2.3.1. Phân tích các lực tác dụng lên xe.
Pp1 Pp2
1
Hình 2.8. Các lực tác dụng lên xe.
Ta có :
L là chiều dài cơ sở của ô tô. G là trọng lượng của xe.
Z1, Z2 là tải trọng bám lên các cầu.
Mp1 và Mp2 là mô men phanh ở cầu trước và cầu sau. hg là chiều cao trọng tâm của xe
Fp1 và Fp2 là lực phanh của cầu trước, cầu sau. Lực quán tính sinh ra trong khi phanh Fj=
g G .Jp. Z1= L G g h J b p g . Z2= L G g h J a p g . Fp1= Z1. . Fp2= Z2. . Ta lập biểu thức sau . 2 1 2 1 2 1 . . Z Z Z Z F F p p .
2 1 p p F F = g j g j h F Ga h F Gb = g g h a h b . .
Khi hệ thống phanh không có bộ điều hòa lực phanh thi tỷ lệ phân chia lực phanh E có giá trị là hằng số . E = 1 2 p p F F = Const.
Hình 2.9 : Đồ thị quan hệ lực phanh giữa các cầu
2.3.2. phân chia lực phanh khi có bộ điều hòa lực phanh
Ta có : M
p1= F
p1.r
b1.
M
p2= F
p1.r
b2.
Như vậy : M
p1=
.Z
1.r
b=
b .hg
L . G.rb .
M
p2=
.Z
2.r
b=
a .hg
L . G.rb .
Đối với ô tô chịu tải nhất định thì a, b, h
gcó giá trị không đổi. Bằng cách thay
đổi
ta có thể vẽ được đồ thị M
p1=f
1(
) và M
p2= f
2(
).
G Fp2
G Fp1
Hình 2.10 : Đồ thị chỉ quan hệ giữa mô men phanh
M
p1, M
p2 với hệ số bám .
E =
1 2 p p F F .Khi có bộ điều hòa lực phanh thì bộ sẽ hạn chế hay giảm lực phanh cho cầu trước (tạo điểm gãy của đường chia áp lực trên cầu sau). Từ đồ thị trên ta có thể vẽ được đồ thị mô men phanh ở bánh sau Mp2 với mô men phanh ở bánh trước Mp1
Hình 2.11 : Đồ thị quan hệ giữa Mp2và Mp1. 1 - Đầy tải ; 2 - Không tải.
Đồ thị này là được coi là đường đặc tính phanh lý tưởng của ô tô. Đối với ô tô dùng dẫn động phanh bằng thủy lực và dẫn động phanh bằng khí nén thì ta có quan hệ mô men phanh sinh ra ở bánh xe và áp suất dẫn động phanh được biểu thị như sau.
Mp1 = k1 . p1
Mp2 = k2 . p2
Trong đó : p1 và p2 là áp suất dẫn động phanh ra cầu trước và cầu sau. k1 và k2là hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau.
Từ đó ta có thể xác định được quan hệ áp suất dẫn động phanh trước và phanh sau. 1 2 p p = 1 2 2 1 . . k p p M k M
Hình 2.12 : Đồ thị chỉ quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau và dẫn động phanh trước để đảm bảo sự phanh lý tưởng.
1 - Đầy tải ; 2 - Không tải.
Như vậy để đảm bảo sự phanh tối ưu thì quan hệ giữa áp suất trong dẫn động
phanh ra phía sau và dẫn động phanh ra phía trước phải tuân theo đồ thị (hình 2.12).
Đồ thị này được gọi là đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hòa lực phanh. Để đảm
bảo mối quan hệ áp suất dẫn động phanh phía trước và áp suất dẫn động phanh phía
sau thì bộ điều hòa lực phanh phải có kết cấu phức tạp, các kết cấu của bộ điều hòa trong thực tế chỉ đảm bảo đường đặc tính gần đúng với đường lý tưởng.
Trên sau sẽ trình bày được đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh loại piston bậc.
Hình 2.13 : Đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh 1'
- Đầy tải ; 2'
- Không tải.
Trường hợp xe đầy tải, ở giai đoạn đầu áp suất p1 ở dẫn động phanh trước và áp suất p2ở phanh sau đều bằng nhau, đường đặc tính đi theo đường thẳng OA nghiêng với trục hoành một góc 450lúc đó bộ điều hòa chưa làm việc.
Khi áp suất trong xy lanh chính đạt giá trị pdch( áp suất điều chỉnh ) lúc này bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc. Từ đó áp suất p2nhỏ hơn áp suất p1 và đường đặc tính điều chỉnh đi theo đường thẳng AB gần sát với đường đặc tính lý tưởng.
Với trường hợp xe không tải thì giai đoạn đầu đường đặc tính đi theo đường thẳng OC lúc đó bộ điều hòa lực phanh chưa làm việc. Khi áp suất trong xy lanh chính tăng lên đến áp suất p,
dch ứng với điểm C thì bộ điều hòa bắt đầu làm việc ,tiếp đó đường đặc tính theo đường CD là đường đặc tình của điều hòa khi xe không tải.
Từ đồ thị ta thấy rằng áp suất dẫn động phanh sau p2khi có bộ điều hòa lực phanh sẽ đi theo đường gấp khúc OAB đường gấp khúc này nằm dưới đường cong lý tưởng nghĩa là P2có giá trị gần với áp suất lý tưởng cho nên tránh được hiện tượng bó cứng bánh xe sau khi phanh.
Như vậy với mỗi điểm trên đường cong lý tưởng đều ứng với một tỷ số p2/p1 khác nhau và ứng với mỗi tải trọng khác nhau ta lại có đường đặc tính lý tưởng khác nhau. Do vậy đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh ở các tải trọng khác nhau sẽ là một chùm đường nghiêng.
Hình 2.14 : Chùm đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh 1'
- Đầy tải ; 2'
- Không tải.
Tóm lại bộ điều hòa lực phanh có nhiệm vụ đảm bảo áp suất p2 dẫn động phanh sau gần giống với áp suất lý tưởng yêu cầu và có giá trị luôn nhỏ hơn áp suất lý tưởng để tránh hiện tượng bó cứng bánh xe.
2.3.3. Sự phân chia lực phanh khi có hoặc không có bộ điều hòa.
Tỷ lệ phân chia lực phanh. i = 2 1 2 p p p F F F .
E = 1 2 p p F F .
Khi có bộ điều hòa lực phanh thì Fp2 được điều chỉnh giảm và Fp1 được điều chỉnh tăng . Từ công thức : i = 2 1 2 p p p F F F .
Ta có khi có bộ điều hòa lực phanh thì tỷ lệ phân chia lực phanh i giảm . Quy ước rằng :
- Tỷ số phân chia lực phanh khi không có điều hòa là lớn nhất và được ký hiệu là imax.
- Tỷ số phân chia lực phanh khi có bộ điều hòa là nhỏ nhất và được ký hiệu là imin.
CHƢƠNG III
CÁC LOẠI BỘ ĐIỀU HÒA LỰC PHANH
Để giải quyết về kết cấu đề tài tiến hành tìm hiểu các loại bộ điều hòa lực phanh được sử dụng phổ biến trên ô tô.
3.1 Phân loại bộ điều hòa lực phanh.
Bộ điều hòa lực phanh có rất nhiều loại nhưng cơ bản được phân loại như sau :
- Van điều hòa phanh đơn (van P).
- Van điều hào phanh kép.
- Van nhánh và van điều hòa (P& BV). - Van điều hòa teo tải trọng (LSPV). - Van điều hòa theo sự giảm tốc (DSPV).
3.2 Cấu tạo và hoạt động của bộ điều hòa lực phanh.
3.2.1.Van điều hòa đơn (Van P).
Trên hình (Hình 3.1) trình bày sơ đồ dẫn động của hệ thống phanh sử dụng van điều hòa đơn
Van điều hòa đơn được lắp trên đường dẫn động dầu ra phía sau. Cấu tạo của van điều hòa đơn được trình bày trên hình (Hình 3.2). Các chi tiết chính của van điều đơn bao gồm: vỏ van (1), trong vỏ van có piston van (2). Lò xo (4) đẩy piston
Hình. 3.1. Sơ đồ dẫn động phanh sử van điều hòa đơn
1. Bàn đạp phanh; 2. Bộ trợ lực phanh; 3. Xylanh chính; 4. Van điều hòa đơn; 5. Đường ống dẫn dầu ra cơ cấu phanh trước; 6. Ống dẫn dầu ra cơ cấu phanh sau
1 2 4 6 5 3
về phía phải. Piston có diện tích mặt đầu bên phải lớn hơn bên trái. Lực tạo nên bởi áp suất dầu có su hướng đẩy piston dịch chuyển sang trái, do lực tác dụng lên mặt đầu piston tỷ lệ thuận với diện tích chịu áp suất. Đế van (5) tạo mặt tựa cố định cho lò xo (4). Phớt cao su (3) tạo khả năng đóng mở van khi piston dịch chuyển sang trái hay sang phải.
Nguyên lý hoạt động:
Khi áp suất ở xylanh chính còn thấp piston (2) được đẩy sang phải nhờ lực căng của lò xo (4) là Flx, van P mở, dầu từ xylanh chính qua khe hở giữa phớt cao su xylanh và piston đến các xylanh con phía sau. Ở trạng thái này van P chưa làm việc. Lúc này áp suất trong dẫn động phanh phía trước và áp suất trong dẫn động phanh phía sau bằng nhau. Đường đặc tính của bộ điều hòa hợp với trục hoành một góc 45o.
Khi áp suất ở xy lanh chính tăng lên và đạt đến áp suất điều chỉnh (Pd ch) như trên hình (Hình 3.2). Do piston có diện tích chịu áp suất dầu ở phía đầu bên phải lớn hơn diện tích chịu áp suất dầu ở đầu bên trái. Nên lực tạo bởi áp suất dầu tác dụng lên piston ở đầu bên phải (F2) lớn hơn lực tạo bởi áp suất dầu tác dụng lên piston ở đầu bên trái (F1) cộng với lực của lò xo (Flx) lúc này piston dịch chuyển sang trái, van P đóng và cắt việc cung cấp dầu cho các cơ cấu phanh ở phía sau. Tại thời điểm
Từ xylanh chính
Hình 3.2. Van P ở trạng thái chưa làm việc (van mở) 1. Vỏ; 2. Piston; 3. Phớt cao su; 4. Lò xo; 5. Đế van
Đến các cơ cấu phanh sau
4 3 5 1 2 Flx P1 P2 Pd ch
piston tiếp xúc với phớt cao su làm đóng cửa dầu dẫn đến các cơ cấu phanh phía sau thì áp suất ở hai phía của phớt cao su bằng nhau hình .
Khi đạp phanh sâu hơn nữa, áp suất dầu ở xylanh chính tiếp tục tăng lên, và áp suất phía trái của piston trong van điều hòa cũng tăng lên, lực của dầu tác dụng lên phía trái piston là F’1. Lúc này tổng lực (Flx + F’1) lớn hơn lực F2 hình (Hình 3.3).
nên piston bị đẩy sang phải tách khỏi phớt cao su xylanh để mở thông đường dầu cung cấp dầu cho các cơ cấu phanh sau. Khi đó áp suất dầu trong các cơ cấu phanh sau tăng lên. Đồng thời lực tác dụng lên piston ở phía đầu bên phải lúc này lại lớn hơn lực tác dụng lên piston phía đầu bên trái, piston lại bị đẩy sang trái tiếp xúc với phớt cao su đóng kín đường dầu dẫn đến các cơ cấu phanh sau. Quá trình này được lặp đi lặp lại liên tục tạo trạng thái cấp dầu nhấp nháy để đảm bảo tỷ P2/P1 gần đúng với đường đặc tính lý tưởng. Đường đặc tính của van điều hòa đơn được trình bày trên hình (H. 3.2).
Khi thôi tác dụng lên bàn đạp phanh, áp suất trong xylanh chính giảm, phớt cao su (3) dịch chuyển sang trái do sự chênh lệch áp suất. Dầu phanh từ các cơ cấu phanh phía sau đẩy phớt cao su cúp xuống và trở về xylanh chính. Nó triệt tiêu sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của piston (phía xylanh chính và phía xylanh con bánh xe).
3.2.2 Van điều hòa kép.
Hình. 3.3. Trạng thái làm việc của van P khi đạp phanh sâu hơn
Flx F’1 F
Với hệ thống phanh dẫn động thủy lực phân chia chéo thường sử dụng van điều hòa kép. Van điều hòa kép được thiết kế giống như hai van điều hòa đơn được lắp ghép song song trong cùng một vỏ van. Một van điều khiển áp suất ở bánh sau bên phải và một van điều khiển áp suất ở bánh sau bên trái. Sơ đồ dẫn động của hệ thống phanh sử dụng van điều hòa kép được trình bày trên hình (Hình 3.4)
Hoạt động của van điều hòa kép cũng giống như van điều hòa đơn. Nhưng so với van điều hòa đơn thì van điều hòa kép có ưu điểm là trong trường hợp vì một nguyên nhân nào đó một mạch dầu bị mất áp suất, lúc này trong van điều hòa kép chỉ có một piston chống lại lực đẩy của lò xo. Kết quả là áp suất trong dẫn động phanh phía sau tăng lên. Hình (Hình 3.5) trình bày đường đặc tính của van điều hòa kép.
Hình 3.4. Sơ đồ dẫn động phanh sử dụng van điều hòa kép
1. Bàn đạp; 2. Bộ trợ lực; 3. Xylanh chính; 4. Các đường ống dẫn dầu; 5. Van điều hòa kép; 6. Cơ cấu phanh trước; 7. Cơ cấu phanh sau
1 2
3 4
3.2.3.Van nhánh và van điều hòa (P&BV).
Chức năng của van này cũng giống như các van đã được giới thiệu ở các trang trước. Kết cấu của van này gần giống như van P. Tuy nhiên trong kết cấu của van này có thêm một piston thứ hai. Nó đảm bảo áp suất đến các cơ cấu phanh sau là lớn nhất khi mạch dầu trong dẫn động ra cơ cấu phanh trước bị mất áp suất
* Hoạt động của van P&BV
Khi mạch dầu phía trước bình thường
Trên (Hình 3.6) trình bày mặt cắt của van B&BV. Lò xo (6) đẩy piston thứ hai (3) sang phải và đẩy piston thứ nhất (5) sang trái. Áp suất dầu trong dẫn động ra cơ cấu phanh sau tạo ra lực đẩy piston thứ hai (3) sang bên trái, trong khi áp suất dầu trong dẫn động phanh trước lại đẩy piston này sang phải. Tất cả các lực kể trên tạo ra sự cân bằng cho piston thứ hai (3), còn piston thứ nhất (5) được đẩy sang trái
1 2 3 4 5 6 7
Hình 3.5. Đường đặc tính của van điều hòa kép 1. Khi hệ thống phanh hoạt động bình thường 2. Khi một mạch dầu bị mất áp suất
1 2
Pd ch P’d ch P2
Khi áp suất ở xylanh chính còn thấp, dầu chảy qua khe hở giữa piston thứ nhất (5) và phớt cao su (7) để đến các cơ cấu phanh sau. Lúc này áp suất ở cơ cấu phanh sau không được điều khiển.
Khi áp suất ở xylanh chính tăng lên và đạt đến áp suất điều chỉnh của bộ điều hòa. Piston thứ nhất (5) dịch chuyển sang phải tiếp xúc với phớt cao su (7) đóng kín cửa dầu cắt đường dầu dẫn đến các cơ cấu phanh sau.
Khi áp suất ở xylanh chính tiếp tục tăng lên và đạt đến một giá trị nào đó thì piston thứ nhất (5) lại bị đẩy sang trái để mở thông cửa dầu cấp dầu cho các cơ cấu phanh phía sau. Như vậy áp suất phanh phía sau được điều khiển và tính năng phanh được ổn định là do sự lặp đi lặp lại của bước hai và bước ba ở trên.
Khi mạch dầu phía trước bị hỏng
Giả sử nếu mạch dầu phía trước bị mất áp suất do một nguyên nhân nào đấy. Lúc này áp suất trong dẫn động phanh sau đẩy piston thứ hai (3) sang trái và đẩy cả piston thứ nhất (5) sang trái đồng thời mở cửa dầu, vì vậy dầu từ xylanh chính được truyền đến các cơ cấu phanh sau và áp suất ở dẫn động phanh sau trong trường hợp này là không được điều khiển.
1. Vỏ van; 2. Phớt cao su; 3. Lò xo; 4. Piston; 5. Đế van; 6. Thanh đàn hồi (đòn cảm tải)
Các van điều hòa như đã giới thiệu ở phần trước chỉ có khả năng điều chỉnh áp suất dầu ở các cơ cấu phanh sau theo áp suất sau xylanh chính, bởi vậy khi tải trọng trên các bánh xe sau thay đổi lớn thì áp suất dầu ở các cơ cấu phanh sau không thay đổi theo. Van điều hòa theo tải trọng được thiết kế để điều chỉnh áp suất ở các cơ cấu phanh phía sau theo áp suất sau xylanh chính và theo sự thay đổi tải trọng tác dụng lên các bánh xe. Đường đặc tính của van điều hòa này gần sát với đường đặc tính lý tưởng hơn so với các van điều hòa khác. Van điều hòa này được gắn trên khung của phần cầu sau. Sự tăng và giảm tải trọng tác dụng lên cầu sau dẫn tới làm giảm hoặc tăng khoảng cách giữa cầu xe với khung xe và thể hiện bằng chuyển vị của thanh đàn hồi. Kết cấu của van điều hòa LSPV được giới thiệu trên hình (Hình
