CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ CON 1. Tổng quan về hệ thống phanh 1. Quá trình phanh ô tô Để giảm tốc độ của một xe đang chạy và dừng xe, cần thiết phải tạo ra một lực làm cho các bánh xe quay chậm lại.
Người lái đạp bàn đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra một lực làm cho các bánh xe dừng lại và khắc phục lực quán tính đang muốn giữ cho xe tiếp tục chạy, do đó làm cho xe dừng lại. Nguyên lí chung mà hệ thống phanh phụ thuộc vào khi giảm tốc độ hoặc dừng xe là ma sát và nhiệt. Bằng cách áp dụng lực cản hoặc ma sát vào bánh xe đang quay, phanh khiến bánh xe quay chậm dần và cuối cùng dừng lại, tạo ra nhiệt và tiếng ồn như một sản phẩm phụ. Tốc độ của bánh xe có thể chậm lại phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm trọng lượng xe, lực phanh và tổng diện tích bề mặt phanh.
Hầu hết các động cơ tạo ra một lượng công suất lớn để giúp xe tăng tốc nhanh chóng, để dừng xe phải tốn một lượng công suất tương đương. Dừng càng nhanh thì càng cần nhiều năng lượng, càng sinh ra nhiều nhiệt. Công dụng - Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô cho đến khi ngừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó để giữ ô tô đứng yên. - Hệ thống phanh đảm bảo tính năng an toàn của ô tô.
- Nâng cao tốc độ chuyển động trung bình của ô tô do đó nâng cao năng suất vận chuyển, thể hiện: + Khi điều khiển ô tô có hệ thống phanh tốt, người lái hoàn toàn có thể yên tâm về mặt tâm lý tăng tốc độ của ô tô đến giới hạn lớn nhất có thể. + Ô tô có hệ thống phanh tốt sẽ làm tăng tỷ trọng thời gian chuyển động với vận tốc lớn so với thời gian giảm tốc độ. Yêu cầu Hệ thống phanh là một bộ phận của xe ô tô đảm bảo chức năng an toàn chủ động, hệ thống đó phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe trong mọi trường hợp. Sinh viên: Lương Văn Dũng|3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.
TS Nguyễn Tuấn Anh - Có hoạt động êm dịu để đảm bảo sự ổn định của xe ô tô khi phanh. - Điều khiển nhẹ nhàng để giảm cường độ lao động của người lái. - Độ nhạy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp nguy hiểm. - Đảm bảo việc phân bố momen phanh trên các bánh xe phải tuân theo nguyên tắc sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với mọi cường độ.
- Không có hiện tượng tự xiết. - Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp phanh và lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh. - Có hệ số ma sát cao và ổn định. - Có độ tin cậy, độ bền và tuổi thọ cao.
Phân loại - Theo công dụng: + Hệ thống phanh chính (phanh chân): dùng để giảm tốc độ khi xe chuyển động hoặc dừng hẳn xe. + Hệ thống phanh dừng (phanh tay, phanh chân hoặc bằng điện tử): giữ ô tô ở trạng thái dừng trong thời gian dài. + Hệ thống phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực, điện tử): duy trì vận tốc an toàn của ô tôtreen các dốc dài mà không phải sử dụng phanh chính hoặc các hệ thống phanh khác. - Theo dẫn động phanh: + Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.
+ Hệ thống phanh dẫn động thủy lực. + Hệ thống phanh dẫn động khí nén. + Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén – thủy lực. - Theo cơ cấu phanh: Về mặt cấu tạo cơ cấu phanh gồm 2 phần: phần đứng yên và phần quay cùng vận tốc với bánh xe, do đó: + Theo hình dáng của phần quay có: phanh tang trống, phanh đĩa.
+ Theo hình dáng phần đứng yên có: phanh guốc, phanh dải. - Theo trợ lực phanh: + Hệ thống phanh có trợ lực. + Hệ thống phanh không có trợ lực. - Theo vị trí đặt cơ cấu phanh: + Phanh ở bánh xe.
Sinh viên: Lương Văn Dũng|4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. TS Nguyễn Tuấn Anh + Phanh ở trục truyền động. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Hiện nay, các tiêu chuẩn về phanh ô tô thường sử dụng 4 chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh: quãng đường phanh, thời gian phanh, gia tốc phanh và lực phanh. Tuy nhiên, không nhất thiết phải sử dụng đồng thời cả 4 chỉ tiêu để đánh giá chất lượng hệ thống phanh.
Vì vậy, các chỉ tiêu được sử dụng trong các tiêu chuẩn không hoàn toàn giống nhau. Ngoài các chỉ tiêu trên, chất lượng của hệ thống phanh còn được đánh giá thông qua các chỉ tiêu về ổn định quỹ đạo khi phanh. Cụ thể, khi thử trên đường, góc lệch thân xe so với phương chuyển động thẳng ban đầu thường không được lớn hơn 8o và xe không được ra khỏi đường thử có bề rộng trong tiêu chuẩn (2,5m hoặc 3,0m tùy theo loại xe). Cấu tạo chung của hệ thống phanh Hệ thống phanh ô tô gồm có phanh chính và phanh dừng.
Trong đó, phanh chính thường là phanh bánh xe hay còn gọi là phanh chân. Còn phanh dừng thường là phanh tay. Việc dùng cả hai phanh chính và phanh phụ đảm bảo độ an toàn của xe khi chuyển động và dừng hẳn. 1 Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên xe con 1.Bàn đạp phanh; 2.Trợ lực phanh; 3.Xylanh phanh chính; 4,9.Cảm biến tốc độ; 6.Bộ chấp hành và ECU điều khiển; 8.
Hệ thống phanh bao gồm 3 phần chính: - Nguồn năng lượng: là nơi tích trữ năng lượng giúp cho hệ thống phanh luôn ở trọng thái sẵn sàng làm việc, có thể là lực cơ bắp, nguồn khí nén (chân không), điện, bơm thủy lực (bình tích năng). Sinh viên: Lương Văn Dũng|5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. TS Nguyễn Tuấn Anh - Dẫn động phanh: là tổ hợp các phần tử thực hiện việc truyền năng lượng từ nguồn tới cơ cấu chấp hành và điều khiển quá trình truyền năng lượng ấy. Dẫn động phanh bao gồm cơ cấu điều khiển, bộ phận truyền dẫn, cơ cấu chấp hành.
+ Cơ cấu điều khiển là phần tử trực tiếp nhận tác động điều khiển phanh từ phía người lái và đảm bảo tính chất tùy động của dẫn động. + Bộ phận truyền dẫn là bộ phận truyền năng lượng từ nguồn tới cơ cấu chấp hành. + Cơ cấu chấp hành là cơ cấu biến năng lượng thành một dạng thích hợp để dẫn động cơ cấu phanh. - Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo nên sức cản nhân tạo làm giảm tốc độ của ô tô.
Yêu cầu - Đảm bảo sinh ra momen phanh bằng momen phanh cần thiết. - Momen phanh do cơ cấu phanh sinh ra phải ổn định: má phanh có hệ số ma sát cao và ổn định khi nhiệt độ tăng, thoát nhiệt tốt. - Không gây ra tải trọng phụ. Cơ cấu phanh tang trống Cơ cấu phanh tang trống được dùng khá phổ biến trên ô tô.
Cơ cấu phanh tang trống có thể thấy ở cầu sau còn ở cầu trước thường ít gặp. Tang trống quay, bên trong tang trống là guốc phanh, lò xo hồi vị và xi lanh công tác. Guốc phanh làm bằng kim loại trên bề mặt được tán hoặc dán với má phanh, guốc phanh quay xung quanh chốt quay. Lúc không phanh lò xo hồi vị kéo guốc phanh vào trong, tang trống quay cùng với bánh xe, moay ơ.
Khi phanh, dưới tác dụng của áp lực dầu thông qua trục nhỏ, đẩy guốc phanh ép sát tang trống. Guốc phanh quay xung quanh chốt, ép phần má phanh vào tang trống, tạo nên lực ma sát giữa chúng. Quá trình ma sát, động năng của xe tiêu hao và giảm dần tốc độ quay của bánh xe và tang trống. Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh.
Các sơ đồ này khác nhau ở: Dạng và số lượng cơ cấu ép, số bậc tự do của guốc phanh, đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc và trống, giữa guốc và cơ cấu ép. Từ đó mà tùy theo Sinh viên: Lương Văn Dũng|6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. TS Nguyễn Tuấn Anh từng loại mà chúng có thể khác nhau về: Hiệu quả làm việc, đặc điểm mài mòn bề mặt của guốc, giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe, mức độ phức tạp của kết cấu. a) Cơ cấu phanh tang trống có gối cố định riêng rẽ về một phía có lực dẫn động bằng nhau (đối xứng qua trục) Hình 1.
2 Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục với dẫn động thủy lực Cấu tạo chung của cơ cấu phanh loại này là hai chốt cố định có bố trí bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh ở phía dưới, khe hở phía trên được điều chỉnh bằng bằng piston. Trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ và guốc phanh bên trái là guốc xiết, guốc bên phải là guốc nhả. Vì vậy má phanh bên guốc xiết dài hơn bên guốc nhả với mục đích để hai má phanh có sự hao mòn như nhau trong quá trình sử dụng do má xiết chịu áp suất lớn hơn. Hiệu quả phanh chiều tiến và lùi là như nhau, sự mài mòn má phanh xảy ra nhiều hơn ở vùng gần xi lanh công tác, cơ cấu phanh không được cân bằng, các ổ trục bánh xe sẽ chịu tải trọng phụ phát sinh khi phanh.
Ứng dụng: Cơ cấu loại này được áp dụng với dẫn động phanh thủy lực trên xe tải nhỏ và xe con. b) Cơ cấu phanh tang trống có gối cố định riêng rẽ về hai phía, có lực dẫn động bằng nhau (đối xứng qua tâm) Sự đối xứng qua tâm ở đây được thể hiện trên mâm phanh cùng bố trí hai chốt guốc phanh, hai xi lanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng với nhau qua tâm. Sinh viên: Lương Văn Dũng|7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS. TS Nguyễn Tuấn Anh Momen ma sát của các guốc phanh là như nhau nên cơ cấu phanh này thuộc loại cơ cấu phanh cân bằng.
3 Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm Cơ cấu này rất nhạy cảm với chiều quay của bánh xe, lực phanh chênh lệch khá lớn khi thay đổi chiều quay do đó hiệu quả phanh khi tiến và khi lùi rất khác nhau. Khi xe tiến, nhờ có hai guốc xiết nên hiệu quả phanh tốt còn khi xe lùi vận tốc thấp nên vẫn có thể đảm bảo phanh được xe. Cơ cấu này tuyệt đối không được dùng trong hệ thống phanh dừng. Ứng dụng: Cơ cấu này thường dùng cho cơ cấu phanh trước của ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ có dẫn động thủy lực.