Chương 12 HỆ THỐNG PHANH CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU Công dụng Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ôtô dừng hẳn đến tốc độ cần thiết Ngoài hệ thống phanh dùng để giữ ơtơ đứng dốc Đối với ôtô hệ thống phanh cụm quan trọng nhất, đảm bảo cho ơtơ chạy an tồn tốc độ cao, nâng cao suất vận chuyển Hệ thống phanh gồm có cấu phanh để hãm trực tiếp tốc độ góc bánh xe trục hệ thống truyền lực truyền động phanh để dẫn động cấu phanh Phân loại Tùy theo cách bố trí cấu phanh bánh xe trục hệ thống truyền lực mà chia phanh bánh xe phanh truyền lực Ở ôtô cấu phanh đặt bánh xe (phanh chân) cấu phanh tay thường đặt trục thứ cấp hộp số hộp phân phối (ôtô cầu chủ động) Cũng có cấu phanh phanh phanh tay phối hợp làm đặt bánh xe, trường hợp làm truyền động riêng rẽ Theo phận tiến hành phanh cấu phanh chia phanh guốc, phanh dải phanh đĩa Phanh guốc sử dụng rộng rãi ơtơ phanh đĩa ngày có chiều hướng áp dụng Phanh dải sử dụng cấu phanh phụ (phanh tay) Theo loại phận quay, cấu phanh chia loại trống đĩa Phanh đĩa chia nhiều đĩa tùy theo số lượng đĩa quay Cơ cấu phanh chia loại cân không cân Cơ cấu phanh cân tiến hành phanh không sinh lực phụ thêm lên trục hay lên ổ bi mayơ bánh xe, có cấu phanh khơng cân ngược lại Truyền động phanh có loại cơ, thủy, khí, điện liên hợp Ở ôtô du lịch ôtô vận tải tải trọng nhỏ thường dùng truyền động phanh loại thủy (phanh dầu) Truyền động phanh khí (phanh hơi) thường dùng ôtô vận tải tải trọng lớn ôtô hành khách, ngồi dùng ơtơ vận tải tải trọng trung bình có động điêzen ơtơ kéo để kéo đồn xe Truyền động phanh điện dùng đồn ơtơ Truyền động dùng phanh tay Yêu cầu Hệ thống phanh phải đảm bảo yêu cầu sau : • Quãng đường phanh ngắn phanh đột ngột trường hợp nguy hiểm Muốn có quãng đường phanh ngắn phải đảm bảo gia tốc chậm dần cực đại • Phanh êm dịu trường hợp để đảm bảo ổn định ôtô phanh • Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển khơnglớn • Thời gian nhạy cảm bé, nghĩa truyền động phanh có độ nhạy cảm lớn • Phân bố mômen phanh bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọnglượng bám phanh với cường độ • Khơng có tượng tự siết phanh ôtô chuyển động tịnh tiến quay vòng • Cơ cấu phanh nhiệt tốt • Giữ tỷ lệ thuận lực bàn đạp đòn điều khiển với lực phanh • bánh xe Có khả phanh đứng thời gian dài Kết cấu chung hệ thống phanh Hệ thống phanh ơtơ gồm có phanh (phanh bánh xe hay gọi phanh chân) phanh phụ (phanh truyền lực hay gọi phanh tay) Sở dĩ phải làm phanh phanh phụ để đảm bảo an tồn ơtơ chuyển động Phanh phanh phụ có cấu phanh truyền động phanh hồn tồn riêng rẽ có chung cấu phanh (đặt bánh xe) truyền động phanh hoàn toàn riêng rẽ Truyền động phanh phanh phụ thường dùng loại Phanh thường dùng truyền động loại thủy – gọi phanh dầu truyền động loại khí – gọi phanh khí Khi dùng phanh dầu lực tác dụng lên bàn đạp phanh lớn so với phanh khí, lực để sinh áp suất dầu bầu chứa dầu hệt hống phanh, phanh khí lực cần thắng lực cản lò xo để mở van phân phối hệ thống phanh Vì phanh dầu nên dùng ôtô du lịch, vận tải cỡ nhỏ trung bình loại ôtô mômen phanh bánh xe bé, lực bàn đạp bé Ngồi phanh dầu thường gọn gàng phanh khí khơng có bầu chứa khí kích thước lớn độ nhạy phanh tốt, bố trí dễ dàng sử dụng thích hợp ôtô kể Phanh khí thường sử dụng ôtô vận tải trung bình lớn Ngồi ơtơ loại dùng hệ thống phanh thủy khí Dùng hệ thống phanh kết hợp ưu điểm phanh khí phanh dầu Phanh dầu Ở phanh dầu lực tác dụng từ bàn đạp đến cấu phanh qua chất lỏng (chất lỏng coi không đàn hồi ép) đường ống Hình 12-1 Sơ đồ hệ thống phanh dầu ô tô Sơ đồ hệ thống phanh dầu (hình 12.1) gồm có phần : truyền động phanh cấu phanh Truyền động phanh bố trí khung xe gồm có: bàn đạp 1, xilanh có bầu chứa dầu để tạo áp suất cao, ống dẫn dầu đến cấu phanh Cơ cấu phanh đặt bánh xe gồm có: xilanh làm việc 4, má phanh 5, lò xo kéo 6, trống phanh Nguyên lý làm việc hệ thống phanh dầu sau: người lái tác dụng vào bàn đạp qua hệ thống đòn đẩy píttơng nằm xilanh 2, dầu bị ép sinh áp suất cao xilanh đường ống dẫn Chất lỏng với áp suất cao tác dụnglên bề mặt hai pittơng xilanh Hai píttơng thắng lực lò xo đẩy hai má phanh ép sát vào trống phanh tiến hành phanh ôtô trống phanh gắn liền với moayơ bánh xe Khi nhả bàn đạp nghĩa lúc ngừng phanh, lò xo kéo hai má phanh vị trí ban đầu, tác dụng lò xo píttơng xilanh làm việc ép dầu trở lại xilanh Sự làm việc phanh dầu làm việc nguyên lý thủy lực tĩnh học Nếu tác dụng lên bàn đạp phanh áp suất truyền đến xilanh làm việc Lực má phanh phụ thuộc vào đường kính píttơng xilanh làm việc Muốn có mômen phanh bánh xe trước khác bánh xe sau cần làm đường kính píttơng xilanh làm việc khác Lực tác dụng lên má phanh phụ thuộc vào tỷ số truyền truyền động: phanh dầu tỷ số truyền phần truyền động khí nhân với tỷ số truyền phần truyền động thủy lực Nếu pittông xilanh làm việc có diện tích gấp đơi diện tích pittơng xilanh lực tác dụng lên pittơng xilanh làm việc lớn gấp đôi Như tỷ số truyền tăng lên hai lần, lúc hành trình pittơng làm việc giảm hai lần, mà chúng có quan hệ theo tỷ lệ nghịch với làm khó khăn thiết kế truyền động phanh Đặc điểm quan trọng hệ thống phanh dầu bánh xe phanh lúc áp suất đường ống dầu bắt đầu tăng lên tất má phanh ép sát vào trống phanh không phụ thuộc vào đường kính xilanh làm việc khe hở trống phanh má phanh Hệ thống phanh dầu có ưu điểm sau: • Phanh đồng thời bánh xe với phân bố lực phanh bánh xe má phanh theo yêu cầu • Hiệu suất cao • Độ nhạy tốt, kết cấu đơn giản • Có khả dùng nhiều loại ôtô khác mà cần thay đổi cấu phanh Khuyết điểm hệ thống phanh dầu là: • Khơng thể làm tỷ số truyền lớn phanh dầu khơng có cường hóa dùngcho ơtơ có trọng lượng toàn nhỏ, lực tác dụng lên bàn đạp lớn • Khi có chỗ bị hư hỏng hệ thống phanh khơng làm việc • Hiệu suất truyền động giảm nhiệt độ thấp Phanh khí Phanh khí sử dụng lượng khí nén để tiến hành phanh, người lái khơng cần nhiều lực để điều khiển phanh mà cần thắng lò xo van phân phối để điều khiển việc cung cấp khí nén làm khí phận làm việc Nhờ mà phanh khí điều khiển nhẹ nhàng Nguyên lý làm việc hệ thống phanh khí theo sơ đồ (h12.2) sau: Hình 12-2 Sơ đồ làm việc hệ thống phanh khí Máy nén khí dẫn động động bơm khí nén qua bình lắng nước dầu 2đến bình chứa khí nén Áp suất khí nén bình xác định theo áp kế đặt buồng lái Khi cần phanh người lái tác dụng vào bàn đạp 7, bàn đạp dẫn động đòn van phân phối 4, lúc khí nén từ bình chứa qua van phân phối đến bầu phanh Màng bầu phanh bị ép dẫn động cam phanh quay, má phanh 10 ép vào trống phanh 11 để tiến hành trình phanh Phanh thủy khí Trên hình 12.3 trình bay sơ đồ phanh thủy khí Hình 12-3 Sơ đồ hệ thống phanh thủy khí Hệ thống phanh thủy khí gồm có máy nén khí dẫn động động ơtơ, bình lọc 2, bình chứa khí nén 3, xilanh lực, van xilanh phanh (ba phận kết hợp làm cụm), ống dẫn dầu 5, xilanh làm việc 6, má phanh 7, trống phanh 8, bàn đạp điều khiển Khi làm việc, máy nén khí qua bình lọc cung cấp đến bình chứa Khi tác dụng lên bàn đạp van mở để khí nén từ bình đến xilanh lực sinh lực ép pittơng xilanh 4, dầu áp lực cao truyền qua ống dẫn đến xilanh dẫn động đến má phanh tiến hành trình phanh Các ống dẫn khí hệ thống phanh ngắn độ nhạy hệ thống phanh tăng lên Phanh thủy khí thường dùng ơtơ tải tải trọng trung bình lớn Nó phối hợp ưu điểm phanh khí phanh dầu cụ thể lực tác dụng lên bàn đạp bé, độ nhạy cao, hiệu suất lớn sử dụng cấu phanh nhiều loại khác Phanh thủy khí sử dụng chưa rộng rãi phần truyền động thủy lực có nhược điểm: nhiệt độ thấp hiệu suất giảm, chăm sóc kỹ thuật phức tạp kiểm tra mức dầu khơng khí khỏi truyền động… Tính tốn cấu phanh Xác định mơmen phanh cần sinh cấu phanh: Mômen phanh sinh cấu phanh ôtô phải đảm bảo giảm tốc độ dừngơtơ hồn tồn với gia tốc chậm dần giới hạn cho phép Ngồi phải đảm bảogiữ ôtô đứng độ dốc cực đại (mômen phanh sinh phanh tay) Đối với ô tơ lực phanh cực đại tác dụng lên bánh xe cầu trước phanhtrên đường phẳng là: (12-1) cầu sau là: (12-2) Ở đây: G - trọng lượng ô tô tải đầy G1, G2 - tải trọng tương ứng (phản lực đất) tác dụng lên bánh xe trước sau trạng thái tĩnh, bề mặt nằm ngang m1p, m2p - hệ số thay đổi tải trọng tương ứng lên cầu trước cầu sau phanh a, b - khoảng cách tương ứng từ trọng tâm ô tô đến cầu L - chiều dài sở ô tô; - hệ số bám lốp đường Các hệ số m1p, m2p xác định theo lý thuyết ô tô sau: (12-3) (12-4) Trong đó: hg - chiều cao trọng tâm ô tô g - gia tốc trọng trường jpmax - gia tốc chậm dần cực đại phanh; ’ - hệ số đặc trưng cường độ phanh Ở ô tô cấu phanh đặt trực tiếp tất bánh xe (phanh chân) Do mơmen phanh tính tốn cần sinh cấu phanh cầu trước là: (12-5) Ở cầu sau (ô tơ hai cầu) là: (12-6) Trong đó: – bán kính làm việc trung bình bánh xe Khi tính tốn thể chọn ’ = 0,4 ÷ 0,5 = 0,7 ÷ 0,8 Khi xét kết cấu ta có: (12-7) (12-8) Ở đây: M’p1, M’’p1 – mơ men phanh sinh má phanh trước má phanh sau mỗicơ cấu phanh cầu trước M’p2, M’’p2 – mô men phanh sinh má phanh trước má phanh sau cấu phanh cầu sau Tính tốn cấu phanh guốc Quy luật phân bố áp suất má phanh guốc Hình 12-4 Sơ đồ dịch chuyển má phanh trống phanh Muốn tính tốn cấu phanh guốc cần phải biết quy luật phân bố áp suất má phanh Tuỳ theo thừa nhận quy luật phân bố áp suất má phanh, có cơng thức để tính tốn phanh guốc khác Thí nghiệm chứng tỏ độ hao mòn điểm khác má phanh khơng giống nhau, quy luật phân bố áp suất phanh má phanh khơng phù hợp với thực tế Để tìm quy luật phân bố áp suất má phanh xét xem hình (12-4): • Áp suất điểm má phanh tỷ lệ thuận với biến dạng hướng kính điểm phanh, nghĩa coi má phanh tuân theo định luật Húc Điều thừa nhận phạm vi biến dạng thường nhỏ má phanh • Khi phanh trống phanh guốc không bị biến dạng mà má phanh (tấm má sát) biến dạng Sở dĩ trống guốc phanh làm nguyên liệu cứng má phanh nhiều, kết cấu trống guốc phanh có đường gân tăng cường độ cứng vững • Bề mặt làm việc má phanh ép sát vào bề mặt làm việc trống phanh phanh Qua đồ thị hình (12-4), giả sử trình phanh má phanh vừa chạm vào bề mặt làm việc trống phanh (thời điểm bắt đầu bị biến dạng) guốc phanh quay thêm góc θ má phanh bị biến dạng tác dụng lực P ống xilanh làm việc Khi coi điểm A má phanh, trình phanh quay quanh điểm O (chốt má phanh) đến điểm A’ tương ứng với góc quay θ với bán kính O1A’= O1A Từ A’ hạ A’B vng góc với OA, đoạn AB đặc trưng cho biến dạng hướng kính má phanh điểm A má phanh quay góc θ Góc có A’B AO, A’A AO1 (coi θ bé) Ở tam giác vng ABA’ có: AB = AA’.sin AA’ = O1A θ (θ tính theo rad) nên: AB = O1A θ sin (12-9) Ở tam giác O O1A có: Hay (12-10) Qua cơng thức có AB = OO1.θ.sinβ Áp suất điểm A theo giả thuyết tỷ lệ thuận với biến dạng hướng kính, q = k.AB = k.OO1.θ.sinβ (12-11) Ở đây: k – hệ số tỷ lệ, hay độ cứng trống phanh Trong công thức (12-11) k OO số, θ góc quay chung cho tất điểm má phanh quay quanh tâm O1, số điểm má phanh Thay số trị số không đổi k coi điểm A điểm xác định má phanh góc β (β ≠ const), cuối ta có cơng thức tổng qt để xác định áp suất điểm má phanh sau: q = k.sin β (12-12) Ở đây: K = k.OO1.θ – hệ số tỷ lệ β - góc ơm cần xác định vị trí điểm cần tính áp suất má phanh Cơng thức (12.12) cho thấy áp suất phân bố má phanh theo quy luật đường sin Áp suất cực đại ứng với lúc β = 90 ͦ nghĩa điểm C hình (12-4b) với hệ trục trục tọa độ X–X; Y–Y qua chốt OO má phanh Áp suất cực tiểu ứng với lúc β=0 ͦ β=180 ͦ điểm áp suất khơng Biểu thị hình (12.4b) Tại điểm C áp suất cực đại là: qmax = K cơng thức 12-12 viết dạng: q = qmax.sin β (12-13) Do áp suất phân bố má phanh không (theo luật đường sin) điểm má phanh hao mòn khác nhau, phần gần điểm C hao mòn nhiều hơn, đầu cuối hao mòn Thực tế ra, đầu cuối má phanh không làm việc mà góc ơm βo má phanh guốc phanh thường lấy nhỏ 120 ͦ , ơtơ góc βo thường nằm giới hạn 90 ͦ ÷ 110 ͦ Quy luật phân bố áp suất phanh phức tạp cho việc tính tốn cấu phanh Vì góc ơm βo khơng lớn guốc phanh bị biến dạng phanh chênh lệch phân bố áp suất má phanh phạm vi không lớn Vì tính tốn ban đầu chọn sơ kích thước, coi áp suất phân bố má phanh để đơn giản cho tính tốn Khi guốc phanh có độ cứng lớn muốn tính xác phải tính theo quy luật phân bố áp suất hình sin Tính tốn cấu phanh guốc Tính tốn cấu phanh guốc xác định kích thước thơng số cấu phanh để phanh sinh mơmen phanh đảm bảo hãm ôtô Mômen ôtô mà cấu phanh cầu trước cầu sau phải sinh xác định qua công công thức (12.5) (12.6) Các mômen coi mômen để tính tốn cấu phanh Xác định góc tác dụng δ bán kính đặt ρ lực tổng hợp má phanh a Trường hợp : Áp suất hãm phân bố má phanh q = q1 = const Mômen sinh trống phanh phụ thuộc vào kết cấu cấu phanh Trên hình (12.5a) trình bày sơ đồ tính tốn cấu phanh với hai guốc phanh có điểm tựa cố định riêng rẽ phía Nếu truyền động phanh loại thủy lực (phanh dầu) lực ép P lên guốc phanh ống xilanh làm việc có đường kính Nếu dùng cam để ép lên guốc phanh (truyền động loại khí loại khí) lực ép P1và P2 lên guốc phanh khác nhau, độ dịch chuyển má phanh giống chiều lực ma sát T1 T2 khác Hình 12-5a Sơ đồ tính tốn cấu phanh với guốc phanh có điểm tựa riêng rẽ Hình 12-5c T1 tăng cường lực phanh, T2 giảm lực phanh Xét trường hợp hai guốc phanh ép lực P Trên hình (12-5a), trục Y1-Y1 qua tâm O O vng góc với X-X1 qua điểm có áp suất cực đại áp lực phanh Khi phanh phân tử má phanh bị tác dụng từ phía trống phanh lực thẳng góc dN1 lực ma sát dT1 Lực ma sát: dT1 = µ.dN1 đây: µ - hệ số ma sát trống phanh má phanh Tính theo diện tích tác dụng lên trống phanh lực dN1, dT1 ta có: dN1 = q1.b.rt dβ (12.14) dT1 = µ.dN1 = µ.q1 b.rt dβ (12.15) Ở đây: q1 – áp suất phân bố má phanh trước (q1 = const theo giả thiết) b – chiều rộng má phanh rt – bán kính trống phanh dβ – góc ơm phần tử má phanh xét Khi áp suất phân bố má phanh tổng hợp lực N1 tất lực dN1 phải nằm trục đối xứng OD má phanh, nghĩa D điểm cung EF Sơ đồ thể hình (12-5b) Hình 12-5b Sơ đồ xác định góc đặt lực N1 áp suất phân bố má phanh Qua sơ đồ hình 12-5b, góc đặt lực δ tạo lực N1 trục X1-X1 tính là: (12-16) Ở đây: β1, β2 - góc đầu góc cuối má phanh Chiếu phần tử dN1 lên X1-X1 Y1-Y1, ta có: dN1x = q1.b.rt sin β dβ dN1y = q1.b.rt cos β dβ Tích phân giới hạn làm việc má phanh đến có: (12-17) (12-18) Lực tổng hợp tác dụng lên má phanh là: (12-19) Momen phanh phần tử phanh: Momen phanh tác dụng lên má phanh trước: 4.2.2 Truyền động phanh hai dòng Hình 12 – 11: Sơ đồ truyền động phanh hai dải riêng lẽ Để tăng độ an toàn làm việc hệ thống phanh Ngày số xe có trang bị truyền động phanh hai dòng có cấu điều khiển chung bàn đạp phanh hình (12-13) Truyền động phanh hai dòng làm theo nhiều sơ đồ khác với mục dích đảm bảo tính ổn định tính lực cực đại tơ Đối với hình 12-13a,b :khi bị hư hỏng dòng I dòng II tô phanh tương ứng bánh xe sau bánh xe trước Đối với ô tô 12-13c dòng II bị hỏng tất bánh xe phanh hiệu phanh bánh xe trước có giảm Còn hỏng dòng I bánh xe trước phanh , sơ đồ dùng số ô tô du lịch nước phương Tây (BMW, NSU, ) Sơ đồ hình 12-13d, hỏng dòng làm giảm hiệu phanh, q trình phanh tiến hành tất bành xe Sơ đồ sử dụng ô tô tải Zil-114 4.3 Truyền động phanh khí nén Truyền động phanh khí nén dùng cho tơ tải trung bình lớn Truyền động phanh khí nén gồm có cụm chủ yếu sau: máy nén khí, van điều chỉnh áp suất, bình chứa khí nén, van phân phối, ống dẫn bầu phanh 4.3.1 Máy nén khí Máy nén khí có nhiệm vụ tạo thành khí nén với áp suất định để cung cấp cho hệ thống Ơ tơ thường dùng máy nén kiểu loại pittong, dùng máy nén quay tròn Thường máy nén khí tơ cung cấp khí nén từ 500 ÷ 800kN/m Dẫn động máy nén thường dùng dây cua-roa, xích ly hợp lấy cơng suất từ trục động Năng suất máy nén Q xác định: Ở đây: i – số lượng xylanh máy nén khí; d – đường kính xylanh máy nén khí (cm); S – hành trình pittong (cm); n – số vòng quay trục máy nén khí (vg/ph); – 0.50 ÷ 0.75 Số lượng xylanh từ đến bốn thường đặt thẳng hàng, đặt theo chữ V Máy nén xylanh dùng cho ô tô tải trọng nhỏ(đến 30kN) Máy nén xylanh sử dụng rộng rãi nhất, cụ thể dùng cho tơ có tải trọng từ 40 ÷ 400kN Năng suất máy nén khí đặt ô tô nằm khoảng 60 ÷ 250 l/ph suất thường số vòng quay máy nén khí 1250 vg/ph) Năng suất máy nén khí tường chọn sở nạp nhanh đầy bình chứa khởi động động giữ cho áp suất khơng khí nén gần với áp suất tính toán phanh liên tục Trong thực tế cần máy nén khí làm việc từ 10 ÷ 20% thời gian làm việc tồn tơ tùy theo số nguồn tiêu thụ khí nén Thời gian lại máy nén chạy không tải để tăng tuổi thọ làm việc Công suất tiêu hao cho máy nén khí vào khoảng 0.50 ÷ 2.2 kW tùy theo suất máy nén 4.3.2 Van điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất hệ thống mức qui định, van điều chỉnh áp suất thiết kế theo keiu63 ống áp suất theo kiểu bi Van điều chỉnh có kiểu kết cấu khác loai 4.3.3 BÌnh chứa khí nén Bình chứa khí nến chế tạo cách hàn thép lá, bên ngồi bên có sơn để chống gỉ Các bình thương bố trí vị trí thấp hệ thống để nước ngưng tụ va nhờ van đặt đáy bình mà nước ngồi Bình chứa thử phương pháp thủy lực với áp suất 1.2 ÷ 1.4 MN/m2 Dung tích bình thường 20 ÷ 35 lít Dung tích số hộp bình phụ thuộc vào số lượng khơng khí cần cung cấp cho hệ thống suất máy nén khí Dự trữ khơng khí nén bình phải đảm bảo phanh vài lần sau máy nén khí ngưng hoạt động 4.3.4 Van phân phối Van phân phối dung để đóng mở hệ thống phanh (cung cấp khí nén ngừng cung cấp) theo yêu cầu người lái Van phân phối phận quan trọng truyền động phanh khí nén, đảm bảo độ nhạy truyền động trình phanh tốt Van phân phối làm theo loại màng hay loại pittong Các phận làm việc truyền động phanh khí nén tính tốn áp suất cực đại 0.55MN/m2, rơ-mo1oc 0.45MN/m2 Trên hình (12-14) sơ đồ tính tốn van phân phối Hình 12 – 12: Sơ đồ van phân phối Van phân phối đảm bảo cho áp suất khơng khí dẫn động tỷ lệ thuận với lực tác dụng lên bàn đạp Điều kiện cân cấu tùy chọn: van, màng, lò xo thể sau (khơng kể ma sát lò xo phụ) Lực bàn đạp phanh phải tỷ lệ thuận với chuyển dịch bàn đạp, nghĩa tượng truyền động tiến hành theo chuyển dịch Vì: Do: , nên Ở đây: c – độ cứng lò xo; Qbd – lực tác dụng lên bàn đạp; ibd – tỷ số truyền bàn đạp; Sbd – hành trình bàn đạp; - độ dịch chuyển xo; Fm, Fv – diện tích màng cửa van; P1 – áp suất khơng khí; P2, P3 – áp suất trước sau van Từ ta có: Ở đây: Ph = P2 – P1 – áp suất hệ thống; Pb = P3 – P2 – áp suất bình chứa khí nene1 Có thể coi gần đúng: Ở đây: K1 – hệ số truyền động tương ứng với hệ số trợ lực K Đường đặc tính van phân phối thể rõ hình (12-15) Hình 12 – 13: Đường đặc tính van phân phối Độ nhạy van phân phối vào khoảng kiểm tra áp suất P tb = 0.3 MN/m2 4.3.5 Bầu phanh Bầu phanh có nhiem6tao5 thành lực ép lên đẩy để dịch chuyển cụm quay cấu phanh Trên hình (12-14) trình bày cấu bầu phanh loại pittong Hình 12 – 14: Kết cấu bầu phanh loại pittong Lực tác dụng vào đẩy bầu phanh Ở đây: p – áp suất bầu phanh N/m2; D – đường kính làm việc màng hay pittong (m); hệ số tính đến độ nạp khơng khí nén vào bầu phanh; hiệu suất học bầu phanh Lò xo bầu phanh thường có độ cứng vào khoảng 1500 ÷3500 N/m Lực ép lò xovao2 khoảng 80 ÷ 100N Lò xo khơng nên có độ cứng lớn q nhiều cơng để thắng biến dạng Lực Pth tác dụng lên dẩy phải đủ để tạo lên cam quay cấu phanh lực P 1, P2 theo yêu cầu để ép guốc phanh vào trống phanh sinh moment phanh cần thiết Mp1, Mp2 4.4 Bộ điều hòa lực phanh Trên tơ có dẫn phanh chất lỏng đặt điều hòa lực phanh theo hai thông số Thường dẫn động phanh bánh xe sau tơ có đặt van để giảm áp suất đường ống đến phanh sau tùy theo áp suất xylanh Thời điểm bắt đầu làm việc van (áp suất cắt) cố định phụ thuộc vào áp suất định xylanh thay đổi tùy theo lực phanh tải trọng ô tô (bộ điều hòa hai thơng số) Bộ điều hòa làm việc theo thơng số có kết cấu đơn giản ổn định sử dưng, phạm vi sử dụng chúng hạn chế ô tô mà tải trọng thay đổi không lớn sử dụng Kết cấu loại trình bày hình (12-17) a/ b/ Hình 12 – 15: Bộ điều hòa lực phanh với áp suất bắt đầu khơng đổi a/ Sơ đồ kết cấu b/ Đường đặc tính tĩnh (xlc) Bộ điều hòa lực phanh gồm có pittong 2, lò xo van 3, buồng A nối với xylanh phanh bánh xe sau nhỏ áp suất P dẫn động phanh bánh xe (Pxlc) buồng B nối với cấu phanh bánh xe Diện tích làm việc q pittong buồng A (ở phía chất lỏng vào) nhỏ điện tích q2 bường B (ở phía chất lỏng ra) Ở trạng thái ban đầu pittong ép vào vào thành buồng B lò xo thể hai buồng đượng thông với qua van mở Khi xylanh có áp suất thấp chất lỏng vào đường ống làm đạp phanh bánh xe sau cách tự Hiệu số lực sinh bề mặt khác pittong không đủ để thắng lực ép lò xo pittong nằm vị trí cũ van mở Vì áp suất chất lỏng dùng để dẫn động phanh bánh xe sau áp suất dẫn động đến phanh bánh trước P1 = P2 Khi áp suất dẫn động đạt áp suất bắt đầu tác dụng P 1bd điều hòa pittong thắng lực lò xo dịch chuyển van bị đóng lại từ thời điểm áp suất P dẫn động trước áp suất tỷ lệ thuận với tăng áp suất xylanh chính, P xlc đường Cd hình (12-17) Phương trình tương quan áp suất P1 P2: Ở đây: tỷ số điện tích bề mặt nhỏ q1 lớn q2 pittong Các hệ số A B cố định loại điều hào chúng chọn thiết kế hệ thống phanh Áp suất bắt đầu tác dụng P1bd điều hòa phụ thuộc bời lực F lò xo hiệu số diện tích bề mặt pittong Bộ điều hòa lực phanh làm việc chế độ động theo hai thông số tthiết kế sở điều hào nói khác điều phận đàn hồi điều hòa bố trí đểcho lực tác dụng lên pittong điều hòa thay đổi tỷ lệ thuận với tải trọng thẳng đứng tác dụng lên trruc5 sau Đường đặc tính điều hòa làm việc thơng số trình bày hình (12-17b) Đoạn OC tương ứng nối lúc điều hòa làm việc nghĩa áp suất P1 = P2 Điểm C ứng với thời điểm điều hòa bắt đầu làm việc đường thẳng C đ ứng với lúc điều hòa làm việc Đường cong liền nét la2 đường đặc tính lý thuyết điều hòa Qua hình vẽ thấy rõ giai đoạn đầu đường đặc tính lý thuyết khơng trùng với đường đặc tính điều hòa thơng số, giai đoạn sau đường đặc tính lý thuyết gần trùng với đường đặc tính thực tế cua điều hòa đoạn Cd 4.5 Hệ thống phanh trang bị hệ thống chống hãm cứng ABS: Lực phanh cực đại phụ thuộc vào lực bám bánh xe, lực phanh nhỏ lực bám thời gian phanh va quãng đường phanh lớn, gia tốc phanh nhỏ Nếu lực phanh lớn lực bám bánh xe bánh xe trượt lết mặt đường Khi bánh xe trượt lết mặt đường tính ổn định hướng xe giảm, xe lái đễ gây tai nạn Đối với hệ thống phanh thường ( hệ thống ABS) tác dụng lực phanh, áp lực phanh tăng lên giá trị cực đại tốc độ xe giảm xuống nhanh bánh xe bĩ hãm cứng, lực q tính xe lớn nen xe chưa đừng hẳn mà làm cho bánh xe trượt lết mặt đường ,mất dổn định lái gây nguy hiểm Hệ thống ABS hệ thống chống hãm cứng bánh xe, chống trượt lết, tăng tính ổn định phanh, giảm quảng đường phanh 4.5.1 Công dụng - Giảm quảng đường phanh: lực phanh đạt giá trị cực đại quãng đường phanh đạt giá trị cực tiểu Hệ thống ABS giữ cho lực phanh mức cực đại nên quãng đường phanh bé - Cải thiện tính ổn định: ABS ln giữ cho lực phanh giá trị cực đại Tuy nhiên xe chạy đường xấu hệ sso61 bám hai bánh xe tên trục không Việc đạt lực phanh cực đại hai bánh xe tạo nên moment xoay làm cho xe có xu hướng xoay phía bánh xe có hệ số bám lớn dẫn đến xe ổn định, đặc biệt xe có chiều dài sở nhỏ Để tránh điều này, ABS kiểm sốt lực phanh hai bánh xe cầu trước cầu sau để giảm moment xoay tăng tính ổn định xe - cải thiện tính dẫn hướng phanh: tính ổn định hướng phanh vô quan trọng đễ tạo cố Hệ thống ABS tăng tính dẫn hướng phanh việc đảm bảo lực bám giửa bánh xe với mặt đường cao Hình 12 – 16: Sơ đồ hệ thống chống hãm cứng bánh xe 4.5.2 Yêu cầu Ngoài yêu cầu hệ thống phanh thường Hệ thống phanh ABS cần phải đạt yêu cầu sau: - Khi phanh gấp phải đảm bảo ổn định phanh ổn định lái - Khi có cố hư hỏng xảy hệ thống ABS hệ thuống phanh thường làm việc - Hệ thống phanh đảm bảo làm việc ổn định loại đường, không phụ thuộc vào kinh nghiệm người lái/ 4.5.3 Nguyên lý hoạt động hình (12-18) Qua sơ đồ hình 12-18 hệ thống ABS gồm có phận cảm biến 1, điều khiển 2, chấp hành hay cấu thực 3, nguồn lượng Bộ cảm biến có nhiệm vụ phản ảnh thay đổi thơng số chọn để điều khiển (thường tốc độ góc hay gia tốc chậm dần bánh xe hay giá trị độ trước) tín hiệu đến điều khiển Bộ phận xử lý tín hiệu truyền lệnh đến cấu thực để tiến hành tăng giảm áp dẫn động phanh Chất lỏng truyền từ xylanh (hay van khí nén) qua đến xylanh bánh xe (hay bầu phanh) để ép guốc phanh thực trình phanh Để thấy rõ trình chống hãm cứng xét qua số sở lý thuyết: Theo Manfred Bruckardt bieu963 điễn trình phanh xe biểu diễn qua quan hệ hệ số bám độ trượt bánh xe với mặt đường Quan hệ biểu thị qua phương trình đồ thị sau: Hình 12 – 17: Quan hệ hệ số bám độ trượt bánh xe Phương trình biểu thị đường cong trên: Ở đây: Vp – tốc độ xe phanh; c1, c2, c3, c4 – thơng số phụ thuộc kích thước bánh xe điều kiện mặt đường Theo Mark Denny đặc điểm phanh chống hảm cứng bánh xe, hệ số bám hàm số tuần hoàn theo chu kỳ biểu diễn hàm số moment phanh chống hãm hàm tuần hoàn theo chu kỳ biểu diễn Với: Hình 12 – 18: Đồ thị hệ số bám thay đổi theo thời gian Như khác biết lớn phanh chống hãm cứng với phanh thường giá trị hệ số hay độ trượt phanh Đối với phanh thường hệ số bám đạt giá trị bé tương ứng độ trượt λ = (bánh xe bị hãm cứng trượt lết) phanh chống hãm cứng hệ số bám dao động Với phanh thủy lực chủ kỳ dao động 15 ÷ 20 lần/s: phanh khí nén chu kỳ dao động ÷ 10 lần/s, tải phanh khí nén có Trên hình 12-21 biểu diễn dạng đồ thị hàm số hệ số bám theo thời gian t loại pha pha Đó dạng đồ thị moment phanh ABS Q trình phanh xe có hệ thống ABS biểu diễn qua sơ đồ phương trình cân moment sau hình 12-22 Hình 12 – 19: Các lực tác dụng lên bánh xe phanh Khi bỏ qua moment cản lăn coi ta có phương trình moment tác dụng lên bánh xe trục quay bánh xe phanh: Ở đây: Mp – moment phanh cấu phanh; moment bám bánh xe; Jb – moment qn tính bánh xe; vận tốc góc bánh xe Qua tính gia tốc chậm dần bánh xe phanh; Sự thay đổi jb theo độ trược λn biểu diễn qua giản đồ moment phanh hệ thống phanh ABS, hình 12-23 Hình 12 – 10: Giản đồ moment phanh hệ thống phanh ABS - Đoạn 0-1-2: biểu diễn trình tăng Mp đạp phanh, hiệu số tỷ lệ với gia tốc chậm dần jb bánh xe Hiệu số tăng nhiều (tức φ) qua điểm cực đại Sau thời điểm , gia tốc jb chứng tỏ bánh xe bị hãm cứng sử dụng làm tín hiệu vào thứ để điều khiển làm giảm áp suất dòng dẫn động Do có độ chậm tác dụng hệ thống nên giảm áp suất thực tế điểm - Do Mp giảm jb giảm theo không điểm () Vảo thời điểm tương ứng với điểm moment phanh có giá trị cực tiểu, khơng đổi - Trên đoạn từ điểm đến điểm 6, moment phanh nhỏ moment bám () nên xảy tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc góc bánh xe sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất hệ thống phanh (điểm 5) - Khi vận tốc góc bánh xe tăng lên, độ trượt giảm φ Mφ tăng lên - Tiếp theo chu trình lặp lặp lại Như trình điều khiển, bánh xe lúc tăng tốc, lúc giảm tốc bắt buộc Mφ phải thay đổi theo chu trình kín 1-2-34-5-6-1, gu=iu7a4 độ trượt bánh xe dao động khoảng giới hạn λ ÷ λ2 (hình 1223) đảm bảo cho hệ số bám φ gần với giá trị cực đại φmax Sự thay đổi áp suất dẫn động phanh gia tốc chậm dần bành xe phanh có ABS biểu thị qua hình 12-21 Hình 12 – 21: Sự thay đổi áp suất (a) gia tốc chậm dần (b) hệ thống phanh ABS Hình (12-23), (19-24a) cho thấy trình phanh với ABS nói chung có ba giai đoạn (3 pha): - Tăng áp suất (6-1-2) - Giảm áp suất (2-3-4) - Duy trì (giữ) áp suất (4-5) - Một số loại ABS khơng có pha trì áp suất gọi ABS hai pha Với hệ thống chống hãm cứng bánh xe hệ số trượt thay đổi khoảng λ1 – λ2 = (15 ÷ 30)% Tần số thay đổi áp suất dẫn động khí nén khoảng (3-8)Hz dẫn động thủy lực đến 20Hz Để thấy rõ hiệu hệ thống phanh có ABS khơng có hệ thống ABS xét qua hai hình (12-25a,b) Hình 12 – 22: Quá trình phanh a/ Khơng có ABS b/ Có ABS Bảng 12-1 Kết khảo nghiệm phanh ô tô du lịch hai trường hợp có khơng có ABS (mỗi bánh xe có cảm biến điêu khiển riêng) Loại đường Đường khô Đường ướt Đường khô Đường ướt bê tông bê tông bê tông bê tông Quảng đường phanh Tốc độ bắt đầu Sp (m) phanh V(m/s) Có ABS Khơng có ABS Mức tăng hiệu phanh (%) 13.88 10.6 13.1 19.1 13.88 18.7 23.7 21.1 27.7 41.1 50.0 17.8 27.7 62.5 100.0 37.5 CÂU HỎI TRỌNG TÂM: Moment phanh cấu phanh? Xác định góc tác dụng (δ) bán kính đặt lực tác dụng ρ Khi q = q1 = const o o Phương pháp xác định lực P1, P2, R1, R2 theo họa đồ dẫn động phanh thủy lực cam quay? a Dẫn động thủy lực:  Xây dựng đa giác lực cho guốc phanh trước va guốc phanh sau với P = P2  Xác định đa giác lực tỷ số (R1/R2) = K (1)  Từ (1) (2) giài R1, R2 b Dẫn động cam quay  Xây dựng đa giác lực với giá trị  Dựa vào đa giác lực xác định P1, P2; U1, U2 Giải thích tượng tự siết hai guốc phanh? o Ở guốc phanh trước Hiện tượng tự siết xảy khi: Tức khi: Hay , lực tổng hợp R1 se qua chốt phanh trước o Ở guốc phanh sau: tiến đến nên guốc phanh sau khơng có tượng tự siết Xác định lực tác dụng lên bàn đạp phanh khí, dầu, khí nén • Cơ khí • Dầu: • Khí nén: Phương trình tương quan áp suất P1, P2 độ điều hòa lực phanh áp suất bắt đầu tác dụng điều hòa lực phanh? • Phương trình tương quan P1 P2: • Áp suất ban đầu: P1bd Phương trình biểu thị hàm tuần hoàn hệ số bám hệ thống chống hãm cứng ABS khác biệt phanh chống hãm cứng phanh thường? a Phương trình phanh chống hãm cứng ABS: b Sự khác biệt phanh chống hãm cứng ABS phanh thường giá trị hệ số bám φ o Đối với phanh thường hệ số bám đạt giá trị bé , tương ứng với độ trượt λ = (bánh xe bị hãm cứng trượt lết) o Đối với phanh chống hãm cứng ABS hệ số bám ln dao động Với phanh thủy lực chu kỳ dao động (15÷20) lần/s Với phanh khí nen1chu kỳ dao động (8÷10) lần/s, tức có Giản đồ thay đổi moment phanh ABS? • Phương trình cân moment phanh: • Giản đồ: Quá trình thay đổi moment phanh ABS theo giai đoạn: • Đoạn 0-1-2: Mp tăng – chu trình tăng áp; • Đoạn 2-3-4: Mp giảm – chu trình giảm áp; • Đoạn 4-5: Mp = Mφ – chu trình giữ áp; • Đoạn 5-6-1: Mp tăng – chu trình lặp lại Đó loại hệ thống ABS ba pha ... khả phanh đứng thời gian dài Kết cấu chung hệ thống phanh Hệ thống phanh ơtơ gồm có phanh (phanh bánh xe hay gọi phanh chân) phanh phụ (phanh truyền lực hay gọi phanh tay) Sở dĩ phải làm phanh phanh... phanh 10 ép vào trống phanh 11 để tiến hành q trình phanh Phanh thủy khí Trên hình 12. 3 trình bay sơ đồ phanh thủy khí Hình 12- 3 Sơ đồ hệ thống phanh thủy khí Hệ thống phanh thủy khí gồm có máy... phanh khí phanh dầu Phanh dầu Ở phanh dầu lực tác dụng từ bàn đạp đến cấu phanh qua chất lỏng (chất lỏng coi không đàn hồi ép) đường ống Hình 12- 1 Sơ đồ hệ thống phanh dầu tơ Sơ đồ hệ thống phanh