Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
5
Chương I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN ÔTÔ TẢI
1.1. CHỨC NĂNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ
Hệ thống phanh trên ôtô có các chức năng chính sau:
- Giảm tốc độ của ôtô đang chuyển động đến một tốc độ nhất định hoặc cho đến khi
ôtô dừng hẳn.
- Duy trì vận tốc chuyển động của ôtô ở một tốc độ nhất định trong trường hợp xe
chuyển động xuống dốc.
- Hãm xe khi xe dừng trên dốc hoặc khi đỗ xe.
Chất lượng của hệ thống phanh có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ chuyển động trung
bình của xe đống thời nó cũng là một trong các chỉ tiêu đánh giá tính tin cậy của
ôtô.
Do ngành công nghiệp ôtô đang ngày càng phát triển nên độ an toàn và tính tin
cậy của hệ thống phanh càng phải đáp ứng những yêu cầu ngày một khắt khe.
Nhưng nhìn chung một hệ thống phanh phải đảm bảo những yêu cầu chủ yếu sau
đây:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe trong mọi trường hợp (Xem các
chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh – Chương II).
- Hoạt động êm dịu, đảm bảo tính ổn định hướng của ôtô khi phanh.
- Lực tác dụng cần thiết lên cơ cấu điều khiển phanh (pedal phanh) nhỏ. Đảm bảo tỷ
lệ thuận giữa lực tác dụng lên cơ cấu điều khiển phanh và lực phanh sinh ra trên cơ
cấu phanh.
- Thời gian phản ứng của hệ thống phanh ngắn (Phanh có độ nhạy cao).
- Đảm bảo việc phân bố momen phanh với các bánh xe phải theo nguyên tắc sử
dụng hoàn toàn trọng lượng bám của xe phi phanh.
- Hoạt động tin cậy và có độ bền lâu.
hệ thống phanh
- Hệ thống phanh không có trợ lực
- Hệ thống phanh có trợ lực
- Hệ thống phanh quán tính
5 Mức độ hoàn thiện
- Hệ thống phanh cơ bản
- Hệ thống phanh có điều hoà lực phanh
- Hệ thống phanh chống hãm cứng
(ABS)
6 …………………. ………………
1) Hệ thống phanh chính (Phanh chân) – là hệ thống phanh được người lái sử
dụng thường xuyên trong các tình huống phanh thông thường khi thực hiện quá
trình phanh.
Hệ thống phanh chính trên ôtô hiện nay thường có trợ lực, phanh thuỷ lực hoặc
phanh khí nén. Phanh thuỷ lực thường được sử dụng trên xe con, xe tải nhẹ và trung
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
7
bình. Phanh khí nén thường sử dụng trên xe tải hoặc xe buýt (Thường xe có tải
trọng lớn).
2) Hệ thống phanh phụ (phanh tay) – là hệ thống phanh có chức năng chính là
giữ cho xe dừng tại chỗ trên đường bằng hoặc đường dốc khi xe dừng tại chỗ. Nó
còn được sử dụng trong một số tình huống đặc biệt như khi hệ thống phanh chính
mất tác dụng hoặc trong trường hợp phanh khẩn cấp.
Phanh tay thường được bố trí ở bánh sau, một số ít bố trí ở bánh trước và thường là
hệ thống phanh kiểu cơ khí.
3) Hệ thống phanh hãm - hệ thống phanh loại này thường trang bị trên xe tải
trọng lớn có chức năng giảm hoặc duy trì tốc độ xe ở một giá trị nhất định mà
Hệ thống phanh đĩa là cơ cấu phanh được trang bị cơ cấu phanh đĩa.
Trong hệ thống phanh đĩa, lực phanh sinh ra ở các bánh xe nhờ lực ép giữa các tấm
ma sát và đĩa phanh.
Để tạo ra được lực phanh các tấm ma sát được gắn cố định trên một giá (calip) còn
đĩa phanh quay cùng với các bánh xe.
9) Hệ thống phanh có trợ lực và hệ thống phanh không có trợ lực – Trong hệ
thống phanh không có trợ lực: mômen phanh sinh ra trên các bánh xe do người điều
khiển tác động lên bàn đạp phanh sinh ra.
Trong hệ thống phanh có trợ lực mômen phanh sinh ra một phần do người lái tác
động lên bàn đạp sinh ra, phần mômen còn lại do bộ trợ lực tạo ra (thực chất phần
lớn mômen phanh do bộ trợ lực sinh ra, bộ trợ lực có tác dụng giảm cường độ làm
việc cho người điều khiển trong khi vẫn đạt được mômen phanh cần thiết). Đa số
các loại ôtô hiện nay đều trang bị hệ thống phanh có trợ lực.
10) Hệ thống phanh có điều hoà lực phanh – áp suất dẫn động phanh do bàn
đạp tạo ra sẽ được điều chỉnh sao cho phù hợp với tải trọng đặt lên cầu xe do đó lực
phanh được điều hoà tránh hiện tượng hãm cứng bánh xe.
11) Phanh hãm trục truyền động: cơ cấu phanh của hệ thống phanh hãm trục
truyền động được gắn ngay ở đầu ra của hộp số trên trục truyền động. Hệ thống
phanh này thường dùng để cho xe dừng hẳn lại hoặc đứng yên tại chỗ trên đường
dốc.
12) Hệ thống phanh chống trượt lê (ABS - Antilock Braking System) -
Nhiệm vụ của hệ thống phanh chống trượt lê là đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu
(quãng đường phanh ngắn nhất), trong khi đó vẫn bảo đảm tốt tính ổn định hướng
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
9
khi phanh và tính dẫn hướng của ôtô. Hệ thống phanh chống trượt lê là hệ thống
phanh mà trong đó lực phanh sinh ra trên các bánh xe được điều chỉnh sao cho
không có hiện tượng trượt lê bánh xe khi phanh.
Bộ phận cung cấp năng lượng được bố trí trước dẫn động phanh.
- Dẫn động phanh là bộ phận tiếp nhận năng lượng phanh và truyền đến các cơ cấu
phanh để từ đó tạo ra momen phanh trên mỗi bánh xe.
- Cơ cấu phanh: là bộ phận chuyển năng lượng phanh từ bộ cung cấp năng lượng
truyền tới để tạo ra mômen phanh trên các bánh xe.
1.3. CƠ CẤU PHANH
Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra mômen phanh. Nguyên lý hoạt động
chung của cơ cấu phanh là tạo ra ngoại lực có tác dụng cản chuyển động của ôtô
trong quá trình phanh trên cơ sở các nguyên lý ma sát, thuỷ lực, điện từ.Hiện nay,
trên ôtô phần lớn trang bị cơ cấu phanh ma sát. Quá trình phanh đựoc thực hiện nhờ
quá trình ma sát giữa phần quay và phần cố định. Phần quay có thể là dạng tang
trống hoặc dạng đĩa, phần cố định được liên kết cứng với dầm cầu hoặc với giá trục
bánh xe, đôi khi liên kết với phần cố định trên vỏ của cầu xe.
Căn cứ theo nguyên lý tạo mômen phanh ta có thể phân biệt:
- Cơ cấu phanh ma sát.
- Cơ cấu phanh thuỷ lực.
- Cơ cấu phanh điện.
Căn cứ theo đặc điểm kết cấu cặp ma sát của cơ cấu phanh ta có:
- Cơ cấu phanh tang trống.
- Cơ cấu phanh đĩa.
- Cơ cấu phanh trục.
1.3.1. Cơ cấu phanh tang trống
Cơ cấu phanh dạng tang trống là loại cơ cấu phanh ma sát, trong đó bề mặt ma
sát là mặt trụ bên trong của trống quay với mặt trụ cố định của các guốc phanh. Loại
này dùng phổ biến trên hầu hết các loại xe nhờ ưu điểm: làm việc chắc chắn và bảo
vệ tốt nhất các bề mặt ma sát khỏi bụi bẩn và dầu mỡ.
Các bộ phận cơ bản của cơ cấu phanh tang trống: Trên hình 1.2 giới thiệu cấu tạo cơ
cấu phanh tang trống cơ bản.
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
phép do các hãng quy định nhằm bảo đảm độ bền khi làm việc của trống
phanh.Trống phanh được định vị trên moay-ơ bằng vòng định vị, sau đó bắt chặt
bằng bulông bánh xe.Trên hình 1.3 giới thiệu các dạng mặt cắt ngang của trống
phanh.
Hình 1.4. Các hình dạng mặt cắt ngang của trống phanh
Vật liệu chế tạo trống phanh:
- Vật liệu chế tạo trống phanh thường là gang, hợp kim gang.
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
13
- Trống phanh loại thép tấm - gang: thân trống phanh được ép thép tấm và gang,
mặt trong thân tiếp xúc trực tiếp với má phanh. Để tăng tính ma sát, trống phanh
trên ôtô du lịch có thể đúc từ thép có 2% đồng.
- Trống phanh loại hợp kim nhôm - gang: thân trống phanh được làm từ hợp kim
nhôm để giảm trọng lượng, mặt bên ngoài được chế tạo hợp kim nhôm có gân để
tản nhiệt, bên trong thân nhôm là vành gang đúc dùng làm bề mặt ma sát.
- Trống phanh được chế tạo bằng phương pháp: đúc, dập sau đó mang đi gia công.
1.3.1.2. Guốc phanh
Guốc phanh bao gồm xương thép và má phanh.
+ Xương thép được chế tạo từ thép, gang hay hợp kim nhẹ, có hình bán nguyệt, tiết
diện ngang dạng chữ T. Xương thép phải đủ cứng vững để chịu mômen phanh cũng
như ngăn chặn hiện tượng tiếp xúc không đều của má phanh với bề mặt trống
phanh. Ngoài ra cấu tạo của xương thép cũng ảnh hưởng đến tính tản nhiệt của cơ
cấu phanh.
Hình 1.5.Xương thép guốc phanh
+ Má phanh hay còn gọi là bố phanh được chế tạo bằng vật liệu ma sát (abéctô hoặc
abéctô đồng) có hệ số ma sát ổn định từ 0,25-0,3. Chiều dày các má phanh ban đầu
- Loại piston kép đặt đối diện.
Loại xylanh con piston đơn chỉ có tác dụng tạo áp lực phanh lên một guốc phanh do
đó loại này thường được sử dụng ở loại cơ cấu phanh 2 guốc dẫn động hoặc cơ cấu
trợ động đơn.
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
15Hình 1.7. Xylanh con loại piston đơn.
Xylanh con loại piston kép bằng nhau đặt đối diện có lực tác dụng lên hai guốc
phanh như nhau.
Hình 1.8. Xylanh kép bằng nhau đặt đối diện có lực tác dụng như nhau
Trường hợp xylanh con loại piston kép có đường kính bậc có lực tác dụng lên hai
guốc phanh khác nhau.
Hình 1.9. Xylanh kép có đường kính bậc
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
16
Cấu tạo chung của xylanh bánh xe gồm có: Vỏ xylanh, phớt cao su chắn bụi, đòn
đẩy, piston, phớt cao su làm kín (cuppen), lò xo, lỗ bắt ống dẫn dầu, lỗ bắt vít xả
gió.
Hình 1.10 giới thiệu kết cấu xylanh bánh xe.
Hình 1.10. Cấu tạo xylanh bánh xe
1. Đường dầu vào; 2. Má phanh; 3. Xương thép; 4. Cây đẩy; 5. Piston; 6. Cuppen;
7. Xylanh; 8. Áp lực dầu tác dụng lên cuppen.
lại xylanh cái, tại đây, áp suất dầu đóng kín van một chiều đồng thời thắng sức căng
lò xo, đẩy đế cao su lui mở mạch đưa dầu về lại xylanh cái và bình dầu.
Lò xo trả về sẽ ấn đế cao su trở lại vị trí cũ khi áp suất thuỷ lực hồi về giảm
xuống. Sau khi đế cao su đóng kín xylanh cái, và lúc này van một chiều cũng đóng,
trong đường ống lúc này sẽ có một áp lực cần thiết. Áp suất này gọi là áp suất tĩnh
có công dụng đảm bảo không cho không khí chui vào hệ thống, đồng thời duy trì
một áp suất thuỷ lực sẵn sàng tác động các piston xylanh con ngay khi có lực tác
động lên xylanh cái.
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
18
a) Dầu đi b) Dầu về
Hình 1.12. Hoạt động của van liên hợp
+/ Xylanh chính loại một dòng
Hình 1.13. Xylanh chính loại một dòng
1. Thân xylanh; 2. Piston; 3. Bình dầu; 4. Phớt cao su; 5. Van một chiều; 6. Lỗ
thông dầu từ buồng A sang buồng B; 7. Lỗ nạp; 8. Lỗ dầu hồi; 9. Lò xo hồi vị.
A, B - Buồng chứa dầu.
Khi có lực tác động lên piston, piston cùng phớt cao su dịch chuyển về phía trước
sẽ bịt lại lỗ bù, ép lò xo hồi vị làm cho áp suất trong buồng B tăng lên, đẩy dầu chui
qua van 1 chiều đến các xylanh con tại bánh xe.
Khi thôi tác động, dưới tác dụng của lực lò xo hồi vị đẩy phớt cao su về vị trí
ban đầu làm cho thể tích buồng B lớn nhanh, do đó tạo một độ chân không trong nó,
làm cho dầu phanh ở buồng A theo các lỗ cấp bẻ cong vành mép cao su đi vào
buồng B làm điền đầy khoảng chân không vừa tạo nên. Đến lúc này, dầu từ xylanh
con nơi bánh xe mới hồi trở lại xylanh chính bằng lực ép của lò xo hồi vị trong cơ
nơi bánh xe, đồng thời tạo nên một áp lực tác động vào mặt của piston (7) làm cho
cụm phớt cao su (8) và piston (7) di chuyển, làm cho phớt cao su (8) đóng lại lỗ bù
(21) tăng áp suất trong buồng (13) mở van liên hợp (10) đưa dầu đến các xylanh
bánh xe.
Khi thôi tác động các cụm piston, phớt cao su được trở về vị trí ban đầu nhờ các
lò xo (9 – 19) tạo nên độ chân không trong các buồng (16- 13), làm cho dầu từ các
buồng (3 - 14) chảy qua các lỗ (20 – 23) vào các buồng (13 – 16) để điền đầy vào
khoảng chân không ấy, đồng thời dầu từ các xylanh con cũng trở về các buồng dầu
cho nên lượng dầu này được chảy qua các lỗ dầu hồi 18 - 21 trở về bình chứa. Kết
thúc quá trình phanh.
Trường hợp đường ống bị hở (vỡ ):
Khi đường ống phía trước của xylanh chính bị vỡ (hở), dầu chảy hết ra ngoài, do
đó bên trong buồng (16) không tạo được áp suất cao, vì vậy mà cụm piston 2 phải di
chuyển thêm một đoạn nữa mới tác động trực tiếp vào piston 7 và piston 7 lúc này
mới có tác động phanh.
Quá trình cũng giống như trên.
Khi đường ống phía sau của xylanh chính bị vỡ (hở), dầu sẽ chảy sạch ra ngoài
làm cho hệ thống phía sau không hoạt động được chỉ còn lại hệ thống phía trước
làm việc và kiểu làm việc giống như xylanh chính một dòng đã trình bày ở trên.
1.3.1.5. Các sơ đồ bố trí guốc phanh
a) Cơ cấu phanh có các lực dẫn động bằng nhau và các tâm quay của các guốc
phanh ở về một phía.
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
21Hình 1.15. Cơ cấu phanh có lực dẫn động bằng nhau và các tâm quay của guốc
phanh nằm cùng một phía.
1,2 Chụp che bụi và xylanh con, 3 mâm phanh, 4 lò xo hồi, 5 kẹp dẫn hướng càng
Hình 1.17. Cơ cấu phanh có dịch chuyển góc như nhau
1. Con lăn, 2. Cam quay, 3. Chốt con lăn
Trong cơ cấu này, phản lực pháp tuyến và tiếp tuyến bằng nhau. Mômen ma sát
trên sơ đồ này cũng giống như trên sơ đồ (a) đã xét ở trên có nghĩa mômen ma sát
sinh ra ở guốc phanh trước sẽ lớn hơn ở guốc phanh sau.Tuy vậy do sự dịch chuyển
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
23
góc của các guốc phanh được điều chỉnh là như nhau nên khắc phục được nhược
điểm trên nghĩa là mômen ma sát sinh ra ở guốc trước và guốc sau là như nhau. Trị
số mômen cũng ít thay đổi trong trường hợp xe chuyển động lùi và cường độ hao
mòn ở các má phanh là như nhau.
d) Cơ cấu phanh tự cường hoá.
Hình 1.18. Cơ cấu phanh tự cường hoá
1. Thanh trung gian, 2. Chốt cố định, 3.Piston đơn
Trong cơ cấu phanh loại này, có hai guốc phanh được nối lại với nhau nhờ một
thanh trung gian, một đầu còn lại của guốc phanh này luôn luôn được tựa trên chốt
cố định (có thể là chốt lệch tâm, dùng để chỉnh khe hở giữa trống phanh với má
phanh) và đầu kia của guốc phanh luôn luôn tựa vào piston của xylanh con.
Ưu điểm của cơ cấu:
Khi ôtô di chuyển theo hướng tiến:
+ Cơ cấu sẽ dùng lực ma sát giữa má phanh của guốc phanh có đầu tựa vào
xylanh con và trống phanh để cường hóa hiệu quả phanh cho má phanh sau của
guốc phanh có một đầu tựa vào chốt cố định, nên được gọi là trợ lực.
+ Khi ôtô di chuyển theo chiều tiến thì hiệu quả phanh của guốc phanh có đầu
tựa vào xylanh con sẽ lớn hơn guốc phanh có một đầu tựa vào chốt cố định.
Hiệu quả phanh của các guốc phanh trong cơ cấu phanh loại này là khi ôtô tiến
và lùi đều như nhau.
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
25
Nhược điểm của cơ cấu phanh đĩa:
+ Bề mặt ma sát khi làm việc không được che kín hoàn toàn cho nên bụi bẩn, dầu
mỡ dễ bám vào làm cho má phanh chóng mòn, bề mặt đĩa ma sát có thể bị xước làm
giảm hệ số ma sát và hiệu quả phanh.
+ Diện tích ma sát giữa má phanh và đĩa phanh không lớn nên để tạo ra mômen
phanh lớn ta cần tác động một lực phanh lớn do đó cơ cấu phanh đĩa thường trang bị
trên xe du lịch và xe tải nhẹ.
Phân loại phanh đĩa: Tuỳ theo phương pháp lắp cơ cấu xylanh con (Caliper), người
ta chia ra làm 3 kiểu phanh đĩa: Kiểu lắp đặt cố định cơ cấu xylanh con (Fixed-
caliper disc brake), kiểu lắp đặt di động cơ cấu xylanh con (Floating-caliper disc
brake), và kiểu lắp đặt trượt cơ cấu xylanh con (Sliding-caliper disc brake). Hình 1.20. Nguyên lý cấu tạo phanh đĩa
Trên hình 1.20 giới thiệu cấu tạo một phanh đĩa gồm có: Piston, má phanh (Brake
Pads), đĩa quay di động (Rôtor), caliper. Đĩa phanh luôn quay khi xe chuyển động.
Khi phanh áp lực dầu phanh do người lái tác động truyền đến piston ép hai má
phanh vào đĩa tạo nên lực phanh hãm xe lại. Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
26
4
5
6
7
8
9
Noỏi vụựi
oỏng naùp
Noỏi vụựi
xylanh chớnh
Noỏi vụựi
xylanh
con
Khoõng
khớ
P
P3
P2
P1
P2 a) Cha tỏc dng phanh b) Khi tỏc dng phanh
Hỡnh 1.22. B tr lc chõn khụng.
1. Van mt chiu; 2. Bu chõn khụng; 3,6 Mng ộp;
4. Van khụng khớ; 5. Van chõn khụng; 7,8 Piston; 9. Thanh y.
b. Nguyờn lý hot ng
Bung chõn khụng III c ni vi ng ng np ca ng c qua van mt
chiu (1). v trớ khụng s dng phanh (ngi lỏi khụng tỏc ng lờn bn p
phanh) (hỡnh 1.22 a) di tỏc dng ca cỏc lũ xo van khụng khớ (4) úng kớn, van
S2
S1
P1
P2
P3
Khí neùn
a) Khi chưa tác dụng phanh b) Khi tác dụng phanh
Hình 1.23. Bộ trợ lực phanh khí nén thủy lực
1. Xylanh cái 2. Màng ép 3. Xylanh thủy lực 4. Ống thoát
5. Ống dẫn khí P2. Piston lực P3. Piston thủy lực R1,R2,R3,R4. Lò xo
b. Nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực khí nén thủy lực
Trường hợp bình chứa khí nén đầy: Khi tác động lên bàn đạp phanh, xylanh cái
(1) dồn dầu xuống tổng van điều khiển. Tại đây áp suất thủy lực đẩy piston P1 và
màng (2) qua phải. Màng (2) áp lên van S1 làm mở van khí nén S2. Khí nén từ bình
chứa chui qua van theo ống dẫn (5) vào mặt sau của piston không khí P2 có đường
kính lớn, nên nhận một lực rất mạnh đẩy piston P3, bơm dầu qua van liên hợp
xuống các xylanh con.
Khi thôi phanh bàn đạp xylanh cái được buông ra, áp suất thủy lực mất, piston P1
trở lùi, lò xo R1 đẩy màng tách khỏi van S1. Lò xo R4 ấn van khí nén S2 đóng chận
luồng khí nén từ bình chứa. Lúc này, lò xo R3 đẩy piston không khí P2 sang trái,
khí nén phía sau P2 theo ống dẫn (5) vào hộp van điều khiển chui qua các lỗ nơi
R2
Nguyễn Đức Binh Luận văn tốt nghiệp 2007
29
màng (2) thốt ra ngồi theo lỗ (4). Đồng thời lò xo R2 đẩy P3 sang trái, dầu phanh
từ các xylanh con chui qua lỗ giữa của cúppen và piston (3) hồi trở về xylanh cái.
Trường hợp bình chứa hết khí nén hệ thống phanh vẫn hoạt động được để hãm
P3. Piston - cuppen tác động tổng van P4. Piston - cuppen thuỷ lực có lỗ thơng
Bộ trợ lực bao gồm các chi tiết chính sau: tổng van điều khiển, xylanh lực bố trí
ở đầu xylanh chân khơng. Xylanh chân khơng được ngăn đơi nhờ vách giữa. Piston
chân khơng P1 và P2 cùng cây đẩy với piston - cúppen thủy lực P4, xylanh chân
khơng được chia thành 4 khoang: (I), (II), (III) và (IV). Khoang (III) thơng với
khoang (I), thơng tiếp đến vùng phía dưới màng M và với bơm chân khơng. Khoang
(IV) thơng với khoang (II) xun qua ống rỗng của cây đẩy và thơng với vùng phía
bên trên màng M.
Copyright: Tài liệu đại học ©