bài báo cáo kết cấu ô tô hệ thống phanh khí nén

Hệ thống phanh khí nén thường được sử dụng trên xe cơ giới hạng nặng như: hệ thốngphanh khí nén trên xe tải, xe buýt, sơ mi rơ moóc, xe đầu kéo, container, xe khách hay cácloại phương ti

CHƯƠNG I:HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN.

Hệ thống phanh khí nén, còn được gọi là phanh hơi, là một loại phanh ma sát cho xe,

thành phần gồm có dẫn động phanh và cơ cấu phanh Bộ phận này vận hành nhờ áp lựccủa khí nén, qua đó giúp người lái điều khiển hệ thống phanh theo ý muốn nhằm đảm bảo

an toàn khi lưu thông

Hệ thống phanh khí nén thường được sử dụng trên xe cơ giới hạng nặng như: hệ thốngphanh khí nén trên xe tải, xe buýt, sơ mi rơ moóc, xe đầu kéo, container, xe khách hay cácloại phương tiện cần lực phanh hãm rất lớn để giảm tốc và dừng xe

1 Cấu tạo.

Dựa vào sơ đồ hệ thống phanh khí nén, cấu tạo hệ thống bao gồm các bộ phận: Máy nénkhí, bể chứa, bàn đạp phanh, bộ truyền đạp phanh, van an toàn, bộ thu gom bụi bẩn,phanh trống, dây dầu phanh, van ba, bộ lọc không khí và máy sấy Theo đó, các bộ phậntrong cấu tạo hệ thống phanh khí nén liên kết với nhau bằng đường ống, tạo thành tổngthể hoàn chỉnh

Hình 1.1

2 Nguyên lý làm việc.

Khi xe khởi động, máy nén bắt đầu hoạt động nhằm cung cấp khí nén cho hệ thốngphanh Trường hợp bình chứa khí nén không đủ lượng khí theo yêu cầu, bánh xe sẽ khóa

chặt lại Đồng thời, bộ phận hãm phanh cũng được kích hoạt nhằm đảm bảo an toàn choxe.

Khi người lái đạp phanh, ty đẩy khiến piston chuyển động nén lò xo và mở van khí nén,sau đó khí nén được chuyển từ bình chứa đến các bầu phanh Lúc này, khí nén sẽ làm choguốc phanh ép chặt vào má phanh và tang trống, tạo ra lực ma sát đủ lớn để giảm tốc vàhãm xe

Khi người lái nhả chân phanh, lò xo cũng như piston điều khiển về lại vị trí cũ khiến vankhí nén đóng lại Đồng thời khí nén ở bầu phanh cũng được thoát hẳn ra ngoài Cuốicùng, lò xo tại bầu phanh đàn hồi ngược lại, kéo guốc phanh ngược khỏi tang trống Ngoài nguyên lý hoạt động cơ bản như trên, các xe có trọng tải lớn còn được lắp đặt thêmphanh khí xả Bộ phận này sẽ kích hoạt khi xe đạt vận tốc 20km/h Trong trường hợpphanh gấp, van điều chỉnh khí thải tự động ngắt, tạo ra áp suất lớn ở ống xả, tác độngngược lên piston giúp giảm tốc độ di chuyển của xe

3 Nguyên lý làm việc từng bộ phân.

-Máy nén khí

+Máy nén khí lắp phía trên động cơ, dùng để nén không khí đạt áp suất quy định (0,6 –0,8 MPa) sau đó nạp vào bình chứa khí nén

Hình 1.2Nguyên lý hoạt động :

+Máy nén khí là một máy nén có một hay hai piston, được truyền động từ động cơ ô tô vàcùng chạy liên tục Trong hành trình nạp khí, nó hút khi mới qua bộ lọc không khí và nén

3

lại các van dao động (rung) nằm trong đầu xi lanh điều khiển khí vào và ra Việc bôi trơnthường được thực hiện qua hệ thống bôi trơn tuần hoàn áp lực của động cơ.

Hình 1.5-Nhiệm vụ

+Phân phối khí nén cho 4 mạch phanh

+Đảm bảo áp suất trong các mạch còn hoạt động khi áp suất giảm một hay nhiều mạch phanh

+Có thể ưu tiên nạp khí cho các mạch phanh chính

-Van phanh chính với van điều chỉnh tỷ lệ áp suất

Hình 1.6Nhiệm vụ

+Nạp và xả khí nén với định lượng nhỏ trong hệ thống phanh chính 2 mạch ở ô tô tải kéo

5

-Điều khiển van điều khiển rơ móoc.

+Có thể cùng với van điều chỉnh tỷ lệ áp suất điều khiển áp suất phanh ở cầu trước tùy theo tải

-Van phanh tay và van phanh phụ

Hình 1.7Nhiêm vụ

+Tác động có định lượng lên phanh tay và phanh phụ với các xi lanh trữ lực lò xo.+Vị trí kiểm tra để kiểm soát tác động của phanh tay trong ô tô tải kéo

-Bộ điều chỉnh lực phanh tự động tùy theo tải với van rơle

Hình 1.8

Nhiệm vụ

+Điều chỉnh tự động lực phanh phụ thuộc vào trọng tải

+Điều khiển bằng áp suất trong ống khí lò xo ở ô tô có hệ thống đàn hồi bằng không khí hay bằng khoảng hành trình lò xo ở ô tô có hệ thống đàn hồi cơ học

+Van rơle để nạp và xả khí phanh

-Xi lanh phanh

Hình 1.9Nhiệm vụ

+Xi lanh màng cung cấp lực căng ở phanh chính

+Xi lanh trữ lực lò xo cung cấp lực căng cho phanh tay và phanh phụ Đây là cơ cấu an toàn đặc biệt khi toàn bộ hệ thống khí nén bị hỏng hoặc rò rỉ Điều mà người ta làm lý do

để khuyên dùng dùng hệ thống phanh dẫn động khí nén với điều kiện đổ đèo núi

4 Ưu và nhược điểm của hệ thống phanh khí nén trên xe tải

Sau khi đã tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, tiếp theo sẽ là các ưu nhược điểm

hệ thống phanh khí nén

- Ưu điểm

Phanh khí nén cung cấp không khí liên tục, do đó, ngay cả khi khí nén bị rò rỉ không đáng

kể thì hoạt động của hệ thống phanh vẫn được duy trì

7

Các khớp nối ống dẫn khí trong hệ thống phanh khí nén dễ dàng tháo lắp hơn so với hệ thống phanh thủy lực

Hệ thống phanh hơi được thiết kế với khả năng đảm bảo xe vẫn dừng lại một cách an toàn, ngay cả khi bị khí nén bị rò rỉ

CHƯƠNG II:HỆ THỐNG ABS KHÍ NÉN

Hình 2.1

ABS (Anti-lock Braking System) là hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABSđiều khiển áp suất phanh để duy trì lực bám dọc và bám ngang của bánh xe với mặtđường ở mức cao, nhờ đó nâng cao tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh,duy trì khả năng dẫn hướng và giảm quãng đường phanh Trong trường hợp phanh trênđường khô và với vận tốc cao (trên 35 km/h), quảng đường phanh khi có ABS ngắn hơnkhi không có ABS Tuy nhiên, trong trường hợp phanh từ vận tốc thấp đơn, phanh trênđường trơn trượt, quảng đường phanh khi có ABS có thể dài hơn khi không có ABS Hiệuquả của ABS khi phanh ở vận tốc thấp không cao nên hệ thống ABS không được kíchhoạt Giới hạn vận tốc của ô tô trước khi phanh để kích hoạt hệ thống ABS khác nhautheo từng loại xe và theo nhà sản xuất ABS Hệ thống ABS lắp trên xe tải rơ moóc hoặc

sơ mi rơ moóc giúp hạn chế được nguy cơ đầu kéo bị quay ngược (jackknifīng) khi phanhgấp, nâng cao tính an toàn cho ô tô Hơn nữa, các bánh xe không bị trượt lết trong quátrình phanh nên hạn chế được tốc độ mài mòn của lốp xe

So với hệ thống phanh thủy lực có ABS, hệ thống phanh ABS khí nén có tần số làm việcthấp hơn do quá trình biến đổi áp suất khí nén trong bầu phanh chậm hơn nhiều so với quátrình biến đổi áp suất dầu trong hệ thống phanh thủy lực Theo công bố của hãng Wabco,tần số hoạt động của hệ thống ABS khí nén do hãng chế tạo nằm trong khoảng từ 3 đến 5

Hz Hiện nay hệ thống phanh ABS sử dụng cảm biến để xác định tình trạng lăn của bánh

xe, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển van chấp hành ABS theo thuật toán đã được địnhtrước Một số hệ thống hiện đại còn tích hợp thêm cảm biến đo gia tốc dài của thân xe đểgia tăng hiệu quả điều khiển quá trình phanh Dựa trên cấu trúc của hệ thống ABS cơ bản,các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều hệ thống điều khiển khác nhằm nâng cao tính năng

ổn định và an toàn như hệ thống tự động điều khiển lực kéo (ATC - Automatic TractionControl): Hệ thống điều khiển cân bằng điện tử (ESC - Electronic Stability Control) Trên thế giới, ABS liên tục được nghiên cứu và phát triển nên hiệu quả của hệ thống ngàycàng cao Ban đầu, hệ thống ABS khi nên lắp đặt trên xe tải như một lựa chọn thêm cho

sự an toàn, nhưng với sự hiệu quả vượt trội của nó nên từ năm 1991, các nước Châu Âu

đã bắt buộc các hãng phải lắp ABS lên xe tải hạng nặng, đến năm 1998 tiếp tục áp dụngbắt buộc trên các loại xe tải hạng nhẹ Hiện nay, ABS được lắp đặt rộng rãi trên hầu hếtcác loại xe, kể cả máy kéo nông nghiệp như một tiêu chuẩn an toàn

Trong nước hiện nay có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô sử dụng hệ thống phanhkhí nén như Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp (VEAM), Công ty Cổ phần

ô tô Trường Hải, Công ty cổ phần ô tô TMT, Công ty TNHH ô tô Chiến thắng,

9

Vinaxuki Sản phẩm ô tô của các doanh nghiệp ô tô trong nước rất đa dạng, từ xe tảitrọng nhỏ đến các xe tải trọng lớn, từ xe con đến xe khách, xe buýt Trong đó, các xe tải

cỡ trung bình trở lên và xe khách, xe buýt được trang bị hệ thống phanh khí nén Số lượng

xe sử dụng hệ thống phanh khí nén khá lớn và ngày càng tăng Tuy nhiên, chỉ có một số ítloại xe có trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS, còn đa số các dòng còn lại không cóABS

ABS khí nén là hệ thống phức tạp, chủ yếu được nhập khẩu nguyên bộ từ các hãng nhưWabco, Bendix nên giá thành của ô tô sản xuất, lắp ráp trong nước có ABS bị tăng cao.Với xu hướng nâng cao tính năng an toàn cho xe, gia tăng tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm,giảm giá thành sản xuất, các nhà sản xuất buộc phải nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm đểtừng bước làm chủ các công nghệ, quy trình công nghệ sản xuất

1 Lịch sử phát triển hệ thống phanh ABS trên ô tô

Vào thời kỳ đầu, ABS chỉ có trên các máy bay thương mại Thời điểm chính xác mà hệthống này được sử dụng là vào năm 1949 và kết cấu của ABS lúc này còn khá cồng kềnhcũng như chưa đạt được sự nhanh nhạy Cho đến tận năm 1969 khi kỹ thuật điện tử pháttriển, người ta sáng tạo ra các vi mạch microchip) cũng là lúc hệ thống phanh ABS đượcứng dụng trên ô tô

Quá trình phát triển hệ thống phanh ABS đã trải qua thời gian rất dài với nhiều thành tựuđáng kể Các nhà sản xuất dần chuyển sang nghiên cứu chuyên sâu về từng loại phanh Cóthể kể đến hãng Bosch rất nổi tiếng với sản phẩm ABS cho hệ thống phanh thủy lực, hãngWabco và Bendix chiếm thị phần lớn trên thị trường ABS dùng cho hệ thống phanh khínén Hai hãng này có quá trình nghiên cứu, phát triển sản phẩm gần giống nhau Luận ántrích dẫn một số sự kiện quan trọng của hãng Wabco, đại diện cho sự phát triển của hệthống ABS khi nên trên ô tô Năm 1969: Sau thời gian dài nghiên cứu, hệ thống phanhphanh ABS khi nên đầu tiên được công bố tại triển lãm Ô tô IAA

Năm 1974: Hãng WABCO và Mercedes-Benz chính thức ký kết thỏa thuận hợp tác nhằmthúc đẩy phát triển hệ thống và thực hiện các thử nghiệm trên xe Năm 1975: WABCObắt đầu phát triển hệ thống điều khiển điện tử của riêng mình dựa trên việc xử lý tín hiệutương tự (Analog) WABCO đã hợp tác với các hãng khác để mở rộng sản xuất.Năm 1980 Giới thiệu thiết bị điện tử được số hóa hoàn toàn Máy vi tính là bộ xử lý trungtâm Thử nghiệm cuối cùng được thực hiện vào mùa đông năm 1980 tại Lapland với sự có

mặt của nhiều chuyên gia từ nhiều nước trên thế giới Sau đó bỏ điều khiển điện tử hệthống phanh này được sử dụng trên các xe thương mại.

Năm 1981, hãng Mercedes-Benz và các hãng khác đã phát triển hệ thống ABS củaWABCO Dòng sản phẩm thuộc thế hệ A gồm hệ thống điều khiển 2 kênh và điều khiển 4kênh

Năm 1986, hãng WABCO giới thiệu hệ thống chống trượt quay (qua hệ thống kiểm soátlực kéo) với bộ điều khiển điện tử thể hệ B gồm 6 kênh điều khiển ABS

Năm 1989, hãng WABCO giới thiệu cơ cấu chấp hành ABS dành cho moóc kéo, kèmtheo bộ chẩn đoán lỗi theo tiêu chuẩn ISO

Năm 1990, hãng WABCO giới thiệu bộ điều khiển ABS/ASR thế hệ C, với bộ chẩn đoánlỗi và các chức năng bổ sung đi kèm

Tháng 10 năm 1991, Các nước Châu Âu (EC) bắt buộc phải lắp đặt hệ thống phanh ABStrên các xe tải hạng nặng

Năm 1996, hãng WABCO giới thiệu hệ thống hệ thống ABS thể hệ D dành cho xe kéomoóc và giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống phanh EBS (Electronicallycontrolled Braking System)

Năm 1998, hệ thống EBS dành cho xe kéo moóc được hoàn thiện và bắt đầu bắt buộcphải lắp đặt hệ thống ABS trên các xe tải hạng nhẹ hơn

Năm 2000, giới thiệu hệ thống ABS thế hệ E trên xe kéo moóc

Năm 2003, hệ thống ABS được phát triển thêm chức năng điều khiển ổn định chống lật –RSC (Roll Stability Control)

Năm 2008, hệ thống ABS phiên bản E4 được phát triển Đây là phiên bản có chức năng

mở rộng thêm cho ABS như: Hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESC - ElectronicNgày nay, hệ thống chống bó cứng phanh ABS là tiêu chuẩn bắt buộc đối với các dòng xe

du lịch và xe hoạt động tại những vùng có băng tuyết dễ trơn trượt Thực tế là hầu hết cácdòng xe ô tô hiện nay đã đều được trang bị tính năng an toàn này

11

2 Cấu tạo hệ thống ABS

Hệ thống phanh ABS trên xe ô tô được cấu thành từ các bộ phận: cảm biến tốc độ, vanthủy lực và hệ thống điều khiển

Cảm biến tốc độ: Là bộ phận giúp hệ thống ABS nhận biết các bánh xe có bị bó cứng haykhông Trên mỗi bánh xe hoặc bộ vi sai người ta sẽ đặt các cảm biến tốc độ này.Van thủy lực: Là van kiểm soát các má phanh ở mỗi bánh xe Van thủy lực sẽ nằm ở 3 vịtrí cơ bản: van mở (người lái tác động lực bao nhiêu thì áp lực phanh sẽ tạo lực tươngđương truyền trực tiếp đến bánh xe), van khóa (áp lực phanh nhận được nhiều hơn áp lựcngười lái tác động), van nhả (áp lực phanh nhận được ít hơn lực người lái tác động).Máy tính – hệ thống điều khiển: Nhận nhiệm vụ thu thập thông tin, dữ liệu từ các cảmbiến tốc độ từ đó tính toán và đưa ra các điều chỉnh phù hợp về áp lực phanh tối ưu chomỗi bánh xe

Xe được trang bị hệ thống chống bó cứng ABS sẽ đặc biệt phát huy tác dụng khi phanhtrên đường trơn hay phanh gấp, đảm bảo tính ổn định của ô tô trong quá trình phanh, giúptài xế có thêm thời gian để xử lý sự cố và bảo vệ an toàn cho những người ngồi trên xe

3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống chống bó cứng ABS

Khi tài xế đạp chân phanh, dầu sẽ được đẩy vào bộ điều khiển thủy lục và được ép tại đây

để gia tăng áp suất trước khi đưa dầu đến các bộ phận phanh trong xe winner ABS trên Winner hiện đại

phanh-abs-tren-Hệ thống phanh ABS gồm có một “máy tính” cùng các cảm biến ở 4 bánh xe Các cảmbiến cung cấp dữ liệu về cho máy, khi nhận thấy một hoặc nhiều bánh bị bó cứng thì hệthống sẽ đóng van không cho dầu thắng chảy xuống giúp điều chỉnh áp lực phanh tại từngbánh loại bỏ khả năng trượt lốp

Ngoài ra, nếu như một hoặc nhiều bánh quay quá nhanh hoặc quá chậm thì ECU sẽ tựđộng giảm áp suất tác động lên phanh cũng như có những điều chỉnh phù hợp nhất vớitừng trường hợp

Từ vận tốc 20km/h thì ABS sẽ tự động vận hành, dưới 20km/h thì ABS sẽ ngưng hoạtđộng

4 Tác dụng của ABS

Thông qua các cuộc thử nghiệm trên mọi cung đường dưới các điều kiện thời tiết, nếu xekhông trang bị ABS, khi tài xế nhấn chân phanh một cách đột ngột, bánh dẫn hướng sẽ bịcứng và không thể điều khiển được, dẫn đến tình trạng mất lái và gây nguy hiểm Còn khiđược trang bị hệ thống ABS, nó sẽ giúp quá trình phanh được trơn tru và an toàn hơn

Lưu ý, ABS chỉ kích hoạt ở những tình huống phanh khẩn cấp và chân phanh sẽ rung giật

để báo cho tài xế biết nó đang hoạt động

5 Một số lưu ý về hệ thống ABS

Khi xảy ra tình huống khẩn cấp, nếu xe được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABSthì tài xế cần giữ chắc tay lái, thả lỏng vai và cần đạp phanh dứt khoát, không nhấp nhảliên tục vì đó là nhiệm vụ của hệ thống ABS trên xe Lợi ích hàng đầu của ABS là chophép tài xế tiếp tục kiểm soát được hướng lái và chống hiện tượng trượt khi phanh gấp

13

Việc thay đổi kích thước lốp xe cũng ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống ABS.Nguyên nhân là bởi thay đổi kích thước lốp sẽ làm biến đổi tốc độ bánh, dẫn đến cácthông số gửi sai số liệu khiến ABS làm việc không hiệu quả Do đó, hãy tham khảo kỹhướng dẫn trước khi thực hiện bất kỳ sự thay đổi nào

6 SƠ ĐỒ, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC PHẦN TỬ VÀ HỆ THỐNG 6.1 Sơ đồ, cấu tạo và hoạt động của các phần tử và hệ thống ABS

6.1.1 Các cảm biến

a Cảm biến tốc độ bánh xe:

Cấu tạo:

Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây và lõi

từ Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến cũng như số răng của rôto cảm biến thayđổi theo kiểu xe

Hình 2.2

Hoạt động:

Vành ngoài của các rôto có các răng, nên khi rôto quay, sinh ra một điện áp xoay chiều cótần số tỷ lệ với tốc độ quay của rôto Điện áp này báo cho ABS ECU biết tốc độ của bánhxe

b Cảm biến giảm tốc: