Đồ án tốt nghiệp HỆ THỐNG PHANH CÓ ABS TRÊN XE FORD FOCUS 2.0L TDCi

* Ðể có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là : - Phanh làm việc: Phanh này là pha

MỤC LỤC

1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3

2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 4

2.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh 4

2.1.1 Công dụng: 4

2.1.2 Yêu cầu: 4

2.1.3 Phân loại: 6

2.2 Các cơ cấu phanh 7

2.2.1 Loại phanh trống – guốc 7

2.2.2 Loại phanh đĩa 11

2.2.3 Loại phanh dải 12

2.3 Dẫn động phanh 13

2.2.1 Dẫn động thủy lực 14

2.3.2 Dẫn động khí nén 21

2.3.3 Phanh dừng và phanh phụ 22

2.4 Giới thiệu về hệ thống ABS sử dụng trên ô tô 23

2.4.1 Chức năng, nhiệm vụ 23

4.1.2 Nguyên lý làm việc 25

3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG TRÊN XE FORD FOCUS 2.0L TDCi 30

3.1 Sơ đồ tổng thể xe 30

3.2 Giới thiệu chung về động cơ lắp trên xe Focus 2.0L TDCi 30

3.3 Các hệ thống khác trên xe Focus 2.0L TDCi 31

3.4 Các thông số kỹ thuật chính của xe Ford Focus 2.0L TDCi 32

4 KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH CÓ ABS TRÊN XE FOCUS 2.0L TDCi 33

4.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động hệ thống phanh xe Focus 2.0L TDCi 33

4.1.1 Sơ đồ hệ thống phanh 33

4.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh 34

4.2 Kết cấu các bộ phận chính của hệ thống phanh 35

4.2.1 Cơ cấu phanh 35

4.2.2 Dẫn động phanh 39

4.2.3 Trợ lực phanh 41

4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống ABS trên xe Focus 2.0L TDCi 43

4.3.1 Khi không phanh 43

4.3.2 Khi phanh thường (ABS chưa làm việc) 43

4.3.3 Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động) 44

5 TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHANH 47

5.1 Xác định mômen phanh yêu cầu 47

5.1.1 Ðối với cơ cấu phanh trước 51

5.1.2 Ðối với cơ cấu phanh sau 51

5.2 Xác định mômen phanh mà các cơ cấu phanh có thể sinh ra 52

5.2.1 Đối với cơ cấu phanh trước 52

5.2.2 Đối với cơ cấu phanh sau 54

5.3 Xây dựng đường đặc tính phanh 55

5.4 Lực tác dụng lên bàn đạp 56

5.5 Hành trình bàn đạp 57

5.6 Tính toán các chỉ tiêu phanh 58

5.6.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 59

5.6.2 Thời gian phanh 59

5.6.3 Quãng đường phanh 60

6 NHỮNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 62

6.1 Những công việc bảo dưỡng cần thiết 63

6.2 Sửa chữa hư hỏng một số chi tiết các bộ phận chính 63

6.3 Kiểm tra hệ thống phanh xe Ford Focus 2.0L TDCi 64

6.3.1 Kiểm tra tổng hợp khi xe đứng 64

6.3.2 Kiểm tra tổng hợp cho xe chạy 65

6.4 Kiểm tra hệ thống ABS 65

6.4.1 Kiểm tra hệ thống chẩn đoán 65

6.4.2 Kiểm tra bộ chấp hành 71

6.4.3 Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe 72

7 KẾT LUẬN 73

1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.

Ngày nay, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng cho hành khách

và hàng hoá đối với các ngành kinh tế nước nhà, đồng thời đã trở thành phương tiệngiao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển

Ở nước ta, số lượng ô tô tư nhân, đặc biệt ô tô du lịch đang gia tăng về sốlượng cùng với sự tăng trưởng kinh tế của đất nước, mật độ ô tô lưu thông ngàycàng nhiều Song song với sự gia tăng số lượng ô tô thì số vụ tai nạn giao thôngđường bộ do ô tô gây ra cũng tăng với những con số báo động Trong các nguyênnhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật thìnguyên nhân do mất an toàn hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn Hiện nay, hệ thốngphanh trang bị trên ô tô ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sửdụng 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 vàtính toán hệ thống phanh là việc rất bổ ích cho kiến thức sau này Nhằm đi sâu tìmhiểu 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 việcvới mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô

Với mục đích đó, em chọn đề tài "KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂMNGHIỆM HỆ THỐNG PHANH CÓ ABS TRÊN XE FORD FOCUS 2.0L TDCi"

Hệ thống phanh xe FORD FOCUS 2.0L TDCi là hệ thống phanh dẫn động thủy lực

có sử dụng ABS Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tìm hiểu kết cấu vànguyên lý hoạt động của hệ thống phanh, tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh,ngoài ra em còn tìm hiểu về các nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục các

hư hỏng

Em hy vọng đề tài này như là một tài liệu chung nhất để giúp người sử dụng

tự tìm hiểu kết cấu, nguyên lý làm việc, cũng như cách khắc phục các hỏng hócnhằm sử dụng và bảo dưởng hệ thống phanh một cách tốt nhất để đảm bảo an toàncho người và tài sản

2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

2.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh.

2.1.1 Công dụng:

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳnhoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ô tômáy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đườngngang

Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng Nóđảm bảo cho ô tô máy kéo 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 vậnchuyển của ô tô

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 trườnghợp nguy hiểm

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

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

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

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

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điềukiện sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

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

* Ðể có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp,

hệ thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là :

- Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, sử dụng thường xuyên ở tất cảmọi chế độ chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi làphanh 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 làphanh tay.

- Phanh chậm dần : Trên các ô tô - máy kéo tải trọng lớn như xe tải có trọnglượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách có trọng lượng toàn lớn hơn 5 tấn hoặc xelàm việc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, cònphải có phanh thứ tư là phanh chậm dần Phanh chậm dần được dùng để phanh liêntục, giữ cho tốc độ ô tô và máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuốngdốc hoặc là để giảm dần tốc độ của ô tô và máy kéo trước khi dừng hẳn

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

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

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn

- Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng đượctoàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh

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

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

* Ðể đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh, sựphân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiệnsau :

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

- Lực phanh tác dụng lên bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằngnhau 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 Vìkhi phanh: Các bánh xe trước trượt trước thì xe sẽ bị trượt ngang, mất tính điềukhiển Các bánh xe sau trượt trước xe sẽ bị quay đầu, mất tính ổn định Ngoài ra cácbánh 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 điềuchỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Antilock Braking System -ABS )

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

2.1.3 Phân loại:

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

- Tùy theo tính chất điều khiển mà chia ra : Phanh chân và phanh tay

- Tùy theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thốngtruyền lực mà chia ra : Phanh bánh xe và phanh truyền lực

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

Phanh đĩa: theo số lượng đĩa còn chia ra loại 1 đĩa và loại nhiều đĩa

Phanh trống - guốc : theo đặc tính cân bằng thì được chia ra : Loạiphanh cân bằng, phanh không cân bằng và phanh dải

- Theo đặc điểm hình thức dẫn động, truyền động phanh có: Phanh cơ khí;Phanh thủy lực (phanh dầu); Phanh khí nén (phanh hơi); Phanh điện từ hoặc Phanhliên 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, lựctác động lên bánh xe không đồng đều và kém nhạy, điều khiển nặng, hiện nay ít sửdụng Riêng đối với phanh tay thì chỉ sử dụng khi ô tô dừng hẳn và hỗ trợ chophanh chân khi phanh gấp và thật cần thiết, nên hiện nay nó vẫn được sử dụng phổbiến 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 khí nén thì dùng trên ô tô tải trọng lớn và xe hành khách.Ngoài ra còn dùng trên ô tô vận tải tải trọng trung bình động cơ diesel, các ô tô kéođoàn xe

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 2 3

1 2

3 4

6 7 8 9

5 1

2 3

a) b) c)

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính

a – Phanh trống – guốc: 1- Piston; 2 - Má phanh; 3 – Tang trống;

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

c – Phanh dải: 1,5 - Chắn bảo vệ; 2,6 - Dải phanh; 3,8 - Ổ khớp quay; 7 - Cần kéo;

9 - Lò xo

2.2 Các 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 nhiệtnăng 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 Mỗidạng có một đặc điểm riêng biệt

2.2.1 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

- 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 nhảđược 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 thụkhông 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

Các sơ đồ và chỉ tiêu đánh giá :

Hình 2.2: Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống guốc và lực tác dụng.

a - Ép bằng cam; b - Ép bằng xi lanh thủy lực; c - Hai xi lanh ép, guốc phanh một bậc tự do;d- Hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự do;e- Cơ cấu phanh tự cường hóaTrong đó : P, P1, P2 : Lực xylanh dẫn động guốc phanh

N1, N2 : Áp lực pháp tuyến tác dụng lên guốc phanh

fN1, fN2 : Lực ma sát

rt : Bán kính tang trống

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 2.2 a và 2.2b Tức là

sơ đồ với guốc phanh một bậc tự do, quay quanh hai điểm cố định đặt cùng phía vàmột cơ cấu ép Sau đó đến các sơ đồ trên hình 2.2c và 2.2d

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 thuậnnghịch (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 chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động củaôtô- máy kéo

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

Hệ số hiệu quả là một đại lượng bằng tỷ số giữa mômen phanh tạo ra và tíchcủa lực dẫn động nhân với bán kính trống phanh (mômen của lực dẫn động)

Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh trên hình 2.2 là sơ đồ biểu diễn đã đượcđơn 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 giữavòng 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 guốcnày gọi là guốc tự siết

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

Sơ đồ hình 2.2 a có cơ cấu ép bằng cơ khí, dạng cam đối xứng Vì thế độ dịchchuyển 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 thuậnnghịch vừa cân bằng Nó thường được sử dụng với dẫn động khí nén nên thích hợpcho các ôtô tải và khách cỡ trung bình và lớn

Sơ đồ trên hình 2.82 dùng cơ cấu ép thủy lực, nên lực dẫn động của hai guốcbằng 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 hơnguốc sau, làm cho các guốc mòn không đều Để khắc phục hiện tượng đó, ở một sốkết 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 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 2.2a là100% thì hệ số hiệu quả của cơ cấu phanh dùng cơ cấu ép thủy lực hình 2.2b sẽ là116% 122%, khi có cùng kích thước chính và hệ số ma sát giữa má phanh vàtrống phanh: µ = 0,30  0,33

Để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, người ta dùng cơ cấu phanh vớihai xylanh làm việc riêng rẽ Mỗi guốc phanh quay quanh một điểm cố định bố tríkhác phía, sao cho khi xe chạy tiến thì cả hai guốc đều tự siết (hình 2.2c) Hiệu quảphanh trong trường hợp này có thể tăng được 1,6 1,8 lần so với cách bố trí bìnhthường Tuy nhiên khi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp, tức là cơ cấu phanhkhông 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 Vìthế 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 tadùng cơ cấu phanh thuận nghịch và cân bằng loại bơi như trên hình 2.2d Các guốcphanh của sơ đồ này có hai bậc tự do và không có điểm quay cố định Cơ cấu épgồm hai xylanh làm việc tác dụng đồng thời lên đầu trên và dưới của các guốcphanh Với kết cấu như vậy cả hai guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quaytheo chiều nào Tuy nhiên nó có nhược điểm là kết cấu phức tạp

Để nâng cao hiệu quả phanh hơn nữa, người ta dùng các cơ cấu phanh tựcường hóa Tức là các cơ cấu phanh mà kết cấu của nó cho phép lợi dụng lực ma sátgiữa một má phanh và trống phanh để cường hóa- tăng lực ép, tăng hiệu quả phanhcho má kia

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

sử dụng

2.2.2 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 vàvòng ma sát quay

Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rảnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hayghép 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 điềuchỉnh

Việc bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở, có khả năng làmviệc với khe hở nhỏ (0,050,15)mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tácdụng 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 củachúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biếndạng 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 khiđộng cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng đểkết hợp làm phanh dừng

Rx

2fN

R2 Rtb

R1 P

Rz Rx

Hình 2.3: Sơ đồ lực tác dụng lên phanh đĩa.

R1, R2, Rtb: Bán kính ngoài, trong, trung bình của đĩa phanh;

fN: Lực ma sát; P: Trọng lực; Rz: Phản lực pháp tuyến; Rx: Phản lực tiếp tuyến

2.2.3 Loại phanh dải

Loại phanh này chủ yếu được sử dụng trên máy kéo xích Vì nó dùng phốihợp 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 phanhđược rút lên siết vào trống phanh Ưu điểm của loại này là phanh êm dịu, hiệu quảphanh 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 nênhiệu quả phanh theo chiều tự siết cao hơn chiều ngược lại tới gần 6 lần Tuy vậy khiphanh thường dễ bị giật, không êm

- Phanh dải loại kép: Là loại mà bất kỳ trống phanh quay theo chiều nào thìhiệu 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 sátphân bố không đều Nên má phanh mòn không đều và tải trọng hướng kính tác dụnglên trục lớn

Hình 2.4: 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

2.3 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 lỏngthủy lực và khí nén Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vìhiệu suất thấp và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe Nên đối với hệ thốngphanh làm việc của ô tô được sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là : thủy lực và khínén

Lực tác động lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều khiển phanh cũng như hànhtrình bàn đạp và đòn điều khiển phanh phụ thuộc ở momen phanh cần sinh ra và cácthông số dẫn động phanh

2.2.1 Dẫn động thủy lực

Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vậntải có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xylanh phanh chính, bộtrợ lực phanh, xylanh 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 trongdòng 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 thayđổi 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 dẫnđộng không làm việc được

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộphận 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 bịrung động và mômen phanh không ổn định

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

Các loại sơ đồ phân dòng dẫn động :

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 dụngrộng rãi trên một số ô tô trước đây vì kết cấu của nó đơn giản

Truyền động phanh nhiều dòng : Dẫn động hệ thống phanh làm việc nhằm mục đíchtăng độ tin cậy, cần phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập có cơ cấu điều khiểnchung là bàn đạp phanh Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lạivẫn phanh được ô tô - máy kéo với một hiệu quả phanh nào đó

Hiện nay phỗ biến nhất là các dẫn động hai dòng với sơ đồ phân dòng trên hình 2.5

a) b) c)

3 4 5

3 4 5 5

4 3

2 6

2 6

2 6

5 4 3

4 5 3 1

1

Hình 2.5 : Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thuỷ lực.

1, 2: Các xylanh bánh xe trước, sau

3,6: Các dòng dẫn động (đường ống dẫn đến xylanh bánh xe)

4,5: Bộ phận phân dòng (Xylanh chính)

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

- Mức độ phức tạp của dòng dẫn động

Thường sử dụng nhất là sơ đồ hình (2.5a ) sơ đồ phân dòng theo yêu cầu Ðây là sơ đồ đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh cầu trước

Khi dùng các sơ đồ hình (2.5b, c và d )sơ đồ phân dòng chéo, sơ đồ phân 2dòng cho cầu trước, 1 dòng cho cầu sau và sơ đồ phân dòng chéo cho cầu sau 2dòng cho cầu trước thì hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảo khôngthấp hơn 50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy vậy khi dùng sơ đồ hình (2.5b và d)lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong haidòng bị hỏng Ðiều này cần phải tính đến khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tayđòn âm)

Sơ đồ hình 2 5e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

- 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

Hình 2.6: Dẫn động phanh thuỷ lực tác động trực tiếp.

1,8 - Xylanh bánh xe; 3,4 - Piston trong xylanh chính;

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

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

2.3.1.2 Dẫn động thủy lực trợ lực chân không.

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

144

cP

BA

Hình 2.7: 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 khinhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh Van không khí 9, làmnhiệm vụ : cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mởđường thông của khoang A khi đạp phanh Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ : Làmnhiệm 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 quavan 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 Bqua 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 làmvan 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 giữahai 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 trongxylanh chính 3, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xylanh bánh xe đểthực hiện quá trình phanh Khi lực tác dụng lên piston 11 tăng thì biến dạng của vòngcao su 10 cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần 8, làm chovan không khí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lực khôngđổi Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần 8 lại dịchchuyển 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 vềphía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại đảm bảo cho độ chênh áphay lực trợ lực không đổi và tỷ lệ với lực đạp Khi lực phanh đạt cực đại thì vankhông 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 trêncác ô tô du lịch và tải nhỏ Với các xe có tải trọng trung bình và lớn phải dùng trợlực khí nén (hình 2.8)

2.3.1.3 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 chongười lái Bộ trợ lực phanh loại khí có hiệu quả trợ lực cao, độ nhạy cao, tạo lựcphanh 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 vàlực phanh, cửa van nạp và van xả khí nén cung cấp cho bầu trợ lực

10

8

7 5

4 3

1

6

2

Hình 2.8 : Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực khí nén

1 - Bàn đạp, 2 - Ðòn đẩy, 3 - Cụm van khí nén, 4 - Bình chứa khí nén

5 - Xylanh lực, 6 - Xylanh chính, 7 - Ðường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe

8 - Xylanh bánh xe, 9 - Ðường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe,

10 - Xylanh bánh xe

Nguyên lý làm việc :

Khi tác dụng lên bàn đạp 1, qua đòn 2, lực sẽ truyền đồng thời lên các cầncủa xylanh chính 6 và của cụm van 3 Van 3 dịch chuyển : Mở đường nối khoang Acủa xylanh lực với bình chứa khí nén 4 Khí nén từ bình chứa 4 sẽ đi vào khoang Atác dụng lên piston của xylanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các piston trongxylanh 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 vandịch chuyển 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 Aduy trí một áp suất không đổi trong hệ thống, tương ứng với lực tác dụng và dịchchuyển của bàn đạp Nếu muốn tăng áp suất lên nữa thì phải tăng lực đạp để đẩyvan sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào Như vậy cụm van 3 đảm bảođược sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh

2.3.1.4 Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm:

Bơm thủy lực : Là nguồn cung cấp chất lỏng cao áp cho dẫn động Trong dẫnđộng phanh chỉ dùng loại bơm thể tích, như : bánh răng, cánh gạt, piston hướngtrục Bơm thủy lực cho tăng áp suất làm việc, cho phép tăng độ nhạy, giảm kíchthước và khối lượng của hệ thống Nhưng đồng thời, yêu cầu về làm kín về chấtlượng đường ống cũng cao hơn

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

Hình 2.9: 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

Nguyên lý làm việc :

Trên các ô tô tải trọng cực lớn thường sử dụng dẫn động thủy lực với bơm vàcác bộ tích năng 3 và 4 là hai khoang của van phanh được điều khiển từ xa nhờ dẫnđộng thủy lực hai dòng với xylanh chính 2 Khi tác dụng lên bàn đạp 1, dầu tácdụng lên các van 3 và 4, mở đường cho chất lỏng từ các bộ tích năng 7 và 9, đi đếncác xylanh bánh xe 5 và 6 Lực đạp càng lớn, áp suất trong các xylanh 5 và 6 càngcao 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 tácdụng bảo vệ cho hệ thống khỏi bị quá tải.

2.3.2 Dẫn động khí nén

Dẫn động phanh bằng khí nén được dùng nhiều ở ô tô vận tải có tải trọng cỡtrung 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 hơnchất lỏng trong dẫn động thủy lực tới (10-15) lần Nên kích thước và khối lượng củadẫn động lớn

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

Nguyên lý làm việc : (Hình 2.10)

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 cónhiệm vụ bảo vệ hệ thống khi bộ điều điều chỉnh áp suất 3 có sự cố Các bộ phậnnói 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 trạngthái 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 cácbầu phanh với khí quyển và mở đường cho khí nén đi đến các bầu phanh 7 và 9 tácdụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh các bánh lái xe lại

Hình 2.10: 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

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

Hệ thống phanh dừng có thể làm riêng rẽ, cơ cấu phanh lúc đó được đặt trêntrục ra của hộp số với ô tô có một cầu chủ động hoặc hộp số phụ ở ô tô có nhiều cầuchủ động và dẫn động phanh là loại cơ khí Loại phanh dừng này còn là phanhtruyền lực vì cơ cấu phanh nằm ngay trên hệ thống truyền lực Phanh truyền lực cóthể 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 phanhdừng làm chung với cơ cấu phanh của hệ thống phanh chính Lúc đó cơ cấu phanhđược 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

không lớn lắm trong thời gian dài.

Hệ thống phanh này rất thích hợp khi ô tô chạy ở vùng đồi núi, vì trong điềukiện như thế hệ thống phanh chính bị nóng quá mức và hư hỏng

Nhờ có hệ thống phanh phụ mà ô tô làm việc an toàn hơn, tăng được tốc độtrung bình khi ô tô chạy ở đường dốc, giảm hao mòn cho hệ thống phanh chính, lốp

và có khi là động cơ nữa Ngoài ra hệ thống phanh phụ đảm bảo cho hệ thống phanhchính luôn luôn ở trạng thái sẵn sàng làm việc

Về mặt kết cấu hệ thống phanh phụ có thể có loại cơ khí, khí (không khí),thủy lực và điện động

Hệ thống phanh phụ được sử dụng ngày càng rộng rãi, chủ yếu trên ô tô hànhkhách và ô tô tải có tải trọng trung bình và lớn

2.4 Giới thiệu về hệ thống ABS sử dụng trên ô tô.

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 2.11) khi bánh xe chịu lực dọc và trượt cục

bộ trong giới hạn hệ số trượt:

)%

30 15 (

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 bịmòn vẹt đị một lớp dày tới 6mm

Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp nhận lực ngang vàkhông thể thực hiện quay vòng khi phanh trên đọan đường cong hoặc đổi hướng để

tránh chướng ngại vật (Hình 2.12), đặc biệt là các đoạn đường có độ bám thấp Do

đó dễ gây ra tai nạn nguy hiểm khi phanh

Vì thế, để đảm bảo đồng thời hiệu quả phanh và tính ổn định cao Ngoài racòn giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần tiến hành quá trình phanh ởtrong một giới hạn nhất định, nghĩa là đảm bảo sao cho các bánh xe trong quá trìnhphanh 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

Để cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt, cần phảiđiều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặtđường nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ưu Các hệ thống chống hãm cứngbánh 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 antoàn chủ động của một ôtô hiện đại Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểmnhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu

00.2

Hình 2.11: Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy

theo độ trượt tương đối λ của bánh xe.

4.1.2 Nguyên lý làm việc.

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lựcphanh có mạch liên hệ ngược Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trênhình 2.13, gồm:

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

Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số đượcchọn 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 tínhiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp sất trongdẫn động phanh

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

Hình 2.12: Quá trình phanh có và không có ABS trên đọc đường cong

Hình 2.13: Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe.1- Cảm biến tốc độ; 2 - Bộ phận điều khiển; 3 - Cơ cấu thực hiện;

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

b p



 (4-1)

Ở đây:

Mp – Mômen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh;

Mφ – Mômen bám của bánh xe với đường;

Jb – Mômen quán tính của bánh xe;

M M dt

Trang 26

Sự thay đổi Mp, Mφ và εb theo độ trượt thể hiện trên hình 2.15.

Đoạn O-1-2 biểu hiện quá trình tăng Mp khi đạp phanh Hiệu (Mp-Mφ) tỷ lệvới gia tốc chậm dần εb của bánh xe Hiệu trên tăng nhiều khi đường Mφ đi qua cựcđại Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh Sự tăng đột ngột của εb

được sử dụng làm tín hiệu để giảm áp suất trong dẫn động Do có độ chậm tác dụngnhất định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế được bắtđầu ở điểm 2 Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp-Mφ) Vàothời điểm tương ứng với điểm 4 – Mômen phanh có giá trị cực tiểu không đổi

Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mômen phanh nhỏ hơn mômen bám, nênxảy ra sự tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc bánh xe được sử dụng làm tín hiệu vàothứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5)

Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trượt giảm và bởi vậy φ cũng như Mφ tăngTiếp theo, chu trình lặp lại Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thìtăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mp thay đổi theo chu trình kín 1-2-3-4-5-6 -1, giữcho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1-λ2 (Hình 2.15), đảm bảo cho hệ

số bám có giá trị gần với giá trị cực đại nhất

Hình 2.16a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn(3pha): 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

Trang 27

2

5

1 6

4 3

0 c

M  M

Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 2.1 nhậnđược khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ thịquá trình phanh trên hình ( 2.17; 2.18 )

Hình 2.16: Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a)

và gia tốc chậm dần của bánh xe (b) khi phanh có ABS

Bảng 2.1: 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 đầuphanh V(m/s)

Quãng đườngphanh Sp (m) Mức tănghiệu quả

phanh(%)

CóABS

KhôngABSĐường bêtông khô

Đường bêtông ướt 13,88 13,88 10,6 18,7 13,1 23,7 19,1 21,1

Đường bêtông khô 27,77 41,1 50,0 17,8

Hình 2.18: Quá trình phanh điển hình của ô tô có trang bị ABS.

3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG TRÊN XE FORD FOCUS 2.0L TDCi 3.1 Sơ đồ tổng thể xe.

Hình 2.17: Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn của ô tô không trang bị ABS

1535 2640

Hình 3.1: Sơ đồ tổng thể xe FORD FOCUS 2.0L TDCi

3.2 Giới thiệu chung về động cơ lắp trên xe Focus 2.0L TDCi.

Ford Việt Nam sau dòng sản phẩm ôtô du lịch Ford Focus đời 2007 thì vàocuối năm 2009 trên thị trường đã đưa ra loạt sản phẩm Ford Focus 2009 với 4 mẫu

xe Trong đó với mẫu xe Focus 2.0L TDCi là sự kết hợp hài hoà giữa sức mạnh và nét thanh lịch, sang trọng và tinh tế Xe Ford Focus 2.0L TDCi hội đủ mọi tiêu

chuẩn hàng đầu trong công nghệ xe hơi như :

- Trang bị động cơ DURATORQ 2.0L TDCi công nghệ cao, siêu bền, với

công nghệ phun trước giúp giảm thiểu tiếng ồn, mạnh mẽ và tiết kiệm được nhiênliệu 5,814l/100Km

- Công nghệ phun nhiên liệu điện tử và sử dụng Turbo tăng áp điều khiểncánh

- Khả năng tăng tốc 0-100Km: 9,6 giây

- Thân thiện với mô trường: Đạt tiêu chuẩn khí thải EURO III

3.3 Các hệ thống khác trên xe Focus 2.0L TDCi.

- Hộp số tự động 6 cấp PowerShift kết hợp cả ưu điểm dễ sử dụng của hộp số

tự động thông thường và khả năng đáp ứng nhanh chóng của hộp số sàn Nó manglại tính năng chuyển số nhanh chóng và thể thao mà vẫn duy trì tốt sự êm ái khichuyển số Một ưu điểm nữa của hộp số PowerShift là sử dụng ly hợp kép giúptruyền tải được mômen xoắn lớn với nhiều tỉ số truyền Chính nhờ vậy nó giúp giảmtiêu hao nhiên liệu 12-15%, nâng cao hiệu suất, tăng khả năng tăng tốc 8-10%

- Hệ thống phanh đĩa 4 bánh sử dụng hệ thống chống hãm cứng bánh xe(ABS) kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD giúp xe vận hành antoàn, ổn định trên đường trơn trượt

- Hệ thống treo độc lập đa liên kết, đồng bộ, tiến tiến

- Bộ điều khiển động lực PCM thế hệ mới

- Hệ thống lái hiện đại trợ lực thuỷ lực-điện tử (EHPAS) và trục lái điềuchỉnh 4 hướng giúp người điều khiển xe thuận tiện, nhẹ nhàng

- Hệ thống điều hòa không khí tự động 2 vùng khí hậu, có thiết kế cửa gióđiều hòa cho hàng ghế sau

- Cấu trúc khung vỏ vững chắc với khung phụ trước độc lập

- Trang bị hệ thống cân bằng điện tử ESP giúp tăng mức độ an toàn khi xe dichuyển trên đường

- Trang bị túi khí phía trước, túi khí bên cạnh sườn xe và bộ rút đai tự động

để bảo vệ cho người lái và người ngồi trên xe được an toàn

- Dàn CD và VCD 6 đĩa, màn hình tinh thể lỏng kết hợp với 6 loa Hệ thốngđiều chỉnh âm thanh trên vô lăng rất thuận lợi

- Trang bị hệ thống khoá cửa xe (4 cửa), bắp khoang động cơ, cốp xe chứahàng, cửa kính, kính chiếu hậu được điều khiển từ xa có chức năng chống trộm đảmbảo an toàn

- Màn hình đa thông tin hiển thị chính xác và đầy đủ các thông số liên quanđến vận hành xe

3.4 Các thông số kỹ thuật chính của xe Ford Focus 2.0L TDCi.

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật chính của xe du lịch Ford Focus 2.0L

Kích thước và trọng lượng

4 KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH CÓ ABS TRÊN XE FOCUS 2.0L TDCi.

Ford Focus 2.0L TDCi sử dụng hệ thống phanh đĩa cho 4 bánh xe, bên cạnh

đó người ta còn sử dụng hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS kết hợpvới hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD

4.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động hệ thống phanh xe Focus 2.0L TDCi.

4.1.1 Sơ đồ hệ thống phanh.

11 7

12

10 9 8

6 13

5 - Bàn đạp phanh; 6,12 - Các cảm biến tốc độ bánh trước và bánh sau;

7,11- Đường dẫn dầu phanh trước và phanh sau; 8 - Bộ thuỷ lực và máy tính;

9 - Đường dây dẫn tín hiệu; 10 - Đèn báo ABS; 13 - Xi lanh bánh xe

4.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh.

Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần dịch chuyển sang trái tácdụng vào bầu trợ lực chân không 4, trợ lực cho người lái thêm 1 lực tác dụng vào xilanh chính 3 Xilanh chính trên xe là xi lanh chính loại kép, dầu phanh trong xilanhchính được ép theo các đường ống đến các xilanh công tác thực hiện quá trìnhphanh

Khi nhả phanh: van chân không của bầu trợ lực chân không mở, cùng tácđộng của các lò xo hồi vị áp lực dầu trong các đường dẫn động giảm thực hiện quátrình nhả phanh

Trong quá trình điều khiển ABS, các bánh xe được kiểm soát bởi tổng cộng 4van dẫn nạp và 4 van xả ABS đặt trong bộ phận kiểm soát thuỷ lực Kiểm soát ABSđược tác động riêng biệt lên từng bánh xe và bao gồm pha tạo áp lực ,giảm áp lực.a) Khi ABS chưa hoạt động thì hệ thống phanh không có sự kiểm soát của ABS, áplực phanh được tạo ra qua tổng phanh và được truyền đến bánh xe tương ứng như

là hệ thống phanh thường Lúc này, các van điện tử không họat động, có nghĩa rằngcác van nạp thường mở và các van xả thường đóng

b) Khi ABS hoạt động:

- Pha giữ áp lực

Khi lái xe tác động lên bàn đạp phanh đủ lớn sẽ gây hiện tượng trượt ECU sẽgởi tín hiệu đến bộ chia dầu ngăn không cho xuất hiện sự trượt.Các kiểu ABS cóthể có sự khác nhau đôi chút, nhưng có chung nguyên lý

ECU sẽ xác định xem bánh xe nào bị khoá cứng (trượt).Quyết định này dựatrên tốc độ quay của bánh xe và mức độ giảm tốc của của các bánh xe

Sau đó, ECU sẽ gởi tín hiệu đến cảm biến trong khối thuỷ lực điều khiển trựctiếp van nạp cho mạch dầu của bánh xe bị trượt Kết quả là mạch dầu này sẽ bị côlập hoàn toàn với áp suất dầu từ tổng phanh

Trong pha giữ áp lực van nạp được kích hoạt bởi mô đun ABS

Cổng áp lực được đóng ngăn chặn việc tăng thêm áp lực mạch dầu bánh xe

- Pha giảm áp lực

Nếu bánh xe có khuynh hướng bó cứng , áp lực phanh được làm cho nhỏ đi

Khi áp lực phanh giảm ,van xả được mở và nôí mạch dầu phanh bánh xe nàytới mạch dầu hồi.

Áp lực phanh được xả vào bơm ABS và pittông của bộ tích áp áp lực thấpđược di chuyển

Trong pha này mô bơm được mở , để đảm bảo giảm áp lực nhanh chóng Kết quả là áp suất dầu bị giảm nên bánh xe đó lại tiếp tục quay, lúc này ECU

sẽ không điều khiển bộ chia dầu trong khối thuỷ lực nên các van nạp và xả trở về vịtrí ban đầu (van nạp:thường mở,van xả:thường đóng) Dầu phanh lại tiếp tục đượcđưa đến các bánh xe lần nữa

Quá trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi các bánh xe không còn

bị trượt Chu kỳ hoạt động của các van nạp và xả có thể thay đổi theo độ bám củabánh xe Đối với mặt đường khô ráo các van chỉ hoạt động 1 hoặc 2lần/giây Tuynhiên , đối với mặt đường đóng băng, trơn trượt chu kỳ có thể lên đến 12lần/giây

- Pha tạo áp lực

Tốc độ bánh xe tăng trở lại và điều khiển ABS lệnh cho van nạp tương ứngtăng áp lực.Van nạp mở kết nối giữa xilanh bánh và tổng phanh xy-lanh

4.2 Kết cấu các bộ phận chính của hệ thống phanh.

4.2.1 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 được biến thành nhiệt năng ở cơcấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường bên ngoài

Focus 2.0L TDCi sử dụng hệ thống phanh đĩa loại đĩa quay hở với cơ cấu épbằng xy lanh thủy lực má kẹp tùy động cho 4 bánh xe Kết cấu của cơ cấu phanhtrước và phanh sau là như nhau, chúng chỉ khác nhau ở thông số kỹ thuật

Với kết cấu như vậy thì điều kiện làm mát tốt, nhiệt độ làm việc của cơ cấuphanh thấp tuy nhiên độ cứng vững về kết cấu không cao

4.2.1.1 Cơ cấu phanh trước.

25

10

8 7 6 5 4 3 9

6 - Vòng làm kín; 7 - Chụp bụi; 8 - Má kẹp; 9 - Má phanh; 10 – Rãnh thông gió

Thông số kỹ thuật và kết cấu :

Kích thước của đĩa phanh:

Đường kính ngoài đĩa phanh: 300 [mm]

Đường kính trong đĩa phanh: 237,5 [mm]

Bề dày đĩa phanh : 25 [mm]

Góc ôm má phanh : 30 [ 0 ]Với kết cấu như vậy thì điều kiện làm mát tốt hơn, nhiệt độ làm việc của cơcấu phanh thấp.Tuy nhiên kết cấu như vậy có độ cứng vững không cao Khi cácchốt dẫn hướng bị mòn biến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều,hiệu quả phanh giảm và gây rung động

Đĩa phanh được chế tạo bằng gang có xẻ rãnh thông gió và có bề dày 25 [mm]

Má kẹp : Được đúc bằng gang rèn

Xylanh thuỷ lực : Được đúc bằng hơp kim nhôm Để tăng tính chống mòn

và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xylanh được mạ một lớp crôm Khi xilanhđược chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh

Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữapiston với má phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim.

Các thân má phanh : Chỗ mà piston ép lên được chế tạo bằng thép lá

Tấm ma sát của má phanh loại đĩa quay hở thường có diện tích ma sát khoảng12-16 % diện tích bề mặt đĩa nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi

Cơ cấu ép bằng xylanh thủy lực còn gọi là xylanh con hay xylanh bánh xe,

có kết cấu đơn giản, dễ bố trí Thân của xylanh được chế tạo bằng gang xám, bề mặtlàm việc được mài bóng Piston được chế tạo bằng hợp kim nhôm

Nguyên lý làm việc:

Khi phanh : Người lái đạp bàn đạp, dầu được đẩy từ xylanh chính đến bộ trợlực, một phần trực tiếp đi đến các xylanh bánh xe để tạo lực phanh, một phần theoống dẫn đến mở van không khí của bộ trợ lực tạo độ chênh áp giữa hai khoang trong

bộ trợ lực Chính sự chênh áp đó nó sẽ đẩy màng của bộ trợ lực tác dụng lên pistontrong xylanh thủy lực tạo nên lực trợ lực hỗ trợ cho lực đạp của người lái Khi đólực bàn đạp của người lái cộng với lực trợ lực sẽ tác dụng lên piston thủy lực ép dầutheo đường ống đến xylanh an toàn, rồi theo các đường ống dẫn độc lập đến cácxylanh bánh xe trước và sau Dầu có áp lực cao sẽ tác dụng lên piston trong xilanhbánh xe ép má phanh vào má phanh vào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh

Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về vị trí ban đầu nhờ bộ đàn hồi của vòng làmkín và độ đảo chiều trục của đĩa Khi nhả phanh các má phanh luôn được giữ cáchmặt đĩa một khe hở nhỏ do đó tự động điều chỉnh khe hở