Thiết kế 3d và kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén

Trước thực tế đó, với mong muốn góp một phần nhỏ để giải quyết các vấn đề nêu trên, cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của TS Hoàng Thăng Bình, các thầy trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn

của TS Hoàng Thăng Bình Đề tài được thực hiện tại bộ môn Ô Tô và Xe Chuyên

Dụng – Viện Cơ Khí Động Lực – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2013

TÁC GIẢ

Nguyễn Văn Hiến

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 10

1.1 Cơ sở nghiên cứu của đề tài 10

1.2 Mục tiêu của đề tài 11

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

1.4 Phương pháp thực hiện đề tài 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN 13

2.1 Khái quát chung về hệ thống phanh 13

2.1.1 Công dụng của hệ thống phanh 13

2.1 2 Phân loại hệ thống phanh 13

2.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống phanh 14

2.1.4 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh 15

2.1.5 Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh 15

2.2 Hệ thống phanh khi nén 16

2.2.1 Yêu cầu chung đối với hệ thống phanh khí nén 16

2.2.2 Tổng quan chung về hệ thống phanh khí nén: 17

2.3 Hệ thống phanh ABS khí nén 30

2.3.1 Lịch sử phát triển của hệ thống ABS (Antilock Brake Systems) 30

2.3.2 Khái niệm cơ sở về ABS 32

2.3.3 Mục tiêu, sơ đồ và nguyên lý làm việc của ABS 40

2.3.4 Cấu tạo và hoạt động của các phần tử hệ thống phanh ABS khí nén 41

2.3.5 Các phương pháp dẫn động hệ thống phanh ABS khí nén 49

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, KIỂM NGHIỆM BỀN VỎ VAN CƠ CẤU CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG PHANH ABS KHÍ NÉN 57

3.1 Cơ sở thiết kế vỏ van cơ cấu chấp hành 57

3.1.1 Các phương án thiết kế vỏ van cơ cấu chấp hành 57

3.1.2 Các thông số tính toán thiết kế vỏ van cơ cấu chấp hành 58

3.2 Thiết kế 3D vỏ van cơ cấu chấp hành 64

3.2.1 Lựa chọn phần mềm thiết kế 64

3.2.2 Giới thiệu chung về phần mềm Solid Works 64

3.2.3 Giới thiệu module COSMOS Solidworks Simulation 66

3.2.4 Mô phỏng 3D vỏ van cơ cấu chấp hành trên phần mềm Solid Works 66

3.3 Kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành 68

3.3.1 Các bước tiến hành kiểm nghiệm bền 68

3.3.2 Kết quả kiểm nghiệm bền cụm cơ cấu chấp hành 71

KẾT LUẬN 78

1 Kết quả đạt được 78

2 Những tồn tại và hướng phát triển 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Hình 2.1 Bảng các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh ( theo tiêu

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống phanh khí nén ……… 17

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén … 18

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén không có ABS …… … 19

Hình 2.5 Cấu tạo máy nén khí ……….……….……… 20

Hình 2.6 Bộ điều chỉnh áp suất … ……… 22

Hình 2.7 Bộ lọc tạp bẩn và làm khô khí …… ……… 23

Hình 2.8 Van phân chia và bảo vệ khí nén 24

Hình 2.9 Van an toàn 25

Hình 2.10 Van phân phối hai dòng 26

Hình 2.11 Bầu phanh loại màng 28

Hình 2.12 Bầu phanh loại tích năng 29

Hình 2.13 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 32

Hình 2.14 Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết 33

Hình 2.15 Đặc tính trượt thể hiện thay đổi hệ số bám 35

Hình 2.16 Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt tương đối với các loại lốp 36

Hình 2.17 Mối quan hệ φx; φy với λ ứng với góc lệch bên φi 36 Hình 2.18 Sự thay đổi của mô men phanh Mb ,áp suất dẫn động phanh p và gia tốc của bánh xe khi phanh có ABS 38

Hình 2.19 Sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển 39

Hình 2.20 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên ô tô 40

Hình 2.21 Sơ đồ đơn giản một mạch điều khiển phanh ABS 41

Hình 2.22 Cảm biến đo tốc độ bánh xe 42

Hình 2.23 Nguyên lý xác định vận tốc của cảm biến tốc độ 43

Hình 2.24 Cảm biến đặt ở bánh trước 43

Hình 2.25 Cảm biến đặt ở bánh sau 43

Hình 2.26 Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc bánh xe 44

Hình 2.27 Hình ảnh mô phỏng van cơ cấu chấp hành 45

Hình 2.28 Hình ảnh thực tế van cơ cấu chấp hành 45

Hình 2.29 Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái tăng áp 46

Hình 2.30 Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái giảm áp 47

Hình 2.31 Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái giữ áp 48

Hình 2.32 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/3K 49

Hình 2.33 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/4K 50

Hình 2.34 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/3K xe 3 cầu 52

Hình 2.35 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/3K xe 3 cầu 54

Hình 2.36 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/4K xe 3 cầu 55

Hình 2.37 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/6K xe 3 cầu 56

Hình 3.1 Hình ảnh mô tả dạng thiết kế vỏ van 3 phần 59

Hình 3.2 Bản vẽ thiết kế thân van 60

Hình 3.3 Bố trí 2 cửa khí tại đầu ra 61

Hình 3.4 Bản vẽ thân van 2 cửa ra khí nén 61

Hình 3.5 Bản vẽ thiết kế nắp trên vỏ van 62

Hình 3.6 Bản vẽ thiết kế nắp dưới vỏ van 63

Hình 3.7 Bulông gá lắp vỏ van 64

Hình 3.8 Lôgô của phần mềm SolidWorks 65

Hình 3.9 Hình ảnh 3D mô phỏng vỏ van cơ cấu chấp hành 66

Hình 3.10 Cụm vỏ van cơ cấu chấp hành thiết kế 3D 67

Hình 3.11 Hình ảnh 3D nắp trên của van 67

Hình 3.12 Hình ảnh 3D nắp dưới của van 68

Hình 3.13 Hình ảnh 3D thân van 68

Hình 3.14 Chọn thư mục thao tác và bài toán tính bền 69

Hình 3.15 Chọn vật liệu cho chi tiết 69

Hình 3.16 Cố định cho chi tiết 70

Hình 3.17 Chọn tải trọng đặt vào chi tiết 70

Hình 3.18 Chia lưới cho chi tiết 70

Hình 3.19 Chạy chương trình kiểm nghiệm bền 71

Hình 3.20 Cố định, đặt lực và chia lưới cho nắp van trên 72

Hình 3.21 Kết quả ứng suất bền nắp trên 72

Hình 3.22 Kết quả biến dạng nắp trên 73

Hình 3.23 Kết quả sức căng mặt ngoài nắp trên 73

Hình 3.24 Cố định, đặt lực và chia lưới cho nắp van dưới 74

Hình 3.25 Kết quả ứng suất bền nắp dưới 74

Hình 3.26 Kết quả biến dạng nắp dưới 75

Hình 3.27 Kết quả sức căng mặt ngoài nắp dưới 75

Hình 3.28 Cố định, đặt lực và chia lưới cho thân van 76

Hình 3.29 Kết quả ứng suất bền thân van 76

Hình 3.30 Kết quả biến dạng thân van 77

Hình 3.31 Kết quả sức căng mặt ngoài thân van 77

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1 ABS Antilock Brake Systems: Hệ thống chống bó cứng phanh

2 TRS Traction Regulator Systems: Hệ thống kiểm soát lực kéo

3 ASR Acceleraion Slip Regulator: Kiểm soát trượt quay bánh xe

4 BAS Brake Assit System: Hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp

5 ECU Electronic Control Unit: Bộ điều khiển điện tử

6 4S/3K 4 cảm biến, 3 kênh điều khiển

7 4S/4K 4 cảm biến, 4 kênh điều khiển

8 6S/3K 6 cảm biến, 3 kênh điều khiển

9 6S/4K 6 cảm biến, 4 kênh điều khiển

10 6S/6K 6 cảm biến, 6 kênh điều khiển

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã giúp cho nền công nghiệp của các nước trên thế giới tăng trưởng không ngừng, trong đó có nghành công nghiệp ô tô Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của một đất nước và toàn xã hội Nó ra đời nhằm mục đích phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách, góp phần phát triển kinh

tế xã hội của đất nước Từ lúc ra đời cho đến nay ô tô đã được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, quốc phòng an ninh, nông nghiệp, công nghiệp, du lịch Chính vì vậy, số lượng ô tô trên thế giới không ngừng tăng nhanh; riêng chỉ tính ở Việt Nam tính đến hết tháng 7/2012, số lượng ô tô tham gia giao thông đã lên đến con số là 1.950.964 chiếc (theo Phòng tuyên truyền - Bộ Giao thông vận tải)

Đất nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các ngành công nghiệp nặng luôn từng bước phát triển Trong đó, ngành công nghiệp ô

tô luôn được chú trọng và trở thành một mũi nhọn của nền kinh tế và tỷ lệ nội địa hóa cũng ngày càng cao Tuy nhiên, công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong những bước đầu hình thành và phát triển nên mới chỉ dừng lại ở việc nhập khẩu tổng thành, lắp ráp các mẫu xe sẵn có, chế tạo một số chi tiết đơn giản và sửa chữa Do

đó, một vấn đề lớn đặt ra trong giai đoạn này là tìm hiểu và nắm vững kết cấu của từng cụm, hệ thống, chi tiết trên ô tô, phục vụ quá trình khai thác sử dụng đạt hiệu quả cao nhất, từ đó có thể từng bước làm chủ công nghệ

An toàn chuyển động của xe là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xe, nó được đánh giá bằng nhiều tiêu chí trong đó có hệ thống phanh Hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên xe ô tô, bởi vì nó đảm bảo cho xe chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển

Trên các ô tô hiện nay cơ bản đều trang bị với hệ thống phanh ABS, trong đó đối với các ô tô tải và ô tô buýt thường sử dụng hệ thống phanh ABS khí nén Tuy nhiên tại Việt Nam, các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô hầu như chưa nghiên cứu để làm

chủ công nghệ và phát triển về hệ thống phanh ABS khí nén Đối với các liên doanh

ô tô cũng không nghiên cứu, phát triển các sản phẩm ABS tại Việt Nam, mà chỉ lắp ráp từ phụ kiện nhập ngoại

Trước thực tế đó, với mong muốn góp một phần nhỏ để giải quyết các vấn đề nêu trên, cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của TS Hoàng Thăng Bình, các thầy trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng - Viện Cơ khí động lực - Trường Đại học

Bách Khoa Hà Nội, nhóm tác giả đề tài cấp Nhà nước về " Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén dùng cho ô tô sản xuất lắp ráp tại Việt Nam" và các bạn đồng nghiệp, đề tài : " Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén" đã

được hoàn thành

Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài không tránh khỏi những sai xót Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các thày cô, các bạn đồng nghiệp và các đọc giả khác

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2013

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Văn Hiến

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở nghiên cứu của đề tài:

Ngành công nghiệp ô tô không chỉ đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải, góp phần phát triển sản xuất và kinh doanh thương mại mà còn là một ngành kinh tế mang lại lợi nhuận rất cao nhờ sản xuất ra những sản phẩm có giá trị trị vượt trội Sớm nhận thức được tầm quan trọng của ngành công nghiệp này các quốc gia như

Mỹ, Nhật Bản, Anh, Pháp, Hàn Quốc … đã rất chú trọng cho việc phát triển ngành công nghiệp ô tô của riêng mình trong quá trình công nghiệp hóa không chỉ phục vụ trong nước mà còn xuất khẩu ra nước ngoài

Ở Việt Nam, chúng ta cũng đã cố gắng xây dựng ngành công nghiệp ô tô của riêng mình với mục tiêu sản xuất thay thế nhập khẩu và từng bước tiến tới xuất khẩu Chính phủ Việt Nam đã luôn khẳng định vai trò chủ chốt của ngành công nghiệp ô tô trong sự phát triển kinh tế và luôn tạo điều kiện thuận lợi thông qua việc đưa ra các chính sách ưu đãi để khuyến khích các doanh nghiệp trong nước và nước ngoài đầu tư vào sản xuất ô tô và phụ tùng Với nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ, trong những năm qua số lượng xe ô tô đưa vào sử dụng ở Việt Nam đã tăng lên một cách nhanh chóng, tính đến hết tháng 7/2012, số lượng ô tô tham gia giao thông

đã lên đến con số là 1.950.964 chiếc

Mặc dù vậy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn còn ở mức thấp cả về số lượng, chất lượng và sự hiện đại Các doanh nghiệp mới chỉ dừng

ở mức độ lắp giáp các chi tiết nhập khẩu hoặc đã sản xuất ra những chi tiết đơn giản nhưng giá thành cao, chất lượng kém, tốn thời gian Thực tế đó đặt ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trước những thách thức lớn trong vấn đề tăng tỷ lệ nội địa hóa các chi tiết ô tô từ đó tính toán, thiết kế và chế tạo ô tô nhằm dần đưa nền công nghiệp ô tô của Việt Nam lên một tầm cao mới từng bước hội nhập khu vực và thế giới

Thực tế tại Việt Nam, các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô hầu như chưa nghiên cứu để làm chủ công nghệ và phát triển về các hệ thống, cơ cấu trên ô tô; trong đó

có hệ thống phanh ABS khí nén Đối với các liên doanh ô tô cũng không nghiên cứu, phát triển các sản phẩm ABS tại Việt Nam, mà chỉ lắp ráp từ phụ kiện nhập ngoại Chính vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo các sản phẩm trong hệ thống

phanh ABS khí nén là rất cần thiết và đề tài cấp Nhà nước về " Nghiên cứu, thiết

kế, chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén dùng cho ô tô sản xuất lắp ráp tại Việt Nam" đã được đặt ra Việc nghiên cứu " Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén"

là một nội dung triển khai của đề tài này

1.2 Mục tiêu của đề tài:

Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén trên ô tô

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống phanh ABS khí nén trên ô tô, trong đó tập trung sâu vào nghiên cứu cấu tạo, quá trình làm việc, độ bền của vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh; tính toán, thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén

Hệ thống phanh ABS khí nén được trang bị trên rất nhiều loại xe ô tô, tuy nhiên trong đề tài chỉ tập trung vào nghiên cứu trên một số ô tô tải và ô tô buýt

1.4 Phương pháp thực hiện đề tài:

Ngày nay công nghệ thông tin đã phát triển mạnh mẽ máy tính đã trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho con người tạo điều kiện cho con người phát huy hết khả năng của mình Tin học đã được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống đặc biệt

là trong ngành công nghiệp chế tạo máy Các chương trình tính toán, thiết kế, tối ưu được thiết lập tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí

Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều phần mềm để tính toán, thiết

kế, trong đề tài này tác giả chọn phần mềm Solidworks để thiết kế và kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén trên ô tô

Các bước thực hiện đề tài cụ thể như sau:

+ B1: Nghiên cứu hệ thống phanh khí nén trên ô tô

+ B2: Nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén trên ô tô

+ B3: Tìm hiểu, nghiên cứu các thông số cơ bản của vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén do hãng Wabco sản xuất

+ B4: Thiết kế 3D vỏ van cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén và kiểm nghiệm bền

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN

2.1 Khái quát chung về hệ thống phanh

2.1.1 Công dụng của hệ thống phanh:

Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô, với công dụng sau:

- Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động

- Giữ xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có

sự có mặt của người lái xe

Theo tiêu chuẩn ECE R-13 Châu Âu , hệ thống phanh ô tô có thể được gọi tên khác nhau tùy theo công dụng như phanh chính, phanh đỗ, phanh dự phòng, phanh chậm dần

- Phanh chính: Thường được điều khiển bằng chân, được sử dụng để giảm tốc

độ hoặc dừng hẳn xe trong khi chuyển động

- Phanh đỗ còn gọi là phanh tay hay phanh dừng : Thường được điều khiển bằng tay nhờ đòn kéo hoặc đòn xoay, sử dụng để giữ xe ở trạng thái đứng yên trên đường dốc trong thời gian dài

- Phanh dự phòng: Là hệ thống phanh dùng để dự phòng, phanh xe khi hệ thống phanh chính bị hư hỏng Trên các ô tô hiện nay, thiết bị phanh đỗ phanh tay thường được thiết kế để đảm nhiệm luôn nhiệm vụ này

- Phanh chậm dần: Nhằm làm giảm tốc độ ô tô khi xuống dốc dài liên tục Hệ thống phanh này thường sử dụng trên các ô tô có khối lượng lớn và hoạt động ở vùng đồi núi

2.1 2 Phân loại hệ thống phanh:

- Phân loại theo kết cấu :

+ Hệ thống phanh thủy lực: Thường bố trí trên các loại xe ô tô con và ô tô tải nhẹ Loại này có thể chia ra thành các loại là hệ thống phanh thủy lực đơn giản, hệ thống phanh thủy lực có trợ lực bàn đạp phanh và hệ thống phanh thủy lực có điều chỉnh lực phanh cho bánh xe thường gặp là hệ thống phanh ABS

+ Hệ thống phanh khí nén: Thường bố trí trên ô tô tải và ô tô buýt loại vừa

và nặng Loại này có thể chia ra thành các loại là hệ thống phanh khí nén đơn giản

và hệ thống phanh khí nén có điều chỉnh lực phanh thường gặp là hệ thống phanh khí nén có ABS)

+ Hệ thống phanh thủy lực – khí nén: Thường bố trí trên các loại ô tô tải nhẹ

và vừa Hệ thống phanh loại này dùng chất lỏng điều khiển cơ cấu phanh thông qua

xi lanh bánh xe như hệ thống phanh thủy lực, việc tạo áp lực cho chất lỏng nhờ hệ thống cung cấp khí nén qua van phân phối và xi lanh khí nén Hệ thống này cho phép có các ưu điểm chung của cả hệ thống khí nén và hệ thống thủy lực

+ Hệ thống phanh điện từ: Hệ thống phanh này sử dụng lực cản do từ trường của dòng điện sinh ra để thực hiện sự phanh

- Phân loại theo số dòng dẫn động :

+ Hệ thống phanh dẫn động điều khiển một dòng

+ Hệ thống phanh dẫn động điều khiển hai dòng

Theo quy chuẩn của quốc tế chỉ cho phép dùng loại dẫn động điều khiển hai dòng, các dòng điều khiển làm việc độc lập với nhau, nhằm tránh xảy ra mất phanh cùng một lúc trên tất cả hệ thống phanh, nâng cao độ tin cậy, an toàn cho xe khi chuyển động

- Phân loại theo tiêu chí đánh giá chất lượng phanh:

+ Loại M: Gồm có loại M1 dùng cho ô tô con ; loại M2 dùng cho ô tô buýt,

ô tô chở khách và ô tô tải có trọng lượng đến 5 tấn ; loại M3 (dùng cho ô tô tải và ô

tô chở khách có trọng lượng lớn hơn 5 tấn

+ Loại N: Gồm có loại N1 dùng cho ô tô tải có tổng trọng lượng đến 3,5 tấn ; loại N2 dùng cho ô tô tải có tổng trọng lượng từ 3,5 ÷ 12 tấn ; loại N3 dùng cho ô tô tải có tổng trọng lượng lớn hơn 12 tấn

+ Loại O: Dùng cho các loại đầu kéo, rơmoóc và bán rơmoóc 2.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống phanh:

Hệ thống phanh trên ô tô rất đa dạng, song chúng đều bao gồm các cụm cơ bản:

- Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tiêu hao động năng của ô tô trong quá

trình phanh Hiện nay trên ô tô thường dùng các cơ cấu phanh dạng ma sát khô hoặc ướt nhằm tạo ra ma sát giữa hai phần quay và không quay

- Dẫn động phanh: Là tập hợp các chi tiết dùng để truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiển đến các cơ cấu phanh và điều khiển năng lượng này trong quá trình truyền với mục đích phanh xe với các cường độ khác nhau Trên ô tô thường sử dụng hai phương pháp điều khiển là điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp + Điều khiển trực tiếp: Là quá trình tạo tín hiệu điều khiển, đồng thời trực tiếp cung cấp năng lượng cần thiết cho hệ thống phanh để thực hiện sự phanh Năng lượng này có thể là năng lượng cơ bắp của người lái, hoặc kết hợp giữa năng lượng

cơ bắp với các dạng năng lượng khác thường gọi là trợ lực

+ Điều khiển gián tiếp: Là quá trình tạo nên tín hiệu điều khiển, còn năng lượng điều khiển do cơ cấu khác đảm nhận

2.1.4 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh:

Hệ thống phanh trên ô tô là một hệ thống quan trọng, hiệu quả hoạt động của nó

có ảnh hưởng lớn đến khả năng an toàn, chất lượng vận tải Do vậy, hệ thống phanh cần phải đạt các yêu cầu sau:

- Đảm bảo hiệu quả phanh cao: Có thể điều khiển theo ý muốn hay có quãng đường phanh ngắn nhất, gia tốc chậm dần của ô tô cao

- Quá trình phanh phải êm dịu: Sự thay đổi gia tốc phanh phải đều đặn nhằm đáp ứng tính điều khiển, tính ổn định của ô tô trong mọi trạng thái hoạt động

- Điều khiển nhẹ nhàng và dễ dàng kể cả phanh chính và phanh phụ

- Hiệu quả phanh ít thay đổi kể cả khi phanh liên tục nhiều lần

- Có độ tin cậy cao trong trường hợp có một phần của hệ thống phanh bị hư hỏng thì hệ thống vẫn có khả năng dừng ô tô

- Phanh chính và phanh phụ có hệ thống dẫn động độc lập và không gây ảnh hưởng xấu lẫn nhau

2.1.5 Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh:

Khi đánh giá về hệ thống phanh thường dựa trên 2 chỉ tiêu cơ bản là:

- Chỉ tiêu về quãng đường phanh và gia tốc phanh

- Chỉ tiêu về hiệu quả phanh và tính ổn định của ô tô khi phanh

ECE R-13

Ô tô chở người Ô tô chở

hàng

Ô tô con

Ô tô buýt

Ô tô tải

Phanh

chân

Quãng đường phanh tối thiểu m 50,7 36,7 61,2 36,7 Gia tốc chậm dần trung bình m/s2) ≥ 5,8 ≥ 5,0 ≥ 5,0 Thời gian chậm tác dụng s ≤ 0,36 ≤ 0,54 ≤ 0,54

Phanh

tay

Quãng đường phanh tối thiểu m 93,3 64,4 95,7 54,0 Gia tốc chậm dần trung bình m/s2) 2,9 2,5 2,2

Hình 2.1 Bảng các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh

( theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE R-13)

2.2 Hệ thống phanh khi nén

2.2.1 Yêu cầu chung đối với hệ thống phanh khí nén:

Ngoài những yêu cầu đối với hệ thống phanh nói chung, hệ thống phanh khí nén cần phải thỏa mãn các yêu cầu cụ thể sau:

- Đảm bảo hiệu quả phanh cao ở bất kỳ chế độ chuyển động nào Giữ cố định xe khi dừng xe trong thời gian tùy ý

- Phanh đồng thời tất cả các bánh xe và ổn định hướng khi phanh

- Thời gian chậm tác dụng của hệ thống là nhỏ nhất

- Đảm bảo khả năng tùy động khi điều khiển

- Phân bố mô men phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kỳ cường độ nào

- Không có hiện tượng bó cứng phanh

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

- Tuổi thọ làm việc và độ tin cậy làm việc cao

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp, điều khiển phanh nhẹ nhàng, không

có tiếng ồn khi phanh

- Phanh rơmoóc nếu có phải tác dụng đồng thời hoặc tác dụng trước phanh ô tô

- Bố trí hợp lý, dễ kiểm tra, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa

2.2.2 Tổng quan chung về hệ thống phanh khí nén:

a Tổng quan:

Hệ thống phanh khí nén hay bất kỳ một hệ thống phanh nào đều gồm có dẫn động phanh – đóng vai trò dẫn động điều khiển và cơ cấu phanh – đóng vai trò cơ cấu chấp hành Nguồn năng lượng của hệ thống phanh đảm bảo cung cấp năng lượng tới từng phần tử trong hệ thống để phanh xe

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống phanh khí nén

- Dẫn động phanh: Được chia thành bốn khối cơ bản:

+ Khối tích năng: Tích trữ năng lượng dưới dạng thế năng để đảm bảo khả năng phanh thường xuyên vào bất cứ thời điểm nào

+ Khối điều khiển: Có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu điều khiển và điều chỉnh nguồn năng lượng truyền đến cơ cấu phanh

+ Khối truyền: Là tập hợp các thiết bị truyền dẫn năng lượng và truyền tín hiệu điều khiển phanh trong toàn hệ thống

+ Khối chấp hành: Có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng truyền từ khối tích năng thành cơ năng tác dụng trực tiếp lên cơ cấu phanh

Phản hồi

Dẫn động điều khiển chấp hành Cơ cấu

Nguồn năng lượng Người lái

Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén

1 Máy nén khi 4 Cụm van chia, bảo vệ

2 Bộ điều chỉnh áp suất 5 Bình chứa khí nén mạch I

3 Bình làm khô 6 Bình chứa khí nén mạch II

a) Nguồn cung cấp 7 Van phân phối hai dòng

b) Cụm điều khiển 8.Bầu phanh và cơ cấu phanh trước c) Cơ cấu chấp hành: 9 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau

d) Các đường ống dẫn khí

- Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tiêu hao động năng của ô tô trong quá trình phanh

b Cấu tạo hệ thống phanh khí nén:

Hệ thống phanh khí nén cơ bản bao gồm các phần chính là:

- Phần cung cấp khí nén

- Van phân phối khí

- Bầu phanh

- Các đường ống dẫn khí

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống phanh khí nén không có ABS

▲ Phần cung cấp khí nén:

- Bao gồm các cụm là máy nén khí, bộ điều chỉnh áp suất, bộ lọc nước và làm khô khí, cụm van chia và bảo vệ, bình chứa khí nén

- Chức năng chính của phần cung cấp khí nén:

+ Hút không khí từ bên ngoài khí quyển, nén không khí tới áp suất cần thiết, đảm bảo cung cấp cho hệ thống phanh khí nén có đủ áp suất và lưu lượng làm việc + Lọc hơi nước có trong khí nén, tao ra khí khô

+ Hạn chế áp suất không gây nên mất an toàn cho hệ thống khi động cơ làm việc liên tục

+ Tích lũy khí nén, tránh xảy ra giảm áp suất quá mức khi phanh nhiều lần

+ Chia khí thành các dòng dẫn độc lập để dẫn tới van phân phối khí, bảo vệ áp suất trên các dòng còn lại khi bị vỡ hay mất áp suất ở một hay nhiều dòng khí khác

• Máy nén khí:

Là thiết bị nhận năng lượng từ động cơ và thực hiện chức năng nén không khí từ khí quyển vào bình chứa khí bình tích lũy năng lượng

Hình 2.5: Cấu tạo máy nén khí

1 Giá đỡ; 2 Moayơ; 3,4,8 Vỏ; 4 Vít hãm; 5 Đệm chắn dầu; 6,49 Ổ bi; 7 Thân;

8 Puli; 9 Khối xilanh; 10 Thanh truyền; 11 Xécmăng dầu; 12 Nắp hãm; 13 Chốt pitông; 14 Xécmăng khí; 15 Bạc lót; 16 Piston; 17,27,32,39 Đế van; 18 Van nén; 19 Lò xo van nén; 20,51 Đai ốc; 21 Nắp máy; 22 Nắp đế van; 23 Đường khí nạp; 24 Đế chặn van; 25 Lò xo van nạp; 26 Van nạp; 28 Đũa đẩy; 29 Lò xo đòn ngang; 30 Buồng chia khí và giảm áp; 31 Rãnh dẫn; 33 Nắp điều chỉnh; 34

Lò xo; 35 Vỏ bộ điều chỉnh áp suất; 36 Thanh đẩy hình trụ; 37 Van xả của bộ điều chỉnh áp suất; 38 Van nạp của bộ điều chỉnh áp suất; 40 Bầu lọc; 41 Đòn ngang; 42 Con trượt; 43,45 Đầu nối; 44 Bộ điều áp; 46 Bạc làm kín; 47 Lò xo bạc làm kín; 50 Nắp thanh truyền; 52 Bạc đầu to thanh truyền; 53 Trục khuỷu;

54 Đường ra của dầu bôi trơn

Máy nén khí dùng trên ô tô với nhiều mục đích khác nhau, nhưng nói chung

nó được dùng để tạo nên khí nén có áp suất khoảng (0,8 ÷ 1,0) MPa, phục vụ cho hệ thống phanh khí nén, hệ thống trợ lực điều khiển trợ lực lái, trợ lực điều khiển ly hợp, hệ thống treo khí nén và dùng cho các công dụng khác của hệ thống chuyên dụng trên ô tô.Với ô tô tải và ô tô buýt, máy nén khí cần công suất khoảng 1÷ 4

Quá trình nạp khí: Piston máy nén khí dịch chuyển xuống dưới, van nạp khí

mở, hút không khí ngoài khí quyển vào xy lanh qua bầu lọc khí

Quá trình nén khí: Piston máy nén khí dịch chuyển lên trên, van nạp khí đóng lại, không khí trong xy lanh bị nén lại đến lúc thắng được lực nén của lò xo và làm mở van xả khí nén về đường cấp khí nén Trên đường cấp khí nén có trích một dòng về điều khiển van giảm tải Khi áp suất của đường cấp khí nén còn nhỏ thì van giảm tải chưa hoạt động, khí nén tiếp tục nạp vào bình chứa

Hai quá trình này thực hiện với một vòng quay của trục khuỷu máy nén khí, tức là tạo nên quá trình nạp khí và nén khí tuần hoàn

Khi áp suất của bình chứa lên tới áp suất giới hạn, dòng khí điều khiển van giảm tải cũng đạt mức tối đa và con đội van giảm tải bị đẩy xuống, thắng lực lò xo đồng thời tỳ vào van nạp Van nạp không thể đóng kín không gian phía trên của piston máy nén khí, do vậy khi piston đi xuống thì khí nạp sẽ được đưa vào, còn khi piston đi lên thì khí nạp sẽ bị đẩy ngược qua van nạp; không khí không được nén, máy nén khí được giảm tải

Nhờ có van giảm tải trên máy nén khí mà khi áp suất cao đến giới hạn quy định khoảng 0,85 MPa , máy nén khí làm việc ở chế độ không tải nhằm nâng cao tuổi thọ của máy và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ Khi động cơ làm việc ở số vòng quay thấp, máy nén khí đảm bảo sau khoảng (2 ÷ 3) phút sẽ cung cấp khí nén

đạt được 0,8 MPa Khi động cơ làm việc, quá trình cung cấp khí nén đảm bảo ổn định ở áp suất 0,85 MPa

• Bộ điều chỉnh áp suất:

Bộ điều chỉnh áp suất được bố trí nằm giữa bình chứa khí nén và máy nén khí Nhiệm vụ của bộ điều chỉnh áp suất là nhằm duy trì áp suất của nguồn cung cấp nằm trong giới hạn nhất định, áp suất quy định chung cho các hệ thống cung cấp tại máy nén khí là (0,75 ÷ 0,8) MPa

1 Chụp bảo vệ; 2 Chụp điều chỉnh; 3.Lò xo; 4 Bi tỳ; 5 Cần van; 6 Đai

ốc hãm; 7 Rãnh dẫn; 8 Lưới lọc;

9 Thân; 10 Nút; 11 Lọc dùng kim loại; 12 Vòng đàn hồi; 13 Van nạp; 14 Van xả; 15 Đế van nạp;

16 Đế van xả; 17 Đệm điều chỉnh;

18 Vòng chặn; I Khí nén áp suất cao từ bình chứa; II Cửa thoát khí

ra ngoài khí trời; III Khí từ khối giảm áp của máy nén khí

Hình 2.6: Bộ điều chỉnh áp suất

Nguyên lý làm việc:

Khí nén từ máy nén khí đi tới bộ điều chỉnh áp suất thông qua đường dẫn

Khi áp suất tăng cao, lực khí nén tác dụng vào piston thắng lực lò xo và đẩy piston

đi lên Một dòng khí cấp cho đầu nối đến van giảm tải, một phần khí thừa thoát ra đường xả khí Đường xả khí thoát ra ngoài nhờ rãnh nhỏ nằm giữa nắp che bụi và thân van Nhờ đường khí đến van giảm tải thực hiện mở van nạp của máy nén khí tạo điều kiện cho máy nén khí làm việc không tải Giá trị áp suất giới hạn phụ thuộc

vào lực nén lò xo Khi gia tăng lực ép của lò xo tức là tăng áp suất hệ thống và ngược lại

Việc tiến hành điều chỉnh áp suất cho hệ thống cần được sự cho phép của nhà sản xuất và có thiết bị đo áp suất chuyên dùng cùng với các đầu nối ba ngả Van điều chỉnh áp suất không được phép điều chỉnh ở áp suất quá cao, điều này có thể dẫn tới nổ bình chứa khí hay đường ống dẫn khí Để đề phòng bộ điều chỉnh áp suất

bị kẹt, trên các bình chứa đều bố trí các van an toàn

• Bộ lọc nước và làm khô khí:

Máy nén khí hút không khí từ ngoài khí quyển với độ ẩm khác nhau và được đưa vào hệ thống cung cấp Hơi nước trong hệ thống khí nén có thể tạo ra cặn hay đông cứng tại các bình khí nén và trên đường ống, làm chậm tác dụng truyền áp suất và có thể gây ra rỉ các chi tiết kim loại, do vậy cần thiết phải tách hơi nước ra khỏi khí nén thông qua thiết bị lọc và làm khô khí

- Cấu tạo:

Bộ lọc có chất hút ẩm chia làm 2 khoang, một khoang chứa các tấm lọc khí

và chất hút ẩm, một khoang tích khí và điều hòa áp suất Giữa hai khoang có bố trí van kiểm soát lưu thông khí và các gíclơ

Hình 2.7: Bộ lọc tạp bẩn và làm khô khí

- Nguyên lý làm việc:

+ Khí có hơi nước từ máy nén khí thông qua đường dẫn sẽ đi qua các tấm lọc bụi, các tấm hút dầu, các tấm hút ẩm và bị thổi qua các giclơ lên khoang tích khí Khí khô sẽ được cấp cho bình chứa thông qua đường dẫn Hơi nước, dầu sẽ bị giữ lại trong khoang chứa và nằm lại dưới đáy của bộ lọc Một đường khí nén từ bộ điều áp cấp vào phần đáy của khoang chứa sẽ tác dụng lên piston Khi áp suất khí của máy nén đạt tới giá trị giới hạn, piston sẽ mở van xả cho khí ẩm, hơi nước, dầu thoát ra ngoài theo đường dẫn

+ Để đề phòng tắc gíc lơ, cụm van và lò xo có thể dịch chuyển mở rộng lỗ thông khí, cho phép khí chuyển từ khoang chứa các tấm lọc sang khoang tích khí

+ Khi máy nén khí không làm việc, lượng khí ẩm còn trong bình chứa bị hút ngược trở về vùng hút ẩm và có thể đọng lại ở đáy bầu lọc, chờ thoát ra ngoài theo đường dẫn

• Cụm van chia và bảo vệ:

Van có cấu trúc là dạng màng đàn hồi và lò xo, làm việc theo nguyên lý van một chiều độc lập Van cho phép mở thông dòng khí ở áp suất 0,59 MPa và cắt dòng khí ở áp suất 0,44 MPa

Hình 2.8: Van phân chia và bảo vệ khí nén

I Cửa nối với máy nén khí; II,III Các cửa nối đến các nguồn khí nén dự trữ;

1 Thân van; 2 Piston trung tâm; 3 Van một chiều; 4 Piston tỳ; 5,6,7.Lò xo

Công dụng của van là chia dòng cấp khí cho 4 nhánh và tạo nên các dòng khí độc lập khi một hoặc một số dòng khí bị mất áp suất, các dòng khí còn lại vẫn làm việc được Vì vậy, van có chức năng bảo vệ khả năng độc lập các dòng khí nén

Van gồm có 4 nhánh, trong đó 2 nhánh của van được nối với các bình chứa khí nén phục vụ phanh cầu trước, cầu sau và rơ moóc, 01 nhánh của van nối với phanh tay, 01 nhánh của van để cung cấp khí nén cho các thiết bị khí nén khác

• Bình chứa khí nén và van an toàn:

- Bình chứa khí nén là nơi dự trữ năng lượng khí nén Bình chứa có thể là bình

có thể tích lớn và chia thành các ngăn độc lập dùng với các dòng điều khiển phanh khác nhau Khi kiểm nghiệm bình có thể chịu áp suất tới 4,0 MPa, ở trạng thái bình thường thì áp suất giới hạn là 0,95 MPa Trên mỗi ngăn hay bình chứa độc lập đều

có van an toàn và van xả nước

Hình 2.9: Van an toàn 1.Đế van; 2 Thân van; 3 Van bi; 4 Lò xo;

5 Đai ốc hãm; 6 Vít điều chỉnh; 7 Thanh đẩy

- Van an toàn được bắt trên vỏ của bình chứa nhằm phòng ngừa cho hệ thống khí nén khỏi bị tăng áp suất quá lớn so với quy định Khi áp suất nhỏ hơn giới hạn, van bi dưới tác dụng của lò xo sẽ đậy chặt lỗ van Khi áp suất đạt tới giá trị giới hạn, bi sẽ nén lò xo lại để cho khí thoát ra ngoài thông qua lỗ thoát, nhờ đó áp suất trong bình không tăng tiếp Để thay đổi áp suất trong bình bằng cách thay đổi giá trị lực ép của lò xo nhờ vít điều chỉnh

▲ Van phân phối khí:

Van phân phối khí được gắn liền với bàn đạp phanh cơ cấu điều khiển trên buồng lái , là thiết bị quan trọng của hệ thống phanh Nó xác định các trạng thái làm

việc của cơ cấu phanh phanh, nhả phanh, rà phanh

- Van phân phối khí được chia thành các loại là: Van phân phối khí một dòng; van phân phối khí hai dòng và van phân phối khí hai dòng kết hợp điều khiển phanh rơmoóc Theo các quy định quốc tế, hệ thống điều khiển phanh trên ô tô phải

bố trí hai dòng, do vậy khi sử dụng van phân phối loại một dòng cần có thêm bộ chia dòng, nên các loại ô tô ngày nay chỉ bố trí kết cấu van phân phối khí hai dòng

6 Lò xo hồi vị piston trên

7 Lò xo hồi vị van trên

X Cửa xả khí

Hình 2.10: Van phân phối hai dòng

Nguyên lý làm việc:

- Khi không phanh:

Các lò xo giữ cho van trên và van dưới đóng cửa nạp, nên khí từ bình chứa tới các cửa V1, V2 bị chặn lại và thường trực ở đó Không khí có áp suất bằng áp suất khí quyển thông vào đường R1 và R2 qua đường X cho phép các bầu phanh bánh xe ở trạng thái nhả phanh, bánh xe lăn trơn

- Khi phanh:

Bàn đạp phanh quay quanh chốt cố định, ép con lăn tỳ cốc ép đi xuống Khi đã khắc phục xong khe hở tự do giữa cốc ép và bích chắn, bích chắn ép lò xo tỳ vào

piston trên và đẩy xuống Khi đế trong của van tiếp xúc với mặt van thì đường R1 ra khí quyển X đóng lại và đế van trong tiếp tục đi xuống, tách đế ngoài của van khỏi mặt van, van nạp khí nén trên bắt đầu mở Khí nén đi từ cửa V1 qua van nạp ngăn trên thông sang cửa R1 để dẫn đến các bầu phanh bánh xe sau

Đồng thời với quá trình này, ở cạnh cửa R1 có một lỗ nhỏ thông với mặt dưới của piston trên, và một lỗ khác thông với mặt trên của piston dưới Với piston trên,

áp suất khí nén có tác dụng cùng chiều với lực đẩy của lò xo hồi vị làm tăng lực đẩy lên piston, gây cảm giác nặng cho người lái Với piston dưới, chiều tác dụng của lực bàn đạp qua piston trên truyền tới piston dưới, đẩy piston đi xuống, ép sát vào mặt van dưới, đường thông R2 ra khí quyển X đóng lại và piston tiếp tục đi xuống, tách

đế ngoài của van khỏi mặt van, van nạp khí nén bắt đầu mở Khí nén từ cửa V2 qua van thông sang cửa R2 để dẫn đến các bầu phanh bánh xe trước

Mặt khác, áp suất khí nén qua lỗ nhỏ tác dụng lên mặt trên của piston dưới, đẩy piston dưới đi xuống Lực khí nén của khoang trên từ V1 sang R1 cùng chiều lực bàn đạp, hỗ trợ đẩy piston đi xuống làm nhanh quá trình đóng mở cụm van dưới Như vậy, cơ cấu phanh trên cầu sau được tiến hành phanh sớm hơn cơ cấu phanh trên cầu trước một khoảng thời gian rất nhỏ, nhằm mục đích tăng tính ổn định cho ô tô khi phanh

- Khi nhả phanh:

Bàn đạp phanh trở về vị trí ban đầu, cốc ép được đẩy về vị trí ban đầu dưới tác động của lực lò xo hồi vị, đẩy piston dưới và piston trên dịch chuyển lên trên quá trình dịch chuyển ngược lại với trạng thái phanh đóng van cấp khí nén và mở van thông khí quyển Như vậy dòng cấp khí nén từ V1 sang R1 và từ V2 sang R2 bị ngắt và nối thông đường khí R1, R2 ra khí quyển qua cửa X Khí nén từ các bầu phanh được xả hết ra ngoài nhờ các lò xo hồi vị trong cơ cấu phanh bánh xe, quá trình phanh kết thúc, các bánh xe lăn trơn

▲ Bầu phanh:

Bầu phanh bánh xe có cấu trúc như xy lanh lực tác động một chiều Vỏ của bầu phanh cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên piston đẩy và dịch chuyển để

điều khiển cam quay

Bầu phanh có nhiệm vụ nhận tác động của áp suất khí nén, tạo nên lực để đẩy đòn đẩy dịch chuyển, thực hiện quay cam quay trong cơ cấu phanh khi phanh Khi thôi phanh đẩy khí nén ra ngoài và đưa cam quay về vị trí không phanh

Bầu phanh chính là khối chấp hành của dẫn động phanh khí nén Gồm có hai loại chính là:

+ Loại tác dụng một chiều bầu phanh loại màng, bầu phanh loại piston)

+ Loại tác dụng hai chiều bầu phanh tích năng)

• Bầu phanh loại màng:

Có kết cấu theo dạng piston khí nén, nhưng với cấu trúc piston là màng cao

su biến dạng Lò xo hồi vị là một cặp lò xo lồng có chiều xoắn ngược chiều nhau nhằm tránh kẹt đòn đẩy khi một lò xo bị gẫy

Hình 2.11: Bầu phanh loại màng 1.Thân bầu phanh; 2 Màng; 3 Cần đẩy; 4 Nắp bầu phanh; 5 Ống mềm

dẫn khí nén; 6,7 Lò xo; 8 Đệm kín; 9 Bulông; 10 Nạng

Nguyên lý làm việc:

Khi không phanh, trên lỗ dẫn khí không có khí nén, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, đòn đẩy ở vị trí bên trái Khi phanh, dòng khí nén cấp vào qua lỗ dẫn khí sẽ đẩy màng cao su và đòn bẩy dịch chuyển về bên phải, thực hiện sự xoay cam quay trong cơ cấu phanh Khi nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, khí nén quay trở

về van phân phối và thông ra khí quyển, đòn đẩy trở về vị trí ban đầu

• Bầu phanh loại tích năng:

Bầu phanh tích năng có cấu tạo trên cơ sở của bầu phanh dạng màng Cấu trúc tạo nên 4 khoang sau:

- Khoang P để chứa lò xo hồi vị

- Khoang S dùng để cấp khí nén khi phanh

- Khoang Q dùng để nhả phanh tích năng

- Khoang T để chứa lò xo tích năng

Hình 2.12: Bầu phanh loại tích năng

1 Ốc điều chỉnh 2 Ống đẩy 3 Vỏ bầu phanh 4 Ống dẫn khí 5 Vỏ trong

6 Màng cao su 7 Đòn đẩy 8 Thân bầu phanh 9 Lò xo hồi vị 10 Tấm đỡ

11 Bạc đẩy 12 Vòng tỳ 13 Piston tích năng 14 Lò xo tích năng

A Điều khiển phanh chân P- Thông với khí quyển

B Điều khiển nhả phanh S- Khoang thông với A

C Q- Khoang thông với B T- Khoang tích năng

Nguyên lý làm việc:

- Ở trạng thái ban đầu khi chưa có khí nén, dưới tác dụng của lò xo tích năng đẩy piston tích năng và ống đẩy về phía trái, tác dụng vào piston màng và đòn đẩy nhằm thực hiện phanh bánh xe Ở trạng thái này phục vụ cho việc đỗ xe trên dốc

- Khi không phanh, máy nén khí làm việc đạt tới áp suất tối thiểu khoảng 0,5 MPa , khí từ bình chứa khí sẽ nạp vào khoang Q, khí nén đẩy piston tích năng

và nén lò xo tích năng về bên phải, kéo cam quay trong cơ cấu phanh về vị trí nhả phanh, bánh xe lăn trơn

- Khi phanh bằng phanh chân, van phân phối mở đường khí cấp tới khoang

S, đồng thời trong khoang Q có khí nén, piston màng bị dịch chuyển về bên trái, đòn đẩy thực hiện dịch chuyển và phanh bánh xe

- Khi thôi phanh, khí nén theo đường dẫn thoát ra ngoài qua van phân phối, thực hiện sự nhả phanh trở lại trạng thái không phanh

- Nếu trên ô tô không còn khí nén, lò xo tích năng luôn có xu hướng đẩy ống đẩy và đòn đẩy về trạng thái phanh, cơ cấu phanh bị phanh cứng Như vậy, bầu phanh tích năng trên ô tô thay thế chức năng của phanh phụ phanh tay)

▲ Các đầu nối và đường ống:

Đường ống và các đầu nối có nhiệm vụ dẫn khí nén tới các cụm công tác

- Đường ống dẫn trong hệ thống phanh thường sử dụng gồm 2 loại là đường ống cứng và đường ống mềm

+ Đường ống cứng: Có thể chế tạo từ thép ống hay bằng hợp kim đồng có khả năng chịu áp suất cao tới 1,5 MPa Đường ống thường nằm gọn trong không gian của xe và được kẹp chắc chắn trên khung xe

+ Đường ống mềm: Thường chế tạo từ cao su có 1 hay 2 lớp thép bên trong, chúng được bố trí dẫn khí nén từ khung xe xuống cầu xe hay bánh xe Phần lớn các ống mềm không dài nhằm tránh bị giãn nở, giảm áp suất điều khiển

- Đầu nối là các điểm nối của hệ thống dẫn khí Đầu nối có thể là các chạc 2 ngả, 3 ngả hay 4 ngả tùy theo kết cấu dẫn động khí nén trên xe, với các dạng van 1 chiều đảm nhận chức năng bảo vệ

2.3 Hệ thống phanh ABS khí nén

2.3.1 Lịch sử phát triển của hệ thống ABS (Antilock Brake Systems)

Hệ thống ABS được sử dụng đầu tiên trên các máy bay thương mại vào năm

1949, chống hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh Nhưng do

công nghệ của những năm đó còn hạn chế vì vậy kết cấu hệ thống ABS còn cồng kềnh, hoạt động không tin cậy, quá trình làm việc chưa linh hoạt trong các tình huống

Năm 1969, công nghệ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch microchip ra đời, hệ thống ABS lần đầu tiên được lắp trên ô tô Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên vào năm 1971, đây là hệ thống ABS một kênh điều khiển đồng thời 2 bánh sau Năm 1980 công nghệ điều khiển điện tử, vi xử lý digitalmicroprocessrs/microcontrollers thay cho các hệ thống điều khiển tương tự analog đơn giản trước đó

Trong giai đoạn đầu, hệ thống ABS chỉ được lắp trên các xe du lịch cao cấp, đắt tiền, theo yêu cầu của thị trường, dần dần hệ thống này được đưa vào sử dụng rộng rãi hơn Năm 1989, hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống chống trượt quay TSC Hệ thống này điều khiển bằng cách điều chỉnh giá trị của mô men phanh và mô men được truyền từ động cơ đến các bánh xe Hệ thống này còn có khả năng điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động cơ nhằm hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô men Tuy nhiên tại thời điểm đó, số kênh điều khiển hệ thống còn ít, chỉ điều khiển một kênh, hoặc hai kênh cho toàn bộ các cầu hoặc một cầu xe

và sử dụng van điều hòa lực phanh bằng cơ khí để phân phối áp suất phanh đến các bánh

Năm 1994: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống cân bằng điện tử EBD Hệ thống điện tử dần thay thế các hệ thống cơ khí, hệ thống phanh ABS trong hệ thống đã bắt đầu điều khiển nhiều kênh, điều khiển từng bánh xe độc lập Đến nay, ABS đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với các loại xe du lịch và các xe hoạt động ở những vùng đường băng tuyết dễ trơn trượt Mặt khác, hiện nay

hệ thống ABS không chỉ thiết kế trên các hệ thống phanh dẫn động thủy lực mà còn ứng dụng rộng rãi trên hệ thống phanh dẫn động khí nén của các xe tải và xe khách

cỡ lớn Nhằm nâng cao tính ổn định và an toàn của xe khi hoạt động, hệ thống ABS còn được thiết kế kết hợp với nhiều hệ thống khác:

- Hệ thống kiểm soát lực kéo Traction Regulator Control (TRS) hay hệ thống kiểm soát trượt quay bánh xe Acceleraion Slip Regulator (ASR)

- Hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử Electronic Brakeforce Distribution EBD và hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp Brake Assit System BAS

- Hệ thống làm tăng lực phanh ở các bánh xe Brake Assit System BAS , để quãng đường phanh ngắn nhất trong trường hợp phanh gấp

2.3.2 Khái niệm cơ sở về ABS:

2.3.2.1 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh:

Hình 2.13: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

Khi phanh, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:



P – Lực đẩy từ khung xe truyền đến

Gb – tải trọng tác dụng lên bánh xe;

Zb – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe;

Mp – Mô men phanh;

Mf – Mô men cản lăn;

Mjb – Mô men quán tính

Cơ cấu phanh sinh ra mô men phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại, khi đó bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần Do bánh xe chuyển động có gia tốc nên bánh xe chịu thêm mô men quán tính Mjb tác dụng cùng chiều với chiều quay của bánh xe Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng của mô men cản lăn Mf ngược chiều chuyển

động Tuy nhiên mô men cản lăn nhỏ hơn nhiều lần so với mô men phanh, do đó

trong quá trình phanh có thể bỏ qua mô men cản lăn này Lúc đó có thể coi còn duy

nhất thành phần mô men phanh Mp có tác dụng hãm bánh xe, mô men phanh này

tạo ra lực phanh Pp có phương tiếp tuyến, ngược với chiều của lực Pξ, có tác dụng

giảm tốc độ chuyển động của ô tô Lực phanh được xác định theo công thức:

b

p p

r

M

2.3.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh:

Mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra, mặt đường là nơi tiếp nhận thông qua độ

bám giữa bánh xe và mặt đường Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám

giữa bánh xe và mặt đường, được đặc trưng bởi hệ số bám  thông qua mối quan

hệ sau: P pm ax  P  Z b.

Trong đó: P Pmax – Lực phanh cực đại mà bánh xe có thể tiếp nhận được;

P – Lực bám giữa bánh xe và mặt đường

Do đó khi phanh gấp hoặc khi phanh trên các loại đường có hệ số bám  thấp,

như đường trơn ướt, đường tuyết … làm cho Pp  P; điều này khiến bánh xe

nhanh chóng bị trượt lết trên đường

Trong đó: v: Là vận tốc dài thực của bánh xe cũng là vận tốc thực của xe

v 0 là vận tốc lí thuyết của bánh xe

Các vận tốc đó được xác định theo công thức: v  k rl [m/s], v0  k rb [m/s] k – Vận tốc góc của bánh xe [rad/s];

v v v

Khi  = 100%, bánh xe bị hãm cứng và trượt lết hoàn toàn trên mặt đường

2.3.2.3 Đặc tính trượt khi phanh:

Sự bám của bánh xe với mặt đường được đặc trưng bới hệ số bám bánh xe với mặt đường gồm hệ số bám theo phương dọc φx, hệ số bám theo phương ngang

φy Lực phanh cực đại Fxmax của bánh xe tỷ lệ thuận với hệ số bám φ và trọng lượng

của xe G và được xác định bằng biểu thức: F xmax P F z.

Trong đó Pφ - lực bám của bánh xe với mặt đường; Fz- phản lực thẳng từ mặt đường lên bánh xe Hệ số bám φ phụ thuộc loại, tình trạng mặt đường; kết cấu, vật liệu, độ cứng, áp suất lốp xe; tải trọng lên bánh xe, tốc độ của xe; điều kiện, nhiệt độ làm việc

Mặt khác khi phanh do tải trọng, phản lực từ mặt đường, mô men tác dụng lên bánh xe thường xuyên thay đổi làm cho lốp xe bị biến dạng, làm xuất hiện hiện tượng trượt cục bộ tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Để đánh giá mức

độ trượt sử dụng khái niệm độ trượ λ, được xác định : v .r b

Hình 2.15: Đặc tính trượt thể hiện sự thay đổi hệ số bám

(a)- Hệ số bám dọc x , hệ số bám ngang y theo độ trượt tương đối 

(b)- Đặc tính trượt với các loại đường khác nhau

Trong đồ thị hình 2.15 a), hệ số bám dọc φx, hệ số bám ngang φy thay đổi theo

độ trượt tương đối λ Khi bánh xe làm việc trong vùng ổn định: độ trượt λ tăng thì

hệ số bám dọc φx tăng lên nhanh chóng, đạt giá trị cực đại trong khoảng λ = 15

30% và hệ số bám ngang φy có giá trị cao Nếu bánh xe làm việc trong vùng không ổn định: khi độ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bám dọc φx giảm từ 50 60%, còn hệ số bám ngang φy giảm nhanh hơn, thậm trí nếu λ = 100% bánh xe trượt hoàn toàn thì hệ số bám ngang φy giảm gần về “0”

Trong đồ thị hình 2.15 b): Hầu hết các loại đường hệ số bám dọc φx đạt giá trị cực đại, hệ số bám ngang φy đạt giá trị khá cao khi độ trượt tương đối λ nằm trong vùng giá trị độ trượt tối ưu Vì vậy, khi nghiên cứu thiết kế hệ thống phanh và điều

y

 ,

tế các bánh xe trên cùng 1 cầu hay trên cùng một vết cũng làm việc trên mặt đường

có hệ số bám φ khác nhau đòi hỏi hệ thống phanh phải có khả năng tự điều khiển sao cho bánh xe làm việc trong vùng độ trượt tối ưu

1 Lốp bố tròn chạy trên đường khô 2- Lốp bố chéo chạy trên đường nhựa ướt 3- Lốp bố tròn chạy trên đường tuyết 4- Lốp bố tròn chạy trên đường băng

Hình 2.16: Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt tương đối với các loại lốp

Trong hình 2.16: Mỗi một loại lốp kích thước, kết cấu, áp xuất hơi lốp có đặc tính biến dạng - độ cứng khác nhau thì quan hệ giữa φx và λ0 khác nhau Vì vậy khi nghiên cứu, tính toán quá trình phanh của xe phải xem xét quan hệ động lực học của xe, bánh xe với đặc tính của từng loại lốp xe Đồng thời trong quá trình sử dụng không tuỳ tiện thay đổi kiểu, loại lốp xe do nhà thiết kế qui định cho mỗi loại xe

Hình 2.17: Mối quan hệ φ x ; φ y với λ ứng với góc lệch bên φ i

Khi xe ô tô chuyển động trên đường nghiêng, đường vòng tại bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường luôn xuất hiện phản lực của đường bánh xe phản lực thẳng đứng Fz, phản lực bên Fy Do bánh xe đàn hồi nên mặt phẳng đối xứng của bánh xe dịch chuyển đi một đoạn, khi đó đường tâm vết tiếp xúc với phương vận tốc bánh

xe tạo thành góc lệch αi gọi là góc lệch bên Ta nhận thấy khi αi tăng thì λ tăng, tính

ổn định của xe giảm, vì vậy trong trường hợp này phải ưu tiên điều khiển ổn định của xe

2.3.2.4 Nguyên tắc điều khiển của ABS :

Mục tiêu hệ thống phanh ABS là điều khiển áp suất dẫn động phanh sao cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt λ thay đổi trong phạm vi hẹp quanh giá trị trượt tối ưu λ0 để tận dụng tối đa khả năng bám, tại điểm đó lực phanh Pp đạt giá trị cực đại, đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng của xe là tốt nhất

k x

P m ax  m ax   m ax.

Trong đó: Pp - lực phanh bánh xe; Ppmax - lực phanh cực đại

φmax - hệ số bám cực đại; Pφmax - lực bám cực đại

Zk - phản lực thẳng đứng mặt đường lên bánh xe

Quá trình điều khiển áp suất phanh trong cơ cấu phanh; sự biến đổi gia tốc chậm dần bánh xe  ), mômen phanh (Mb , hệ số bám φx; φy và độ trượt λ của bánh

xe khi phanh như sau:

 Khi tác động lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động trong hệ thống tăng lên, làm cho mômen phanh (Mp tại các bánh xe tăng làm tăng gia tốc chậm dần của bánh xe đồng thời độ trượt của nó tăng theo Khi tăng đến điểm mà tại đó hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại φxmax , độ trượt đạt độ trượt tối ưu λ0 trên đường cong φx =

f λ thì gia tốc chậm dần của bánh xe tăng đột ngột Điều này báo hiệu bánh xe có

xu hướng bị bó cứng Giai đoạn này của quá trình phanh ABS ứng với các đường cong 0-1 trên hình 2.18 a, b, c Giai đoạn này gọi là pha I – pha tăng áp trong hệ thống phanh Bộ điều khiển trung tâm ECU của hệ thống ghi lại gia tốc tại điểm 1 đạt giá trị giới hạn đoạn C1 trên hình 2.18c) và ra lệnh cho bộ chấp hành van điều khiển áp suất phải giảm áp suất dẫn động phanh Sự giảm áp suất trong dẫn động

phanh chưa giảm ngay do độ trễ của hệ thống Quá trình xảy ra từ điểm 1 đến điểm

2 được gọi pha II pha giảm áp trong hệ thống phanh Gia tốc của bánh xe lúc này giảm dần và tại điểm 2 gia tốc tiến dần đến 0 Giá trị gia tốc này tương ứng với đoạn C1 trên hình c Sau khi đạt giá trị này, ECU ra tín hiệu điều khiển cho bộ chấp hành ổn định áp suất dẫn động trong hệ thống Lúc này bánh xe tăng tốc, vận tốc bánh xe tiến gần vận tốc của xe làm cho độ trượt  giảm, hệ số bám dọc φx tăng lên đoạn 2-3) Giai đoạn này gọi là pha III pha giữ áp Trong thời gian này Mbđược duy trì ổn định nên gia tốc cực đại của bánh xe trong chuyển động tương đối

sẽ phát sinh tương ứng với thời điểm φmax

Gia tốc cực đại trên được chọn làm giá trị điều khiển gia tốc ngưỡng ứng với đoạn C3 trên hình c, ECU ghi lại giá trị gia tốc này và ra tín hiệu điều khiển van điện từ bộ chấp hành tăng áp suất dẫn động phanh

Như vậy, sau điểm 3 lại bắt đầu pha I của chu kỳ làm việc tiếp theo của hệ thống ABS Từ lập luận trên ta thấy rằng hệ thống phanh ABS điều khiển Mb thay đổi theo chu kỳ khép kín 1- 2- 3 - 1 (Hình 2.18a , lúc đó bánh xe làm việc ở vùng có φx

và φy có giá trị cao Đây là cơ sở xác định giá trị gia tốc bánh xe tại điểm 1 và điểm 3 là ngưỡng điều khiển của ECU khi phanh, giá trị để ECU điều khiển thời điểm đóng mở các van điện từ cơ cấu chấp hành

(a) (b) (c)

- Sự quay của bánh xe trên đường cần phải đảm bảo có khả năng tạo nên lực bám tốt nhất Điều này được thực hiện khi các bánh xe quay trong giới hạn độ trượt

nhỏ trong vùng 15 ÷ 30 %, khi đó hệ số bám bám dọc và bám ngang của bánh xe

có khả năng đạt cao Khả năng bám dọc và bám ngang cao có ý nghĩa lớn trong khi phanh với lực phanh cao nhất và khả năng giữ ổn định hướng đang chuyển động của

ô tô

- Khi phanh, bánh xe đang quay bị phanh chậm dần tới mức vượt quá giới hạn quy định và xảy ra sự trượt lết Sự trượt lết bánh xe trên đường dẫn tới sự giảm

hệ số bám dọc và bám ngang, làm ảnh hưởng đến hiệu quả phanh, tính ổn định của

xe khi phanh, gây nên mài mòn lốp nhanh và không đều ở các bánh xe

- Để khắc phục những ảnh hưởng này, trên ô tô bố trí hệ thống điện tử điều khiển Hệ thống điện tử này hỗ trợ hệ thống phanh duy trì chế độ lăn có trượt của bánh xe, trong lúc vị trí bàn đạp phanh không thay đổi

2.3.2.5: Phân loại hệ thống ABS trên ô tô (theo dẫn động điều khiển):

- Điều khiển 4 kênh độc lập kiểu [(1), (2)]: Các dòng có thể điều khiển 4 kênh

độc lập theo kiều cầu trước/ cầu sau hoặc điều khiển chéo X Hệ thống kiểu này được sử dụng rất phổ biến hiện nay vì nó hạn chế được sự phụ thuộc về lực phanh

giữa các bánh xe Nhờ đó mà sự ổn định của xe khi chuyển động được tăng lên

Hình 2.19: Sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển

- Điều khiển 3 kênh [kiểu 3 ]: Với kiểu này, 2 bánh cầu trước được điều khiển

độc lập còn 2 bánh cầu sau vẫn sử dụng điều khiển chung

- Điều khiển 2 kênh [kiểu 4 , 5 , 6 ]: Kiểu điều khiển này, chỉ có 2 kênh điều

khiển ra 4 bánh xe, do đó có sự phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh xe Với ưu điểm là chi phí rẻ hơn nhưng không đảm bảo tốt ổn định cho xe chuyển động bằng

các kiểu trên nên kiểu này ít được áp dụng trên xe ngày nay

2.3.3 Mục tiêu, sơ đồ và nguyên lý làm việc của ABS:

2.3.3.1 Mục tiêu của ABS:

Hệ thống ABS được hiểu là thiết bị chống trượt lết bánh xe khi phanh Mục tiêu của ABS là điều khiển áp suất dầu trong cơ cấu chấp hành hệ thống phanh giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị 0 để tận dụng được hết khả năng bám, khi đó hiệu quả phanh sẽ cao nhất, đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng là tốt nhất

2.3.3.2 Sơ đồ cơ bản của hệ thống phanh ABS:

Hệ thống ABS cơ bản bao gồm: Các mạch bố trí phanh thông thường, bộ điều khiển điện tử ECU , các cảm biến Sensor , cơ cấu thừa hành tác động lên hệ thống phanh thay đổi lực điều khiển phanh Actuator

Hình 2.20: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên ô tô