CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH Phanh là thứ giúp con người có thể điều khiển phương tiện cơ giới để có điều kiện lái xe an toàn hơn. Trong hơn một thế kỷ, hệ thống phanh đã phát triển thành một thiết bị phức tạp hơn để thích ứng với các điều kiện đường xá khác nhau. Chúng là một phần quan trọng của công nghệ tuyệt vời tạo nên ô tô.
Nhiều dạng phanh đã được phát triển theo thời gian khi công nghệ ô tô ngày càng phát triển. Hệ thống phanh mà chúng ta đang sử dụng trong những chiếc xe hơi hiện đại bây giờ đã trải qua rất nhiều cải tiến kể từ khi phát minh. 1 Hệ thống phanh bằng khối gỗ của các mẫu xe ngày xưa. Trong những thời kỳ đầu, phanh đa số được làm từ các khối gỗ sử dụng trên xe ngựa để giảm tốc độ, các khối gỗ được gắn vào vành bánh xe, người lái xe chỉ việc gạt đòn bẩy, các khối gỗ sẽ hạn chế tốc độ xoay của bánh xe.
Cơ chế đơn giản này được sử dụng trong rất nhiều năm, thậm chí ở giai đoạn phát triển đầu tiên của xe ô tô. Tuy nhiên, với sự phát triển độ của xe, việc sử dụng gỗ để làm phanh không còn hiệu quả nữa và nó cũng gây ra tiếng ồn khó chịu. Trang 1 Luận Văn Tốt Nghiệp Trần Anh Thái Hệ thống phanh bằng các khối gỗ được thay thế bằng da và thép trong quá trình phát triển sau đó. Đòn bẩy được thay thế bằng bàn đạp chân, tuy nhiên vẫn còn những vấn đề hạn chế với hệ thống này: tiếng ồn gây ra khi đạp phanh vẫn ồn và hiệu quả khi sử dụng chưa cao.
Vào năm 1902 Louis Renault một nhà chế tạo người Pháp và là một tiên phong trong lĩnh vực công nghiệp ô tô, ông đã phát minh ra phanh tang trống hay còn gọi là phanh đùm. Đây là một trong những phát minh quan trọng nhất trong lịch sử hệ thống phanh, là đường lối cho nhiều công nghệ tiên tiến trong hệ thống phanh sử dụng ngày hôm nay. Cơ chế hoạt động của phanh trống là sự kết hợp giữa má phanh được làm bằng các vật liệu ma sát cao được ép vào trống quay của bánh xe. Sự gia tăng lực ma sát làm cho bánh xe xoay chậm lại hoặc dừng hẳn.
2 Phanh tang trống Để nâng cao khả năng phanh cũng như kết cấu nhỏ gọn. Năm 1898, Elmer Ambrose Sperry đã thiết kế một chiếc ô tô điện có phanh đĩa ở bánh trước do Công ty Cleveland Machine Screw chế tạo. Phanh đĩa hoạt động giống như phanh xe đạp, trong đó thước cặp có má phanh kẹp một đĩa hoặc rôto. Tuy nhiên, chính William Lanchester, một kỹ sư người Anh, đã được cấp bằng sáng chế cho ý tưởng này vào năm 1902.
Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất đối với phát minh của ông là tiếng rít khủng khiếp mà nó tạo ra, nguyên nhân là do má phanh bằng đồng di chuyển trên đĩa kim loại. Trang 2 Luận Văn Tốt Nghiệp Trần Anh Thái Hình 1. Sau 5 năm, một người Anh khác tên là Herbert Frood đã giải quyết vấn đề tiếng ồn bằng cách lót các miếng đệm bằng amiăng và nó tiếp tục được sử dụng trong hệ thống phanh ô tô cho đến những năm 1980. Do nhu cầu an toàn ngày càng cao cũng như giảm thời gian tác động lên cơ cấu phanh giúp quá trình phanh diễn ra một cách hiệu quả.
Năm 1918, Malcolm Loughead (người sau này đổi tên thành Lockheed vào năm 1926) đề xuất khái niệm hệ thống phanh bốn bánh sử dụng thủy lực. Sử dụng xi lanh và ống, Lockheed sử dụng chất lỏng để truyền lực tới guốc phanh khi nhấn bàn đạp. Người lái xe cần lực hơn để đạp phanh. 4 Phanh tang trống dẫn động thủy lực, Trang 3 Luận Văn Tốt Nghiệp Trần Anh Thái Hệ thống phanh thủy lực lần đầu tiên được lắp vào cả bốn bánh của một chiếc ô tô Model A Duesenberg vào năm 1921.
Tuy nhiên, hệ thống này gặp phải vấn đề rò rỉ chất lỏng, nhưng các kỹ sư từ Maxwell Motor Corporation đã sản xuất đệm cao su để giúp giải quyết vấn đề này. Năm 1923, hệ thống phanh Lougheed cải tiến được cung cấp như một bản nâng cấp tùy chọn trên xe Maxwell-Chalmers với giá 75 đô la. Thiết kế phanh mới này cũng được sử dụng trên xe ô tô Chrysler từ năm 1924 đến năm 1962. Hệ thống phanh chống bó cứng (chống trượt) hay còn gọi là ABS, được tạo ra để giúp các hệ thống phanh trước đó ngăn phanh bị bó cứng khi đang sử dụng.
Đó là một tính năng an toàn sử dụng các cảm biến tốc độ phát hiện khi khóa sắp xảy ra. Sau đó, nó đốt cháy một hệ thống van thủy lực để giảm áp suất phanh trên một bánh xe, ngăn không cho xe chuyển sang trạng thái quay vòng. Hệ thống này đã thay đổi cách hoạt động của phanh và rất hữu ích trong việc cung cấp nhiều quyền kiểm soát hơn cho người lái. Hệ thống phanh chống bó cứng lần đầu tiên được giới thiệu bởi kỹ sư người Pháp và nhà tiên phong hàng không Gabriel Voisin vào năm 1929 để sử dụng trên máy bay.
Nó đã được Bosch và Mercedes-Benz cải tiến vào năm 1936 bằng cách biến nó thành hệ thống phanh điện tử cho xe Mercedes. Năm 1958, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Đường bộ (RRL) và Dunlop đã phát triển một hệ thống ABS cơ học, thực tế cho ô tô và thử nghiệm hệ thống này trên Jaguar Mark Trang 4 Luận Văn Tốt Nghiệp Trần Anh Thái VII được trang bị phanh đĩa. Chỉ đến năm 1966, ABS mới được trang bị trên một chiếc ô tô sản xuất, chiếc sedan thể thao Jensen FF, của Vương quốc Anh. Để giảm lực tác dụng lên bàn đạp giúp người lái đạp phanh một cách nhẹ nhàng nhưng vẫn tạo ra được lực phanh lớn ở một số hệ thống phanh dẫn động thủy lực người ta trang bị thêm bộ trợ lực chân không.
Phanh trợ lực là một tính năng tiêu chuẩn của hầu hết các loại ô tô ngày nay mà chúng ta thậm chí không nghĩ đến nguồn gốc của nó. Nó thực sự là một trong những cải tiến sớm nhất với hệ thống phanh mà nhà sản xuất ô tô Tincher có trụ sở tại Chicago lần đầu tiên cung cấp hệ thống hỗ trợ phanh vào năm 1903. Nó sử dụng một máy bơm nhỏ để nén không khí và dừng xe, đồng thời bạn cũng có thể sử dụng máy bơm tương tự để bơm vào cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh. 6 Bộ trợ lực phanh.
Chiếc xe sản xuất năm 1928 của Pierce-Arrow có bộ trợ lực phanh hoạt động bằng chân không - hệ thống phanh Bragg-Kliesrath được phát minh bởi Victor Kliesrath của Bendix và tay đua xe đua Caleb Bragg. Bộ trợ lực phanh hỗ trợ chân không này ban đầu được thiết kế cho ngành hàng không. Đường ống nạp cung cấp khoảng chân không cần thiết để giảm lực cần thiết để đạp phanh. Hệ thống phanh trợ lực chân không mà chúng ta biết ngày nay có nguồn gốc từ năm 1927 khi một kỹ sư người Bỉ Albert Dewandre phát minh ra hệ thống trợ lực phanh hoặc trợ lực phanh mà ông gọi là “Dewandre”.
Cùng năm đó, những chiếc ô tô của Chandler được trang bị Bộ tăng áp chân không Westinghouse. Đến những năm 1930, phanh tang trống trợ lực chân không đã được trang bị cho các loại xe Cadillac, Lincoln, Mercedes, Trang 5 Luận Văn Tốt Nghiệp Trần Anh Thái Duesenberg và Stutz. Nhưng phanh trống vẫn là tiêu chuẩn trong thời gian đó, vì chúng hoạt động tốt và sản xuất rẻ hơn so với phanh đĩa. Vào năm 2006, Mercedes đã công bố một hệ thống phanh Distronic Plus, sử dụng radar tầm xa và tầm ngắn có thể dừng xe ngay cả khi người lái không chạm vào bàn đạp phanh để tránh va chạm.
7 Hệ thống phanh tự động nhờ radar Công nghệ này đang phát triển nhanh chóng và có thể được coi là tiêu chuẩn trên các mẫu xe cao cấp hơn và là tùy chọn trên các mẫu xe cấp thấp hơn. Khi tiếp tục thúc đẩy tự lái, phanh tự động thông minh sẽ phải trở thành một công nghệ ô tô phổ biến. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh. Để ô tô được vận hành một cách an toàn trong mọi trường hợp, hệ thống phanh cần được trang bị tối thiểu ba loại phanh là: - Phanh chân (phanh chính): được dùng trong mọi chế độ chuyển động của xe, để giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe khi đang vận hành.
- Phanh tay (phanh phụ): được dùng trong trường hợp xe đang đỗ, dừng trên những con đường dốc. - Phanh phụ: dùng để phanh trong trường hợp phanh chính bị hỏng. Trên các ô tô hiện đại thiết bị phanh phụ (phanh tay) thường được thiết kế để đảm nhiệm luôn nhiệm vụ này. Trang 6 Luận Văn Tốt Nghiệp Trần Anh Thái Hệ thống phanh chính luôn bao gồm hai phần kết cấu chính là cơ cấu phanh và dẫn động phanh: - Cơ cấu phanh: là bộ phận trực tiếp tạo ra lực phanh.
Trong quá trình phanh động năng của ô tô được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường. Có hai loại cơ cấu phanh chính là cơ cấu phanh đĩa và cơ cấu phanh tang trống. Cơ cấu phanh tang trống thường được trang bị trên các xe tải và buýt do có khả năng cường hóa, tăng lực phanh phù hợp với xe có tải trọng lớn. Tuy nhiên ngày nay, phanh đĩa cũng được trang bị trên xe tải và buýt cỡ nhỏ để tăng hiệu quả phanh khi vận hành trong thành thị, các khu dân cư đông đúc.
- Dẫn động phanh: là bộ phận điều khiển cơ cấu phanh. Có năm loại dẫn động phanh: + Dẫn động cơ khí: thường được dùng ở phanh tay vì hiệu suất thấp khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe. Tuy nhiên do kết cấu đơn giản, và độ tin cậy cao nên thường được trang bị ở máy kéo do tốc độ di chuyển thấp quãng đường ngắn nên các nhược điểm đó ít nghiêm trọng. + Dẫn động khí nén: dùng cho xe tải cỡ lớn, buýt cỡ lớn với lực tác động từ người lái xe rất nhỏ do lực này chỉ dùng để đóng mở các van điều khiển nhưng vẫn đảm bảo công suất lớn ở cơ cấu phanh.
+ Dẫn động thủy lực: được trang bị ở các xe du lịch và tải cỡ nhỏ do không tạo ra được lực dẫn động ở cơ cấu phanh lớn vì giới hạn tỉ số truyền và lực tác động của người lái xe. Tuy nhiên thời gian tác dụng lên cơ cấu phanh rất nhỏ ≤ 0,03s. + Dẫn động thủy khí: là sự kết hợp của thủy lực và khí nén.