Đồ án tốt nghiệp: Chuyên đề hệ thống phanh thủy lực trên ô tô - ĐH SPKT TPHCM

Tổng hợp đồ án tốt nghiệp chuyên đề hệ thống phanh thủy lực trên ô tô. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc và quy trình bảo dưỡng chi tiết.

• Tác giả: Phạm Văn Khánh
• Người hướng dẫn: ThS. Huỳnh Phước Sơn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ôtô
• Đề tài: Biên soạn chuyên đề hệ thống phanh thủy lực trên ôtô
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: TP.HCM

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án tốt nghiệp hệ thống phanh thủy lực trên ô tô

Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô giữ vai trò quyết định đối với an toàn chủ động của phương tiện. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành kỹ thuật ô tô tập trung làm rõ nguyên lý Pascal trong việc truyền áp suất dầu từ bàn đạp đến các cơ cấu phanh bánh xe. Dòng chất lỏng thủy lực truyền áp suất gần như tức thời. Lực đạp từ người lái được nhân lên nhiều lần nhờ tỷ số truyền cơ khí và kích thước piston. Hệ thống đảm bảo xe giảm tốc độ ổn định hoặc dừng hẳn trong mọi điều kiện vận hành. Cấu trúc cơ bản bao gồm bàn đạp phanh, bầu trợ lực chân không, xilanh chính hai buồng và các đường ống dẫn dầu. Tại mỗi bánh xe, xilanh con ép má phanh vào đĩa phanh hoặc tang trống để tạo lực ma sát cản trở chuyển động quay. Đồ án biên soạn chi tiết các thông số kỹ thuật, sơ đồ bố trí và quy chuẩn thử nghiệm phanh theo tiêu chuẩn an toàn hiện hành. Việc nắm vững kết cấu giúp kỹ sư làm chủ công nghệ thiết kế, chẩn đoán và bảo dưỡng hệ thống phanh hiện đại trên các dòng xe thương mại.

1.1. Cấu tạo cơ bản của cơ cấu phanh dầu

Cơ cấu phanh dầu gồm bàn đạp phanh, trợ lực chân không, xilanh chính, ống dẫn và các cụm phanh bánh xe. Bàn đạp nhận lực tác động trực tiếp từ bàn chân người điều khiển. Bộ trợ lực khuếch đại lực phanh nhờ độ chênh lệch áp suất chân không. Xilanh chính biến đổi lực đẩy cơ học thành áp suất dầu thủy lực. Áp suất này truyền theo các đường ống kim loại và cao su chịu áp cao tới từng cụm phanh bánh xe. Cơ cấu phanh đĩa dùng cụm kẹp và piston đẩy má phanh ép chặt hai mặt đĩa quay. Cơ cấu phanh tang trống sử dụng guốc phanh bung ra ép sát lòng trống phanh để tạo mô men hãm bánh xe hiệu quả.

1.2. Nguyên lý truyền động thủy lực chất lỏng

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh thủy lực dựa trên định luật Pascal trong môi trường kín. Dầu phanh không chịu nén dưới điều kiện áp suất làm việc thông thường. Khi người lái đạp phanh, piston xilanh chính di chuyển tạo ra áp suất thủy lực đồng đều khắp toàn bộ hệ thống kín. Áp suất này truyền tới xilanh con tại mỗi cụm bánh xe với vận tốc tức thời. Theo công thức tính toán lực, lực tác dụng tỷ lệ thuận với diện tích tiết diện của piston công tác. Điều này cho phép khuếch đại lực phanh lớn ở bánh xe chỉ với một lực đạp vừa phải của người lái trên bàn đạp phanh.

II. Phân tích mạch dầu phanh thủy lực trên xe FF và FR

Sự phân bố tải trọng tĩnh và động quyết định trực tiếp tới thiết kế mạch dầu phanh thủy lực trên xe ô tô. Xe bố trí động cơ trước dẫn động cầu sau (FR) có tải trọng phân bố tương đối đồng đều giữa trục trước và trục sau. Mạch dầu thủy lực xe FR thường chia đôi theo trục trước và sau độc lập. Ngược lại, xe động cơ trước dẫn động cầu trước (FF) có phần đầu xe rất nặng do tập trung động cơ và hộp số. Khi phanh gấp, hiện tượng dồn tải trọng khiến bánh trước chịu tới 70% tải trọng toàn xe. Nếu áp dụng mạch dầu trục độc lập cho xe FF, việc hỏng mạch phanh trước sẽ làm mất phần lớn hiệu quả phanh, gây hiện tượng bó cứng sớm ở bánh sau và làm xe bị trượt văng mất lái. Do đó, các kỹ sư thiết kế mạch dầu chéo chữ X cho xe FF. Mỗi mạch thủy lực điều khiển một bánh trước và một bánh sau chéo góc. Cách bố trí này đảm bảo xe luôn duy trì được ít nhất 50% hiệu quả phanh và giữ vững tính ổn định hướng di chuyển nếu một mạch xảy ra sự cố rò rỉ áp suất.

2.1. Hiện tượng bó cứng bánh xe và mất kiểm soát lái

Hiện tượng bó cứng bánh xe xuất hiện khi lực phanh tại bề mặt tiếp xúc vượt quá giới hạn bám của lốp với mặt đường. Bánh xe ngừng quay hoàn toàn và bắt đầu trượt lết trên mặt đường. Bánh trước bị bó cứng sẽ làm mất hoàn toàn khả năng dẫn hướng của vành lái. Bánh sau bị bó cứng sẽ gây hiện tượng văng đuôi xe và quay vòng mất kiểm soát. Quãng đường phanh trong trạng thái trượt lết kéo dài đáng kể so với trạng thái lăn có độ trượt tối ưu. Sự cố này đặc biệt nguy hiểm khi xe di chuyển tốc độ cao trên đường trơn ướt hoặc vào cua gấp.

2.2. Vấn đề suy giảm áp suất và rò rỉ dầu thủy lực

Dầu phanh có đặc tính hút ẩm từ môi trường không khí theo thời gian sử dụng. Nhiệt độ sinh ra do ma sát phanh có thể làm sôi lượng nước lẫn trong dầu thủy lực. Hiện tượng bốc hơi tạo thành bọt khí bên trong mạch dầu phanh kín. Bọt khí có tính đàn hồi cao và dễ bị nén lại khi chịu lực tác động. Điều này làm sụt giảm áp suất thủy lực truyền tới xilanh con, gây hiện tượng bàn đạp phanh bị hẫng hoặc tụt sâu. Ngoài ra, sự mòn rách các cuppen làm kín hoặc nứt vỡ đường ống cũng gây rò rỉ chất lỏng và làm mất hoàn toàn áp lực phanh nguy hiểm.

III. Giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả phanh thủy lực ô tô

Để giải quyết các vấn đề suy giảm lực và mất ổn định khi phanh, ngành công nghiệp ô tô ứng dụng nhiều giải pháp cơ điện tử tích hợp. Xilanh chính kiểu hai buồng độc lập (Tandem Master Cylinder) kết hợp lò xo hồi vị tạo ra hai dòng thủy lực riêng biệt. Thiết kế này duy trì khả năng phanh dự phòng khi một mạch bị thủng. Bộ trợ lực phanh chân không tận dụng độ chênh áp giữa áp suất khí quyển và chân không đường ống nạp động cơ để tạo lực đẩy hỗ trợ piston. Người lái chỉ cần tác dụng lực đạp nhỏ nhưng vẫn tạo ra áp lực phanh cực lớn tại bánh xe. Bên cạnh đó, các van điều hòa lực phanh như van P (Proportioning Valve) và van cảm nhận tải trọng LSPV (Load Sensing Proportioning Valve) được lắp đặt trên đường ống dầu phanh bánh sau. Van điều hòa tự động giới hạn và giảm tốc độ tăng áp suất dầu phanh ra cầu sau theo tải trọng thực tế của xe. Cơ cấu này ngăn chặn triệt để hiện tượng bó cứng bánh sau trước bánh trước, duy trì sự ổn định động lực học và giảm thiểu quãng đường phanh.

3.1. Cơ chế trợ lực chân không và xilanh chính hai buồng

Bộ trợ lực chân không gồm buồng áp suất không đổi nối với đường ống nạp và buồng áp suất thay đổi. Khi đạp phanh, van không khí mở cho dòng khí quyển tràn vào buồng áp suất thay đổi. Độ chênh lệch áp suất tạo ra lực đẩy lớn tác động lên màng cao su và đẩy cần trợ lực về phía trước. Cần trợ lực tác động trực tiếp lên hai piston trong xilanh chính hai buồng. Piston sơ cấp và thứ cấp nén dầu trong hai khoang riêng biệt truyền tới các mạch phanh. Kết cấu này giúp người lái không tốn nhiều sức và duy trì áp suất dầu phanh liên tục ngay cả khi một buồng thủy lực gặp sự cố.

3.2. Ứng dụng van điều hòa lực phanh tỷ lệ và cảm biến tải

Van điều hòa lực phanh tỷ lệ P-valve kiểm soát áp suất dầu cấp tới cơ cấu phanh bánh sau. Khi áp suất xilanh chính vượt ngưỡng chia điểm thiết kế, van P làm giảm tốc độ tăng áp ở phanh sau so với phanh trước. Đối với các dòng xe tải nhẹ và bán tải, van điều hòa theo tải trọng LSPV được lắp đặt nối với trục sau thông qua lò xo cảm biến. Khi xe chở nặng, thân xe hạ thấp làm căng lò xo, van LSPV tự động tăng điểm chia áp suất cho cầu sau. Khi xe chạy không tải, van giảm bớt áp lực dầu phía sau. Nhờ vậy, lực phanh luôn phân bổ tối ưu theo tải trọng thực tế của từng chuyến đi.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn hệ thống phanh thủy lực

Đề tài đồ án tốt nghiệp về hệ thống phanh thủy lực trên ô tô mang lại nền tảng kiến thức toàn diện cho kỹ sư cơ khí ô tô. Hệ thống thủy lực truyền thống chính là nền tảng chấp hành cốt lõi cho các hệ thống điều khiển điện tử thông minh như ABS, EBD, BA và ESP. Toàn bộ các thuật toán can thiệp chống trượt hay cân bằng điện tử đều vận hành dựa trên việc điều biến áp suất dòng dầu thủy lực. Trong thực tế bảo dưỡng và sửa chữa, việc hiểu rõ quy trình xả gió mạch dầu, kiểm tra độ mòn đĩa phanh và độ kín khít của cuppen là yêu cầu bắt buộc. Kỹ thuật viên cần định kỳ thay thế dầu phanh sau mỗi 40.000 km hoặc hai năm sử dụng để tránh hiện tượng sôi dầu mất phanh. Ứng dụng các phương pháp chẩn đoán thủy lực hiện đại giúp phát hiện sớm các hư hỏng tiềm ẩn trong cụm trợ lực và xilanh tổng. Nghiên cứu này đóng góp tài liệu kỹ thuật hữu ích phục vụ công tác giảng dạy, học tập chuyên ngành cũng như hoạt động sản xuất kinh doanh dịch vụ ô tô thực tế.

4.1. Tích hợp hệ thống an toàn chủ động ABS và EBD

Hệ thống phanh thủy lực là nền tảng cơ khí không thể thiếu cho công nghệ phanh điện tử tiên tiến. Hệ thống ABS điều biến áp suất thủy lực qua cụm van điện từ và bơm hồi dầu với tần số cao. Quá trình nhấp nhả phanh tự động giúp bánh xe không bị khóa cứng khi phanh gấp. Cùng với đó, hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD tính toán tải trọng động để điều khiển áp suất dầu độc lập cho từng bánh xe. Sự kết hợp giữa thủy lực chính xác và điều khiển điện tử tối ưu hóa quãng đường phanh, bảo đảm tính ổn định hướng di chuyển và an toàn vượt trội cho phương tiện.

4.2. Quy trình xả khí và bảo dưỡng định kỳ phanh dầu

Quy trình xả khí đường ống phanh là công đoạn kỹ thuật bắt buộc sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế chi tiết thủy lực. Không khí lọt vào đường ống làm giảm áp suất phanh nghiêm trọng. Kỹ thuật viên tiến hành xả gió theo thứ tự từ bánh xe xa xilanh chính nhất tới bánh xe gần nhất. Trong quá trình xả khí, mức dầu phanh trong bình chứa phải luôn được duy trì đầy đủ. Định kỳ kiểm tra độ dày đĩa phanh, độ mòn má phanh và làm sạch bề mặt tiếp xúc ma sát. Dầu phanh cần được kiểm tra độ ẩm và thay thế định kỳ để bảo vệ các chi tiết kim loại không bị ăn mòn rỉ sét.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hệ thống phanh là một trong những hệ thống an toàn chủ động quan trọng nhất trên ô tô, giữ vai trò quyết định trong việc giảm vận tốc, dừng xe hoặc giữ xe cố định khi đỗ nhằm đảm bảo tính ổn định và an toàn khi vận hành. Trong bối cảnh công nghệ ô tô liên tục cải tiến, các hãng sản xuất xe không ngừng đầu tư nghiên cứu để hoàn thiện cơ cấu chấp hành thủy lực và tích hợp các mạch điều khiển điện tử thông minh. Tuy nhiên, theo nhận định của nhóm tác giả Phạm Văn Khánh và Phan Quang Phong (ngành Công nghệ Kỹ thuật Ôtô, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Huỳnh Phước Sơn vào tháng 07/2018), các nguồn tài liệu kỹ thuật về hệ thống phanh thủy lực thời điểm đó dù nhiều nhưng còn phân tán, thiếu tính đồng bộ và chưa được hệ thống hóa một cách hoàn chỉnh. Do đó, đồ án tốt nghiệp với đề tài "Biên soạn chuyên đề hệ thống phanh thủy lực trên ôtô" được thực hiện nhằm xây dựng một tài liệu chuyên đề chi tiết, phục vụ công tác học tập, tra cứu và sửa chữa kỹ thuật.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của đề tài là:

• Biên soạn chuyên đề hệ thống phanh thủy lực trên ô tô làm nguồn tài liệu tham khảo cho sinh viên và kỹ thuật viên đang học tập, làm việc trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định gồm 2 nội dung chính:

1. Tìm hiểu, nghiên cứu về chức năng, yêu cầu, phân loại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cụm chi tiết trong hệ thống phanh thủy lực trên ô tô.
2. Tìm hiểu, nghiên cứu chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống an toàn chủ động hỗ trợ phanh hiện đại, bao gồm: ABS, EBD, BA, TCS, ESP, HAS, DAC, FCW và SBC.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phanh thủy lực truyền động bằng chất lỏng và các hệ thống điều khiển an toàn chủ động tích hợp trên ô tô. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian và học thuật được thực hiện tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; phạm vi nội dung tập trung vào lý thuyết cấu tạo, động lực học dẫn động thủy lực và nguyên lý làm việc của các cơ cấu cơ khí - điện tử, không đi sâu vào thực nghiệm chế tạo hay tính toán sức bền chi tiết máy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nội dung dựa trên nền tảng nguyên lý thủy lực học và động lực học phanh ô tô. Trọng tâm lý thuyết bao gồm:

• Định luật Pascal: Ứng dụng tính chất không chịu nén của chất lỏng trong mạch kín; áp suất sinh ra từ xilanh chính được truyền nguyên vẹn theo mọi phương đến các xilanh bánh xe để sinh ra lực ép phanh. Lực tác dụng thay đổi tỉ lệ thuận với đường kính piston xilanh công tác.
• Nguyên lý chuyển hóa năng lượng ma sát: Biến đổi động năng của ô tô (chuyển động quay của bánh xe và chuyển động tịnh tiến của thân xe) thành nhiệt năng tại các bề mặt tiếp xúc ma sát giữa má phanh với tang trống hoặc đĩa phanh, sau đó tản nhiệt ra môi trường không khí.
• Cơ chế chênh lệch áp suất khí nén và chân không: Sử dụng độ chênh lệch áp suất giữa buồng áp suất khí quyển và buồng chân không (nối với đường ống nạp của động cơ) để khuếch đại lực đạp của người lái trong bộ trợ lực phanh.
• Tiêu chuẩn kỹ thuật chất lỏng chuyên ngành: Các quy định và phân cấp dầu phanh theo tiêu chuẩn của Hiệp hội Kỹ sư Ôtô (SAE) và Bộ Giao thông Vận tải Hoa Kỳ (DOT), quy định bởi Liên đoàn an toàn xe cơ giới liên bang 116 (FMVSS 116) về nhiệt độ điểm sôi khô và điểm sôi ướt.

Về phương pháp nghiên cứu, tác giả sử dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết phi thực nghiệm bao gồm: thu thập tài liệu kỹ thuật chuyên ngành từ các nhà sản xuất ô tô; biên dịch và hiệu đính tài liệu nước ngoài; phân tích, tra cứu, đối chiếu và tổng hợp thông tin từ giáo trình, diễn đàn kỹ thuật, tài liệu đào tạo dịch vụ và video mô phỏng chuyên ngành ô tô. Nguồn dữ liệu hoàn toàn là dữ liệu kỹ thuật thứ cấp đã được công bố chính thức về kết cấu và nguyên lý của các dòng xe thương mại.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cấu tạo, hoạt động của hệ thống phanh thủy lực

Chương 1 trình bày toàn diện về cơ sở kỹ thuật của hệ thống phanh thủy lực trên ô tô, từ yêu cầu chức năng, phân loại chung, đặc tính dung dịch làm việc đến chi tiết từng bộ phận cấu thành.

Văn bản nêu rõ các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống phanh: sinh ra lực phanh lớn; tác dụng nhanh, dễ điều khiển; phanh êm dịu, đảm bảo ổn định chuyển động; phân bố mô-men phanh hợp lý; cơ cấu phanh tản nhiệt tốt; không xuất hiện hiện tượng bó cứng bánh xe; hệ số ma sát cao và ổn định. Về phân loại dẫn động, tác giả phân chia và so sánh 4 dạng truyền động chính:

Hệ thống dẫn động	Phạm vi áp dụng phổ biến	Ưu điểm chính	Nhược điểm chính
Phanh cơ khí	Phanh tay, xe du lịch, xe hai bánh	Độ tin cậy cao, độ cứng vững không đổi khi làm việc lâu dài	Hiệu suất truyền lực không cao, thời gian phanh lớn, khó phanh đồng thời các bánh
Phanh thủy lực	Xe con, xe tải nhẹ (áp suất 60 – 120 bar)	Phân bố lực đồng đều, êm dịu, độ nhạy cao, dễ bố trí	Dễ rò rỉ dầu gây giảm áp/mất phanh, dễ xảy ra hiện tượng lọt khí
Phanh khí nén	Xe tải lớn, xe khách	Giảm lực đạp bàn đạp, không dùng dầu phanh, áp lực đường ống không quá cao	Cấu tạo phức tạp, nhiều chi tiết, độ nhạy kém do không khí bị nén
Phanh thủy khí	Ô tô vận tải trung bình và lớn	Kết hợp ưu điểm lực bàn đạp nhỏ của khí nén và độ nhạy, hiệu suất cao của thủy lực	Bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ môi trường, kết cấu cồng kềnh, phức tạp

Về chất lỏng làm việc, dầu phanh hoạt động trong dải áp suất cao từ 60 đến 120 bar. Tác giả phân tích hai gốc dầu phanh chính:

• Dầu phanh gốc Polyglycol: Màu hổ phách, được dùng phổ biến nhất. Nhược điểm lớn nhất là tính hút ẩm qua lỗ thông hơi bình chứa và ống cao su; chỉ cần 2% hàm lượng nước đã có thể làm hạ thấp nhiệt độ sôi tới 3/4, gây rỉ sét chi tiết kim loại, làm biến đổi độ nhớt ở nhiệt độ thấp và gây hiện tượng bốc hơi làm bàn đạp bị xốp mềm; Polyglycol có tính hòa tan sơn.
• Dầu phanh gốc Silicone: Màu tím, không hút ẩm, không gây ăn mòn kim loại, không hòa tan sơn, điểm sôi cao và chịu nhiệt tốt hơn. Tuy nhiên, Silicone có tính nén nhẹ khi nhiệt độ tăng cao, dễ tạo bọt khí khi bị ép qua khe hở hẹp hoặc chịu rung động mạnh, đồng thời có thể gây trương nở các vòng đệm cao su.

Tiêu chuẩn cấp dầu phanh theo FMVSS 116 được tổng hợp như sau:

• DOT 3 (Polyglycol): Điểm sôi khô tối thiểu 401°F (205°C), điểm sôi ướt tối thiểu 284°F (140°C); có thể pha trộn với DOT 4.
• DOT 4 (Polyglycol): Điểm sôi khô tối thiểu 446°F (230°C), điểm sôi ướt tối thiểu 311°F (155°C); có thể pha trộn với DOT 3.
• DOT 5 (Silicone): Điểm sôi khô tối thiểu 500°F (260°C), điểm sôi ướt tối thiểu 356°F (180°C); tuyệt đối không pha trộn với DOT 3 và DOT 4.

Đi sâu vào cấu tạo chi tiết, chương này phân tích:

• Xilanh chính (tổng phanh): Phân tích cơ chế hai buồng thủy lực độc lập (tandem). Trên xe FR (động cơ trước, cầu sau chủ động), đường dầu chia thành mạch trước và sau riêng biệt. Trên xe FF (động cơ trước, cầu trước chủ động), do tải trọng đè lên cầu trước lớn hơn nhiều so với cầu sau, hệ thống sử dụng sơ đồ mạch chéo (trước phải - sau trái và trước trái - sau phải) để tránh hiện tượng bánh sau bị bó cứng quá sớm và duy trì lực phanh an toàn khi một mạch bị rò rỉ. Tác giả cũng giải thích chi tiết cấu tạo xilanh chính loại một cửa nạp (van nạp và van làm kín nằm trong thân piston rỗng), van một chiều cửa ra (giữ lại áp suất dư trong mạch dầu để ép cuppen ngăn rò rỉ dầu và hỗ trợ xả khí), cùng công tắc cảnh báo mức dầu phanh kiểu phao từ gắn ở nắp bình chứa.
• Cơ cấu phanh tang trống: Gồm mâm phanh, xilanh bánh xe kiểu kép (thân bằng gang, piston hợp kim nhôm, trang bị ốc xả khí), tang trống (gang xám chịu nhiệt ma sát đến 600°F hoặc tang trống thép lót gang có cánh tản nhiệt nhôm), guốc phanh và má phanh (vật liệu ma sát chứa bột đồng, chì, kẽm, nhôm tản nhiệt, keo kết dính, bột cao su giảm ồn). Phân tích 3 dạng kết cấu: đối xứng qua trục; đối xứng qua tâm (cả hai guốc đều là guốc siết khi xe chạy tiến, là guốc nhả khi lùi); dạng bơi (guốc tựa trên mặt trượt, dùng 2 xilanh bánh xe ở hai đầu, cả hai guốc đều là guốc siết ở cả chiều tiến và lùi). Tác giả giải thích hiện tượng tự cấp năng lượng (servo action) và lý do bố phanh guốc siết được thiết kế dài hơn bố phanh guốc nhả.
• Cơ cấu phanh đĩa: Gồm đĩa rotor bằng gang xám mài phẳng (dạng đĩa đặc hoặc đĩa thông gió có vây xoắn ốc), má phanh phẳng và càng phanh. Phân tích hai kiểu càng phanh: càng phanh di động (1 piston thủy lực ép má phanh trong, phản lực kéo má phanh ngoài ép vào đĩa) và càng phanh cố định (2 piston đối xứng hai bên tạo lực kẹp lớn, tản nhiệt tốt hơn). Phân tích cơ cấu tự điều chỉnh khe hở má phanh nhờ sự biến dạng đàn hồi của vòng cao su làm kín piston, và tấm kim loại báo mòn má phanh bằng tiếng rít.
• Cơ cấu phanh đai: Trình bày cấu tạo gồm đai phanh ôm quanh trống phanh điều khiển bằng cáp kéo; nêu rõ phanh đai hiện không còn dùng làm phanh chính trên ô tô do nhược điểm dễ mất phanh vì nhiệt và nước bụi, mà chỉ ứng dụng để hãm dải bánh răng trong hộp số tự động.
• Bộ trợ lực phanh: Trọng tâm là bộ trợ lực chân không đơn và kép, hoạt động dựa trên sự chênh lệch giữa áp suất chân không đường nạp động cơ và áp suất khí trời, giúp khuếch đại lực bàn đạp phanh lên từ 2 đến 4 lần. Phân tích chi tiết vị trí làm việc của van không khí, van chân không, lò xo màng ngăn và đĩa phản lực qua 3 giai đoạn: khi không đạp phanh, khi đạp phanh và khi nhả phanh. Đề cập thêm bộ trợ lực thủy lực sử dụng áp suất dầu từ bơm trợ lực lái.
• Van điều hòa lực phanh: Phân tích sự dịch chuyển tải trọng về phía trước do lực quán tính khi phanh, dẫn đến nguy cơ bó cứng bánh sau. Tác giả trình bày cấu tạo, đồ thị áp suất và nguyên lý hoạt động trước/sau điểm chia áp của các cụm van: van điều hòa đơn (P valve), van nhánh (P&B valve), van P kép (Dual P valve), van cảm nhận tải trọng theo độ võng cầu sau (LSPV) và van phối hợp LSP&B.

Chương 2: Các hệ thống hỗ trợ phanh

Chương 2 tập trung vào các hệ thống an toàn chủ động điện tử được tích hợp trên nền tảng thủy lực của hệ thống phanh ô tô hiện đại, phân tích thông qua sơ đồ điều khiển và bảng trạng thái đóng/mở của các van điện từ:

• Hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS): Dựa trên đồ thị mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt của bánh xe trên mặt đường. Cấu tạo gồm cảm biến tốc độ bánh xe (loại điện từ hoặc bán dẫn), cảm biến giảm tốc (nhận biết 3 mức độ tín hiệu), ECU ABS và bộ chấp hành thủy lực (bơm dầu hồi, bình tích áp, cụm van điện từ 3 vị trí hoặc 2 vị trí). Văn bản trình bày cụ thể hoạt động của hệ thống qua 4 chế độ thủy lực: phanh bình thường, giữ áp, giảm áp và tăng áp (Bảng 2.1 đến 2.4).
• Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD): Hoạt động kết hợp với ABS, sử dụng ECU để tính toán tốc độ trượt và phân bổ áp suất dầu phanh độc lập, tối ưu cho từng bánh xe theo tải trọng thực tế và khi xe quay vòng, khắc phục nhược điểm của các van điều hòa cơ khí.
• Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp (BA): Nhận diện tình huống phanh gấp thông qua cảm biến tốc độ đạp và áp lực bàn đạp phanh; điều khiển van điện mở tối đa đường khí trời vào bộ trợ lực hoặc cưỡng bức tăng áp suất dầu để nhanh chóng đạt lực phanh cực đại, rút ngắn quãng đường dừng xe (trình bày trạng thái van qua Bảng 2.5 và 2.6).
• Hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS): Ngăn chặn hiện tượng bánh xe chủ động bị trượt quay khi khởi hành hoặc tăng tốc trên đường trơn. Hệ thống kết hợp điều khiển bướm ga phụ, điều chỉnh góc đánh lửa động cơ thông qua ECU/ECM và kích hoạt phanh độc lập bánh xe đang bị quay trượt qua cụm van điện từ ở chế độ tăng áp, giữ áp (Bảng 2.7 đến 2.9).
• Hệ thống cân bằng điện tử (ESP): Ổn định quỹ đạo xe khi quay vòng thông qua cụm cảm biến gia tốc ngang, cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ góc quay thân xe quanh trục đứng (Yaw rate sensor) và cảm biến áp suất dầu phanh. Tác giả phân tích thuật toán can thiệp phanh và bảng hoạt động của các van điện từ trong hai trường hợp:
  • Hiện tượng quay vòng thiếu (Understeer): Xe có xu hướng văng đầu ra ngoài khúc cua; hệ thống tự động phanh bánh sau phía trong vòng cua để tạo mô-men kéo đầu xe vào đúng quỹ đạo (Bảng 2.10).
  • Hiện tượng quay vòng thừa (Oversteer): Đuôi xe có xu hướng văng ra ngoài khúc cua; hệ thống tự động phanh bánh trước phía ngoài vòng cua để tạo mô-men chống quay trượt thân xe (Bảng 2.11).
• Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HAS) và hỗ trợ xuống dốc (DAC): HAS tự động duy trì áp suất dầu phanh trong vài giây khi người lái chuyển từ chân phanh sang chân ga để chống trôi xe lùi dốc. DAC tự động điều khiển nhấp nhả phanh từng bánh xe để duy trì tốc độ chậm ổn định khi xe xuống dốc gắt mà người lái không cần đạp phanh.
• Hệ thống cảnh báo tiền va chạm (FCW): Sử dụng cảm biến Radar phía trước xe để quét khoảng cách và tốc độ tương đối với vật cản; phát tín hiệu cảnh báo qua các mức độ âm thanh/hình ảnh và chuẩn bị sẵn sàng áp suất phanh.
• Hệ thống phanh thông minh Sensotronic Brake Control (SBC): Là hệ thống phanh điều khiển điện tử (brake-by-wire), tách biệt cơ học giữa bàn đạp phanh và cụm thủy lực chấp hành. Cấu tạo gồm bộ mô phỏng lực đạp phanh (tạo cảm giác chân phanh thực cho lái xe), cảm biến hành trình bàn đạp, bộ điều khiển điện tử, bơm điện cao áp, bình tích áp suất cao và cụm van tỷ lệ điều khiển độc lập áp suất dầu tới từng bánh xe. Tác giả phân tích các chức năng mở rộng tích hợp trong SBC:
  • Tự làm khô đĩa phanh (Brake Drying): Áp nhẹ má phanh định kỳ trong điều kiện trời mưa để gạt lớp màng nước bám trên đĩa phanh.
  • Chức năng điền sẵn (Prefill): Nhận diện khi người lái buông chân ga đột ngột để dịch chuyển má phanh áp sát đĩa phanh trước khi đạp chân phanh.
  • Chức năng tắt muộn, giới hạn áp suất và bù nhiệt độ khi đĩa phanh quá nóng.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã tổng hợp và trích xuất thành công hệ thống dữ liệu kỹ thuật chuyên sâu về hệ thống phanh thủy lực và các hệ thống hỗ trợ điện tử, thể hiện qua các kết quả cụ thể:

• Làm rõ cấu tạo cơ khí, nguyên lý dòng chảy chất lỏng và sự thay đổi vị trí của các van điều khiển trong xilanh chính (loại hai buồng độc lập và loại một cửa nạp), van một chiều cửa ra duy trì áp suất dư, cùng cụm trợ lực phanh chân không qua từng chu trình làm việc.
• Trình bày thông số kỹ thuật chuẩn hóa của các loại dầu phanh theo tiêu chuẩn FMVSS 116 với các giá trị điểm sôi khô và ướt xác thực: DOT 3 (401°F khô, 284°F ướt), DOT 4 (446°F khô, 311°F ướt), DOT 5 (500°F khô, 356°F ướt), đồng thời phân tích tính chất dung môi và sự ảnh hưởng của 2% độ ẩm làm hạ nhiệt độ sôi đến 3/4.
• Lập bảng tổng hợp trạng thái đóng/mở logic của hệ thống van điện từ trong cơ cấu chấp hành thủy lực của ABS (ở 4 chế độ: phanh bình thường, giữ áp, giảm áp, tăng áp), BA, TCS và ESP (trong hai trường hợp quay vòng thiếu và quay vòng thừa) qua hệ thống 11 bảng dữ liệu chi tiết.
• Hệ thống hóa nguyên lý cấu tạo và mạch thủy lực của hệ thống phanh thông minh SBC với 122 hình vẽ kết cấu và sơ đồ nguyên lý minh họa.

Về mặt đóng góp học thuật và thực tiễn, công trình đã:

• Xây dựng thành công một tài liệu chuyên đề chuyên sâu bằng tiếng Việt có cấu trúc mạch lạc, chuẩn hóa thuật ngữ chuyên ngành kỹ thuật ô tô, kết nối từ nền tảng thủy lực cơ bản đến các hệ thống an toàn chủ động điện tử hiện đại.
• Cung cấp cơ sở lý thuyết có tính hệ thống cao, làm tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô trong quá trình học tập các môn học về kết cấu ô tô, lý thuyết ô tô và thực tập khung gầm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo phạm vi nghiên cứu và nội dung trình bày trong văn bản, đồ án tồn tại một số hạn chế do điều kiện thực hiện:

• Đề tài thuần túy là công trình biên soạn, tổng hợp và phân tích lý thuyết kỹ thuật dựa trên các nguồn tài liệu thứ cấp; chưa thực hiện nghiên cứu thực nghiệm, chưa tiến hành đo đạc thông số thực tế trên xe thật hoặc chế tạo mô hình sa bàn thí nghiệm.
• Đồ án chưa thực hiện các mô phỏng số động lực học phanh trên các phần mềm chuyên ngành (như Matlab/Simulink, CarSim hay Adams/Car) để đánh giá định lượng hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của xe.
• Giới hạn thời gian thu thập và biên soạn tài liệu đòi hỏi khối lượng công việc lớn nên đề tài chỉ tập trung giải quyết chuyên đề lý thuyết cấu tạo, nguyên lý của hệ thống phanh thủy lực và các hệ thống an toàn chủ động liên quan, chưa mở rộng sang quy trình kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng bằng thiết bị quét mã lỗi chuyên dụng.

Về hướng nghiên cứu mở rộng, dựa trên phạm vi lý thuyết của đề tài, các nghiên cứu tiếp theo có thể phát triển theo các hướng:

• Ứng dụng cơ sở lý thuyết đã biên soạn để thiết kế, chế tạo mô hình thực hành sa bàn phanh thủy lực tích hợp hệ thống ABS/ESP phục vụ giảng dạy trực quan tại xưởng thực tập.
• Biên soạn bổ sung quy trình kiểm tra bảo dưỡng, quy trình chả chẩn đoán mã lỗi (DTC), đo kiểm xung tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe và phương pháp xả khí mạch dầu phanh có tích hợp bộ chấp hành thủy lực điện tử ABS/SBC.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Sử dụng làm tài liệu học tập, tham khảo khi làm đồ án môn học Thiết kế tính toán ô tô, Đồ án Kết cấu ô tô, hoặc chuẩn bị các nội dung lý thuyết cho đồ án tốt nghiệp liên quan đến hệ thống phanh và an toàn chủ động.
• Kỹ thuật viên, thợ sửa chữa ô tô tại các xưởng dịch vụ: Tham khảo nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết thủy lực phức tạp (xilanh chính một lỗ dầu, van một chiều cửa ra, van điều hòa lực phanh cảm nhận tải LSPV, trợ lực phanh chân không) và cấu tạo của hệ thống phanh điện tử SBC.
• Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Có thể trích xuất hệ thống hình ảnh sơ đồ cấu tạo và bảng trạng thái đóng mở van điện từ của ABS, TCS, ESP làm tài liệu giảng dạy trực quan.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất trong văn bản gồm:

• Sơ đồ phân tích mạch dầu phanh chéo chữ X trên xe FF so với mạch phân chia cầu trước - sau trên xe FR.
• Phân tích nguyên lý làm việc 3 giai đoạn của bộ trợ lực phanh chân không đơn qua sự đóng mở của van không khí và van chân không.
• Bảng trạng thái làm việc của các van điện từ trong hệ thống ESP khi xử lý hiện tượng quay vòng thiếu (Understeer) và quay vòng thừa (Oversteer).
• Cấu tạo và các chức năng mở rộng đặc biệt của hệ thống phanh thông minh Sensotronic Brake Control (SBC).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao trên ô tô có cấu hình động cơ đặt trước - cầu trước chủ động (FF) lại sử dụng mạch dầu phanh chéo thay vì mạch trước - sau như xe FR? Trên các xe FF, tải trọng phân bố lên cầu trước lớn hơn nhiều so với cầu sau do trọng lượng cụm động cơ và hộp số đều dồn về phía trước. Nếu sử dụng mạch dầu chia riêng biệt trước - sau như xe FR, khi mạch phanh trước gặp sự cố hư hỏng, lực phanh ở bánh sau sẽ rất yếu; ngược lại, khi phanh gấp bánh sau dễ bị bó cứng quá sớm do tải trọng cầu sau quá nhẹ. Việc bố trí mạch dầu chéo (bánh trước phải kết hợp bánh sau trái, và bánh trước trái kết hợp bánh sau phải) nhằm đảm bảo duy trì một phần lực phanh ổn định trên cả hai cầu khi một nhánh bị rò rỉ, đồng thời ngăn ngừa hiện tượng bánh sau bị bó cứng sớm.

2. Điểm khác biệt căn bản về tính chất kỹ thuật và khả năng hòa trộn giữa dầu phanh gốc Polyglycol và dầu phanh gốc Silicone là gì? Dầu phanh gốc Polyglycol (DOT 3, DOT 4) có màu hổ phách, có tính hút ẩm cao (hút nước qua ống cao su và lỗ thông khí), làm giảm điểm sôi nhanh chóng và có tính hòa tan sơn, nhưng cho phép pha trộn lẫn nhau giữa DOT 3 và DOT 4. Ngược lại, dầu phanh gốc Silicone (DOT 5) có màu tím, hoàn toàn không hút ẩm, không hòa tan sơn, chịu nhiệt tốt hơn với điểm sôi cao hơn (điểm sôi khô tối thiểu đạt 500°F). Tuy nhiên, Silicone có tính nén nhẹ khi nhiệt độ cao, có xu hướng tạo bọt khí khi qua khe hở nhỏ và tuyệt đối không được phép pha trộn với dầu phanh gốc Polyglycol (DOT 3, DOT 4).

3. Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi (floating type) có đặc điểm cấu tạo và hoạt động như thế nào so với cơ cấu đối xứng qua tâm? Ở cơ cấu phanh tang trống dạng bơi, hai guốc phanh không tựa trên chốt quay cố định mà tựa trên các mặt tựa di trượt. Xilanh bánh xe là dạng piston đôi được bố trí ở cả hai đầu trên và đầu dưới của guốc phanh. Khi phanh, áp suất thủy lực tác dụng đồng thời vào hai đầu đẩy hai guốc chuyển động tịnh tiến ép vào tang trống, giúp thời gian khắc phục khe hở nhỏ và lực điều khiển phân bố đồng đều. Đặc biệt, ở phanh dạng bơi, cả hai guốc phanh đều là guốc siết ở cả chiều xe chạy tiến và chạy lùi; trong khi ở cơ cấu đối xứng qua tâm, hai guốc chỉ là guốc siết khi tiến và trở thành guốc nhả khi lùi.

4. Cơ chế tự động điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh trong cụm phanh đĩa hoạt động dựa trên chi tiết nào? Cơ cấu này hoạt động dựa trên độ biến dạng đàn hồi của vòng đệm kín piston (vòng cao su làm kín tiết diện vuông nằm trong rãnh xilanh bánh xe). Khi đạp phanh, piston dịch chuyển làm biến dạng vòng đệm kín. Khi nhả phanh, vòng đệm đàn hồi trở về hình dạng ban đầu để kéo piston lùi lại một khoảng tương ứng. Khi má phanh bị mòn làm khe hở tăng lên, áp suất thủy lực thắng lực ma sát đẩy piston trượt tịnh tiến tương đối qua vòng đệm kín; khi nhả phanh, piston chỉ hồi vị đúng bằng độ biến dạng đàn hồi của đệm, qua đó tự động duy trì khe hở giữa má phanh và đĩa phanh luôn không đổi.

5. Hệ thống phanh thông minh Sensotronic Brake Control (SBC) có những chức năng hỗ trợ mở rộng nào mà phanh thủy lực thông thường không có? Ngoài việc điều khiển độc lập áp suất phanh tại từng bánh xe thông qua mạch brake-by-wire và bình tích áp suất cao, SBC sở hữu các tính năng mở rộng gồm: chức năng tự làm khô đĩa phanh (Brake Drying - tự động ép nhẹ má phanh định kỳ khi trời mưa để gạt nước bám trên đĩa); chức năng điền sẵn (Prefill - tự động đưa má phanh tiếp cận sát đĩa phanh khi người lái buông chân ga nhanh đột ngột); chức năng tắt muộn; chế độ giới hạn áp suất và chức năng bù trừ nhiệt độ khi hệ thống phanh bị nóng lên do làm việc liên tục.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Biên soạn chuyên đề hệ thống phanh thủy lực trên ôtô" của sinh viên Phạm Văn Khánh và Phan Quang Phong là một công trình tổng thuật kỹ thuật công phu, hệ thống hóa đầy đủ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu cùng các hệ thống an toàn chủ động điện tử tích hợp trên xe hiện đại. Công trình đã làm rõ từ các cơ sở thủy lực học cơ bản, cấu tạo xilanh chính, cơ cấu phanh tang trống, phanh đĩa, bộ trợ lực chân không cho đến các thuật toán điều khiển van thủy lực phức tạp của hệ thống ABS, TCS, ESP và phanh thông minh SBC. Với dữ liệu kỹ thuật trích xuất chuẩn xác và tính sư phạm cao, đây là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật thiết thực cho sinh viên và kỹ thuật viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC 1. Giới thiệu chung về hệ thống phanh: 1. Chức năng, yêu cầu: Hình 1.1: Hệ thống phanh thủy lực. Hệ thống phanh là hệ thống an toàn chủ động trên ô tô có chức năng giảm tốc độ chuyển động của xe theo điều khiển của người lái, dừng hoặc đỗ xe ở một ví trị nhất định.

Hầu hết các loại phanh sử dụng ma sát để chuyển động năng (chuyển động quay của bánh xe) thành nhiệt năng (do ma sát trong cơ cấu phanh) để làm cho xe dừng lại. Khi người lái đạp bàn đạp phanh, hệ thống phanh tạo ra một lực (phản lực với mặt đường) thắng lực quán tính của xe giúp xe chậm lại.2: Các lực tác dụng khi phanh xe. Hệ thống phanh là một hệ thống quan trọng đảm bảo tính an toàn chuyển động của ô tô vì thế hệ thống phanh phải đảm bảo các yêu cầu sau:  Sinh ra lực phanh lớn. 1  Tác dụng nhanh, dễ điều khiển.

 Phanh êm dịu, đảm bảo tính ổn định chuyển động của ô tô.  Đảm bảo phân bố moment phanh lên các bánh xe.  Cơ cấu phanh tản nhiệt tốt.  Không xuất hiện hiện tượng bó cứng phanh trong khi phanh.

 Hệ số ma sát trong hệ thống phanh cao và ổn định trong quá trình sử dụng. Phân loại: Hiện nay có nhiều loại hệ thống phanh được sử dụng trên ô tô tùy theo các loại xe, mục đích sử dụng khác nhau mà hệ thống phanh được phân loại như sau. Theo công dụng:  Hệ thống phanh chính (phanh chân).  Hệ thống phanh dừng (phanh tay).

 Hệ thống phanh chậm đần (phanh bằng động cơ, .) Theo dẫn động phanh:  Hệ thống phanh cơ khí.  Hệ thống phanh khí nén.  Hệ thống phanh thủy lực.  Hệ thống phanh thủy lực điều khiển bằng khí nén.

Theo cơ cấu phanh:  Cơ cấu phanh tang trống.  Cơ cấu phanh đai. Theo trợ lực:  Hệ thống trợ lực chân không.  Hệ thống trợ lực khí nén.

 Hệ thống trợ lực thủy lực. Giới thiệu chung về các loại hệ thống phanh: 1. Phanh cơ khí: Hệ thống phanh cơ khí được sử dụng trên xe ô tô du lịch và xe hai bánh. Dẫn động phanh cơ khí gồm hệ thống các thanh, đòn bẩy và dây cáp.

Lực cơ khí tác động lên bàn đạp phanh hay phanh tay được truyền đến các phanh thông qua một cơ cấu cơ khí (thanh liên kết hoặc cáp) hoặc hệ thống hỗ trợ thủy lực (xilanh chính, xilanh bánh xe).3: Cơ cấu phanh cơ khí. Dẫn động cơ khí ít khi được sử dụng để điều khiển đồng thời nhiều cơ cấu phanh vì nó khó đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe vì độ cứng vững cửa các thanh dẫn động không như nhau, không đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu. Vì vậy hệ thống phanh cơ khí không được sử dụng ở hệ thống phanh chính mà sử dụng chủ yếu ở hệ thống phanh tay. Ưu điểm: Có độ tin cậy cao, độ cứng vững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc lâu dài.

Nhược điểm: Hiệu suất truyền lực không cao, thời gian phanh lớn. Phanh thủy lực: Hình 1.4: Cơ cấu phanh thủy lực. Hệ thống phanh thủy lực hoạt động dựa vào tính chất không chịu nén của chất lỏng để dẫn động với áp suất lớn nhất trong khoảng từ (60 – 120) bar. Hệ thống phanh thủy lực thường được dùng trên các xe ô tô con, xe tải nhẹ.

Ưu điểm: Phân bố lực phanh đồng thời tới các bánh xe. Thực hiện phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao. Nhược điểm: Dầu phanh rò rỉ làm giảm hiệu suất phanh hoặc mất phanh. Dễ xảy ra hiện tượng lọt khí.

Phanh khí nén: Hệ thống phanh khí nén là hệ thống phanh thường được dùng trên xe tải lớn và xe khách. Hê thống phanh khí nén bao gồm cơ cấu phanh và đẫn động phanh, hoạt động nhờ áp lực của khí nén để điều khiển hệ thống phanh theo yêu cầu của người lái. Điều kiện làm việc của hệ thống phanh liên tục chịu áp lực khí nén và nhiệt độ cao của các bề mặt ma sát nên các chi tiết dễ bị hư hỏng và cần được kiểm tra điều chỉnh thường xuyên và bão đưỡng, sửa chữa kịp thời. 4 Cơ cấu phanh khí nén bao gồm: Bàn đạp, máy nén khí, bình chứa khí nén, bộ điều chỉnh áp suất, van điều khiển, đồng hồ báo áp suất và bầu phanh.5: Cơ cấu phanh khí nén.

Khi người lái đạp bàn đạp phanh, nắp của van phân phối sẽ thay đổi vị trí bầu phanh bánh xe và ngắt đường thông với khí trời thông với bình chứa khí nén để khí nén đi vào các hộp phanh, đẩy màng phanh áp vào cán làm quay đòn và cam đẩy đầu guốc phanh để hãm tang trống và bánh xe. Ưu điểm: Giảm lực điều khiển trên bàn đạp phanh, không phải sử dụng đầu phanh. Áp lực tác dụng lên đường ống không cao. Nhược điểm: Có cấu tạo phức tạp, nhiều chi tiết.

Độ nhạy kém do không khí bị nén khi chịu lực nên thời gian tác dụng lớn. Phanh thủy khí: Hình 1.6: Cơ cấu phanh thủy khí. Là hệ thống phanh thủy lực được điều khiển bằng khí nén. Hệ thống phanh thủy khí có 2 dạng dẫn động:  Dẫn động thủy lực: Tạo lực điều khiển ở các guốc phanh hay má phanh đĩa, bao gồm bình chứa dầu cung cấp dầu cho xilanh thủy lực, các xilanh thủy lực bánh xe ở cơ cấu phanh trước và sau, các đường dầu.

 Dẫn động khí nén: Tạo lực đẩy ở xilanh thủy lực bao gồm máy nén khí, các bình chứa khí nén, bộ điều chỉnh áp suất, bộ phận sấy khô khí nén, cụm van chia và bảo vệ, bình chứa và các van an toàn.  Phần điều khiển bằng khí nén: Gồm các đường ống dẫn khí từ bình chứa khí nén qua van phân phối và đến xilanh khí nén. Đặc điểm đặc biệt của kết cấu là cụm chuyển áp suất khí nén thành áp suất dầu ở bộ xilanh khí nén thủy lực. Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh thủy khí: Khi phanh người lái đạp bàn đạp phanh, van phân phối cung cấp khí nén từ bình chứa khí đến các xilanh khí nén – thủy lực.

Tại đó, áp suất khí nén chuyển thành áp suất dầu phanh với tỷ số truyền lớn. Áp suất thủy lực lớn được truyền đến xilanh bánh xe của các cơ cấu phanh tạo áp lực lên các piston đẩy guốc phanh áp vào trống phanh, thực hiện quá trình phanh. 6 Ưu điểm: Hệ thống phanh thủy lực điều khiển bằng khí nén thường dùng trên ôtô vận tải trung bình và lớn. Hệ thống phanh này phối hợp cả ưu điểm của phanh thủy lực và phanh khí nén: lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ, độ nhạy cao, hiệu suất lớn và có thể sử dụng cơ cấu phanh nhiểu loại khác nhau.

Nhược điểm: Do phần truyền động thủy lực còn bị ảnh hưởng nhiều của nhiệt độ, kết cấu phức tạp, nhiều chi tiết nên hệ thống phanh thủy khí chưa được sử dụng rộng rãi. Dầu phanh: Dầu phanh được coi là huyết mạch của bất kỳ hệ thống phanh thủy lực nào giúp hệ thống phanh có thể hoạt động bình thường, chức năng cơ bản của dầu phanh truyền cơ năng từ bàn đạp phanh đến các bánh xe. Do tính chất không chịu nén của chất lỏng mà dầu phanh có thể truyền lực tác động từ bàn đạp phanh đến các bộ phận của hệ thống phanh một cách chính xác nhất. Dầu phanh đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phanh, nó ảnh hưởng đến hiệu suất phanh và tuổi thọ của một số chi tiết trong hệ thống phanh.

Do vậy dầu phanh có yêu cầu rất chặt chẽ. Dầu phanh được chế tạo đặc biệt để thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Tiêu chuẩn dầu phanh được Hiệp hội Kỹ sư Ôtô (Society of Automotive Engineers - SEA) và Bộ giao thông vận tải (The Department of Transportation – DOT) quy định. Yêu cầu đối với dầu phanh được sử dụng cho hệ thống phanh trên ô tô phải bao gồm:  Có độ nhớt.

 Có điểm sôi cao.  Hoạt động như một chất bôi trơn cho các bộ phận chuyển động. Hiện nay có hai loại dầu phanh được sử dụng phổ biến trên ô tô. 7  Polyglycol: Dầu phanh được sản xuất trên cơ sở chất nền là Polyglycol có màu hổ phách và là loại đầu phanh được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Một trong những nhược điểm của polyglycol là tính hút ẩm. Polyglycol có xu hướng hút nước từ không khí thông qua ống cao su và lỗ thông gió của bình chứa dầu. Độ ẩm trong mạch thủy lực làm giảm điểm sôi của chất lỏng, chỉ với 2% nước đã có thể hạ thấp đến ¾ điểm sôi. Ngoài ra độ ẩm có thể ăn mòn hoặc làm gỉ sét các bộ phận trong hệ thống phanh.

Độ nhớt của dầu phanh ở nhiệt độ thấp củng bị ảnh hưởng bởi độ ẩm. Dầu phanh hoạt động ở điều kiện khắc nghiệt, qua nhiều năm dầu phanh có thể bị hóa hơi trong hệ thống, hơi có thể nén được và kết quả làm cho áp lực không được truyền nguyên vẹn đến xilanh bánh xe làm cho bàn đạp có cảm giác bị mềm xốp hoặc mất lực phanh khi dầu phanh nóng lên. Polyglycol là một dung môi vì vậy nó có khả năng hòa tan sơn, trong quá trình nếu vô tình để dầu phanh dính vào bề mặt sơn ta cần rửa sạch bề mặt bằng nước sạch.  Silicone: Dầu phanh được sản xuất dựa trên chất nền là Silicone có màu tím.

Ưa điểm của Silicone là không có tính hút ẩm như Polyglycol vì vậy không gây ăn mòn hoặc rất ít cho hệ thống và không hòa tan sơn. Silicone có điểm sôi cao hơn và có thể sử dụng để chịu nhiệt lớn hơn. Silicone có tính nén khi nóng lên điều này làm cho bàn đạp phanh có cảm giác xốp mềm. Dung dịch Silicone củng có xu hướng tạo ra bọt khí khi bị ép qua khe hở nhỏ hoặc chịu sự rung động quá mạnh.

Ngoài ra Silicone còn làm trương nở các đệm kín bằng cao su. Cấp dầu phanh được quy định bởi Liên đoàn an toàn xe cơ giới liên ban 116. Cấp dầu phanh là tỷ lệ điểm sôi tối thiểu cho cả hai chất lỏng sạch (khô) và nước ô nhiễm (ướt): 8  DOT 3 – Polyglycol (i) Điểm sôi nhỏ nhất: -4010F khô, 2840F ướt. (ii) Có thể pha trộn với dầu DOT 4.

 DOT 4 – Polyglycol (i) Điểm sôi nhỏ nhất: : -4460F khô, 3110F ướt. (ii) Có thể pha trộn với dầu DOT 3.  DOT 5 – Silicone (i) Điểm sôi nhỏ nhất: -5000F khô, 3560F ướt. (ii) Không được pha trộn với dầu DOT 3 và DOT 4.