TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊCH DỰA TRÊN CƠ SỞ XE INFINITI FX 35

Bảng các ký hiệu và viết tắt Ký hiệu a Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh trước b Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh sau v vận tốc của xe Pω Lực cản không k

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG -

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG -

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

BỘ MÔN: ÔTÔ VÀ MÁY CÔNG TRÌNH

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : HOÀNG NGỌC THƯỜNG

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH

XE DU LỊCH DỰA TRÊN CƠ SỞ XE INFINITI FX 35

2 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

Theo tài liệu nhà chế tạo va

3 NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:

Chương 1 Hệ thống phanh trên ô tô và phương án thiết kế

Chương 2 Tính toán thiết kế cơ cấu phanh

Chương 3 Tính toán thiết kế dẫn động phanh

Chương 4 Xây dựng đường đặc tính phanh

Kết luận

4 CÁC BẢN VẼ:

1/ Sơ đồ tổng thể xe Infiniti FX35 (1A3)

2/ Sơ đồ các loại phanh đĩa lắp trên ôtô (1A3)

3/ Các sơ đồ dẫn động phanh thủy lực có trợ lực lắp trên ôtô (1A3)

5/ Cơ cấu phanh sau (1A3)

6/ Kết cấu xilanh chính và bầu trợ lực chân không (1A3)

7/ Sơ đồ điều khiển hệ thống phanh (1A3)

8/ Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống ABS (4A3)

5 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 07/03/2012

MỤC LỤC

Chương 1 Hệ thống phanh trên ô tô và phương án thiết kế 1

1.1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài: 1

1.2 Lý thuyết về hệ thống phanh: 2

1.2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống phanh: 2

1.2.1.1 Công dụng: 2

1.2.1.2 Yêu cầu: 2

1.2.1.3 Phân loại: 4

1.3 Lựa chọn các phương án thiết kế: 5

1.3.1 Cơ cấu phanh: 5

1.3.1.1 Loại phanh trống-guốc 5

1.3.1.2 Loại phanh đĩa 19

1.3.1.3 Loại phanh dải 19

1.3.2 Dẫn động phanh: 11

1.3.2.1 Dẫn động thủy lực: 11

1.3.2.2 Dẫn động khí nén: 11

1.3.3 Hệ thống phanh dừng và phanh phụ 19

1.3.3.1 Hệ thống phanh dừng 19

1.3.3.2 Hệ thống phanh phụ 20

1.3.4 Chọn phương án thiết kế: 20

1.4 Giới thiệu hệ thống phanh ABS: 20

1.4.1 Chức năng, nhiệm vụ: 20

1.4.2 Nguyên lý làm việc: 22

1.4.2.1 Khi không phanh: 27

1.4.2.2 Khi phanh thường (ABS chưa làm việc): 27

1.4.2.3 Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động): 29

1.4.2.3.1 Giai đoạn giảm áp suất: 27

1.4.2.3.2 Giai đoạn giữ áp suất: 30

1.4.2.3.3 Giai đoạn tăng áp suất: 31

Chương 2 Tính toán thiết kế cơ cấu phanh 33

2.1 Tính toán thiết kế cơ cấu phanh: 34

2.1.1 Momen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh: 34

2.1.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe: 36

2.1.3 Lựa chọn cơ cấu phanh và dẫn động phanh 37

2.1.3.1 Chọn cơ cấu phanh 37

2.1.3.2 Chọn dẫn động phanh 37

2.2 Tính toán thiết kế các thông số cơ bản: 42

2.2.1 Momen phanh do cầu trước sinh ra: 42

2.2.2 Tính toán bề rộng má phanh 43

2.3 Các thông số khác liên quan đến cơ cấu phanh 45

2.3.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng 45

2.3.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh 46

Chương 3 Tính toán thiết kế dẫn động phanh 47

3.1 Hành trình dịch chuyển đầu piston-xylanh công tác của cơ cấu ép 47

3.2 Đường kính xilanh chính và xilanh công tác 48

3.2.1 Đường kính xilanh công tác 48

3.2.2 Đường kính xilanh chính 48

3.2.3 Hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính 49

3.2.4 Hành trình và tỉ số truyền bàn đạp 50

3.2.5 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp 51

3.2.5.1 Lưc cần thiết tác dụng lên bàn đạp khi chưa có trợ lực 51

3.2.5.2 Lưc cần thiết tác dụng lên bàn đạp khi có trợ lực 51

3.2.6 Đường kính xilanh bầu trợ lực 52

3.3 Tính toán các chỉ tiêu phanh: 53

3.3.1 Gia tốc chậm dần khi phanh: 54

3.3.2 Thời gian phanh: 54

3.3.3 Quãng đường phanh: 55

Chương 4 Xây dựng đường đặc tính phanh 57

4.1 Momen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh: 57

4.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe: 60

4.4 Lực phanh riêng pr = φbx : 63 4.5 Momen phanh và áp suất phanh thực tế 64

Bảng các ký hiệu và viết tắt

Ký hiệu

a Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh trước

b Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh sau

v vận tốc của xe

Pω Lực cản không khí

Pj Lực quán tính sinh ra khi phanh

Go Trọng lượng bản thân ô tô

Ga Trọng lượng toàn bộ ô tô khi đầy tải

Ga1 Trọng lượng phân bố lên cầu trước khi đầy tải

Ga2 Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi đầy tải

Pp1, Pp2 Lực phanh sinh ra ở bánh xe trước, sau

Z1 , Z2 phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe trước, sau

O Trọng tâm của xe

L0 Chiều dài cơ sở của ôtô

φ Hệ số bám giữa lốp và mặt đường

Mp Momen phanh yêu cầu của mỗi cơ cấu phanh ở các bánh xe

Mp1 Momen phanh yêu cầu của mỗi cơ cấu phanh ở các bánh xe trước

Mp2 Momen phanh yêu cầu của mỗi cơ cấu phanh ở các bánh xe sau

rbx Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

K12 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe

Za1 Phản lực mặt đường tác dụng lên các bánh xe cầu trước ôtô khi đầy tải

Za2 Phản lực mặt đường tác dụng lên các bánh xe cầu sau ôtô khi đầy tải

R1, R2 Bán kính trong và ngoài của đĩa

η Hiệu suất

 Góc ôm của tấm ma sát theo chu vi hình vành khăn của đĩa

q Áp suất làm việc trung bình hình thành giữa má phanh và đĩa phanh

trong quá trình phanh

mp Tổng khối lượng của các đĩa phanh

C Nhiệt dung riêng của vật liệu làm đĩa phanh

C Độ tăng nhiệt độ

dk Đường kính xilanh công tác

h Hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính

hg Chiều cao trọng tâm ô tô

ddk Đường kính xilanh dầu điều khiển đóng mở van của bộ trợ lực phanh

bằng chân

Dc Đường kính xi lanh chính

idđ Tỷ số truyền dẫn động bàn đạp phanh

bđ Hiệu suất truyền động cơ khí

xl  Hiệu suất của piston - xy lanh

pd  Áp suất dầu trong hệ thống

itl T số truyền khếch đại lực

tp Thời gian phanh

jp Gia tốc chậm dần khi phanh

jpmax Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh

v0 Vận tốc xe khi bắt đầu phanh

v1 Vận tốc xe khi phanh với lực phanh lớn nhất

Pf lực cản lăn

Pi Lực cản lên dốc

Pη Lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí

P Lực cản không khí

Chương 1 Hệ thống phanh trên ô tô và phương án thiết kế

1.1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài:

Trong những năm gần đây, xã hội ngày càng phát triển, kéo theo mọi hoạt động trong đời sống xã hội đều phát triển theo xu hướng hiện đại hóa nên đòi hỏi phải có những phương tiện hiện đại phục vụ cho con người Do đó song song với sự phát triển của mọi ngành nghề thì công nghệ ôtô cũng có sự thay đổi khá lớn Nhu cầu của con người dần dần được đáp ứng về các mặt tiện nghi, kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường… trong đó vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu Do mật độ ôtô trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết luôn phải quan tâm

Trong các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật thì nguyên nhân do mất an toàn hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn Hiện nay, hệ thống phanh trang bị trên ôtô ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn

về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ Đối sinh viên ngành cơ khí động lực em nhận thấy nghiên cứu, khảo sát và tính toán hệ thống phanh là việc rất bổ ích cho kiến thức sau này Nhằm đi sâu tìm hiểu kết cấu, nguyên lý làm việc, các đặc tính làm việc của hệ thống phanh Từ đó,

đề ra những phương án thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính năng ổn định và tính năng dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ôtô Ngày nay, các dòng xe nhập khẩu đắt tiền càng nhiều Bởi vì các dòng xe này đáp ứng được những yêu cầu của người tiêu dùng như: tính thẩm mỹ, trang trí nội thất và trên hết là chất lượng cũng như độ tin cậy của nó Trong khi đó, nhiều dòng

xe khác chưa đáp ứng được nhu cầu đó của người tiêu dùng và việc sửa chữa còn nhiều bất cập Vì vậy, việc nghiên cứu các hệ thống trên các dòng xe nhập khẩu này cũng rất quan trọng, dựa trên cơ sở đó áp dụng vào những dòng xe phổ biến ở nước

ta hiện nay Để nâng cao chất lượng cũng như hiệu quả cho phương tiện giao thông

Từ đó giúp sinh viên nắm bắt những công nghệ mới nhất về ôtô và có thể nhanh chóng nắm bắt kiến thức để hoàn thiện và sửa chữa các hư hỏng mà xe gặp phải

Với mục đích đó, em chọn đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du

lịch dựa trên cơ sở xe Infiniti FX35” là hệ thống phanh dẫn động thủy lực được

trang bị hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh ABS (Anti-Lock Braking System)

Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tìm hiểu kết cấu và nguyên lý hoạt

Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng Nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc Nhờ đó mới có khả năng phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và khả năng vận chuyển của ôtô

1.2.1.2 Yêu cầu:

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

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa

- Giữ cho ôtô đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế

- Ðảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô và khi phanh

- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh (hoặc đĩa phanh) cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

- Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đòn điều khiển phải nhỏ

* Ðể có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh của ôtô bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là:

- Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân

- Phanh dự trữ: Dùng để phanh trong trường hợp phanh chính bị hỏng

- Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ, dùng để giữ xe đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc và thường được điều khiển bằng tay nên gọi là phanh tay

- Phanh chậm dần: Trên các ôtô 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 thứ tư là phanh chậm dần Phanh chậm dần được dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ ôtô không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc hoặc là để giảm dần tốc

độ của ôtô trước khi dừng hẳn

Các loại phanh dừng trên có thể có bộ phận chung và kiêm nghiệm chức năng của nhau Nhưng phải có ít nhất là hai bộ điều khiển và dẫn động độc lập

* Ðể có hiệu quả phanh cao thì hệ thống phanh phải đạt yêu cầu:

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn

- Phân phối momen phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng được toàn

bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh

- Trong trường hợp cần thiết, có thể dùng bộ phận trợ lực hay dùng dẫn động khí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có trọng lượng toàn bộ lớn

* Ðể quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác điều khiển được đúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thời không có hiện tượng tự siết khi phanh

* Ðể đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô khi phanh, sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên chúng

- Lực phanh tác dụng lên bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằng nhau Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất

- Không xảy ra hiện tượng tự khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh Vì khi phanh: Các bánh xe trước trượt trước thì xe sẽ bị trượt ngang, mất tính điều khiển Các bánh xe sau trượt trước xe sẽ bị quay đầu, mất tính ổn định Ngoài ra, các bánh

xe bị trượt sẽ gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số bám

Ðể đảm bảo các yêu cầu này, trên các xe hiện đại, người ta dùng các bộ điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS (Antilock Braking System - ABS )

Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện được đánh giá bằng lực lớn nhất cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng của

1.2.1.3 Phân loại:

Hệ thống phanh gồm có các cơ cấu phanh để hãm trực tiếp tốc độ góc của các bánh xe hoặc một trục nào đó của hệ thống truyền lực và truyền động phanh để dẫn động cơ cấu phanh

- Tùy theo tính chất điều khiển mà chia ra :

-Theo bộ phận tiến hành phanh, cơ cấu phanh còn chia ra :

Phanh đĩa : theo số lượng đĩa quay còn chia ra :

Một đĩa quay Nhiều đĩa quay Phanh trống - guốc : theo đặc tính cân bằng thì được chia ra :

Phanh cân bằng Phanh không cân bằng Phanh dãi

5

6

44 3 2

11 5

4 3 2

1

3 2 1

a ) b ) c )

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính

a – Phanh trốnh – guốc: 1- Piston; 2 - Má phanh; 3 - May ơ;

b – Phanh đĩa: 1,4 - Piston; 2,3 - Má phanh; 5 - Đĩa phanh;

c – Phanh dải: 1,5 - Chắn bảo vệ; 2,6 - Dải phanh; 3,8 - Ổ khớp quay;

7 - Cần kéo dải phanh; 9 - Lò xo;

Phanh cơ khí

Phanh thủy lực (phanh dầu)

Phanh khí nén (phanh hơi)

Phanh điện từ

Phanh liên hợp

Phanh truyền động bằng cơ khí thì được dùng làm phanh tay và phanh chân

ở một số ô tô trước đây Nhược điểm của loại phanh này là đối với phanh chân, lực tác động lên bánh xe không đồng đều và kém nhạy, điều khiển nặng nề, nên hiện nay ít sử dụng Riêng đối với phanh tay thì chỉ sử dụng khi ô tô dừng hẳn và hỗ trợ cho phanh chân khi phanh gấp và thật cần thiết, nên hiện nay nó vẫn được sử dụng phổ biến trên ô tô

Phanh truyền động bằng thủy lực thì được dùng phổ biến trên ô tô du lịch và

xe ô tô tải trọng nhỏ

Phanh truyền động bằng khí nén thì được dùng trên ô tô tải trọng lớn và ô tô hành khách Ngoài ra nó còn dùng trên ô tô vận tải tải trọng trung bình có động cơ diesel cũng như trên các ô tô kéo đoàn xe

Phanh truyền động bằng điện thì được dùng trên các đoàn ô tô, ô tô kéo nhiều rơmoóc

Phanh truyền động liên hợp thủy khí thì được dùng trên các ô tô và đoàn ô tô

có tải trọng lớn và rất lớn

1.3 Lựa chọn các phương án thiết kế:

1.3.1 Cơ cấu phanh:

Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý

ma sát Trong quá trình phanh động năng của ôtô- máy kéo được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường bên ngoài

Kết cấu của cơ cấu phanh bao giờ cũng có hai phần chính là: Các phần tử ma sát và cơ cấu ép

Ngoài ra cơ cấu phanh còn có một số bộ phận khác như: Bộ phận điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối với dẫn động thủy lực, Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống- guốc, đĩa hay dải Mỗi dạng có một đặc điểm riêng biệt

1.3.1.1 Loại phanh trống-guốc:

Đây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:

- Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moayơ bánh xe

- Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định

vị hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh

- Cơ cấu ép: Khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động,

sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo

ra lực ma sát để phanh bánh xe lại

- Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanh cần phải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng 0,20,4[mm] để cho phanh nhả được hoàn toàn Khe hở này tăng lên khi các má phanh bị mài mòn, làm tăng hành trình của cơ cấu ép, tăng lượng chất lỏng làm việc cần thiết hay lượng tiêu thụ không khí nén, tăng thời gian chậm tác dụng, Để tránh những hậu quả xấu đó, phải có cơ cấu để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh Có hai phương pháp để điều chỉnh: bằng tay và tự động

Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh

Các sơ đồ này khác nhau ở chỗ:

- Dạng và số lượng cơ cấu ép

- Số bậc tự do của các guốc phanh

- Đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép và

do vậy khác nhau ở:

- Hiệu quả làm việc

- Đặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc

- Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe

- Mức độ phức tạp của kết cấu

Hiện nay, sử dụng thông dụng nhất là các sơ đồ trên hình 1.2a và 1.2b Tức là

sơ đồ với guốc phanh một bậc tự do, quay quanh hai điểm cố định đặt cùng phía và một cơ cấu ép Sau đó đến các sơ đồ trên hình 1.2c và 1.2d

Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta

sử dụng ba chỉ tiêu riêng, đặc trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là: Tính thuận nghịch (đảo chiều), tính cân bằng và hệ số hiệu quả

Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh mà giá trị mômen phanh

do nó tạo ra không phụ thuộc vào chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động của ôtô - máy kéo

Cơ cấu phanh có tính cân bằng tốt là cơ cấu phanh khi làm việc, các lực từ guốc phanh tác dụng lên trống phanh tự cân bằng, không gây tải trọng phụ tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe

Hệ số hiệu quả là một đại lượng bằng tỷ số giữa mômen phanh tạo ra và tích của lực dẫn động nhân với bán kính trống phanh (hay còn gọi một cách quy ước là mômen của lực dẫn động)

Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh trên hình 1.2 là sơ đồ biểu diễn đã được đơn giản hóa nhờ các giả thiết sau:

- Các má phanh được bố trí đối xứng với đường kính ngang của cơ cấu

- Hợp lực của các lực pháp tuyến (N) và của các lực ma sát (fN) đặt ở giữa vòng cung của má phanh trên bán kính rt

Từ sơ đồ ta thấy rằng:

- Lực ma sát tác dụng lên guốc trước (tính theo chiều chuyển động của xe) có

xu hướng phụ thêm với lực dẫn động ép guốc phanh vào trống phanh, nên các guốc này gọi là guốc tự siết

Đối với các guốc sau, lực ma sát có xu hướng làm giảm lực ép, nên các guốc này được gọi là guốc tự tách Hiện tượng tự siết, tự tách này là một đặc điểm đặc trưng của cơ cấu phanh trống - guốc

Sơ đồ hình 1.2a có cơ cấu ép bằng cơ khí, dạng cam đối xứng Vì thế độ dịch chuyển của các guốc luôn luôn bằng nhau Và bởi vậy áp lực tác dụng lên các guốc

và mômen phanh do chúng tạo ra có giá trị như nhau:

N1 = N2 = N và Mp1 = Mp2 = Mp

Do hiện tượng tự siết nên khi N1 = N2 thì P1< P2 Đây là cơ cấu vừa thuận nghịch vừa cân bằng Nó thường được sử dụng với dẫn động khí nén nên thích hợp cho các ôtô tải và khách cỡ trung bình và lớn

Sơ đồ trên hình 1.2b dùng cơ cấu ép thủy lực, nên lực dẫn động của hai guốc bằng nhau P1 = P2 = P Tuy vậy do hiện tượng tự siết nên áp lực N1 > N2 và Mp1 >

Mp2 Cũng do N1 > N2 nên áp suất trên bề mặt má phanh của guốc trước lớn hơn guốc sau, làm cho các guốc mòn không đều Để khắc phục hiện tượng đó, ở một số kết cấu đôi khi người ta làm má phanh của guốc tự siết dài hơn hoặc dùng xilanh ép

có đường kính làm việc khác nhau: Phía trước tự siết có đường kính nhỏ hơn

Cơ cấu phanh loại này là cơ cấu phanh thuận nghịch nhưng không cân bằng

Nó thường sử dụng trên các ôtô tải cỡ nhỏ và vừa hoặc các bánh sau của ôtô du lịch

Về mặt hiệu quả phanh, nếu thừa nhận hệ số hiệu quả của sơ đồ hình 1.2a: Khq = Mp/(P1+ P2).rt = 100%, thì hệ số hiệu quả của cơ cấu phanh dùng cơ cấu ép thủy lực hình 1.2b sẽ là 116% 122%, khi có cùng kích thước chính và hệ số

ma sát giữa má phanh và trống phanh: f = 0,30  0,33

Để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, người ta dùng cơ cấu phanh với hai xilanh làm việc riêng rẽ Mỗi guốc phanh quay quanh một điểm cố định bố trí khác phía, sao cho khi xe chạy tiến thì cả hai guốc đều tự siết (hình 1.2c) Hiệu quả phanh trong trường hợp này có thể tăng được 1,6 1,8 lần so với cách bố trí bình thường Tuy nhiên khi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp, tức là cơ cấu phanh không có tính thuận nghịch Cơ cấu phanh loại này kết hợp với kiểu bình thường đặt

ở các bánh sau, cho phép dễ dàng nhận được quan hệ phân phối lực phanh cần thiết Ppt > Pps trong khi nhiều chi tiết của các phanh trước và sau có cùng kích thước Vì thế nó thường được sử dụng ở cầu trước các ôtô du lịch và tải nhỏ

Để nhận được hiệu quả phanh cao cả khi chuyển động tiến và lùi, người ta dùng cơ cấu phanh thuận nghịch và cân bằng loại bơi như trên hình 1.2d Các guốc phanh của sơ đồ này có hai bậc tự do và không có điểm quay cố định Cơ cấu ép gồm hai xilanh làm việc tác dụng đồng thời lên đầu trên và dưới của các guốc

phanh Với kết cấu như vậy cả hai guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quay theo chiều nào Tuy nhiên nó có nhược điểm là kết cấu phức tạp

Để nâng cao hiệu quả phanh cao hơn nữa, người ta còn dùng các cơ cấu phanh

tự cường hóa Tức là các cơ cấu phanh mà kết cấu của nó cho phép lợi dụng lực ma sát giữa một má phanh và trống phanh để cường hóa - tăng lực ép, tăng hiệu quả phanh cho má kia

Cơ cấu phanh tự cường hóa mặc dù có hiệu quả phanh cao, hệ số có thể đạt đến 360% so với cơ cấu phanh bình thường dùng cam ép Nhưng momen phanh kém ổn định, kết cấu phức tạp, tính cân bằng kém và làm việc không êm nên ít được

sử dụng

1.3.1.2 Loại phanh đĩa:

Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch

Phanh đĩa nhiều loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và vòng ma sát quay

Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rảnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác nhau

Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống - guốc như sau:

Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và ít phải điều chỉnh

Việc bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở, có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,050,15[mm] nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động

Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng, nên cho phép tăng giá trị của chúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu Vì thế, phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe

- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn

- Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạng đĩa quay

Tuy vậy, phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:

- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín

- Các đĩa phanh loại hở dễ bị ôxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh

- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt xước

Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi động cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng

§-êng dÇu

§-êng dÇu

§-êng dÇu

a)

7 6 8 9 9

Hình 1-3 Sơ đồ các loại phanh đĩa trên ôtô

a) Loại má kẹp cố định; b) Loại má kẹp tùy động xilanh cố định;

c) Loại má kẹp tùy động xilanh bố trí trên má kẹp

1 - Má phanh; 2 - Má kẹp; 3 - Piston; 4 - Vòng làm kín; 5 - Thân xilanh;

6 - Chốt dẫn hướng; 7 - Vòng đệm làm kín; 8 - Cần định vị; 9 - Đĩa phanh 1.3.1.3 Loại phanh dải:

Loại phanh này chủ yếu được sử dụng trên máy kéo xích Vì nó dùng phối hợp với ly hợp chuyển hướng tạo được một kết nối rất đơn giản và gọn

Phanh dải có một số loại, khác nhau ở phương pháp nối đầu dải phanh và do

đó khác nhau ở hiệu quả phanh

- Phanh dải đơn giản không tự siết: Khi tác dụng lực, cả hai đầu dải phanh được rút lên, siết vào trống phanh Ưu điểm của loại này là phanh êm dịu, hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay Nhược điểm là hiệu quả phanh không cao

- Phanh dải đơn giản tự siết một chiều: Nhờ có một đầu được nối cố định nên hiệu quả phanh theo chiều tự siết cao hơn chiều ngược lại tới gần 6 lần Tuy vậy khi phanh thường dễ bị giật, không êm

- Phanh dải loại kép: Là loại mà bất kỳ trống phanh quay theo chiều nào thì hiệu quả phanh của nó cũng không đổi và luôn luôn có một nhánh tự siết

- Phanh dải loại bơi: Nó làm việc tương tự như phanh dải đơn giản tự siết, nhưng hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay

Tất cả các loại phanh dải đều có nhược điểm là áp suất trên bề mặt ma sát phân bố không đều Nên má phanh mòn không đều và tải trọng hướng kính tác dụng lên trục lớn

1.3.2 Dẫn động phanh:

Dẫn động phanh là một hệ thống dùng để điều khiển cơ cấu phanh

Dẫn động phanh thường dùng hiện nay có ba loại chính: cơ khí, chất lỏng thủy lực và khí nén Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu suất thấp và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe Nên đối với hệ thống phanh làm việc của ôtô được sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: thủy lực và khí nén Lực tác động lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều khiển phanh cũng như hành trình bàn đạp và đòn điều khiển phanh phụ thuộc ở momen phanh cần sinh ra và các thông số dẫn động phanh

1.3.2.1 Dẫn động thủy lực:

Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ôtô du lịch, ôtô vận tải

có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xilanh phanh chính, bộ trợ lực phanh, xilanh làm việc ở các bánh xe

* Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là :

- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ

- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dòng dẫn động chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh đã ép vào trống phanh

- Hiệu suất cao

- Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, giá thành thấp

- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

* Nhược điểm của dẫn động thủy lực :

- Yêu cầu độ kín khít cao Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động không làm việc được

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợ lực để giảm lực bàn đạp, làm cho kết cấu thêm phức tạp

- Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rung động và momen phanh không ổn định

- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng

* Theo hình thức dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm hai loại:

- Truyền động phanh một dòng: Truyền động phanh một dòng được sử dụng rộng rãi trên một số ôtô trước đây vì kết cấu của nó đơn giản

- Truyền động phanh nhiều dòng: Dẫn động hệ thống phanh làm việc nhằm mục đích tăng độ tin cậy, cần phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập có cơ cấu

điều khiển chung là bàn đạp phanh Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn phanh được ôtô máy kéo với một hiệu quả phanh nào đó

1

2 1

3 5 4

2 1

2 1

Hình 1.4: Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thuỷ lực

1,2 – Các xi lanh trước và xi lanh sau; 3,6 Các đường ống dẫn tới các xi lanh; 4,5

-Bộ phận điều khiển (phân dòng trước hoặc sau) Mỗi sơ đồ đều có các ưu nhược điểm riêng Vì vậy, khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa vào ba yếu tố chính :

Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng

Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép

Sơ đồ hình 1.4e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

* Theo loại năng lượng sử dụng, dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm 3 loại:

- Dẫn động tác động trực tiếp: Cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp chỉ bằng lực tác dụng người lái

- Dẫn động tác động gián tiếp: Cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờ lực người lái, một phần nhờ các bộ trợ lực lắp song song với bàn đạp

- Dẫn động dùng bơm và các bộ tích năng: lực tác dụng lên cơ cấu phanh là áp lực của chất lỏng cung cấp từ bơm và các bộ tích năng thủy lực

* Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp:

Dẫn động tác động gián tiếp có nhược điểm là lực điều khiển của lái xe lớn, vì vậy ngày nay không sử dụng mà phải dùng loại gián tiếp có trợ lực bằng chân không hoặc khí nén để giảm nhẹ lực điều khiển cho lái xe

Hình 1.5 Dẫn động phanh thuỷ lực tác động trực tiếp

1,8-Xilanh bánh xe; 3,4-Piston trong xilanh chính;

2,7-Ðường ống dẫn dầu đến xilanh bánh xe; 5-Bàn đạp phanh; 6-Xilanh chính

Nguyên lý làm việc :

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh 5, piston 4 trong xylanh chính 6 sẽ dịch chuyển, áp suất trong khoang A tăng lên đẩy piston 3 dịch chuyển sang trái Do

đó áp suất trong khoang B cũng tăng lên theo Chất lỏng bị ép đồng thời theo các ống

2 và 7 đi đến các xylanh bánh xe 1 và 8 để thực hiện quá trình phanh

Khi người lái nhả bàn đạp phanh 5 thì dưới tác dụng của các lò xo hồi vị, các piston trong xylanh của bánh xe 1 và 8 sẽ ép dầu trở về xylanh chính 6, kết thúc một lần phanh

* Dẫn động thủy lực trợ lực chân không:

Bộ trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong đường nạp của động cơ để tạo lực phụ cho người lái Vì vậy, để đảm bảo hiệu quả trợ lực, kích thước của các bộ trợ lực chân không thường phải lớn hơn và chỉ thích hợp với các xe có động cơ xăng cao tốc

Sơ đồ và nguyên lý làm việc của dẫn động thuỷ lực trợ lực chân không :

144

cP

BA

Hình 1.6 : Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực chân không

1 - Ðường ống dẫn dầu phanh đến xylanh bánh xe; 2 - Piston xylanh chính; 3 - Xi lanh chính; 4 - Ðường nạp động cơ; 5 - Van chân không; 6 - Lọc không khí; 7 - Bàn đạp; 8 - Cần đẩy; 9 - Van không khí; 10 - Vòng cao su của cơ cấu tỷ lệ; 11 - Màng (hoặc piston) trợ lực; 12 - Bầu trợ lực chân không; 13 - Bình chứa dầu phanh; 14 - Xi lanh bánh xe và xi lanh bánh xe sau;15 - Van một chiều; 16 - Máy nén khí

Nguyên lý làm việc :

Bầu trợ lực chân không 12 có hai khoang A và B được phân cách bởi piston 11 (hoặc màng) Van chân không, làm nhiệm vụ : Nối thông hai khoang A và B khi nhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh Van không khí 9, làm nhiệm vụ : cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mở đường thông của khoang A khi đạp phanh Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ : Làm nhiệm vụ đảm bảo sự

Khi phanh : người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 8 dịch chuyển sang phải làm van chân không 5 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí 9

mở ra cho không khí qua phần tử lọc 6 đi vào khoang A Ðộ chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) của bầu trợ lực

và qua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xylanh chính 3, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh Khi lực tác dụng lên piston 11 tăng thì biến dạng của vòng cao su 10 cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lực không đổi Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần 8 lại dịch chuyển sang phải làm van không khí 9 mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A

Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su 10 biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại đảm bảo cho độ chênh áp hay lực trợ lực không đổi và tỷ lệ với lực đạp Khi lực phanh đạt cực đại thì van không khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại

Bộ trợ lực chân không có hiệu quả trợ lực thấp, nên thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và tải nhỏ Với các xe có tải trọng trung bình và lớn phải dùng trợ lực khí nén (hình 1.7)

* Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén:

Bộ trợ lực khí nén là bộ phận cho phép lợi dụng khí nén để tạo lực phụ, thường được lắp song song với xylanh chính, tác dụng lên dẫn động hỗ trợ cho người lái Bộ trợ lực phanh loại khí có hiệu quả trợ lực cao, độ nhạy cao, tạo lực phanh lớn cho nên được dùng nhiều ở ô tô tải

Bộ trợ lực gồm cụm van khí nén 3 nối với bình chứa khí nén 4 và xylanh lực 5 Trong cụm van 3 có các bộ phận: cơ cấu tỷ lệ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh, cửa van nạp và van xả khí nén cung cấp cho bầu trợ lực

10

8

7 5

4 3

về sang trái Khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo thì van dừng lại ở vị trí cân bằng mới, đồng thời đóng luôn đường khí nén từ bình chứa đến khoang A duy trí một áp suất không đổi trong hệ thống, tương ứng với lực tác dụng và dịch chuyển của bàn đạp Nếu muốn tăng áp suất lên nữa thì phải tăng lực đạp để đẩy van sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào Như vậy cụm van 3 đảm bảo được sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh

* Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm và các bộ tích năng:

Bơm thủy lực: Là nguồn cung cấp chất lỏng cao áp cho dẫn động Trong dẫn động phanh chỉ dùng loại bơm thể tích, như: bánh răng, cánh gạt, piston hướng trục Bơm thủy lực làm tăng áp suất làm việc, cho phép tăng độ nhạy, giảm kích thước và

khối lượng của hệ thống Nhưng đồng thời, yêu cầu về làm kín, chất lượng đường ống cũng cao hơn

Bộ tích năng thủy lực: Ðể đảm bảo áp suất làm việc cần thiết của hệ thống trong trường hợp lưu lượng tăng nhanh ở chế độ phanh ngặt, bên cạnh bơm thủy lực cần phải có các bộ tích năng có nhiệm vụ: tích trữ năng lượng khi hệ thống không làm việc và giải phóng nó, cung cấp chất lỏng cao áp cho hệ thống khi cần thiết

Sơ đồ và nguyên lý làm việc dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng

Hình 1.8: Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng

1 - Bàn đạp; 2 - Xylanh chính; 3 - Van phanh; 4 - Van phanh; 5 - Xylanh bánh xe; 6 - Xylanh bánh xe; 7 - Bộ tích năng; 8 - Bộ điều chỉnh tự động kiểu áp suất rơle; 9 - Bộ

tích năng; 10 – Van an toàn; 11 - Bơm

động thủy lực hai dòng với xylanh chính 2 Khi tác dụng lên bàn đạp 1, dầu tác dụng lên các van 3 và 4, mở đường cho chất lỏng từ các bộ tích năng 7 và 9, đi đến các xylanh bánh xe 5 và 6 Lực đạp càng lớn, áp suất trong các xylanh 5 và 6 càng cao Bộ điều chỉnh tự động áp suất kiểu rơle 8 dùng để giảm tải cho bơm 11 khi áp suất trong các bình tích năng 7 và 9 đã đạt giá trị giới hạn trên, van an toàn 10 có tác dụng bảo vệ cho hệ thống khỏi bị quá tải

1.3.2.2 Dẫn động khí nén:

Dẫn động phanh bằng khí nén được dùng nhiều ở ôtô vận tải có tải trọng cỡ trung bình và lớn, gồm các cụm chủ yếu như: máy nén khí, van điều chỉnh áp suất, bình chứa, van phân phối, bầu phanh

*Ưu điểm :

- Ðiều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

- Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khi có rò rỉ nhỏ, hệ thống vẫn có thể làm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm)

- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác nhau, như: phanh rơ moóc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén,

- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động

* Nhược điểm:

- Ðộ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn

- Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn chất lỏng trong dẫn động thủy lực tới (10÷15) lần Nên kích thước và khối lượng của dẫn động lớn

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

V

Hình 1.9 Sơ đồ dẫn động khí nén ôtô đơn không kéo moóc

1-Máy nén khí; 2-Van an toàn; 3-Bộ điều chỉnh áp suất;

4-Bộ lắng lọc và tách ẩm; 5-Van bảo vệ kép; 6,10-Các bình chứa khí nén;

7,9-Các bầu phanh xe kéo; 8-Tổng van phân phối

Nguyên lý làm việc :

Không khí nén được nén từ máy nén 1 qua bộ điều chỉnh áp suất 3, bộ lắng lọc

và tách ẩm 4 và van bảo vệ kép 5 vào các bình chứa 6 và 10 Van an toàn 2 có nhiệm vụ bảo vệ hệ thống khi bộ điều điều chỉnh áp suất 3 có sự cố Các bộ phận nói trên hợp thành phần cung cấp (phần nguồn) của dẫn động

Từ bình chứa không khí nén đi đến các khoang của van phân phối 8 Ở trạng thái nhả phanh, van 8 đóng đường không khí nén từ bình chứa đến các bầu phanh và

mở thông các bầu phanh với khí quyển

Khi phanh người lái tác dụng lên bàn đạp, van 8 làm việc Cắt đường thông các bầu phanh với khí quyển và mở đường cho khí nén đi đến các bầu phanh 7 và 9 tác dụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh các bánh lái

Hệ thống phanh dừng có thể làm riêng rẽ, cơ cấu phanh lúc đó được đặt trên trục ra của hộp số với ô tô có một cầu chủ động hoặc hộp số phụ ở ô tô có nhiều cầu chủ động và dẫn động phanh là loại cơ khí Loại phanh dừng này còn là phanh truyền lực vì cơ cấu phanh nằm ngay trên hệ thống truyền lực Phanh truyền lực có thể là loại phanh đĩa hoặc phanh dãi

Trên một số ô tô du lịch và vận tải có khi cơ cấu phanh của hệ thống phanh dừng làm chung với cơ cấu phanh của hệ thống phanh chính Lúc đó cơ cấu phanh được đặt ở bánh xe, còn truyền động của phanh dừng được làm riêng rẽ và thường

là loại cơ khí, trên một số xe thì có thêm trợ lực

Hệ thống phanh được trang bị: Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh ABS

1.4 Giới thiệu hệ thống phanh ABS:

1.4.1 Chức năng, nhiệm vụ:

Các bộ điều chỉnh lực phanh bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn động phanh đến các bánh xe trước và sau, có thể đảm bảo: Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng được triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe

khi phanh), hoặc hãm cứng các bánh xe trước trượt trước (để đảm bảo điều kiện ổn định)

Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn nhất, vì:

- Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc Các bánh

xe trượt lết trên đường sẽ làm mòn lốp và giảm hệ số bám Nghiên cứu đã cho thấy

hệ số bám dọc có giá trị cao nhất (Hình 1-10) khi bánh xe chịu lực dọc và trượt cục

bộ trong giới hạn hệ số trượt:

rb : Bán kính lăn của bánh xe

- Còn ôtô, khi phanh với tốc độ 180[km/h] trên đường khô, bề mặt lốp có thể

bị mòn vẹt đị một lớp dày tới 6[mm]

- Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp nhận lực ngang và không thể thực hiện quay vòng khi phanh trên đoạn đường cong hoặc đổi hướng để tránh chướng ngại vật (Hình 1-10), đặc biệt là các đoạn đường có độ bám thấp Do

đó dễ gây ra tai nạn nguy hiểm khi phanh

Hình 1-10 Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy

theo độ trượt tương đối λ của bánh xe

Vì thế, để đảm bảo đồng thời hiệu quả phanh và tính ổn định cao, ngoài ra còn

một giới hạn nhất định, nghĩa là đảm bảo sao cho các bánh xe trong quá trình phanh không bị trượt lê hoàn toàn mà chỉ trượt cục bộ trong giới hạn λ= (15÷30)% Đó chính là chức năng và nhiệm vụ của hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS

Để cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt, cần phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ưu Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh khác nhau, như:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh

- Theo giá trị độ trượt cho trước

- Theo tỷ số vận tốc góc của bánh xe và gia tốc chậm dần của nó

Như vậy hệ thống chống hãm cứng bánh xe là một trong các hệ thống an toàn chủ động của một ôtô hiện đại Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm nhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu

Hình 1- 11 Quá trình phanh có và không có ABS trên đọc đường cong

1.4.2 Nguyên lý làm việc:

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có mạch liên hệ ngược Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trên hình 1-12, gồm:

Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện 3 và nguồn năng lượng 4

Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá

độ trượt) và truyền tín hiệu điện đến bộ phận điều khiển 2 Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp sất trong dẫn động phanh

Chất lỏng được được truyền từ xylanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến các xylanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các phần tử và thực hiện quá trình phanh

Hình 1.12 Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh

1-Cảm biến tốc độ; 2-Bộ phận điều khiển; 3-Cơ cấu thực hiện;

4-Nguồn năng lượng; 5-Xylanh chính hoặc tổng van khí nén;

6-Xylanh bánh xe hoặc bầu phanh

Để hiểu được nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo sát quá trình phanh bánh xe như trên (Hình 1.13)

Nếu bỏ qua momen cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx =const, thì phương trình cân bằng momen tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng:

b p





Ở đây: Mp: Momen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh

Mφ: Momen bám của bánh xe với đường

Jb: Momen quán tính của bánh xe

Từ đó ta có gia tốc chậm dần cả bánh xe khi phanh:

b

p b b

J

M M dt

Hình 1.13 Các lực và momen tác dụng lên bánh xe khi phanh

Trong đó: Mp: Momen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh

Mφ: Momen bám của bánh xe với đường

Jb : Momen quán tính của bánh xe

ωb : vận tốc góc của bánh xe

Pφ : Lực bám tác dụng vào bánh xe

Zbx : phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe

Gbx : trọng lực tác dụng lên bánh xe

Sự thay đổi Mp, Mφ và εb theo độ trượt thể hiện trên hình 1.14

Đoạn O-1-2 biểu hiện quá trình tăng Mp khi đạp phanh Hiệu (Mp-Mφ) tỷ lệ với gia tốc chậm dần εb của bánh xe Hiệu trên tăng nhiều khi đường Mφ đi qua cực đại Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh Sự tăng đột ngột của εbđược sử dụng làm tín hiệu để giảm áp suất trong dẫn động Do có độ chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế được bắt đầu ở điểm 2 Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp-Mφ) Vào thời điểm tương ứng với điểm 4 – Momen phanh có giá trị cực tiểu không đổi Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, momen phanh nhỏ hơn momen bám, nên xảy

ra sự tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc bánh xe được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5)

Tiếp theo, chu trình lặp lại Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mp thay đổi theo chu trình kín 1-2-3-4-5-6-1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1÷λ2 (Hình 1-12), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với giá trị cực đại nhất

Hình 1.14 Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS

Trong đó: Mp: Momen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh

Mφ: Momen bám của bánh xe với đường

εb : Gia tốc chậm dần cả bánh xe khi phanh

λ : Độ trượt của bánh xe

Trên hình 1.15 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian

Hình 1.15.a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3 pha): tăng áp suất (1→2), giảm áp suất (2→4) và duy trì (giữ) áp suất (4→5) ABS làm việc với 3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha Một số ABS có thể không có pha duy trì áp suất gọi là ABS 2 pha

Hình 1.15 a) Sự thay đổi áp suất trong dẫn động khi phanh có ABS;

b) Gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS

Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong khoảng λ1÷λ2 = (15÷30)% Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén khoảng (3÷8)Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz

Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 1-1 nhận được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ thị quá trình phanh trên hình 1.16; 1.17

Bảng 1-1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS

(mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng)

Loại đường Tốc độ bắt đầu

phanh V(m/s)

Quãng đường phanh

SP (m)

Mức tăng hiệu quả phanh (%)

Có ABS Không ABS Đường bê tông khô

Đường bê tông ướt

13,88 13,88

10,6 18,7

13,1 23,7

19,1 21,1 Đường bê tông khô

Đường bê tông ướt

27,77 27,77

41,1 62,5

50,0 100,0

17,8 37,5

Hình 1.16 Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn

của ôtô không trang bị ABS

Hình 1.17 Quá trình phanh điển hình của ôtô có trang bị ABS

1.4.2.1 Khi không phanh:

Khi không phanh, không có lực tác dụng lên bàn đạp phanh nhưng cảm biến tốc độ luôn đo tốc độ bánh xe và gửi về khối điều khiển ECU khi xe hoạt động, giảm áp lực phanh khi bàn đạp được nhả ra

1.4.2.2 Khi phanh thường (ABS chưa làm việc):

Khi người lái đạp phanh, rà phanh mà lực phanh chưa đủ lớn để xảy ra hiện

(12) đang đúng, dầu phanh với ỏp suất cao sẽ đi từ xilanh chớnh (3) qua van nạp (13) sau đú đến cỏc xilanh bỏnh xe để thực hiện quỏ trỡnh phanh

Khi phanh, cỏc xilanh bỏnh xe sẽ ộp cỏc mỏ phanh vào đĩa phanh tạo ra lực ma sỏt phanh làm giảm tốc độ của bỏnh xe và của xe Ở chế độ này bộđiều khiển ECU khụng gửi tớn hiệu đến bộ chấp hành cụm thủy lực, mặc dự cảm biến tốc độ vẫn luụn hoạt động và gửi tớn hiệu đến ECU

Khi người lỏi nhả bàn đạp phanh, dầu phanh từ xilanh bỏnh xe sẽ đi ngược về trở lại xilanh chớnh theo đường cũ

Bảng 1-2 Trạng thỏi làm việc cỏc chi tiết khi phanh bình thường

Tờn chi tiết Trạng thỏi

Khối

điều khiển

điện tử

hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh

Bảng

đèn báo

5

1-Bàn đạp phanh; 2-Bầu trợ lực chân không; 3-Xilanh chính; 4-Bình thêm dầu;

5-Van điều khiển hệ thống cân bằng điện tử; 6-Mô-tơ; 7-Bơm;

8-Van một chiều; 9-Bình chứa dầu; 10-Cơ cấu phanh sau bên trái;

11-Cơ cấu phanh trước bên phải; 12-Van xả; 13-Van nạp

1.4.2.3 Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động):

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh để phanh khẩn cấp thì các bánh xe

có xu hướng xuất hiện sự trượt giữa lốp với mặt đường thì ABS sẽ bắt đầu làm việc Khi hệ số trượt vượt đạt giới hạn khoảng (1030%) thì hệ số bám đạt giá trị cực đại

và hệ thống ABS bắt đầu phát huy tác dụng với các giai đoạn hoạt động như sau: 1.4.2.3.1 Giai đoạn giảm áp suất:

Khi một bánh xe bị hãm cứng, cảm biến tốc độ bánh xe sẽ gửi tín hiệu về ECU, ECU gửi dòng điện đến cuộn dây của van xả và cuộn dây của van nạp, làm sinh ra một lực từ mạnh Nhờ đó, van xả từ trạng thái đóng → mở, van nạp từ trạng thái mở → đóng

Kết quả là, dầu phanh từ xilanh bánh xe đi qua van xả về bình chứa dầu (9) Cùng lúc đó, mô-tơ bơm (6) hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU điều khiển bơm (7), dầu phanh được hồi về xilanh chính từ bình thêm dầu (4) Mặt khác, van nạp đóng lại, ngăn không cho dầu phanh từ xilanh chính vào xilanh bánh xe Do đó, áp suất dầu bên trong xilanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bị bó cứng Mức độ giảm

áp suất dầu được điều chỉnh bằng cách lặp lại các chế độ giảm áp suất và giữ áp suất

Bảng 1-3 Trạng thái làm việc các chi tiết trong giai đoạn giảm áp suất

Tên chi tiết Trạng thái