Khảo sát hệ thống phanh xe Toyota Highlander 2005

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

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Ngày nay ô tô trở thành một trong những phương tiện quan trọng để vận chuyển hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển Ở nước ta, số người sử dụng

ô tô ngày càng nhiều cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, giao thông vận tải Do đó

để đảm bảo tính an toàn vấn đề tai nạn giao thông là một trong những hướng giải quyết cần thiết nhất, luôn được quan tâm của các nhà thiết kế và chế tạo ôtô mà hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng

Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ÷ 70 % do con người gây ra 10 ÷ 15 % do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 ÷ 30% là do đường sá quá xấu Trong nguyên nhân do con người gây ra thì theo thống kê cho thấy 10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế đạp phanh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái Từ đó để khắc phục tình trạng bánh xe bị trượt lết trên mặt đường các kỹ sư đã phát minh ra hệ thống chống hãm cững bánh xe khi phanh Antilock Braking System (ABS)

Phanh sử dụng ABS là một trong hai công nghệ bổ sung cho hệ thống phanh hữu dụng nhất của ngành công nghiệp ôtô được ứng dụng rộng rãi trong 15 năm trở lại đây và hiện nay giữ vị trí quan trọng trong danh mục thiết bị tiêu chuẩn của xe hơi Vai trò chủ yếu của ABS là giúp tài xế duy trì khả năng kiểm soát xe trong những tình huống phanh gấp, giữ cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm nhờ điểu khiển quá trình phanh một cách tối ưu

Ðối với sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô việc khảo sát, nghiên cứu về hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn Ðó là lý do em chọn đề tài: “ KHẢO SÁT

HỆ THỐNG PHANH XE TOYOTA HIGHLANDER 2005” Ðể giải quyết vấn đề này thìtrước hết ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệthống phanh Từ đó tạo tiền đề cho việc khảo sát, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc, độ an toàn cao cho ô tô

1.2 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHANH

1.2.1 Công dụng

Hệ thống phanh dùng để :

- Giảm tốc độ của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó

- Ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang

Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng Nó đảm bảocho ô tô chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc Nhờ đó mới có khả năng phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và khả năng vận chuyển của ô tô

1.2.3 Yêu cầu

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguyhiểm

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

- Giữ cho ô tô đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế

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

- Không có hiện tượng tự phanh khi 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

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

Ðể có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh của ô tô bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là:

- Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế

độ chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân

- Phanh dự trữ: Dùng để phanh trong trường hợp phanh chính bị hỏng

- Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ, dùng để giữ xe đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc và thường được điều khiển bằng tay nên gọi là phanh tay

- Phanh chậm dần: Trên các ôtô máy kéo tải trọng lớn (như: xe tải, trọng lượng toàn

bộ lớn hơn 12 tấn; xe khách - lớn hơn 5 tấn) hoặc làm việc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, còn phải có loại phanh thứ tư là phanh chậm dần Phanh chậm dần được dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ ô tô và máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc hoặc là để giảm dần tốc độ của ô tô và máy kéo trước khi dừng hẳn

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

Ngoài ra, để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính còn được phân thành các dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn làm việc bình thường

Ðể có hiệu quả phanh cao thì phải yêu cầu:

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn

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

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

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

Ðể đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô khi phanh, sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiện sau:

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

- Lực phanh tác dụng lên bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằng nhau Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất

- Không xảy ra hiện tượng tự khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh Vì: Các bánh

xe trước trượt sẽ làm ôtô bị trượt ngang Các bánh xe sau trượt có thể làm ôtô mất tính điều khiển, quay đầu xe Ngoài ra các bánh xe bị trượt sẽ gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số bám

Ðể đảm bảo các yêu cầu này, trên các ôtô hiện đại người ta dùng các bộ điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Antilock Braking System- ABS)

1.3 GIỚI THIỆU XE TOYOTA HIGHLANDER 2005

4689

Hình 1.2 Sơ đồ tổng thể của xe Toyota Highlander 2005

1.3.2 Bảng thông số kỹ thuật của xe

Bảng 1-1: Thông số kỹ thuật xe Toyota Highlander 2005

Chương 2 : NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 2.1 THEO DẠNG BỘ PHẬN TIẾN HÀNH PHANH

2.1.1 Loại trống – guốc

Đây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất Cấu tạo gồm:

- Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moayơ bánh xe

- Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát

- Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu Là nơi lắp đặt và định vị hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh

- Cơ cấu ép: Khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động, sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ra lực ma sát

để phanh bánh xe lại

- Bộ phận điều chỉnh khe hở và xả khí (chỉ có đối với dẫn động thủy lực)

Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh Các sơ đồ này khác nhau ở chỗ:

- Dạng và số lượng cơ cấu ép

- Số bậc tự do của các guốc phanh

- Đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép và do vậy khác nhau ở:

- Hiệu quả làm việc

- Đặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc

- Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe

- Mức độ phức tạp của kết cấu

Hiện nay, đối với hệ thống phanh làm việc, được sử dụng thông dụng nhất là các

sơ đồ trên hình 2.1a và 2.1b Tức là sơ đồ với guốc phanh một bậc tự do, quay quanh haiđiểm cố định đặt cùng phía và một cơ cấu ép Sau đó đến các sơ đồ trên hình 2.1c và 2.1d

Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta sửdụng ba chỉ tiêu riêng, đặt trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là: Tính thuận nghịch(đảo chiều), tính cân bằng và hệ số hiệu quả

Hình 2.1 Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống guốc và lực tác dụng

a- Ép bằng cam; b- Ép bằng xilanh thủy lực; c- Hai xilanh ép, guốc phanh một bậc tự do; d- Hai xilanh

ép, guốc phanh hai bậc tự do; e- Cơ cấu phanh tự cường hóa.

Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta sử dụng ba chỉ tiêu riêng, đặt trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là: Tính thuận nghịch (đảo chiều), tính cân bằng và hệ số hiệu quả

Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh mà giá trị mômen phanh do nó tạo ra không phụ thuộc chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động của ôtô

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

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

2.1.2 Loại phanh dải

Loại phanh này chủ yếu được sử dụng trên máy kéo xích Vì nó dùng phối hợp với

ly hợp chuyển hướng tạo được một kết nối rất đơn giản và gọn Phanh dải có một số loại,khác nhau ở phương pháp nối đầu dải phanh và do đó khác nhau ở hiệu quả phanh

Hình 2.2 Sơ đồ các loại phanh dải a) Phanh dải đơn giản không tự siết; b) Phanh dải tự siết một chiều; c) Phanh dải loại kép; d) Phanh dải loại bơi.

- Phanh dải đơn giản không tự siết (hình 2.2a): Khi tác dụng lực, cả hai đầu dảiphanh được rút lên, siết vào trống phanh Ưu điểm của loại này là phanh êm dịu, hiệu quảphanh không phụ thuộc chiều quay Nhược điểm là hiệu quả phanh không cao

- Phanh dải đơn giản tự siết một chiều (hình 2.2b): Nhờ có một đầu được nối cố địnhnên hiệu quả phanh theo chiều tự siết cao hơn chiều ngược lại tới gần 6 lần Tuy vậy khiphanh thường dễ bị giật, không êm

- Phanh dải loại kép (hình 2.2c): Là loại mà bất kỳ trống phanh quay theo chiều nàothì hiệu quả phanh của nó cũng không đổi và luôn luôn có một nhánh tự siết

- Phanh dải loại bơi (hình 2.2d): Nó làm việc tương tự như phanh dải đơn giản tựsiết, nhưng hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay

Tất cả các loại phanh dải đều có nhược điểm là áp suất trên bề mặt ma sát phân bốkhông đều Nên má phanh mòn không đều và tải trọng hướng kính tác dụng lên trục lớn.

2.1.3 Loại phanh đĩa

Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch (chủ yếu ở bánh trước) Phanh đĩa nhiều loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và vòng ma sát quay Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rảnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác nhau

Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với phanh trống guốc như sau:

- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05  0,15 mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động

- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều

- Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở

- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng, nên cho phép tăng giá trị của chúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu Vì thế phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe

- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn

- Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạng đĩa quay

Tuy vậy phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:

- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín

- Các đĩa phanh loại hở dễ bị ôxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh

- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt xước

- Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi động cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng

3 2

Hình 2.3 Kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định.

1- Má phanh; 2- Má kẹp; 3- Piston; 4- Vòng làm kín; 5- Đĩa phanh.

4 3

2 1

5 6

Hình 2.4 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động.

1-Má kẹp tùy động; 2-Đĩa phanh; 3-Piston; 4-Vòng làm kín; 5-Cần định vị; 6-Má phanh

2.2 THEO LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH

độ chuyển động thấp nên các nhược điểm đó ít nghiêm trọng

2.2.2 Dẫn động thủy lực

Dẫn động thủy lực được sử dụng rộng rãi trên các ôtô du lịch, ôtô tải cỡ nhỏ hoặc

cỡ đặc biệt lớn

2.2.2.1 Ưu điểm

- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,2  0,4 s)

- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dẫn động chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh đã ép sát trống phanh

- Hiệu suất cao ( = 0,8  0,9)

- 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

Theo loại năng lượng sử dụng, dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm 3 loại:

- Dẫn động tác động trực tiếp: Cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp chỉ bằng lực tác dụng người lái

- Dẫn động tác động 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

- 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

a Dẫn động thủy lực trợ lực chân không

Bộ trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong đường nạpcủa động cơ để tạo lực phụ cho người lái

Hình 2.5 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực chân không.

1- Ðường ống dẫn dầu phanh đến xylanh bánh xe; 2- Piston xylanh chính;3- Xi lanh chính; 4- Ðường nạp động cơ; 5- Van chân không; 6- Lọc không khí; 7- Bàn đạp; 8- Cần đẩy; 9- Van không khí; 10- Vòng cao

su của cơ cấu tỷ lệ; 11- Màng trợ lực; 12- Bầu trợ lực chân không; 13- Bình chứa dầu phanh; 14- Van một chiều.

Nguyên lý làm việc: Bầu trợ lực chân không 12 có hai khoang A và B được phân

cách bởi piston 11 (hoặc màng) Van chân không, làm nhiệm vụ: Nối thông hai khoang A

và B khi nhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh Van không khí 9, làmnhiệm vụ : cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mở đường

thông của khoang A khi đạp phanh Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ: Làm nhiệm vụ đảmbảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh.

Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ 4 qua van mộtchiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không

Khi nhả phanh: van chân không 5 mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang B quavan này và có cùng áp suất chân không

Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 8 dịch chuyển sang phải làm vanchân không 5 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí 9 mở ra chokhông khí qua phần tử lọc 6 đi vào khoang A Ðộ chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và

B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) của bầu trợ lực và qua đó tạo nên mộtlực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xylanh chính 3, ép dầu theo cácống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh Khi lực tácdụng lên piston 11 tăng thì biến dạng của vòng cao su 10 cũng tăng theo làm cho piston hơidịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh ápkhông đổi, tức là lực trợ lực không đổi Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạpmạnh hơn, cần 8 lại dịch chuyển sang phải làm van không khí 9 mở ra cho không khí đithêm vào khoang A Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su 10 biến dạng nhiều hơn làm pistonhơi dịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại đảm bảo cho độchênh áp hay lực trợ lực không đổi và tỷ lệ với lực đạp Khi lực phanh đạt cực đại thì vankhông khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại

b Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén

Bộ trợ lực khí nén là bộ phận cho phép lợi dụng khí nén để tạo lực phụ, thường đượclắp song song với xylanh chính, tác dụng lên dẫn động hỗ trợ cho người lái Bộ trợ lực phanh loại khí có hiệu quả trợ lực cao, độ nhạy cao, tạo lực phanh lớn cho nên được dùng nhiều ở ô tô tải

Bộ trợ lực gồm cụm van khí nén 3 nối với bình chứa khí nén 4 và xylanh lực 5 Trong cụm van 3 có các bộ phận: cơ cấu tỷ lệ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh,cửa van nạp và van xả khí nén cung cấp cho bầu trợ lực

4 3

1

Hình 2.6 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực khí nén.

1- Bàn đạp; 2- Ðòn đẩy; 3- Cụm van khí nén; 4- Bình chứa khí nén; 5- Xylanh lực; 6- Xylanh chính; 7- Ðường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe; 8- Xylanh bánh xe; 9- Ðường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe; 10- Xylanh bánh xe.

Nguyên lý làm việc: Khi tác dụng lên bàn đạp 1, qua đòn 2, lực sẽ truyền đồng thời

lên các cần của xylanh chính 6 và của cụm van 3 Van 3 dịch chuyển: Mở đường nối khoang A của xylanh lực với bình chứa khí nén 4 Khí nén từ bình chứa 4 sẽ đi vào

khoang A tác dụng lên piston của xylanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các piston trong xylanh chính 6 dịch chuyển đưa dầu đến các xylanh bánh xe Khi đi vào khoang A, khí nén đồng thời đi vào khoang phía sau piston của van 3, ép lò xo lại, làm van dịch chuyển

về sang trái Khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo thì van dừng lại ở vị trí cân bằng mới, đồng thời đóng luôn đường khí nén từ bình chứa đến khoang A duy trí một áp suất không đổi trong hệ thống, tương ứng với lực tác dụng và dịch chuyển của bàn đạp Nếu muốn tăng áp suất lên nữa thì phải tăng lực đạp để đẩy van sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào Như vậy cụm van 3 đảm bảo được sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh

c Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm và các bộ tích năng

Bơm thủy lực: Là nguồn cung cấp chất lỏng cao áp cho dẫn động Trong dẫn động phanh chỉ dùng loại bơm thể tích, như: bánh răng, cánh gạt, piston hướng trục Bơm thủy

4 3

lực cho tăng áp suất làm việc, cho phép tăng độ nhạy, giảm kích thước và khối lượng của

hệ thống Nhưng đồng thời, yêu cầu về làm kín về chất lượng đường ống cũng cao hơn

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

Hình 2.7 Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng 1- Bàn đạp; 2 – Xy lanh chính; 3- Van phanh; 4- Van phanh; 5- Xy lanh bánh xe; 6- Xy lanh bánh xe; 7-

Bộ tích năng; 8- Bộ điều chỉnh tự động kiểu áp suất rơ le; 9- Bộ tích năng; 10- Van an toàn; 11- Bơm.

Nguyên lý làm việc: Trên các ô tô tải trọng cực lớn thường sử dụng dẫn động thủy

lực với bơm và các bộ tích năng 3 và 4 là hai khoang của van phanh được điều khiển từ xanhờ dẫn động thủy lực hai dòng với xylanh chính 2 Khi tác dụng lên bàn đạp 1, dầu tác dụng lên các van 3 và 4, mở đường cho chất lỏng từ các bộ tích năng 7 và 9, đi đến các xylanh bánh xe 5 và 6 Lực đạp càng lớn, áp suất trong các xylanh 5 và 6 càng cao Bộ điều chỉnh tự động áp suất kiểu rơle 8 dùng để giảm tải cho bơm 11 khi áp suất trong các bình tích năng 7 và 9 đã đạt giá trị giới hạn trên, van an toàn 10 có tác dụng bảo vệ cho hệthống khỏi bị quá tải

2.2.3 Dẫn động khí nén

Dẫn động phanh bằng khí nén được dùng nhiều ở ô tô vận tải có tải trọng cỡ trung bình và lớn, gồm các cụm chủ yếu như: máy nén khí, van điều chỉnh áp suất, bình chứa,

van phân phối, bầu phanh

2.2.3.1 Ưu điểm

- Ðiều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

- Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khi có rò rỉ nhỏ, hệ thống vẫn có thể làmviệc được, tuy hiệu quả phanh giảm)

- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác nhau, như: phanh rơmoóc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén,

- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động

2.2.3.2 Nhược điểm

- Ðộ nhạy thấp thời gian chậm tác dụng lớn

- Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn chất lỏngtrong dẫn động thủy lực tới (10-15) lần Nên kích thước và khối lượng của dẫn động lớn

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

2.2.3.3 Nguyên lý làm việc

10

9

8 7

Hình 2.8 Sơ đồ dẫn động khí nén ôtô đơn không kéo moóc 1- Máy nén khí; 2- Van an toàn; 3- Bộ điều chỉnh áp suất; 4- Bộ lắng lọc và tách ẩm; 5- Van bảo vệ kép; 6- Bình chứa khí nén; 7- Xi lanh bánh xe; 8- Tổng van phân phối; 9- Xi lanh bánh xe; 10- Bình chứa khí nén.

Không khí nén được nén từ máy nén 1 qua bộ điều chỉnh áp suất 3, bộ lắng lọc và tách ẩm 4 và van bảo vệ kép 5 vào các bình chứa 6 và 10 Van an toàn 2 có nhiệm vụ bảo

vệ hệ thống khi bộ điều điều chỉnh áp suất 3 có sự cố Các bộ phận nói trên hợp thành phần cung cấp (phần nguồn) của dẫn động

Từ bình chứa không khí nén đi đến các khoang của van phân phối 8 Ở trạng

thái nhả phanh, van 8 đóng đường không khí nén từ bình chứa đến các bầu phanh và

mở thông các bầu phanh với khí quyển

Khi phanh người lái tác dụng lên bàn đạp, van 8 làm việc Cắt đường thông các bầuphanh với khí quyển và mở đường cho khí nén đi đến các bầu phanh 7 và 9 tác dụng lên

cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh các bánh lái xe lại

Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của các lò xo hồivị

Dẫn động liên hợp thủy khí do đặc điểm như vậy, có tất cả các ưu và nhược điểm của dẫn động khí nén và của dẫn động thủy lực, như:

- Điều khiển nhẹ nhàng, dễ cơ khí hóa hay tự động hóa;

- Độ nhạy cao, kích thước và khối lượng nhỏ;

- Nếu một phần nào đó của dẫn động bị rò rỉ thì toàn bộ dẫn động sẽ không làm việcđược;

- Số lượng các chi tiết nhiều, kết cấu, bảo dưỡng phức tạp …

Van phân phối khí nén trong dẫn động liên hợp thường được nối với xi lanh thủy khí bằng một đường ống ngắn hay đặt trực tiếp trên vỏ của nó, nên cho phép tăng độ nhạy của dẫn động lên khoảng 1,5…3 lần so với dẫn động khí nén.

Trong những năm gần đây trên các ô tô và đoàn xe kéo moóc, sử dụng rộng rãi các

bộ vi xử lý để thực hiện các thao tác tính toán và xử lý khác nhau Sử dụng các bộ vi xử lýnhư vậy trong dẫn động điện khí nén cho phép tạo được các dẫn động có độ nhạy, tính đồng bộ và chính xác rất cao

- Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều khiển

tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào

- Hệ thống phải khai thác một cách tối ưu khả năng phanh của các bánh xe trên đường, giữ tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường phanh Điều này không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ của người lái xe

- Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau thì momen xoay xe quanh trục đứng đi qua trọng tâm của xe là luôn luôn xảy ra không thể tránh khỏi, nhưng với sự

hỗ trợ của hệ thống ABS, sẽ làm cho nó tăng rất chậm để người lái xe có đủ thời gian bù trừ momen này bằng cách điều chỉnh hệ thống lái một cách dễ dàng

- Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh trong lúc đang quay

vòng

- Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và dự phòng, báo cho lái xe biết

hư hỏng cũng như chuyển sang làm việc như một hệ thống phanh bình thường

2.3.3 Phân loại

- 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 lại chia ra:

+ Loại dùng kết hợp với xi lanh chính của hệ thống phanh cổ điển (còn gọi

là loại không tích hợp)+ Loại bán tích hợp+ Loại 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+ Dùng piston đối áp

- Ngoài ra các ABS còn có thể phân loại theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động điều khiển riêng rẽ

2.3.4 Nguyên lý làm việc

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh

có mạch liên hệ ngược Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trên hình 2.9, gồm:

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

- Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá trị độtrượt) và truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển 2 Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh

- Chất lỏng được truyền từ xi lanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến các xi lanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các guốc phanh thực hiện quá trình phanh

6

5

Hình 2.9 Sơ đồ tổng quát của một hệ thống chống hãm cứng bánh xe.

1- Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng lượng; 5- Xi lanh chính hoặc tổng van khí nén; 6- Xi lanh bánh xe hoặc bầu phanh.

Chương 3 : KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ

THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA HIGHLANDER 2005

3.1 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH XE TOYOTA HIGHLANDER 2005

7

6 4

ABS ECU

Hình 3.1 Sơ đồ dẫn động phanh trên xe.

1- Đĩa phanh; 2- Xy lanh chính; 3- Bầu trợ lực chân không; 4- Cảm biến tốc độ bánh xe sau; 5- Xy lanh phanh bánh xe; 6- Đường dẫn dầu phanh sau; 7- Đường dây dẫn tín hiệu; 8- Khối thủy lực và máy tính; 9- Cảm biến tốc độ bánh xe trước; 10- Đường dầu phanh trước

Xe được trang bị:

- Cơ cấu phanh trước: là kiểu phanh đĩa thông gió

- Cơ cấu phanh sau: là kiểu phanh tang trống

- Phanh dừng kiểu phanh tang trống tích hợp trên hai bánh sau, điều khiển và dẫn động bằng cơ khí

- Trợ lực phanh sử dụng bầu trợ lực kiểu chân không có kết cấu nhỏ gọn hỗ trợ phanh đạt hiệu quả trợ lực cao

- Trang bị ABS trên bốn bánh

3.1.2 Nguyên lý hoạt động

Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần dịch chuyển sang trái tác dụngvào bầu trợ lực chân không 3, trợ lực cho người lái thêm một lực tác dụng vào xi lanhchính 2 Xi lanh chính trên xe là xi lanh chính loại kép, dầu phanh trong xi lanh chínhđược ép theo các đường ống đến các xilanh công tác thực hiện quá trình phanh

Khi nhả phanh: Van chân không mở, cùng tác động của các lò xo hồi vị áp lực dầutrong các đường dẫn động giảm thực hiện quá trình nhả phanh

ABS đảm bảo được tính ổn định phương hướng và tính năng điều khiển trong quátrình phanh ngặt Trong quá trình điều khiển ABS, những bánh xe liên quan được kiểmsoát bởi tổng cộng bốn van dẫn nạp và bốn van xả ABS đặt trong bộ phận kiểm soát thuỷlực Kiểm soát ABS được tác động riêng biệt lên từng bánh xe và bao gồm pha tạo áp lực,giảm áp lực và được tạo ra với sự trợ giúp của cặp van dẫn nạp và một cặp van xả Thêmvào đó là bộ phận điều khiển thuỷ lực bao gồm một bơm hai piston, hai bộ phận tích áp ápsuất thấp, hai van tiết lưu và 2 khoang giảm tiếng ồn Ở vận tốc dưới 5 km/giờ ABSkhông hoạt động Đèn hiển thị ABS sáng lên để chỉ ra lỗi hư hỏng hệ thống

3.1.2.1 Phanh hoạt động không có sự kiểm soát của ABS

Khi phanh hoat động không có sự kiểm soát của ABS áp lực phanh được tạo ra qua tổng phanh và được truyền đến bánh xe tương ứng Lúc này, các van điện tử luôn luôn không họat động, có nghĩa rằng các van nạp thường mở và các van xả thường đóng Trong tình trạng này hệ thống hoạt động như là hệ thống phanh thường không có kiểm soát ABS Các van 1 chiều được lắp đặt song song với các van nạp cho phép giảm áp suất phanh khi bàn đạp được nhả ra

3.1.2.2 Hoạt động phanh với ABS

- Pha giữ áp suất

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

ECU sẽ xác định xem bánh xe nào bị khoá cứng (trượt) Quyết định này dựa trên tốc

độ quay của bánh xe và mức độ quay của bánh xe và mức độ giảm tốc của của các bánh

xe khác Sau đó, ECU sẽ gởi tín hiệu đến cảm biến trong khối thuỷ lực điều khiển trực tiếp van nạp cho mạch dầu của bánh xe bị trượt Kết quả là mạch dầu này sẽ bị cô lập hoàn toàn với áp suất dầu từ tổng phanh Trong pha giữ áp lực van nạp được kích hoạt bởi

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

- Pha giảm áp suất

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

Khi áp lực phanh giảm,van xả được mở và nôí mạch dầu phanh bánh xe này tới mạch dầu hồi Áp lực phanh được xả vào bơm ABS và pittông của bộ tích áp áp lực thấp được duy chuyển Trong pha này mô bơm được mở, để đảm bảo giảm áp lực nhanh chóng Kết quả là áp suất dầu bị giảm nên bánh xe đó lại tiếp tục quay, lúc này ECU sẽ không điều khiển bộ chia dầu trong khối thuỷ lực nên các van nạp và xả trở về vị trí ban đầu (van nạp: thường mở, van xả: thường đóng) Dầu phanh lại tiếp tục được đưa đến các bánh xe lần nữa Quá trình này được lập đi lập lại nhiều lần cho đến khi các bánh xe không còn bị trượt Chu kỳ hoạt động của các van nạp và xả có thể thay đổi theo độ bám của bánh xe Đối với mặt đường khô ráo các van chỉ hoạt động 1 hoặc 2 lần/giây Tuy nhiên, đối với mặt đường đóng băng, trơn trượt chu kỳ có thể lên đến 12 lần/giây

- Pha tăng áp suất

Tốc độ bánh xe tăng trở lại và và mô-đun ABS lệnh cho van nạp tương ứng tăng áp lực Van nạp mở ra sự kết nối giữa xilanh bánh xe và tổng phanh xy lanh bơm dầu

3.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG ABS

Hệ thống ABS gồm cảm biến tốc độ đặt tại các bánh, hệ thống thủy lực và bộ điều khiển điện tử Khi đạp phanh, cảm biến sẽ đo tốc độ ở mỗi bánh Khi máy tính phát hiện một bánh nào đó bị bó cứng (má phanh kẹp chặt khiến bánh xe không quay, dẫn tới mất lái) hệ thống thủy lực được kích hoạt, tác động vào má phanh để nó nhả ra, bóp vào khoảng 15 lần mỗi giây Do đó, xe vừa có thể dừng lại mà tài xế vẫn không bị mất lái

3.2.1 Khi không phanh

Khi không phanh, không có lực tác dụng lên bàn đạp phanh nhưng cảm biến tốc độluôn đo tốc độ bánh xe và gửi về khối điều khiển ECU khi xe hoạt động

3.2.2 Khi phanh thường (ABS chưa làm việc)

Khi người lái đạp phanh, rà phanh mà lực phanh chưa đủ lớn để xảy ra hiện tượngtrượt bánh xe quá giới hạn cho phép, dầu phanh với áp suất cao sẽ đi từ tổng phanh đến lỗnạp thường mở của van nạp để đi vào và sau đó đi ra khỏi cụm thủy lực mà không hề bịcản trở bởi bất kỳ một chi tiết nào trong cụm thủy lực Dầu phanh sẽ được đi đến các

xilanh bánh xe hoàn toàn giống với hoạt động của phanh thường

7 8 9

10

11 12

13 14

15 16

Hình 3.2: Khi phanh bình thường

1- Tổng phanh; 2- Bàn đạp phanh; 3- Khối ECU; 4- Nguồn điện; 5- Bình chứa dầu; 6- Van điện; 7- Bơm dầu; 8- Van điện; 9- Cuộn dây; 10- Ống dẫn dầu; 11- Van điện; 12- Van nạp; 13- Van xả; 14- Cơ cấu phanh; 15- Cảm biến tốc độ; 16- Roto cảm biến.

Khi phanh các xilanh bánh xe sẽ ép các má phanh vào trống phanh hay đĩa phanhtạo ra lực ma sát phanh làm giảm tốc độ của bánh xe và của xe Ở chế độ này bộ điềukhiển ECU không gửi tín hiệu đến bộ chấp hành cụm thủy lực, mặc dù cảm biến tốc độvẫn luôn hoạt động và gửi tín hiệu đến ECU