TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Công dụng , yêu cầu hệ thống phanh
Hệ thống phanh được sử dụng để:
Hệ thống phanh của máy kéo có vai trò quan trọng trong việc giảm tốc độ và giữ cho máy kéo đứng yên trên các địa hình khác nhau, đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Nó không chỉ giúp kiểm soát tốc độ mà còn phát huy tối đa khả năng vận chuyển của xe Cấu trúc của hệ thống phanh bao gồm cơ cấu phanh và thiết bị dẫn động phanh, và hiện nay được cải tiến với các công nghệ tiên tiến như ABS và EBD để nâng cao hiệu quả phanh.
Cơ cấu phanh: Nằm gần các bánh xe, nó hoạt động như một cơ cấu ma sát và tạo ra mômen phanh đến các bánh xe khi ô tô phanh
Dẫn động phanh là hệ thống bao gồm các bộ phận kết nối từ cơ cấu điều khiển như bàn đạp phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh.
Cơ cấu chấp hành phanh có vai trò quan trọng trong việc truyền và khuếch đại lực điều khiển từ hệ thống điều khiển phanh đến các bộ phận điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh.
Hệ thống phanh cần đảm bảo yêu cầu chính sau:
- Làm việc bền vững, tin cậy
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hoá
- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô máy kéo khi phanh
- Không có hiện tượng tự phanh khi khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng
- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng
-Có khả năng thoát nhiệt tốt
Hệ thống phanh của ô tô máy kéo cần có tối thiểu ba loại phanh để đảm bảo an toàn và độ tin cậy cao trong mọi tình huống Điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện, lực tác dụng cần thiết lên bàn đạp hay đòn điều khiển là yếu tố quan trọng trong việc vận hành an toàn.
Phanh làm việc, hay còn gọi là phanh chân, là loại phanh chính được sử dụng trong mọi chế độ chuyển động và thường được điều khiển bằng bàn đạp.
Phanh dự phòng: dùng để hãm máy kéo khi phanh chính bị hỏng
Phanh tay, hay còn gọi là phanh phụ, là một thiết bị quan trọng giúp giữ cho máy kéo đứng yên khi xe dừng hoặc không hoạt động Loại phanh này thường được điều khiển bằng cần gạt, do đó còn được gọi là phanh dừng.
Phanh chậm dần là loại phanh cần thiết khi làm việc trên máy kéo hạng nặng, như ô tô tải nặng trên 12 tấn và ô tô khách trên 5 tấn, đặc biệt trong khu vực đồi núi Loại phanh này giúp kiểm soát tốc độ khi di chuyển lên xuống các dốc dài, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành.
+ Phanh liên tục, giữ cho tốc độ động cơ không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc
+ Để giảm dần tốc độ của ô tô máy kéo trước khi dừng hẳn
Các loại phanh có thể chia sẻ bộ phận chung và đảm nhiệm chức năng lẫn nhau, tuy nhiên, mỗi loại phanh cần phải có ít nhất hai bộ phận điều khiển và dẫn động độc lập.
Để nâng cao độ tin cậy, hệ thống phanh chính được chia thành các dòng độc lập, đảm bảo rằng nếu một dòng gặp sự cố, các dòng khác vẫn hoạt động bình thường Điều này giúp tăng hiệu quả phanh một cách đáng kể.
+ Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao
+ Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng được toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh
Hiệu quả của hệ thống phanh được đánh giá qua hai chỉ tiêu chính: gia tốc chậm dần và quãng đường phanh Bên cạnh đó, lực phanh và thời gian phanh cũng là những chỉ tiêu quan trọng để xem xét hiệu suất của phanh.
Các tiêu chuẩn về hiệu quả phanh được quy định khác nhau bởi từng quốc gia hoặc hiệp hội, dựa trên nhiều yếu tố như nguồn gốc và loại ô tô đang lưu hành, điều kiện đường xá, trình độ tổ chức kiểm tra kỹ thuật và trang thiết bị kiểm tra.
Phân loại hệ thống phanh
1.2.2 Theo cơ cấu phanh (phần tử ma sát)
+Cấu tạo phanh đĩa ô tô gồm có: càng phanh, má phanh, đĩa phanh (rôto đĩa), piston…
Khi người lái xe đạp phanh, áp suất dầu từ xy lanh chính được truyền xuống piston phanh, khiến má phanh kẹp chặt vào mặt đĩa và dừng bánh xe lại Khi người lái nhả chân phanh, má phanh sẽ nhả ra, cho phép bánh xe quay trở lại bình thường.
Cấu tạo phanh tang trống ô tô gồm: guốc phanh, má phanh, lò xo hồi vị, xy lanh (có piston và cuppen), trống phanh, mâm phanh…
Khi người lái đạp phanh, xy lanh chính truyền áp suất dầu đến xy lanh con, giúp guốc phanh tạo ra ma sát với má phanh và bề mặt trống phanh để hãm tốc độ xe Khi nhả phanh, áp suất dầu giảm và lò xo hồi vị sẽ đẩy guốc phanh trở về vị trí ban đầu.
Theo dẫn động phanh chia ra:
Phanh cơ khí hoạt động thông qua một hệ thống gồm các thanh, đòn bẩy và dây cáp Tuy nhiên, dẫn động phanh cơ khí thường không được sử dụng để điều khiển đồng thời nhiều cơ cấu phanh do những hạn chế của nó.
Việc đảm bảo phanh đồng thời cho tất cả các bánh xe gặp khó khăn do độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không đồng nhất, dẫn đến việc phân bố lực phanh không đều giữa các cơ cấu Chính vì những lý do này, dẫn động cơ khí chỉ được áp dụng trong hệ thống phanh dừng, không sử dụng cho hệ thống phanh chính.
Hình 1.3: Phanh dẫn động cơ khí
Phanh khí nén có ưu điểm nổi bật là dễ dàng điều khiển với lực đạp phanh nhẹ nhàng mà không cần hỗ trợ thêm Lực tác dụng của phanh khí nén cao và hiệu quả, khiến nó được sử dụng phổ biến trên ô tô và xe tải có tải trọng từ vừa đến lớn Tuy nhiên, nhược điểm của phanh hơi là cấu tạo của các bộ phận khá lớn, chiếm nhiều diện tích sử dụng, và do hoạt động cơ học, độ nhạy của nó thấp hơn so với phanh điện lực.
Hình 1.4: Phanh dẫn động khí nén
Phanh thủy lực là hệ thống phanh có ưu điểm phanh êm dịu và dễ bố trí với độ nhạy cao do dầu không chịu nén Tuy nhiên, tỷ số truyền của dẫn động dầu thấp, khiến nó thường được sử dụng trên ô tô con và ô tô tải nhẹ Hệ thống phanh thủy lực đơn giản bao gồm bàn đạp, xy lanh phanh chính và xy lanh bánh xe, với hai loại chính: phanh dẫn động thủy lực không có trợ lực và phanh dẫn động thủy lực có trợ lực.
Hình 1.5: Phanh dẫn động thủy lực 1.2.4 Phanh tay
Hệ thống phanh dừng được sử dụng để giữ xe đứng yên trên đường dốc hoặc đường bằng, đặc biệt khi người lái rời khỏi xe Cấu tạo của phanh dừng bao gồm hai bộ phận chính: cơ cấu dẫn động phanh và cơ cấu phanh Cơ cấu phanh có thể được bố trí kết hợp với bánh xe sau hoặc trên trục ra của hộp số Dẫn động phanh chủ yếu là cơ khí, hoạt động độc lập với dẫn động phanh chính và được điều khiển bằng tay.
Hình 1.6: Phanh tay 1.2.5 Chức năng, nhiệm vụ, phân loại hệ thống chống bó cứng phanh ABS
Chức năng nhiệm vụ phanh ABS
Công nghệ ABS (Anti-lock Braking System) là giải pháp điện tử tiên tiến thay thế phương pháp phanh truyền thống, đặc biệt hiệu quả trên mặt đường trơn trượt Thay vì áp dụng kỹ thuật đạp - nhả pê-đan liên tục để kiểm soát hiện tượng rê bánh, ABS sử dụng cảm biến lắp trên bánh xe để theo dõi tình trạng hoạt động Hệ thống này được phát triển bởi các chuyên gia ôtô tại Bosch, Đức, bao gồm bộ xử lý điện tử CPU và thiết bị điều áp, giúp tự động điều chỉnh áp suất trong piston phanh để đảm bảo an toàn tối đa khi phanh.
Hình 1.7: Phanh có hệ thống ABS
Trong tình huống phanh gấp, hệ thống ABS sẽ tự động điều chỉnh áp suất phanh nếu phát hiện một hoặc nhiều bánh xe quay chậm hơn so với các bánh còn lại Quá trình này thông qua bơm và van thủy lực giúp nhả áp lực lên đĩa phanh, ngăn ngừa hiện tượng bó phanh, đảm bảo an toàn cho người lái.
Nếu một trong các bánh xe quay quá nhanh, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh lực hãm để đảm bảo an toàn Cụ thể, hệ thống phanh sẽ thực hiện động tác ép - nhả má phanh trên phanh đĩa khoảng 15 lần mỗi giây, thay vì chỉ tác động một lần mạnh như trên xe không có ABS, giúp tránh hiện tượng bánh xe bị "chết".
Hình 1.8: Quá trình phanh có và không có ABS trên đoạn đường cua
Các bộ điều chỉnh lực phanh, bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn động phanh các bánh xe trước và sau, có thể đảm bảo:
- Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe khi phanh)
Hãm cứng các bánh xe trước là một phương pháp giúp đảm bảo ổn định cho xe Tuy nhiên, quá trình phanh này vẫn chưa đạt hiệu quả cao và an toàn nhất.
Khi phanh gấp, bánh xe có thể bị khóa cứng và trượt trên mặt đường, dẫn đến việc lốp xe bị mòn và giảm khả năng bám đường.
Khi các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, chúng mất khả năng nhận lực ngang và không thể thực hiện quay vòng khi phanh trên đường cong hoặc khi đổi hướng để tránh chướng ngại vật, đặc biệt trên các bề mặt đường có hệ số bám thấp Tình trạng này dễ dẫn đến tai nạn khi phanh.
Mục tiêu của hệ thống phanh ABS là duy trì độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh ở mức tối ưu, giúp đạt hiệu quả phanh cao nhất với lực phanh cực đại Điều này không chỉ đảm bảo tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe ở mức tốt nhất mà còn đáp ứng các yêu cầu cơ bản như rút ngắn quãng đường phanh và cải thiện khả năng điều khiển lái khi phanh.
Quảng đường phanh: Trong tính toán động lực học quá trình phanh, quảng đường phanh x được xác định theo phương trình sau: x =
M: là khối lượng của xe
V0: là vận tốc ban đầu khi bắt đầu phanh
Vf: là vận tốc cuối cùng
Quá trình phanh của xe phụ thuộc vào vận tốc ban đầu (V0), khối lượng (M) và lực phanh (Fp) Khi lực phanh đạt cực đại, quãng đường phanh sẽ ngắn nhất, với các yếu tố khác không thay đổi Để đạt được lực phanh cực đại, quá trình phanh nên diễn ra trong vùng lân cận λ0, từ đó giảm thiểu quãng đường phanh.
Tính ổn định chuyển động và ổn định hướng của xe được cải thiện nhờ khả năng bám ngang cao trong vùng có giá trị lớn, giúp tăng cường sự ổn định khi phanh Tuy nhiên, sự khác biệt về tải trọng và hệ số bám giữa các bánh xe dẫn đến lực phanh không đồng đều, tạo ra mô men quay vòng cưỡng bức quanh trục thẳng đứng Mô men này có thể làm lệch hướng chuyển động của xe khi phanh, giảm tính ổn định Đặc biệt, với xe du lịch, mô men quán tính nhỏ và tốc độ cao có thể gây nguy hiểm khi phanh Hơn nữa, trạng thái trượt khác nhau giữa các cầu cũng ảnh hưởng đến đặc tính quay vòng; nếu độ trượt của bánh xe cầu trước lớn hơn cầu sau, xe có xu hướng quay vòng thiếu, ngược lại, nếu độ trượt của bánh xe sau lớn hơn, xe sẽ quay vòng thừa.
Hình 1.9: Sơ đồ biểu diễn hệ số trượt trên các loại đường
Tỉ số trượt: Tỉ số khác biệt giữa tốc độ xe và tốc độ bánh xe
Tỉ số trượt = (tốc độ xe – tốc độ bánh xe).100%/tốc độ xe
Tỉ số trượt 0% là trạng thái bánh xe quay tự do không có lực cản
Tỉ số trượt 100% là trạng thái trong đó bánh xe bị bó cứng hoàn toàn và trượt trên mặt đường
Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được thể hiện rõ ràng qua đồ thị, giúp người đọc dễ dàng nắm bắt sự liên kết giữa hai yếu tố này.
Lực phanh không nhất thiết phải tỷ lệ thuận với tỷ số trượt; do đó, để đạt được lực phanh tối ưu, tỷ số trượt cần nằm trong vùng dung sai của hệ thống ABS.
Kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy hiệu quả phanh và ổn định phanh của hệ thống ABS phụ thuộc chủ yếu vào sơ đồ phân phối các mạch điều khiển và mức độ độc lập trong việc điều khiển lực phanh tại từng bánh xe Việc đồng thời đạt được hai chỉ tiêu này là một thách thức phức tạp và đang là chủ đề nghiên cứu của các chuyên gia trong lĩnh vực.
Các hệ thống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điều chỉnh sau đây:
- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh
- Theo giá trị độ trượt cho trước
Tỷ số vận tốc góc của bánh xe ảnh hưởng đến gia tốc chậm dần, đặc biệt trên đường nhựa khô, nơi hệ số bám dọc vẫn cao nhưng hệ số bám ngang φy lại thấp Điều này dẫn đến việc xe dễ mất ổn định hướng khi phanh Do đó, việc trang bị hệ thống ABS là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu Thực nghiệm cho thấy rằng hệ thống ABS cải thiện đáng kể hiệu suất phanh của xe.
● Đường nhựa khô: hiệu quả phanh đạt khoảng 115% (tăng 15% so với không có ABS)
● Đường đóng băng: hiệu quả phanh đạt khoảng 150% (tăng 50% so với không có ABS)
Tóm lại khi có trang bị hệ thống ABS:
- Lợi về hiệu quả phanh (lực phanh lớn hơn do hệ số bám luôn ở phạm vi giá trị φmax)
- Lợi về tính ổn định ngang do φy còn đủ lớn giúp cho xe ổn định ngang.
Phân loại ABS
Mặc dù các hệ thống ABS hoạt động dựa trên cùng một nguyên lý, chúng có thể được thiết kế với nhiều cấu trúc và phương pháp điều chỉnh áp suất khác nhau Các hệ thống ABS được phân loại dựa trên các phương pháp này.
-Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành hai nhóm lớn: điều khiển bằng cơ khí và điều khiển điện tử
Theo thành phần kết cấu, các ABS điều khiển điện tử chia ra:
•Loại dùng kết hợp với xi lanh chính của hệ thống phanh cổ điển (còn gọi là loại không tích hợp)
- Theo phương pháp điều chỉnh (giảm) áp suất, chia ra:
•Dùng bình tích năng và bơm hồi dầu
•Dùng van xả dầu về bình chứa
- Ngoài ra các ABS còn có thể phân loại theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động điều khiển riêng rẽ
Sau khi kết thúc chương 1, chúng ta đã tìm hiểu và đưa ra được tổng quan hệ thống phanh như:
- Công dụng, yêu cầu hệ thống phanh và phân loại hệ thống phanh
- Chức năng chống hãm cứng (ABS) và không có ABS
- Chức năng nhiệm vụ của hệ thống ABS
Hệ thống phanh là một phần thiết yếu của ô tô, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người lái Các nhà sản xuất ô tô không ngừng cải tiến và phát triển công nghệ phanh, giúp người lái tự tin hơn trong mọi hành trình Những chiếc xe được trang bị hệ thống phanh hiện đại thường có lợi thế cạnh tranh rõ rệt trên thị trường.
KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC HỆ THỐNG
Hệ thống phanh khí nén
Trong hệ thống phanh ô tô con và ô tô tải nhỏ, lực điều khiển từ người lái qua bàn đạp phanh tạo ra lực điều khiển cho các cơ cấu phanh Tuy nhiên, ô tô tải và ô tô buýt cần năng lượng điều khiển lớn, do đó không sử dụng hệ thống thủy lực Thay vào đó, hệ thống phanh khí nén sử dụng lực điều khiển trên bàn đạp để cung cấp khí nén tới các bầu phanh, nơi áp suất khí nén tạo ra lực tác dụng lên guốc phanh, thực hiện quá trình phanh cho ô tô.
Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm là lực điều khiển nhỏ trên bản đạp phanh và áp suất đường ống không cao, cho phép dẫn động dài đến các cơ cấu phanh cần thiết Tuy nhiên, hệ thống này có độ nhạy kém với thời gian tác dụng lớn và kích thước kết cấu lớn, nên thường được sử dụng cho các ô tô tải vừa và lớn.
Sơ đồ cấu tạo của hệ thống dẫn động phanh khí nén cơ bản bao gồm các thành phần chính như nguồn cung cấp khí nén, van phân phối khí, bầu phanh và đường ống dẫn khí, được minh họa trong hình 2.12.
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo dẫn động khí nén cơ bản a) Nguồn cung cấp; b) cụm điều khiển; c) cơ cấu chấp hành
1 Máy nén khí; 2 Bộ điều chỉnh áp suất; 3 Bộ lọc nước, làm khô khí;
4 Cụm van chia và bảo vệ; 5 Bình chứa khí nén mạch I; 6 Bình chứa khí nén mạch II; 7 Van phân khối hai dòng; 8 Bầu phanh và cơ cấu phanh trước; 9
Bầu phanh và cơ cấu phanh sau
Phần cung cấp khí nén có vai trò quan trọng trong việc hút không khí từ môi trường bên ngoài và nén khí đến áp suất cần thiết (0,7 - 0,9 MPa), nhằm đảm bảo lưu lượng đủ cho hệ thống phanh khí nén hoạt động hiệu quả Độ bền và độ tin cậy của hệ thống phanh khí nén phụ thuộc vào chất lượng khí nén, vì vậy khí nén cần phải đảm bảo được độ khô, sạch và có áp suất an toàn trong quá trình làm việc.
Phần dẫn động khí nén được chia dòng độc lập sau máy nén khí thông qua cụm van chia và bảo vệ Khí nén sau khi làm việc sẽ được thải ra khí quyền, do đó, các bình chứa dự trữ khí nén có thể tích lớn giúp hệ thống cung cấp hoạt động ổn định và bền bỉ trong thời gian dài.
Van phân phối là bộ phận quan trọng kết nối với bàn đạp, có chức năng điều khiển việc đóng mở dòng khí nén từ bình chứa đến bầu phanh bánh xe trong quá trình phanh và thải khí khi nhả phanh Ngoài ra, van phân phối còn giúp người lái cảm nhận được mức độ hoạt động của hệ thống phanh, từ đó nâng cao trải nghiệm lái xe.
Bầu phanh là một bộ xi lanh piston khí nén, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển phanh Chức năng chính của bầu phanh là chuyển đổi áp suất khí nén thành lực cơ học, giúp tác động lên cam đề và thực hiện quá trình phanh bánh xe hiệu quả.
- Các đầu nối và đường ống: có nhiệm vụ dẫn khí nén tới các cụm công tác liên quan theo sơ đồ bố trí dẫn động
Hiện nay, các hệ thống dẫn động khí nén đang được cải tiến dựa trên cấu trúc cơ bản nhằm nâng cao hiệu quả phanh, giảm độ chậm tác dụng và cải thiện chất lượng động lực học của ô tô khi phanh.
2.1.2 Phần cung cấp khí nén
Hệ thống dẫn động phanh khi nén sử dụng không khí nén với áp suất nhất định, vì vậy cần có máy nén khí và bộ điều chỉnh áp suất để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Máy nén khí trên ô tô có nhiệm vụ cung cấp không khí sạch với áp suất ổn định, và tùy thuộc vào lưu lượng yêu cầu, có thể sử dụng các loại máy nén khí như một pit tông, hai piston thẳng hàng hoặc hai piston bố trí chữ V.
Máy nén khí hai piston có cấu tạo tương tự như động cơ đốt trong, với các bộ phận chính bao gồm trục khuỷu được gắn trên các ổ bi đỡ Thanh truyền kết nối trục khuỷu với piston thông qua các chốt Piston được trang bị xéc măng ở phần đỉnh để đảm bảo kín Ngoài ra, nắp máy còn có các van nạp và van xả để điều chỉnh luồng khí.
11 dạng van một chiều Trục khuỷu máy nén khí được dẫn động từ động cơ bằng bộ truyền đai thang qua bánh đai 2
Hình 2.2: Cấu tạo máy nén khi hai pittong và bộ tự động điều chỉnh áp suất
Để hiểu về cấu trúc và hoạt động của động cơ, chúng ta cần nắm rõ các bộ phận quan trọng như đáy dầu, puli, trục khuỷu, xilanh, và thanh truyền Piston và chốt piston đóng vai trò quan trọng trong quá trình nén khí, trong khi nắp máy và nút van xả giúp kiểm soát áp suất Lò xo van xả và van xả cùng với đế van xả đảm bảo quá trình xả khí diễn ra hiệu quả Ổ bi và chốt hạn chế hỗ trợ trong việc duy trì sự ổn định, trong khi van nạp, ty đẩy van, và đòn gánh giúp điều chỉnh luồng khí vào Con trượt, nắp, và van bi là những thành phần cần thiết để đảm bảo hoạt động trơn tru của động cơ Cuối cùng, đường khí vào và tấm lọc là những yếu tố quan trọng trong việc duy trì hiệu suất và độ bền của động cơ.
Máy nén khí được bôi trơn thông qua đường dâu trích từ động cơ, dẫn vào bôi trơn cổ khuỷu và đầu to thanh truyền, sau đó dầu sẽ rơi xuống đáy và trở về động cơ Một lỗ nhỏ bên cạnh thanh truyền phun dầu để bôi trơn bề mặt làm việc của piston với xilanh và chốt piston Ngoài ra, máy nén khí còn được làm mát nhờ đường nước từ động cơ dẫn tới thân xilanh và nắp máy.
Khi trục khuỷu quay, pit tông di chuyển trong xi lanh để thực hiện quá trình hút, nén và nạp khí vào bình chứa thông qua các van nạp và van xã.
❖ Bộ tự động điều chỉnh áp suất
Bộ tự động điều chỉnh áp suất, được đặt cạnh máy nén khí, kết hợp với cơ cấu giảm áp, có nhiệm vụ duy trì áp suất khí nén ở mức ổn định từ 0,75 đến 0,85 MPa.
Hệ thống phanh dầu
2.2.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý cơ sở của hệ thống dẫn động phanh chân bằng thủy lực được trình bảy trên hình 2.1a
Hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực bao gồm các nguyên lý cơ bản và sơ đồ chính của hai dòng dẫn độc lập Hình 2.9 minh họa các kiểu dẫn động phanh, bao gồm kiểu chữ T (A), kiểu chéo (B), và kiểu tổ hợp (C) Các thành phần chính trong hệ thống này bao gồm bàn đạp phanh (1), xilanh chính (2), CCP tang trống (3), và đĩa phanh (4).
Má phanh; 6- Đường dẫn ống
Hệ thống phanh hoạt động dựa trên phương pháp truyền năng lượng thủy tĩnh với áp suất tối đa từ 60 đến 120 bar Khi người lái đạp phanh, áp suất được tạo ra trong xi lanh chính, dẫn đến việc chất lỏng (dầu phanh) được chuyển qua các ống tới các xi lanh bánh xe Dưới tác động của áp suất dầu, các piston trong xi lanh sẽ ép má phanh vào tang trống hoặc đĩa phanh, tạo ra lực phanh tại các cơ cấu phanh bánh xe.
Dẫn động phanh thủy lực mang lại nhiều ưu điểm như phanh êm dịu, dễ bố trí và độ nhạy cao do dầu không bị nén Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là tỉ số truyền không cao, dẫn đến việc không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh Vì vậy, hệ thống này thường được sử dụng cho ô tô con và ô tô tải nhỏ.
Trong hệ thông dẫn động phanh thủy lực mạch dẫn động chia ra dẫn động một đòng và nhiều dòng, trên ô tô con sử dụng dẫn động hai dòng
Hệ thống dẫn động một dòng sử dụng xi lanh chính để cung cấp dầu đến tất cả các xi lanh bánh xe Tuy nhiên, nếu một đường ống dẫn dầu bị hở, áp suất trong hệ thống sẽ giảm, dẫn đến việc tất cả các bánh xe bị mất phanh Mặc dù dẫn động một dòng có cấu trúc đơn giản, nhưng độ an toàn không cao Do đó, hiện nay, hệ thống phanh trên ô tô thường được trang bị ít nhất hai dòng phanh độc lập để đảm bảo an toàn hơn.
Sơ đồ dẫn động hai dòng được thể hiện trong hình 2.10b, trong đó sự tách dòng diễn ra tại xi lanh chính Bàn đạp tác động vào xi lanh chính (2 buông nối tiếp) tạo ra hai dòng cung cấp chất lỏng đến bánh xe Nếu một dòng bị hở, dòng còn lại vẫn có khả năng phanh xe hiệu quả.
- Sơ đồ A: một dòng (I) từ xi lanh chính được dẫn ra hai bánh xe cầu trước, một dòng (II) - tới hai bánh xe cầu sau
- Sơ đồ B — dẫn động chéo: một dòng (I) dẫn ra một bánh xe phía trước và một bánh xe phía sau, một dòng (II) - tới hai bánh xe còn lại
Sơ đồ C (dẫn động tổ hợp) bao gồm hai dòng dẫn động: dòng (I) kết nối hai bánh xe trước và một bánh xe sau, trong khi dòng (II) kết nối hai bánh xe trước với một bánh xe sau còn lại Nếu một dòng phanh gặp sự cố, các bánh xe phía trước vẫn sẽ được phanh, đảm bảo an toàn cho xe.
2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của xilanh chính a) Xi lanh chính một buồng
Một số hệ thống phanh trước đây sử dụng xi lanh chính một buồng kết hợp với bộ chia dòng để tạo thành hệ thống hai dòng Nguyên lý hoạt động của xi lanh chính trong dẫn động phanh tương tự như xi lanh chính trong dẫn động thủy lực của li hợp Hình 2.2a minh họa cấu tạo của xi lanh chính một buồng trong hệ thống dẫn động phanh.
Hình 2.10 mô tả cấu tạo của xi lanh chính một buồng, bao gồm các bộ phận quan trọng như lỗ nạp dầu (A), lỗ bù dầu (B) và lực đầu guốc (P) Các thành phần khác bao gồm ty đẩy (1), thân xilanh (2), bình chứa dầu (3), piston (4), tấm hoa thị (5), phớt kín (6), đệm (7), lò xo (8), van kép (9) và xi lanh bánh xe (10).
Guốc phanh; 12- Lò xo hồi vị
Xi lanh chính bao gồm thân xi lanh được chia thành hai khoang: khoang dưới chứa piston và khoang trên chứa dầu Hai khoang này thông với nhau qua lỗ nạp dầu và lỗ bù đầu Piston có các lỗ nhỏ ở mặt đầu, được ngăn cách bởi tấm hoa thị bằng thép lò xo mỏng Van một chiều kép được bố trí ở cửa ra của xi lanh chính, trong khi lò xo có tác dụng hồi vị cho piston và duy trì áp suất dư của dầu trong đường ống Piston được giữ trong xi lanh nhờ vòng chặn và vòng hăm, trong khi ty đẩy kết nối với piston bằng khớp cầu và với bàn đạp qua khớp bán lẻ Ty đẩy có thể điều chỉnh chiều dài để tối ưu hóa vị trí giữa bàn đạp và piston.
Khi đạp phanh, ty 1 và piston 4 sẽ di chuyển sang phải Sau khi phớt 6 vượt qua lỗ bù đầu B, áp suất phía trước piston tăng dần, kích hoạt van một chiều thứ nhất (9) để cung cấp dầu từ xi lanh chính đến xi lanh bánh xe 10 Điều này khiến hai guốc phanh ép sát vào tang trống phanh, từ đó thực hiện quá trình phanh bánh xe hiệu quả.
Khi nhả phanh, lò xo hồi vị bàn đạp sẽ kéo ty đẩy và piston về vị trí ban đầu Dưới tác dụng của lò xo hồi vị, guốc phanh sẽ ép hai pittong của xilanh bánh xe, dẫn dầu trở về xi lanh chính Lúc này, van một chiều thứ nhất sẽ đóng lại, tạo áp lực dầu nén cho lò xo van một chiều thứ hai.
9, mở van cho dầu thông trở vẻ khoang trước pittong
Khi áp lực dầu phía sau xi lanh chính cân bằng với lực lò xo 8, van kép
Khi đóng lại, áp suất dư phía sau xi lanh chính được giữ, ngăn không cho không khí lọt vào hệ thống Piston 4 trở về vị trí ban đầu, lỗ bù dầu B kết nối với khoang trước piston, giúp duy trì áp suất của khoang này cân bằng với áp suất khí quyền.
Trong trạng thái nhả phanh, sự tăng đột ngột thể tích khoang trước piston khiến tâm hoa thị 5 và phớt 6 bị bóp lại, cho phép dầu chuyển từ bình chứa 3 qua lỗ nạp A và lỗ nhỏ trên pittong Điều này cung cấp dầu cho khoang trước của piston, đảm bảo rằng khi cần phanh tiếp theo, dầu đã được điền đủ vào khoang trước của piston.
Xi lanh chính hai buồng là thành phần quan trọng trong hầu hết các hệ thống phanh thủy lực hiện nay Cấu tạo của loại xi lanh này, thường được gọi là xi lanh tăng đem, được minh họa rõ ràng trong hình 2.4.
Hình 2.11: Cấu tạo của xi lanh chính loại hai luồng 1-Công tắc điện; 2- Phao mức dầu; 3-Lỗ bù dầu; 4- piston sơ cấp; 5-
Phớt che bụi; 6,10,17- Phớt kín; 7- Phớt hồi dầu; 8- Lò xo; 9- piston giữa;
11- piston thứ cấp; 12-Chốt chặn; 13- Chốt; 14- Van bù dầu; 15- Thân xi lanh; 16- Lò xo; 18- Bình dầu 2 ngăn
Trong xi lanh chính, có hai piston được bố trí: piston sơ cấp 4 và piston thứ cấp 11, được ngăn cách bởi lò xo 8, trong khi piston 11 được ngăn cách với thân xi lanh bởi lò xo 16 Các vùng ngăn cách này được bế trí các phớt bao kín dầu 7, 10, 17, tạo nên các khoang làm việc (I, II) có thể thay đổi với các lỗ cấp dầu và van bù dầu 3, 14 Bình chứa dầu 18, có hai ngăn thông nhau, cung cấp dầu tới các khoang làm việc của hai piston Hai lò xo hồi vị 8 và 16 giúp đưa piston về vị trí tận cùng bên phải khi không có lực phanh Piston sơ cấp 4 được chặn bởi vòng chặn, phớt bao kín dầu 6 và phớt che bụi 5, trong khi piston thứ cấp 11 được chặn bởi chốt chặn 12 trên thân xi lanh 15 Cuối các khoang làm việc có các lỗ cấp dầu tới các xi lanh bánh xe.
Hệ thống phanh kết hợp thủy khí
Hệ thống dẫn động phanh trên ô tô tải và ô tô buýt trung bình, lớn thường kết hợp giữa thủy lực và khí nén Dẫn động thủy lực có độ nhạy cao nhưng yêu cầu lực điều khiển lớn trên bàn đạp, trong khi dẫn động khí nén có lực điều khiển nhỏ nhưng độ nhạy kém do thời gian tác dụng chậm Việc kết hợp hai loại dẫn động này giúp tận dụng ưu điểm của cả hai, mang lại hiệu suất phanh tốt hơn cho các phương tiện.
Sơ đồ cầu tạo của hệ thống phanh thủy lực điều khiển khí nén được trình bày trên hình 2.19 Hệ thống bao gồm hai dạng dẫn động:
Hình 2.26 Hệ thống phanh thủy lực điều khiển khí nén cơ bản của ô tô tải, buýt
Dẫn động thủy lực có vai trò quan trọng trong việc tạo lực điều khiển cho guốc phanh và má phanh đĩa Hệ thống này bao gồm bình chứa dầu cung cấp dầu cho các xi lanh thủy lực, các xi lanh thủy lực bánh xe ở cơ cấu phanh trước và sau, cùng với các đường dầu kết nối.
- Dẫn động khí nén đảm nhận chức năng tạo lực đây ở xi lanh thủy lực bao gồm:
Phần cung cấp khí nén bao gồm máy nén khí, bình chứa khí nén, bộ điều chỉnh áp suất, bộ phận sấy khô khi nén, cụm van chia và bảo vệ, cùng với bình chứa và các van an toàn, tất cả đều tương tự như phần cung cấp khí nén trong hệ thống phanh khí nén.
+ Phần điều khiển bằng khí nén: gồm các đường ông dẫn khí từ bình chứa khí nén qua van phân phối khí và đên xi lanh khí nén
Hệ thống bao gồm hai thành phần chính: khí nén và thủy lực Một điểm nổi bật là cụm chuyền, có chức năng chuyển đổi áp suất khí nén thành áp suất dầu tại bộ xilanh khí nén thủy lực (ký hiệu X trong sơ đồ).
Phần cung cấp khí và van phân phối trong hệ thống dẫn động bằng khí nén, cùng với xi lanh chính loại đơn và các xi lanh bánh xe tương tự như trong hệ thống dẫn động thủy lực, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và phân phối năng lượng Các thành phần này hoạt động đồng bộ để đảm bảo hiệu suất tối ưu và sự ổn định của hệ thống.
Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống
Khi phanh, người lái nhấn bàn đạp phanh, van phân phối cung cấp khí nén từ bình chứa đến các xi lanh khí nén - thủy lực Tại đây, áp suất khí nén được chuyển đổi thành áp suất dầu phanh với tỉ số truyền lớn Áp suất thủy lực cao được truyền đến xi lanh bánh xe của cơ cấu phanh, tạo áp lực lên các piston, khiến guốc phanh áp sát vào trống phanh để thực hiện quá trình phanh.
Tỉ số truyền (D/d) của hệ thống phanh băng khí nén và thủy lực dao động từ 4 đến 6 lần, với D và d lần lượt là đường kính của xi lanh khí nén và xi lanh thủy lực Khi áp suất khí nén đạt 0,6 MPa, áp suất thủy lực có thể lên tới khoảng 18 MPa, cho phép tạo ra lực phanh lớn với kích thước xi lanh bánh xe nhỏ, phù hợp cho ô tô tải và ô tô buýt Để giảm thiểu tổn thất và tăng độ nhạy cho hệ thống phanh, các cụm trong hệ thống cần được sắp xếp theo nguyên tắc, trong đó phần dẫn động khí nén từ xi lanh khí nén nên đặt gần van phân phối, nhằm giảm thiểu tổn thất và thời gian chậm tác dụng của dẫn động khí nén.
2.3.2 Bộ xilanh khí nén - thủy lực
Cấu tạo bộ xi lanh khí nén — thủy lực được mô tả trên hình 2.20, gồm hai khối:
Hình 2.27: Bộ xilanh khí nén – thủy lực A- Đường cấp khí nén; B- Cấp dầu phanh; C- Tới xilanh bánh xe; D- Đường thông khí; E- Báo mòn má phanh
Phớt làm kín là một bộ phận quan trọng trong hệ thống khí nén, giúp ngăn chặn rò rỉ khí Piston khí nén hoạt động hiệu quả nhờ vào lò xo hồi vị, đảm bảo sự trở về vị trí ban đầu Thành xilanh và lỗ thông khí đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì áp suất và lưu thông không khí Đầu cấp dầu và van điều khiển giúp kiểm soát dòng chảy của dầu, trong khi van xả khí đảm bảo an toàn cho hệ thống Xilanh thủy lực và piston thủy lực là những phần không thể thiếu trong các ứng dụng công nghiệp Nắp nhựa bảo vệ các bộ phận bên trong, và công tắc điện cùng chốt nhỏ hỗ trợ trong việc điều khiển và bảo trì hệ thống.
XLTL: Xilanh thủy lực; XLKN: Xilanh khí nén
Xi lanh thủy lực bao gồm các thành phần chính như xi lanh, piston, bình chứa đầu phanh, cụm van điều khiển, và cụm van dầu Piston được trang bị phớt cao su để đảm bảo kín giữa xi lanh và piston, trong khi cuôi xi lanh có van xả không khí.
Dầu phanh được chuyển từ bình chứa qua lỗ B, đi qua cụm van 7 đến phần trái của cụm van dầu và piston 10 Từ đây, dầu chảy qua lỗ xuyên tâm vào lồi piston 10, cung cấp cho xi lanh 9 Cuối cùng, dầu từ xi lanh 9 được dẫn qua lễ C đến các xi lanh phanh bánh xe.
Xi lanh khí nén bao gồm một buồng hình trụ được chia thành hai khoang M và N nhờ piston khí nén Piston này được bịt kín bằng phớt cao su hình xuyến và luôn được đẩy về phía trái bởi lò xo dạng trụ Khoang N có khả năng thông với khí trời thông qua lỗ thông khí và các màng lọc không khí trong cụm van.
Khoang M nhận khí nén từ van phân phối qua lỗ A Xi lanh khí nén và xi lanh thủy lực được kết nối qua đòn đẩy 13 và định vị với piston 2 bằng đai ốc 14 Phớt kín kép giữa hai xi lanh ngăn cách các buồng Trục pittong 13 tiếp xúc với piston thủy lực 10, mở van dầu để cấp dầu phanh vào xi lanh thủy lực 9 Dưới xi lanh khí nén 4 có chốt nhỏ 13, với rãnh nhỏ liên kết chốt trượt, tạo thành công tắc 12 để báo mòn má phanh.
Trong trạng thái không phanh, van phân phối khí không cung cấp khí nén vào khoang M, khiến lực của lò xo 3 đẩy piston 2 sang trái và thể tích khoang M đạt mức tối thiểu Khí trời đi qua lỗ D và lưới lọc để điền vào khoang N, trong khi dầu phanh chảy qua lỗ B và van một chiều vào xi lanh 9 Dầu có áp suất thấp giữ van 7 ở trạng thái đóng, nhằm ngăn chặn khí lọt vào hệ thống.
Trong trạng thái phanh, khí nén được van phân phối khí cấp qua lỗ A, làm đầy khoang M Áp lực khí nén vượt qua lực của lò xo, khiến piston 2 dịch chuyển sang phải Van dầu của cụm piston 10 bịt đường dầu, trong khi xi lanh thủy lực 9 được giữ kín Khi piston 10 tiếp tục dịch chuyển, áp lực dầu tăng lên và được cấp cho các xi lanh bánh xe qua lỗ C Dưới áp lực dầu, các guốc phanh sẽ tiếp xúc chặt chẽ với trống phanh.
Trạng thái rà phanh xảy ra khi áp lực khí nén cân bằng với lực lò xo và áp lực dầu trong xi lanh, giúp piston của xilanh thủy lực giữ nguyên ở một vị trí nhất định Điều này đảm bảo áp suất dầu của các xi lanh bánh xe ổn định theo mức độ đạp phanh, duy trì hiệu quả của quá trình rà phanh.
