(Khóa luận tốt nghiệp) Nghiên cứu hệ thống chống bó cứng phanh trên xe Mazda CX5 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH
TRÊN XE MAZDA CX- 5 2013

SVTH: NGU YỄN GIA SANG
MSSV: 13145214
SVTH: NGUYỄN QUỐC ĐỨC THỊNH
MSSV: 13145254
GVHD: ThS. NGUYỄN QUỐC ĐẠT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý
kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Nguyễn Quốc Đạt, giảng viên bộ môn
Điện tử ô tô – trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP. HCM, thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo
em trong suốt q trình làm khóa luận.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH sư phạm kỹ thuật
TP. HCM nói chung, các thầy cơ trong bộ mơn Điện tử ơ tơ nói riêng đã dạy dỗ cho em
kiến thức về các môn đại cương cũng như các mơn chun ngành, giúp em có được cơ sở
lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, giúp
đỡ, động viên em trong suốt q trình học tập và hồn thành khóa luận tốt nghiệp.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Gia Sang
Nguyễn Quốc Đức Thịnh

ix


TĨM TẮT
Hiện nay, hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) được xem như một tiêu chuẩn của
những chiếc xe ô tô. Đây là một thành phần hết sức quan trọng, hỗ trợ q trình phanh xe
được an tồn và chính xác hơn, đặc biệt trong những trường hợp phanh gấp.
Đề tài nghiên cứu hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) trên xe Mazda CX-5 (2013).
Đồng thời, đề tài cũng tìm hiểu về một số hệ thống kết hợp với hệ thống ABS như: hệ
thống phân phối lực phanh (EBD), hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS). Các hệ thống này
cùng với ABS giúp đảm bảo sự ổn định cho xe trong các trường hợp khẩn cấp, nâng cao
độ an toàn cho xe.
Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết qua tài liệu của Mazda CX-5, đề tài thực
hiện nghiên cứu các vấn đề sau:
 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vị trí từng bộ phận của các hệ thống mà đề tài thực
hiện nghiên cứu.
 Cách kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa hư hỏng các hệ thống.

x


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................................... iii
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................. iv
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................. vi

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN ...................................................................................... viii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................... ix
TÓM TẮT ...................................................................................................................................... x
MỤC LỤC ..................................................................................................................................... xi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ............................................................... xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................................... xv
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................................ xvii
Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ............................................................................................... 1

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .............................................................................................. 1
1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................................... 2
1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................................... 2
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGỒI VÀ TRONG NƯỚC ..................................... 2
1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước ........................................................................ 2
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................................... 3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................. 5

2.1 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ ............... 5
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA Q TRÌNH PHANH Ơ TƠ ........................................ 7
2.2.1 Xác định các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh .................................................... 7
2.2.2 Ổn định của ô tô khi phanh: ............................................................................... 11
2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS ......................................... 19
Chương 3. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE MAZDA CX-5 2013 ..... 25

3.1 NHIỆM VỤ- YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ABS................................................... 25
3.1.1 Nhiệm vụ ............................................................................................................ 25
3.1.2 Yêu cầu............................................................................................................... 25
3.2 CẤU TẠO- HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ABS TRÊN XE MAZDA CX-5
2013 25
3.2.1 Cảm biến tốc độ bánh xe .................................................................................... 28

3.2.2 Cảm biến áp suất dầu phanh. ............................................................................. 31
3.2.3 DSC HU/CM ...................................................................................................... 31
xi


3.3 HỆ THỐNG DSC: HỆ THỐNG KẾT HỢP ABS VỚI MỘT SỐ HỆ THỐNG
KHÁC ............................................................................................................................. 39
3.3.1 Cấu tạo hệ thống DSC:....................................................................................... 39
3.3.2 Các chức năng của hệ thống DSC ...................................................................... 40
3.3.3 Hoạt động của một số chức năng hệ thống DSC ............................................... 41
3.3.4 Sơ đồ mạch điện hệ thống DSC trên xe Mazda CX-5 ....................................... 50
3.4 PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN LỖI CỦA HỆ THỐNG DSC ......... 57
3.4.1 Giới thiệu máy chẩn đoán của Mazda(M-MDS)................................................ 57
3.4.2 Cách sử dụng máy chẩn đoán............................................................................. 59
3.4.3 Kiểm tra một số bộ phận của hệ thống DSC ...................................................... 61
3.3.4 Chẩn đoán và sửa chữa một số mã lỗi hệ thống DSC trên xe Mazda CX-5 ...... 67
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................................... 86

4.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN .......................................................................................... 86
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 87

xii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Tên viết tắt/ ký hiệu

Tên đầy đủ/đơn vị

ABS

Anti-lock Braking System

ATX

Automatic Transmission

AWD

All- Wheel Drive

B+

Battery Positive Voltage

CAN

Controller Area Network

CM

Control Module

CMDTC

Continuous Memory Diagnostic Test Code

CPU

Central Processing Unit

DLC

Data Link Connector

DSC CM

Dynamic Stability Control Cotrol module

DSC HU

Dynamic Stability Control Hydraulic Unit

DTC

Diagnostic Test Code(s)

EBD

Electronic Brakeforce Distribution

EPS

Electrric Power Steering

HLA

Hill Launch Assist

IDS

Integrated Diagnostic Software

LF

Left Front

LR

Left Rear

MAX

Maximum

MIN

Minimum

M-MDS

M-MDS

MRE

Magneto- resistive element MRE

ODDTC

On-Demand Diagnostic Test Code

ON

Switch on

OFF

Switch off

PCM

Powertrain Control Module
xiii


PID

Parameter Identification

ROM

Roll Over Mitigation

RF

Right Front

RR

Right Rear

SAS

Sophisticated Air Bag Sensor

TCM

Transmission (Transaxle) Control Module

TCS

Traction Control System

TPMS

Tire Pressure Monitoring System

VCM

VCM

2WD

2-Wheel Drive

xiv


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Ngun nhân xuất hiện phản lực ngang ở bánh xe khi phanh ....................................... 12

Hình 2.2 Giới hạn bám của vòng tròn bánh xe khi phanh............................................................. 13
Hình 2.3 Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng ............................................................................... 14
Hình 2.4 Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng ............................................................................ 15
Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh mà có hiện tượng quay xe do lực phanh phân bố
khơng đều ...................................................................................................................................... 17
Hình 2.6 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hệ số bám dọc  x và hệ số bám ngang  y theo độ trượt
tương đối  p ................................................................................................................................. 20
Hình 2.7 Sự thay đổi hệ số bám dọc  x và hệ số bám ngang  y theo độ trượt tương đối  p ..... 21
Hình 2.8 Sự thay đổi các thơng số M p , p và  khi có ABS ........................................................ 24
Hình 3.1 Sơ đồ bố trí các bộ phận của ABS ở phía trước xe ........................................................ 26
Hình 3.2 Đồng hồ táp lơ ................................................................................................................ 26
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí các bộ phận của ABS ở phía sau xe ........................................................... 27
Hình 3.4 Chu trình điều khiển của ABS........................................................................................ 27
Hình 3.5 Cảm biến tốc độ bánh xe và vòng từ tính ....................................................................... 28
Hình 3.6 Cảm biến tốc độ bánh xe và rotor cảm biến bánh xe trước ............................................ 29
Hình 3.7 Cảm biến tốc độ và rotor cảm biến ở bánh sau xe 2-WD .............................................. 29
Hình 3.8 Cảm biến tốc độ và rotor cảm biến ở bánh sau xe AWD ............................................... 30
Hình 3.9 Chuyển đổi tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe ................................................................ 30
Hình 3.10 DSC HU/CM ................................................................................................................ 31
Hình 3.11 Sơ đồ cấu tạo DSC HU................................................................................................. 33
Hình 3.12 Hoạt động của DSC HU khi phanh thường .................................................................. 34
Hình 3.13 Hoạt động của DSC HU trong chế độ tăng áp ............................................................. 35
Hình 3.14 Hoạt động của DSC HU trong chế độ giữ áp ............................................................... 36
Hình 3.15 Hoạt động của DSC HU trong chế độ giảm áp ............................................................ 37
Hình 3.16 Sơ đồ khối điều khiển của ABS ................................................................................... 38
Hình 3.17 Các chế độ hoạt động của ABS .................................................................................... 38
Hình 3.18 Sơ đồ khối điều khiển của EBD ................................................................................... 42
Hình 3.19 Các chế độ hoạt động của EBD .................................................................................... 43
Hình 3.20 Sơ đồ khối điều khiển của TCS .................................................................................... 44
Hình 3.21 Các xu hướng quay vịng của xe .................................................................................. 45

Hình 3.22 Sơ đồ khối điều khiển của DSC ................................................................................... 46
Hình 3.23 DSC điều khiển chống quay vịng thừa ........................................................................ 47
Hình 3.24 Hoạt động của DSC HU khi chống quay vịng thừa .................................................... 47
Hình 3.25 DSC điều khiển chống quay vịng thiếu ....................................................................... 48
Hình 3.26 Hoạt động của DSC HU khi chống quay vòng thiếu ................................................... 49
Hình 3.27 Sơ đồ mạch điện hệ thống DSC trên xe Mazda CX-5 2013......................................... 50
Hình 3.28 Sơ đồ mạch điện hệ thống DSC trên xe Mazda CX-5 2013......................................... 51
Hình 3.29 Sơ đồ mạch điện hệ thống DSC trên xe Mazda CX-5 2013......................................... 52
Hình 3.30 Bố trí các bộ phận hệ thống DSC trên xe Mazda CX-5 2013 ...................................... 53
Hình 3.31 Kết cấu giắc nối của DSC HU/CM .............................................................................. 54
Hình 3.32 Kết cấu giắc cắm cảm biến tốc độ ba ........................................................................... 56
Hình 3.33 Kết cấu giắc nối DLC-2 ............................................................................................... 56
Hình 3.34 Thiết bị chẩn đốn lỗi của Mazda ................................................................................ 57
Hình 3.35 Đĩa cài đặt và màn hình phần mềm chẩn đoán của Mazda .......................................... 58
xv


Hình 3.36 Máy chẩn đốn của Mazda ........................................................................................... 58
Hình 3.37 Các cáp kết nối ............................................................................................................. 59
Hình 3.38 Kiểm tra khe hở của cảm biến tốc độ bánh xe trước .................................................... 64
Hình 3.39 Kiểm tra khe hở cảm biến tốc độ bánh sau xe 2-WD................................................... 65
Hình 3.40 Kiểm tra khe hở cảm biến tốc độ bánh sau xe AWD ................................................... 66

xvi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Bảng thống kê tình hình tai nạn giao thông ở Việt Nam từ năm 2010 đến năm 2016 .... 1
Bảng 3.1 Chức năng các bộ phận chính ........................................................................................ 32
Bảng 3.2 Hoạt động của các van điện khi phanh thường .............................................................. 33

Bảng 3.3 Hoạt động của các van điện trong từng chế độ .............................................................. 34
Bảng 3.4 Chức năng các bộ phận chính của hệ thống DSC .......................................................... 39
Bảng 3.5 Các cực của DSC HU/CM ............................................................................................. 54
Bảng 3.6 Các cực của DLC-2 ........................................................................................................ 56
Bảng 3.7 Tiêu chuẩn kiểm tra DSC HU/CM ................................................................................ 62
Bảng 3.8 Bảng mã chẩn đoán hệ thống DSC trên xe Mazda CX-5 2013 ..................................... 67

xvii


Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật thì nền cơng
nghiệp ơ tô trên thế giới cũng ngày càng phát triển một cách mạnh mẽ. Các nhà sản xuất
tăng cường sản xuất ô tô, xe ô tô trở thành phương tiện vô cùng quan trọng để phục vụ vận
chuyển hành khách và hàng hóa. Các xe được chế tạo với xu hướng ngày càng tăng công
xuất động cơ và cả tốc độ xe. Do đó, nhu cầu an tồn đối với xe khi lưu thông trên đường
cũng được chú ý hơn và yêu cầu nghiêm ngặt hơn rất nhiều. Một trong những hệ thống an
tồn cực kỳ quan trọng trên ơ tơ chính là hệ thống phanh. Hệ thống phanh phải tốt, có độ
tin cậy cao thì mới phát huy được hết công suất động cơ, tốc độ xe mới cao, tiết kiệm được
nhiên liệu, giảm khí thải, và đặc biệt là mang đến sự an toàn, yên tâm cho hành khách.
Bảng 1.1 Bảng thống kê tình hình tai nạn giao thơng ở Việt Nam từ năm 2010 đến năm
2016
Năm

Số vụ tai nạn

Số người bị thương Số người tử vong

2010

14.442

10.633

11.449

2011

44.548

48.734

11.395

2012

36.376

38.060

9.838

2013

29.385

29.500

9.369

2014

25.322

24.417

8.996

2015

22.827

21.069

8.727

2016

21.589

19.280

8.685

Đối với việc ngăn chặn và hạn chế xảy ra tai nạn, một hệ thống phanh hiệu quả là rất
cần thiết. Khi gặp trường hợp đường trơn trượt hay những tình huống phanh bất ngờ, việc
người lái phanh gấp sẽ gây hiện tượng bó cứng phanh, tức là má phanh dính chặt vào đĩa
phanh, không cho bánh xe quay, dẫn đến mất độ bám làm mất khả năng lái, tăng quãng
đường phanh. Điều này cực kỳ nguy hiểm và khả năng rất lớn sẽ dẫn đến tai nạn. Để khắc

phục tình trạng này chúng ta cần đến hệ thống phanh ABS để chống bó cứng khi phanh.

1


1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu của đề tài này là tìm hiểu về chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ
thống phanh ABS.
Từ đó, tìm ra cách sử dụng hệ thống phanh ABS một cách hiệu quả, biết cách kiểm tra,
chẩn đoán và sữa chữa khi hệ thống gặp sự cố.
1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu dựa trên lý thuyết. Nghiên cứu các tài liệu về hệ thống chống
bó cứng phanh ABS.
Phạm vi nghiên cứu gồm tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách kiểm tra chẩn
đoán và sữa chữa hệ thống.
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGỒI VÀ TRONG NƯỚC
1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Hệ thống phanh ABS là tên gọi theo các chữ viết tắt của tiếng anh “ Anti-Lock
Brake System”, được hiểu là hệ thống chống bó cứng khi phanh, giúp xe không bị trượt
lếch.
Hãng Bosch của Đức đã có ý tưởng và phát triển hệ thống này từ thập niên 1930.
Phanh ABS được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1960 trên các máy bay thương mại. Khi
một máy bay có trọng lượng 50 tấn đáp xuống đường bay bị đóng băng ở tốc độ 210
km/h, nếu người phi công không thể nhịp liên tục bàn đạp phanh thì chiếc máy bay có giá
trị 20 triệu đô này sẽ trượt khỏi đường băng và trở thành đống sắt vụn. Để khắc phục hiện
tượng trên, người ta bắt đầu áp dụng phanh ABS vào máy bay. Với cơng nghệ thời đó,các
chi tiết phanh ABS rất lớn và đắt tiền. Hệ thống ABS sử dụng Hidro- cơ khí hoạt động
không đáng tin cậy và không đủ nhanh trong mọi tình huống.
Điểm bất lợi của máy tính thập niên 60 là rất lớn và cồng kềnh, nên không thể đặt
nó lên chiếc ơ tơ. Vì thế người ta chế tạo ra các vi mạch nhỏ gọi là chíp điện tử, nhờ đó

các máy tính nhỏ hơn và mạnh hơn được ra đời, cho phép ứng dụng ABS trên ô tô.
Năm 1978, lần đầu tiên sản xuất được hệ thống ABS điện. Hệ thống ABS áp dụng
lần đầu tiên trên xe ơ tơ là dịng xe S-serie của Mercedes-Benz vào năm 1978 sau đấy thì
được áp dụng trên cả những phương tiện khác kể cả mô tô. Hệ thống ABS được bố trí ở
tất cả các bánh xe vào năm 1971, chế tạo hàng loạt năm 1978, sau đó được hoàn thiện
theo hướng điều khiển kỹ thuật số vào năm 1984 và từ sau năm 1992 một số nước phát

2


triển đã coi ABS là hệ thống phanh tiêu chuẩn bắt buộc đối với ô tô con.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điện tử, điều khiển tự động và các
phần mềm tính tốn, lập trình đã cho phép nghiên cứu va đưa vào ứng dụng các phương
pháp điều khiển mới trong ABS như điều khiển mờ, điều khiển thơng minh, tối ưu hóa
q trình điều khiển ABS. Các công ty như BOSCH, AISIN, DENSO, BENDIX là những
công ty đi đầu trong việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo hệ thống phanh ABS để cung
cấp cho các nhà sản xuất ô tô trên thế giới.
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Việc nghiên cứu hệ thống chống bó cứng phanh ABS ở Việt Nam hiện nay cịn rất
nhiều hạn chế, chưa có các cơng trình nghiên cứu chun sâu về tổng thể hệ thống. Những
cơng trình nghiên cứu của các tác giả ở Việt nam chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu một phần
của hệ thống như:


Đề tài “ Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển hệ thống phanh chống hãm cứng
(ABS)” của kỹ sư Nguyễn Thành Tâm thực hiện tháng 9 năm 2007. Đề tài
nghiên cứu một số vấn đề:
-

Nghiên cứu lý thuyết về phanh ABS.

-

Nghiên cứu và đề xuất thuật toán điều khiển hệ thống phanh ABS.

-

Thiết kế chế tạo thành công mạch điều khiển phanh ABS.Thử nghiệm và
so sánh ECU do TOYOTA sản xuất.



Đề tài “ Nghiên cứu động lực học phanh và ổn định phanh ở xe nhiều cầu”
của kỹ sư Hoàng Ngọc Chính. Đề tài nghiên cứu một số vấn đề:



-

Phân bố tải trọng trên xe nhiều cầu.

-

Ổn định phanh trên xe nhiều cầu.

-

Áp dụng tính tốn trên xe tải ba cầu nhãn hiệu HINO FM1 JNUA- RGV.

Đề tài “ Nghiên cứu chế tạo mơ hình hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy

tính” do kỹ sư Nguyễn Quang Tuyến thực hiện tháng 9 năm 2011. Đề tài nghiên
cứu một số vấn đề sau:
-

Chế tạo mơ hình giao tiếp với máy tính trên cơ sở thiết bị của TOYOTA.

-

Bộ tài liệu dùng cho giảng dạy dựa trên chương trình đào tạo của Tổng cục
dạy nghề ban hành.

3




Đề tài “ Nghiên cứu vấn đề ổn định của hệ thống phanh chống hãm
cứng(ABS)” của học viên Nguyễn Hưng khóa 2010- 2012 được thực hiện đề
cập đến một số vấn đề sau:
-

Phân tích động lực học phanh ABS bằng thuật tốn ABS đơn giản.

-

Phân tích q trình điều chỉnh lực phanh ABS.

4

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Xuất phát từ những tiêu chuẩn quốc gia về an toàn chuyển động của các phương tiện
giao thông, người ta đã đưa ra những yêu cầu quan trọng nhất như sau:
Đối với hệ thống phanh thuộc thế hệ các xe hiện đại, hệ thống phanh phải đạt
được:
-

Quảng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột.

-

Phanh êm dịu trong mọi trường hợp, đảm bảo sự êm dịu khi phanh.

-

Thời gian chậm tác dụng (còn gọi là thời gian phản ứng) nhỏ.

-

Điều khiển nhẹ nhàng.

-

Cơ cấu phanh thốt nhiệt tốt.

-

Phân bố mơ men phanh ở các bánh xe phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn
trọng lượng bám và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường ở bất kỳ cường độ

phanh nào (sử đụng điều chỉnh tự động lực phanh theo tải, sử dụng thiết bị
chống hãm cứng bánh xe).

-

Có độ tin cậy cao (sử dụng dẫn động phanh nhiều mạch độc lập, nâng cao độ
bền các chi tiết của hệ thống phanh).

-

Có hệ thống tự kiểm tra, chẩn đốn các hư hỏng một cách kịp thời.

Cũng từ những tiêu chuẩn trên, các phương tiện vận tải ô tô cần phải được trang
bị các hệ thống phanh bao gồm:
-

Hệ thống phanh cơng tác (hoặc phanh chính, và cũng thường gọi là phanh chân),
có tác dụng trên tất cả các bánh xe.

-

Hệ thống phanh dự phòng.

-

Hệ thống phanh dừng và hệ thống phanh phụ trợ (phanh chậm dần).

-

Điểm đặc biệt về an tồn đối với phanh cơng tác là dẫn động phanh cần phải có

khơng dưới hai mạch độc lập, ví dụ một mạch dẫn động cho cầu trước, một
mạch dẫn động cho cầu sau và một mạch cho dẫn động phanh dừng.. .để nếu hư
hỏng một mạch nào đó, mạch cịn lại vẫn đảm bảo phanh ô tô với hiệu quả
phanh không thấp hơn 30% so với khi hệ thống phanh cịn ngun vẹn. Theo
tiêu chuẩn của Thụy Điển thì giá trị này là 50%.

5


-

Đối với hệ thống phanh khí nén, phanh cơng tác cần có dung tích bình chứa tới
mức đủ để phanh có hiệu quả 5 lần liên tiếp khi nguồn năng lượng (máy nén
khí) khơng làm việc. Mỗi mạch dẫn động cần có các bình chứa riêng biệt khi
nguồn năng lượng là chung của toàn hệ thống. Trong trường hợp một mạch dẫn
động nào đó bị hư hỏng, nguồn năng lượng chung vẫn tiếp tục cung cấp năng
lượng cho các mạch khác còn tốt.

-

Hệ thống phanh dự phòng cần phải đảm bảo dừng được ô tô trong trường hợp
hệ thống phanh chính bị hư hỏng. Có thể bố trí hệ thống phanh dự phịng riêng
biệt, nếu khơng thì hệ thống phanh chính hoặc phanh dừng phải thực hiện chức
năng này và vẫn được coi là hệ thống phanh dự phòng.

-

Hệ thống phanh dừng phải dừng và đỗ được xe trên dốc. Dẫn động phanh dừng
có thể sử dụng bất kỳ dạng năng lượng nào, nhưng bộ phận tạo ra mô men phanh
để giữ xe đứng yên phải là một cơ cấu hoạt động thuần t bằng phương pháp

cơ khí và khơng phụ thuộc vào hệ thống phanh chính.

-

Hệ thống phanh chậm dần (phanh phụ trợ) đảm bảo duy trì cho ơ tô chuyển
động ở một tốc độ ổn định, điều chỉnh tốc độ ô tô một cách độc lập hoặc đồng
thời cùng với hệ thống phanh chính, nhằm mục đích giảm tải cho phanh chính.

-

Khi làm việc với rơ mc, trên ô tô kéo cần có thiết bị bảo vệ chống tụt áp suất
khí nén (hoặc thuỷ lực) để đề phịng trường hợp đường ống nối giữa ô tô kéo và
rơ moóc bị phá hủy.

-

Trường hợp xe đang chuyển động mà bị đứt mc kéo, u cầu hệ thống phanh
chính của rơ moóc phải tự động dừng được moóc với hiệu quả khơng thấp hơn
quy định đối với xe đồn tương ứng.

-

Trên rơ moóc cũng cần được trang bị cơ cấu phanh dừng để hãm rơ moóc khi
tách nó ra khỏi đầu kéo.

-

Sự mài mòn của má phanh cần được bù lại bằng hệ thống điều chỉnh bằng tay
hoặc tự động. Theo tiêu chuẩn Thụy Điển, mài mòn má phanh cần được bù lại
bằng hệ thống điều chỉnh tự động hay phải có bộ phận tín hiệu để cảnh báo về

việc tăng khe hở giữa má phanh và tang phanh.-Trong mỗi mạch dẫn động
phanh cần phải có các bộ phận giao tiếp với thiết bị kiểm tra, để kiểm tra và
thông báo tình trạng kỹ thuật của dẫn động phanh trong quá trình sử dụng.

6


2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA Q TRÌNH PHANH Ơ TƠ
Tính năng phanh hay chất lượng q trình phanh được định lượng thơng qua 2 nhóm
chỉ tiêu : Hiệu quả phanh và Tính ổn định khi phanh.[1]
Hiệu quả phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ của ô tô khi người lái tác động lên cơ
cấu điều khiển phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp.
Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì quỹ đạo của ơ tơ theo ý muốn của
người lái trong quá trình phanh.
2.2.1 Xác định các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
Gia tốc chậm dần lớn nhất j max , quảng đường phanh nhỏ nhất S min và lực phanh hoặc
lực phanh riêng. Để đánh giá hiệu quả phanh có thể dùng một trong những chỉ tiêu sau:
2.2.1.1 Gia tốc chậm dần khi phanh:
Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh
giá chất lượng phanh và là đại lượng đặc trưng cho mức độ giảm tốc độ của ơ tơ trong
q trình phanh. Khi phân tích các lực tác dụng lên ơ tơ, có thể viết phương trình cân
bằng lực kéo khi phanh ơ tơ như sau:
Fj  Fp  Ff  F  F  Fi

( 2.1)
Trong đó:


F j : Lực quán tinh sinh ra khi phanh ô tô.



Fp : Lực phanh sinh ra ở các bánh xe.



F f : Lực cản lăn.



F : Lực cản khơng khí.



F : Lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí.



Fi : Lực cản dốc. Khi phanh trên đường nằm ngang thì lực cản lên dốc Fi  0 .

Khi phanh thì , F , Ff và F khơng đáng kể, có thể bỏ qua. Sự bỏ qua này chỉ
gây sai số khoảng 1,5  2%.
Khi bỏ qua các lực F , Ff , F , và khi ô tô phanh trên đường nằm ngang Fi  0
, ta có phương trình sau : Fj  Fp

(2.2)

7

Lực phanh lớn nhất Pp max sinh ra tại bánh xe được xác định theo điều kiện bám
và đồng thời theo biểu thức:
Fpmax  G.

Hay:
 j .G
g

. j pmax  G.

( 2.3 )

Với:


j

: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ô

tô.


:Gia tốc chậm dần khi phanh.

j p.max

 g

: Gia tốc trọng trường.

Từ biểu thức (2.3) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:
j p.max 

 .g
i

( 2.4)

Để jpmax tăng thì ta giảm  i và tăng  .
-

Giảm  i bằng cách tách ly hợp khi phanh gấp.

-

Tăng  bằng cách cải thiện tình trạng mặt đường.

2.2.1.2 Thời gian phanh
Thời gian phanh là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh. Thời
gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt. Để xác định thời gian phanh ta có
thể sử dụng biểu thức sau:
jp 

dv  .g

dt
i

( 2.5)
Suy ra: dt 

i
.dv
 .g

( 2.6)

Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất t p min cần tích phân dt trong giới hạn
từ thời điểm ứng với vận tốc khi bắt đầu phanh v1 , vận tốc khi kết thúc phanh v2 ( v1  v2
).

8


t p min 

v1

i

i

 .g .dv  .g (v

1

 v2 )

( 2.7)

v2

Khi ơ tơ phanh đến lúc dừng hẳn thì v2  0 , do dó:
tmin 

 i .v1
 .g

( 2.8)

Trong đó:
v1 - vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh.

v2 - vận tốc của xe tại thời điểm kết thúc phanh.

Từ biểu thức trên ta thấy rằng thời gian phanh ô tô nhỏ nhất phụ thuộc vào vận
tốc bắt đầu phanh của ô tô, phụ thuộc vào hệ số  i và hệ số bám  giữa các bánh xe với
mặt đường. Để cho thời gian phanh nhỏ nhất cần phải giảm  i , vì vậy người lái xe nên
cắt ly hợp khi phanh. Ngoài ra phải thực hiện các biện pháp để tăng hệ số bám dọc  .
2.2.1.3 Quãng đường phanh:
Quãng đường phanh ( S p ) là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng
phanh của ơ tơ. Vì vậy trong tính năng kỹ thuật của ơ tơ, các nhà chế tạo cho biết quãng
đường phanh của ô tô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định. So với các chỉ tiêu khác
thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có thể nhận thức được một cách trực
quan, dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe xử lý tốt trong khi phanh ô tô trên đường.
Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất, có thể sử dụng biểu thức (2.5) bằng cách
nhân hai vế với dS (dS- vi phân của quãng đường), ta có:
dv
 .g
.dS 

.dS
dv
i
vdv 

Hay là:

 .g
.dS
i

(2.9)

Quãng đường phanh nhỏ nhất được xác định bằng cách tích phân dS trong giới
hạn từ v1 đến v2 . Ta có:
S p min 

i
i
v .g vdv  .g v vdv
v1

2

v1

(2.10)

2

9


S p min 

i
.(v12  v22 )
2. .g

(2.11)

Khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn v2  0 :
S p min 

i
.v12
2. .g

(2.12)

Từ biểu thức trên ta thấy rằng quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận
tốc chuyển động của ô tô lúc bắt đầu phanh, phụ thuộc vào hệ số bám  và hệ số tính
đến ảnh hưởng của các khối lượng quay  i . Để giảm quãng đường phanh cần giảm hệ
số  i ,cho nên nếu người lái cắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn
hơn.
Cần lưu ý rằng, theo các cơng thức trên thì j p max , t p min , S p min phụ thuộc vào hệ
số bám S p min , nhưng do  lại phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên các bánh xe, tức là
phụ thuộc vào trọng lượng tồn bộ của xe G. Bởi vậy j p , t p , S p có phụ thuộc vào G, mặc
dù trong các cơng thức tính j p , t p , S p khơng có mặt của G.
2.2.1.4 Lực phanh và lực phanh riêng:

Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh.
Chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất là khi thử phanh ô tô trên bệ thử. Lực phanh sinh
ra ở các bánh xe của ô tô xác định theo biểu thức :
Fp 

Mp
rb

(2.13)

Ở đây :
Fp –Lực phanh ô tô.

M p –Mô men phanh ở các cơ cấu phanh.

rb –Bán kính làm việc trung bình của bánh xe.

Lực phanh riêng là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng tồn bộ G của ô
tô, nghĩa là:
Fpr 

Fp
G

(2.14)

10


Lực phanh riêng cực đại ứng với khi lực phanh cực đại :

Fpr max 

Fp max
G



.G
G



(2.15)

Từ biểu thức (2.15) ta thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng hệ số bám  . Như
vậy về lý thuyết mà nói, trên mặt đường nhựa khô nằm ngang, lực phanh riêng cực đại
có thể đạt được giá trị 75  80%. Trong thực tế giá trị đạt được thấp hơn nhiều, chỉ
khoảng 45  65%.
* Nhận xét:
Trong các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh thì chỉ tiêu quãng đường phanh là
đặc trưng nhất và có ý nghĩa quan trọng nhất, vì quãng đường phanh cho phép người lái
hình dung được vị trí xe sẽ dừng trước một chướng ngại vật mà họ phải xử trí để khỏi
xảy ra tai nạn khi người lái xe phanh ở tốc độ ban đầu nào đấy.
Cần chú ý rằng bốn chỉ tiêu nêu trên đều có giá trị ngang nhau (giá trị tương
đương), nghĩa là khi đánh giá chất lượng phanh chỉ cần dùng một trong bốn chỉ tiêu trên.
2.2.2 Ổn định của ô tô khi phanh:
2.2.2.1 Ổn định của ô tô khi phanh nếu các bánh xe bị hãm cứng:
Để thấy rõ ổn định của ô tô khi phanh nếu các bánh xe bị hãm cứng, trước hết
chúng ta phải khảo sát mối quan hệ giữa phản lực tiếp tuyến X b và phản lực ngang Yb tác
dụng từ mặt đường lên bánh xe trong quá trình phanh. Khi phanh, phản lực tiếp tuyến tác

dụng lên bánh xe sẽ là:
X b  Fpb  Ffb

(2.16)

Nhưng do Ffb rất nhỏ so với F pb , nên có thể coi:
X b  Fpb

(2.17)

Ở đây:
F pb –Lực phanh tác dụng lên bánh xe.

Ffb –Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe.

11


Hình 2.1 Nguyên nhân xuất hiện phản lực ngang ở bánh xe khi phanh
Trong q trình phanh, nếu có lực ngang Y tác dụng lên thân xe, thì tại tâm
các bánh xe sẽ có lực ngang Fy tác dụng, lập tức dưới các bánh xe xuất hiện các phản
lực ngang Yb ngược chiều với Fy ( hình 2.1).
Chúng ta giả thiết rằng:
x   y  tq  

Lúc này dưới bánh xe sẽ xuất hiện đồng thời các lực F pb và Yb . Hợp lực của
chúng là N b :
N b  Fpb2  Yb2

(2.18)

Phản lực tổng hợp N b cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt
đường. Nghĩa là:

N b  Fpb2  Yb2  N b max   .Z b

(2.19)

Giá trị Nb max xác định một vịng trịn có tâm O tại tâm bề mặt tiếp xúc giữa bánh
xe với mặt đường và bán kính R  Nb max . Vòng tròn này được gọi là vòng tròn giới hạn
bám. Nếu các lực F pb , Yb hoặc N b lớn hơn R thì bánh xe sẽ trượt ( hình 2.2).

12


Hình 2.2 Giới hạn bám của vịng trịn bánh xe khi phanh
Từ (2.18) ta suy ra:
Yb 

N b2  Fpb2

( 2.20)

Theo ( 2.20) dễ thấy rằng: Khi lực phanh F pb tăng thì phản lực ngang Yb giảm
và ngược lại.
Đặt biệt nếu:

Fpb  Fpb max   .Z b và Nb  Nb max  .Zb thì Yb  0 (2.21)

* Kết luận:

Nếu lực phanh Fp  Fp max   .Z b và bánh xe bắt đầu bị hãm cứng thì phản lực
ngang tác dụng lên bánh xe Yb  0 . Lúc này chỉ cần một lực ngang nhỏ Y tác dụng lên
thân xe thì ở bánh xe sẽ xuất hiện một lực ngang Fy rất nhỏ tác dụng tại tâm bánh xe là
làm cho bánh xe sẽ trượt ngang, do ở dưới bánh xe Yb  0 và khơng cịn cân bằng lực
theo chiều ngang. Chúng ta sẽ sử dụng kết luận trên để xét ổn định của xe khi phanh nếu
các bánh xe bị hãm cứng.
2.2.2.1.1 Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh:
Giả thiết rằng xe đang phanh trên đường không thẳng tuyệt đối, cho nên lực
quán tính F j sẽ tạo với trục dọc của xe một góc   0 ( xem hình 2.3 ). Nếu đường
thẳng thì vẫn có lực ngang tác dụng tại trọng tâm T, đó là thành phần G.sin  do mặt
đường nghiêng ngang một góc   0 . Như vậy, khi phanh sẽ xuất hiện lực ngang Y tác
dụng tại T ( Y  F jy hay Y  G.sin  hoặc Y là lực của gió tạt ngang ).

13


Hình 2.3 Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng
Khi có lực ngang tác dụng tại T thì ở các bánh xe cầu trước xuất hiện các
phản lực ngang Yb'1 , Yb"1 (Yb'1  Yb"1  Y1 ) , còn ở cầu sau do các bánh xe đã bị hãm cứng (
Fp 2  .Z2 ) nên Yb'2  0 , Yb"2  0 , suy ra Y2  Yb'2  Yb"2  0 .

Dễ thấy rằng Y1  F jy và Y1 , F jy là một ngẫu lực nên đã làm xuất hiện mô men
M q làm quay xe:

M q  Y1 .a  Fjy .a

(2.22)

Với chiều của M q như ở hình 2.3 sẽ làm góc  tăng lên, dẫn đến F jy tăng
lên và làm cho giá trị M q càng tăng, xe có khả năng bị quay ngang và nguy cơ xe bị

lật đổ là khó tránh khỏi. Bởi vậy, nếu các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh là
trạng thái chuyển động không ổn định.
2.2.2.1.2 Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng khi phanh:
Vẫn giả thiết rằng: khi xe đang phanh thì có lực ngang Y tác dụng lên thân
xe ( Y  F jy hay Y  G.sin  hoặc Y là lực của gió tạt ngang ). Lúc này các bánh xe ở
cầu trước bị hãm cứng ( xem hình 2.4).

14


Hình 2.4 Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng
Khi có lực ngang tác dụng tại T thì ở các bánh xe cầu sau xuất hiện các phản
lực ngang Yb'2 , Yb"2 (Yb'2  Yb"2  Y2 ) , còn ở cầu trước do các bánh xe bị hãm cứng ( Fp1  .Z1
) nên Yb'1  0 , Yb"1  0 , suy ra Y1  Yb'1  Yb"1  0 .
Ta thấy rằng Y2  Fjy và Y2 , F jy là một ngẫu lực nên đã làm xuất hiện mô men
M q' làm quay xe:
M q'  Y2 .b  Fjy .b

(2.23)

Với chiều của M q' như hình 2.4 sẽ làm góc  giảm xuống, dẫn đến F jy giảm
xuống và làm cho giá trị M q' càng giảm, tức là nguyên nhân làm quay xe càng giảm
xuống và trở về không. Cho nên nguy cơ xe bị quay ngang là không thể xảy ra.
Tuy nhiên, khi các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng, do các phản lực ngang
tác dụng lên các bánh xe trước bằng khơng. Nên xe khơng cịn điều khiển được thơng
qua hệ thống lái, tức là xe bị mất tính ổn định hướng. Bởi vậy, ở trường hợp này xe
cũng chuyển động không ổn định.
* Kết luận:
+Khi phanh xe, để xe chuyển động ổn định thì khơng được để các bánh xe
cầu trước và cầu sau bị hãm cứng.

+ Nếu tất cả các bánh xe ở cả hai cầu bị hãm cứng và khơng có lực ngang
tác dụng lên xe thì xe sẽ trượt thẳng. Nếu có lực ngang tác dụng lên xe thì
xe sẽ trượt xiên ( vì lúc này ngồi lực ngang Y cịn có lực F j tác dụng theo
chiều dọc của xe, nên hợp lực của chúng làm cho xe trượt ) và xe chuyển

15