MỤC LỤC

MỤC LỤC....1

MỞ ĐẦU.. 3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHANH  ÔTÔ CÓ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ.. 4

1.1 Công dụng hệ thống phanh. 4

1.2 Phân loại hệ thống phanh ô tô. 4

1.3 Cấu tạo chung về hệ thống phanh. 6

1.4 Giới thiệu hệ thống phanh một số loại ô tô hiện hành. 6

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ.. 9

2.1 Phân tích các kết cấu hệ thống phanh: 9

2.1.1 Dẫn động phanh: 9

2.1.2  Cơ cấu chấp hành: 18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CƠ CẤU PHANH.. 66

3.1. Xây dựng mô hình tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh ô tô: 66

3.2. Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh. 69

3.2.1. Phương trình tính toán động lực học khi phanh. 69

3.2.2. Điều kiện phanh xe có hiệu quả nhất 71

3.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh. 71

3.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh. 72

3.3.2. Thời gian phanh. 73

3.3.3. Quãng đường phanh. 74

3.3.4. Lực phanh và lực phanh riêng. 79

3.4. Tính toán quá trình phanh ABS của xe Lexus GS 350: 82

CHƯƠNG  4: HƯỚNG DẪN KHAI THÁC SỬ DỤNG HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ  99

4.1 Công tác kiểm tra bảo dưỡng trong quá trình khai thác. 99

4.2 Kiểm tra điều chỉnh đối với hệ thống phanh. 101

4.3 Các hư hỏng thông thường và cách khắc phục. 102

KẾT LUẬN....14

TÀI LIỆU THAM KHẢO..105

 MỞ ĐẦU

   Xu thế chung của ngành công nghiệp ô tô thế giới là nâng cao chất lượng, năng suất của ô tô, hướng tới sự tiện nghi, vẻ đẹp, kinh tế và tính an toàn với con người, môi trường. Đây là những tiêu chí mà các kỹ sư phải đầu tư nghiên cứu tìm tòi phát triển ra các phương pháp, hệ thống mới đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và cuộc sống hiện đại.

   Nước ta là nước đang phát triển, nền kinh tế luôn vận động, cơ sở vật chất chưa theo kịp nhu cầu của nhân dân. Do đó, nước ta xảy ra hàng nghìn vụ tai nạn giao thông hàng tháng. Mặc dù có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan, tuy nhiên các yếu tố kỹ thuật đảm bảo an toàn khi sử dụng ô tô là rất quan trọng. Theo những thống kê nguyên nhân về kỹ thuật gây tai nạn chiếm khoảng 52-75% là do hệ thống phanh, khoảng 20% là do hệ thống lái, còn lại là do các hệ thống khác. Số liệu cho thấy được việc đảm bảo hệ thống phanh luôn vận hành tốt có ý nghĩa hết sức quan trọng. Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh. Từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô. Từ những yêu cầu thực tế trên, em xin thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài là “Khai thác hệ thống phanh ô tô có điều khiển điện tử”.

   Nội dung đề tài sẽ được trình bầy trong 4 chương. Chương thứ nhất giới thiệu chung về hệ thống phanh ô tô có điều khiển điện tử. Chương hai phân tích các kết cấu của hệ thống phanh. Sau khi đã nắm chắc được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của kết cấu, chương ba sẽ tiến hành tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh. Chương cuối trình bầy về cách khai thác và bảo dưỡng hệ thống phanh trong quá trình sử dụng.

                                                 Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                             Sinh viên thực hiện

                                             ………………

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ CÓ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

1.1 Công dụng hệ thống phanh

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đấy. Ngoài ra hệ thống phanh còn đảm bảo giữ cố định xe trong một thời gian dừng xe.

1.2 Phân loại hệ thống phanh ô tô

Có rất nhiều cách phân loại hệ thống phanh như: theo tính chất điều khiển, theo kết cấu cơ cấu phanh, theo dẫn động điều khiển…nhưng tất cả đều đảm bảo yêu cầu được đặt ra. Dưới đây trình bày một số cách phân loại hệ thống phanh cơ bản thường được dùng trên ô tô.

1.3 Cấu tạo chung về hệ thống phanh

Sơ đồ trên hình 1.1 mô phỏng đơn giản quá trình phanh ô tô.

1.4 Giới thiệu hệ thống phanh một số loại ô tô hiện hành

Trong nền công nghiệp ô tô ngày nay, xuất hiện nhiều kết cấu hỗ trợ hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả của quá trình phanh. Điểm hình như một số kết cấu sau:

- Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (anti-lock brake system)

- Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BA (brake assist)

- Hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD (electric brake-force distribution)

Tổng quan hệ thống phanh trên số loại xe phổ biến được thể hiện trên bảng 1.1.

*Tóm lại chương một đề tài tập trung giới thiệu tổng quan về hệ thống phanh. Chương này giới thiệu từ cấu tạo chung, nguyên lý làm việc tổng quát, phân loại hệ thống phanh đến các kết cấu đang được sử để nâng cao hiệu quả phanh ô tô. 

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ

2.1 Phân tích các kết cấu hệ thống phanh

2.1.1 Dẫn động phanh

Dẫn động phanh là cụm thuộc hệ thống phanh thực hiện nhiệm vụ truyền lực điều khiển từ người lái đến các cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh. Dẫn động phanh gồm các loại: cơ khí, thủy lực, khí nén, kết hợp thủy-khí.

2.1.1.1. Dẫn động phanh cơ khí

Dẫn động phanh cơ khí phổ biến nhất là phanh dừng (phanh tay) được thể hiện trên hình 2.1.

Phanh dừng dẫn động cơ khí được dùng phổ biến ở các xe con, xe du lịch, cả những xe bán tải. Phanh tay dùng truyền động cơ khí để tác dụng trực tiếp vào cơ cấu phanh hoặc cầu xe để thực hiện quá trình phanh.

Thực hiện quá trình phanh bánh sau. Trạng thái thứ 2 trạng thái nhả phanh: người lái nhấn ấn chốt hãm từ từ kéo phanh tay về vị trí ban dầu, dẫn động phanh truyền lực kéo này theo chuyền ngược lại để thực hiện quả trình nhả phanh.

- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản giá thành rẻ, độ tin cậy làm việc cao, độ cứng vững dẫn động không thay đổi khi làm việc lâu dài.

- Nhược điểm: hiệu suất truyền lực không cao, thời gian phanh lớn, lực phanh nhỏ, khó đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe vì độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không như nhau, khó đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu nờn chủ yếu ứng dụng cho phanh dừng.

2.1.1.2. Dẫn động phanh thủy lực

Dẫn dộng phanh thủy lực (sử dụng dầu) được dùng phổ biến trên các xe con, xe ô tô du lịch loại vừa và nhỏ, xe bán tải.

Dẫn động phanh thủy lực sử dụng nguyên lý thủy lực tĩnh học(chất lỏng được coi như không đàn hồi khi bị ép). Nếu tác dụng một lực lên bàn đạp phanh thì áp suất truyền đến các xilanh làm việc sẽ như nhau. 

Trên hình 2.2 thể hiện hệ thống phanh guốc dẫn động thủy lực một dòng.

Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu như sau: khi người lái tác dụng vào bàn đạp 1 qua hệ thống đòn sẽ đẩy píttông nằm trong xilanh 2, do đó dầu bị ép và sinh ra áp suất cao trong xilanh 2 và trong đường ống dẫn 3. Chất lỏng với áp suất cao sẽ tác dụng lên bề mặt của hai pittông ở xilanh 4. Hai píttông này thắng lực lò xo 6 sẽ đẩy hai má phanh 5 ép sát vào trống phanh 7 và tiến hành phanh ôtô vì trống phanh 7 được gắn liền với moayơ bánh xe. 

a. Dẫn động phanh thủy lực một dòng: (Hình2.2)

Cơ cấu chỉ sử dụng một đường ống dẫn chung đến cơ cấu phanh, do đó khi thực hiện quá trình phanh tất cả phanh trên các bánh xe sẽ cũng thực hiện quá trình phanh dẫn đến khó điều hòa lực phanh và mất ổn định điều khiển.

b. Dẫn động phanh thủy lực hai dòng:

Ngày nay dẫn động phanh thủy lực hai dòng là phổ biến, với nhiều ưu điểm hơn dẫn động phanh thủy lực một dòng.

Do sử dụng 2 đường ống dẫn động đến bánh trước và bánh sau, lực tác dụng theo chiều dọc xy lanh chính nên xi lanh phanh bánh sau sẽ có áp suất tác dụng lên trước, thứ tự đến xy lanh phanh bánh trước. Ưu điểm này giúp phân bố được lực phanh trên các bánh, tránh cho bánh trước bị hãm cứng trước bánh sau gây mất ổn định điều khiển. 

Ngoài ra các bố trí phân dòng cho dẫn động phanh thủy lực 2 dòng cũng có nhiều lựa chọn. Trên hình 2.4 thể hiện một số phương pháp lựa chọn phổ biến.

 2.1.1.3. Dẫn động khí nén:

Dẫn động khí nén được ứng dụng phổ biến trên các dòng xe tải hạng hạng nặng, xe kéo rơ-moóc, hay xe buýt.

Hệ thống phanh dẫn động khí nén được thể hiện trên hình 2.4.

Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh khí nén theo sơ đồ (h12.2) như sau: Máy nén khí 1 được dẫn động bằng động cơ sẽ bơm khí nén qua bình lắng nước và dầu 2 đến bình chứa khí nén 3. Áp suất của khí nén trong bình xác định theo áp kế 8 đặt trong buồng lái. 

- Ưu điểm:

+ Hệ thống phanh khí có ưu điểm là lực tác dụng lên bàn đạp rất bé. Vì vậy nó được trang bị cho ôtô vận tải tải trọng lớn.

+ Có khả năng điều khiển hệ thống phanh rơmoóc bằng cách   nối hệ thống phanh rơ-moóc với hệ thống phanh của ôtô kéo. 

- Nhược điểm:

+ Hệ thống phanh khí là số lượng các cụm khá nhiều, kích thước chúng lớn và giá thành cao, độ nhạy ít, nghĩa là thời gian hệ thống phanh bắt đầu làm việc kể từ khi người lái bắt đầu tác dụng lực điều khiển khá lớn.

 2.1.1.4. Dẫn động phanh thủy-khí

Dẫn động phanh thủy-khí là cụm kết hợp cả dẫn động thủy lực và dẫn động khí nén. Dẫn động phanh thủy-khí một dòng được thể hiện trên hình 2.5.

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ dẫn động thủy-khí hình2.5: Máy nén khí 1 qua bình lọc 2 sẽ cung cấp khí nén đến bình chứa 3. Khi tác dụng lên bàn đạp 9 van sẽ mở để khí nén từ bình 3 đến xilanh lực sinh lực ép trên pittông của xilanh chính 4, dầu dưới áp lực cao sẽ truyền qua ống dẫn 5 đến các xilanh 6 do đó sẽ dẫn động đến các má phanh 7 và tiến hành quá trình phanh.

2.1.2 Cơ cấu chấp hành

Như đã giới thiệu ở cơ cấu chấp hành chính hiện nay có 2 loại :

+ Phanh đĩa.

+ Phanh tang trống.

2.1.2.1. Cơ cấu phanh đĩa

a. Cấu tạo:

Phanh đĩa có giá đặt xy lanh cố định gồm hai xylanh công tác đặt hai bên đĩa phanh. Số lượng xy lanh công tác có thể là hai, bốn đặt đối xứng nhau, hoặc ba xylanh với  hai xylanh nhỏ một bên còn một bên kia là xy lanh lớn (hình 2.6b)

b. Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của phanh đĩa được thể hiện trên hình 2.7

Nguyờn lý hoạt động của phanh đĩa được thể hiện trờn hỡnh 2.7

- Khi đạp phanh: Dòng dầu có áp suất cao được truyền từ xilanh phanh chính tới xilanh bánh xe, dưới áp suất của dầu làm piston dịch chuyển về phía trước theo hướng tác dụng cảu dầu làm cúp pen piston cao su bị biến dạng, piston tiếp tục tiến đến khi đẩy má phanh áp sát vào đĩa phanh.

- Khi thôi đạp phanh: Do dòng dầu hồi về bình chứa và xilanh phanh chính nên lực tác dụng lên piston và càng phanh giảm dần và quá trình chuyển động của piston và càng phanh ngược chiều khi đạp phanh. Lúc này đĩa phanh lại được tự do, cúp pen piston cũng trả về vị trí ban đầu và kết thúc quá trình phanh.

c. Ưu, nhược điểm của cơ cấu phanh đĩa:

- Ưu điểm:

+ Cấu tạo đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh đặc biệt dễ dàng.

+ Công nghệ chế tạo ít gặp khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành trong sản xuất.

- Nhược điểm:

Nhược điểm của phanh đĩa là khó có thể tránh bụi bẩn và đất cát vì đĩa phanh không được che đậy kín, bụi bẩn sẽ lọt vào khe hở giữa má phanh và đĩa phanh khi ôtô đi vào chỗ lầy lội làm giảm ma sát giữa đĩa phanh và má phanh khi phanh, phanh sẽ kém hiệu quả.

2.1.2.2. Cơ cấu phanh tang trống

Cơ cấu phanh tang trống được sử dụng phổ biến ở các xe du lịch, xe chở khách, xe tải có tải trọng trung bình và lớn. Cơ cấu phanh tang trống còn hay được sử dụng kết hợp vs cơ cấu phanh đĩa với bố trí cơ cấu tang trống ở cầu sau và cơ cấu phanh đĩa ở cầu trước.

- Cơ cấu phanh có chốt tựa một phía và chuyển dịch của các guốc bằng nhau.

- Cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía và lực đẩy lên guốc như nhau.(được thể hiện trên Hình 1.7)

- Cơ cấu phanh có chốt tựa chung và có cường hóa(cơ cấu phanh kiểu bơi)(được thể hiện trên hình 1.8 và 1.9)

a. Cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía và lực tác dụng lên guốc phanh bằng nhau: (Hình 1.7)

Hình 2.8 thể hiện cấu tạo và các lực cơ bản tác dụng lên phanh trong quá trình làm việc.

Đặc điểm của cơ cấu này là có hai xylanh phanh bánh xe đặt riêng rẽ cho từng guốc và chốt tựa riêng rẽ được bố trí khác phía. Mômen ma sát sinh ra ở guốc trước và guốc sau bằng nhau. Khích thước xylanh của chúng bằng nhau nên tạo ra lực đẩy lên guốc bằng nhau. Trên hình (2.8) là sơ đồ nguyên lý cấu tạo cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía, lực đẩy lên các guốc bằng nhau.

b. Cơ cấu phanh có chốt tựa một phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau: (Hình 1.6)

Cơ cấu phanh có chốt tựa một phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau được thể hiện trên (hình 2.9) là loại sử dụng xi lanh thuỷ lực để ép guốc phanh vào trống phanh, loại này thường sử dụng trên ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ.

Hình 2.9 thể hiện cấu tạo và các lực cơ bản tác dụng lên phanh trong quá trình làm việc.

Đặc điểm của cơ cấu phanh loại này là có lực đẩy guốc phanh bằng nhau P₁=P₂ do đường kính piston  xylanh công tác như nhau. Nhưng mômen ma sát của guốc phanh trước lớn hơn guốc phanh sau. Do mômen ma sát ở trên guốc phanh trước (do phản lực tiếp tuyến Y₁ gây ra) cùng chiều với mô men của lực P₁, còn mô men ma sát ở guốc phanh sau (do phản lực tiếp tuyến Y₂ gây ra) có xu hướng chống lại lực dẫn động nên sức ép của guốc phanh vào tang phanh sẽ lớn hơn so với guốc phanh sau. 

- Nguyên lý hoạt động:

Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh chất lỏng (dầu phanh) với áp suất cao truyền đến xylanh công tác tạo lên lực ép trên các piston và đẩy các guốc phanh ép sát vào tang phanh thực hiện quá trình phanh.

Khi người lái nhả bàn đạp phanh, lò xo kéo sẽ kéo các guốc phanh trở lại vị trí ban đầu, khi đó giữa các má phanh và trống phanh có khe hở và quá trình phanh kết thúc.

- Ưu điểm: Hiệu quả phanh của cơ cấu phanh tạo ra sẽ là như nhau khi xe tiến và xe lùi.

- Nhược điểm: Đây là cơ cấu phanh không cân bằng do các ổ bánh xe sẽ chịu các tải trọng phụ phát sinh khi phanh xe.

2.1.2. Xy lanh phanh chính

2.1.2.1. Công dụng

Xy lanh chính là cơ cấu nhận lực tác động từ bàn phanh để nén dầu tạo ra áp suất thủy lực, sau đó áp suất thủy lực này tác động lên pittông các xy lanh phanh thực hiện quá trình phanh.

2.1.2.2. Cấu tạo

Cấu tạo của xy lanh phanh chính được thể hiện trên hình 2.10

Xylanh phanh chính là là loại xylanh kép (tổng phanh), tức là trong xylanh phanh có hai piston, tương ứng với chúng là hai khoang chứa dầu riêng biệt. Mỗi khoang được nối với đường dẫn tương ứng tới các xylanh bánh xe.

Thân xylanh được đúc bằng gang, trên thân có gia công các lỗ bù, lỗ thông qua, đồng thời đây cũng là chi tiết để gá đặt các chi tiết khác.

Vòng chặn và còng hãm: làm bằng thép, nằm trong rãnh của xylanh với chức năng hạn chế hành trình của piston.

Đệm làm kín (cuppen): làm bằng cao su được cố định tương đối với piston, dùng để làm kín dầu trong xylanh phanh chính.

Bát cao su: làm bằng cao su chịu dầu phanh, dịch chuyển trong xylanh cùng với piston có tác dụng làm kín khi dầu có áp suất cao ở hành trình nén.

Tấm van: được làm bằng thép có hình hoa thị có khả năng đàn hồi cao dùng để bịt kín các lỗ trên piston ở hành trình nén và mở lỗ ở hành trình trả làm cho hành trình dầu nhanh hơn.

Đệm làm kín (cuppen): làm bằng cao su được cố định tương đối với piston, dùng để làm kín dầu trong xylanh phanh chính.

Bát cao su: làm bằng cao su chịu dầu phanh, dịch chuyển trong xylanh cùng với piston có tác dụng làm kín khi dầu có áp suất cao ở hành trình nén.

Tấm van: được làm bằng thép có hình hoa thị có khả năng đàn hồi cao dùng để bịt kín các lỗ trên piston ở hành trình nén và mở lỗ ở hành trình trả làm cho hành trình dầu nhanh hơn.

2.1.3.3 Nguyên lý làm việc

a. Khi hoạt động bình thường:

- Khi không đạp phanh: các chi tiết ở vị trí cân bằng dưới tác dụng của lò xo. Cúp pen của piston số 1 và số 2 nằm giữa cửa vào và cửa bù làm cho xilanh và bình dầu thông nhau. Piston số 2 bị lực của lò xo hồi vị số 2 đẩy sang phải, nhưng không thể chuyển động hơn nữa do có bu lông hãm.

Vị trí các chi tiết khi chưa tác dụng lực đạp phanh được thể hiện ở hình 2.10

- Khi đạp phanh: Người lái tác dụng lực vào bàn đạp, lực này qua bầu trợ lực tác dụng vào cần đẩy pittông số 1 làm pittông số 1 dịch chuyển sang trái. Trong quá trình dịch chuyển sang trái, pittông số 1 lần lượt ép lò xo quả khế và cúppen cao su bịt kín các lỗ trên đỉnh pittông. Pittông vẫn tiếp tục dịch chuyển sang trái vượt qua cửa bù đóng kín lối thông giữa bình dầu là xy lanh 1. áp suất trong xy lanh 1 lúc này tăng lên, áp suất dầu này tác dụng vào pittông của xy lanh phanh bánh sau thực hiện quá trình phanh bánh sau. 

- Khi nhả bàn đạp phanh nhanh: Người lái nhả nhanh bàn đạp phanh, lực tác dụng lên cần đẩy pittông số 1 đột ngột mất đi. Ngay lập tức lực đàn hồi của lò xo 1 đẩy pittông 1 sang bên phải, mở đường thông  với bình chứa dầu. Ap suất dầu trong xy lanh 1 bị giảm đột ngột, tuy nhiên dầu không hồi từ xy lanh bánh xe về xy lanh 1 ngay lập tức, nên áp suất giảm nhanh trong thời gian ngắn tạo thành chân không. 

b. Khi hoạt động không bình thường (có sự cố trong hệ thống):

- Rò rỉ dầu xilanh phanh chính phía sau: Người lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh, qua bầu trợ lực, tác dụng vào cần đẩy pittông số 1 làm nó dịch chuyển sang trái tuy nhiên không sinh ra áp suất dầu ở phía sau của xilanh. Vì vậy piston số 1 nén lò xo hồi vị để tiếp xúc với piston số 2 để đẩy piston số 2 sang trái. 

Hoạt động của xy lanh chính trong trường hợp rò rỉ dầu xy lanh phanh sau thể hiện ở hình 2.13.

- Rò rỉ dầu xilanh chính phía trước: Người lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh, qua bầu trợ lực, tác dụng vào cần đẩy pittông số 1 làm nó dịch chuyển sang trái. Trong quá trình di chuyển nó đóng kín xy lanh 1 nhưng k tạo được áp suất tăng do thể tích xy lanh không thay đổi. 

Hình 2.14 mô phỏng quá trình phanh khi rò rỉ dầu ở xy lanh chính phía sau.

2.2.3 Bộ trợ lực phanh

Bé trî lùc phanh dùng để nâng cao hiệu quả quá trình phanh và cải thiện điều kiện làm việc của người lái xe.

2.2.3.1 Cấu tạo

Bầu trợ lực chân không một tầng có phần thân được dập từ thép, bên trong có hai buồng riêng biệt ngăn cách nhau bởi pittông trợ lực và màng ngăn. Đỉnh pittông được liên kết với thanh truyền nốt với cần đẩy xy lanh chính, đế pittông liên kết với cần đẩy chính nhận lực trực tiếp từ bàn đạp phanh. 

Cấu tạo của trợ lực phanh chân không một tầng được thể hiện ở hình 2.15

2.1.3.2 Nguyên lý hoạt động

Bầu trợ lực chân không hoạt động bình thường làm việc ở 2 trạng thái chính:

Không tác động phanh:

Tác động lực phanh:

- Đạp phanh.

- Giữ phanh.

- Trợ lực tối đa.

Ngoài ra còn có trạng thái khi buồn chân không bị rò rỉ.

a. Khi không tác động phanh:

Khi không có tác động phanh, tức là cần điều khiển không bị tác dụng lực, lò xo màng ngăn đẩy pittông về phía bên phải về vị trị cân bằng lực. Khi pittông bị đẩy về giới hạn bên phải sẽ tác động van không khí đẩy van điều khiển sang phải mở van chân không.

b. Khi tác động phanh:

- Khi đạp bàn đạp phanh:

Người lái đạp bàn đạp phanh, lực đạp đẩy cần điều khiển sang bên trái. Cần điều khiển tác dụng vào van không khí đẩy nó sang bên trái. Van không khí và van điều khiển cũng dịch chuyển sang trái, do lò xo van điều khiển luôn tạo lực đàn hồi ép van điều khiển với van không khí. 

Trạng thái đạp phanh được thể hiện trên hình 2.17.

Độ chênh áp suất giữa buồng A và B sinh ra lực làm cho piston dịch chuyển sang bên trái, kéo theo đĩa phản lực đẩy cần đẩy bộ trợ lực về bên trái và làm tăng lực phanh.

- Trạng thái giữ phanh:

Người lái đạp bàn đạp phanh nửa chừng, cần điều khiển van và van không khí ngừng dịch chuyển nhưng piston vẫn tiếp tục di chuyển sang bên trái do độ chênh áp suất.

- Trợ lực tối đa:

Người lái đạp bàn đạp phanh xuống hết mức, van không khí sẽ dịch chuyển sang trái tách hoàn toàn ra khỏi van điều khiển, buồng áp suất thay đổi B được nạp đầy không khí từ bên ngoài, và độ chênh áp giữa buồng A và B là lớn nhất. Điều này tạo ra tác dụng trợ lực lớn nhất lên piston. 

c. Khi bầu trợ lực chân không bị hỏng (rò rỉ):

Nếu vì lý do nào đó, chân không không tác động vào bộ trợ lực phanh, sẽ không có sự chênh lệch áp suất giữa buồng áp suất không đổi A và buồng áp suất thay đổi B (vì cả hai sẽ được nạp đầy không khí từ bên ngoài). Khi bộ trợ lực phanh ở vị trí “off” (ngắt), piston được lò xo màng ngăn đẩy về bên phải.

Mô phỏng hoạt động của bầu trợ lực chân không bị rò rỉ khí ở hình 2.20.

2.2. Phân tích các kết cấu nâng cao hiệu quả phanh

Các kết cấu nâng cao hiệu quả đều được phanh nghiên cứu, chế tạo từ cơ sở lý thuyết động lực quá trình phanh ô tô.

Lực phanh tạo ra ở cơ cấu phanh, nhưng mặt đường là nơi tiếp nhận lực phanh đó. Vì vậy lực phanh của ôtô bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường, mà đặc trưng là hệ số bám φ, theo quan hệ:

P_P  ≤  G.φ = P φ                                                    (2.1)

Trong đó:   

-  P_p:  Lực phanh của cơ cấu phanh sinh ra.

- P φ: Lực bám mặt đường của xe.

- G:  Tải trọng tác dụng lên bánh xe.

- φ:  Hệ số bám của lốp với mặt đường.

Từ (2.1) nhận thấy lực phanh tối đa phụ thuộc vào điều kiện đường (hệ số bám φ) và tải trọng (G) tác dụng lên bánh xe.

Đề tài sẽ đi sâu vào nghiên cứu hai kết cấu nâng cao hiệu quả phanh là : kết cấu tự điều hòa lực phanh và hệ thống ABS.

2.2. 1. Kết cấu bộ điều hòa lực phanh

Kết cấu này tăng hiệu quả phanh bằng cách tạo ra lực phanh thích hợp tiến gần đến sự phân phối lực phanh lý tưởng giữa bánh trước và bánh sau.

a. Cơ sở lý thuyết:

Theo công thức (2.1) thì lực bám sinh ra ở bánh xe với mặt đường phụ thuộc vào tải trọng phân bố lên ôtô khi phanh. Cụ thể khi phanh do quán tính của khối lượng toàn bộ ôtô nên trọng tâm sẽ bị dịch chuyển về phía trước (hình 2.21).

Nhờ có bộ điều hoà lực phanh nên khi phanh, áp suất dẫn đến xi lanh bánh xe trước bằng với áp suất của xi lanh chính nhưng áp suất sau bộ điều hoà, tức là áp suất ở các xi lanh bánh xe sau đã được điều chỉnh. Trên hình 2.22b thể hiện đặc tính của bộ điều hoà lực phanh.

b. Cấu tạo:

Bộ điều hòa lực phanh được sử dụng hai loại cấu trúc phổ biến:

- Bộ điều hòa tĩnh. Điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất, làm việc trên cơ sở của sự thay đổi áp suất sau xi lanh chính.

- Bộ điều hoà theo tải trọng. Điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất, làm việc trên cơ sở sự thay đổi áp suất sau xi lanh chính và tải trọng tác dụng trên các bánh xe của cầu sau.

Van điều hòa lực phanh đặt giữa xy lanh chính của đường dẫn dầu phanh và xy lanh phanh của bánh sau.

c. Nguyên lý hoạt động:

Trong quá trình phanh, áp suất thủy lực do xy lanh chính tạo ra tác động lên các cơ cấu phanh trước và sau. Bộ điều hòa lực phanh sẽ điều chỉnh áp suất thủy lực của xy lanh phanh sau được giữ bằng áp suất của xilanh chính cho đến điểm chia và sau đó thấp hơn áp suất của xy lanh chính sau điểm chia.

Bộ điều hòa tĩnh hoạt động ở ba trạng thái chính:

+ Trước điểm chia

+ Tại điểm chia.

+ Sau điểm chia.

- Vận hành trước điểm chia :

Người lái tác dụng vào bàn đạp phanh, xy lanh chính tạo ra áp suất thủy lực lên cuppen 5 đẩy cuppen tách ra khỏi pittông 4. Mở đường thông giữa van điều chỉnh và xy lanh bánh sau. Áp suất thủy lực từ xilanh chính đi.

Tại thời điểm này tồn tại một lực tác dụng làm pittông dịch chuyển sang bên trái bằng cách tận dụng độ chênh lệnh diện tích bề mặt nhận áp suất, nhưng không thể thắng được lực của lò xo 4, vì vậy pittông không dịch chuyển. Áp suất thủy lực đến xy lanh phanh bánh sau bằng xy lanh phanh bánh trước.

Mạch dầu bị ngắt áp suất thủy lực trong xy lanh bánh sau được giữ nguyên không tăng tiếp, trong khi đó áp suất thủy lực của xy lanh chính đến bánh trước tiếp tục tăng lên.

- Vận hành sau điểm chia :

Khi áp suất thủy lực từ xilanh chính tiếp tục tăng lên, mức tăng áp suất này đẩy pittông sang phải để mở mạch dầu.

Hình 2.26 thể hiện trạng thái hoạt động của điều hòa tĩnh ở sau điểm chia.

2.2.2. Hệ thống phanh ABS

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS là hệ thống điều khiển lực phanh điện tử giúp nâng cao hiệu quả phanh và khả năng kiểm soát xe ở những tình huống phanh gấp.

Sơ đồ khối điển hình của hệ thống ABS có được thể hiện trên hình 2.27

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 độ trượt) và truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển 2. Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh.

2.2.2.1. Cấu tạo hệ thống ABS

Hệ thống ABS là sự kết hợp các cụm cơ cấu như trên sơ đồ khối hình 2.27. đề tài sẽ nêu lần lượt cấu tạo của từng cụm cơ cấu.

a. Cảm biến tốc bánh xe:

- Nhiệm vụ: cảm biến tốc độ bánh xe là nhận và truyền tín hiệu tốc độ của bánh xe về cho khối điều khển điện tử ECU. Tùy thuộc vào số kênh của hệ thống ABS mà xác định vị trí và số lượng cảm biến tốc độ bánh xe.

- Cấu tạo: cảm biến tốc độ bánh xe thực chất là một máy phát điện cỡ nhỏ

Trên hình 2.28 thể hiện cấu tạo và vị trí cảm biến tốc độ bánh trước.

- Nguyên lý làm việc:

Khi mỗi răng của vòng răng đi ngang qua nam châm thì từ thông qua cuộn dây sẽ tăng lên và ngược lại, khi răng đã đi qua thì từ thông sẽ giảm đi. Sự thay đổi từ thông này sẽ tạo ra một suất điện động thay đổi trong cuộn dây và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển điện tử.

b. Khối điều khiển điện tử ECU:

Khối điều khiển điện tử ECU là bộ vi sử lý máy tính. ECU nhận tín hiệu tham số từ các cảm biến, phân tích tín hiệu rồi đưa ra tín hiệu đến cơ cấu chấp hành.

Trên hình 2.31 thể hiện sơ đồ vị trí và hoạt động của ECU.

ECU nhận biết được tốc độ quay của bánh xe, cũng như tốc độ chuyển động tịnh tiến của xe nhờ tín hiệu truyền về từ các cảm biến tốc độ bánh xe. Trong khi phanh sự giảm tốc độ xe tùy theo lực đạp phanh, tốc độ xe lúc phanh, và điều kiện mặt đường. 

Các tín hiệu vào đến bộ vi xử lý được xử lý một cách độc lập. Chỉ khi nào kết quả có tính đồng nhất thì ECU mới điều khiển khối thủy lực - điện tử. Nếu các tín hiệu vào không đồng nhất – chẳn hạn khi hệ thống khóa cứng bánh xe bị lỗi thì các cầu chì và phanh đảm bảo hoạt động theo phanh bình thường. Đồng thời, đèn cảnh báo trên táp-lô sẽ sáng lên để báo cho người lái biết.

c. Bộ chấp hành ABS:

Bộ chấp hành ABS có nhiệm vụ điều chỉnh (cấp hay ngắt) áp suất tối ưu trong dẫn động phanh theo tín hiệu điều khiển của ECU, tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng khi phanh.

2.2.2.2. Bố trí dẫn động và nguyên lý làm việc của hệ thống ABS

a. Sơ đồ bố trí dẫn động:

Trên hình 2.33 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh ABS (tài liệu tham khảo [6]). 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.

b. Nguyên lý làm việc:

Hệ thống ABS làm việc ở chế độ phanh khẩn cấp, khi không có tín hiệu phanh khẩn từ bàn đạp báo về ECU thì hệ thống ABS chưa được làm việc

Cảm biến tốc độ gửi tín hiệu tốc độ bánh xe đang tăng lên đến ECU. ECU xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển làm tăng áp suất phanh, để tạo lực phanh lớn hơn. ECU ngắt dòng điện cấp cho cuộn dây van điện từ. Vì vậy cửa “A” của van điện 3 vị trí mở  và cửa “B” đóng. Nó cho phép dầu trong xilanh phanh chính chảy qua cửa “A” đến cửa “C” trong van điện 3 vị trí đến xilanh phanh bánh xe. Mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển nhờ lặp lại các chế độ “Giảm áp ” và “Giữ áp”.

2.2.2.3. Phân loại hệ thống ABS

Mặc dù có chung một nguyên lý làm việc, nhưng các ABS có thể được thiết kế theo nhiều sơ đồ kết cấu và biện pháp điều chỉnh áp suất khác nhau. Hệ thống ABS được phân loại theo các phương pháp sau:

- Theo phương pháp điều khiển:

+ Điều khiển bằng cơ khí.

+ Điều khiển điện tử.

- Theo áp suất điều khiển:

+ Áp suất thủy lực.

+ Áp suất khí nén.

2.2.2.4. Một số sơ đồ ABS điển hình.

Sau đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ ABS phổ biến dùng với dẫn động thủy lực, điều khiển bằng điện tử.        

-  ABS 1 kênh 1 cảm biến – RWAL (Rear Wheel Antilock) hay RABS (Rear Antilock Brake System) là những hệ thống chống hãm cứng hai bánh sau, điều khiển áp suất dòng dẫn động đi đến đồng thời cả hai phanh bánh sau, nó chỉ là những hệ thống đơn giản được thiết kế cho các loại xe thể thao, xe tải nặng, vì các loại xe này rất dễ bị hãm cứng bánh sau khi phanh trong trường hợp non hoặc không tải.

Sơ đồ hình 2.37 sử dụng một cảm biến tốc độ bánh xe với vòng răng cảm biến đặt trên bánh răng vành chậu của bộ vi sai cầu sau (tài liệu tham khảo [6]). 

- ABS 3 kênh có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van điều khiển (tài liệu tham khảo [4]). Phương án này hai bánh trước được điều khiển độc lập, hai bánh sau được điều khiển chung theo modul thấp (select low mode), tức là bánh xe nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau.

- ABS 4 kênh điều khiển phanh 4 bánh xe một cách riêng biệt. Đây là hệ thống hoàn chỉnh nhưng đắt tiền nhất và yêu cầu mỗi bánh xe phải có một cảm biến tốc độ riêng.

*Tóm lại: Chương 2 tập trung phân tích các kết cấu của hệ thống phanh. Qua chương này đề tài cũng chỉ ra được cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ưu nhược điểm của các kết cấu phanh khác nhau. Do khối lượng kiến thức lớn, thời gian nghiên cứu của đề tài có hạn, nên chưa đi hết được các kết cấu phanh có trên ô tô. 

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CƠ CẤU PHANH

3.1. Xây dựng mô hình tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh ô tô

a. Các giả thiết:

Khi đang chuyển động trên đường cũng như khi bắt đầu vào chế độ phanh ôtô chịu tác dụng của nhiều nội lực và ngoại lực phức tạp. Để đơn giản và thuận tiện cho việc tính toán, đề tài đưa ra một số giả thiết sau:

- Tính toán mô hình phẳng của ôtô hai cầu không kéo moóc, không tính đến ảnh hưởng của chiều rộng bánh xe, các bánh xe của một cầu được coi là một.

- Hệ số bám của các bánh xe ở các cầu là không đổi và bằng nhau.

- Toàn bộ khối lượng của ôtô tập trung tại trọng tâm xe.

- Xe chuyển động trên đường phẳng, nằm ngang, lớp phủ đồng nhất.

- Phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe đi qua trục bánh xe. Sự chuyển dời tâm áp lực được kể đến qua mômen cản lăn.

b. Mô hình:

Mô hình mô phỏng các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động theo giả thiết đc thể hiện ở hình  3.1

c. Xây dựng phương trình động lực học phanh:

Sử dụng sơ đồ khảo sát hình 3.1 viết phương trình cân bằng lực của ôtô theo chiều chuyển động ta có:

P_j - P_P - P_f - P_W = 0                                                                   (3.1)

+ P_P là tổng lực phanh ở tất cả các bánh xe, [N].

Lực phanh lớn nhất P_Pmax bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, ta có:

P_Pmax = P_j = R_K .                                            (3.3)

=> R_K = R_K1 + R_K2+ R_K3

Với:

- S là quãng đường phanh, [m].

- G là trọng lượng toàn bộ của ôtô, [N].

- K_W là hệ số cản không khí.

- F = B.H là diện tích cản chính diện của ôtô, [m²].

- B là chiều rộng cơ sở của ôtô, [m].

Quá trình phanh khi không ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực chỉ có hiệu quả khi M_mse > M_je .

3.2. Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh.

3.2.1. Phương trình tính toán động lực học khi phanh.

Sử dụng sơ đồ khảo sát hình 3.1 viết phương trình cân bằng lực của ôtô theo chiều chuyển động ta có:

P_j - P_P - P_f - P_W = 0                                                                   (3.1)

+ P_P là tổng lực phanh ở tất cả các bánh xe, [N].

Lực phanh lớn nhất P_Pmax bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, ta có:

P_Pmax = P_j = R_K .                                                 (3.3)

Mà R_K = R_K1 + R_K2+ R_K3

Trong thực tế khi vận tốc ôtô nhỏ hơn 100Km/h thì lực cản không khí chiếm khoảng 1,5 ¸ 2% tổng lực cản, do vậy khi xác định gia tốc phanh và quãng đường phanh có thể bỏ qua P_W.

Quá trình phanh khi không ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực chỉ có hiệu quả khi M_mse > M_je .

3.2.2. Điều kiện phanh xe có hiệu quả nhất

Để đạt được P_Pmax thì phải sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh. Để sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám của ôtô thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe hoặc các trục phải đồng thời đạt đến giá trị lực bám.

Nếu điều kiện (3.7) không được thỏa mãn thì sẽ xảy ra sự hãm cứng các bánh xe ở một cầu nào đó rồi đến các cầu khác, dẫn đến mất ổn định chuyển động của xe. Khi đó lực phanh riêng của xe sẽ nhỏ hơn hệ số bám và gia tốc phanh cũng sẽ nhỏ hơn gia tốc khi đạt đến sự phân bố lực phanh lý tưởng.

3.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

Để đánh giá chất lượng phanh của quá trình phanh ôtô có thể dùng các chỉ tiêu sau đây: Quãng đường phanh, gia tốc chậm dần, thời gian phanh, lực phanh hoặc lực phanh riêng .

3.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh

Đây là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả phanh ôtô. Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô có thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau:

P_j = P_p +P_f + P_w + P  P_i                                      (3.9)

Trong đó: P_p , P_f , P_w , P_i lần lượt là lực phanh sinh ra ở các bánh xe, lực cản lăn, lực cản không khí, lực để thắng tiêu hao ma sát không khí, lực cản dốc.

Thực nghiệm chứng tỏ P_f, P_w, P rất bé so với lực phanh P_p­. Khi phanh trên đường nằm ngang (P_i = 0) thì lực phanh P_P chiếm khoảng 98% tổng các có xu hướng cản sự chuyển động của ôtô, ta có phương trình sau:

P_j = P_p                                             (3.10)                  

Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần giảm hệ số . Vì vậy khi phanh đột ngột lái xe cần ngắt ly hợp để tách động cơ đang làm việc ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó giá trị giảm, J_Pmax sẽ tăng.

Trong quá trình phanh chậm dần, ôtô đạt gia tốc phanh chậm dần thấp hơn nhiều. Phanh đột ngột chỉ xảy ra trong những tình huống nguy hiểm.

3.3.2. Thời gian phanh

Thời gian phanh cũng là một trong các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh cũng như chất lượng quá trình phanh. Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng cao.

Ta thấy thời gian phanh nhỏ nhất không phụ thuộc vào trọng lượng xe mà phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh ôtô v₁, phụ thuộc vào hệ số khối lượng quay và phụ thuộc vào hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. Để giảm thời gian phanh, người lái nên cắt ly hợp khi phanh.

3.3.3. Quãng đường phanh

3.3.3.1. Quãng đường phanh lý thuyết

Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng quá trình phanh của ôtô. Chỉ tiêu này mang tính trực quan giúp lái  xe xử lý tốt khi phanh trên đường. 

Quãng đường phanh xác định bằng cách tích phân dS trong giới hạn vận tốc từ thời điểm ứng với vận tốc bắt đầu phanh v₁ tới thời điểm vận tốc cuối quá trình phanh v_2.

Như vậy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh v₁, phụ thuộc vào hệ số ảnh hưởng của khối lượng quay và phụ thuộc vào hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. Để giảm quãng đường phanh cần giảm hệ số, nên người lái cần cắt ly hợp rồi mới phanh.

Các công thức (3.13), (3.16), (3.20) về mặt lý thuyết không phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ G của ôtô, nhưng phụ thuộc vào hệ số bám mà hệ số phụ thuộc vào tải trọng G của ôtô.

3.4.3.2. Quãng đường phanh thực tế

Các công thức (3.13), (3.16), (3.20) xác định gia tốc chậm dần, thời gian phanh và quãng đường phanh đều mang tính lý thuyết, tức là trong điều kiện lý tưởng, nghĩa là áp suất chất lỏng (khí nén) có giá trị cực đại ngay tại thời điểm bắt đầu phanh và thời gian phản ứng của lái xe không được kể đến. Thời gian phanh không phải được tính từ khi phanh bắt đầu có hiệu quả mà phải tính từ khi người lái nhận được tín hiệu để phanh.

Giản đồ phanh nhận được bằng thực nghiệm và qua giản đồ phanh có thể phân tích và thấy được bản chất của quá trình phanh.

Trên giản đồ, gốc toạ độ được coi là thời điểm người lái phát hiện ra chướng ngại vật ở phía trước và nhận thức được rằng cần phải phanh xe. Thời gian các giai đoạn trong quá trình phanh thực tế được xác định cụ thể gồm có:

t₁: Thời gian phản xạ của người lái, tức là từ lúc thấy được chướng ngại vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp phanh. Thời gian này phụ thuộc vào trình độ của người lái. Thời gian t₁ nằm trong giới hạn t₁ = 0,3 - 0,8s.

t₂: Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh do phải khắc phục hành trình tự do trong hệ thống, tức là thời gian từ lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào tang phanh. 

t₅: Thời gian nhả phanh sau khi xe dừng, lực phanh giảm dần về 0. Đối với phanh khí nén t₅ = 1,5  2s, phanh dầu t₅ = 0, 2s.

Khi ôtô đã dừng hoàn toàn thì thời gian phanh t₅ không ảnh hưởng đến quãng đường phanh nhỏ nhất. Như vậy thời gian phanh thực tế tổng cộng kể từ lúc có tín hiệu phanh đến khi phanh dừng hẳn sẽ là:

 t_P = t₁ + t₂ + t₃ + t₄                                                                             (3.21)

Nếu kể đến thời gian phản xạ của người lái và thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế được xác định như sau:

S_P = S₁ + S₂ + S₃ + S₄                                                              (3.22)

3.3.4. Lực phanh và lực phanh riêng.

Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh. Chỉ tiêu này chỉ được dùng thuận lợi nhất khi thử phanh ôtô trên bệ thử. 

Lực phanh riêng cực đại có giá trị bằng hệ số bám. Như vậy, về mặt lý thuyết, lực phanh riêng cực đại có thể đạt được giá trị 75 - 80% trên mặt đường nhựa khô nằm ngang. Nhưng trong thực tế, giá trị đạt được chỉ trong khoảng 45 - 65%.

Tại Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường được quy định tại tiêu chuẩn 22 TCN 224 - 2001: “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện cơ giới đường bộ” do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải Việt Nam ban hành ngày 05/12/2001. 

Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác định kỳ trên đường ở Việt Nam thể hiện như bảng 3.1.

3.4. Tính toán quá trình phanh ABS của xe Lexus GS 350:

Thông số đầu vào của xe được thể hiện ở bảng 3.2.

a. Momen bám của mỗi bánh xe ở cầu trước và cầu sau:

Tải trọng phân bố lên cầu trước và cầu sau: m₁, m₂.

m₁, m₂ - Hệ số phân bố tải trọng.

G₁, G₂ - Trọng lượng phân bố lên cầu trước và sau.

G_a - Trọng lượng không tải của xe.

a, b - Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc.

Theo sơ đồ trên hình 3.1 ta quy ước chiều dương là chiều ngược chiều kim đồng hồ. Lấy mô men tại điểm O₁  ta có:

G₂.a – Z₂.L₀ = 0

Thay số vào ta  được: a = 1340,2 (mm)

Từ sơ đồ hình 3.1 ta thấy:

a + b = L₀

b = L₀ – a = 2850 – 1340,2= 1509,8 (mm)

Từ hình 3.1 ta viết được phương trình cân bằng mô men như sau:

+ Đối với cầu trước: G₂.L₀ – G_a.a + P_j.h_g = 0                                                  (3.3)

+ Đối với cầu sau: G₁.L₀ – G_a.b + P_j.h_g = 0                                                  (3.4)

Theo tài liệu [4]  ta có:

r_bx = λ.r₀  [mm].

r₀: Bán kính thiết kế của bánh xe.

Theo [4] đối với xe du lịch ta chọn lốp có áp suất thấp λ = 0.93 ÷ 0.933. Chọn λ = 0,93

Do vậy:      

 r_bx = (B+25,4).λ

r_bx = (225 +25,4).0,93 = 410,037         [mm].

hg - Tọa độ trọng tâm theo chiều cao. Theo tài liệu ta có:

hg = 0,3.S    với S = 1534      [mm].                  

Vậy:  hg = 0,3.1534 = 767      [mm].

Thay các giá trị vào các công thức (3.13) và (3.15) ta được:

Mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước M_φ1:

M_φ1 = (1,5098 +0,767).0,410037                   (3.17)       

=> M_φ1 =  1824,64j + 926,94.j²  

Mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu sau M_φ2:

M_φ2 = (1,3402 -0,767).0,410037            (3.18)

=> M_φ2 = 1619,67.j - 926,94.j²

Từ hai phương trình (3.17) và (3.18) ta thấy mô men bám của các bánh xe ở cầu trước và cầu sau là một hàm số bậc hai theo hệ số bám φ.

Theo tài liệu ta có quan hệ giữa hệ số bám φ và độ trượt λ theo đồ thị:

Để lập được mối quan hệ giữa mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước và cầu sau theo độ trượt λ, dựa vào đồ thị giả sử các giá trị của hệ số bám dọc φ_x theo độ trượt tương đối λ như trong bảng 3.3.

3.3. Xác định mô men phanh do các cơ cấu phanh sinh ra.   

3.3.1. Đối với cơ cấu phanh trước.

Giả sử rằng có lực P tác dụng lên vòng ma sát với bán kính trong là R₁ và bán kính ngoài là R₂ . Trên vòng ma sát ta xét một vòng phần tử nằm cách tâm O bán kính R với chiều dày dR. Mômen lực ma sát tác dụng trên vòng phần tử đó là :

dM_ms = m.q.2.pR.dR.R =m.q.2.p .R².dR

Ta có:

m -hệ số ma sát. m = 0,35 .

R₁-bán kính trong của đĩa ma sát. R₁ = 0,085       [m]

R₂-bán kính ngoài của đĩa ma sát. R₂ = 0,15        [m]

P -lực ép lên đĩa má phanh                                   [N]

Vậy mô men phanh mà cơ cấu phanh trước có thể sinh ra là:             

M_pt = 2,01.10^-4.p                                                            (3.21)

Từ phương trình (3.17) ta thấy M_pt tỷ lệ bậc nhất với áp suất dầu làm việc trong hệ thống. Để các bánh xe không bị hãm cứng khi phanh thì mô men phanh ở mỗi cơ cấu phanh luôn thay đổi tùy thuộc vào sự thay đổi áp suất trong dòng dẫn động theo chu trình đóng mở các cửa van của van điện từ được điều khiển từ ECU.

Trong khi phanh mô men phanh thay đổi tương ứng với độ trượt λ. Giả sử các giá trị mô men ở các giai đoạn tăng áp suất, giảm áp suất, giữ áp suất, và tăng áp suất tiếp theo tương ứng với độ trượt λ như trong bảng 3.55, 3.6, 3.7, và được biểu diễn trên đồ thị ở hình 3.5.

Khi đạp phanh áp suất tăng lên đến giá trị p₁=10,2.10⁶ (N/m²), thì ECU điều khiển giảm áp suất, do có độ chậm tác dụng của hệ thống giả sử thời gian chậm tác dụng là 0.5s, áp suất vẫn còn tăng đến giá trị p₂=10,3.10⁶ (N/m²) mới thật sự giảm xuống. Giai đoạn tăng áp suất được biễu diễn bằng đoạn O-1-2 trên đồ thị hình 3.6.

3.3.2. Đối với cơ cấu phanh sau.

Tương tự như cơ cấu phanh trước:

Giả sử rằng có lực P tác dụng lên vòng ma sát với bán kính trong là R₁ và bán kính ngoài là R₂

Trên vòng ma sát ta xét một vòng phần tử nằm cách tâm O bán kính R với chiều dày dR (Hình 3.4). Mômen lực ma sát tác dụng trên vòng phần tử đó là:

                       dM_ms = m.q.2.pR.dR.R =m.q.2.p .R².dR

Ta có:

 m - hệ số ma sát . m = 0,33.

R₁ - bán kính trong của đĩa ma sát. R₁ = 0,09               [m]

R₂ - bán kính ngoài của đĩa ma sát. R₂ = 0,13               [m]

P_s - lực ép lên đĩa má phanh                                         [N]

Vậy mô men phanh mà cơ cấu phanh sau có thể sinh ra là:

M_ps = 1,8.10^-4.p_’                                                             (3.23)

Giả sử các giá trị mô men ở các giai đoạn tăng áp suất, giảm áp suất, giữ áp suất, và tăng áp suất tiếp theo tương ứng với độ trượt λ như trong bảng 3.7, 3.8, 3.9, 3.10 và được biểu diễn trên đồ thị ở hình 3.6.

Qua hai đồ biểu diễn mối quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của các bánh xe ở cầu trước và cầu sau theo độ trượt λ ta thấy: Khi phanh bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc buộc mômen phanh thay đổi theo chu trình kín, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ = (10÷30)%, đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất, do đó hiệu quả phanh đạt tối ưu nhất.

Tóm lại: Như vậy, từ kết quả tính toán trên ta thấy cơ cấu phanh trên xe Lexus GS350 được thiết kế để có thể tránh hiện tượng tự xiết, trượt lết đảm bảo cho phanh êm dịu và ổn định.

Sau khi tính toán các kết quả kiểm nghiệm đều nằm trong giới hạn cho phép. Vì vậy hệ thống phanh xe Lexus GS350  bảo đảm an toàn trong quá trình chuyển động.

CHƯƠNG 4

HƯỚNG DẪN KHAI THÁC SỬ DỤNG HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

4.1 Công tác kiểm tra bảo dưỡng trong quá trình khai thác.

Trong quá trình khai thác, để đảm bảo cho các cụm, hệ thống luôn trong tình trạng kỹ thuật tốt nhất, người quản lý sử dụng xe cần phải thực hiện tốt công tác kiểm tra bảo dưỡng bao gồm: kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên, bảo dưỡng cấp 1 và bảo dưỡng cấp 2, trong đó có các nội dung sau: 

4.1.1 Kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên.

Công tác kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên do người sử dụng thực hiện hàng ngày hay sau mỗi hành trình dài của xe. Thông thường, đối với xe, khối lượng công việc bảo dưỡng thường xuyên được giảm tối thiểu cho người sử dụng và có nội dung chi tiết trong sách hướng dẫn sử dụng đi kèm theo xe.

Trong quá trình sử dụng, nếu hành trình bàn đạp phanh tăng đột ngột, hiệu quả phanh bị giảm, xe bị lệch hướng chuyển động khi phanh, cơ cấu phanh bị cháy khét, bó kẹt hay phát tiếng rít, người lái cần khẩn trương dừng xe, kiểm tra và khắc phục hư hỏng.

4.1.1.1. Bảo dưỡng cấp 1.

Bằng cách lái thử xe trên đường kiểm tra, chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của cả hệ thống phanh thông qua lực bàn đạp, thời gian phanh, quãng đường phanh, quỹ đạo phanh của xe.

Kiểm tra, điều chỉnh, bôi trơn bàn đạp phanh và đũa đẩy của xy lanh chính. Kiểm tra và bổ sung dầu phanh nếu cần. Kiểm tra toàn bộ đường ống và các chỗ nối. Tiến hành xả khí trong dẫn.

4.1.1.2. Bảo dưỡng cấp 2.

Tháo xy-lanh chính khỏi xe để tiến hành bảo dưỡng. Tháo rời, làm vệ sinh và kiểm tra tình trạng kỹ thuật từ chi tiết, thay mới cupen.

Tháo và làm vệ sinh các cơ cấu phanh, thay thế má phanh, bôi trơn cho các chốt quay, kiểm tra sức kéo của lò xo hồi vị, thay thế cupen của xy-lanh công tác.

Thay mới dầu phanh, kiểm tra xiết chặt đường ống dẫn.

Trong các lần bảo dưỡng cấp 2 chẵn, cần làm vệ sinh bầu trợ lực chân không và rà lại các tang phanh.

4.2  Kiểm tra điều chỉnh đối với hệ thống phanh.

Công tác kiểm tra điều chỉnh đối với hệ thống phanh cần chú ý các nội dung sau :

- Kiểm tra điều chỉnh hành trình tự do bàn đạp phanh.

- Điều chỉnh khe hở má phanh và tang phanh.

- Xả khí trong dẫn động thủy lực.

4.2.1 Kiểm tra điều chỉnh hành trình tự do bàn đạp phanh.

Hành trình toàn bộ, hành tình tự do và vị trí tự do của bàn đạp phanh  phụ thuộc vào kích thước, vị trí ngồi lái của từng loại xe, được nhà sản xuất quy định cụ thể trong sách hướng dẫn khai thác.

4.2.2 Điều chỉnh khe hở má phanh và tang phanh.

Trong quá trình sử dụng, cần tiến hành kiểm tra điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang của cơ cấu phanh guốc.

Khi kiểm tra, bánh xe được kích khỏi mặt đất, xoay tới vị tri đánh dấu giữa mâm phanh và tang phanh, sử dụng căn lá để đo khe hở tại lỗ kiểm tra. Ngoài ra, có thể kiểm tra bằng kinh nghiệm thông qua hành trình bàn đạp phanh.

4.2.3 Xả khí trong dẫn động thủy lực.

Đối với hệ thống phanh dẫn động thủy lực, nếu trong đường ống có lẫn các bọt khí có độ đàn hồi cao, lực bàn đạp sẽ không được truyền tới các má(guốc) phanh.

4.3  Các hư hỏng thông thường và cách khắc phục.

Các hư hỏng thường gặp đối với hệ thống phanh xe ô tô, nguyên nhân và cách khác phục được trình bày trong bảng 4.1.

KẾT LUẬN

   Sau một thời gian nghiên cứu tham khảo tài liệu, với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo: TS………….. cùng các thầy trong Bộ môn ôtô Quân sự, Khoa Động lực và các bạn cùng lớp em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp được giao với các nội dung cơ bản đề tài đã yêu cầu:

1. Giới thiệu chung về hệ thống phanh ô tô có điều khiển điện tử.

2. Phân tích kết cấu hệ thống phanh.

3. Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh.

4. Hướng dẫn khai thác sử dụng hệ thống phanh trên ô tô

   Bản thân em đã cố gắng trong việc tìm kiếm tài liệu và khảo sát xe để hoàn thành nhiệm vụ được giao, tuy nhiên do khả năng và tài liệu có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi được thiếu sót. Rất mong các thầy chỉ bảo và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến.

  Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Động lực, đặc biện thầy giáo: TS………….., cùng các bạn trong lớp để em hoàn thành được Đê ftaif đồ án tốt nghiệp này.

   Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] . Nguyễn Hữu Cẩn - Dư Quốc Thịnh - Phạm Minh Thái - Nguyễn Văn Tài - Lê Thị Vàng. “Lý thuyết ôtô máy kéo”. NXB khoa học và kỹ thuật - Hà Nội; 1998.

[2] . Nguyễn Hoàng Việt. “Kết cấu và tính toán ôtô”. Tài liệu lưu hành nội bộ khoa Cơ Khí Giao Thông; Đại Học Đà Nẵng; Đà Nẵng 1998.

[3].  Vũ Đức Lập “Lý thuyết ô tô”. Tài liệu lưu hành nội bộ khoa Động Lực – Học viện kỹ thuật quân sự; Hà Nội.

[4]. Nguyễn Hữu Cẩn - Phan Ðình Kiên. “Thiết kế và tính toán ôtô máy kéo” NXB Ðại học và trung học chuyên nghiệp - Hà Nội; 1985.

[5]. “TEAM 21”.Tài liệu hướng dẫn của Toyota.

[6]. http://www.autoshop101.com.

[7]. http://www.antilock braking system.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"