Thiết kế hệ thống phanh xe tải 23 tấn theo tiêu chuẩn ECE r13

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Trên thế giới ngày nay, công nghiệp ô tô ngày càng phát triển vượt bậc.
Năm 1885 Karl Benz phát minh ra chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ xăng
như một cải tiến về môi trường, thay thế cho xe ngựa kéo. Ô tô đã dần trở thành
phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hóa cho các ngành
kinh tế quốc dân, đồng thời là phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền
kinh tế phát triển.
Nhưng cùng với sự phát triển đó, tai nạn giao thông (TNGT) ngày càng gia
tăng. Theo thống kê, TNGT đường bộ là loại TNGT phổ biến và làm nhiều
người thiệt mạng, bị thương nhất ở các quốc gia đang phát triển. Đối với ô tô,
nguyên nhân xảy ra tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai
nạn do kỹ thuật gây nên. Chính vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng
được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày
càng nghiêm ngặt và chặt chẽ.
Đề tài của em được giao là: “Thiết kế hệ thống phanh xe tải 23 tấn theo tiêu
chuẩn ECE R13” với các nhiệm vụ chính:
• Tìm hiểu tổng quan về hệ thống phanh
• Lựa chọn phương án thiết kế.
• Tìm hiểu tiêu chuẩn ECE R13
• Tính toán hệ thống phanh theo tiêu chuẩn
• Tính toán một số phần tử dẫn động và tính bền cơ cấu phanh
• Tìm hiểu phương pháp chẩn đoán kỹ thuật hệ thống phanh
Sau 3 tháng thực hiện đồ án tại bộ môn “Ô tô và xe chuyên dụng – Trường
đại học Bách Khoa Hà Nội” dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn
Trọng Hoan cùng sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn em đã hoàn thành đồ án
tốt nghiệp của mình. Do thời gian có hạn, trong quá trình làm đồ án em không
1

thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ

sung của các thầy và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Trần Thị Ánh
2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH
I. CÔNG DỤNG
Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động, dừng hẳn ô tô, hoặc
giữ ô tô đứng yên trên một độ dốc nhất định.
II. PHÂN LOẠI
Hệ thống phanh được phân chia theo tính chất hình thành hệ thống phanh:
1. Theo đặc điểm điều khiển
- Phanh chính (phanh chân) dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động;
- Phanh phụ (phanh tay) dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng
làm phanh dự phòng;
- Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ) dùng để tiêu hao bớt
một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc
dài,…).
2. Theo kết cấu của cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh là bộ phận thực hiện tiêu hao động năng của xe khi phanh và
được điều khiển từ các cơ cấu trên buồng lái. Cơ cấu phanh thường dùng trên cơ
sở tạo ma sát giữa phần quay và phần cố định. Trên ô tô thường sử dụng hai loại
cơ cấu phanh: tang trống và đĩa.
2.1 Cơ cấu phanh tang trống
Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điều
khiển các guốc phanh thành các dạng:
- Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục, được sử dụng trên đẫn động phanh
thủy lực và khí nén. Đối với dẫn động thủy lực, cơ cấu phanh thường được bố trí
trên cầu sau ô tô con và tải nhỏ, có xi lanh thủy lực điều khiển ép guốc phanh

vào trống phanh. Đối với dẫn động khí nén, cơ cấu phanh được bố trí trên cầu
trước ô tô tải vừa và nặng, có xi lanh khí nén điều khiển cam xoay ép guốc
phanh vào trống phanh.
- Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm, chỉ dùng với xi lanh thủy lực và
được bố trí ở cầu trước của ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ. Kết cấu bố trí sao cho với
3

chuyển động tiến (theo chiều quay ω) cả hai guốc phanh đều là guốc siết, khi lùi
trở thành hai guốc nhả. Như vậy hiệu quả phanh khi tiến lớn, khi lùi nhỏ.
- Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi, cả hai đầu các guốc phanh đều chịu tác động
trực tiếp của lực điều khiển và có thể di trượt. Kết cấu của cơ cấu phanh dạng bơi
dùng cho ô tô tải với hệ thống dẫn động phanh thủy lực điều khiển khí nén.
- Cơ cấu phanh dạng tự cường hóa, có khả năng gia tăng hiệu quả tạo nên mô
men phanh dưới tác dụng của lực điều khiển. Do sự biến đổi nhanh mô men
phanh khi gia tăng lực điều khiển nên tính chất ổn định mô men kém, chỉ sử
dụng kết cấu này khi cần thiết.
Hình 1.1: Cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực
4

Hình 1.2: Cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén.
Đối với cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén:
• Cam Acsimet: biên dạng chế tạo đơn giản, bố trí cam quay và guốc phanh
đối xứng qua trục, dịch chuyển của các guốc phanh khi cam làm việc lớn,
ảnh hưởng tới hiệu quả sinh ra mô men phanh của cơ cấu phanh khác nhau
nhiều.
• Cam Cycloit: cho phép dịch chuyển của các guốc phanh khi cam làm việc
nhỏ hơn nên được dùng phổ biến.
 Ưu điểm:
- Mô men phanh lớn do diện tích tiếp xúc giữa má phanh, trống
phanh lớn.

- Cơ cấu phanh được che kín trong quá trình làm việc.
- Má phanh lâu mòn hơn.
- Giá thành rẻ.
 Nhược điểm:
- Thoát nhiệt kém.
- Trọng lượng lớn.
- Kém ổn định hơn, khi tiến và lùi hiệu quả phanh không đều.
2.2 Cơ cấu phanh đĩa
Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa được chia thành loại có giá đỡ xi lanh cố định và
loại có giá đỡ xi lanh di động.
5

Hình 1.3: Cơ cấu phanh đĩa
Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa gồm:
- Đĩa phanh được lắp và quay cùng với moay ơ của bánh xe,
- Giá đỡ xi lanh đồng thời là xi lanh điều khiển, trên đó bố trí các đường dẫn dầu
áp suất cao, bên trong xi lanh có các piston.
- Hai má phanh phẳng đặt ở hai bên đĩa phanh và được tiếp nhận lực điều khiển bởi
các piston trong xi lanh bánh xe.
• Ưu điểm:
- Cơ cấu phanh đĩa cho phép mô men phanh ổn định khi hệ số ma sát thay đổi,
điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao;
- Thoát nhiệt tốt, khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn;
- Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát;
- Khe hở giữa má phanh và đĩa phanh nhỏ nên tác động nhanh hơn, hành trình bàn
đạp ngắn và dễ bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má phanh – đĩa phanh.
• Nhược điểm:
- Giá thành cao;
- Áp suất tác dụng lên má phanh lớn nên yêu cầu vật liệu tốt hơn;
- Khi phanh sinh ra các lực phụ tác dụng lên ổ bi bánh xe;

- Kết cấu hở, dễ dính bụi, bùn đất nên các tấm ma sát của loại phanh này mòn
nhanh hơn phanh guốc, ít dùng trên xe tải.
3. Theo dẫn động phanh
3.1 Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí
Dẫn động cơ khí có ưu điểm là độ tin cậy cao, nhưng lực tác dụng bàn đạp
lớn. Loại này chỉ được dùng trong phanh tay.
3.2 Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực
6

Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm: phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao
(do dầu không bị nén). Nhược điểm của nó là tỉ số truyền của dẫn động không
lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ thống dẫn
động phanh thủy lực thường được dùng trên ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ.
3.3 Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
Dẫn động phanh khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều
khiển cung cấp khí nén tới các bầu phanh bánh xe, tại bầu phanh áp suất khí nén
tạo lực tác dụng lên guốc phanh, thực hiện phanh ô tô. Do đó có ưu điểm lực
điều khiển trên bàn đạp nhỏ, áp suất trên đường ống không cao và cho phép dẫn
động dài tới các cơ cấu phanh cần thiết, nhưng nhược điểm là độ nhạy kém (thời
gian chậm tác dụng lớn), các kết cấu có kích thước lớn, vì thế thích hợp với các ô
tô tải vừa và lớn.
3.4 Hệ thống phanh dẫn động liên hợp thủy lực – khí nén
Hệ thống tận dụng ưu điểm của cả hai loại dẫn động phanh thủy lực và khí
nén sử dụng trên các ô tô tải, ô tô buýt trung bình và lớn.
3.5 Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực
Hệ thống dẫn động điều khiển đòi hỏi làm việc thường xuyên để điều khiển
tốc độ và dừng ô tô, các bộ truyền thủy tĩnh không cho phép có tỷ số truyền dẫn
động lớn, do vậy cần thiết giảm nhẹ lực bàn đạp phanh. Bộ trợ lực phanh sử
dụng trong hệ thống phanh thủy lực với các nguồn năng lượng trợ lực khác nhau
như: chân không, khí nén, thủy lực, điện… Trên ô tô con và ô tô tải nhẹ phổ biến

dùng trợ lực chân không cho hệ thống dẫn động phanh thủy lực.
4. Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh
Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều
khiển ô tô khi phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:
- Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh);
- Bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh có ABS).
Trên hệ thống phanh có ABS còn có thể bố trí các liên hợp điều chỉnh: hạn
chế trượt quay, ổn định động học ô tô… nhằm hoàn thiện khả năng cơ động, ổn
định của ô tô khi không điều khiển phanh.
III. YÊU CẦU KẾT CẤU
7

Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo
quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm;
- Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay
cần kéo điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người;
- Đảm bảo sự ổn định chuyển động của ô tô và phanh êm dịu trong
mọi trường hợp;
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan
giữa lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh;
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ
cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng;
- Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các
cường độ lực bàn đạp khác nhau;
- Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên nền
đường dốc;
- Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong
mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng.
8

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Từ đặc điểm, yêu cầu của xe thiết kế là loại ô tô tải N3 và các phân tích từ
chương 1, lựa chọn cơ cấu phanh tang trống với dẫn động phanh điều khiển khí
nén có hoặc không sử dụng bộ điều hòa lực phanh phụ thuộc vào quá trình tính
toán.
I. SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động phanh nén
Trên hình vẽ thể hiện sơ đồ nguyên lí của hệ thống dẫn động phanh bằng
khí nén của ô tô tải có 3 cầu. Hệ thống gồm có nguồn cung cấp khí nén, dẫn
động phanh chính với 2 dòng độc lập, dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.
Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van điều áp 2, qua bộ lọc
tách nước 3, van an toàn kép 4 tới các bình chứa khí 5 và 6. Van an toàn kép 4
đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành 2
nguồn cung cấp khí độc lập cho 2 dòng dẫn động phanh. Van bảo vệ 17 có
9

nhiệm vụ ngắt bình chứa khí 18 không cho thông với hệ thống nếu có sự cố lọt
khí trên đường dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.
Dẫn động phanh chính gồm có 2 dòng độc lập với nhau. Dòng dẫn động
phanh cầu trước bắt đầu từ bình khí 5 đi qua ống dẫn 8, qua khoang dưới của
tổng van 11, qua van hạn chế áp suất 12 tới các bầu phanh 13. Dòng dẫn động
phanh cầu sau đi từ bình khí 6 qua ống dẫn 7, qua khoang trên của tổng van 11,
qua bộ điều hòa lực phanh 14 tới các bầu phanh 15, 16 của cụm cầu sau.
Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệ
thống chung gồm có các bình chứa khí 18, 19, van điều khiển 20, van gia tốc 21
và các bầu tích năng dạng lò xo 22, 23 bố trí tại các cầu sau của ô tô.
II. PHÂN TÍCH KẾT CẤU
1. Phần cung cấp khí nén
a. Máy nén khí và bộ điều chỉnh áp suất

• Máy nén khí
Hệ thống phanh khí nén làm việc với không khí được nén tới áp suất nhất
định, do vậy trên động cơ bố trí máy nén khí với nhiệm vụ cung cấp ổn định
không khí sạch có áp suất. Máy nén khí sử dụng trong các hệ thống dẫn động
phanh trên các ô tô tải thường là máy nén khí dạng piston 2 xi lanh. Máy nén
được thiết kế với năng suất sao cho có thể nạp nhanh tất cả các bình khí trên ô tô
sau khi khởi động động cơ.
• Bộ tự động điều chỉnh áp suất
Bộ tự động điều chỉnh áp suất được bố trí nằm cạnh máy nén khí, cùng cơ
cấu giảm áp thực hiện nhiệm vụ duy trì áp suất của khí nén ở một giá trị nhất
định (0,75 – 0,85 MPa). Khi áp suất trong hệ thống vượt quá giá trị cho phép, bộ
điều chỉnh áp suất và cơ cấu giảm áp tạo tác động phản hồi giúp máy nén khí làm
việc không tải.
b. Bộ lọc hơi nước và làm khô khí nén
Máy nén khí hút không khí từ ngoài khí quyển với độ ẩm khác nhau và
được đưa vào hệ thống cung cấp. Hơi nước trong hệ thống khí nén có thể tạo ra
10

cặn tại các bình chứa khí nén, trên đường ống làm chậm hay tác nghẽn tác dụng
truyền áp suất và gây gỉ các chi tiết kim loại, do vậy cần thiết tách hơi nước khỏi
khí nén thông qua bộ lọc và làm khô.
2. Cụm điều khiển (van phân phối hai dòng)
a. Cấu tạo
Cấu tạo của van phân phối được mô tả trên hình vẽ, chia làm 3 cụm chính:
bàn đạp, cụm van điều khiển dòng khí phía trên (tới các bánh xe phía sau), cụm
van điều khiển dòng khí phía dưới (tới các bánh xe phía trước).
Hình 2.2: Van phân phối dẫn động
hai dòng
1- Chụp che bụi
2- Lò xo hồi vị piston trên

3- Vòng hãm đế van trên
4- Piston dưới
5- Lò xo hồi vị van dưới
6- Thân van dưới
7- Van xả khí
8- Đế đỡ lò xo hồi vị van dưới
9- Van dưới
10- Lò xo hồi vị piston dưới
11- Lò xo hồi vị van trên
12- Van trên
13- Lò xo đỡ trục xuyên tâm
14- Lò xo ép piston trên
15- Piston trên
16- Thân van trên
17- Nắp van phanh
18- Vít điều chỉnh
19- Cốc ép
20- Con lăn
21- Bàn đạp phanh
- Cụm bàn đạp:
Bàn đạp phanh 21 có cơ cấu hoạt động kiểu đòn bẩy với điểm tựa O nằm
trên nắp van phanh 17. Điểm thấp nhất của bàn đạp bị hạn chế bởi vít điều chỉnh
18 và chốt quay. Vít điều chỉnh 18 tì vào nắp 17 để hạn chế hành trình của chốt
quay khi nhả phanh, đồng thời là cơ cấu điều chỉnh hành trình tự do của bàn đạp.
11

Con lăn 20, quay quanh điểm tựa O và dịch chuyển theo chiều quay của bàn
đạp khi phanh, ép cốc 19, đẩy piston trên 15, piston dưới 4 làm thay đổi vị trí các
cụm van trên, dưới của van phân phối.
- Cụm van điều khiển dòng phanh sau:

Nhiệm vụ chính của cụm van trên là điều khiển đóng mở dòng phanh dẫn ra
cầu sau của ô tô. Cum van điều khiển dòng phanh sau bao gồm: nắp van phanh
17 và các chi tiết nằm trong thân van trên 16. Piston trên 15 được giữ và dịch
chuyển trong thân van 16 bởi các lò xo hồi vị 2, lò xo ép 14. Mặt dưới của piston
15 là đế van trong của cụm van. Khi không phanh, van 12 đóng đường cung cấp
khí nén từ C sang A, đồng thời mở đường dẫn khí A, qua lỗ rỗng xuyên tâm trên
piston dưới 4, thông ra khí quyển E. Nhờ cấu trúc như trên, cụm van điều khiển
dòng phanh sau là một van kép thực hiện hai chức năng: đóng mở đường khí nén
từ C sang A, và mở đóng đường khí từ A ra cửa xả E.
- Cụm van điều khiển dòng phanh trước:
Cụm van điều khiển dòng phanh trước bao gồm: piston 4 nằm dưới thân
van trên 16 và các chi tiết nằm trong thân van dưới 6.
Piston 4 có lõi là ống trụ rỗng làm nhiệm vụ xả khí ra khí quyển. Piston
được ép lên trên nhờ lò xo hồi vị 10. Mặt dưới của piston 4 là đế van trong của
cụm van dưới. Đế van trong dịch chuyển cùng cụm piston 4. Dưới tác dụng của
lò xo 5, van 9 (nằm dưới piston 4), ép sát vào đế van ngoài.
Khi không phanh, van 9 đóng đường cung cấp khí nén từ D sang B, đồng
thời mở đường dẫn khí ra khí quyển. Lò xo 5 tỳ lên đế đỡ 8 và luôn có xu hướng
ép van 9 đóng kín đường cung cấp khí nén từ D sang B. Đế đỡ 8 được cố định
bởi vòng khóa hở miệng, nằm trong thân van dưới 6.
Van 12 chế tạo bằng cao su và được định dạng nhờ ống trụ dẫn hướng, van
có thể dịch chuyển lên xuống theo trục dẫn hướng.
Cụm van điều khiển dòng phanh trước là một van kép thực hiện hai chức
năng: đóng mở đường khí nén từ D sang B và mở đóng đường khí từ B ra cửa E.
b. Nguyên lý làm việc
- Khi không phanh: lò xo 5 và lò xo 11 giữ cho van trên 12 và van dưới 10 đóng
cửa nạp, khí từ bình chứa tới các cửa C, D bị chặn lại và thường trực ở đó.
12

Không khí có áp suất bằng áp suất khí quyển thông vào đường A và đường B

qua đường E cho phép các bầu phanh bánh xe ở trạng thái nhả phanh, bánh xe
lăn trơn.
- Khi phanh, bàn đạp phanh quay quanh chốt cố định O, ép con lăn 20 tỳ lên cốc
ép 19 đi xuống. Khi đã khắc phục xong khe hở tự do, bích chặn ép lò xo 14 tỳ
vào piston trên 15 xuống. Ban đầu, đế trong của van tiếp xúc với mặt van 12,
đường khí A ra khí quyển bị đóng lại, đế van trong tiếp tục đi xuống, tách đế
ngoài của van khỏi mặt van 12, van nạp khí nén trên bắt đầu mở. Khí nén đi từ
cửa C qua van nạp ngăn trên thông sang cửa A để dẫn đến các bầu phanh bánh
xe sau.
Đồng thời với quá trình này, ở cạnh cửa A có một lỗ nhỏ thông với mặt
dưới của piston trên 15, và một lỗ khác thông với mặt trên của piston dưới 4. Với
piston trên, áp suất khí nén có tác dụng cùng chiều với lực đẩy của lò xo hồi vị 2
tăng lực đẩy lên piston 15 gây cảm giác nặng cho người lái.
Với piston dưới, chiều tác dụng của lực bàn đạp qua piston trên 15 đẩy
piston 4 đi xuống ép sát vào mặt van dưới 9, đường thông B ra khí quyển E
đóng, piston 4 tách đế ngoài của van khỏi mặt van 9, van nạp khí nén bắt đầu
mở. Khí nén đi từ cửa D qua van 9 thông sang cửa B để dẫn đến các bầu phanh
bánh xe trước.
Mặt khác, áp suất khí nén qua lỗ nhỏ tác dụng lên mặt trên của piston dưới
4 đẩy piston dưới đi xuống. Lực khí nén của khoang trên (từ C sang A) cùng
chiều lực bàn đạp hỗ trợ đẩy piston 4 đi xuống làm nhanh quá trình đóng mở
cụm van dưới.
- Khi nhả phanh, bàn đạp phanh 21 trở về vị trí ban đầu, cốc ép 19 được đẩy về vị
trí ban đầu dưới tác động của lực lò xo hồi vị, đẩy piston dưới 4 và piston trên 15
dịch chuyển lên trên. Quá trình dịch chuyển xảy ra: đóng van cấp khí nén và mở
van thông khí quyển. Như vậy dòng cấp khí nén từ C sang A và từ D sang B bị
ngắt và nối thông đường khí A, B ra khí quyển E. Khí nén từ các bầu phanh được
13

xả ra ngoài nhờ lò xo hồi vị ở cơ cấu phanh và bầu phanh bánh xe, quá trình

phanh kết thúc.
- Rà phanh: là quá trình phanh xe và duy trì phanh ở một mức độ nhất định nhằm
giữ ô tô ở tốc độ nào đó. Khi rà phanh, ban đầu người lái phanh xe bằng cách
tăng dần lực điều khiển bàn đạp, sau đó không tăng và giữ nguyên bàn đạp ở vị
trí nào đó.
Khi người lái tăng dần lực bàn đạp, các van cấp khí đang mở rộng dần và
tạo điều kiện cho tăng dần áp suất sau van. Áp suất khí nén thông qua các lỗ nhỏ
tăng dần, tác dụng lên mặt dưới của piston 15 và mặt trên của piston 4.
Giữ nguyên vị trí bàn đạp (không tăng lực điều khiển), áp suất sau van sẽ
tiếp tục tăng theo quán tính dòng khí và có xu hướng đẩy piston trên 15 dịch lên,
tạo điều kiện cho van 12 đi lên, đóng mặt van 12 với đế van ngoài, bịt đường khí
cấp cho đường A, áp suất sau van 12 không tăng được nữa. Khi đó, áp suất ở mặt
trên piston dưới 4 không tăng được nữa, tạo điều kiện cho piston 4 đi lên, đóng
mặt van 9 với đế van ngoài, bịt đường khí cấp cho đường B, áp suất sau van 9
không tăng được nữa. Lực bàn đạp không tăng nhưng duy trì ở mức độ nhất định
chưa đủ để mở van xả khí. Do đó trong trường hợp rà phanh các van đều nằm
trong trạng thái đóng kín. Áp suất khí nén sau van duy trì ở mức độ nhất định và
bầu phanh không tăng lực điều khiển, cơ cấu phanh vẫn bị phanh ở mức độ
tương ứng với vị trí bàn đạp phanh, tạo nên trạng thái rà phanh ở cơ cấu phanh.
- Khi một dòng phanh bị hỏng:
Van phân phối hai dòng còn cho phép làm việc khi bị hỏng một dòng phanh
bất kì, tuy nhiên hiệu quả phanh sẽ kém hơn.
Khi dòng phanh sau bị hỏng: Giả thiết dòng khí C mất áp suất, hành trình
của bàn đạp phanh vẫn phải khắc phục hết khe hở để đóng van xả của cụm van
trên khí nén và mở van thông đường C sang A, sau đó đẩy tiếp piston 4 đi xuống,
mở van nạp khí từ đường D sang B. Nhưng do không có áp suất hỗ trợ mở cụm
van dưới của dòng phanh sau (phía trên), do vậy hành trình và lực bàn đạp yêu
cầu lớn hơn.
14

Khi dòng phanh trước bị hỏng: nếu dòng phanh trước bị mất áp suất, quá
trình đóng mở cụm van trên vẫn thực hiện được. Khi tiếp tục đạp phanh, piston
15 đi xuống, đẩy tiếp piston 4 đóng van xả và mở van cấp cho cụm van dưới. Hai
dòng khí vẫn được ngăn cách nhờ piston 4, đảm bảo cho dòng phanh sau vẫn
hoạt động.
Khi một trong hai dòng phanh bị hỏng, vùng áp suất cao tại một dòng
phanh được ngăn cách với dòng phanh còn lại nhờ piston 4 và các phớt cao su
bao kín, đảm bảo cho dòng phanh có áp suất vẫn hoạt động.
3. Bầu phanh bánh xe
Bầu phanh bánh xe có cấu trúc như xi lanh lực tác động một chiều. Vỏ của
bầu phanh được bắt cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên piston đẩy và dịch
chuyển để điều khiển cam quay.
Bầu phanh bánh xe có nhiệm vụ tạo lực khí nén đẩy đòn đẩy dịch chuyển,
tạo nên xoay cam quay ở cơ cấu phanh.
a. Bầu phanh đơn
Hình 2.3: Bầu phanh đơn
1,7- Nửa vỏ;
2- Lò xo hồi vị;
3- Đầu nối khí;
4- Tấm đỡ;
5- Màng cao su;
6- Đòn đẩy;
8- Bu lông bắt với giá;
9- Đai ốc điều chỉnh;
10- Đầu nối chữ U
Cấu tạo của bầu phanh đơn dạng màng gồm: hai nửa vỏ của bầu phanh 1,7.
Màng cao su 5 bố trí giữa hai nửa vỏ, chia bầu phanh thành hai khoang. Khoang
trên có cửa P dẫn khí nén từ van phân phối đến, khoang dưới có lỗ thông R với
khí quyển. Lò xo hồi vị 2 có tác dụng đẩy màng 5 về vị trí ban đầu khi không
phanh.

15

Màng 5 được đỡ bằng tấm đỡ 4, và nối liền với đòn đẩy 6. Đòn đẩy 6 và
đầu nối 10 liên kết bắt ren với nhau, tạo thành đòn đẩy dẫn động quay cam quay
đóng mở cơ cấu phanh. Chiều dài của đòn đẩy được điều chỉnh nhờ đai ốc 9,
nhằm tạo nên vị trí thích hợp với cam quay.
Nguyên lý làm việc:
Khi không phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 2, màng 5 ở vị trí tận cùng
phía trên. Khi phanh, khí nén có áp suất cao được dẫn tới khoang trên của bầu
phanh qua lỗ P, đẩy màng 5 và đòn đẩy 6 dịch chuyển về xuống dưới, thực hiện
sự xoay cam quay trong cơ cấu phanh. Khi nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo
hồi vị 2 đẩy màng 5, kéo đòn 6 trở về vị trí ban đầu. Khí nén ở khoang trên theo
đường ống quay về van phân phối thoát ra ngoài, kết thúc quá trình phanh.
b. Bầu phanh tích năng
Cấu tạo của bầu phanh và các trạng thái làm việc thể hiện trên hình 2.4:
Hình 2.4: Bầu phanh tích năng
1- Ốc điều chỉnh
2- Ống đẩy
3- Vỏ bầu phanh
4- Ống dẫn khí
5- Vỏ trong
7- Đòn đẩy
8- Thân bầu phanh
9- Lò xo hồi vị
10- Tấm đỡ
11- Bạc đẩy
13- Piston tích năng
14- Lò xo tích năng
A-Điều khiển phanh
chân

B-Điều khiển nhả
T- Khoang tích
năng
S- Thông với A
P-Thông với khí
quyển
16

6- Màng cao su 12- Vòng tỳ phanh Q-Khoang thông
với B
Bầu phanh tích năng gồm: hai bầu phanh được ghép nối tiếp nhau, một bầu
phanh chính và một bầu phanh tích năng.
Bầu phanh chính có cấu tạo và nguyên lý làm việc trên cơ sở bầu phanh đơn
dạng màng. Trong bầu phanh chính có hai khoang: khoang P thông với khí
quyển, khoang S thông với đường cấp và thoát khí nén khi phanh từ van phân
phối.
Bầu phanh tích năng dạng xi lanh piston khí cũng chia làm hai khoang:
khoang T thông với khí trời nhờ đường ống 4, còn khoang Q thông với van
phanh tay qua đường dẫn B. Trong khoang tích năng T gồm: vỏ bầu phanh tích
năng 3, piston tích năng 13, ốc điều chỉnh 1. Toàn bộ các chi tiết của buồng tích
năng đặt nối tiếp với bầu phanh chính thông qua ống đẩy 2.
Nguyên lý làm việc:
Trạng thái ban đầu, khi chưa có khí nén, dưới tác dụng của lò xo tích năng
14, đẩy piston 13, ống đẩy 2, màng 6 và đòn đẩy 7 về bên phải, thực hiện phanh
bánh xe. Đây là trạng thái phục vụ việc đỗ xe trên dốc (c – chức năng phanh tay).
Khi không phanh (a), máy nén khí đạt áp suất khoảng 0,6 MPa, đường B
được cấp khí từ bình chứa khí (hoặc van phanh tay) vào khoang Q. Khí nén đẩy
piston tích năng 13, nén lò xo tích năng về bên trái. Dưới tác dụng của lò xo hồi
vị 9, màng 6 dịch chuyển sang trái, kéo cam quay cơ cấu phanh về vị trí nhả
phanh, bánh xe lăn trơn.

Khi phanh bằng phanh chân (b), van phân phối mở đường khí vào đường A
tới khoang S, đồng thời trong khoang Q có khí nén, màng 6 bị dịch chuyển về
bên phải, đòn đẩy 7 sẽ kéo cam quay thực hiện xoay cam để phanh bánh xe.
Khi thôi phanh, khí nén theo đường A thoát ra ngoài qua van phân phối,
thực hiện sự nhả phanh.
Nếu trên ô tô không còn khí nén, lò xo tích năng 14 luôn có xu hướng đẩy
ống đẩy 2 và đòn đẩy 7 về trạng thái phanh làm cơ cấu phanh bị phanh cứng.
17

Bầu phanh tích năng có thể thay thế cho chức năng của phanh tay hoặc phanh
khẩn cấp, do đó thường được bố trí trên các cầu sau của ô tô tải và rơ mooc.
18

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN ECE R13
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIÊU CHUẨN
Bài toán nghiên cứu khảo sát quá trình phanh có nhiệm vụ xác định các
thông số tối ưu cho các cơ cấu và dẫn động phanh, đảm bảo hiệu quả phanh và
ổn định của ô tô khi phanh, đồng thời chỉ ra được sự cần thiết phải bố trí bộ điều
hòa lực phanh cùng với các thông số của nó.
Phương trình chuyển động của ô tô khi phanh có thể được viết như sau:
Trong đó:
δ' – hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay;
G
a
– trọng lượng toàn bộ của xe;
∑T – tổng các lực phanh tại các bánh xe;
f – hệ số cản lăn;
S – quãng đường xe chạy;
k – hệ số cản không khí;
F – diện tích cản chính diện của ô tô.

Khi phanh có ngắt động cơ hệ số ảnh hưởng của các khối lượng quay có thể
coi bằng 1 (= 1,02 1,04).
Để đánh giá hiệu quả phanh ô tô người ta có thể sử dụng hệ số lực phanh γ
T
:
Trong khi tính toán xác định gia tốc chậm dần và quãng đường phanh,
người ta có thể bỏ qua lực cản không khí.
Như vậy phương trình (1) có dạng:
Khi phanh ngặt hệ số γ
T
gần bằng hệ số bám φ, mà trên đường khô ráo ta
có: φ >> f, vì vậy khi phanh ngặt ta có thể bỏ qua lực cản lăn. Khi đó:
19

Gọi gia tốc chậm dần là a, ta có thể viết:
Công thức trên cho thấy gia tốc chậm dần khi phanh tỉ lệ với hệ số lực
phanh.
Để đánh giá mức độ sử dụng khả năng bám tại các bánh xe khi phanh người
ta đưa ra khái niệm hệ số bám hiệu dụng φ
i:
Hiệu quả phanh cực đại đạt được khi hệ số bám hiệu dụng tại tất cả các
bánh xe bằng nhau:
Như vậy, để có được hiệu quả phanh cực đại cần thỏa mãn điều kiện là lực
phanh tác dụng trên các cầu ô tô tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên các cầu đó
trong khi phanh.
Với sự phân bố lực phanh lý tưởng ta có được gia tốc cực đại:
a
max
= g.γ
Tmax

= g.φ
Trong trường hợp các hệ số bám hiệu dụng tại các cầu không bằng nhau, ta
có biểu thức sau:
Khi phanh tới giới hạn lết tại một cầu nào đó trong khi tại các cầu khác
không sử dụng hết khả năng bám thì hệ số bám hiệu dụng sẽ nhỏ hơn hệ số bám,
còn gia tốc phanh sẽ nhỏ hơn gia tốc đạt được trong trường hợp phân bố lực
phanh là lý tưởng.
Việc phanh lết tại các bánh xe làm cho lốp bị mòn nhanh chóng và không
đảm bảo an toàn. Khi phanh lết sự trượt giữa lốp và đường tăng lên, hệ số bám
giảm làm ô tô mất ổn định và mất khả năng điều khiển.
20

Hiện nay, vấn đề về hiệu quả phanh và phân bố lực phanh giữa các cầu sao
cho đảm bảo ổn định chuyển động ô tô khi phanh đang nhận được sự quan tâm
ngày càng lớn.
II. TIÊU CHUẨN ECE R13
Theo quy định N
o
13, tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505, các ô tô
loại N
3
không trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS cần đáp ứng các
yêu cầu sau:
• Đối với φ = 0,2 0,8 cần đạt được γ
T
0,1 + 0,85 (φ – 0,2);
• Đối với mọi chế độ tải trọng đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu trước phải
nằm trên đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau với mọi giá trị của γ
T
=

0,15 0,30. Điều này cần được coi là đạt yêu cầu nếu với các giá trị đó các đường
cong hệ số bám hiệu dụng của mỗi cầu nằm giữa hai đường thẳng song song với
đường lý tưởng, được thể hiện bởi phương trình sau:
φ = γ
T
0,8 (8)
và nếu với γ
T
0,3 đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau thỏa mãn:
γ
T
0,1 + 0,74( φ – 0,38)
Các miền phân bố các đường cong hệ số bám hiệu dụng được thể hiện trên
hình 1:
1- Đường lý tưởng:
φ=γ
T
2- Đường ranh giới giới hạn
các giá trị nhỏ nhất của hệ số
lực phanh:
3,4- Các đường thẳng giới
hạn miền phân bố các đường
cong hệ số bám hiệu dụng:
5- Đường thẳng giới hạn vị
trí của đường cong hệ số
bám hiệu dụng cầu sau:
21

Hình 1: Các vùng giới hạn của các đường cong hệ số bám hiệu dụng
III. QUY TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH THEO TIÊU CHUẨN ECE

R13
Việc tính toán khảo sát quá trình phanh ô tô được thực hiện theo 3 giai đoạn
như sau:
1. Tính toán cho trường hợp phân bố lực phanh lý tưởng. Theo kết quả tính toán
này người ta xác định kết cấu và các kích thước của cơ cấu phanh, dẫn động
phanh và áp suất khí nén sử dụng trong hệ thống.
2. Tính toán cho hệ thống phanh thực với các thông số đã được chọn theo kết quả
tính toán của giai đoạn 1 có kể đến việc sử dụng các cụm, các thiết bị tiêu chuẩn
với điều kiện tỷ lệ giữa mô men phanh cầu trước và cầu sau là không đổi. Kết
quả tính toán được đối chiếu với tiêu chuẩn E/ECE/TRANS/505 và xác định nhu
cầu cần sử dụng bộ điều hòa lực phanh.
3. Tính toán cho hệ thống phanh thực có sử dụng bộ điều hòa lực phanh có khả
năng thay đổi một cách tự động tỷ lệ mô men phanh cầu trước và cầu sau. Dựa
trên các kết quả tính toán này người ta điều chỉnh lại các thông số của dẫn động
phanh và xác định mức độ đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn.
Trong khi tính toán ta chấp nhận một số giả thiết sau:
- Áp suất khí nén trong dẫn động phanh tại cửa vào của các bộ điều hòa lực phanh
là bằng nhau tại thời điểm phanh,
- Ma sát giữa các lá nhíp và đặc tính của hệ thống treo không gây ảnh hưởng lớn
tới quá trình phanh.
22

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH
I. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH THEO TIÊU CHUẨN ECE R13
Thông số cơ bản xe tham khảo:
Xe tham khảo: ô tô Kamaz – 65115 (64)
Hình 4.1: Ô tô Kamaz 65115 (46)
Trọng lượng
Tự trọng, KG 10050
- trên cầu trước, KG 4350

- trên cầu sau, KG 5700
Trọng lượng toàn bộ, KG 22400
- trên cầu trước, KG 5500
- trên cầu sau, KG 16900
Động cơ
Model 740.62-280 (Еuro-3)
Loại Diesel có tăng áp và làm mát khí nạp
Công suất cực đại, kW (mã lực) 206 (280)
tại số vòng quay của trục khuỷu, v/ph 1900
Mô men xoắn cực đại, Nm (KG.cm) 1177 (120)
tại số vòng quay của trục khuỷu, v/ph 1250:1350
Dung tích, lít 11,76
Tỷ số nén 16,8
Ly hợp
23

Loại một đĩa, lò xo màng
Dẫn động thủy lực, trợ lực khí nén
Truyền lực chính
Tỷ số truyền 4,98
Hộp số
Loại Cơ khí, 10 cấp
Dẫn động điều khiển cơ khí
Hệ thống phanh
Dẫn động khí nén
Đường kính tang trống, mm 400
Bề rộng má phanh, mm 140
Tổng diện tích má phanh, cm
2
6300

Lốp
Ký hiệu lốp 11,00 R20 (300 R508)
Đặc tính kỹ thuật
Vận tốc lớn nhất, km/h (không nhỏ hơn) 90
Góc dốc lớn nhất có thể khác phục được, %
(không nhỏ hơn)
25
Bán kính quay vòng (bên ngoài), m 10
Sơ đồ tính toán và các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình phanh thể hiện
trên hình 4.2:
24

Hình 4.2: Sơ đồ tính toán
- Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán:
G
a
– trọng lượng toàn bộ của ô tô;
G
1
, G
2
– trọng lượng tác dụng lên bánh xe cầu trước và cầu sau;
L – chiều dài cơ sở ô tô;
c, b, h
g
– tọa độ trọng tâm ô tô;
r
k
– bán kính lăn bánh xe;
T

1
, T
2
– lực phanh trên cầu trước và cầu sau;
a – gia tốc chậm dần khi phanh;
g – gia tốc rơi tự do;
γ
T
– hệ số lực phanh;
∑T – tổng các lực phanh tại các bánh xe;
M
T1
, M
T2
– mô men phanh trên các bánh xe cầu trước và cụm cầu sau;
M
T
– mô men phanh trên bánh xe;
Q – lực trên ty đẩy bầu phanh;
p – áp suất khí nén trong hệ thống phanh;
p
1
, p
2
– áp suất khí nén trong các bầu phanh cầu trước và sau;
φ
1
, φ
2
– hệ số bám hiệu dụng trên các cầu trước và sau;

K – hệ số mô đun áp suất;
l
p
– độ dài cần nối của điều hòa lực phanh;
β – góc nghiêng tức thời của cần nối của điều hòa lực phanh;
β
01
, β
02
– góc nghiêng của cần nối điều hòa lực phanh tương ứng với trường
hợp ô tô đầy tải và ô tô không tải ở trạng thái tĩnh;
f
0
, f
01
– độ võng nhíp gây nên bởi tải tác dụng lên 2 bánh sau trong trạng
thái tĩnh tương ứng với các trường hợp ô tô đầy tải và ô tô không tải;
Δf – biến thiên độ võng tĩnh của nhíp.
Các số liệu tính toán
Thông số Đơn vị Đầy tải Không tải
G
a
KG 22400 10050
L mm 5130 5130
c mm 3870 2910
b mm 1260 2220
h
g
mm 1435 1350
r

k
mm 478 478
1. Quá trình phanh với tỷ lệ phân bố lực phanh lý tưởng
Với hệ số lực phanh , tải trọng tác dụng lên bánh xe cầu trước:
Tải trọng tác dụng lên một bánh xe cụm cầu sau:
25