Nghiên cứu thiết kế, kiểm nghiệm động lực học hệ thống phanh thủy lực cho phương tiện giao thông

Thử " O ": Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh còn nguội và thường tiến hành hai trường hợp: động cơ được tách và không tách ra khỏi hệ thống truyền lực..

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập tại Viện Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và qua thực tế nghiên cứu, em đã được trang bị những kiến thức

và kinh nghiệm thực tế giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp thạc sỹ này

Em xin chân thành cảm ơn Viện Cơ Khí Động Lực và toàn thể các thầy cô giáo trong Viện đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong thời gian học tập tại trường

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ Lê Xuân Trường Trong quá trình thực hiện luận văn này mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng Thầy vẫn giành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn này Thầy luôn định hướng, góp ý và sửa chữa những chỗ sai giúp em không bị lạc lối trong biển kiến thức mênh mông

Cuối cùng em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã quan tâm, giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn của mình

Hà Nội, ngày 27 tháng 03 năm 2016

Học viên

Giáp Văn Vịnh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá

nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Lê Xuân Trường

Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Học viên

Giáp Văn Vịnh

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 3

1.1 Công dụng 3

1.2 Yêu cầu 3

1.3 Phân loại 8

1.4 Cấu tạo chung của hệ thống phanh 10

1.4.1 Cơ cấu phanh 10

1.4.1.1 Loại trống - guốc 10

1.4.1.2 Loại đĩa 15

1.4.1.3 Loại dải 16

1.4.2 Dẫn động phanh 18

1.4.2.1 Dẫn động thủy lực 20

1.4.2.2 Dẫn động khí nén 26

1.4.2.3 Dẫn động liên hợp 30

1.4.3 Phanh dừng và hệ thống phanh phụ 30

1.4.3.1 Phanh dừng 30

1.4.3.2 Hệ thống phanh phụ 31

1.5 Sơ đồ và nguyên lý hoạt đông của hệ thống phanh ABS 31

1.5.1 Cơ sở lý thuyết 31

1.5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh có trang bị ABS 34

1.5.3 Công dụng của hệ thống ABS 37

1.5.4 Một số phương án điều khiển của hệ thống ABS 38

1.5.4.1 Các phương án theo nguồn dầu có áp suất 38

1.5.4.2 Các phương án theo số van trong bộ chấp hành 39

1.5.5 Giải pháp kết cấu và điều khiển hệ thống ABS 41

1.5.5.1 Sơ đồ mạch cơ bản và các bộ phận chủ yếu của hệ thống ABS 41

1.5.5.2 Bộ chấp hành ABS 45

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN LỰC PHANH VÀ CÁC LỰC TÁC DỤNG

TRONG QUÁ TRÌNH PHANH 54

2.1 Tính toán lực phanh 54

2.2 Các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình phanh 60

2.3 Tính toán các chỉ tiêu phanh 62

2.3.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 62

2.3.2 Thời gian phanh 62

2.3.3 Quãng đường phanh 64

2.4 Thiết kế hệ thống thủy lực 66

2.4.1 Tính lực ép lên piston 67

2.4.2 Xác định lưu lượng, áp suất của bơm 67

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THỦY LỰC 69

3.1 Giới thiệu về phần mềm Automation Studio 5.0 69

3.2 Mô phỏng mạch thủy lực ABS của hệ thống phanh xe con 70

3.2.1 Mạch logic và trình tự điều khiển mạch thủy lực trong Automation Studio 72

3.2.2 Tiến hành mô phỏng 74

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính 9

Hình 1.2 Các sơ đồ phanh trống guốc 11

Hình 1.3 Các cơ cấu phanh thông dụng và sơ đồ lực tác dụng 12

Hình 1.4 Các cơ cấu phanh tự cường hoá 14

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của phanh đĩa 15

Hình 1.6 Sơ đồ các loại phanh dải 17

Hình 1.7 Các sơ đồ phân dòng 19

Hình 1.8 Dẫn động phanh thuỷ lực tác động trực tiếp 21

Hình 1.9 Dẫn động thuỷ lực trợ lực chân không 22

Hình 1.10 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực khí nén 24

Hình 1.11 Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng 25

Hình 1.12 Sơ đồ dẫn động ôtô đơn không kéo moóc 27

Hình 1.13 Sơ đồ dẫn động phanh rơmoóc một đường 28

Hình 1.14 Sơ đồ dẫn động phanh rơmoóc hai đường 29

Hình 1.15 Sự thay đổi hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y theo độ trượt tương đối của bánh xe với mặt đường khi phanh 33

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý ABS 35

Hình 1.17 Vị trí lắp đặt cảm biến 42

Hình 1.18 Tín hiệu điện áp ở tốc độ bánh xe 43

Hình 1.19 Vị trí và cấu tạo cảm biến giảm tốc 44

Hình 1.20 Bộ chấp hành ABS 45

Hình 1.21 Mối quan hệ các yếu tố trong hệ thống phanh ABS 51

Hình 1.22 Bơm điện ABS 52

Hình 1.23 Mạch điện điều khiển bơm 53

Hình 2.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 54

Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh 56

Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh của mỗi bánh xe ở cầu 62

trước và cầu sau theo độ trượt λ 62

Hình 2.4 Ảnh hưởng của vận tốc ban đầu v0 và hệ số bám đến quãng đường phanh nhỏ nhất 65

Hình 2.5 Sơ đồ cụm điều khiển thủy lực 66

Hình 3.1 Thanh công cụ mô phỏng 69

Hình 3.2 Thanh công cụ chèn 70

Hình 3.3 Các bộ phận chính của hê thống phanh thủy lực có ABS 71

Hình 3.4 Sơ đồ mô phỏng mạch thủy lực của hệ thống phanh có ABS 71

Hình 3.5 Các mạch điều khiển motor và van 73

Hình 3.6 Mạch khởi động motor 73

Hình 3.7 Logic điều khiển moto 74

Hình 3.8 Quá trình đạp phanh 75

Hình 3.9 Quá trình tăng áp 75

Hình 3.10 Quá trình giữ áp 76

Hình 3.11 Quá trình giảm áp 76

Hình 3.12 Đồ thị thể hiện sự tăng áp suất trong xy lanh phanh 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 : Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ô tô lưu hành trên đường 4 Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính (Tiêu chuẩn của Liên Xô cũ) 5 Bảng 1.3 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ (tiêu chuẩn Liên

Xô cũ) 6 Bảng 1.4 Giá trị tối đa cho phép của lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển

và hành trình tương ứng của chúng đối với hệ thống phanh ô tô (Tiêu chuẩn của Liên Xô cũ) 8 Bảng 1.5 Kết quả thí nghiệm trên ôtô du lịch có trang bị hệ thống ABS (trong trường hợp mỗi bánh xe đều có cảm biến và bộ van điều khiển riêng rẽ) 37 Bảng 2.1 Quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và độ trượt λ 61 Bảng 2.2 Quan hệ giữa mô men phanh Mp và độ trượt λ 61

Do mật độ ô tô tham gia giao thông trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao Cho nên vấn đề tai nạn giao thông là vấn đề cấp thiết hàng đầu mà luôn cần phải quan tâm

Các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông, thì tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai nạn do kỹ thuật gây nên Chính vì thế mà hiện nay

hệ thống phanh 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

Vì vậy em chọn đề tài: " Nghiên cứu thiết kế, kiểm nghiệm động lực học hệ

thống phanh thủy lực cho phương tiện giao thông "

Công việc thiết kế hệ thống phanh bao gồm các phần sau:

- Bước 1: Tìm hiểu hệ thống phanh trên một số loại ô tô phổ biến hiện nay

- Bước 2: Tính toán lực phanh và các lực tác động trong quá trình phanh xe

- Bước 3: Thiết kế hệ thống thủy lực cho hệ thống phanh (bơm, van, cơ cấu chấp hành, van an toàn, đường ống)

- Bước 4: Mô phỏng và kiểm nghiệm động lực học hệ thống thủy lực

2 Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

b Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô con có trang bị hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo và mô phỏng hệ thống thủy lực

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

a Nội dung

- Nghiên cứu tổng quan hệ thống phanh thường dùng trên ô tô, phân tích các lực phanh sinh ra trong quá trình phanh

- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống thủy lực cho hệ thống phanh trên ô tô

b Phương pháp nghiên cứu

Phân tích, tổng hợp kết quả thu được và nhận xét, đánh giá

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô, nó cho phép người lái giảm tốc độ của xe cho đến khi dừng hẳn hoặc giảm đến một tốc độ nào đó, giữ cho xe cố định khi dừng đỗ Qua đó, nâng cao được vận tốc trung bình và năng suất vận chuyển của ô tô

1.1 Công dụng

- Hệ thống phanh ô tô được dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó, nghĩa là điều khiển tốc độ ô tô theo chiều giảm Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hoặc trên các mặt đường ngang với thời gian không hạn chế Với các máy kéo xích, hệ thống phanh còn phối hợp với bộ phận chuyển hướng, tham gia làm nhiệm vụ điều khiển và quay vòng máy kéo

- Ðối với ô tô, hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng vì nó đảm bảo cho

ô tô - máy kéo chuyển động an toàn trong mọi chế độ làm việc và nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe

1.2 Yêu cầu

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

- Ðảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh

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

- Giữ cho ô tô - máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế

- 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

- 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 cao và ổn định trong mọi điều kiện

sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

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

Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, được sử dụng 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: Dùng để phanh ô tô - máy kéo trong trường hợp phanh chính

bị hỏng

Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ Dùng để giữ ô tô - máy kéo 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

Bảng 1.1 : Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ô tô

lưu hành trên đường [1]

Stt Chủng loại ô tô

Quãng đường phanh

Sp [ m ] ( )

Gia tốc chậm dần

ổn định

Jp [ m/s ] ( )

1 Ô tô du lịch và các loại ô tô khác

thiết kế trên cơ sở ô tô du lịch 7,2 5,8

2

Ô tô vận tải trọng lượng toàn bộ

8 tấn và ô tô khách có chiều dài

toàn bộ 7,5 m

3

Ô tô vận tải hoặc đoàn ô tô có

trọng lượng toàn bộ > 8 tấn và ô tô

khách có chiều dài toàn bộ > 7,5 m

Tiêu chuẩn trình bày ở bảng 1-1 trên được cho ứng với chế độ thử:

Ô tô không tải, chạy trên đường nhựa khô, nằm ngang

Vận tốc bắt đầu phanh là 30 [Km/h] (8,33 [m/s])

Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính

(Tiêu chuẩn của Liên Xô cũ)

Stt

Chủng loại ô tô

Tốc độ trước khi phanh

Vo

[Km/h]

Lực tác dụng lên bàn đạp

Pbđ [ N ] ( )

Dạng thử

Quãng đường phanh

Sp [ m ] ( )

Gia tốc chậm dần

ổn định

Jp [ m/g ] ( )

7,0 5,4 5,0

7,0 5,3 4,9

6,0 4,5 4,1

5,5 4,1 3,8

5,5 4,0 3,7

5,5 4,0 3,6

5,5 4,0 3,7

5,5 3,9 3,6

Bảng 1.3 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ

(tiêu chuẩn Liên Xô cũ)

Stt Chủng loại ô tô

Tốc độ trước khi thử

Vo

[Km/h]

Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ [ N ]

( )

Quãng đường phanh

Sp [ m ] ( )

Gia tốc chậm dần

ổn định

Jp [ m/s2 ] ( ) Tay đòn Bàn đạp

Thử " O ": Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh còn nguội và thường tiến hành hai trường hợp: động cơ được tách và không tách ra khỏi hệ thống truyền lực

Thử " I ": Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh

đã làm việc nóng lên Dạng thử này bao gồm hai giai đoạn:

Thử sơ bộ: Để cho các cơ cấu phanh nóng lên Thử chính: Để xác định hiệu quả phanh

Thử " II ": Để xác định hiệu quả phanh chính, khi ô tô, máy kéo chuyển động xuống dốc dài

Khi phanh bằng phanh dự trữ hoặc bằng các hệ thống phanh khác thực hiện các chức năng của nó, gia tốc chậm dần lớn nhất cần phải đạt 3 [m/s2] đối với ô tô khách và 2,8 [m/s2] đối với ô tô tải

Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh được đánh giá bằng tổng lực phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó có thể tạo ra Khi thử ( theo cả hai chiều: đầu xe hướng xuống dốc và ngược lại - quay lên dốc ) phanh dừng cần phải giữ được ô tô- máy kéo chở đầy tải và động cơ tách ra khỏi hệ thống truyền lực, đứng yên trên dốc có độ nghiêng không nhỏ hơn 25%

Hệ thống phanh chậm dần cần phải đảm bảo cho ô tô - máy kéo, khi chuyển động xuống các dốc dài 6 [Km], độ dốc 7 %, tốc độ không vượt quá 30 2 [Km/h] ( 8,33 0,6 [m/s]), mà không cần sử dụng các hệ thống phanh khác Khi phanh bằng phanh này, gia tốc của ô tô, máy kéo thường đạt khoảng 0,6 2,0 [m/s2

]

Để 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

Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô, máy kéo khi phanh, sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiện chính 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 các bánh

xe trước sẽ bị trượt ngang, mất tính điều khiển Các bánh xe sau 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

Để đảm bảo các yêu cầu này, trên ô tô, máy kéo hiện đại, người ta sử dụng các

bộ điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe ( Antilook 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 chúng Giá trị quy định của chúng được cho dưới bảng 1.4

Bảng 1.4 Giá trị tối đa cho phép của lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển

và hành trình tương ứng của chúng đối với hệ thống phanh ô tô

( Tiêu chuẩn của Liên Xô cũ )

Phương pháp

điều khiển Hệ thống phanh Chủng loại ô tô

Pbđ max [ N ]

Sbđ max

[ mm ] Bằng bàn đạp Làm việc, dự trữ

và phanh dừng

Du lịch Vận tải và khách

500

700

150

180 Bằng tay đòn Dự trữ và dừng Du lịch

Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thống truyền lực, phanh chia ra các loại: Phanh bánh xe và phanh truyền lực

Theo dạng bộ phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia ra:

Phanh đĩa: Theo số lượng đĩa quay còn chia ra: Một đĩa quay và nhiều đĩa quay

Phanh trống-guốc: Theo đặc tính cân bằng thì được chia ra: Phanh cân bằng và phanh không cân bằng

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 hổ 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

1.4 Cấu tạo chung của hệ thống phanh

Ðể thực hiện nhiệm vụ của mình, hệ thống phanh phải có hai phần kết cấu chính sau:

Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản 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

Dẫn động phanh: Ðể điều khiển cơ cấu phanh

1.4.1 Cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là một bộ phận trực tiếp tạo ra lực phanh cũng chính là lực cản, trong quá trình phanh khi ô tô chuyển động, động năng của ô tô sẽ được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường

Cơ cấu phanh trên ô tô chủ yếu làm việc theo nguyên lý ma sát Do vậy kết cấu của nó gồm có hai phần chính: cơ cấu ép và phần tử ma sát Bên cạnh đó còn có thêm các phần tử phụ như cơ cấu điều khiển khe hở giữa má phanh và trống phanh của loại phanh trống - guốc, bộ phận xả khí của phanh dẫn động thủy lực

Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống - Guốc, Đĩa hay Dải Mỗi dạng có đặc điểm kết cấu riêng biệt

Kết cấu cơ cấu phanh trên ô tô có đặc trưng tùy thuộc bởi vị trí đặt nó ở bánh xe hoặc ở truyền lực, bởi loại chi tiết quay

Cơ cấu phanh ở bánh xe thường dùng loại trống - guốc và gần đây sử dụng nhiều loại đĩa ở các bánh xe trước

1.4.1.1 Loại trống - guốc

a Thành phần cấu tạo

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

+ Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh)

+ 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: Bình thường bằng tay và tự động

b Các sơ đồ và chỉ tiêu đánh giá

Hình 1.2 Các sơ đồ phanh trống guốc

Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh (hình 1.2) Các sơ đồ này khác nhau ở chổ

+ Dạng và số lượng cơ cấu ép

+ Số bậc tự do của các guốc phanh

I

IV III

II

IX VIII

VII

VI V

XVI

X

XIV XIII

+ 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

Hình 1.3 Các cơ cấu phanh thông dụng và sơ đồ lực tác dụng

a- Ép bằng cam; b- Ép bằng xylanh thủy lực; c- Hai xylanh ép, guốc phanh

một bậc tự do; d- Hai xylanh ép, guốc phanh hai bậc tự do

Hiện nay, đối với hệ thống phanh làm việc, được sử dụng thông dụng nhất là các

sơ đồ trên hình 1.3a và 1.3b 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 1.3c

và 1.3d

Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta sử dụng ba chỉ tiêu riêng, đặt 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 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 1.3 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 r

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 đặt trưng của cơ cấu phanh trống- guốc

Sơ đồ hình 1.3a 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 1.3b 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 xylanh 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 cở 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 1.3a:

Khq = Mp/(P1+ P2).rt = 100%, thì hệ số hiệu quả của cơ cấu phanh dùng cơ cấu

ép thủy lực hình 2.3b 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 xylanh 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 1.3c) 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 1.3d Các guốc phanh của sơ đồ này có hai bậc tự do và không có điểm quay cố định Cơ cấu ép gồm hai xylanh 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

Hình 1.4 Các cơ cấu phanh tự cường hoá

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

Các 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 mômen phanh kém ổn định, kết cấu phức tạp, tính cân bằng kém và làm việc không êm nên ít được

sử dụng Xu hướng hiện nay là: sử dụng cơ cấu phanh loại bình thường với các guốc có điểm quay cố định, cùng phía Trường hợp cần thiết thì dùng thêm các bộ trợ lực để tăng lực dẫn động và tăng hiệu quả phanh

1.4.1.2 Loại đĩa

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

Phanh đĩa có các 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 rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác nhau

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của phanh đĩa

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

- 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 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

Hình 1.6 Sơ đồ các loại phanh dải a- Phanh dải đơn giản không tự siết; b- Phanh dải tự siết một chiều;

c- Phanh dải loại kép; d- Phanh dải loại bơi

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 chung 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

1.4.2 Dẫn động phanh

Các loại 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 ( =0,4 0,6) và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe Nên đối với hệ thống phanh làm việc của ô tô 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 mômen phanh cần sinh ra và các thông số dẫn động phanh

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

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

Dẫn động phanh bằng khí nén được dùng nhiều ở ô tô 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

Các sơ đồ phân dòng chính:

Dẫn động hệ thống phanh làm việc, với mục đích tăng độ tin cậy, cần phải có ít

là hai dòng dẫn động độc lập Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn được ô tô máy kéo với một hiệu quả xác định nào đó Hiện nay phổ biến nhất là các dẫn động hai dòng với sơ đồ phân dòng như trên hình 1.7 Để phân chia các dòng có thể sử dung bộ phận điều khiển kép, như: van khí nén hai khoang, xi lanh chính kép hay bộ chia

Mỗi sơ đồ đều có ưu, khuyết điểm riêng Vì vậy khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa vào ba yếu tố chính là:

Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng

Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép

Mức độ phức tạp của dẫn động

Thường sử dụng nhất là sơ đồ phân dòng theo các cầu (Hình 1.7a) Đây là sơ đồ phân dòng đơn giản nhất nhưng hiệu quả sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh cầu trước

Khi dùng các sơ đồ b, c và d hiệu quả phanh giảm ít hơn, hiệu quả phanh đảm bảo không thấp hơn 50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy vậy khi dùng sơ đồ b và d, lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong hai dòng bị hỏng Điều này cần phải tính đến khi thiết kế hệ thống lái ( dùng cánh tay đòn âm )

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

Để đảm bảo những yêu cầu chung đặt ra đối với hệ thống phanh, dẫn động phanh phải đảm bảo những yêu cầu cụ thể sau:

- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa mômen phanh sinh ra với lực tác dụng lên bàn đạp và hành trình của nó

- Thời gian chậm tác dung khi phanh không được vượt quá 0,6s, khi nhả phanh không được lớn hơn 1,2s

- Phải có ít nhất hai dòng độc lập và khi một dòng hỏng, hiệu quả phanh phải còn tối thiểu là 50%

- Khi kéo moóc, nếu moóc tuột khỏi xe kéo thì phải được tự động phanh lại

Hình 1.7 Các sơ đồ phân dòng

1.4.2.1 Dẫn động thủy lực

a Ƣu, nhƣợc điểm

Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm quan trọng là:

- Độ 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 mômen phanh không ổn định

- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp

Hình 1.8 Dẫn động phanh thuỷ lực tác động trực tiếp

1,7- Xylanh bánh xe; 3,4- Piston trong xylanh chính;

2,8- Đường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe; 5- Xylanh chính; 6- Bàn đạp phanh Nguyên lý làm việc:

Khi người lái tác dụng trên bàn đạp phanh 6, piston 4 trong xylanh chính 5 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 theo Chất lỏng bị ép đồng thời theo các ống dẫn 2 và 8 đi đến các xylanh bánh xe 1 và 7 để thực hiện quá trình phanh

* Dẫn động tác động gián tiếp:

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

Hiện nay, bộ trợ lực chân không có nhiều dạng và sơ đồ kết cấu khác nhau Tuy vậy tất cả chúng đều có chung một nguyên lý làm việc và luôn luôn phải có ba phần

tử kết cấu chính là:

- Buồng hay xylanh sinh lực: Để tạo lực tác dụng lên dẫn động

- Cơ cấu tỷ lệ: Để đảm bảo quan hệ tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp, hành trình bàn đạp và lực phanh

- Các van chân không và không khí

Hình 1.9 Dẫn động thuỷ lực trợ lực chân không

1,3- Đường ống dẫn dầu phanh đến xy lanh bánh xe; 2- Xy lanh bánh xe; 4- Đường nạp động cơ; 5,9- Van chân không; 6- Lọc; 7- Bàn đạp; 8- Cần đẩy; 10- Vòng cao

su của cơ cấu tỷ lệ; 11- Màng (hoặc piston) trợ lực; 12- Bầu trợ lực chân không Tùy thuộc vào cách bố trí và lắp đặt cơ cấu tỷ lệ, buồng sinh lực và xylanh chính, các bộ trợ lực chân không có thể chia thành ba nhóm chính:

- Nhóm 1: Các bộ trợ lực mà cơ cấu tỷ lệ có dạng đòn và không có liên hệ trực tiếp với hệ thống thủy lực dẫn động phanh

- Nhóm 2: Các bộ trợ lực có buồng sinh lực, cơ cấu tỷ lệ và xylanh chính bố trí riêng rẽ

- Nhóm 3: Các bộ trợ lực có buồng sinh lực, cơ cấu tỷ lệ và xylanh chính bố trí đồng trục chung trong một kết cấu

* Nguyên lý làm việc:

- Bầu trợ lực chân không 12 có hai khoang A và B được phân cách bởi piston (hoặc màng) 11 Van chân không 5, 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 tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh

- Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ 4 qua van

một chiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không Khi nhả phanh van chân không 5 mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang B qua van này và có cùng áp suất chân không 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 Độ 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 2, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 3) 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 Độ chênh áp tăng lên, vòng cao su 10 biến dạng nhiều hơn làm pistôn hơi dịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không khí 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 thấp, nên thường được sử dụng trên các ô tô

- Cơ cấu tỷ lệ: Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh

- Van nạp: Cho khí nén từ bình chứa đi vào khi đạp phanh

- Van xả: Cho khí nén trong dòng dẫn động thoát ra ngoài khí quyển khi nhả phanh

Nguyên lý làm việc: Khi tác dụng lên bàn đạp 1, qua đòn 2, lực sẽ truyền đồng thời lên các cần của xylanh chính 6 và của cụm van 3 Van 3 dịch chuyển mở đường nối khoang A của xylanh lực với bình chứa khí nén 4 Khí nén từ bình chứa

4 sẽ đi vào khoang A tác dụng lên piston của xylanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các piston trong xylanh chính 6 dịch chuyển, đưa dầu đến các xylanh bánh xe Khi

đi vào khoang A, khí nén đồng thời đi vào khoang phía sau piston của van 3, ép lò

xo lại, làm van dịch chuyển lùi 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 cho 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 về chất lượng đường ống cũng cao hơn

Bộ tích năng thủy lực: Để 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

Trên các ô tô tải trọng cực lớn thường sử dụng dẫn động thủy lực với bơm và các bộ tích năng 3 và 4 là hai khoang của van phanh được điều khiển từ xa nhờ dẫn động thủy lực hai dòng với xylanh chính 2

Hình 1.11 Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng

1- Bàn đạp; 2- Xylanh chính; 3,4- Van phanh; 5,6- Xylanh bánh xe; 7- Bộ tích năng; 8- Bộ điều chỉnh áp suất tự động kiểu rơle; 9- Bơm tích năng; 10- Van an

toàn; 11- Bơm

Nguyên lý làm việc: 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

1.4.2.2 Dẫn động khí nén

Hệ thống phanh khí nén là hệ thống phanh trong đó sử dụng năng lượng của dòng khí nén để tạo ra momen phanh ở các cơ cấu phanh bánh xe Lực đạp phanh của người lái ở đây đóng vai trò lực điều khiển để đóng mở van phân phối khí nén chính của hệ thống Do đó, lực đạp phanh có thể không lớn nhưng vẫn tạo được mômen phanh lớn trên các bánh xe Vì vậy, hệ thống phanh loại này thường được

sử dụng trên các ô tô có khối lượng lớn

Các hệ thống phanh khí nén thông thường có áp suất khí nén nhỏ hơn 0,8MN/m2, còn gọi là hệ thống phanh khí nén có áp suất thấp Ngày nay còn sử dụng hệ thống phanh khí nén áp suất cao, có áp suất khí nén cho phép lên tới 1,3MN/m2 Sử dụng hệ thống phanh có áp suất công tác cao sẽ làm tăng hiệu quả phanh, giảm thời gian chậm tác dụng phanh và giảm được kích thước chung của các cụm chi tiết, tuy nhiên yêu cầu an toàn kỹ thuật phải nâng cao rất nhiều

a Ƣu, nhƣợc điểm

Dẫn động khí nén có các ưu điểm quan trọng là:

- Điều 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

Tuy vậy dẫn động khí nén cũng có các nhược điểm là:

- Độ 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 của chất lỏng trong dẫn động thủy lực tới 1015 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

b Các sơ đồ dẫn động chính

Dẫn động phanh khí nén có ba sơ đồ điển hình, tương ứng với ba trường hợp là:

- Xe ôtô đơn không kéo moóc dẫn động

- Xe kéo moóc dẫn động

- Xe kéo moóc dẫn động phanh rơ moóc hai đường

Dẫn động phanh trên ôtô đơn:

Hình 1.12 Sơ đồ dẫn động ôtô đơn không kéo moóc

1- Máy nén khí; 2- Van an toàn; 3- Bộ điều chỉnh áp suất; 4- Bộ lắng lọc 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

- 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 phanh 7 và 9 tác dụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh các bánh xe lại

- Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của các lò

xo hồi vị

- Trong trường hợp xe kéo moóc, dẫn động phanh rơ moóc có thể thực hiện theo

sơ đồ một đường hoặc hai đường

Dẫn động phanh rơ moóc một đường:

18

1716

1514

1312

11

Hình 1.13 Sơ đồ dẫn động phanh rơmoóc một đường

11,16- Các bình chứa khí nén; 12- Các van cắt nối đường ống; 13- Các đầu nối ống giữa xe kéo và rơmoóc; 14- Đường nối giữa xe kéo và rơmoóc trong dẫn động một đường; 15- Van phân phối phanh rơmoóc; 17- Các bầu phanh rơmoóc; 18- Van điều

khiển phanh rơmoóc

- Khi phanh: Người lái tác dụng lên bàn đạp phanh, dẫn động phanh xe kéo sẽ làm việc như đã mô tả trên Đồng thời, không khí nén từ tổng van phân phối đi đến van 18, điều khiển nó cắt đường nối từ bình chứa11 với đường ống 14, và nối thông đường ống 14 với khí quyển Không khí nén trong đường ống 14 thoát ra ngoài, dưới tác dụng của độ chênh áp giữa bình chứa 16 và đường ống 14, van phân phối

rơmoóc 15 sẽ làm việc, đóng đường thông giữa các bầu phanh của rơmoóc với khí quyển và mở đường cho khí nén từ bình chứa 16 đi đến các bầu phanh của rơmoóc

để phanh rơmoóc lại

- Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của các lò

xo hồi vị

- Quá trình phanh ứng với quá trình giảm áp suất trong đường ống nối giữa xe kéo và rơmoóc (xả khí nén ra ngoài)

- Trong trường hợp rơmoóc bị tuột khỏi xe kéo, thì khí nén từ đường nối 14 cũng

bị xả ra ngoài tương tự như khi người lái đạp phanh Nhờ đó rơmoóc sẽ được tự động phanh lại, đảm bảo tránh các sự cố giao thông nguy hiểm

- Khi phanh, bình chứa của rơmoóc không được cung cấp khí nén

Dẫn động phanh rơmoóc hai đường:

Hình 1.14 Sơ đồ dẫn động phanh rơmoóc hai đường

11,16- Các bình chứa khí nén; 12- Các van cắt nối đường ống; 13- Các đầu nối ống giữa xe kéo và rơmoóc; 15- Van phân phối phanh rơmoóc; 17- Các bầu phanh rơmoóc; 19- Đường ống dẫn khí điều khiển; 20- Đường ống dẫn khí cung cấp; 21-

Van điều khiển phanh rơmoóc

- Ở trạng thái nhả phanh: đường điều khiển 19 được nối với khí quyển qua van điều khiển 21

- Khi phanh: Người lái tác dụng lên bàn đạp phanh, dẫn động phanh xe kéo sẽ làm việc như đã mô tả trên Đồng thời, không khí nén sẽ từ tổng van phân phối đi đến van 12, điều khiển nó cắt đường nối giữa đường ống 19 với khí quyển và cho khí nén đi vào 19 Lúc này, do độ chênh áp giữa đường cung cấp 20 và đường điều khiển 19 thay đổi, van phân phối 15 của rơmoóc sẽ làm việc, đóng đường thông các bầu phanh của rơmoóc với khí quyển và mở đường cho khí nén từ bình chứa 16 đi đến các bầu phanh của rơmoóc để phanh rơmoóc lại

- Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của các lò xo hồi vị

Trong các dẫn động này, chức năng điều khiển được thực hiện bởi phần điện có

độ nhạy cao, còn chức năng sinh lực do phần khí nén đảm nhận

Trong những năm gần đây trên các ô tô và đoàn xe kéo moóc, sử dụng rộng rãi các bộ vi xử lý để thực hiện các thao tác tính toán và xử lý khác nhau Sử dụng các

bộ vi xử lý như vậy trong dẫn động điện khí nén cho phép tạo được các dẫn động có

Cơ cấu phanh dừng có thể dùng theo kiểu tang trống, đĩa hoặc dải

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 dải

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

Do vận tốc chuyển động của xe ngày càng cao nên việc đi sâu nghiên cứu hoàn thiện sự làm việc của hệ thống phanh nhằm tăng tính hiệu quả khi phanh là cấp thiết Như ta đã biết, khi người lái xe tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mômen ma sát giữa má phanh với tang trống hay đĩa phanh và được gọi là mômen phanh nhằm hãm bánh xe lại, lúc đó tại vị trí bánh xe tiếp xúc với mặt đường xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược chiều với chuyển động của xe Phản lực này được gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức: [3]

r

M P

b

p

Trong đó:

Mp - Mômen phanh tác dụng lên bánh xe

Pp - Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

rb - Bán kính làm việc của bánh xe Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi lực bám của bánh xe với mặt đường P tức phụ thuộc vào điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường và phản lực pháp tuyến giữa bánh xe với mặt đường và được thể hiện qua biểu thức:

Ppmax = P = Zb Trong đó:

Ppmax – Lực phanh cực đị có thể sinh ra tứ khả năng bám của bánh xe với mặt đường

P - Lực bám giữa bánh xe với mặt đường

bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đường là nhỏ nhất, dẫn đến hiệu quả phanh thấp nhất Không những thế, nếu các bánh xe trước bị trượt lê sẽ làm cho hệ số bám dọc x giảm đồng thời làm cho hệ số bám ngang y giảm khi đó mất bánh trước sẽ không có khả năng dẫn hướng vì thế đầu xe

sẽ chuyển động theo lực quán tính hoặc độ nghiêng của mặt đường, còn nếu các bánh xe sau bị trượt lê thì xe sẽ bị trượt ngang theo về bên trái hoặc bên phải theo

độ nghiêng của mặt đương và xe sẽ có xu hướng quay ngoắt vòng tròn khi lực quán tính đẩy trọng tâm về phía trước và tâm quay là bánh xe trước có hệ số bám lớn Nếu tất cả các bánh xe bị trượt lê thì xe sẽ mất hoàn toàn tính ổn định Khi đó xe sẽ

bị văng theo lực quán tính hoặc do độ nghiêng của mặt đường

Hệ số bám này được xác định bằng thực nghiệm bánh xe đang chuyển động

bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là bánh xe bị trượt lê 100%

Trên thực tế, hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường ngoài việc phụ thuộc vào loại đường và tình trạng mặt đường mà còn phụ thuộc khá nhiều bởi độ trượt của bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh

Trên hình 1.15 chỉ ra mối quan hệ giữa hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang

y của bánh xe với mặt đường theo độ trượt ngang tương đối giữa bánh xe và mặt đường

Hình 1.15 Sự thay đổi hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y theo độ trượt

tương đối của bánh xe với mặt đường khi phanh