− − = 2 1 2 2 3 1 3 2 1 1 3 2 2 R R R R P Mbx µ (3.39)
Lực ép P1 do áp suất dầu tạo ra được xác định: 2 1 1 . . 0, 00237 4 d d d P =π p = p [N] (3.40)
Thay (3.40) vào (3.39) ta được:
3 3 1 2 2 2 0, 205 0,106 2.0, 00237 .0,3. 0,0002289 3 0, 205 0,106 bx d d M = p − = p − ÷ [N.m] (3.41)
* Mô men phanh do cơ cấu phanh cầu sau sinh ra:
3 3 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 3 bx R R M P R R µ − = ÷ − (3.42)
Lực ép P2 do áp suất dầu tạo ra được xác định: 2 1 2 . . 0,000855 4 d d d P =π p = p [N] (3.43)
3 3 1 2 2 2 0, 205 0,143 2.0, 000855 .0,3. 0,0000903 3 0, 205 0,143 bx d d M = p − = p − ÷ [N.m] (3.44)
* Vì vậy, ta có tỷ số phân bố mô-men phanh ở trục trước và trục sau theo hệ số phân bố lực phanh thực tế K12 là : 1 12 2 0,0002289 2,5 0,0000903 bx d bx d M p K M p = = = (3.45) 3.5.4. Lực phanh riêng pr = φbx
Ta có tỷ số quan hệ phân bố mômen phanh giữa trục trước và trục sau được xác định bằng : 1 12 2 . 1265 762,5 . 1265 762,5 g bx bx bx bx g bx bx b h M K M a h φ φ φ φ + + = = = − − (3.46)
Căn cứ vào kết quả tính toán kiểm nghiệm về tỷ số phân bố mômen phanh thực tế do cơ cấu phanh sinh ra và tỷ số phân bố mô-men phanh yêu cầu của xe thiết kế ta tìm được lực phanh riêng pr đặc trưng bởi hệ số bám φbx khi phanh của xe như sau : 1265 762,5 2,5 1265 762,5 bx bx φ φ + = − (3.47) Giải phương trình (3.47) ta tìm được : pr = φbx = 0,711
Bảng 3-2: Quan hệ tỷ số mômen K12 thay đổi theo hệ số bám
φbx 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
K12 1.13 1.27 1.44 1.64 1.86 2.13 2.46 2.86 3.37
Hình 3-6: Quan hệ tỷ số mômen phanh K12theo hệ số bám φbx K12-Phanh lý tưởng; K12-T- Phanh thực tế
Chương 4. THIẾT KẾ KĨ THUẬT HỆ THỐNG PHANH
4.1. HỆ THỐNG PHANH XE THIẾT KẾ
4.1.1. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh 4.1.1.1. Sơ đồ dẫn động của hệ thống phanh
Dẫn động phanh trên xe thiết kế là dẫn động phanh thuỷ lực có trợ lực chân không, với loại dẫn động phanh này có những ưu điểm là:
- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ.
- Luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe và áp suất trong dẫn động chỉ đồng thời tăng lên khi tất cả các má phanh đã áp sát vào đĩa phanh.
- Có hiệu suất cao (η = 0,8 ÷ 0,9).
- Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng, giá thành nhỏ.
- Có thể dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh. Tuy nhiên hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực còn có những nhược điểm là.
- Yêu cầu độ kín khít cao. Khi có một chỗ bị rò rỉ thì cả dòng không dẫn động được.
- Sự dao động áp suất của chất lỏng làm việc có thể làm cho các đường ống bị rung động và mô men phanh không ổn định.
Hệ thống này gồm nhiều bộ phân hợp thành, nó cung cấp thông tin đến ECU gồm các bộ phận này là:
+ Cảm biến tốc độ (speed sensors), phát hiện tốc độ góc của bánh xe và truyền tín hiệu về tốc độ cho khối điều khiển điện tử.
+ Khối thủy lực (ABS actuator), kiểm tra và điều chỉnh áp suất phanh. + Rơle (control relay), kiểm tra hoạt động của bơm và van điện từ.
+ Khối điều khiển điện tử (ABS ECU), nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe, xử lý và phát tín hiệu điều khiển khối thủy lực để tăng hoặc giảm áp suất phanh, đảm bảo cho các bánh xe không bị hãm cứng.
+ Đèn báo ABS (ABS warning lamp), báo cho người lái tình trạng của hệ thống. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ECU 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 HCU
Hình 4-1: Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe thiết kế
1- Cảm biến tốc độ bánh xe trước; 2-Đĩa phanh; 3- Cơ cấu phanh bánh xe trước; 4- Cảm biến tốc độ bánh xe sau; 5- Đĩa phanh; 6- Cơ cấu phanh bánh xe sau; 7- ECU; 8- Bộ chấp hành thủy lực; 9- Xylanh chính; 10- Bầu trợ lực chân không
4.1.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh trên xe thiết kế
Trên hình 4-2 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh ABS. Chu trình điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh khi ABS làm việc có 3 giai đoạn chính: tăng áp suất, duy trì áp suất; giảm áp suất.
Hình 4-2:Sơ đồ nguyên lý làm việc phanh ABS.
1, 3, 8, 10- Van điện từ 3 vị trí; 2- Xy lanh bánh xe trước bên trái; 4- Xy lanh bánh xe sau bên phải; 5- Bầu tích năng; 6- Mô tơ bơm; 7- Xy lanh bánh xe sau bên trái;
9- Xy lanh bánh xe trước bên phải; 11- Van phân phối; 12- Xy lanh chính. a) Giai đoạn phanh bình thường (không có ABS)
Khi người lái đạp phanh, rà phanh mà lực phanh chưa đủ lớn để xảy ra hiện tượng trượt bánh xe quá giới hạn cho phép, dầu phanh với áp suất cao sẽ đi từ xilanh chính đến lỗ nạp thường mở của van nạp để đi vào và sau đó đi ra khỏi cụm thủy lực mà không hề bị cản 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 không có ABS.
Khi phanh các xilanh bánh xe sẽ ép các má phanh vào đĩa phanh tạo ra lực ma sát phanh làm giảm tốc độ của bánh xe và của xe. Ở chế độ này bộ điều khiển ECU không gửi tín hiệu đến bộ chấp hành cụm thủy lực, mặc dù cảm biến tốc độ vẫn luôn hoạt động và gửi tín hiệu đến ECU.
Hình 4-3: Giai đọan phanh bình thường.
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp. b) Trạng thái phanh khẩn cấp (ABS hoạt động).
Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh để phanh khẩn cấp thì các bánh xe có xu hướng xuất hiện sự trượt giữa lốp với mặt đường thì ABS sẽ bắt đầu làm việc. Khi hệ số trượt đạt giới hạn khoảng (10÷30%) thì hệ số bám đạt giá trị cực đại và hệ thống ABS bắt đầu phát huy tác dụng với các giai đoạn hoạt động như sau:
• Giại đoạn tăng áp suất
- Trong giai đoạn này hệ thống phanh làm việc như một hệ thống phanh bình thường không có ABS.
- Giai đoạn này còn gọi là giai đọan tạo áp suất. Người lái hoàn toàn điều khiển áp suất cung cấp cho các xi lanh bánh xe và các thiết bị liên quan khác.
- Sơ đồ làm việc của hệ thống như trên hình 4-4: Người lái tác dụng lên bàn đạp phanh ép dầu từ xi lanh chính đi qua cửa “A” (đang mở) rồi qua cửa “C” đến xy lanh bánh xe (cửa “B” đóng), ép má phanh vào đĩa phanh để thực hiện quá trình phanh. Van một chiều (7) (thường đóng) ngăn không cho dầu đi đến bơm. Áp suất trong dẫn động tỷ lệ với lực đạp. Khi người lái nhả phanh, dầu đi từ xy lanh bánh xe qua cửa “C” rồi qua cửa “A“ và van một chiều (6) hồi về xy lanh chính.
Hình 4-4: Giai đọan tăng áp suất
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.
• Giai đoạn giảm áp suất
Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn solenoid của van điện, làm sinh ra một lực từ mạnh. Van điện 3 vị trí chuyển động lên phía trên để đóng cửa “A” và mở cửa “B” cho chất lỏng từ xi lanh bánh xe đi vào bộ tích năng (1) thoát về vùng áp suất thấp của hệ thống, do vậy áp suất trong dẫn động
Cùng lúc đó, môtơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồi trả về xy lanh phanh chính từ bình chứa. Mặt khác van một chiều 6 và cửa “A” đóng ngăn không cho dầu phanh từ xy lanh chính vào van điện 3 vị trí. Kết quả là áp suất dầu bên trong xy lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bị bó cứng.
Hình 4-5: Giai đoạn giảm áp suất.
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.
• Giai đọan giữ áp suất
Sơ đồ làm việc của giai đọan này như trên hình 4-6: Khi áp suất bên trong xy lanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tín hiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong xy lanh bánh xe không đổi.
Khi dòng điện cung cấp cho cuộn Solenoid giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp) xuống 2A (ở chế độ giữ) thì lực từ phát ra trong cuộn Solenoid cũng giảm xuống, lúc này dưới tác dụng của lực lò xo viên bi bị ép chặt trên đế van làm cho cửa “A” và cửa “B” đóng lại. Các van một chiều (6) và (7) chịu tác dụng của áp suất do lực đạp phanh cũng đóng lại. Nhờ đó mà áp suất trong dẫn động phanh được giữ không đổi mặc dù người lái vẫn tiếp tục đạp phanh.
Hình 4-6: Giai đoạn giữ áp suất.
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.
• Giai đọan tăng áp suất tiếp theo (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi cần tăng áp suất trong xy lanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện cấp cho van điện. Vì vậy cửa “A” của van điện 3 vị trí mở, và cửa “B” đóng. Nó cho phép dầu trong xy lanh phanh chính chảy qua cửa “C” trong van điện 3 vị trí đến xy lanh bánh xe. Mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển nhờ lặp lại các chế độ “tăng áp” và “giữ áp”.
Hình 4-7: Giai đoạn tăng áp suất tiếp theo
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.
Trong quá trình ABS làm việc, thông qua công tắc cảm biến hành trình của bàn đạp phanh, bộ điều khiển điện tử cũng đồng thời truyền tín hiệu kích hoạt cụm bơm môtơ (10) làm việc để bù lại lượng dầu xả về bình chứa, để giữ hành trình bàn đạp không bị tăng lên.
4.1.2. Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phanh xe thiết kế 4.1.2.1. Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát. Trong quá trình phanh động năng của ô tô được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường bên ngoài.
Kết cấu cơ cấu phanh gồm hai phần chính là các phần tử ma sát và cơ cấu ép. Trên xe thiết kế, phần tử ma sát của cơ cấu phanh trước và sau đều có dạng đĩa, với đĩa trước xẻ rãnh.
a) Cơ cấu phanh trước
Bán kính ngoài của đĩa phanh R2= 0,205 [m] Bán kính trong của đĩa phanh R1= 0,106 [m] Bề rộng má phanh C1= 0,128 [m]
Đường kính xilanh d1= 55 [mm] Bề dày đĩa phanh δ = 24 [mm]
Hình 4-8: Kết cấu cơ cấu phanh trước
1- Bulông xả khí; 2- Bulông dầu; 3- Đĩa phanh; 4- Má phanh; 5- Bạc chốt tùy động; 6- Chốt tùy động; 7- Bulông bắt chốt tùy động; 8- Xylanh bán xe; 9- Đường dầu
vào xylanh bánh xe
- Đĩa phanh có tác dụng tạo ra ma sát với má phanh và được làm bằng thép đúc. Đĩa phanh được chế tạo có các khe hay cánh thoát nhiệt, khi đĩa quay cánh làm mát tạo gió nhờ nguyên lý lực ly tâm, nhờ đó đĩa được làm mát.
- Má phanh: Dùng lực ma sát để dừng xe, được chế tạo bằng lớp vật lệu ma
R 205 A B B A R 1 0 6 24 A-A 1 2 3 4 5 B-B 11 10 9 8 7 6 I 6 1 28 Ø 5 5 Ø 5 5
- Má kẹp: Được đúc bằng gang rèn .
- Xi lanh thuỷ lực: Được chế tạo bằng hợp kim nhôm, bề mặt làm việc của xi lanh được mạ một lớp crôm. Khi xi lanh chế tạo bằng hợp kim nhôm thì cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh. Do vậy, để giảm nhiệt độ dầu phanh người ta giảm diện tích tiếp xúc giữa piston với guốc phanh và sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim.
b) Cơ cấu phanh sau.
Cơ cấu phanh sau cũng sử dụng loại phanh đĩa. Về mặt kết cấu thì cơ cấu phanh sau tương tự như cơ cấu phanh trước. Tuy nhiên đĩa của cơ cấu phanh sau là loại đĩa đặc không có các rãnh thoát nhiệt mà được chế tạo liền thành khối, có chiều dày mỏng hơn cơ cấu phanh trước. Đồng thời trên cơ cấu phanh sau có trang bị thêm bộ phận hãm dạng đĩa làm phanh dừng cho xe.
Bán kính ngoài của đĩa phanh R2= 0,205[m] Bán kính trong của đĩa phanh R1= 0,143 [m] Bề rộng má phanh C2= 0,74 [m]
Đường kính xilanh d2= 33 [m] Bề dày đĩa phanh δ = 8 [mm]
Hình 4-9: Kết cấu cơ cấu phanh sau.
1-Vít xả khí; 2- Đầu ống dầu; 3- Đệm làm kín; 4- Xy lanh bánh xe; 5- Đĩa phanh; 6- Cao su chắn bụi; 7- Vòng làm kín; 8- Bu lông dầu; 9- Bu lông; 10- Chốt tùy động; 11- Bạc chốt tùy động; 12- Xương má phanh; 13- Má phanh; 14- Chắn bụi
4.1.2.2. Bầu trợ lực chân không
A-A B-B A A B B 8 11 10 9 8 7 6 1 2 3 4 5 Ø 33 I Ø 3 3 7 4 R 1 43 R205
Trợ lực phanh được dùng là loại trợ lực chân không. Nó là bộ phận rất quan trọng, giúp người lái giảm lực đạp lên bàn đạp mà hiệu quả phanh vẫn cao. Trong bầu trợ lực có các piston và van dùng để điều khiển sự làm việc của hệ thống trợ lực và đảm bảo sự tỉ lệ giữa lực đạp và lực phanh.
Hình 4-10: Bầu trợ lực chân không
1- Thân trước; 2- Đường dẫn chân không; 3- Piston ; 4- Màng; 5- Thân sau; 6- Bu lông ; 7- Van chân không; 8- Che bụi; 9- Lọc bụi; 10- Cần điều khiển van; 11- Lò xo phản hồi van không khí; 12- Van điều chỉnh; 13- Lò xo van điều chỉnh; 14- Van
không khí; 15- Đĩa tỷ lệ; 16-Lò xo hồi vị; 17- Đòn tỳ + Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Không đạp phanh
- Van không khí được nối với cần điều khiển van và bị kéo sang phải do lò xo hồi van không khí. Van điều khiển bị đẩy sang trái bởi lò xo van điều khiển van. Điều này làm cho van khí tiếp xúc với van điều khiển. Vì vậy không khí bên ngoài sau khi đi qua lọc khí bị chặn lại không vào được buồng áp suất thay đổi.
- Lúc này, van chân không của thân van bị tách ra khỏi van điều khiển làm thông giữa cửa A và cửa B. Do luôn có độ chân không trong buồng áp suất không