TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Ô TÔ THÔNG MINH
Hệ thống kiểm soát hành trình (Cruise Control)
Hệ thống điều khiển tốc độ tự động là tính năng phổ biến trên các dòng xe hạng C trở lên, giúp người lái thư giãn khi di chuyển trên đường trường Với các nút bấm trên vô-lăng, tài xế có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ, cho phép chân phải rời khỏi chân ga và sẵn sàng xử lý tình huống bằng cách đặt lên bàn đạp phanh.
Khi lái xe trên cao tốc và đường trường, việc chú ý đến tốc độ giới hạn có thể gây phân tâm cho tài xế Hệ thống Cruise Control cho phép người lái thiết lập tốc độ tối đa, giúp họ tập trung vào các tình huống trên đường mà không lo vi phạm tốc độ.
Hệ thống phanh tự động (Auto Emergency Brake – AEB)
Hệ thống phát hiện và ngăn ngừa tai nạn từ phía sau sử dụng cảm biến radar, laser hoặc camera giám sát để giảm thiểu tốc độ va chạm Khi gặp tình huống khẩn cấp, hệ thống sẽ cảnh báo người lái bằng âm thanh, hình ảnh hoặc rung tay lái Nếu tài xế không phản hồi, xe sẽ tự động phanh lại để tránh va chạm.
Hệ thống AEB được chia thành 3 loại chính, bao gồm cảnh báo ở tốc độ thấp, tốc độ cao và cảnh báo cho người đi bộ, mỗi loại hoạt động ở tốc độ khác nhau và có thể kết hợp linh hoạt tùy theo nhà sản xuất Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hệ thống này chỉ hỗ trợ người lái trong các tình huống khẩn cấp, và việc giảm thiểu tai nạn chủ yếu phụ thuộc vào hành động của người lái.
Hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist – BA)
Khi lái xe, việc gặp phải tình huống cần phanh gấp là điều không hiếm Tuy nhiên, trong những khoảnh khắc đó, người lái thường hoảng hốt và đạp phanh quá nhanh, dẫn đến lực phanh không đủ mạnh Hơn nữa, lực phanh thường giảm sau lần nhấn đầu tiên, khiến xe có thể dừng lại muộn hơn và dễ xảy ra va chạm.
Hệ thống BA giúp phát hiện động thái bất thường của bàn đạp phanh khi có tình huống bất ngờ, kích hoạt van điện cấp khí nén vào bộ khếch đại lực phanh, từ đó giúp xe dừng lại kịp thời Một số dòng xe cao cấp còn có khả năng ghi nhớ thói quen sử dụng phanh của người lái, nhanh chóng nhận diện tình huống khẩn cấp.
Đèn pha thích ứng thông minh (Adaptive Headlights)
Đèn pha thông thường chỉ chiếu sáng thẳng về phía trước, dẫn đến việc mất tầm nhìn khi vào cua Tuy nhiên, công nghệ đèn pha thông minh hiện nay, chủ yếu sử dụng LED, có khả năng tự động điều chỉnh theo góc đánh lái để chiếu sáng đường đi phía trước Công nghệ này đã trở nên phổ biến trên các mẫu xe tầm trung Đối với các dòng xe cao cấp, hệ thống còn được thiết kế thông minh hơn với nhiều khối đèn LED hoặc Laser có thể mở tắt độc lập, kết hợp với camera để phát hiện nguồn sáng phía trước, từ đó tự động điều chỉnh để tránh chói mắt cho xe đối diện.
Công nghệ này cho phép lái xe sử dụng đèn pha liên tục, giúp cải thiện tầm nhìn một cách đáng kể mà không gây ảnh hưởng đến các phương tiện di chuyển phía trước.
Camera 360
Hệ thống camera thông minh xung quanh xe giúp lái xe chủ động tránh va chạm không mong muốn Trang bị này cho phép người lái quan sát toàn cảnh xung quanh, loại bỏ các góc khuất và điểm mù thông qua màn hình trung tâm Nhờ đó, người lái có thể dễ dàng điều khiển xe trong những không gian chật hẹp.
Hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động (Active Parking Assist – System)
Hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động, tương tự như Camera 360, giúp lái xe đỗ xe nhanh chóng mà không cần chạm tay vào vô-lăng Ngoài ra, một số mẫu xe còn hỗ trợ người lái trong việc lấy xe ra khỏi chỗ đỗ, giảm thiểu nguy cơ va chạm và tai nạn khi đỗ xe.
Khi nhấn nút kích hoạt, hệ thống tự động tìm kiếm chỗ đậu xe thông qua cảm biến và thông báo cho người lái Người lái chỉ cần vào số và đạp phanh theo hướng dẫn của xe, trong khi việc tính toán và điều khiển đánh lái được thực hiện hoàn toàn tự động, đảm bảo quá trình đậu xe nhanh chóng và hiệu quả.
Hệ thống cảnh báo chệch làn đường (Lane Departure Warning System – LDWS)
Hệ thống LDWS (Lane Departure Warning System) là một giải pháp an toàn hiệu quả cho việc lái xe trên đường trường và cao tốc, giúp giảm thiểu tai nạn do sự lơ đãng và chuyển động lệch hướng không mong muốn của ô tô LDWS hoạt động dựa vào thông tin thu thập từ các camera hoặc cảm biến hồng ngoại được lắp đặt ở các vị trí như kính chắn gió, tap-lo, trần xe và cản trước.
Bộ phận Camera và cảm biến sẽ rà soát và phân tích vạch kẻ đường, sau đó truyền dữ liệu về trung tâm để phát hiện chuyển động lệch khỏi làn đường Hệ thống sẽ cảnh báo lái xe bằng âm thanh, hình ảnh hoặc rung vô-lăng Nếu tài xế không phản hồi, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh tay lái để duy trì ổn định trong làn đường.
Hệ thống cảnh báo điểm mù (Blind Spot Warning)
Hệ thống hoạt động dựa trên các cảm biến được lắp đặt bên hông hoặc phía sau xe, phát ra sóng điện từ khi xe di chuyển Những cảm biến này giúp phát hiện các phương tiện nằm trong điểm mù mà người lái không thể quan sát qua gương Thông tin sẽ được gửi về bộ điều khiển, từ đó cảnh báo người lái bằng âm thanh hoặc đèn tín hiệu trên gương hậu.
Hệ thống kết nối điện thoại thông minh
Tích hợp điện thoại trên ô tô đã trở thành tính năng gần như tiêu chuẩn cho các mẫu xe hiện nay, với sự phát triển của hai hệ thống thông minh là Apple Carplay và Android Auto Hai tính năng này cho phép người dùng kết nối điện thoại sử dụng hệ điều hành Android hoặc iOS, giúp họ dễ dàng đọc tin nhắn, gọi điện và kiểm tra email trực tiếp trên màn hình cảm ứng của xe mà không cần phải lấy điện thoại ra.
Hệ thống an toàn cơ bản trên xe hiện nay bao gồm phanh chống bó cứng (ABS), cân bằng điện tử (ESP) và túi khí, hầu hết các mẫu xe đều được trang bị những tính năng này Mặc dù mỗi nhà sản xuất có thể gọi tên khác nhau cho các tính năng, nhưng chúng đều hoạt động với nguyên lý tương tự.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Công dụng và yêu cầu của hệ thống phanh ôtô
2.1.1 Công dụng của hệ thống phanh ôtô
Hệ thống phanh dùng để:
- Giảm tốc độ của ôtô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó.
- Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang.
Với công dụng như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng:
- Nó đảm bảo cho ôtô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc.
- Nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe máy.
2.1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh ôtô
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Làm việc bền vững, tin cậy;
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm;
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa;
- Giữ cho ôtô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế;
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi phanh;
- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng;
- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng;
- Có khả năng thoát nhiệt tốt;
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ.
2.1.3 Các hệ thống phanh trang bị cho xe Để 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 phải có tối thiểu ba loại phanh là:
Phanh làm việc, hay còn gọi là phanh chân, là loại phanh chính được sử dụng thường xuyên trong mọi chế độ chuyển động Phanh này thường được điều khiển bằng bàn đạp, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc kiểm soát tốc độ của phương tiện.
- Phanh dự trữ: Dùng để phanh ô tô máy kéo trong trường hợp phanh chính hỏng.
Phanh dừng, hay còn gọi là phanh phụ, là thiết bị giúp giữ ô tô máy kéo đứng yên khi dừng xe hoặc không hoạt động Phanh này thường được điều khiển bằng tay đòn, vì vậy nó còn được biết đến với tên gọi phanh tay.
Phanh chậm dần là loại phanh cần thiết cho các ô tô máy kéo tải trọng lớn, như xe tải trên 12 tấn và xe khách trên 5 tấn, đặc biệt khi hoạt động ở vùng đồi núi và thường xuyên di chuyển xuống các dốc dài Loại phanh này giúp kiểm soát tốc độ và đảm bảo an toàn cho phương tiện trong những điều kiện địa hình khó khăn.
+ Phanh liên tục, giữ cho tốc độ của ô tô máy kéo 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 một số bộ phận và thực hiện chức năng tương tự, tuy nhiên, mỗi loại vẫn cần có ít nhất hai bộ phận điều khiển và dẫn động độc lập để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.
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 còn lại vẫn hoạt động bình thường.
2.1.4 Phân loại hệ thống phanh ôtô
- Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh: phanh bánh xe và phanh truyền lực.
- Theo dạng bộ phận tiến hành phanh gồm có:
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải.
- Theo dẫn động phanh gồm có:
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí.
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực.
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén.
+ Hệ thống phanh dẫn động liên hợp khí nén- thủy lực.
+ Hệ thống phanh điện từ.
+ Hệ thống phanh dừng (phanh tay)
+ Hệ thống phanh chính (phanh chân)
- Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh, chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS).
2.1.5 Phân loại theo kết cấu của các cơ cấu phanh
2.1.5.1 Cơ cấu phanh trống guốc. a Cơ cấu phanh trống guốc loại 1 (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy lanh kép và có hai điểm tựa cố định của guốc được bố trí cùng phía):
Hình 2.1: Cơ cấu phanh trống loại 1
Cơ cấu phanh loại 1 có các đặc điểm về kết cấu đáng chú ý:
+ Hai guốc của cơ cấu phanh có điểm tựa tâm quay cố định của guốc được bố trí về cùng một phía đối với cơ cấu phanh.
Hai guốc phanh sử dụng cơ cấu ép xy lanh kép, với một xy lanh có hai piston cùng đường kính nhưng tác dụng trái chiều, dẫn đến mô-men ma sát khác nhau cho tang trống dù lực ép từ xy lanh là giống nhau Trong khi đó, cơ cấu phanh trống guốc loại 2 sử dụng xy lanh đơn, với hai điểm tựa cố định của tâm quay guốc được bố trí khác nhau.
Hình 2.2: Cơ cấu phanh trống guốc loại 2
Cơ cấu phanh cân bằng tạo ra moment ma sát đồng đều ở các guốc phanh, đảm bảo trị số moment không thay đổi khi xe di chuyển lùi Với cường độ ma sát đồng nhất ở các tấm ma sát, thiết kế này sử dụng profin của cam ép đối xứng, cho phép các guốc phanh dịch chuyển góc một cách đồng đều.
Để điều chỉnh khe hở giữa trống phanh và guốc phanh, cơ cấu trục vít và bánh vít được sử dụng nhằm thay đổi vị trí của cam ép và chốt lệch tâm tại điểm dặt cố định Loại phanh trống guốc thứ ba, cường hóa, sử dụng cơ cấu ép bằng xylanh kép và thanh cường hóa để tăng hiệu quả phanh.
Hình 2.3: Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 (loại cường hóa)
Cơ cấu phanh loại 3 này có các đặc điểm như sau:
+ Đầu trên của hai guốc sử dụng chung một xy lanh kép để tạo lực ép chính cho hai guốc.
+ Đầu dưới của hai guốc được nối với nhau bằng thanh cường hóa tùy động.
+ Mỗi guốc của cơ cấu phanh đều có thêm một tâm quay tùy động cùng được bố trí cùng phía với xy lanh kép.
Do tính chất của thanh cường hóa song song với phương lực ép P, các lực tác dụng lên các guốc đều song song với nhau Cơ cấu phanh trống guốc loại 4, hay còn gọi là loại trống guốc với cam ép, là một hệ thống phanh hiệu quả.
Hình 2.4: Cơ cấu phanh trống guốc loại 4 (loại cam ép)
Hai guốc sử dụng chung một cam ép cùng kiểu và hành trình nâng để tạo lực ép cho hai guốc.
Cơ cấu phanh đĩa thường được áp dụng cho ôtô du lịch, đặc biệt là ở bánh trước, và máy kéo Gần đây, loại phanh này cũng đã được sử dụng trên một số ôtô vận tải và chở khách.
Phanh đĩa có nhiều loại khác nhau, bao gồm phanh kín, phanh hở, phanh một đĩa và phanh nhiều đĩa Ngoài ra, còn có các loại phanh với thiết kế vỏ quay và đĩa quay, cùng với vòng ma sát quay Đĩa phanh có thể là đĩa đặc, đĩa có rãnh thông gió, hoặc được chế tạo từ một lớp kim loại đơn lẻ hay kết hợp hai kim loại khác nhau.
Trên ôtô sử dụng chủ yếu loại một đĩa quay dạng hở, ít khi dùng loại vỏ quay
Trên máy kéo còn dùng loại vỏ và đĩa cố định, vòng ma sát quay.
Có hai phương án lắp ghép má kẹp: lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi
Phương án lắp cố định mang lại độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫn động lớn Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến điều kiện làm mát kém, khiến nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh tăng cao hơn.
Hình 2.5: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định.
1- Má phanh; 2- Má kẹp; 3- Piston;
4- Vòng làm kín; 5- Đĩa phanh.
- Để khắc phục kiểu lắp má kẹp cố định có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động.
Má kẹp có thể làm tách rời hay liền với xi lanh bánh xe và trượt trên các chốt
Hệ thống dẫn hướng cố định với độ cứng vững thấp có thể gây ra hiện tượng mòn không đều ở má phanh do biến dạng và mòn rỉ của các chốt dẫn hướng, dẫn đến hiệu quả phanh giảm và rung động Tuy nhiên, với một xi lanh thủy lực có chiều dài gấp đôi, hệ thống này có khả năng làm mát tốt hơn, giúp dầu phanh ít nóng hơn và giảm nhiệt độ làm việc từ 30 đến 50 độ C Thêm vào đó, việc dịch sâu cơ cấu phanh vào bánh xe giúp giảm lực cản lăn tác động lên trụ quay đứng của các bánh xe dẫn hướng.
Hình 2.6: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tuỳ động - xylanh cố định.
1 Đĩa phanh; 2.Má kẹp; 3 Đường dầu; 4 Piston; 5 Thân xi lanh; 6 Má phanh.
Hình 2.7: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tuỳ động - xylanh bố trí trên kẹp.
1 Má kẹp; 2 Piston; 3 Chốt dẫn hướng; 4 Đĩa phanh; 5 Má phanh.
- Ưu điểm so với cơ cấu phanh trống - guốc:
Dẫn động phanh
2.2.1 Các loại dẫn động phanh Đối với hệ thống phanh làm việc của ô tô, người ta sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: thủy lực và khí nén.
Dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng, vì hiệu suất thấp (η 0,4 ÷ 0,6) và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe.
Dẫn động điện chủ yếu được sử dụng cho các đoàn xe kéo mooc, nhưng rất hiếm gặp Trong khi đó, các xe tải lớn thường trang bị nhiều loại phanh liên hợp thủy khí Ngược lại, máy kéo thường sử dụng dẫn động cơ khí do cấu trúc đơn giản và độ tin cậy cao Mặc dù dẫn động cơ khí có hiệu suất thấp, độ chính xác kém và khó đảm bảo phanh đồng thời cho các bánh xe, nhưng ở các máy kéo có đường dẫn động không tải và tốc độ chuyển động thấp, những nhược điểm này không trở thành vấn đề nghiêm trọng.
Dẫn động thủy lực không phổ biến cho máy kéo, nhưng lại được sử dụng rộng rãi để điều khiển phanh của rơ mooc kéo theo Đối với các loại máy lớn, dẫn động khí nén thường được áp dụng.
2.2.2 Các sơ đồ phân dòng chính
Để tăng độ tin cậy cho hệ thống phanh, cần thiết phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập Nếu một dòng gặp sự cố, dòng còn lại vẫn có thể điều khiển ô tô máy kéo với hiệu quả nhất định Hiện nay, dẫn động hai dòng là phổ biến nhất, và để phân chia các dòng, có thể sử dụng các bộ phận điều khiển kép như van khí nén hai khoang, xi lanh chính kép hoặc bộ chia.
Mỗi sơ đồ đều có ưu khuyết điểm riêng Vì vậy chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa vào ba yếu tố chính là:
- Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng
- Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép
- Mức độ phức tạp của dẫn động
Hình 2.9: Các sơ đồ phân dòng
2.2.3 Dẫn động thủy lực a Ưu nhược điểm
Dẫn động thủy lực có ưu điểm quan trọng là:
- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,2 ÷ 0,4 s)
Để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu, hãy luôn đảm bảo rằng tất cả các bánh xe đều phanh đồng thời Điều này là cần thiết vì áp suất trong hệ thống dẫn động chỉ bắt đầu tăng khi tất cả các má phanh đã tiếp xúc chặt chẽ với trống phanh.
- Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng, giá thành nhỏ
- Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
Nhược điểm của dẫn động thủy lực là:
- Yêu cầu độ kín khít cao Khi có môt chỗ nào đó bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động không làm việc được
- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường phải sử dụng các bộ trợ lực để giảm lực đạp, làm cho kết cấu phức tạp
- Sự dao động áp suất của chất lỏng làm việc có thể làm cho các đườn ống bị rung động và mô men phanh không ổn định
- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp. b Phạm vi sử dụng
Dẫn động thủy lực được áp dụng phổ biến trong ô tô du lịch, ô tô tải cỡ nhỏ và các loại xe đặc biệt lớn nhờ vào những đặc điểm ưu việt của nó Các loại và sơ đồ dẫn động thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và khả năng vận hành của phương tiện.
Theo năng lượng sử dụng, dẫn động phanh thủy lực có thể chia thành ba loại:
1) Dẫn động tác dụng trực tiếp: Cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp chỉ bằng lực tác dụng của người lái.
2) Dẫn động tác dụng gián tiếp: cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờ lực người lái, một phần nhờ các bộ trợ lực lắp song song với bàn đạp.
3) 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.
Người lái điều chỉnh áp suất và lưu lượng chất lỏng đến các cơ cấu phanh bằng cách điều khiển các van, tùy thuộc vào cường độ phanh cần thiết.
Hình 2.10: Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp
1và 8 – Xylanh bánh xe; 2 và 7 - Ống dẫn; 3 và 4– Piston; 5 – Bàn đạp phanh; 6 –
Hình 2.11: Dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không
Hệ thống phanh bao gồm các thành phần quan trọng như ống dẫn đến các xylanh bánh xe (1 và 3), xylanh chính (2), đường nạp động cơ (4), van chân không (5), phần tử lọc (6), bàn đạp phanh (7), cần dẫn động (8), van không khí (9), vòng cao su (10) và piston (hoặc màng) (11) Những bộ phận này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu và an toàn cho phương tiện.
Bầu trợ lực chân không
Hệ thống dẫn động thủy lực sử dụng bơm và các bộ tích năng bao gồm các thành phần chính như năng lượng người lái (Ec), năng lượng trợ lực từ bơm và bộ tích năng (Ea), bộ phận phân phối (D), và các xylanh bánh xe (C) Sơ đồ khối chức năng và sơ đồ nguyên lý thể hiện cấu trúc của hệ thống, với bàn đạp phanh (1), xylanh chính (2), và hai khoang của van phanh (3 và 4) Ngoài ra, hệ thống còn có các xylanh bánh xe (5 và 6), bình tích năng (7 và 9), bộ điều chỉnh tự động áp suất (8), van an toàn (10), và bơm (11).
Hình 2 13: Dẫn động thủy lực trợ lực bằng bơm thủy lực
1- Bơm; 2- Van an toàn; 3- Đường cao áp; 4- Đường hồi; 5- Van phân phối; 6-
Xi lanh trợ lực; 7- Xi lanh chính; 8,9- Xi lanh bánh xe.
2.2.4 Dẫn động khí nén a Ưu nhược điểm
Dẫn động khí nén có các ưu điểm sau:
- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ
Hệ thống thủy lực hoạt động tin cậy hơn, ngay cả khi có rò rỉ nhỏ, cho phép tiếp tục vận hành Tuy nhiên, hiệu quả phanh sẽ bị giảm sút trong trường hợp này.
- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác, như: phanh rơ mooc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén, …
- Dễ cơ khí hóa tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động
Tuy vậy dẫn động khí nén có các nhược điểm là:
- Độ nhạy thấp, thời gian châm tác dụng lớn
Do ảnh hưởng của điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thường thấp hơn từ 10 đến 15 lần so với chất lỏng trong dẫn động thủy lực, dẫn đến kích thước và khối
- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều
- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn
- Lực tác dụng phanh các bánh xe khó đồng đều, khó đồng đều giữa các bánh trước và giữa trước và sau b Phạm vi sử dụng
Dẫn động khí nén hiện nay được sử dụng phổ biến trên các ô tô máy kéo cỡ trung bình và lớn, cũng như trong các đoàn xe kéo mooc, nhờ vào những đặc điểm nổi bật của nó Các sơ đồ chính của hệ thống này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và khả năng vận hành.
Dẫn động phanh khí nén có ba sơ đồ điển hình, tương ứng với ba trường hợp là:
- Xe ô tô đơn không kéo mooc
- Xe kéo mooc dẫn động phanh rơ mooc một đường
- Xe kéo mooc dẫn động phanh rơ mooc hai đường
Dẫn động một đường sử dụng một ống nối giữa xe kéo và rơ mooc, trong khi dẫn động hai đường yêu cầu hai ống nối giữa xe kéo và rơ mooc.
+ Dẫn động phanh đơn trên ô tô (hình 1.12a)
TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH
Số liệu cho trước
Các thông số ban đầu của xe được cho trong bảng 1
Bảng 3.1: Thông số ban đầu của xe thiết kế
T Tên thông số Ký hiệu
3 Khối lượng không tải m0 8000 kg
4 Khối lượng toàn toàn tải ma 12000 kg
5 Phân bố trên trục trước (Không tải/Toàn tải m1/m2
6 Tốc độ cực đại của xe vmax 140 km/h
7 Chiều dài cơ sở L0 3950 mm
8 Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải hg
9 Bán kính bánh xe Rbx 450 mm
Tính toán xác định các thông số yêu cầu của cơ cấu phanh
3.2.1 Mô-men phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh
- Xét các lực tác dụng lên ô tô khi xe đứng yên như hình 1.
Hình 3.1: Các lực tác dụng lên ô tô khi xe đứng yên trên mặt đường nằm ngang
+ a, b: Khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe trước, sau.
+ L: chiều dài cơ sở của xe.
+ Ga: trọng lượng toàn bộ của xe.
+ Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước, sau.
+ hg: Chiều cao trọng tâm của xe.
- Phương trình cân bằng mô men khi xe đứng yên:
Xét điểm cân bằng tại O1:
Thay các giá trị và (2.1) ta được: a= 84000.3950 120000 = 2765 [mm] b = L – a = 3950 –2765 = 1185 [mm]
Để đảm bảo phanh tối ưu cho ô tô, cần xem xét các lực tác động lên xe khi phanh trên mặt phẳng nằm ngang, như được minh họa trong sơ đồ ở hình 2.
Hình 3.2: Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh
- Khi phanh sẽ có các lực tác dụng lên xe :
+ Trọng lượng toàn bộ Ga đặt tại trọng tâm O
+ Lực cản lăn pf1 và pf2
+ Phản lực thẳng góc Z1 và Z2
+ Lực phanh tác dụng lên bánh xe trước/sau Pp1 và Pp2
+ Lực cản không khí Pw
+ Lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần
Lực phanh Pp1 và Pp2 tác động tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, hướng ngược với chuyển động của ô tô Trong khi đó, lực quán tính Pj tác động tại trọng tâm xe, có chiều cùng với chuyển động của ô tô.
Khi phanh, lực cản không khí Pw và lực cản lăn Pf1, Pf2 có thể bỏ qua vì chúng không đáng kể, dẫn đến sai số chỉ khoảng 1,5÷2% Do đó, phương trình cân bằng lực khi xe phanh theo phương song song với mặt đường được xác định một cách đơn giản hơn.
- Lực quán tính Pj theo tài liệu [1] được xác định theo biểu thức sau :
Jp: Gia tốc chậm dần khi phanh
Để tối ưu hóa trọng lượng bám của ô tô, hệ thống phanh được lắp đặt ở cả bánh trước và bánh sau, với lực phanh lớn nhất cho toàn bộ xe theo tài liệu [1].
Hệ thống phanh không trang bị ABS chỉ đạt hệ số bám khi phanh khẩn cấp từ 0,56 đến 0,68 Để tối ưu hiệu quả phanh và duy trì gia tốc chậm dần tối đa mà không gây trượt cho bánh xe, nên chọn hệ số bám φ = 0,64.
Khi ô tô thực hiện phanh khẩn cấp với bất kỳ tốc độ nào cho đến khi dừng hẳn (v=0), gia tốc phanh đạt giá trị cực đại Giá trị jpmax được xác định thông qua phương trình cân bằng lực quán tính trong quá trình phanh.
- Phương trình cân bằng momen tại O1 khi phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất:
Zp2.L + Pjmax.hg – Ga.a = 0 Zp2.L + Ga φ.hg – Ga.a = 0
(1.6) Phương trình cân bằng momen tại O2 khi phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất:
- Trọng lượng tác dụng lên mỗi bánh xe trước (Gbx1) và bánh xe sau (Gbx2) khi phanh là:
(1.9) Thay các giá trị vào (2.8) và (2.9) ta được:
- Lực phanh yêu cầu ở mỗi cơ cấu phanh ở bánh xe trước theo tài liệu [1] xác định bằng :
- Lực phanh yêu cầu ở mỗi cơ cấu phanh ở bánh xe sau theo tài liệu [1] được xác định:
- Momen phanh yêu cầu ở cầu trước theo tài liệu [1] là:
- Momen phanh yêu cầu ở cầu sau theo tài liệu [1] là:
3.2.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các bánh xe
Momen phanh tại các bánh xe được sinh ra bởi cơ cấu phanh lắp đặt ở đó, với nhiều kiểu dáng khác nhau Trên một chiếc xe, có thể có các cơ cấu phanh khác nhau cho các trục bánh xe trước và sau Dù cùng kiểu cơ cấu phanh, nhưng cấu trúc và kích thước có thể khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu phân bố momen phanh trên từng trục.
Để lựa chọn cơ cấu phanh hợp lý, cần đánh giá tỷ số phân bố mô men phanh giữa trục trước và trục sau dựa trên hệ số phân bố lực phanh.
Xe khách có hệ số phân bố lực phanh K12 = 1,778, cho thấy sự phân bố tải trọng tĩnh giữa trục trước và trục sau gần bằng nhau Do đó, cơ cấu phanh trước và sau thường khác nhau: phanh sau có thể sử dụng một guốc tự siết và một guốc tự tách, trong khi phanh trước thường dùng hai guốc tự siết Ngoài ra, có thể áp dụng cơ cấu phanh đĩa cho cầu trước, trong khi trục sau vẫn sử dụng cơ cấu phanh trống guốc.
3.2.3 Mô-men phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu:
Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh bao gồm mô-men phanh và lực ép do cơ cấu phanh tạo ra Cách tính mô-men phanh và lực ép yêu cầu phụ thuộc vào kiểu và loại cơ cấu phanh cụ thể.
3.2.3.1 Mô-men phanh do cơ cấu phanh cầu trước sinh ra:
Kiểu cơ cấu phanh ở cầu trước là kiểu trống guốc; cơ cấu ép bằng xy lanh kép và thanh cường hóa. c a b r t
Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 (cường hóa) là một dạng phanh tang trống đặc biệt, có tính đối xứng trong cấu trúc Mô-men ma sát của tang trống được gia tăng đáng kể nhờ sự hỗ trợ lẫn nhau giữa hai guốc, mặc dù các thông số cơ bản của cơ cấu phanh vẫn giữ nguyên như ở hai loại trước.
Do tính chất của thanh cường hóa song song với phương lực ép P, các lực tác dụng lên các guốc đều song song nhau Mô-men ma sát của hai guốc tác dụng lên tang trống được tính theo công thức xác định.
+ Đối với guốc phía trước (theo chiều quay tiến của bánh xe) ta có:
+ Đối với guốc phía sau (được cường hóa thêm lực đẩy bởi thanh cường hóa do phản lực tỳ của guốc trước truyền qua thanh cường hóa) ta có:
P1 - Lực ép cơ cấu phanh bánh xe trước [N]
Rt - Bán kính trống phanh [m];
Rt = 0,4.Rbx = 0,4.0,45 = 0,18 [m]; a, b là khoảng cách từ tâm bánh xe đến phương lực, với a = b = 0,8.Rt = 0,8.0,18 = 0,144 [m]; c là khoảng cách cường hóa, được tính bằng c = 0,9.Rt = 0,162 [m]; r0 là bán kính vòng tròn cơ sở của lực tổng hợp từ các guốc tác dụng lên trống phanh, được xác định bằng công thức r0 ρ μ.
Với: - hệ số ma sát trượt giữa má phanh và trống phanh;
- bán kính của điểm đặt lực tổng hợp của guốc phanh tác dụng lên trống phanh và có thể được xác định như sau: ρ=
Mà góc ôm của má phanh: 0,785
Từ đó, suy ra mô-men ma sát của hai guốc tác dụng lên tang trống:
+ Đối với guốc phía trước :
+ Đối với guốc phía sau :
3.2.3.2 Mô-men phanh do cơ cấu phanh cầu sau sinh ra:
Cơ cấu phanh cầu sau cũng tương tự, chỉ có khác Lực ép cơ cấu phanh bánh xe sau nhỏ hơn so với bánh xe trước : P2 = 19800,148 [N]
Thay tất cả các thông số vào công thức (3.8b) ta có mô-men phanh do các guốc tạo ra cho tang trống cầu sau là:
+ Đối với guốc phía trước :
+ Đối với guốc phía sau :
3.2.4 Tính toán xác định bề rộng má phanh:
Bề rộng má phanh quyết định diện tích làm việc của chúng trên tang trống Việc tăng bề rộng má phanh sẽ làm tăng diện tích làm việc, giúp giảm áp lực trên mỗi đơn vị diện tích và giảm mài mòn trong quá trình phanh Tuy nhiên, nếu bề rộng má phanh tăng quá lớn, áp lực phân bố sẽ không đều, dẫn đến mòn không đều và giảm hiệu quả phanh.
Khi đã chọn và xác định các thông số cần thiết theo mô-men yêu cầu, bề rộng má phanh sẽ được xác định dựa trên áp suất cho phép [q] mà má phanh phải chịu trong quá trình phanh.
Với kiểu cơ cấu phanh tang trống, bề rộng má phanh b được xác định theo mô-men phanh Mg do mỗi guốc tạo ra cho tang trống như sau: b M g q.μ.r t 2 ( α 2−α 1 ) =
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH
Phân tích, chọn sơ đồ dẫn động phanh
4.1.1 Chọn sơ đồ phân dòng chính
Từ những phân tích ưu nhược điểm của từng sơ đồ phân dòng (được trình bày ở chương 1) ta chọn sơ đồ phân chính trên xe khách như sau:
Hình 4.1 -Sơ đồ phân dòng chính trên xe khách
3- Bộ phận phân dòng ( Tổng van phân phối ); 1,5- Các bánh xe trước, sau;
Sơ đồ phân dòng phanh đơn giản nhất cho phép hệ thống phanh vẫn hoạt động hiệu quả, ngay cả khi một trong hai dòng dẫn động bị hỏng Mặc dù hiệu suất có thể giảm khi dòng phanh ở cầu trước gặp sự cố, mức độ bất đối xứng lực phanh vẫn nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
4.1.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh
Sau khi phân tích ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của các sơ đồ dẫn động phanh trên ô tô, tôi đã quyết định chọn dẫn động phanh bằng thủy lực.
Hình 4.2: Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén
Bàn đạp là bộ phận khởi động hệ thống, kết nối với đòn điều khiển để điều chỉnh cụm van Cụm van kiểm soát dòng chảy của khí nén từ bình chứa khí nén đến các xy lanh lực và xy lanh chính Dòng dầu được dẫn đến các xy lanh bánh xe sau và trước, đảm bảo hoạt động hiệu quả của các xy lanh bánh xe sau và bánh xe trước.
Khi tác động lên bàn đạp 1, lực được truyền qua đòn 2 lên các cần của xy lanh chính 6 và cụm van 3 Van 3 mở đường nối khoang A của xy lanh với bình chứa khí nén 4, cho phép khí nén từ 4 vào khoang A, tác động lên piston của xy lanh trợ lực, hỗ trợ người lái ép các piston trong xy lanh chính 6, từ đó đưa dầu đến các xy lanh bánh xe Khí nén cũng vào khoang phía sau của van 3, ép lò xo, khiến van dịch chuyển sang trái và dừng lại khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo, đồng thời đóng đường khí nén từ bình chứa đến khoang A, duy trì áp suất không đổi trong hệ thống Để tăng áp suất, cần tăng lực đạp để mở đường cho khí nén tiếp tục vào Như vậy, cụm van 12 đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh.
Tính dẫn động phanh
4.2.1 Hành trình dịch chuyển đầu piston xy lanh công tác của cơ cấu ép
Trong truyền động phanh dầu, để tạo ra lực ép cho cơ cấu phanh chúng ta thường dùng piston để truyền lực ép P lên guốc phanh.
Hành trình dịch chuyển của đầu guốc di động x [mm] xác định theo công thức sau:
Khe hở hướng kính trung bình giữa má phanh và trống phanh, ký hiệu là δ0, được điều chỉnh theo kinh nghiệm trong khoảng 0,5 đến 0,6 mm Độ mòn hướng kính cho phép của má phanh và tang trống, ký hiệu là δm, cần được kiểm tra thường xuyên Khi độ mòn hướng kính đạt giá trị cho phép từ 1 đến 1,2 mm, hành trình bàn đạp sẽ đạt giá trị cực đại cho phép [Sbd], lúc này cần điều chỉnh lại khe hở hướng kính trung bình δ0 để đảm bảo hiệu suất phanh.
Giá trị cực đại cho phép của hành trình bàn đạp ôtô ứng với giới hạn mòn phải điều chỉnh khe hở nằm trong giới hạn kinh nghiệm sau.
Đối với ôtô vận tải hàng hóa và hành khách: [Sbd] = 170180[mm] Chọn δ0 = 0,5[mm] và δm = 1[mm] và với a4(mm) và b4(mm) thì ta có: x (0,5+1)(144+144)
4.2.2 Đường kính xylanh chính Đường kính xy lanh chính Dc được xác định từ tỷ số khuếch đại thủy lực ik. i k =( D d k c ) 2 trong đó ik là tỷ số khuếch đại thủy lực của xy-lanh công tác thứ k so với xy- lanh chính Trong thực tế kinh nghiệm đối với hệ thống phanh dầu thì tỷ số khuếch đại thủy lực thường nằm trong khoảng ik = 0,751,50 Vì vậy, trong tính toán thiết kế có thể tính đường kính xy-lanh chính theo giá trị trung bình gần đúng như sau:
D c ≈ √(1/2 * (0,75 * d kmin² + 1,50 * d kmax²)), trong đó dkmin là đường kính nhỏ nhất của xy-lanh công tác và dkmax là đường kính lớn nhất của xy-lanh công tác.
Thế số với các giá trị đường kính xy lanh công tác đã tính, ta có:
D c ≈√ 1 2 ( 0,037 0,75 2 + 0,050 1,50 2 ) = 0,042[m] Đường kính xy-lanh điều khiển trợ lực có thể lấy bằng ddk = Dc 0,042[m].
4.2.3 Hành trình dịch chuyển của piston xylanh chính
Piston chính có vai trò quan trọng trong việc truyền lực từ bàn đạp và bộ trợ lực phanh, tạo ra áp suất cao trong hệ thống phanh Áp suất này chỉ hình thành khi tất cả các khe hở trong hệ thống được khắc phục, do đó, hành trình dịch chuyển của piston xy-lanh chính h [mm] được xác định theo công thức: h = ( ( 2x 1 D n 1 2 c d 1 2 + 2x 2 D n 2 c 2 d 2 2 ) 2+δ 1 + δ 2 + δ dk d D dk 2 c 2 ) K.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét hành trình dịch chuyển của piston công tác trong cơ cấu phanh cầu trước và sau, với x1 = x2 = 3 mm và số lượng piston công tác là 2 Đối với xe khách có công thức bánh xe 4x2, số lượng trục bánh xe n1 và n2 đều bằng 1 Đường kính xy-lanh công tác ở cơ cấu phanh cầu trước và sau lần lượt là d1 = 50,00 mm và d2 = 37,00 mm, với chỉ số 2 bên ngoài ngoặc đơn chỉ ra rằng có hai cơ cấu phanh trên mỗi trục bánh xe trước và sau.
Dc là đường kính của xy lanh chính, có kích thước 42 mm Đường kính xy lanh dầu điều khiển đóng mở van của bộ trợ lực kiểu gián tiếp cũng là 42 mm Đối với kiểu điều khiển trực tiếp, tỷ lệ giữa ddk và Dc là 1.
1, 2 lần lượt là khe hở thông dầu trong xy-lanh chính ở trạng thái không phanh ứng với các dòng trước/sau.Có thể chọn : 1 = 2 = 1,5[mm].
Khoảng dịch chuyển của piston trợ lực, ký hiệu là dk, được sử dụng để điều khiển việc đóng mở van trong bộ trợ lực kiểu gián tiếp, hoặc là khoảng dịch chuyển của cần đẩy trong bộ trợ lực kiểu trực tiếp Để tính toán, chọn dk = 1,0 mm và hệ số K phản ánh độ đàn hồi của hệ thống với giá trị K = 1,07 Từ đó, ta có thể xác định các thông số cần thiết cho hệ thống.
4.2.4 Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh a) Tỷ số truyền bàn đạp ibd Đòn bàn đạp phanh có nhiệm vụ truyền lực đạp của lái xe lên piston của xy-lanh chính Vì vậy dịch chuyển của đầu bàn đạp phanh có thể được xác định:
Sbd = (h + δ.K) ibd, trong đó h đại diện cho hành trình dịch chuyển của piston xy-lanh chính, δ là khe hở cần thiết giữa cần đẩy và piston xy-lanh chính, và ibd là tỷ số khuếch đại lực từ bàn đạp đến piston xy-lanh chính, thường được gọi là tỷ số truyền bàn đạp.
Công thức tính hành trình dịch chuyển của piston xy-lanh chính h được xác định với điều kiện rằng giá trị hành trình bàn đạp lớn nhất phải tương ứng với lúc má phanh mòn đến giới hạn Việc hiệu chỉnh không được vượt quá giá trị cho phép đối với hành trình cực đại [Sbd].
Đối với ôtô khách sử dụng cơ cấu phanh kiểu trống guốc, hành trình bàn đạp thường nằm trong khoảng 170 đến 180 mm Có thể chọn hành trình bàn đạp là 180 mm với khe hở 0,5 mm, từ đó tính được tỷ số truyền bàn đạp.
(32,60+0,5 1,07)= 5,432 b) Hành trình bàn đạp Sbd
Hành trình bàn đạp phanh thực tế Sbd khi không xét đến lượng mòn m (tức
Với m = 0 thì x = 1[mm], ta có: h * = ( ( 2 1 1.50 2
Theo công thức tính hành trình ở trên, ta có thể tính hành trình làm việc khi cho các khe hở bằng không; tức là 1 = 2 = dk = m = = 0. h ** = ( ( 2 1 1 50 2
Ta có tỷ số giữa hành trình thực tế của bàn đạp Sbd so với hành trình làm việc hữu ích của bàn đạp Slv bằng:
So với tỷ số kinh nghiệm hiện này nằm trong khoảng 1,41,6 thì các kết quả tính toán trên là khá chính xác và tin cậy.
4.2.5 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi chưa tính trợ lực
Để thực hiện phanh khẩn cấp với lực phanh lớn nhất, cần tác dụng một lực cần thiết lên bàn đạp phanh, chưa tính đến trợ lực.
Dxl là đường kính của xy-lanh cung cấp dầu cho các xy-lanh công tác Trong trường hợp không có trợ lực hoặc khi sử dụng kiểu trợ lực trực tiếp, Dxl cũng đóng vai trò là xy-lanh chính.
Áp suất làm việc của dầu trong hệ thống được ký hiệu là pd, với giá trị chọn là 8 MN/m² Hiệu suất của bàn đạp, ký hiệu là ηbd, tính đến tổn thất truyền lực từ bàn đạp đến piston xy-lanh chính Đồng thời, hiệu suất thủy lực ηd cũng được xem xét, bao gồm tổn thất do ma sát giữa piston và xy-lanh chính Các giá trị này có thể được xác định theo kinh nghiệm.
Hiệu suất truyền động cơ khí : bd 0,850,90; chọn bd = 0,90
Hiệu suất của piston-xylanh: xl 0,920,95; chọn xl = 0,95 Thế số ta có lực đạp cần phải tác dụng khi chưa tính đến trợ lực:
Giá trị lực bàn đạp cần thiết cho việc điều khiển nhẹ nhàng trên ôtô hiện nay, đặc biệt là xe khách, nằm trong khoảng [Pbd] khoảng 300 đến 400 N Do đó, việc trang bị hệ thống trợ lực là cần thiết để đảm bảo sự thoải mái và an toàn cho người lái.
4.2.6 Lực trợ lực cần thiết của bộ trợ lực
