

= , đánh giá ảnh hưởng của T1 và T2 đối với giá trị lxmin đã xác

định Nếu cần thiết thì hiệu chỉnh lực các lò xo hay giá trị lxmin.

7) Xác định giá trị lxmax đối với β1 (xe đầy tải)

8) Sử dụng đặc tính của hệ thống treo sau, xác định quy luật thay đổi cánh tay đòn lx theo tải trọng trên cầu sau, tức là quan hệ Δ lx = f( Δ f) (f - độ võng của hệ thống treo sau), chọn dẫn động cần thiết để nối bộ điều chỉnh với cầu và xác định các kích thước lắp đặût như l1, l0, α0, γ

Hình 1.39 Bộ điều chỉnh lực phanh của ôtô kiểu GAZ-53A

và đặc tính của bộ điều chỉnh

H×nh 1.40 Bé ®iÒu chØnh lo¹i tia (G-100-3533210)