Thiết kế, tính toán hệ thống phanh ABS khí nén cầu trước trang bị ABS cho xe tải

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
MỤC LỤC
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
LỜI NÓI ĐẦU
Nền công nghiệp ô tô trong nước đang nỗ lực tìm chỗ đứng của mình, khi
phải cạnh tranh với nhiều nhà sản xuất nước ngoài. Chính sách của nhà
nước là chú trọng phát triển vào phân khúc xe tải tải trọng nhỏ để gia tăng
sức tiêu thụ trong nước.
Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn chuyển
động của ô tô. Để đạt các chỉ tiêu hiệu quả, ổn định hướng chuyển động
của xe khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc, hệ thống phanh trên ô tô ngày
càng được hoàn thiện về bố trí, kết cấu, lắp đặt và vận hành. Sự phát triển
của khoa học, công nghệ kỹ thuật điện, điện tử và điều khiển tự động ngày
càng ứng dụng phổ biến trong công nghiệp ô tô nói chung, hệ thống phanh
nói riêng.
Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh ABS _ Anti-lock Brake
System_ ra đời với mục đích nâng cao hiệu quả phanh cho ô tô trong mọi
trường hợp chuyển động, như chống bó cứng bánh xe khi phanh, đảm bảo
tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh. Các hệ thống ABS
trên xe đang ngày được phát triển và kết hợp cùng với các hệ thống hỗ trợ
khác như EBD, BAS, TRC, ASR, ESP
Hệ thống ABS là hệ thống không thể thiếu trên ô tô ở nhiều quốc gia. Tuy
nhiên tại Việt Nam, đây vẫn là thiết bị chưa bắt buộc phải trang bị trên các
dòng xe tải có trọng tải nhỏ. Hầu hết các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô trong
nước chưa nghiên cứu để làm chủ công nghệ ABS và phát triển thương mại
sản phẩm xe tải lắp ráp hệ thống ABS. Các liên doanh ô tô cũng không
nghiên cứu sản phẩm này tại Việt Nam mà chỉ lắp ráp từ phụ kiện nhập
ngoại.
Nhằm nâng cao tính năng an toàn, chất lượng và khả năng cạnh tranh của ô
tô tải sản xuất lắp ráp trong nước, đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
“Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh
khí nén trên ô tô tải sản xuất, lắp ráp trong nước” đã được thực hiện tại
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo
PGS.TS Hồ Hữu Hải, đề tài tốt nghiệp của nhóm chúng em thực hiện một
phần trong đề tài cấp Nhà Nước đó, với nội dung “Thiết kế, tính toán hệ
thống phanh ABS khí nén cầu trước trang bị ABS cho xe tải”.
Sau 15 tuần nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo
của PGS.TS Hồ Hữu Hải, và tập thể các thầy trong bộ môn ô tô đã tạo điều
kiện, cùng sự hợp tác nhiệt tình của đội ngũ cán bộ, công nhân trực thuộc
công ty ôtô MêKông, nhóm chúng em đã hoàn thành được đồ án của mình.
Nhóm sinh viên
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu hệ thống phanh.
1.1.1. Công dụng hệ thống phanh
 Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết
hoặc dừng hẳn ôtô ở một vị trí nhất định.
 Giữ cho ôtô dừng hoặc đỗ trên đường dốc.
1.1.2. Phân loại
1.1.2.1. Theo công dụng
Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:
 Hệ thống phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe
đang chuyển động.
 Hệ thống phanh dừng (phanh tay), dùng đỗ xe khi người lái rời khỏi
buồng lái và dùng làm phanh dự phòng.
 Hệ thống chậm dần (phanh bổ trợ) (phanh bằng động cơ, thuỷ 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).
1.1.2.2. Theo kết cấu của cơ cấu phanh
Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại
sau:
 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải.
 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống.
 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
1.1.2.3. Theo dẫn động phanh
Theo dẫn động hệ thống phanh được chia ra:
 Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
 Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực
 Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: khí nén - thuỷ lực, …
 Hệ thống phanh có cường hoá (có trợ lực).
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
1.1.2.4. 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. Ta có các loại sau:
 Hệ thống phanh có bộ điều hòa lực phanh, dùng để điều chỉnh
momen phanh ở cơ cấu phanh, làm thay đổi momen phanh trên cầu
trước và cầu sau.
 Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS).
Ngoài ra còn có một số hệ thống kết hợp với ABS (ASR, ESP,…) để
tăng khả năng cơ động và khả năng ổn định của xe khi phanh.
1.1.3. Yêu cầu kết cấu
Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu 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.
 Đảm bảo sự ổn định chuyển động của xe và phanh êm dịu trong mọi

trường hợp.
 Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần
điều khiển không lớn, phù hợp khả năng điều khiển liên tục của
người lái.
 Dẫn động phanh 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.
 Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo
quan hệ để đảm sử dụng hết trọng lượng bám của khi phanh ở các
cường độ khác nhau.
 Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ
cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng.
 Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe
 Có khả năng giữ ôtô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên 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.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
1.2. Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén.
1.2.1.Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam.
Cơ cấu phanh tang trống được dùng khá phổ biến trên ô tô. Trong cơ cấu
dạng tang trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ
trong của tang trống quay cùng bánh xe. Như vậy quá trình phanh được
thực hiện nhờ ma sát giữa bề mặt tang trống và các má phanh.
Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điều
khiển các guốc phanh thành các dạng khác nhau. Trong trường hợp sử
dụng cơ cấu phanh trên hệ thống phanh thuần túy khí nén, ta thường sử
dụng cơ cấu phanh điều khiển bằng cam.
 Cơ cấu phanh điều khiển bằng cam.

12
11
6
5
10
7
8
9
15
14
13
A
A
1
2
3
4
Hình 1.1 : Cấu tạo cơ cấu phanh dạng cam
1- Chốt guốc phanh; 2- Mâm phanh; 3- Tấm chắn; 4- Êcu; 5- Tấm đệm
chốt guốc phanh; 6- Khoá hãm; 7- Guốc phanh; 8- Lò xo hồi vị; 9- Tấm
ma sát; 10- Trục con lăn; 11- Cam ép; 12- Con lăn; 13- Đòn điều chỉnh;
14- Trục cam phanh;
 Đặc điểm
Cơ cấu phanh này chỉ dùng cho xe có tải trọng lớn và dùng cho hệ thống
phanh dẫn động bằng khí nén.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
Cơ cấu phanh được bố trí kiểu đối xứng qua trục, có xi lanh khí nén điều
khiển cam xoay 11 ép guốc phanh 7 vào trống phanh. Phần quay của cơ cấu
phanh là tang trống. Phần cố định bao gồm mâm phanh 2 được cố định trên

dầm cầu.
 Nguyên lý làm việc :
Cụm cơ cấu phanh lắp trên mâm phanh 2, nối cứng với bích cầu, các tấm
ma sát 9 có cấu tạo hình lưỡi liềm tương ứng với đặc tính mài mòn của
chúng và được lắp trên hai guốc phanh 7. Trên các guốc phanh có tán tấm
ma sát (má phanh). Các guốc phanh này tựa tự do lên các bánh lệch tâm lắp
trên mâm phanh 2, trục của các guốc phanh cùng với các mặt tựa lệch tâm
cho phép định tâm đúng các guốc phanh so với trống phanh khi lắp ráp các
cơ cấu. Cam quay được chế tạo liền trục, với biên dạng Cycloit (hoặc
Acsimet). Khi phanh cam ép 11 sẽ chuyển động đẩy các guốc phanh ra làm
cho nó áp sát vào bề mặt trống phanh để thực hiện quá trìng phanh, giữa
cam ép 11 và guốc 7 có lắp con lăn 12 nhằm giảm ma sát và tăng hiệu quả
phanh, bốn lò xo hồi vị 8 trả guốc phanh về vị trí nhả phanh.
Sự tác động của cam lên các guốc phanh với các chuyển vị như nhau, má
phanh bị mòn gần như đều nhau, do vậy các má phanh trên cả hai guốc
phanh của cơ cấu có kích thước gần như bằng nhau.
1.2.2. Hệ thống dẫn động điều khiển phanh.
Hệ thống dẫn động có tác dụng truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn
đạp phanh đến cơ cấu phanh. Hệ thống dẫn động phải đảm bảo được các
yêu cầu sau:
 Độ nhạy cần thiết của hệ thống;
 Hiệu quả điều khiển trong việc truyền năng lượng từ cơ cấu điều
khiển đến cơ cấu phanh của ôtô;
 Độ tin cậy của hệ thống kể cả khi có hư hỏng bất thường.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
Trong dẫn động phanh thủy lực sử dụng truyền động thủy tĩnh nối liền từ
cơ cấu điều khiển tới xylanh bánh xe. Hệ thống dẫn động phanh thủy lực có
các ưu điểm sau :
 Thời gian chậm tác dụng ngắn.

 Tạo được lực ép trên cơ cấu phanh đồng đều và đồng thời, làm tăng
tính ổn định của ô tô khi phanh.
 Kết cấu đơn giản.
 Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ô tô khác nhau, khi đó
chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
Nhược điểm của hệ thống dẫn động thủy lực:
 Tỷ số truyền không lớn nên không thể tăng lực điều khiển lên cơ cấu
phanh, khi yêu cầu lực tác dụng phanh lớn cần phải hành trình bàn
đạp lớn hoặc dùng trợ lực.
 Hiệu suất truyền giảm khi nhiệt độ thay đổi.
Trong hệ thống dẫn động có điều khiển bằng thủy lực trên ô tô con và ô tô
tải nhỏ, lực điều khiển của người lái tác dụng vào bàn đạp nhanh, tỉ lệ
thuận với lực điều khiển tại các cơ cấu phanh. Dẫn động điều khiển phanh
của ô tô tải lớn và ôtô bus đòi hỏi năng lượng điều khiển lớn do vậy không
nên dùng hệ dẫn động thủy lực do cần có lực điều khiển lớn, gây mệt mỏi
cho người lái. Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn
đạp phanh nhỏ, áp suất trên đường ống không cao và cho phép dẫn động
dài tới các cơ cấu phanh cần thiết. Hơn nữa hệ thống phanh khí nén còn dễ
dàng bố trí điều khiển tự động.
Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén là số lượng các chi tiết
nhiều, kích thước lớn và có giá thành cao, độ nhạy của hệ thống kém, nghĩa
là thời gian hệ thống phanh bắt đầu làm việc kể từ khi người lái bắt đầu tác
dụng lực là khá lớn do không khí bị nén khi chịu lực.
Sơ đồ cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản (hình 2).
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén
a) Nguồn cung cấp
1 Máy nén khi 4. Cụm van chia, bảo vệ
2 Bộ điều chỉnh áp suất 5. Bình chứa khí nén mạch I

3 Bình làm khô 6. Bình chứa khí nén mạch II
b) Cụm điều khiển: 7. Van phân phối hai dòng
c) Cơ cấu chấp hành: 8.Bầu phanh và cơ cấu phanh trước
9. Bầu phanh và cơ cấu phanh sau
d) Các đường ống dẫn khí
+) Phần cung cấp khí nén có chức năng chính là hút không khí từ ngoài khí
quyển, nén không khí tới áp suất cần thiết (0,7 - 0.9 Mpa) hay (7 - 9
kg/cm
2
), đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng cho hệ thống phanh khí nén làm
việc. Áp suất làm việc lớn nhất của máy nén khí là 11 kg/cm
2
. Nếu áp suất
vượt quá giới hạn này thì van điều áp sẽ ngắt máy nén khí không cho làm
việc nữa. Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụ thuộc vào
chất lượng khí nén. Do vậy khí nén phải đảm bảo khô, sạch, có áp suất ở
mức an toàn khi làm việc.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
1.3. Giới thiệu về xe tham khảo.
1.3.1. Thông số kỹ thuật.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
MODEL LF3070G1-2
DẪN ĐỘNG 4x2, tay lái thuận.
ĐỘNG CƠ
Model: YC4F115-20 – 4 Xylanh thẳng hàng –
TURBO Euro 2
Dung tích xi lanh(cc) 3,907

Công suất Max
(KW/rpm)
85/3200
Momen xoắn cực đại
(Nm/rpm)
300/2200
Tỷ số nén 18:1
Tiêu hao nhiên liệu tại
tốc độ 60km/h (lit/km)
15
THÔNG SỐ CƠ
BẢN

Kích thước ngoài (mm) 5990x2190x2570
Kích thước thùng (mm) 3700x2000x600
Chiều dài cơ sở (mm) 3400
Khoảng sáng gầm xe
(mm)
240
Chiều dài vết bánh xe
trước (mm)
1720
Chiều dài vết bánh xe
sau (mm)
1640
Chiều cao trọng tâm h
g

(mm)
980

Khả năng vượt dốc 20 %
Tự trọng (Kg) 4510
Tải trọng (Kg) 2980
Tổng trọng lượng G
(Kg)
7685
Phân bố lên trục 1 (Kg) 2685
Phân bố lên trục 2 (Kg) 5000
Khối lượng cho
phép lớn nhất
trên trục (kG)
Trục 1 4000
Trục 2 8000
Tốc độ tối đa (Km/h) 95
Số chỗ ngồi 03
Bình nhiên liệu (lít) 80
CỠ LỐP Trước/sau : 8.25-20 / 8.25-20
HỆ THỐNG
LÁI
Cơ khí có trợ lực thủy lực
HỆ
THỐNG
PHANH
Phanh
chính
Kiểu tang trống / dẫn động khí nén.
Phanh
tay
Kiểu tang trống / tác động lên bánh sau / có lò xo
tích năng tại bầu phanh.

Áp suất Áp suất làm việc của hệ thống là 7 kg/cm
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
1.3.2. Hệ thống phanh khí nén trên xe.
1.3.2.1. Sơ đồ bố trí hệ thống phanh khí nén không có ABS.
 Nguyên lý làm việc của hệ thống.
Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van điều áp 2, qua bộ lọc
tách nước 3, qua 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 độc lập với nhau tạo
thành hai nguồn cung cấp khí độc lập cho hai dòng dẫn động phanh.
Dẫn động phanh trục trước bắt đầu từ bình khí 5 qua khoang dưới của tổng
van 8, đi tới các bầu phanh của trục trước 9, 10.
Dẫn động phanh cầu sau bắt đầu từ bình khí 6, qua khoang trên của tổng
van 8, đi tới van gia tốc 12, tới các bầu phanh của cụm cầu sau 14, 15.
Dòng khí nhả phanh dừng bắt đầu từ bình khí 5, 6 qua van điều khiển 11,
qua van xả nhanh 13, đi tới các bầu tích năng dạng lò co của cụm cầu sau
14, 15 ép các lò xo thực hiện nhả phanh.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống phanh trên xe tham khảo
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
Khi thực hiện phanh dừng, xoay tay van 11, khí nén đang ép các lò xo tích
năng lập tức bị xả hết, các lò xo bung ra làm xoay trục cam ép các guốc
phanh bánh xe sau, thực hiện nhả phanh tay.
Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm
việc trong hệ thống bằng cách dừng hoặc khởi động máy nén khí khi áp
suất trong hệ thống vượt quá giới hạn hoặc quá thấp.
Van an toàn 3 ngả giữ cho xe hoạt động bình thường khi xe mất đi một
dòng hơi.
1.3.2.2. Các bộ phận của hệ thống phanh.
1. Van phân phối.

Hình 1.4. Van phân phối dẫn động hai dòng
1. Pittông lớn khoang dưới; 2,11 .Van điều khiển; 3. Ty đẩy; 4.Phần tử đàn
hồi; 5. Pittông khoang trên; 6,10.Van xả; 7,9 Van nạp ; 12 Pittông nhỏ.
Hình 1.4: Van phân phối dẫn động hai
dòng
Van phân phối có tác dụng mở và đóng hoặc mở các van để cấp hoặc
ngừng cấp khí nén để mở hoặc đóng các van. Khoang trên có cửa vào là D
được nối với bình chứa khí, cửa ra là C được nối tới các bầu phanh tại các
bánh xe. Tương tự như vậy, khoang dưới có cửa vào là E và cửa ra là A.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
Ngoài ra còn có một cửa thông với khí trời F chung cho cả hai khoang. Mỗi
khoang có một van điều khiển: Van 2 ở khoang trên có nhiệm vụ đóng mở
các van nạp 7 và van xả 6, còn van 11 của khoang dưới điều khiển các van
nạp 9 và van xả 10.
Nguyên lý hoạt động của van như sau:
- Ở trạng thái không phanh như thể hiện trên hình vẽ, các bầu phanh
tại các bánh xe được nối thông với khí trời do các van xả 6 và 10 mở.
- Khi phanh, lực Q truyền từ bàn đạp tới tác dụng lên pittông 5 thông
qua phần tử đàn hồi 4 làm pittông dịch chuyển đi xuống. Đầu tiên,
van xả 6 đóng lại không cho cửa C thông với khí trời nữa, sau đó khi
pittông tiếp tục đi dich chuyển đi xuống thì van nạp 7 mở ra và khí
nén chờ sẵn ở cửa D đi qua van nạp, qua khoang dưới 5 tới cửa C rồi
từ đó tới các bầu phanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh. Đồng
thời, khí nén từ khoang trên đi qua lỗ nhỏ B xuống khoang trên
pittông 1 đẩy pittông con 12 đi xuống. Nhờ đó van xả 10 đóng lại,
rồi van nạp 9 mở ra cho khí nén đi từ cửa E sang cửa A để đi tới các
bầu phanh tại các bánh xe.
- Như vậy, trong trường hợp phanh bình thường như mô tả trên đây,
khoang trên được điều khiển trực tiếp bằng dẫn động cơ khí, còn

khoang dưới được điều khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên. Nếu
khoang trên bị mất khí, không hoạt động nữa thì khi phanh, ty đẩy 3
đi xuống tác động lên con đội 8 và đẩy pittông nhỏ 12 của khoang
dưới đi xuống thực hiện quá trình phanh trên một cầu còn lại.
- Trong trường hợp lái xe đạp phanh đột ngột thì khoang dưới cũng
được điều khiển bằng ty đẩy 3 vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để
điều khiển pittông lớn 1.
- Tính chép hình của tổng van được thể hiện như sau. Ứng với một lực
tác động Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi
vào bên dưới pittông 5 và sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại
các bánh xe. Áp suất khí trong khoang dưới pittông 5 tăng dần lên
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
cho tới khi áp lực của khí nén cùng với lực lò xo thằng được lực điều
khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4 lại và đẩy pittông đi lên cho tới khi
van nạp đóng lại. Lúc này cả van nạp và van xả đều đóng, ấp suất khí
nén dẫn tới các bầu phanh không tăng nữa và pittông 5 ở trạng thái
cân bằng. Quá trình tương tự như vậy cũng xảy ra đối với khoang
dưới. Như vậy, ứng với một lực Q nhất định (tương ứng với một lực
trên bàn đạp) áp suất trong dẫn động phanh chỉ có một giá trị tương
ứng. Nhờ vậy mà người lái có thể điều khiển được cường độ phanh
theo ý muốn.
2. Bầu phanh trước.
Bầu phanh 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 pittong đẩy và
dịch
chuyển để điều khiển cam quay.
Bầu phanh được chia làm 2 loại chính:
- Bầu phanh đơn: là loại tác dụng một chiều.
- Bầu phanh kép: có tác dụng hai chiều (bầu phanh tích năng).

Cấu tạo của bầu phanh đơn dạng màng gồm: hai nữa vỏ của bầu phanh
được bắt cố định trên cầu xe. Màng cao su bố trí giữa hai nữa vỏ, chia bầu
phanh thành 2 khoang. Khoang bên trái có cửa dẫn khí nén từ van phân
phối xuống, khoang bên phải có lỗ thông với khí quyển R. Lò xo hồi vị có
tác dụng đẩy màng cao su về vị trí ban đầu khi không phanh. Màng cao su
được đỡ bởi tấm đỡ, gắn liền với thanh đẩy dẫn động cam quay, đóng mở
cơ cấu phanh. Chiều dài của thanh đẩy được điều chỉnh nhờ đai ốc 9, nhằm
tạo nên vị trí thích hợp với cam quay.
Nguyên lý làm việc của bầu phanh đơn dạng màng:
- Khi không phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, màng cao su về vị
trí tận cùng bên trái. Khi phanh, khí nén có áp suất cao được dẫn tới
khoang bên trái của bầu phanh, đẩy màng cao su và đòn đẩy dịch
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
chuyển về bên phải, thực hiện sự xoay cam trong cơ cấu phanh. Khi
nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, đẩy màng cao su, kéo đòn
đẩy về vị trí ban đầu. Khí nén ở khoang bên trái theo đường ống
thoát ra ngoài không khí, kết thúc quá trình phanh.
Hình 1.5 : Bầu phanh trước (bầu phanh đơn).
3. Bầu phanh sau.
Nguyên lý làm việc của bầu phanh:
- Ban đầu khi chưa phanh: Khoang P thông với khí quyển, khoang B
ban đầu khi chưa phanh được cấp khí nén ép lò xo 14 đẩy cần đẩy
sang bên trái, không tác dụng vào màng cao su số 6.
- Khi phanh chân: Khí nén được cấp vào khoang A thực hiện đẩy
màng sang bên phải qua đó đẩy đòn đẩy sang phải thực hiện phanh,
khi nhả phanh khí nén rút khỏi cửa A, dưới tác dụng của lò xo hồi vị
9 sẽ đẩy cơ cấu về vị trí cân bằng ban đầu.
- Khi phanh tay (phanh đỗ): Thực hiện ngắt khí nén ở cửa B ra, qua đó
do sự chênh lệch về áp suất, lò xo tích năng 14 được đẩy sang bên

phải ép thằng vào màng đẩy sang phải thực hiện phanh cứng (phanh
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
rất lâu), muốn nhả phanh ra thì điều chỉnh mở ốc số 1 ra để đưa hệ
thống trở về vị trí cân bằng và cấp khí nén vào B.
Hinh 1.6: Kết cấu loại bầu phanh tích năng (bầu phanh kép)
1. Ốc điều chỉnh 2. Ống đẩy 3. Vỏ bầu phanh 4. Ống dẫn khí 5. Vỏ
trong 6. Màng cao su 7. Đòn đẩy 8. Thân bầu phanh 9. Lò xo hồi
vị 10. Tấm đỡ 11. Bạc đẩy 12. Vòng tỳ 13. Piston tích năng 14.
Lò xo tích năng
A. Điều khiển phanh chân P- Thông với khí quyển
B. Điều khiển nhả phanh S- Khoang thông với A
Q- Khoang thông với B T- Khoang tích năng.
4. Van xả nhanh
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
Hình 1.7: Van xả nhanh
Sau khi nhả bàn đạp phanh, khí từ các bầu phanh không hồi về bình chứa
mà được xả nhanh ra ngoài thông qua van xả khí đặt gần bầu phanh. Thông
thường, hay bố trí ở cầu trước. Với cầu sau, van xả nhanh thường được tích
hợp vào van gia tốc.
Dòng khí từ van phân phối đi vào cổng “service port”, tác động mở van
nạp và đóng van xả khí, cung cấp khí vào 2 bầu phanh thông qua 2 cổng
“delivery port”. Khi nhả bàn đạp phanh, yêu cầu khí trong bầu phanh phải
được xả nhanh và triệt để. Do van phân phối ở xa nên lượng khí trong bầu
phanh không được xả ở van phân phối, mà được xả ngay gần bầu phanh
qua van xả nhanh.
Dòng khí từ bầu phanh đẩy màng đàn hồi, mở van xả (do khí nén ở cổng
“service port” không còn, gây ra sự chênh lệch áp suất), khí nén được xả ra
không khí qua cổng “delivery port”.

5. Van gia tốc (Relay valve).
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
Hình 1.8 : Van gia tốc (Relay valve)
Hệ thống phanh khí nén có nhược điểm là độ chậm tác dụng lớn, đặc biệt là
ở trên cơ cấu phanh nằm xa van phanh chân (bầu phanh sau). Do khoảng
cách từ bầu phanh sau tới van phân phối là tương đối dài (đặc biệt trên xe
tải lớn), nên độ chậm tác dụng thường lớn hơn. Vì vậy, ta bố trí một van
gia tốc ở giữa van phanh chân và bầu phanh, gần bình chứa khí nén.
Trên van gia tốc có một đường khí từ bình khí tới, và một đường khí từ van
phân phối xuống. Dòng khí từ van phân phối đóng vai trò là dòng khí điều
khiển để mở van khí, nối thông dòng khí từ bình tới 2 bầu phanh phía sau,
sẽ hạn chế được độ chậm tác dụng của hệ thống. Tổng cộng trên van có 4
cổng dẫn khí. Vì dòng khí từ van phanh chân chỉ có tác dụng điều khiển
đóng mở van khí, nên van gia tốc đóng vai trò tương tự như một rơle (relay
valve).
6. Van bảo vệ kép (van chia dòng, bảo vệ 2 dòng khí nén)
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
Hình 1.9: Van chia dòng và bảo vệ 2 dòng khí nén (van an toàn kép)
Công dụng của van chia dòng cấp khí cho 4 nhánh và tạo nên các dòng khí
độc lập. Khi một hay một số dòng khí bị mất áp suất, các dòng khí còn lại
vẫn làm việc bình thường. Do vậy, van có chức năng bảo vệ khả năng độc
lập giữa các dòng cung cấp khí nén.
Cấu tạo của van như hình vẽ trên.
Nguyên lý hoạt động của van:
- Dòng khí từ máy nén khí tới cổng I, qua các lỗ của van một chiều,
đẩy pittong tỳ, mở van nạp, cung cấp khí nén tới các khoang II, và III
đi tới các bình chứa khí nén, cung cấp khí nén tới các cầu trước và
sau. Dòng khí nén cho phanh tay được cung cấp từ cả 2 bình khí, như

sơ đồ trên.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
1.4. Hệ Thống chống bó cứng phanh _ ABS.
1.4.1. Tổng quan về ABS
1.4.1.1. Lịch sử phát triển.
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) nằm
trong hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại. Hệ thống sẽ điều khiển
chống bó cứng các bánh xe trong quá trình phanh, giúp tăng độ ổn định của
xe, rút ngắn quãng đường phanh, tăng khả năng điều khiển quay vòng ô tô
trong trường hợp cần thiết phải tránh chướng ngại vật.
Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:
 Năm 1924: Khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì
tăng tính an toàn phanh với dẫn động hai dòng;
 Năm 1951: Ứng dụng dạng phanh đĩa.
 Năm 1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân
không
 Năm 1978: Hệ thống phanh ABS bắt đầu có ứng dụng thương mại
trên ô tô. ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực nhằm giữ,
giảm hoặc tăng áp suất phanh dẫn đến các xi lanh phanh bánh xe để
chống trượt lết trong quá trình phanh.
 Năm 1989: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống chống
trượt quay TSC. Hệ thống này điều khiển bằng cách điều chỉnh giá
trị của mô men phanh và mô men được truyền từ động cơ đến các
bánh xe. Hệ thống này còn có khả năng điều khiển lượng nhiên liệu
cấp cho động cơ nhằm hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô men.
Tuy nhiên tại thời điểm đó, số kênh điều khiển hệ thống còn ít, chỉ
điều khiển một kênh, hoặc hai kênh cho toàn bộ các cầu hoặc một
cầu xe và sử dụng van điều hòa lực phanh bằng cơ khí để phân phối
áp suất phanh đến các bánh.

 Năm 1994: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống cân
bằng điện tử EBD. Hệ thống điện tử dần thay thế các hệ thống cơ
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
khí, hệ thống phanh ABS trong hệ thống đã bắt đầu điều khiển nhiều
kênh, điều khiển từng bánh xe độc lập.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều
khiển điện tử và tự động hóa, các hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng
được phát triển hoàn thiện hơn, nâng cao tính tiện nghi và an toàn sử dụng
của ô tô.
Nhằm nâng cao tốc độ chuyển động và tính an toàn chủ động của ô tô, hệ
thống phanh là một trong những mục tiêu được đầu tư và phát triển nhiều.
Trên cơ sở một hệ thống ABS, hệ thống phanh có thể kết hợp với một số hệ
thống khác, và đến nay, một hệ thống phanh hiện đại đã có rất nhiều chức
năng ưu việt. Ngoài tác dụng cơ bản là giảm tốc độ hay dừng xe, hệ thống
phanh còn can thiệp cả trong quá trình khởi động và tăng tốc của ô tô,
khống chế các hiện tượng quay vòng thiếu, quay vòng thừa, làm tăng tính
ổn định của xe khi đi vào đường vòng.
Một số sự kết hợp của ABS với các hệ thống khác:
 ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử
(Electronic Brake-force Distribution – EBD) và hệ thống trợ lực
phanh khẩn cấp (Brake Assist System – BAS).
 ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control
(TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR).
 ABS kết hợp với hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Electronic
Stability Program – ESP).
Những năm sau đó là quá trình hoàn thiện, tối ưu hóa hiệu quả làm việc của
hệ thống phanh. Hệ thống ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng yêu cầu nâng cao
chất lượng phanh của ô tô phải đạt được các yêu cầu sau:
 ABS phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động

lực học phanh và chuyển động của ôtô.
 Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều
khiển tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
(thay đổi từ đường bê tông khô có độ bám tốt đến đường đóng băng
có độ bám kém);
 Hệ thống phải khai thác tối đa khả năng phanh của các bánh xe trên
đường nhằm tăng tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường
phanh. Điều này không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay
phanh từ từ của người lái xe.
 Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau (ví dụ hai bánh
xe bên phải chạy trên đường có dính dầu nhớt và hai bánh bên trái
chạy trên đường nhựa khô) thì mô men xoay xe quanh trục đứng đi
qua trọng tâm của xe luôn luôn xảy ra, lúc này hệ thống ABS cần hỗ
trợ làm mô men quay đó tăng chậm để người lái xe có đủ thời gian
điều chỉnh thông qua hệ thống lái.
 Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh gấp trong lúc đang
quay vòng.
 Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và an toàn. Một
mạch kiểm soát phải liên tục kiểm tra sự hoạt động của hệ thống một
cách đầy đủ. Nếu phát hiện một lỗi nào đó có thể làm hư hỏng việc
ứng xử của ABS thì hệ thống sẽ thông báo cho lái xe biết thông qua
đèn báo và khi đó hệ thống phanh sẽ làm việc như một hệ thống
phanh bình thường.
1.4.1.2. Phân loại hệ thống ABS.
Phân loại theo kiểu điều khiển
Ta có sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển trên ABS
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52

Hình 1.11: Sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển
a. Điều khiển 4 kênh độc lập (kiểu (1), (2))
Các dòng có thể điều khiển 4 kênh độc lập theo kiều cầu trước/ cầu sau
hoặc điều khiển chéo (X) .
Hệ thống kiểu này được sử dụng rất phổ biến hiện nay vì nó hạn chế được
sự phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh xe. Nhờ đó mà sự ổn định của xe
khi chuyển động được tăng lên
b. Điều khiển 3 kênh ( kiểu (3))
Với kiểu này, 2 bánh cầu trước được điều khiển độc lập còn 2 bánh cầu sau
vẫn sử dụng điều khiển chung
c. Điều khiển 2 kênh ( kiểu (4),(5),(6))
Kiểu điều khiển này, chỉ có 2 kênh điều khiển ra 4 bánh xe, do đó có sự
phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh xe. Với ưu điểm là chi phí rẻ hơn
nhưng không đảm bảo tốt ổn định cho xe chuyển động bằng các kiểu trên
nên kiểu này ít được áp dụng trên xe ngày nay.
Ngoài ra trong hệ thống thủy lực còn có cách phân loại theo cơ cấu chấp
hành gồm: van 2 vị trí, và van 3 vị trí.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS
4 kênh- 4 cảm biến
4 kênh- 4 cảm biến
(3) trước -sau
(2) đk chéo(1) trước-sau (4) trước -sau
(5) trước sau
(6) đk chéo
2 cảm biến2 cảm biến3 cảm biến
3 kênh -
3 cảm biến
Cảm biên vận tốc Cảm biến vận tốc (thay thế)Kênh điều khiển
rb
MP

Gb
Mjb
v
Zb
Mf
ξ
P
Pp
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ô TÔ A – K52
1.4.2. Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS.
1.4.2.1. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

Hình 1.12: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Khi phanh, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:
ξ
P
– lực đẩy từ khung xe truyền đến;
G
b
– tải trọng tác dụng lên bánh xe;
Z
b
– Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe;
M
p
– Mô men phanh;
M
f
– Mô men cản lăn;
M

jb
– Mô men quán tính.
Cơ cấu phanh sinh ra mô men phanh M
p
nhằm hãm bánh xe lại, khi đó
bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần. Do bánh xe chuyển động có gia
tốc nên bánh xe chịu thêm mô men quán tính M
jb
tác dụng cùng chiều với
chiều quay của bánh xe. Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng của mô men
cản lăn M
f
ngược chiều chuyển động. Tuy nhiên mô men cản lăn nhỏ hơn
nhiều lần so với mô men phanh, do đó trong quá trình phanh có thể bỏ qua
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS