Tìm hiểu quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống phanh xe ôtô INNOVA có trang bị hệ thống ABS

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

1. MỞ ĐẦU
1.1.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện nay ôtô máy kéo và các xe chuyên dụng được sử dụng trong hầu
hết các ngành kinh tế quốc dân, để tăng năng suất lao động, xu hướng chung
của thế giới là vận tốc chuyển động trung bình của xe. Khi tăng vận tốc làm
việc kéo theo hàng loạt vấn đề kỹ thuật cần giải quyết trong đó hệ thống
phanh là một trong các hệ thống quan trọng nhất để bảo đảm an toàn chuyển
động cho người và cho máy.
Hệ thống phanh trên ôtô máy kéo đã được nhiều nhà khoa học, các
hãng sản xuất quan tâm và đầu tư nhiều công sức và tài chính đề hoàn thiện
cả về kết cấu cũng như nguyên lý làm việc.
Hiện nay hầu hết ôtô máy kéo hiện đại đã trang bị hệ thống phanh dẫn
động thủy lực hoặc dẫn động khí nén thay thế cho hệ thống phanh dẫn động
bằng cơ học. Các hệ thống phanh dầu hay phanh khí nén đã tạo ra các lực
phanh khá lớn mặc dù lực tác động của người lái lên bàn đạp phanh không
lớn. Tuy nhiên khi phanh khẩn cấp lực phanh hay mômen phanh trên các bánh
xe có thể vượt quá lực bám của bánh xe với mặt đường, trong các trường hợp
này, bánh xe sẽ bị trượt lê. Hiện tượng trượt lê của bánh xe khi phanh không
chỉ làm tăng quãng đường phanh, mà nếu diễn ra ở bánh hướng dẫn sẽ làm
mất khả năng điều khiển, tính năng chuyển động ổn định về hướng của xe khi
phanh bị giảm và có thể dẫn đến xoay thân xe và lật đổ xe. Để khắc phục hiện
tượng bó cứng bánh xe khi phanh cũng như hiện tượng trượt quay của bánh
xe khi khởi hành và tăng tốc, trên hầu hết ôtô chế tạo những năm gần đây đều
trang bị bộ phận trống bó cứng bánh xe khi phanh hay còn tắt là ABS làm
việc thích hợp với bộ phận trống trượt quay bánh xe chủ động khi khởi hành

và tăng tốc gọi tắt là ASR. Đây là hệ thống mới do đó đặc tính động lực học ô
tô trong quá trình phanh còn chưa được nghiên cứu đầy đủ cũng như đánh giá
ảnh hưởng của các thống số sử dụng đến chất lượng quá trình phanh của các
hệ thống phanh này.
1

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

1

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Được sự phân công của khoa Cơ Điện, Bộ môn Động lực và sự giúp đỡ
của thầy Hàn Trung Dũng – Khoa Cơ điện – Trường đại học Nông nghiệp Hà
Nội, tôi đã lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống
phanh trên xe ôtô INNOVA có trang bị hệ thống ABS”
1.2. Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu quá trình phanh ôtô trên đường thẳng với hệ số bám như
nhau giữa các bánh khi có sự tác động của hệ thống ABS.
- Phân tích đánh giá so sánh một số chỉ tiêu quan trọng của quá trình
phanh với sự tác động của hệ thống ABS..
- Đưa ra một số khuyến cáo để sử dụng hệ thống phanh hiệu quả, góp

phần nâng cao an toàn giao thông.
1.2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Áp dụng các phương pháp lý thuyết về cơ học, toán học để xây dựng
mô hình nghiên cứu động lực học của xe khi phanh.
- Sử dụng phương pháp mô phỏng số và phần mềm Matlab -Simulink để
mô phỏng tính chất động lực học của xe khi phanh.
- Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành đo một số thông số thực nghiệm để
đưa vào phần mềm xử lý dữ liệu để đánh giá phân tích kết quả.
1.2.3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
- Tìm hiểu quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống phanh co ABS trên
xe con INNOVA.
- Thí nghiệm đo một số thông số cơ bản số, vòng quay các bánh xe, vận
tốc chuyển động thực tế của xe, quá trình phanh trên xe INNOVA.
- Khảo sát phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cơ bản
đánh giá hiệu quả phanh ở một số vận tốc phanh khác nhau.
1.3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
Đề tài chọn đối tượng nghiên cứu là xe ôtô INNOVA của hãng
TOYOTA sản xuất. Các thông số cơ bản của xe được trình bày trong bảng 1.1
2

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

2

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của xe INNOVA
Các chỉ tiêu
1
2
3
4
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

Số chỗ ngồi
Khối lượng hành lý
Kích thước - Trọng lượng

Trọng lượng không tải Kg
Khối lượng toàn bộ, Kg
Kích thước cơ bản dài x rộng x cao(mm)
Khoảng cách tâm vệt hai bánh xe trước/sau,
mm
Chiều dài cơ sở, m
Khoảng sáng gầm xe (mm)
Chi phí nhiên liệu (ở tốc độ)/, lít/100km
Động cơ
Loại động cơ
Công suất tối đa
Mô men quay cực đại
Nhiên liệu
Hệ thống nạp nhiên liệu
Phanh - Lốp
Phanh trước
Phanh sau
Loại lốp
Bán kính lăn(mm)
Chiều rộng lốp(mm)
Áp suất cực đại cho phép, PSI (KG/cm2)
Vành mâm xe

INNOVA
2−7
(60−100)
1530 Kg
2170Kg
4555x 1770 x1745
1510/1510

2750
176
12
2.0L(1TR-FE)
134hp/5600(v/p)
18kgm/4000(v/p)
Xăng
EFI
Phanh đĩa
Tang trống
205/65R15
315
205
35(2,46)
Thép, Chụp kín

2. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH PHANH XE Ô TÔ
2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ô tô.
2.1.1. Nhiêm vụ quá trình phanh
Quá trình phanh ô tô là quá trình tạo ra lực cản chuyển động, làm giảm
vận tốc đến giá trị mong muốn hoặc đến khi ô tô dừng hẳn. Hoặc giúp ô tô có
thể đúng yên trên dốc. Nói chung trên ô tô máy kéo cũng như nhiều thiết bị

3

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

3

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

máy móc khác khác người ta thường sử dụng lực ma sát sinh ra ở cơ cấu
phanh. Trên ô tô lực ma sát sẽ tạo ra mô men cản chuyển động quay các bánh xe.
Xét theo góc độ biến đổi năng lượng, quá trình phanh là quá trình biến
đổi động năng chuyển động của ô tô thành nhiệt năng sinh ra tại các bề mặt
ma sát như giữa má phanh với các đĩa ma sát, với trống phanh hay tại bề mặt
ma tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường, giữa các phần tử vật liệu chế tạo bánh
xe. Chính vì vậy, để hệ thống phanh hoạt động hiệu quả nó phải thoả mãn một
loạt các yêu cầu riêng.
2.1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống phanh
- Khả năng tích nhiệt của hệ thống phanh. Đấy là khả năng hệ thống
phanh có thể biến đổi động năng chuyển động của ô tô thành nhiệt năng và
thải vào môi trường xung quanh. Như vậy, để hệ thống phanh hiệu quả thì quá
trình nhiệt phải đảm bảo nhiệt tực là nhiệt độ bề mặt ma sát luôn trong điều
kiện tốt, muốn vậy thì quá trình tản nhiệt phải thuận lợi. Các chi tiết ma sát
phải có khả năng dẫn nhiệt cao, vật liệu chế tạo má phanh phải có cơ lý tính
ổn định ở nhiệt độ cao.
- Yêu cầu về thời gian chậm tác dụng: Một thực tế là khi phanh thì bao
giờ cũng có quá trình trễ một khoảng thời gian khi người lái bắt đầu tác dụng
vào cơ cấu điều khiển đến khi bắt đầu xuất hiện lực phanh. Sự trễ thời gian
tác động xẩy ra với mọi hệ thống dẫn động cơ học, thuỷ lực, khí nén, điện.
Tuy nhiên, với mỗi nguyên lý thì thời gian trễ là khác nhau. Nguyên nhân trễ
do khe hở giữa các mối ghép cơ khí, sự thiếu dầu trong dường ống và nguyên

nhân cơ bản do biến dạng dàn hồi và quá trình quán tính. Thời gian trễ tác
dụng lớn sẽ làm giảm an toàn quá trình phanh. Vì vậy, trong thiết kế chế tạo
- Yêu cầu về lực bám trong quá trình phanh. Đây là yêu cầu tận dụng
khẳ năng bám của ô tô với mặt đường lực phanh lớn nhất khi có trị số dạt lực
bám Pp= Pϕ. Nếu lực phanh lớn hơn lực bám thi xe sẽ bị trượt lê.

4

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

4

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

- Yêu cầu về ổn định của ô tô khi phanh và khả năng điều khiển của ô
tô. Để đảm được yêu cầu này lực phanh phải đều giữa hai bánh xe chủ động
và các bánh xe không được bó cứng. Yêu cầu này rất quan trọng vì khi tham
gia giao thông xe thường vận hành với vận tốc lớn, khi cần phanh gấp nếu xẩy
ra mất điều khiển sẽ gây mất an toàn giao thông gây nguy hiềm tính mạng,
các công trình ven đường và phương tiện khác cùng tham gia giao thông.
- Yêu cầu về nhả phanh. Yêu cầu này đòi hỏi quá trình phanh ô tô phải
kết thúc ngay khi người lái rời chân khỏi bàn đạp phanh. Nếu quá trình này
không đáp ứng tốt thì các chi tiết truyền động cũng như hệ thống phanh phải

chịu tải trọng rất lớn và có thể dẫn đến các hư hỏng.
2.1.3. Phân loại phanh
Người ta phân loại các hệ thống phanh như sau:
a. Theo công dụng của hệ thống phanh:
- Phanh dừng: dung để giảm tốc độ chuyển động và dừng xe khi cần
thiết (còn gọi là phanh bánh vì nó được bố trí ở các bánh xe)
- Phanh tại chỗ: dung để giữ cho xe, máy đứng yên trên đường, kể cả
trên dốc, thường bố trí ở hệ thống truyền lực.
- Phanh phụ trợ: để giữ ổn định tốc độ hoặc để điều chỉnh tốc độ ( phanh
động cơ)
- Phanh an toàn: sử dụng để dừng xe, máy khi hệ thống phanh bị hỏng,
mất khả năng phanh.

b. Theo cấu tạo bộ phận tạo ma sát:
- Phanh dải
- Phanh guốc
- Phanh đĩa
Bảng phân loại hệ thống phanh:
5

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

5

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tiêu chí phân loại

Mục đích sử dụng

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Các loại phanh
Hệ thống phanh chính (phanh chân)
Hệ thống phanh phụ (phanh tay)
Hệ thống phanh hãm

Môi chất và cách

Hệ thống phanh tự động
Hệ thống phanh cơ khí

thức truyền động

Hệ thống phanh thủy lực

phanh
Cơ cấu phanh

Hệ thống phanh khí nén
Phanh tang trống

Thiết bị cung cấp

Phanh đĩa
Hệ thống phanh không có trợ lực

năng lượng cho hệ

Hệ thống phanh có trợ lực

thống phanh
Mức độ hoàn thiện

Hệ thống phanh quán tính
Hệ thống phanh cơ bản
Hệ thống có điều hòa lực phanh

Hệ thống phanh chống hãm cứng
- Hệ thống phanh phụ - còn gọi là phanh tay – là hệ thống phanh có chức
năng chính là giữ xe đứng yên trên đường bằng hay trên những đoạn dốc khi
xe không chuyển động. Ngoài ra hệ thống phanh phụ còn có thể sử dụng được
trong một số tình huống đặc biệt như hệ thống phanh chính bị sít hoặc hiệu
quả phanh không đạt yêu cầu. Hệ thống phanh phụ thường là loại phanh kiểu
tryền động cơ khí.
- Hệ thống phanh cơ khí – dung để dừng ô tô trên những đoạn đèo dốc,hay
giữ cho ô tô cố định ở một vị trí nào đó trên đoạn đường thẳng mà không cần
sự tác động của người điều khiển hoặc dùng để giảm tốc độ hay dừng hẳn khi
phanh chân bất ngờ bị mất tác động trong lúc ô tô đang di chuyển và phanh
tay có thể kết hợp cùng với phanh chân cùng tác động để phanh ô tô khẩn cấp
nhằm rút ngắn quảng đường phanh và thời gian phanh.
- Hệ thống phanh thủy lực – Hệ thống phanh sử dụng chất lỏng (thường là
dầu thủy lực ) để tạo mô men phanh.
6

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

6

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

- Hệ thống phanh khí nén – Hệ thống sử dụng không khí tạo ra mô men
phanh.
- Hệ thống phanh hãm – là hệ thống có chức năng giảm hoặc duy trì tốc độ
xe ở một trị số nhất định mà không cần dừng xe lai.Hệ thống phanh được sủ
dụng trong trường hợp xe chạy xuống dốc trong thời gian dài thay vì phải sử
dụng hệ thống phanh chính nằm đảm bảo tình trạng kỹ thuật tốt cho hệ thống
phanh chính.Hệ thống phanh hãm thường sử dụng là phanh đĩa hoặc phanh
thủy lực.
- Hệ thống phanh tang trống và hệ thống phanh đĩa – Hệ thống phanh tang
trống là hệ thống được trang bị cơ cấu phanh kiểu tang trống.
- Hệ thống phanh có trợ lực và hệ thống phanh không có trợ lực – Hệ thống
phanh không có trợ lực:toàn bộ năng lượng cần thiết để tạo ra lực phanh là do
người lái xe phát ra. Hệ thống phanh có trợ lực:chỉ một phần năng lượng cần
thiết để tạo ra phanh là xuất phát từ người lái,phần còn lại do bộ trợ lực tạo
ra,đa phần ô tô hiện nay đều được trang bị hệ thống phanh có trợ lực.
- Hệ thống phanh có điều hòa lực phanh – phanh có bộ điều hòa lực phanh
là hệ thống phanh mà áp suất trong dẫn động có bộ điều chỉnh nhằm tận dụng
trọng lượng bám khi tải trên các bánh trước và các bánh sau thay đổi,điều

chỉnh đó nhờ bộ điều hòa lực phanh.
- Hệ thống phanh chống trượt lê – Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh
xe là hệ thống phanh có nhiệm vụ ngăn cản sự trượt lết của bánh xe giữ cho
các bánh xe không bị hãm cứng trong quá trình phanh. Ngày nay hệ thống
ABS được sử dụng,trang bị hầu hết trên các ô tô hiện đại đời mới các ô tô có
tính năng cao và một số ô tô 12 chỗ,hệ thống phanh ABS tuy giá thành cao
nhưng hiệu quả nên khá thông dụng.
2.1.4. Các bộ phận chính của hệ thống phanh ô tô
Hệ thống phanh ô tô được cấu tạo từ những bộ phận sau:
- Bộ phận điều khiển phanh
7

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

7

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

- Bộ phận cung cấp năng lượng phanh
- Dẫn động phanh
- Cơ cấu phanh
Ngoài ra trên một số ô tô kéo rơ móc, hệ thống phanh còn được trang bị bộ
phận phụ trợ điều khiển phanh trên rơ móc.

a. Bộ phận điều khiển phanh:
Bàn đạp phanh và phanh tay.
b. Bộ phận cung cấp năng lượng phanh
Bộ phận cung cấp năng lượng phanh được bố trí trước dẫn động phanh.
Nguồn năng lượng cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình phanh. Trong
trường hợp hệ thống phanh khí nén thì nguồn cung cấp năng lượng là nguồn
cung cấp cho máy nén không khí, trong trường hợp hệ thống phanh không có
trợ lực thì nguồn cung cấp năng lượng chính là lái xe.
c. Bộ phận Dẫn động phanh:
Dẫn động phanh bằng cơ cấu cơ học : hệ thống phanh là hệ thống kéo và
đòn dung để truyền lực từ tay kéo phanh hoặc bàn đạp phanh trên buồng lái
cơ cấu phanh.
Dẫn động phanh bằng thủy lực: Hệ thống Gồm có xi lanh bớm chính, xi
lanh bánh xe va hệ thống các ống nối liên hệ chúng với nhau.
Hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực được nạp đầy chất lỏng đặc biệt và
đảm bảo kín tuyệt đối để không khí không lọt vào được.
Trong hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén lực điều khiển phanh được
truyền bởi không khí nén (0,6 – 0,8 Mpa).Để tạo lực phanh hổ trợ người ta
dùng các bộ phận tăng lực loại chân không,loại thủy lực,loại khí nén và loại
chân không thủy lực.
Dẫn động bằng khí nén:
Trong hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén lực điều khiển phanh được
truyền bởi không khí nén (0,6 – 0,8 Mpa).Để tạo lực phanh hổ trợ người ta
8

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

8

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

dùng các bộ phận tăng lực loại chân không,loại thủy lực,loại khí nén và loại
chân không thủy lực.
Hệ thống khí nén gồm các cụm chính sau: máy khi nén, bộ phận điều chỉnh
áp suất không khí, khóa điều khiển và buồng phanh. Để tạo lực phanh hỗ trợ ,
người ta dung các bộ phận tăng lực loại chân không, loại thủy lực , loại khí
nén và loại chân không thủy lực.
d. Cơ cấu phanh: Là bộ phận có chức năng trực tiếp tạo ra lực phanh.
Nguyên lý hoạt động chung của cơ cấu phanh là tạo ra ngoại lực có tác
dụng cản chuyển động của ô tô trong quá trình phanh trên cơ bản các nguyên
lý ma sát, thủy lực.
Căn cứ vào nguyên lý tạo mô men phanh có thể phân biệt:
- Cơ cấu phanh ma sát
- Cơ cấu phanh thủy lực
Căn cứ vào cách lien kết tạo ma sát:
- Cơ cấu phanh tang trống
- Cơ cấu phanh đĩa
2.2. Sự biến đổi hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh.
2.2.1. Vai trò hệ số bám trong quá trình phanh ô tô [4,10]
Như phần trên đã trình bầy, trong quá trình ô tô để có hiệu quả cần phải
tạo ra một lực phanh (lực cản) lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường.
Ta biết rằng, khi bánh xe lăn
S(m

không trượt trên mặt đường thì lực

)1

cản lớn nhất giữa bánh xe với mặt

φ=0.

8

đường chính bằng lực bám.

φ=0

Nói cách khác chúng ta phải có
40

lực phanh cực đại xác định theo hệ số

Ppmax =Z.ϕ
9

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

φ=0.7

20

bám ϕ và trọng lượng bám Z:

0
9

20 4
0

60

80

10 V(Km/h)
0

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Hình2.1 Sự phụ thuộc giữa quãng
đường phanh, vận tốc phanh và hê số
Công thức trên cho thấy vai trò hệ số bam
bám φϕ trong quá trình phanh ô tô. Hệ số
ϕ càng lớn hiệu quả phanh càng cao, điều này được thể hiện rõ trên hình 2.1
Bản chất vật lý của hiện tượng bám giữa bánh xe với mặt đường rất
phức tạp, luôn biến đổi và phụ thuộc vào đặc tính chuyển động của xe. Vì lốp

xe được làm bằng cao su có tính đàn hồi cao nên dưới tác dụng của tải trọng
theo phương thẳng đứng tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường các
phần tử cao su bị biến dạng. Điều này dẫn đến bán kính làm việc của bánh xe
trong quá trình lăn không đồng nhất, ở vùng tiếp xúc bán kính bánh xe nhỏ
hơn so với bán kính thật khi bánh xe không chịu tải trọng. Do đó, vận tốc dài
tại các điểm trên vòng tròn ngoài của bánh xe khác nhau, chúng tỷ lệ thuận
với bán kính động học tại khu vực tiếp xúc, tại vùng tiếp xúc vận tốc dài nhỏ
hơn tại các vị trí khác. Vận tốc dài của các điểm trên mặt ngoài của lốp sẽ
giảm dần khi đi vào vùng tiếp xúc và tăng dần khi ra khỏi vung tiếp xúc.
Như vậy, trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường luôn có sự
biến thiên vận tốc.sự biến dạng theo phương tiếp tuyến trên mặt ngoài của lốp
gây ra hiện tượng trượt đàn hồi của bánh xe trong quá trình lăn. Mức độ trượt
xe tăng lên khi tải trọng theo phương tiếp tuyến hay mô men phanh tăng lên
và đến giá tri nào đó sẽ xẩy ra hiện tượng trượt lê. Khi đó bánh xe sẽ bị bó cứng.
Tính chất ma sát trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường rất
phức tạp, nó phụ thuộc vào trạng thái đôi bề mặt tiếp xúc và trạng thái lăn của
bánh xe. Nếu trạng thái tiếp xúc giữa mặt đường và bánh xe là khô thi ta có
ma sát khô, khi mặt đường ướt ta có ma sát uớt và trong trường hợp này hệ số
ma sát giảm đi đáng kể. Khi bánh xe bị bó cứng trên mặt đường cơ chế tác
động qua lại giữa bánh xe và mặt đường có sự thay đổi về bản chất, lúc này
ma sát tiếp xúc hoàn toàn là ma sát trượt thuần tuý.
10

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

10

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Thực nghiệm cho thấy hệ số ma sát trượt nhỏ hơn hệ số ma sát nghỉ khá
nhiều và càng nhỏ hơn nhiều so với hệ số bám. Điều này suất phát từ đường
cong biến dạng của vật liệu. Qua đó cho phép giải thích hiện tượng thực tế
sau: Với cùng một loại đường và khả năng tạo ra lực phanh như nhau tình
trạng lốp xe như nhau thì ở các xe trong quá trình phanh mà các bánh xe
không bị trượt lê quãng đường phanh nhỏ hơn so với các xe trong quá trình
phanh mà các bánh xe bị trượt lê hoàn toàn. Quãng đường phanh nhỏ còn
được giả thích: Khi bánh xe lăn một phần động năng tiêu hao cho biến dạng
lốp và tiêu hao do sự chuyển động của dòng khí nén bên trong lốp. Khi bánh
xe còn chuyển động quay thì trong các gối đỡ trong hệ thống tồn tại mô men
ma sát. Còn nếu bánh xe bị trượt lê thì phần năng lượng chủ yếu làm mài mòn
lốp ở vùng tiếp xúc, điều này làm giảm tuổi thọ lốp.
2.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng bám giữa bánh xe với mặt
đường.
Các công trình nghiên cứa của các tác giả [ 5,11,10] đã chỉ ra rằng trị số
cụ thể của hệ số bám phụ thuộc vào rất nhân tố khác nhau và để thuận tiện
nghiên cứa người ta chia các nhân tố ra làm hai nhóm chính.
Nhóm 1: Các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng tới hệ số bám ít thay đổi
trong quá trình phanh. Có thể xếp các nhân tố sau thuộc loại này: Loại đường,
trạng thái mặt đường, kết cấu và tình trạng lốp, ảnh hưởng của các nhân tố
này đã được nghiên cữu kỹ bằng thực nghiêm. Các kết quả nghiên cứu thường
được công bố dưới dạng bảng hoặc đồ thị.
Nhóm 2: Là nhóm bao gồm các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng của nó
tới hệ số bám biến đổi trong quá trình phanh. Các nhân tố này bao gồm: Vận

tốc chuyển động của xe sự phân bố lại tải trọng tác dụng lên các bánh xe
trong quá trình phanh, độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh.
Trong hai đồ thị dưới đây ta sẽ thấy được sự phụ thuộc của hệ số bám
vào áp suất lốp và độ nhám của mặt đường.
11

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

11

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

2

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám φ
vào độ nhám mặt đường δ
0
1
3
4
0.2
0.4
0.6

0.8
δ(mm)
φ
1
2
0
10
20
30
40
50
P(N/cm2)
0.2
0.4
0.6
0.8
φ
1
12

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

12

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

2

Hình 2.2 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp

Như đã nêu ở trên hệ số bám φ phụ thuộc chính vào loại đường và tình
trạng mặt đường, sự phụ thuộc này thể hiện qua hệ số bám trung bình như sau:
Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại đường [4]
Loại đường và trạng thái mặt đường
Đường bê tông nhựa và đường bê tông đá dăm

φtb

- Mặt đường khô

0.7- 0.8

- Mặt đường ướt

0.4- 0.3

- Mặt đường khô

0.6- 0.7

- Mặt đường ướt

0.3- 0.5

- Mặt đường khô

0.5- 0.6

- Mặt đường ướt

0.2- 0.4

Đường đá dăm

Đường đất

2.2.3. Sự biến đổi của hệ số bám dọc φx theo vận tốc chuyển động.
φ(%)
13

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

13

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

0
20
40
60
80
V(Km/h)
40
60
100
80

Hình 2.5. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc

14

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

14

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Từ hình 2.6 cho thấy sự phụ thuộc giữa hệ số bám dọc φ x vào các giá trị
vận tốc V, Tuy nhiên, để có thể thấy rõ hơn ta căn cứ vào các số liệu của giáo

sư Potlich E.G và giáo sư Ilarionop B.A khi tiến hành thực nghiệm nghiên
cứu sự thay đổi của hệ số bám φx phụ thuộc vào hai nhân tố độ trượt δ, vận
tốc V [14]
Bảng 2.2 Phụ thuộc của hệ số bám φx vào tốc độ chuyển động V (trị số %
so với giá trị hệ số bám ban đầu)
Loại đường
Bê tông ximăng

10
10

Bê tông nhựa

0
10

Đường gia công

0
10

Nhám bề mặt
Đường bê tông

0
10

nhựa đá mòn

0

20

Vận tốc chuyển động của xe
30 40 50
60
70
80

90

100

93

90

82

77

70

68

67

63

60

92

83

76

69

64

57

52

52

50

94

92

91

89

88

88

-

-

-

60

40

28

21

13

13

-

-

-

2.3.4 Sự phụ thuộc hệ số bám φ theo độ trượt δ
Trong một số trường hợp nghiên cứu, để đơn giản quá trình tính toán ta
thường bỏ qua sự thay đổi hệ số bám vào độ trượt. Tuy nhiên, trong thực tế độ
trượt thay đổi thì hệ số bám thay đổi rất lớn. Bản chất vật lý của hiện tượng
rất phức tạp nó liên quan đến quá trình biến dạng của vật liệu lốp xe, biến dạng nền

đường. Người ta thường xác định mối quan hệ này bằng thực nghiệm.
Ngoài ra, để thuận lợi trong nghiên cứu tính chất động lực học khi phanh cần
biểu diễn quan hệ ϕ = f(δ) bằng giải tích. Quá trình trượt lê bánh xe trên mặt
đường khi phanh tương tự như quá trình ma sát giữa hai vật thể, vì vậy có thể
biểu diễn quan hệ ϕ = f(δ) theo Coraghenski như sau:

ϕ = (a + b.δ).e − cδ + d
15

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

(2.1)
15

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trong đó:

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

a, b, c, d: các hằng số xác định từ thực nghiệm
e: cơ số của logarit = 2,718

Theo kết quả thí nghiệm với lốp xe Goodyear super Himiler 10x20F, ta
−5 δ

ϕ
=
(
−
0
.
5961
+
7
.
0001
δ
).
e
+ 0.0961
có mối quan hệ giải tích như sau:

0.6
0.8

1
0.4
0.2
20
40
60
80
100

δ(%)

φx
0

Hình 2.6. Quan hệ giữa độ trượt δ và hệ số bám φ

16

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

16

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

17

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

17

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

2.3. Hệ thống điều khiển phanh bằng điện tử (ABS)
2.3.1. Nhiệm vụ và ý nghĩa của ABS
Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS):
1- Ống nối đến xylanh phanh chính; 2-Bơm trả về; 3-Buồng tích áp; 4-Van điện từ
(Senoide); 5-Máy tính; 6-Cảm biến tốc độ; 7-Mâm phanh; 8-Trục bánh xe; 9-Má phanh;
10-Đĩa phanh; 11-Rãnh tản nhiệt.

18

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

18

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén và thủy lực hiện nay đã đáp ứng các
yêu cầu của hệ thống phanh trong trường hợp phanh bình thường, tuy nhiên
khi các lái xe cần dừng ôtô khẩn cấp, các bánh xe có thể bị bó cứng vì lực

phanh quá lớn do đạp phanh đột ngột. Khi đó quãng đường phanh cũng như
thời gian phanh đều tăng lên, ôtô bị trượt lết trên đường, khả năng điều khiển
về lái có thể bị mất hoặc hiệu quả thấp dẫn đến các tai nạn không lường trước
được. Hệ thống ABS được phát minh và ứng dụng đầu tiên trên các bánh xe
của các phương tiện bay vào những năm 1970, về sau vào những năm 1980 hệ
thống này đã ứng dụng cả trên các phương tiện tự hành. Nguyên tắc hoạt động
của nó được thể hiện trên hình 2.7.
Khi một bánh xe nào đó bị phanh cứng, áp lực trong xylanh phanh bánh
xe đó phải được giảm đi. Việc giảm lực phanh ở các hệ thống phanh thông
thường được tiến hành nhờ giảm áp suất trong các xylanh phanh bánh xe hay
đóng bớt đường dẫn khí nén đến các buồng phanh bánh tức thời nhờ điều
khiển tổng van. Để thực hiện việc đó người lái xe có thể tiến hành "nhồi" bàn
đạp phanh trong khi phanh, tuy nhiên việc "nhồi" bàn đạp phanh như vậy chỉ
thực hiện được đối với những lái xe kinh nghiệm và cũng chỉ thực hiện được
1÷2 lần/giây. Khi đó lực phanh có thể giảm nhưng lại giảm ở tất cả các bánh
xe được phanh, cả ở bánh bị bó cứng cũng như bánh chưa bị bó cứng. Vì vậy
chất lượng phanh không tốt và đặc biệt là người lái vẫn không kiểm soát được
tình trạng bó cứng bánh xe khi phanh. Chỉ có điều khiển điện tử quá trình phanh,
hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, cũng như điều khiển lực phanh tối ưu mới
có thể thực hiện được.

19

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

19

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Theo sơ đồ trên hình 2.5 ta thấy, khi có hiện tượng bó cứng bánh xe khi
phanh, các cảm biến (sensor) tốc độ 6 sẽ báo tín hiệu dạng xung điện từ về
thiết bị điều khiển trung tâm (ECU), Máy tính sẽ xử lý số liệu và đưa ra các
tín hiệu đến các thiết bị chấp hành. Trong các bộ chấp hành một van điện từ
được kích hoạt sẽ mở thông xylanh phanh bánh xe đến bộ tích áp để làm giảm
áp suất phanh trong xylanh phanh, dẫn đến giảm lực phanh, đồng thời một
môtơ cũng được kích hoạt để vận hành bơm dầu hút và đẩy dầu trở về đường
đẩy của hệ thống phanh.

Nhờ tác động rất nhanh của máy tính, tần số đóng mở van điện
từ có thể đạt được từ 15÷30 lần /giây, do đó áp lực phanh trong
xylanh phanh hay lực phanh trên các bánh xe được phanh luôn có
giá trị tối ưu, gần với giá trị lực phanh làm bó cứng bánh xe. Việc
điều khiển diễn ra hoàn toàn tự động, không phụ thuộc vào ý định
của người lái. Hệ thống có thể điều khiển từng bánh xe riêng biệt
bằng kênh điều khiển 4x4 hoặc điều khiển từng cặp hai bánh xe
chéo nhau hoặc cùng trên một cầu 4x2, 2x4… tùy theo các phương
án lựa chọn. Để tản nhiệt nhanh cho đĩa phanh, trên vành phía ngoài
của đĩa phanh người ta tiện các rãnh làm tăng diện tích tiếp xúc với
không khí, hai mặt bên của đĩa được gia công và mài phẳng để tiếp
xúc với hai má phanh, các má phanh thường làm bằng vật liệu bán
kim loại (hợp chất gốm-kim loại) để tăng hệ số ma sát và khi mòn thì
chỉ thay má phanh, mà không cần thay đĩa phanh.

20

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

20

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Phía bên trong giá bắt má phanh có lắp xylanh phanh bánh xe,
xylanh này bị che khuất trên hình vẽ, xylanh được nối với ống dầu
tới van điện từ của bộ phận chống bó cứng bánh xe ABS. Tùy theo
từng hãng sản xuất và từng đời xe mà máy tính có những chức năng
riêng, cũng như phướng án lắp ABS khác nhau, tuy nhiên nguyên
tắc hoạt động của chúng là giống nhau.
2.3.2. Các bộ phận chính trong hệ thống ABS
Hầu hết các hệ thống ABS đang dùng hiện nay trên ôtô phần lớn được
chế tạo bởi ba nhà chế tạo là: Bosch, ITT Teves và Kelsey-Hayes. Hệ thống
ABS do các hãng khác nhau có khác nhau về cấu tạo cụ thể cũng như về số
lượng các kênh điều khiển, tuy nhiên về nguyên tắc một hệ thống ABS đều
gồm các bộ phận chính sau:
Xylanh chính và bộ trợ lực thủy lực; Môdun điều khiển điện tử; Bộ cảm
biến tốc độ bánh xe; Van solenoid (van điện từ); Bơm và bộ tích áp cùng hệ
thống ống dẫn. Xylanh phanh chính và bộ trợ lực thủy lực có cấu tạo tương tự

như các hệ thống phanh với dẫn động bằng thủy lực thông thường.
Bộ cảm biến tốc độ bánh xe là bộ phận cảm ứng điện từ được lắp trong các
bánh xe, chúng liên kết với môdun điều khiển trung tâm bằng dây dẫn, và
trong quá trình xe chạy luôn gửi tín hiệu điện áp đến ECU.
Khối điều khiển điện tử là máy tính nhỏ (microcomputer) nó chứa hai bộ vi xử
lý đồng nhất với những chương trình lập sẵn. Mỗi bộ vi xử lý sẽ thực hiện các
chức năng đa dạng, nó kiểm tra liên tục sự hoạt động của hệ thống, xử lý dữ
liệu nhập vào, so sánh với các dự liệu trong bộ vi xử lý khác để đưa ra các tín
hiệu đến các bộ phận chấp hành một cách chính xác và tức thời.

21

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

21

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Van Solenoid là một van điện từ gồm một cuộn dây, được kích hoạt nhờ
máy tính điều khiển trung tâm, khi van hoạt động làm một con trượt dịch
chuyển, con trượt có ba vị trí: Cung cấp dầu đến xylanh phanh bánh xe, giữ
nguyên áp suất trong xylanh phanh bánh và giảm áp suất trong xylanh bằng
cách nối thông xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp.

Bơm trả về dùng để bơm dầu từ buồng tích áp trở ngược lại đường đẩy
cho hệ thống, để tiếp tục cung cấp dầu vào xylanh phanh bánh, bơm được
kích hoạt khi nhận được tín hiệu từ bộ điều khiển trung tâm. Bộ tích áp là một
buồng kín trong đó có màng và lò xo, khi van điện từ nối thông xylanh phanh
bánh xe với bộ tích áp, dầu từ xylanh phanh truyền đến bộ tích áp để giảm áp
suất trong xylanh phanh bánh, sau đó dầu từ bộ tích áp lại được bơm, bơm trở
về đường đẩy của hệ thống phanh.
2.3.3. Nguyên tắc làm việc của ABS
Ở trạng thái không phanh, người lái không tác động vào bàn đạp phanh,
van điện từ chưa được kích hoạt, con trượt do van điện từ dưới tác dụng của
lò xo đẩy xuống vị trí thấp nhất, tương ứng với vị trí rãnh ngang trên con trượt
trùng với đường dầu nạp vào xylanh phanh bánh xe (hình 2.8a). Khi đó, nếu
phải phanh xe, người lái đạp lên bàn đạp phanh, đầu tiên hệ thống làm việc
như một hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực bình thường, dầu có áp suất
do xylanh chính tạo ra, theo hệ thống ống dẫn đến van điện từ, rồi theo rãnh
phân phối của van lúc này đang trùng với rãnh dầu dẫn đến xylanh phanh
bánh xe, làm bộ phận phanh bánh xe hoạt động, thực hiện phanh bánh xe lại.
Khi tốc độ góc của bánh xe được phanh giảm đến một giá trị nhất định, lực
phanh tăng đến lực phanh tối ưu, ngay sau đó máy tính kích hoạt van điện từ
hút con trượt lên vị trí như hình 2.8. Con trượt ngăn xylanh phanh bánh xe
khỏi hệ thống đường dầu chung, giữ nguyên áp suất trong xylanh phanh bánh
xe, lực phanh cố định. Vận tốc góc của xe vẫn tiếp tục giảm nhanh.

22

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

22

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Khi tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe gửi thông tin về tốc độ góc
của bánh xe được phanh gần bó cứng, máy tính kích hoạt van điện từ làm nối
thông xylanh phanh bánh xe với buồng tích áp, áp suất trong xylanh phanh
bánh xe giảm xuống cùng với sự giảm áp suất của dầu phanh trong xylanh
phanh bánh, lực phanh và tốc độ góc của bánh xe lại tăng lên (hình 2.8c). Khi
tốc độ góc của bánh xe tăng tới giá trị đã lập trình trong bộ xử lý trung tâm,
máy tính lại kích hoạt van điện từ nối thông đường cấp dầu đến xylanh phanh
bánh xe, dầu từ đường đẩy của tổng phanh lại được dẫn đến xylanh phanh
bánh xe làm tăng áp suất trong xylanh phanh bánh, lực phanh lại tăng lên và
vận tốc bánh xe lại giảm đi (hình 2.8d).
Quá trình cứ lặp lại liên tục nhiều lần trong một giây, cho đến khi hiện
tượng bó cứng bánh xe không còn nữa. Trong suốt thời gian phanh, người lái
xe không cần điều khiển gì khi đạp phanh, mà hiệu quả phanh vẫn đạt tốt
nhất. Trong quá trình phanh, môtơ được kích hoạt từ bộ điều khiển trung tâm,
nó hoạt động và thông qua bánh lệch tâm truyền động cho bơm trả về hút dầu
thoát ra từ xylanh phanh bánh và bộ tích áp để hồi lại cho mạch dầu cung cấp
từ xylanh phanh chính, vì vậy áp lực của dầu do người lái đạp lên bàn đạp
phanh luôn được duy trì cố định.

23

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

23

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

24

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

24

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

HÀN TRUNG DŨNG

Hình 2.8. Các trạng thái điều chỉnh áp suất dầu phanh:
c) Thời điểm ABS mở thông xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp; d) ABS lại nối
thông rãnh đẩy tới xylanh phanh bánh xe

Khi dừng tác động lên bàn đạp phanh, công tắc phanh gửi tín hiệu đến bộ điều
khiển trung tâm, cuộn dây của van điện từ không được kích hoạt, con trượt
dịch chuyển về vị trí ban đầu, dầu trong xylanh phanh bánh hồi về xylanh
phanh chính, quá trình phanh kết thúc.
Mỗi khi xe làm việc tức là bộ đánh lửa làm việc hoặc khóa điện đặt ở vị trí
ON, khi đó bộ vi xử lý luôn gửi các tín hiệu điện áp đến các bộ phận trong hệ
thống như solenoid, bơm dầu phản hồi v.v... Khi không phanh, các tín hiệu
điện áp này nhỏ để không làm cho các cơ cấu đó hoạt động, bất cứ có sự bất
thường nào trong hệ thống, bộ vi xử lý sẽ so sánh với dữ liệu của chúng trong
bộ nhớ chỉ đọc, và máy tính sẽ vô hiệu hoá chế độ chống bó cứng bánh xe,
chuyển hệ thống phanh với điều khiển ABS sang chế độ làm việc bình thường
như hệ thống phanh không có ABS và đèn báo lỗi được bật sáng.
Các tiêu chuẩn chất lượng điều chỉnh
Các hệ thống ABS cần thực hiện các tiêu chuẩn chất lượng như sau:
•

Giữ ổn định chuyển động nhờ chuẩn bị đủ lực dẫn bên ở các bánh sau

•

Giữ khả năng lái nhờ chuẩn bị đủ lực dẫn bên ở các bánh trước

•

Giảm đoạn đường phanh nhờ tận dụng tối ưu lực bám giữa bánh xe và
mặt đường

•

Thích ứng nhanh áp suất phanh với các giá trị độ bám khác nhau.

25

SVTH : Bùi Văn Nghĩa

25

ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC