.4 Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh

Sự thay đổi Mp, Mφ và εb theo độ trượt thể hiện trên hình 2.5

Đoạn O-1-2 biểu hiện quá trình tăng Mp khi đạp phanh. Hiệu (Mp-Mφ) tỷ lệ

với gia tốc chậm dần εb của bánh xe. Hiệu trên tăng nhiều khi đường Mφ đi qua

cực đại. Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng đột ngột

của εb được sử dụng làm tín hiệu để giảm áp suất trong dẫn động. Do có độ chậm

tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế

được bắt đầu ở điểm 2. Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi

Mp-Mφ). Vào thời điểm tương ứng với điểm 4 – Mômen phanh có giá trị cực tiểu

không đổi.

Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mômen phanh nhỏ hơn mômen bám, nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe. Sự tăng gia tốc bánh xe được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5).

Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trượt giảm và bởi vậy φ cũng như Mφ tăng

Tiếp theo, chu trình lặp lại. Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thì

giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1-λ2 (Hình 2.5), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với giá trị cực đại nhất.

Hình 2.5a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3pha): tăng áp suất (1→2), giảm áp suất (2→4) và duy trì (giữ) áp suất (4→5). ABS làm việc với 3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha. Một số ABS có thể không có pha duy trì áp suất gọi là ABS 2 pha.

2 5 1 6 4 3 0 c M  M Mp M p     b  b

Hình 2. 5 Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS

Trên 2.6 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian.

Hình 2. 6 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần của bánh xe (b) khi phanh có ABS.

Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi

trong khoảng λ1-λ2= (15-30) %. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén

khoảng (3-8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.

Trên hình 2.7 và hình 2.8 là đồ thị quá trình phanh của xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS.

Hình 2. 8 Quá trình phanh điển hình của ô tô có trang bị ABS

2.2.2 Hệ thống ABS được sữ dụng trên xe.

ABS được dùng trên xe thiết kế là loại ABS không tích hợp vì đối với loại

dẫn động thủy lực thì dùng loại ABS không tích hợp và được dùng với hệ thống phanh cổ điển có xilanh chính.

Trên hình 2.9 là sơ đồ điển hình của loại ABS không tích hợp

Hình 2. 9 Sơ đồ ABS dùng với hệ thống phanh cổ điển có xilanh chính.

ABS không tích hợp là loại được bổ sung vào hệ thống phanh chuẩn thông thường nên được gọi là ABS “REMOTE’’ hoặc “ADD.ON’’. Nó chỉ có chức năng chống hãm cứng bánh xe. Hệ thống thủy lực của nó được bố trí tách biệt với xilanh chính cổ điển.

2.3. Nguyên lí làm việc của hệ thống ABS sữ dụng trên xe 2.3.1. Khi không phanh

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

2.3.2. Khi phanh thường (ABS chưa làm việc)

Khi người lái đạp phanh, rà phanh mà lực phanh chưa đủ lớn để xảy ra hiện tượng trượt bánh xe quá giới hạn cho phép, dầu phanh với áp suất cao sẽ đi từ tổng phanh 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 xi lanh 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 trống phanh hay 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. Sơ đồ làm việc của hệ thống phanh trong gia đoạn này thể hiên trong hình 2.10.

Hình 2. 10 Khi phanh bình thường

1- Tổng phanh; 2- Ống dẫn dầu; 3- Van điện; 4- Cuộn dây; 5- Van điện; 6- Bơm dầu; 7- Van điện; 8- Bình chứa dầu; 9- Cơ cấu phanh;

10- Cảm biến tốc độ; 11- Roto cảm biến; 12- Nguồn điện; 13- Van nạp; 14- Van xả; 15- Khối ECU.

2.3.3. Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động)

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh đủ lớn sẽ gây nên hiện tượng trượt.

Khi hệ số trượt vượt quá giới hạn quy định (1030%) thì ABS sẽ bắt đầu làm việc

và chế độ làm việc của ABS gồm các giai đoạn sau:

a. Giai đoạn duy trì (giữ) áp suất:

Khi phát hiện thấy sự giảm nhanh tốc độ của bánh xe từ tín hiệu của cảm biến tốc độ và cảm biến gia tốc gửi đến, bộ điều khiển ECU sẽ xác định xem bánh xe nào bị trượt quá giới hạn quy định.

15 ECU 4 6 5 1 12 8 7 2 3 13 14 10 11 9

Sau đó, bộ điều khiển ECU sẽ gữi tín hiệu đến bộ chấp hành hay là cụm thuỷ lực, kích hoạt các rơle điện từ của van nạp hoạt động để đóng van nạp (13) lại --> cắt đường thông giữa xylanh chính và xylanh bánh xe. Như vậy áp suất trong xilanh bánh xe sẽ không đổi ngay cả khi người lái tiếp tục tăng lực đạp. Sơ đồ làm việc của hệ thống trong giai đoạn này như trên hình 2.11.

b. Giai đoạn giảm áp suất:

Nếu đã cho đóng van nạp mà bộ điều khiển nhận thấy bánh xe vẫn có khả năng bị hãm cứng (gia tốc chậm dần quá lớn), thì nó tiếp tục truyền tín hiệu điều khiển đến rơle van điện từ của van xả (14) để mở van này ra, để cho chất lỏng từ xilanh bánh xe đi vào bộ tích năng (8) và thoát về vùng có áp suất thấp của hệ thống --> nhờ đó áp suất trong hệ thống được giảm bớt. Sơ đồ làm việc của hệ thống trong giai đoạn này như trên hình 2.12.

c. Giai đoạn tăng áp suất:

Khi tốc độ bánh xe tăng lên (do áp suất dòng phanh giảm), khi đó cần tăng áp suất trong xilanh để tạo lực phanh lớn, khối điều khiển điện tử ECU ngắt dòng điện cung cấp cho cuộn dây của các van điện từ, làm cho van nạp mở ra và đóng van van xả lại --> bánh xe lại giảm tốc độ ... Sơ đồ làm việc của hệ thống trong giai đoạn này như trên hình 2.13.

Chu trình giữ áp, giảm áp và tăng áp cứ thế được lặp đi lặp lại, giữ cho xe được phanh ở giới hạn trượt cục bộ tối ưu mà không bị hãm cứng hoàn toàn.

Hình 2. 11 Giai đoạn duy trì (giữ) áp suất

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

14- Van xả; 15- Khối ECU.

13 14 12 8 7 10 15 ECU 5 6 1 4 2 3 11 9

Hình 2. 12 Giai đoạn giảm áp

1- Tổng phanh; 2- Ống dẫn dầu; 3- Van điện; 4- Cuộn dây; 5- Van điện; 6- Bơm dầu; 7- Van điện; 8- Bình chứa dầu; 9- Cơ cấu phanh; 10- Cảm biến tốc

độ; 11- Roto cảm biến; 12- Nguồn điện; 13- Van nạp; 14- Van xả; 15- Khối ECU. 15 8 ECU 12 6 7 14 10 11 9 1 5 4 2 13 3

Hình 2. 13 Giai đoạn tăng áp

1- Tổng phanh; 2- Ống dẫn dầu; 3-Van điện; 4- Cuộn dây; 5- Van điện; 6- Bơm dầu; 7- Van điện; 8- Bình chứa dầu; 9- Cơ cấu phanh; 10- Cảm biến tốc

độ; 11- Roto cảm biến; 12- Nguồn điện; 13- Van nạp; 14- Van xả; 15- Khối ECU. 1 5 2 4 15 ECU 12 6 7 8 13 3 14 9 10 11

CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE Ô TÔ KIA CERATO 2019

3.1. Đặc điểm và kết cấu các bộ phận chính 3.1.1. Cơ cấu phanh 3.1.1. Cơ cấu phanh

3.1.1.1. Cơ cấu phanh trước

Đặc điểm kết cấu các chi tiết và bộ phận chính:

Trên hình 3.1 là cơ cấu phanh trước. Đĩa phanh trước có rảnh làm mát, đĩa sau không có rãnh làm mát. Đĩa phanh của cơ cấu phanh trước dày và to hơn đĩa phanh sau, vì trong quá trình phanh toàn bộ trọng lượng của xe sẽ dồn về phía trước nên đĩa phanh trước sẽ nhanh mòn, và độ dày của đĩa tăng ổn định lái khi phanh.

Đĩa phanh được chế tạo bằng gang có xẻ rãnh thông gió chiều dày từ 16 ÷

25 mm.

Má kẹp : Được đúc bằng gang rèn.

Hình 3. 1 Cơ cấu phanh trước

1- Xi lanh; 2- Piston; 3- Má phanh; 4- Đĩa phanh; 5- Vòng tùy; 6- Vòng làm kín; 7- Rãnh làm mát.

Hệ thống phanh xe kia cerato gồm:

Hệ thống phanh chính (phanh chân): Phanh trước và phanh sau là phanh đĩa điều khiển bằng thuỷ lực trợ lực chân không, có sử dụng hệ thống chống hãm cứng ABS.

Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau. Dầu phanh: DOT 3 hoặc DOT 4.

+ Các xi lanh thủy lực: được đúc bằng hợp kim nhôm. Để tăng tính chống mòn và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xi lanh được mạ một lớp crôm. Khi xi lanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh.

Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ của dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữa piston với guốc phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim.

+ Các thân má phanh: chỗ mà piston ép lên được chế tạo bằng thép lá. + Tấm ma sát: của má phanh loại đĩa quay hở thường có diện tích bề mặt

khoảng 12  16% diện tích bề mặt đĩa, nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi.

Trên hình 3.2a minh hoạ sự biến dạng của vòng làm kín tương ứng với cùng một áp suất p và ba giá trị khe hở J1, J2 và J3 khác nhau: Với khe hở lớn như J3, vòng làm kín có thể bị ép tụt ra khỏi rãnh lắp trên xi lanh. Với khe hở như J2, vòng làm kín sẽ hư hỏng sau một thời gian ngắn do biến dạng quá lớn. Khe hở với giá trị J1 là vừa phải, với khe hở này, khi áp suất thôi tác dụng, vòng làm kín sẽ trở về trạng thía ban đầu. Nhờ độ đàn hồi của các vòng làm kín 7 (Hình 3.2 c) và độ đảo chiều trục của đĩa, khi nhả phanh các má phanh luôn được giữ lại cách mặt đĩa một khe hở nhỏ. Do đó không đòi hỏi phải có cơ cấu tách các má phanh và điều chỉnh khe hở đặc biệt nào. Tuy vậy, trên một số xe kích cỡ lớn có thể có trang bị thêm cơ cấu điều chỉnh khe hở tự động.

a- Biến dạng của vòng làm kín tương ứng với các khe hở J1, J2, J3 khác nhau và áp suất p bằng nhau; b, c- Trạng thái chưa làm việc và đang chịu áp suất; 1- Piston; 2- Vòng làm kín; 3- Xilanh.

Ưu nhược điểm: Qua phân tích nguyên lý làm việc và đặc điểm kết cấu, ta thấy phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu 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 đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu. Vì thế phanh đĩa có kích thước 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.

Tuy vậy, phanh đĩa còn 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 oxy 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 dẫn động phanh thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng.

3.1.1.2 Cơ cấu phanh đĩa sau

Hình 3. 3 Cơ cấu phanh sau

1- Xi lanh; 2- Piston; 3- Má phanh; 4- Đĩa phanh; 5- Vòng tùy; 6- Vòng làm kín.

Với kết cấu như trên thì điều kiện làm mát rất tốt, nhiệt độ làm việc của phanh thấp. Nhưng kết cấu như vậy có độ cứng vững thấp. Khi các chốt dẫn hướng bị mòn biến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh không mòn đều, hiệu quả phanh giảm và tạo rung động.

Đĩa phanh loại đĩa đặc được chế tạo bằng gang có chiều dày từ 8 ÷ 13 Má kẹp : Được đúc bằng gang rèn.

Tấm ma sát của má phanh loại đĩa quay hở hay có diện tích ma sát khoảng 12-16 % diện tích bề mặt đĩa nên làm mát rất thuận lợi.

Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về vị trí ban đầu thông qua bộ đàn hồi của vòng làm kín và độ đảo chiều trục. Khi nhả phanh các má phanh luôn được giữ cách mặt đĩa một khe hở nhỏ do đó tự động điều chỉnh khe hở.

3.1.1.3 Xy lanh chính

Là loại xy lanh kép được thiết kế sao cho nếu một mạch dầu bị hỏng thì mạch dầu khác vẫn tiếp tục làm việc nhằm cung cấp một lượng dầu tối thiểu để phanh xe. Đây là một trong những thiết bị an toàn nhất của xe. Ở vị trí chưa làm việc, các piston bị đẩy về vị trí ban đầu bởi các lò xo hồi vị, các khoang phía trước piston được nối thông với bình chứa qua lỗ cung cấp dầu (6). Khi phanh piston bị đẩy sang trái ép dầu phía trước piston đi đến xy lanh bánh xe. Khi nhả phanh đột ngột dầu phía sau piston chui qua lỗ bù, bù vào khoảng không gian phía trước đầu piston.

Hình 3. 4 Kết cấu xy lanh chính.

1-Lò xo; 2-Lỗ bù dầu; 3- Piston; 4-Nút làm kín; 5-Bình chứa dầu phanh; 6- Piston; 7- Vòng chặn; 8- Chốt tuỳ; 9- Lò xo; 10-Cụm van ngược; 11-Cụm van ngược

3.1.2. Các cảm biến

Các cảm biến là 4 cảm biến riêng biệt cho từng bánh xe, nhận và truyền tín hiệu tốc độ của bánh xe về cho khối điều khển điện tử ECU.

Cảm biến tốc độ bánh xe (hình 3.5) thực chất là một máy phát điện cỡ nhỏ. Cấu tạo của nó gồm:

- Rôto: Có dạng vòng răng, được dẫn động quay từ trục bánh xe hay trục truyền lực nào đó.

- Stato: Là một cuộn dây quấn trên thanh nam châm vĩnh cửu.