Phần II: Thiết kế trợ lực phanh
1. Các phơng án trợ lực khi thiết kế
- 59 -
Hiện nay trên các ôtô hiện đại ngời ta thiết kế cải tiến nhiều hệ thống điều khiển, để giảm nhẹ cờng độ lao động cho ngời lái, để ngời lái ít mắc những sai phạm kỹ thuật, đảm bảo đợc an toàn chuyển động, ít xẩy ra tai nạn giao thông nh thiết kế cờng hoá lái cờng hoá phanh, bộ chống hãm cứng bánh xe...Thiết kế bộ cờng hoá phanh để ngời lái đỡ mệt là rất cần thiết.
Bộ cờng hoá lực phanh có thể thực hiên theo các phơng án sau:
1.1. Phơng án 1:
Trợ lực chân không:
Đặc điểm: Sử dụng ngay độ chân không ở đờng ống nạp của động cơ, đa
độ chân không này vào khoang A của bộ trợ lực, còn khoang B khi phanh đợc thông với khí trời.
Nguyên lý làm việc:
Khi không phanh cần đẩy 9 dịch chuyển sang phải kéo van khí 6 và van
điều khiển 7 sang phải, van khí tì sát van điều khiển đóng đờng thông với khí
Hình 4.1. Sơ đồ bộ trợ lực chân không.
1. Piston xilanh chính , 2 . Vòi chân không, 4 . Màng chân không, 5 . Van chân không 6 . Van khí, 7 . Van điều khiển, 8. Lọc khí, 9. Thanh đẩy , 10. Bàn đạp, 11. Lò xo.
trời, lúc này buồng A thông với buồng B qua hai cửa E và F và thông với đờng ống nạp. Không có sự chênh lệch áp suất ở 2 buồng A, B, bầu trợ lực không làm việc.
Khi phanh dới tác dụng của lực bàn đạp, cần đẩy 9 dịch chuyển sang trái
đẩy các van khí 6 và van điều khiển 7 sang trái. Van điều khiển tì sát van chân không thì dừng lại còn van khí tiếp tục di chuyển tách rời van điều khiển. Lúc
đó đờng thông giữa cửa E và F đợc đóng lại và mở đờng khí trời thông với lỗ F, khi đó áp suất của buồng B bằng áp suất khí trời, còn áp suất buồng A bằng
áp suất đờng ống nạp (= 0,5 KG/cm2). Do đó giữa buồng A và buồng B có sự chênh áp suất (= 0,5 KG/cm2). Do sự chênh lệch áp suất này mà màng trợ lực dịch chuyển sang trái tác dụng lên pittông 1 một lực cùng chiều với lực bàn
đạp của ngời lái và ép dầu tới các xi lanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh.
Nếu giữ chân phanh thì cần đẩy 9 và van khí 6 sẽ dừng lại còn piston 1 tiếp tục di chuyển sang trái do chênh áp. Van điều khiển 7 vẫn tiếp xúc với van chân không 5 nhờ lò xo nhng di chuyển cùng piston 1, đờng thông giữa lỗ E, F vẫn bị bịt kín. Do van điều khiển 7 tiếp xúc với van khí 6 nên không khí bị ngăn không cho vào buồng B. Vì thế piston không dịch 1 chuyển nữa và giữ
nguyên lực phanh hiện tại.
Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo 11 kéo đòn bàn đạp phanh về vị trí ban đầu, lúc đó van 6 bên phải đợc mở ra thông giữa buồng A và buồng B qua cửa E và F, khi đó hệ thống phanh ở trạng thái không làm việc.
Ưu điểm: Tận dụng đợc độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp khi
động cơ làm việc mà không ảnh hởng đến công suất của động cơ, vẫn đảm bảo đợc trọng tải chuyên chở và tốc độ khi ôtô chuyển động.
Nhợc điểm:
Độ chân không khi thiết kế lấy là 0,5 KG/cm2, áp suất khí trời là 1KG/cm2, do đó độ chênh áp giữa hai buồng của bộ trợ lực không lớn. Muốn có lực trợ
- 61 -
lực lớn thì phải tăng tiết diện của màng, do đó kích thớc của bộ trợ lực tăng lên. Phơng án này chỉ thích hợp với phanh dầu loại loại xe du lịch, xe vận tải, xe khách có tải trọng nhỏ và trung bình.
1.2. Phơng án 2:
Trợ lực chân không kết hợp với thuỷ lực:
Nguyên lý làm việc:
Khi cha phanh van không khí 7 đợc đóng lại, van điều khiển 8 mở ra nhờ lò xo côn 8' đẩy màng 9 mang theo pittông phản hồi 10 đi xuống. Buồng III thông với buồng II và buồng IIa qua ống 15. Nh vậy áp suất buồng IIa, IIb bằng nhau và bằng áp suất chân không ở họng hút của đờng ống nạp.
Hình 4.2 Sơ đồ bộ trợ lực chân không kết hợp với thủy lực.
1. Xi lanh chính, 2. Cổ hút động cơ , 3. van một chiều , 4. Màng trợ lực , 5. Vỏ trợ lực , 6.
lọc khí , 7. Van không khí , 8. Van điều khiển , 8'. Lò xo côn , 9. Van màng , 10. Piston phản hồi ,11 . Piston xilanh trợ lực , 12. Van bi , 13. Vỏ xi lanh trợ lực , 14. Xi lanh bánh
xe , 15. §êng èng nèi .
b®
a
4 2 5
1 14
3
10 11 8
9 15
7 8' 6
12 13
Khi phanh ngời lái tác dụng lên bàn đạp phanh một lực cần thiết qua hệ thống đòn, đẩy pittông ở xi lanh chính đi, áp suất phía sau piston xilanh 1 tăng lên qua ống dẫn dầu lên xilanh của bộ trợ lực, qua van bi 12 mở dầu đi đến xilanh bánh xe khắc phục khe hở giữa trống phanh và má phanh. Đồng thời áp suất này tác dụng piston 11 và tác dụng lên piston phản hồi 10 . Khi áp suất dầu đạt khoảng 1,3 Mpa sẽ đẩy piston phản hồi 10 thắng đợc lực lò xo côn 8' và đi lên, nó mở van không khí 7 ra và đóng van điều khiển 8 lại. Lúc này áp suất khí trời là 1 KG/cm2 đi vào ống 15 để vào buồng IIa, còn buồng IIb vẫn là buồng chân không. Do sự chênh áp ở buồng IIa và buồng IIb, piston màng 4 dịch chuyển sang phải qua thanh đẩy, đẩy piston 11 của bộ trợ lực đi sang phải, áp suất sau piston này đợc tăng lên và dẫn đến các xi lanh bánh xe để tiến hành đẩy các má phanh ra tiếp xúc với trống phanh để hãm bánh xe lại.
Khi dừng chân phanh ở vị trí nào đó, piston 11 sẽ tiếp tục dịch chuyển một chút sang phải vì màng trợ lực 4 còn tiếp tục bị uốn. Do vậy mà ở khoang dới piston phản hồi 10, áp suất sẽ giảm bớt và màng van 9 sẽ hạ xuống cùng pison phản hồi 10 cho đến khi van không khí đóng lại trong khi van điều khiển vẫn
đóng. Độ chênh áp giữa 2 khoang IIa và IIb không đổi, màng 4 và piston 11 không dịch chuyển nữa, áp suất dầu trong đờng ống giữ giá trị không đổi, mômen phanh ở các bánh xe giữ nguyên giá trị .
Khi nhả bàn đạp phanh lò xo ở bàn đạp kéo bàn đạp về vị trí ban đầu, lò xo hồi vị màng trợ lực đẩy piston 11 của xi lanh chính về vị trí cũ, lò xo côn 8'
đẩy piston của bộ trợ lực về vị trí cũ, van 8 mở ra, van không khí 7 đóng lại,
áp suất buồng IIa, IIb lại bằng nhau và bằng áp suất chân không (0,5 kG/cm2).
ở các bánh xe thì các lò xo kéo má phanh về vị ban đầu để nhả má phanh tách ra khái trèng phanh .
Ưu điểm: Tận dụng đợc độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp.
Bảo đảm đợc quan hệ tỷ lệ giữa lực bàn đạp với lực phanh.
Nhợc điểm: Kết cấu phức tạp, phải cần thêm xilanh thuỷ lực.
- 63 -
1.3 Phơng án 3:
Hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực điều khiển bằng điện tử:
ϕ
ECU
Nguyên lý làm việc:
Phần trợ lực điện gồm lõi thép 2 đợc đặt trong ống thép, phía trên ống thép là cuộn dây từ hoá 3. Khi cuộn dây đợc cấp những chuỗi xung điện từ khác nhau từ bộ điều khiển thì dòng điện trung bình trong cuộn dây cũng thay
đổi, nó từ hoá ống thép làm cho ống thép trở thánh một nam châm điện hút lõi thép tiến về phía phải, thông qua cần đẩy 4 đẩy các piston di chuyển tạo áp lực dầu trong hệ thống phanh. Khi chân phanh dừng lại ở một vị trí nào đó thì cảm biến sẽ xác định vị trí của lõi thép, đồng thời một cảm biến thứ 2 trên đờng áp suất dầu gửi tín hiệu về hộp điều khiển để hộp điều khiển xác định mức chuỗi xung đã đợc xác lập giữ nguyên lực phanh hiện thời. Nếu tiếp tục đạp phanh thêm nữa, thì 2 cảm biến trên thay đổi tín hiệu và hộp điều khiển sẽ tạo ra một chuỗi xung khác để tăng thêm dòng điện vào cuộn dây.
Hình 4.3 Sơ đồ trợ lực điện.
1. Bộ trợ lực điện, 2.Lõi thép, 3.Cuộn dây, 4. Cần đẩy, 5. Xilanh phanh chính, 6. Bộ điều khiển, 7. Xilanh phanh bánh xe .
¦u ®iÓm:
- Có thể thiết kế đồng hoá cho nhiều loại xe chỉ cần thay đổi phần lập trình.
Nhợc điểm:.
- Giá thành cao.
1.4 Phơng án 4:
Bộ cờng hoá khí nén:
Nguyên lý làm việc:
Khi tác dụng một lực lên bàn đạp phanh, qua các đòn dẫn động, ống 11
đẩy van 9 mở ra, khí nén từ bình chứa 8 qua van 9 vào khoang A và B tạo ra lực đẩy piston 5 của xilanh lực, đồng thời đẩy piston 7 của xilanh chính về phía phải áp suất dầu đợc tăng lên và dẫn đến các xi lanh làm việc ở các bánh xe. Trong khi đó ở khoang A áp suất cũng tăng lên, tác dụng lên piston 10 đến một giá trị nào đó thì cân bằng với lực đẩy của cánh tay đòn 3, piston tuỳ động
- 65 -
Qb®
10 8 9 11
3 1
2 4
5
6 7
B
A
Hình 4.4 Cờng hoá khí nén
1 - Bàn đạp; 2 - Lò xo hồi vị; 3, 4 - Đòn; 5 Piston; 6 Lò xo hồi vị;– – 7 Piston; 8 Bình chứa khí nén; 9 Van; 10 Piston;– – – –
11 Thanh dạng ống–
10 sẽ dịch chuyển sang trái làm cho van 9 đóng lại (khi ngời lái đạp phanh giữ
nguyên ở vị trí nào đó thì van 9 đợc đóng lại, khi lại đạp tiếp thì ống 11 lại đi về phía phải van 9 lại mở ra, khi nén lại tác dụng lên piston 5, đẩy sang phải,
áp suất dầu lại tăng lên dẫn đến các xilanh bánh xe).
Khi nhả bàn đạp phanh, piston 10 và ống 11 đợc lò xo kéo sang trái trở về vị trí ban đầu, van 9 đợc đóng lại, khi đó áp suất cao đi qua ống 11 và xả ra ngoài không khí. Toàn bộ hệ thống phanh ở trạng thái không làm việc.
u ®iÓm:
Lực cờng hoá lớn vì áp suất khí nén có thể từ 5 – 7 KG/cm2. Nhợc điểm:
Số lợng các cụm trong hệ thống phanh nhiều, kết cấu phức tạp. Đối với các loại xe không lắp máy nén khí thì không sử dụng bộ cờng hoá kiểu này.
KÕt luËn:
Trong 4 phơng án trợ lực nói trên, phơng án nào cũng đảm bảo đợc quan hệ tỷ lệ giữa lực tác dụng lên bàn đạp và lực phanh, nh vậy là đã đảm bảo đợc yêu cầu trớc tiên đối với bộ trợ lực. Vấn đề còn lại là ta phải chọn ra một ph-
ơng án phù hợp với bố trí trên xe và đạt hiệu quả về kinh tế. Trên thực tế, hệ thống phanh đợc thiết kế cho xe Minibus 16 chỗ có kích thớc ở trên. Với kích thớc đó thì cả 4 phơng án trợ lực trên đều có thể bố trí đợc trên xe và đều có thể tạo ra đợc lực phanh yêu cầu. Nh vậy 4 phơng án trên trong trờng hợp này chỉ khác nhau hiệu quả kinh tế. Từ những phân tích u nhợc điểm đã nói ở trên nhận thấy, phơng án 1 là phơng án có tính kinh tế hơn hẳn vì những lí do sau:
- Bộ trợ lực chân không mà phơng án đa ra có kết cấu đơn giản nhất, Không phức tạp nh trợ lực khác với quá nhiều các cụm chi tiết nh van phanh, bộ ECU...., chỉ có một xilanh thuỷ lực so với 2 xilanh thuỷ lực của trợ lực chân không kết hợp thuỷ lực. Điều này cho phép hạ giá thành sản xuất và tạo thuận lợi cho việc bảo dỡng sửa chữa, dễ chế tạo.
- Với lực phanh yêu cầu nh đã tính toán ta hoàn toàn có thể thiết kế đ- ợc một bộ trợ lực có kích thớc nhỏ, từ đó có thể có nhiều phơng án bố trí
Do sử dụng độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp khi động cơ làm việc nên không ảnh hởng đến công suất của động cơ. Hơn nữa việc sử dụng độ chân không còn làm tăng hiệu quả phanh, khi phanh sẽ làm hệ số nạp giảm do
đó công suất của động cơ có giảm, lúc đó tốc độ của ôtô sẽ chậm lại một ít.