MỤC LỤC

MỤC LỤC........................................................................................................................................................................................................................................i

LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................................................................................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU..................................................................................................................................................................2

1.1. Vài nét về vấn đề an toàn giao thông và vai trò của hệ thông phanh......................................................................................................................................2

1.2. Yêu cầu đối với hệ thống phanh..............................................................................................................................................................................................3

1.3. Vài nét sơ lược về những nghiên cứu của thế giới và trong nước về hệ thống phanh ..........................................................................................................5

1.3.1. Điểm qua các tác giả và các công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ô tô trên thế giới ..................................................................................................5

1.3.2. Tình hình nghiên cứu hệ thống phanh ô tô ở Việt Nam........................................................................................................................................................8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHANH Ô TÔ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DẪN ĐỘNG PHANH ĐẾN HIỆU QUẢ PHANH....10

2.1. Cơ sở khoa học đánh giá chất lượng phanh ô tô..................................................................................................................................................................10

2.1.1. Hiệu quả phanh...................................................................................................................................................................................................................10

2.1.2. Ổn định hướng của ô tô khi phanh......................................................................................................................................................................................16

2.2. Ảnh hưởng của dẫn động phanh đến hiệu quả phanh...........................................................................................................................................................19

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH TRÊN Ô TÔ............................................................................................22

3.1. Dẫn động phanh khí nén........................................................................................................................................................................................................22

3.2. Dẫn động phanh thủy lực.......................................................................................................................................................................................................27

3.3. Dẫn động phanh có ABS........................................................................................................................................................................................................34

3.4. Dẫn động phanh có ứng dụng của điện.................................................................................................................................................................................42

3.4.1. Đối với dẫn động phanh khí nén.........................................................................................................................................................................................43

3.4.2. Đối với dẫn động phanh thủy lực........................................................................................................................................................................................47

CHƯƠNG 4:. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CHO DẪN ĐỘNG PHANH ĐIỆN ..........................................................................................................48

4.1. Đối với xe vận tải và xe khách sử dụng phanh khí nén.........................................................................................................................................................48

4.1.1. Hệ thống phanh chính.........................................................................................................................................................................................................48

4.1.2. Hệ thống dẫn động phanh dừng.........................................................................................................................................................................................60

4.2. Đối với xe du lịch và xe vận tải nhỏ.......................................................................................................................................................................................62

KẾT LUẬN...................................................................................................................................................................................................................................66

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................................................................................................................67

LỜI NÓI ĐẦU

Các lý thuyết kinh điển về quá trình phanh ô tô và thực tiễn đã chứng tỏ rằng, việc sử dụng hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe, gọi tắt là ABS (Antilock Braking System) là rất cần thiết cho các loại ô tô, đặc biệt là các ô tô chuyển động với vận tốc cao, nhằm nâng cao hiệu quả và ổn định chuyển động ô tô khi phanh.

Hệ thống phanh ABS đã được ứng dụng trên ô tô từ lâu, song ban đầu do hệ thống (cơ cấu) điều khiển chủ yếu là điện – cơ hoặc hoàn toàn bằng cơ nên hiệu quả không cao, vì vậy ít được sử dụng.

Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử, tin học, tự động hoá, hệ thống phanh ABS đã được điều khiển tự động hoàn toàn bằng điện-điện tử và tin học, phát huy tối đa hiệu quả làm việc của hệ thống. Nhưng với các dẫn động phanh truyền thống khí nén, thuỷ lực thì khi bố trí hệ thống ABS, kết cấu của hệ thống dẫn động phanh trở nên rất phức tạp, giá thành cao. Mặt khác với dẫn động phanh khí nén do tính chất vật lý của khí nén là chịu nén dẫn đến thời gian chậm tác dụng lớn, khi bố trí ABS tần số làm việc thấp, hiệu quả phanh vẫn thấp.

Vì vậy tôi quyết định chọn đề tài “Phân tích tính ưu việt và đề xuất các giải pháp kỹ thuật cho dẫn động phanh điện” làm đề tài tốt nghiệp chuyên ngành của mình. Đề tài sẽ đi sâu vào việc phân tích, đề xuất các giải pháp kỹ thuật mới cho dẫn động phanh điện điều khiển ABS bằng ECU (Electronic Contol Unit) thay thế cho dẫn động phanh khí nén và thuỷ lực, nhằm nâng cao chất lượng động lực học quá trình phanh ô tô, đơn giản hoá kết cấu, nâng cao độ tin cậy, giảm giá thành.

Bên cạnh đó tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo: Th.S…………….., người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình hoàn thiện đồ án này. Ngoài ra tôi xin cảm ơn tất cả các thầy giáo trong khoa đã tạo điều kiện giúp hoàn thành tốt nội dung đồ án này./.

                                                                                                                                     TP, Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                       Học viên thực hiện

                                                                                                                                     ………………..

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1. Vài nét về vấn đề an toàn giao thông và vai trò của hệ thông phanh

Cùng với sự phát triển của các ngành kinh tế, giao thông vận tải đặc biệt là ô tô đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc xây dựng và phát triển xã hội văn minh hiện đại.

Xã hội càng phát triển, nhu cầu vận tải đi lại ngày càng tăng. Vì thế tỷ lệ tăng trưởng hàng năm của ô tô rất cao. Tại Việt Nam, trong năm 2021 doanh số bán hàng của các thương hiệu ô tô đạt 304.149 xe, tăng 7.515 xe tương đương 3% so với năm 2020.

Điều này chứng tỏ rằng trong các tai nạn giao thông do hư hỏng kỹ thuật gây nên thì nguy cơ do hệ thống phanh là khá lớn so với nguy cơ do các cụm khác gây nên. Vì vậy việc đảm bảo tình trạng kỹ thuật hệ thống phanh luôn ở trạng thái làm việc tốt là vấn đề rất quan trọng. Các nước trên thế giới đều có những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về hệ thống phanh nhằm đảm bảo xe lưu hành trên đường được an toàn.

1.2. Yêu cầu đối với hệ thống phanh

Xuất phát từ những tiêu chuẩn của các quốc gia về an toàn chuyển động của các phương tiện giao thông, và phổ biến hơn cả là tiêu chuẩn Thụy Điển F18-1969, tiêu chuẩn USFM VSS-121 của Mỹ đã đưa ra những yêu cầu quan trọng về chất lượng hệ thống phanh thuộc thế hệ các xe hiện đại:

- Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp và bảo đảm sự ổn định của ô tô khi phanh.

- Điều khiển nhẹ nhàng.

- Thời gian chậm tác dụng nhỏ.

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.

Hệ thống phanh chậm dần (phanh phụ trợ) phải đảm bảo việc duy trì tốc độ chuyển động ổn định của ô tô khi phanh hoặc điều chỉnh tốc độ ô tô một cách độc lập hoặc đồng thời cùng với hệ thống phanh chính nhằm mục đích giảm tải cho hệ thống phanh chính.

Khi làm việc với rơ moóc, trên xe kéo cần có thiết bị bảo vệ chống tụt áp suất khí nén (hoặc thuỷ lực) trên hệ thống phanh xe kéo để đề phòng trường hợp đường ống nối giữa ô tô và rơ moóc bị phá hủy.

Khi xe đang chuyển động bị đứt moóc kéo, yêu cầu hệ thống phanh chính của rơ moóc cần phải tự động dừng được moóc với hiệu quả không thấp hơn quy định đối với xe đoàn tương ứng.

Trên rơ moóc cũng cần được trang bị hệ thống phanh dừng để hãm rơ moóc khi tách nó ra khỏi đầu kéo.

1.3. Vài nét sơ lược về những nghiên cứu của thế giới và trong nước về hệ thống phanh

1.3.1. Điểm qua các tác giả và các công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ô tô trên thế giới

Một trong số các nhà khoa học đã đặt nền móng cho việc nghiên cứu sâu và toàn diện hệ thống phanh ô tô là Viện sĩ E.A.Tru-Đa-Cốp. Ông đã xây dựng phương pháp tính toán cơ cấu phanh, đánh giá hiệu quả làm việc cũng như các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của hệ thống phanh ô tô.

Giáo sư U.B.Bê-Len-Ki cũng đã có công trình nghiên cứu về sự tăng áp trong dẫn động phanh và đề xuất công thức tính quãng đường phanh S_p.

Kế tục công trình nghiên cứu về dẫn động phanh của Giáo sư U.B.Bê-Len-Ki là công trình nghiên cứu của Giáo sư –Tiến sĩ Mét-Lúc và các đồng nghiệp. Trong công trình các tác giả thấy rằng quá trình lưu thông của dòng khí và chất lỏng qua các thiết bị là rất phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như kích thước đường ống, chất lượng lưu thông của dòng khí (dòng chất lỏng), mật độ và áp suất dòng khí (dòng chất lỏng)… 

Từ sự tương đương trên, phương trình vi phân viết cho các mạch khí nén (thuỷ lực) được xây dựng trên cơ sở của định luật Kiếc-Khốp I và Kiếc-Khốp II. Định luật Kiếc-Khốp I (định luật điểm nút) đối với mạch khí nén (thuỷ lực) được phát biểu như sau: “ Tổng đại số lưu lượng tức thời của dòng khí (chất lỏng) tại điểm nút bằng không”.

1.3.2. Tình hình nghiên cứu hệ thống phanh ô tô ở Việt Nam

Hiện nay ở nước ta vẫn chưa có nền công nghiệp sản xuất ô tô, tuy nhiên cũng đã có một số hãng nước ngoài liên doanh chế tạo ô tô tại Việt Nam như Mercedes-BenZ, Toyota, Ford… nhưng các nhà máy này mới chỉ dừng lại ở việc lắp ráp cụm có sẵn, được sản xuất từ nước ngoài.

Để chuẩn  bị cho một ngành công nghiệp ô tô phát triển lâu dài khi đất nước đang tiến lên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nhiều chuyên gia đầu ngành và các cán bộ khoa học-kỹ thuật trong cả nước đã có nhiều công trình nghiên cứu về ô tô nói chung và hệ thống phanh nói riêng.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHANH Ô TÔ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DẪN

ĐỘNG PHANH ĐẾN HIỆU QUẢ PHANH

2.1. Cơ sở khoa học đánh giá chất lượng phanh ô tô

2.1.1. Hiệu quả phanh

2.1.1.1. Quãng đường phanh

Xét theo quan điểm an toàn chuyển động và tính trực quan thì quãng đường phanh là chỉ tiêu cụ thể nhất, dễ nhận biết nhất khi đánh giá hiệu quả phanh.

Quãng đường phanh ký hiệu S_p, là quãng đường xe chuyển động được tính từ thời điểm người lái xe đặt chân lên bàn đạp phanh cho đến khi xe dừng hẳn lại.

S_p = S₁ + S₂

Như vậy, sai số tương đối khi xác định quãng đường phanh thực tế lớn gấp hai lần sai số tương đối khi đo vận tốc của xe.

Qua phân tích trên ta thấy: Tuy thông số quãng đường phanh là “chỉ tiêu cụ thể“ dễ nhận biết để đánh giá hiệu quả  phanh ô tô, song nó có nhược điểm là phụ thuộc vào việc xác định vận tốc V₀ và thời gian chậm tác dụng khi phanh (S₁). Vì vậy muốn xác định chính xác quãng đường phanh S_p ta phải sử dụng các thiết bị đo sau đây:

- Thiết bị đánh dấu thời điểm xe bắt đầu phanh.

- Thiết bị đo vận tốc của xe khi bắt đầu phanh.

2.1.1.2. Gia tốc phanh

Thông số giảm tốc phanh ít phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của xe. Điều này thuận lợi cho ta so sánh các kết quả thí nghiệm ở các chế độ chuyển động khác nhau.

Xét sự cân bằng của các lực tác dụng lên ô tô khi phanh (phương trình cân bằng lực kéo khi phanh) ta có:

P_k = -P_j + P_f +  +  + P_i  P_p   (2-2)

Khi phanh với lực phanh lớn nhất ( phanh ngặt) và theo điều kiện bám ta có lực phanh cực đại là P_pmax = G_a . Từ (2-3) ta có giảm tốc phanh cực đại là J_pmax = g. như vậy giảm tốc phanh cực đại phụ thuộc vào hệ số bám  giữa bánh xe với mặt đường.

Giá trị lớn nhất _max = 0,75 0,8 trên đường nhựa tốt và gia tốc trọng trường là g = 10 m/s² do đó giảm tốc cực đại có thể đạt trị số J_pmax = 7,5 8 m/s²_.

Giáo sư N.A Bu-Kha-Rin và nhiều tác giả đã phân biệt các khái niệm giảm tốc phanh khác nhau:

+ Giảm tốc phanh cực đại J_pmax  là trị số lớn nhất của giảm tốc xe trong quá trình phanh.

+ Giảm tốc phanh ổn định J_pôđ là trị số trung bình của giảm tốc xe trong thời gian lực phanh đạt giá trị cực đại.

+ Giảm tốc phanh trung bình J_pTB là trị số trung bình của giảm tốc xe trong toàn bộ quá trình phanh.

Qua các thí nghiệm các tác giả đã chứng tỏ: Trị số của J_pmax thường không vượt quá 5% so với J_pôđ điều này cho phép ta có thể coi J_pmax đặc trưng cho giai đoạn phanh khi đó lực phanh đạt giá trị lớn nhất.

2.1.1.4. Lực phanh trên các bánh xe

Có thể căn cứ vào kích thước kết cấu cơ cấu phanh, dẫn động phanh để tính toán về mặt lý thuyết giá trị lực phanh.

P_p: Lực phanh ô tô.

M_p : Mô men phanh của các cơ cấu phanh.

r_bx  : Bán kính  làm việc trung bình của bánh xe.

G_a: Trọng lượng toàn bộ của ô tô.

Tuy nhiên kết quả nhận được sẽ sai khác nhiều so với kết quả đo khi thí nghiệm.

Trị số lực phanh thường được xác định nhờ các băng thử phanh (kiểu quán tính hoặc kiểu động lực), khi thử nghiệm trên băng thử chúng ta có thể loại bỏ được các ảnh hưởng ngẫu nhiên của điều kiện thời tiết, đường sá.

Kết luận: Trong bốn thông số phân tích ở trên thì ba thông số quãng đường phanh, giảm tốc phanh và lực phanh được dùng nhiều nhất, còn thông số thời gian phanh ít được dùng, chỉ dùng chủ yếu trong nghiên cứu khoa học.

Cho đến nay, các nước trên thế giới vẫn chưa thống nhất lựa chọn một chỉ  tiêu cụ thể để đánh giá hiệu quả của quá trình phanh. Tuỳ theo quan niệm, trình độ kỹ thuật, điều kiện sử dụng của mỗi nước mà người ta dùng chỉ tiêu này hay chỉ tiêu kia (xem bảng 2-1).

Như vậy cùng một xe có thể đạt tiêu chuẩn hiệu quả phanh và được phép sử dụng ở nước này lại có thể không đạt tiêu chuẩn quy định khi kiểm tra ở nước khác.

2.1.2. Ổn định hướng của ô tô khi phanh

2.1.2.1. Góc lệch β của ô tô khi phanh

Cuối quá trình phanh, ô tô có thể bị quay đi một góc  so với hướng chuyển động ban đầu (song song với trục X, hình 2-2). Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái, tạo ra mô men quay vòng cưỡng bức M_q quanh trục thẳng đứng Z thẳng góc với mặt đường đi qua trọng tâm A của ô tô.

M_q: Mô men quay vòng cưỡng bức xuất hiện khi phanh do tổng lực phanh ở các bánh xe bên phải (P_p.ph = P_p.ph1 + P_p.ph2) khác với tổng lực phanh ở các bánh xe bên trái(P_p.tr = P_p.tr1 + P_p.tr2).

M_q = (P_p.ph - P_p.tr)B/2

Theo tiêu chuẩn số 22-TCN 24-95 của Bộ GTVT Việt Nam-1995 thì góc lệch cực đại _max cho phép khi phanh không vượt quá 8⁰.

2.1.2.2. Hành lang phanh T

Hành lang phanh là chiều rộng của luồng đường cho phép, khi phanh ô tô không được vượt ra ngoài phạm vi chiều rộng của luồng đường đó để không va chạm vào các xe đang chuyển động song song hoặc vào lề đường.

Thông số hành lang phanh T là chung cho tất cả các loại xe con, xe tải, xe khách.

Theo tiêu chuẩn số 22-TCN 24-95 của Bộ GTVT Việt Nam-1995 thì hành lang phanh T cho phép không vượt quá 3,5m.

Kết luận: Ở nước ta hiện nay, việc kiểm tra định kỳ chất lượng hệ thống phanh (loại thí nghiệm có yêu cầu đơn giản cả về chế độ thử và các thông số cần đo hay còn gọi là kiểm định) chủ yếu là trên bệ thử nhằm xác định hiệu quả phanh thông qua thông số lực phanh riêng P và xác định tính ổn định hướng của ô tô qua thông số hệ số không đồng đều lực phanh K_p. Các giá trị của các thông số nói trên đều cho trong tiêu chuẩn TCVN 5658-1999 và tiêu chuẩn ngành 22 TCN 224-2000. Các bệ thử thường có số vòng quay của con lăn tương ứng với vận tốc tiếp tuyến bánh xe V = 4 6 km/h.

2.2. Ảnh hưởng của dẫn động phanh đến hiệu quả phanh

Để xác định được quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa giảm tốc phanh J_p với thời gian t (cũng là quan hệ giữa lực phanh P_p với thời gian t).

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

t₂  : Thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh. Tức là từ lúc người lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh bắt đầu ép sát vào trống phanh. Đối với dẫn động phanh thuỷ lực t₂ = 0,05 0,1s, đối với dẫn động phanh khí nén t₂ = 0,2 0,4s.

t₃ : Thời gian tăng giảm tốc phanh từ 0 đến giá trị ổn định J­_pôđ coi như quy luật tăng này là tuyến tính. Đối với dẫn động phanh thuỷ lực t₃ = 0,2 0,4s, đối với dẫn động phanh khí nén t₃ = 0,5 0,75s.

t₄ : Thời gian phanh với giảm  tốc phanh ổn định ( lực phanh và giảm tốc phanh có giá trị không đổi).

t₅ : Thời gian nhả phanh, lực phanh giảm đến không. Đối với dẫn động phanh thuỷ lực t₅ = 0,2s, đối với dẫn động phanh khí nén t₅ = 1,5 2s.

Nếu bỏ qua quãng đường trong thời gian phản xạ của người lái thì quãng đường phanh thực tế tính từ khi tác dụng lực lên bàn đạp cho đến khi ô tô dừng hẳn là:

S_p = S₂ + S₃ + S₄

- Đối với dẫn động phanh thuỷ lực trị số t₂ và t₃ nằm trong khoảng (0,25  0,5)s. Khi phanh ngặt đối với xe du lịch  0,25s, đối với xe tải  0,5s. Thời gian chậm tác dụng phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái kỹ thuật của dẫn động phanh. Khi dẫn động phanh làm việc không bình thường (có lọt khí trong hệ thống phanh hoặc hư hỏng các van trong xy lanh chính) thì t₂ và t₃ sẽ tăng lên đáng kể. Nếu phanh chỉ có tác dụng ở lần đạp thứ hai thì trị số t₂ và t₃ tăng lên tới 0,6  0,7s. Nếu lần đạp thứ ba sẽ tăng lên tới 1s.

- Đối với dẫn động phanh điện trị số t₂  và t₃ nhỏ khoảng 1/1000 s.

Kết luận: Thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh điện nhỏ là một ưu điểm lớn, cho phép nâng cao hiệu quả của quá trình phanh.

CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH TRÊN Ô TÔ

3.1. Dẫn động phanh khí nén

Dẫn động phanh khí nén được sử dụng nhiều ở các loại ô tô vận tải có tải trọng trung bình và lớn, dẫn động phanh có thể được bố trí theo một mạch (một đường dẫn) hoặc nhiều mạch dẫn động độc lập.

Sơ đồ này đã tồn tại rất lâu, nó có nhiều hạn chế so với yêu cầu của một hệ thống phanh hiện đại, không bảo đảm an toàn chuyển động, vì vậy, năm 1985 Ủy ban kinh tế châu Âu đã thống nhất “cấm lưu hành xe có hệ thống phanh một mạch trên đường”. Tuy nhiên cho đến hiện nay ở Việt Nam vẫn còn lưu hành trên mạng lưới giao thông một số lượng khá lớn ô tô trang bị hệ thống phanh kiểu cổ điển này, như các xe ZIL-130, ZIL-131, IFA…

Điểm đặc biệt của hệ thống dẫn động phanh chính kiểu hiện đại là nó có 2 mạch làm việc độc lập, ví dụ trên sơ đồ hình 3.3: Mạch I dẫn động ra cơ cấu phanh trước, mạch II dẫn động ra cơ cấu phanh sau và phanh rơ moóc. Sự độc lập của mạch I và mạch II được bảo đảm bằng van tổng phanh 13 có 2 tầng riêng biệt và van bảo vệ 2 ngả 5, khi cả 2 mạch đều làm việc tốt van bảo vệ 5 sẽ phân phối khí nén đến các bình chứa của các mạch, khi có một mạch bị hở van bảo vệ 5 sẽ tự động cắt khí nén tới mạch bị hở và giữ nguyên khí nén ở mạch còn tốt.

Trên hình 3.5 mô tả sơ đồ dẫn động phanh xe KaMA3-5320. Đây là một trong những hệ thống phanh khí nén được đánh giá là hiện đại nhất hiện nay, có độ tin cậy và hiệu quả phanh khá cao thỏa mãn được nhiều yêu cầu đối với hệ thống phanh hiện đại.

3.2. Dẫn động phanh thủy lực

Sự làm việc của dẫn động phanh thuỷ lực dựa trên quy luật thuỷ tĩnh, mà nền tảng khoa học là định luật Pascal (nhà toán học người Pháp thế kỹ 17). Theo định luật Pascal thì chất lỏng là chất không chịu nén, khi áp suất được đặt vào chất lỏng trong một hệ thống kín, áp suất đó sẽ phân phối bằng nhau và giữ nguyên trị số ở tất cả các hướng (xem hình 3.6).

Dẫn động phanh thuỷ lực có ưu điểm lớn là thời gian chậm tác dụng nhỏ (0,2s, do chất lỏng không bị nén) nên hiệu quả phanh cao hơn dẫn động phanh khí nén. Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong hệ thống phanh chính của ô tô du lịch, ô tô vận tải nhỏ và trung bình.

Trên hình 3.7 là hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực 1 mạch cổ điển. Sử dụng trên một số xe thế hệ cũ. 

Để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống phanh, khi sử dụng trợ lực phải bố trí trợ lực theo kiểu song song, nếu trợ lực có sự cố thì hệ thống phanh vẫn hoạt động. Còn  nếu bố trí trợ lực theo kiểu nối tiếp thì khi trợ lực bị hỏng hệ thống phanh sẽ mất tác dụng.

Trên hình 3.10 là sơ đồ của bộ trợ lực khí nén bố trí theo kiểu song song.

Nguyên tắc hoạt động: Khi tác dụng lực lên bàn đạp phanh, đòn 3 và con đội 11 dịch chuyển đẩy van 9 mở khí nén từ bình chứa 8  qua van 9 vào khoang B tạo ra áp lực đẩy đẩy pít tông 5 và pít tông của xi lanh chính 7 dịch chuyển sang phải, áp suất dầu trong hệ thống dẫn động tăng lên, lực phanh ở các bánh xe tăng lên. Trong khi đó áp suất ở khoang A cũng tăng lên, tác dụng lên pít tông 10 đến một giá trị nào đó thì cân bằng với lực đẩy của cánh tay đòn 3, pít tông tuỳ động 10 sẽ dịch chuyển sang trái làm van 9 đóng lại. 

Trợ lực khí nén có ưu điểm lớn là tạo ra lực cường hoá lớn, do áp suất khí nén có thể đạt 7 8 KG/cm². Vì vậy trợ lực khí nén phù hợp cho xe vận tải lớn có dẫn động phanh thuỷ lực. Nhược điểm là kết cấu phức tạp, phải sử dụng máy nén khí.

3.3. Dẫn động phanh có ABS

Ưu điểm của việc sử dụng bộ điều hoà lực phanh là tận dụng được trọng lượng bám phân bố lên các cầu, bảo đảm các bánh xe không bị bó cứng khi phanh, nâng cao hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh, nhưng chưa sử dụng hết khả năng bám của bánh xe với mặt đường.

Khi có sự phân bố lý tưởng của các  lực phanh (lực phanh đơn vị trên tất cả các bánh xe bằng nhau ) gia tốc phanh lớn nhất có thể xác định theo công thức:

J_pmax = g  =g.j

Từ hình 3.13 ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại j_max ở giá trị độ trượt tối ưu l₀. Thực nghiệm chứng tỏ rằng giá trị l₀ thường nằm trong giới hạn 15¸25 %. Ở giá trị độ trượt tối ưu l₀ không những bảo đảm hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang j_y  cũng có giá trị khá cao.

Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là l₀ thì sẽ đạt được lực phanh cực đại  P_pmax = j_xmax G_b nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo độ ổn định tốt khi phanh.

Kết quả thí nghiệm ô tô du lịch có hệ thống ABS (mỗi bánh xe đều có cảm biến tốc độ và được điều khiển độc lập “ABS có 4 kênh điều khiển”) như bảng 3.1.

Có nhiều phương án bố trí ABS khác nhau tuỳ thuộc vào các hãng sản xuất ô tô. Trên hình 3-14 là một số phương án bố trí ABS và những phân tích theo quan điểm hiệu quả và ổn định khi phanh.

+ Phương án 1: ABS có 4 kênh điều khiển độc lập.

 ABS có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van điều khiển độc lập, sử dụng cho hệ thống phanh có hai mạch dẫn động phanh độc lập dạng TT ( một mạch dẫn động cho hai bánh xe cầu trước, một mạch đẫn động cho hai bánh xe cầu sau). Với phương án này các bánh xe đều  được tự động hiệu chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là lớn nhất. 

+ Phương án 3: ABS có 3 kênh điều khiển và 3 cảm biến.

 Sử dụng cho hệ thống phanh có hai mạch dẫn động phanh độc lập dạng TT. Phương án này 2 bánh xe sau được điều khiển phanh theo mode chọn thấp, còn ở cầu trước chủ động cảm biến thường đặt ở bánh răng bị động của truyền lực chính, van điều chỉnh đặt ở vị trí trước khi chia đường dầu đến các bánh xe trước. 

+ Phương án 4: ABS có 2 kênh điều khiển và 3 cảm biến.

Sử dụng cho hệ thống phanh có hai mạch dẫn động phanh độc lập dạng TT. Trong hệ thống có 2 cảm biến và 1 van điều chỉnh đặt ở cầu sau, có 1 cảm biến và 1 van điều chỉnh đặt ở cầu trước (tương tự phương án 3) tuy nhiên cầu trước chủ động được điều khiển theo mode chọn cao (select hight mode), tức là áp lực phanh được điều chỉnh theo ngưỡng gia tốc của bánh xe bám tốt hơn. Phương án này tăng hiệu quả phanh nhưng mô men quay vòng cưỡng bức tăng.

Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh sau đây:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe đựơc phanh;

- Theo giá trị độ trượt cho trước;

- Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó.

M_t - Mô men phanh

M_tcp - Mô men phanh TB

M_jcp - Mô men bám TB của bánh xe với mặt đường

S₁ - Tương ứng với lúc bánh xe bị trượt

Giá trị mô men phanh trung bình M_tcp (0,6 0,8) M_jcp, tần số làm việc của hệ thống 6 12 Hz.

Kết luận: Để nâng cao hiệu quả phanh bảo đảm an toàn chuyển động, thì việc sử dụng hệ thống ABS cho các loại ô tô là một xu hướng tất yếu.

Tuy nhiên kết cấu của hệ thống ABS khá phức tạp, giá thành cao. Nhưng với xu hướng phát triển mạnh mẽ như hiện nay của ngành tin học, điện tử, tự động hoá thì vấn đề giá thành không còn là trở ngại lớn.

3.4. Dẫn động phanh có ứng dụng của điện

Đặc tính cơ bản của việc truyền tín hiệu bằng điện là độ nhạy rất cao, đây là một lợi thế lớn để các nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng vào việc tự động điều khiển hệ thống phanh, nâng cao hiệu quả phanh.

3.4.1. Đối với dẫn động phanh khí nén

Nhược điểm lớn đối với hệ thống dẫn động phanh khí nén là thời gian chậm tác dụng lớn, thời gian chậm tác dụng càng tăng khi hệ thống càng phức tạp (tổn thất khí động học lớn), và khi đường ống dẫn khí nén càng dài. Trên các ô tô đoàn trị số t₂ và t₃ tăng tỷ lệ với số lượng móc kéo có trang bị phanh. Khi kéo một moóc t₂ và t₃ tăng lên khoảng 1.2s, khi kéo hai moóc t₂ và t₃ khoảng 1,5s.

Yêu cầu bố trí của hệ thống: Các đường ống 4, 5, 11 càng ngắn càng tốt. Bình khí nén 8 càng gần van phân phối 7 càng tốt. Đường ống 10 là đường điều khiển của mạch phanh chính (bằng khí nén), đồng thời cũng là đường cung cấp khí nén cho bình chứa 8 trong khoảng thời gian giữa hai lần phanh.

Như vậy việc mở van phân phối khí nén nhanh, hết cỡ và giữ trong một thời gian nhất định sẽ tạo ra sự tác động nhanh lớn (làm giảm thời gian chậm tác dụng của hệ thống dẫn động phanh).

Kết quả tác động nhanh của mạch hiệu chỉnh được biểu thị trên đồ thị hình 3.19. Từ đồ thị cho thấy: Khi có mạch hiệu chỉnh thì rút ngắn được thời gian tăng áp trong cơ cấu chấp hành (bầu phanh) là 47%. Tức là khi sử dụng mạch hiệu chỉnh thì thời gian chậm tác dụng của hệ thống dẫn động phanh đã giảm xuống 47% so với khi không có mạch hiệu chỉnh.

3.4.2. Đối với dẫn động phanh thủy lực

Dẫn động phanh thuỷ lực có trang bị hệ thống ABS điều khiển bằng ECU sử dụng trên một số xe du lịch đời mới, đều có đặc điểm chung là:

- ABS chỉ hoạt động khi có sự  trượt tương đối giữa bánh xe với mặt đường (duy trì độ trượt tối ưu 15 25%), còn ở các chế độ phanh khác ABS không làm việc.

- Khi hệ thống ABS bị sự cố thì hệ thống phanh chính vẫn hoạt động.

Kết luận: Cho đến hiện nay trên ô tô vẫn đang sử dụng hai loại dẫn động phanh cơ bản là khí nén và thuỷ lực, nhưng đã đều có những ứng dụng nhất định của điện và điện tử trong việc nâng cao chất lượng động lực học của dẫn động phanh, nâng cao hiệu quả phanh, tăng tuổi thọ hệ thống phanh. Vì vậy việc nghiên cứu để đưa ra các giải pháp kỹ thuật cho dẫn động phanh điện là cần thiết bởi vì dẫn động phanh điện sẽ có nhiều ưu điểm.

CHƯƠNG 4

ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CHO DẪN ĐỘNG PHANH ĐIỆN

4.1. Đối với xe vận tải và xe khách sử dụng phanh khí nén.

4.1.1. Hệ thống phanh chính

Một yêu cầu quan trọng đối với hệ thống dẫn động phanh chính là có không dưới hai mạch dẫn động độc lập, khi hư hỏng một mạch nào đó thì mạch còn lại phải đảm bảo phanh với hiệu quả phanh không thấp hơn 30% (tiêu chuẩn Thụy Điển là 50%) so với khi hệ thống còn nguyên vẹn.

1- Nguồn năng lượng: Nguồn năng lượng sử dụng cho hệ thống điều khiển hoàn toàn bằng điện là năng lượng điện lấy từ máy phát điện và ắc quy. Nguồn năng lượng tác động lên bầu phanh để tác động lên cơ cấu phanh tạo ra lực phanh vẫn là năng lượng khí nén.

Nguồn năng lượng khí nén phải được tách mạch độc lập cho các mạch dẫn động phanh, khi một mạch bị hư hỏng không ảnh hưởng đến các mạch còn lại. Sự độc lập của các nguồn năng lượng được thực hiện bằng van bảo vệ 2 hoặc 3 đường dẫn xem hình 4.1.

Đặc điểm quan trọng của các van bảo vệ 2 và 3 đường dẫn là tự động ngắt đường dẫn nào bị hư hỏng (hở khí nén) ra khỏi hệ thống, để bảo đảm cho các đường dẫn khác vẫn hoạt động được. Trên hình 4-2, 4-3 là kết cấu của các van bảo vệ 3 và  2 đường dẫn sử dụng trên một số xe có hệ thống phanh khí nén khá hiện đại như KaMA3, MA3, HYUNDAI…

 2- Cơ cấu chấp hành: Là bộ phận chuyển hoá năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học để tác động lên cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh. Yêu cầu quan trọng của cơ cấu chấp hành là:

- Bảo đảm được tính tuỳ động (hành trình dịch chuyển tăng, giảm tuyến tính với áp suất điều khiển).

- Độ tin cậy cao.

- Giá thành thấp.

3- Thiết bị điều khiển: Bao gồm các bộ phận cơ bản sau (xem hình 4.5): Cảm biến vị trí bàn đạp phanh, bộ điều khiển điện tử ECU (electronic control unit), vạn điện - khí nén, các cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến giảm tốc.

- Cảm biến vị trí bàn đạp chân phanh loại phần tử Hall:

Cảm biến vị trí bàn đạp chân phanh loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp trên trục của bàn đạp phanh và quay cùng trục bàn đạp phanh.

- Điều khiển tuỳ động (tuyến tính) van điện-khí nén: Sơ đồ nguyên lý van điện khí nén thể hiện trên hình 4.8, 4.9.

Tín hiệu tác động 12 (hình 4.8) là nam châm điện từ (loại điều khiển độ dịch chuyển) được điều khiển tuyến tính (hình 4.9). Ứng với các giá trị tác động khác nhau của nam châm điện thì độ dịch chuyển của nòng van s và lưu lượng khí nén Q đi ra cửa 2 (vào bầu phanh) sẽ thay đổi tương ứng (xem hình 4.10).

Đặc tính tuyến tính của nam châm điện từ cũng có thể được thực hiện bằng phương pháp điều khiển số (theo độ hổng của xung) tần số bật tắt (ON – OFF). Vì tần số bật tắt quá lớn nên có thể coi như các cuộn dây của nam châm điện được cấp điện liên tục, nhưng giá trị trung bình của dòng điện cấp được tính bằng tỷ số giữa thời gian cấp điện (ON) và thời gian ngắt điện (OFF) trong một chu kỳ của tín hiệu.

-  Các bộ phận của ABS điều khiển bằng ECU:

+ Cảm biến tốc độ bánh xe: Hiện nay phần lớn các hãng xe đều sử dụng cảm biến tốc độ bánh xe làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ xem hình (hình 4.12).

Cảm biến tốc độ bánh xe cũng có thể đặt trên bộ vi sai, tuỳ theo các phương án bố trí khác nhau của ABS. Trên hình 4.13 là bộ cảm biến đo tốc độ của hai bánh xe trên cầu. Nam châm vĩnh cửu và cuộn dây lắp trên vỏ vi sai, rô to cảm biến gắn phía sau bánh răng vành chậu bộ vi sai.

- Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic control unit): Có nhiệm vụ nhận các thông tin từ các cảm biến để tính toán từ đó đưa ra các tính hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện tăng, giảm hoặc giử lực phanh, bảo đảm quá trình phanh hiệu quả nhất.

4.1.2. Hệ thống dẫn động phanh dừng

Yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh dự phòng (mục 1.2) là phải được bố trí độc lập với hệ thống phanh chính. Trong trường hợp hệ thống phanh chính bị hỏng thì hệ thống phanh dự phòng phải bảo đảm dừng được ô tô.

Đặc điểm của hệ thống: Nam châm điện từ của van điện – khí nén đuợc điều khiển bằng tín hiệu cường độ dòng điện (tín hiệu tương tự) từ cơ cấu điều khiển 1.

 Khi đặt cần gạt ở vị trí thấp B, dòng điện điều khiển I_b = 0, lò xo đẩy nòng van điện – khí nén 4 về vị trí cơ sở, mở cho khí nén từ khoang dưới của bầu phanh kép 3 xả hết ra ngoài, lò xo giãn ra tác động vào cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh dừng xe. Như vậy, năng lượng dùng cho phanh dừng là năng lượng lò xo (năng lượng cơ khí) độ tin cậy cao bảo đảm an toàn theo yêu cầu đối với hệ thống phanh hiện đại.

4.2. Đối với xe du lịch và xe vận tải nhỏ

Tương tự như hệ thống dẫn động phanh khí nén, các hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực có ABS trên các xe du lịch và xe vận tải nhỏ kết cấu đều rất phức tạp. Trong hệ thống phanh có nhiều cụm chi tiết, điều khiển kết hợp cả thuỷ lực, điện và độ chân không trong động cơ.

Đặc điểm của hệ thống: Hệ thống dẫn động phanh chính độc lập ở từng bánh. Cơ cấu chấp hành là nam châm điện từ (loại điều khiển lực) được điều khiển tuyến tính bằng độ hổng của xung điều khiển.

Nguyên lý làm việc: Khi tác động lực vào bàn đạp phanh, cảm biến vị trí bàn đạp phanh (cảm biến Hall) phát hiện thay đổi từ thông và tạo ra điện áp từ các cực VPB1 và VPB2 theo mức thay đổi gửi đến ECU. ECU sẽ tính toán và gửi tín hiệu đóng,mở Transistor công suất đưa xung dòng điện đi vào nam châm điện từ,  tạo ra lực điện từ tác động lên cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh.

Kết luận: Các giải pháp mới cho dẫn động phanh điện điều khiển bằng ECU thay thế cho dẫn động phanh khí nén và thuỷ lực có những ưu điểm sau:

- Kết cấu hệ thống dẫn động phanh đơn giản hơn, thích ứng với việc bố trí hệ thống ABS.

- Dễ tách mạch dẫn động, tăng độ tin cậy cho hệ thống.

- Dễ bố trí các phương án của ABS tăng tính ổn định chuyển động, ổn định quay vòng và tăng hiệu quả phanh.

- Các tín hiệu điều khiển đều bằng điện do đó độ nhạy rất cao, tăng hiệu quả phanh.

KẾT LUẬN

Sau thời gian học tập tại Khoa Ô tô, cũng như thời gian được thực tập kỹ thuật tại xưởng X39 của trường, kết thúc khoá học em đã lựa chọn đề tài theo chuyên ngành ô tô để nghiên cứu và làm Đồ án tốt nghiệp cho mình.

Tên đề tài: “Phân tích tính ưu việt và đề xuất các giải pháp kỹ thuật cho dẫn động phanh điện”. Với những kiến thức đã học, thông tin và các tài liệu thu thập được trong thời gian thực tập và quá trình trực tiếp lái xe, cộng với sự hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ tận tình của thầy giáo : ThS. …………….., cùng các thầy giáo trong khoa, qua sự nỗ lực cố gắng của bản thân em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp về đề tài của mình. Với các nội dung công việc đã được thực hiện và đưa vào nội dung từng chương trong đồ án này.

※ Kiến nghị

Do các nguyên nhân khách quan và chủ quan, đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót nhất định về mặt nội dung hoặc hình thức trình bày, rất mong được sự thông cảm, giúp đỡ, chỉ bảo của quý thầy giáo.

Một lần nữa em xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn : ThS. …………….., cùng quý thầy giáo trong Khoa./.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn. Lý thuyết ô tô – máy kéo, 1996

Nguyễn Hữu Nam. LA.PTS.KHKT – Nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu quả phanh ô tô, 1991

TS. Nguyễn Phúc Hiểu. Lý thuyết ô tô quân sự, 1998

Dương Đình Khuyến. Thiết kế hệ thống phanh ô tô-máy kéo, 1995

TOYOTA service training. ABS và hệ thống điều khiển lực kéo, 1998

Châu Ngọc Thạch, Nguyễn Thành Trí. Hệ thống thắng trên ô tô, 2002

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"