Chương 1. Tổng quan về hệ thống phanh Xe gắn máy là phương tiện giao thông thiết yếu trong cuộc sống hằng ngày, chiếc xe gắn máy đảm nhận vận chuyển người hàng hóa trên mọi nẻo đường. Nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người và hàng hóa cũng như những người cùng tham gia giao thông thì hệ thống phanh giữ một vai trò quan trọng. Không chỉ giúp phương tiện giảm tốc độ hay dừng hẳn mà nó còn đòi hỏi quá trình đó diễn ra thật mượt mà và theo ý người điều khiển vậy nên đã có rất nhiều hệ thống phanh và các cách dẫn động khác nhau đã ra đời.
Chiếc xe gắn máy đầu tiên ra đời tại Pháp do Pierre Michaux và Louis-Guillaume Perreaux thực hiện đây là kỹ sư người Pháp, người đã thiết kế chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước sử dụng nhiên liệu cồn đầu tiên tại Pháp. Chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước Michaux-Perreaux chiếc xe này họ đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1868.1 Chiếc xe gắn máy đầu tiên trên thế giới Chiếc Michaux-Perreaux có khung bằng sắt, thiết kế theo dạng khung xe đạp có sửa đổi cho yên ngồi nâng lên tạo khoảng trống để lắp động cơ hơi nước nhỏ. Bàn đạp gắn ở bánh trước xe đạp vẫn được giữ lại từ xe đạp. Bánh xe trước lớn hơn bánh sau, đều làm bằng gỗ bọc sắt rèn, nan hoa bằng sắt rèn.
Động cơ được gắn trên khung xe được đặt nghiêng một góc 45 độ, đằng sau nó là lò hơi và các thùng nhiên liệu, nước. Đó là động cơ hơi nước một xi-lanh làm bằng đồng mạ (động cơ đốt ngoài), công suất 0,5 mã lực. Chuyển động của động cơ được truyền cho bánh sau theo cơ cấu gồm bánh ròng rọc và Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tùng Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Phú Ngưu 3 Huỳnh Phi Thắng Mai Xuân Tùng Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS cho xe gắn máy dây cu roa. Tuy nhiên, chiếc xe đầu tiên vẫn chưa có bộ phận giảm sóc và phanh.
Một trong những chiếc xe máy đầu tiên có cơ cấu phanh được chế tạo bởi Steffey Motor Motorcycle of Philadelphia vào năm 1902. Chiếc xe này chỉ sử dụng phanh vành chỉ hoạt động ở bánh trước. Hoạt động dựa trên cơ chế ma sát tác dụng lên vành bánh xe khi quay làm giảm tốc độ của bánh xe và làm nó chậm lại. Má phanh thường được làm từ những vật liệu như da, cao su, nút chai và được chụp bằng miếng kim loại.
Phanh vành thường được khởi động bởi một đòn bẩy gắn ở bị trí tay lái, làm ép tấm ma sát lên vành bánh xe. gắn ở bị trí tay lái, làm ép tấm ma sát lên vành bánh xe.2 Chiếc xe đầu tiên được trang bị hệ thống phanh vành Phanh tang trống được sử dụng lần đầu tiên trên xe máy vào những năm 1920 và thiết kế cơ bản không thay đổi nhiều. Ban đầu được sử dụng để phanh cả bánh trước và bánh sau, phanh tang trống phần lớn được thay thế bằng phanh đĩa hoặc chỉ được sử dụng cho phanh sau. Lambretta TV125 Series 3 là chiếc xe máy sản xuất hiện đại đầu tiên có phanh đĩa.
Được ra mắt vào năm 1965, xe được trang bị phanh đĩa trước và được điều khiển bằng cáp. Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tùng Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Phú Ngưu 4 Huỳnh Phi Thắng Mai Xuân Tùng Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS cho xe gắn máy Hình 1.3 Xe Lambretta TV125 Series 3 Honda CB750 năm 1969 đưa phanh đĩa xe máy vào thị trường đại chúng, sử dụng bộ kẹp trượt pít-tông đơn dẫn động phanh thủy lực với đĩa trước lớn tăng độ cứng vững. Tổng quan về hệ thống phanh ABS 1. Khái quát chung Hệ thống phanh là cơ cấu an toàn chủ động của xe gắn máy, dùng để giảm tốc độ hay dừng xe trong những trường hợp cần thiết và đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển xe gắn máy trên đường.
Chất lượng của một hệ thống phanh trên xe gắn máy được đánh giá thông qua tính hiệu quả phanh (thể hiện qua các chỉ tiêu như quãng đường phanh, gia tốc chậm dần, thời Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tùng Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Phú Ngưu 5 Huỳnh Phi Thắng Mai Xuân Tùng Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS cho xe gắn máy gian phanh và lực phanh), đồng thời đảm bảo tính ổn định chuyển động của xe gắn máy khi phanh. Khi xe gắn máy phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, đường đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh xe, tức hiện tượng bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh. Khi đó, quãng đường phanh sẽ dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời, dẫn đến tình trạng mất tính ổn định hướng và khả năng điều khiển của xe gắn máy. Nếu các bánh xe bị bó cứng, xe không thể chuyển hướng theo sự điều khiển của người lái và sẽ gây ra tai nạn.
Để giải quyết vấn đề nêu trên, hiện nay một số loại xe gắn máy được trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, gọi là hệ thống "Anti-lock Braking System" - ABS. Hệ thống này chống hiện tượng bị hãm cứng của bánh xe bằng cách điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các cơ cấu phanh ở các bánh xe để ngăn không cho chúng bị hãm cứng khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp, đảm bảo tính hiệu quả và tính ổn định của xe gắn máy trong quá trình phanh. Ngày nay, hệ thống phanh ABS đã giữ một vai trò quan trọng không thể thiếu trong các hệ thống phanh hiện đại, đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn các nước trên thế giới.5 Nhờ có ABS, xe không bị trượt bánh khi phanh gấp 1. Sự ra đời của hệ thống chống bó cứng ABS Phanh ABS đã được nghiên cứu phát triển đầu tiên trên các máy bay của Pháp vào Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tùng Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Phú Ngưu 6 Huỳnh Phi Thắng Mai Xuân Tùng Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS cho xe gắn máy năm 1929.
Khi đó, do nền công nghiệp điện tử chưa phát triển nên hệ thống được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí có độ chính xác kém. Đến những năm 50, hệ thống phanh ABS đầu tiên được sử dụng là hệ thống Maxaret của Dunlop và vẫn còn sử dụng trên một số kiểu máy bay. Được giới thiệu lần đầu tiên vào thập niên 1960 trên các máy bay thương mại. Khi một máy bay có trọng lượng 50 tấn đáp xuống đường băng bị đóng băng ở tốc độ 210 km/h, nếu người phi công không thể nhanh bằng cách nhịp liên tục trên bàn đạp phanh thì chiếc máy bay trị giá 20 triệu đô la sẽ trượt khỏi đường bằng và trở thành đống sắt vụn.
Để khắc phục hiện tượng trên, người ta bắt đầu ứng dụng phanh ABS vào máy bay. Với công nghệ thời đó, các chi tiết phanh ABS rất lớn và đắt tiền. ABS sử dụng Hidro - cơ khí hoạt động không tin cậy và không đủ nhanh trong mọi tình huống. Đến năm 1971, khi kỹ thuật điện tử phát triển, Chrysler cùng với công ty Bendix Corporation giới thiệu hệ thống phanh ABS 3 kênh điều khiển bằng máy tính được gọi là phanh chắc chắn (sure brake).
Hệ thống này được sử dụng vài năm sau đó, hệ thống vận hành tốt và tỏ ra đáng tin cậy. Cũng trong năm đó, General Motors cũng trang bị phanh ABS cho 2 bánh sau như là một lựa chọn đi kèm theo các kiểu xe Cadillac. Năm 1975, Robert Bosch đã tiếp nhận một công ty Châu Âu gọi là Teldix và tất cả các bằng sáng chế được kết hợp lại và được sử dụng để xây dựng nên nền tảng của hệ thống phanh ABS được giới thiệu vài năm sau đó. Các công ty Đức, Bosch và Daimler- Benz đã hợp tác phát triển được công nghệ chống bó phanh kể từ đầu thập niên 1970, và là người đầu tiên hoàn thành hệ thống phanh ABS đa kênh 4 bánh điều khiển điện tử trên xe tải và xe Mercedes-Benz W116 S-Class trong năm 1978.
Đây là chiếc xe ô tô thương mại đầu tiên trên thế giới được trang bị ABS điều khiển bằng điện. Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tùng Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Phú Ngưu 7 Huỳnh Phi Thắng Mai Xuân Tùng Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS cho xe gắn máy Hình 1.6 Chiếc xe ô tô đầu tiên trên thế giới lắp ABS Tiếp đến là Honda NSX là mẫu xe ô tô được sản xuất số lượng lớn đầu tiên với hệ thống ABS 4 kênh được bán ở Mỹ và Nhật, nó điều khiển độc lập lực phanh ở bốn bánh xe. Kể từ đó, ABS ngày càng phổ biến và trở thành tiêu chuẩn cho hầu hết các xe ô tô sản xuất ngày nay. Trên xe mô tô thì ra đời muộn hơn năm 1989, BMW đã phát hành chiếc xe máy đầu tiên được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh (ABS).
Với hệ thống ABS trang bị được tinh chỉnh từ hệ thống ABS của ô tô song hệ thống được trang bị cho BMW K100 LT nặng hơn đáng kể so với các hệ thống trọng lượng nhẹ được trang bị cho xe máy hiện đại ngày nay.7 Chiếc xe BMW K100 LT Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tùng Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Phú Ngưu 8 Huỳnh Phi Thắng Mai Xuân Tùng Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS cho xe gắn máy Honda theo sau vào năm 1992 với chiếc ST1100 được trang bị ABS đầu tiên của hãng. Cũng vào thập niên này, người ta chế tạo ra các vi mạch nhỏ hay các chip điện từ. Vì vậy, các máy tính nhỏ hơn, mạnh hơn được ra đời và ứng dụng trên nhiều lĩnh vực. Trải qua nhiều thập kỷ, bộ vi xử lý đã được sử dụng nhiều trên ô tô và nó cho phép đạt độ chính xác rất cao.8 Chiếc xe GFS1200SA Năm 1997, Suzuki xuất xưởng chiếc GSF1200SA trang bị ABS.
Năm 2005, Harley- Davidson cung cấp phanh ABS cho các xe mô tô của cảnh sát như là một lựa chọn đi kèm và đến năm 2009, nó trở thành tiêu chuẩn trên các xe Harley Ultra - Glide. Năm 2006, Yamaha cũng trang bị phanh ABS trên các dòng xe FZ1, FZ6 S2, XJ6 Diversion, XT1200Z… Hệ thống phanh ABS được điều khiển bằng điện từ. Bộ điều khiển ABS, được gọi là ABS ECU (Electronic Control Unit) theo dõi tốc độ các bánh xe nhờ vào các cảm biến bánh xe.