Nghiên cứu thiết kế, kiểm nghiệm động lực học hệ thống phanh thủy lực cho phương tiện giao thông

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập tại Viện Cơ Khí Động Lực trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội và qua thực tế nghiên cứu, em đã được trang bị những kiến thức
và kinh nghiệm thực tế giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp thạc sỹ này.
Em xin chân thành cảm ơn Viện Cơ Khí Động Lực và toàn thể các thầy cô
giáo trong Viện đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong thời gian học
tập tại trường.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ Lê
Xuân Trường. Trong quá trình thực hiện luận văn này mặc dù rất bận rộn trong
công việc nhưng Thầy vẫn giành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn em
hoàn thành tốt luận văn này. Thầy luôn định hướng, góp ý và sửa chữa những chỗ
sai giúp em không bị lạc lối trong biển kiến thức mênh mông.
Cuối cùng em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã
quan tâm, giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn của mình.
Hà Nội, ngày 27 tháng 03 năm 2016
Học viên

Giáp Văn Vịnh


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá
nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Lê Xuân Trƣờng.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này
trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Học viên
Giáp Văn Vịnh


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ....................................... 3
1.1. Công dụng ...................................................................................................... 3
1.2. Yêu cầu........................................................................................................... 3
1.3. Phân loại ......................................................................................................... 8
1.4. Cấu tạo chung của hệ thống phanh ............................................................... 10
1.4.1. Cơ cấu phanh ......................................................................................... 10
1.4.1.1. Loại trống - guốc ............................................................................ 10
1.4.1.2. Loại đĩa ........................................................................................... 15
1.4.1.3. Loại dải ........................................................................................... 16
1.4.2. Dẫn động phanh ..................................................................................... 18
1.4.2.1. Dẫn động thủy lực .......................................................................... 20
1.4.2.2. Dẫn động khí nén ............................................................................ 26
1.4.2.3. Dẫn động liên hợp .......................................................................... 30
1.4.3. Phanh dừng và hệ thống phanh phụ ....................................................... 30
1.4.3.1. Phanh dừng ..................................................................................... 30
1.4.3.2. Hệ thống phanh phụ ........................................................................ 31
1.5. Sơ đồ và nguyên lý hoạt đông của hệ thống phanh ABS .............................. 31
1.5.1. Cơ sở lý thuyết ...................................................................................... 31
1.5.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh có trang bị ABS ................... 34
1.5.3. Công dụng của hệ thống ABS................................................................ 37
1.5.4. Một số phương án điều khiển của hệ thống ABS. .................................. 38
1.5.4.1. Các phương án theo nguồn dầu có áp suất ..................................... 38
1.5.4.2. Các phương án theo số van trong bộ chấp hành ............................. 39
1.5.5. Giải pháp kết cấu và điều khiển hệ thống ABS .................................... 41

1.5.5.1. Sơ đồ mạch cơ bản và các bộ phận chủ yếu của hệ thống ABS ...... 41
1.5.5.2. Bộ chấp hành ABS......................................................................... 45


CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN LỰC PHANH VÀ CÁC LỰC TÁC DỤNG
TRONG QUÁ TRÌNH PHANH ........................................................................... 54
2.1. Tính toán lực phanh ...................................................................................... 54
2.2. Các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình phanh ........................................... 60
2.3. Tính toán các chỉ tiêu phanh ......................................................................... 62
2.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh .................................................................. 62
2.3.2. Thời gian phanh ..................................................................................... 62
2.3.3. Quãng đường phanh .............................................................................. 64
2.4. Thiết kế hệ thống thủy lực ............................................................................ 66
2.4.1. Tính lực ép lên piston ............................................................................ 67
2.4.2. Xác định lưu lượng, áp suất của bơm .................................................... 67
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THỦY LỰC ............ 69
3.1. Giới thiệu về phần mềm Automation Studio 5.0 .......................................... 69
3.2. Mô phỏng mạch thủy lực ABS của hệ thống phanh xe con .......................... 70
3.2.1. Mạch logic và trình tự điều khiển mạch thủy lực trong Automation
Studio .............................................................................................................. 72
3.2.2. Tiến hành mô phỏng .............................................................................. 74
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 79


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính ...................................................... 9
Hình 1.2. Các sơ đồ phanh trống guốc ................................................................... 11
Hình 1.3. Các cơ cấu phanh thông dụng và sơ đồ lực tác dụng .............................. 12
Hình 1.4. Các cơ cấu phanh tự cường hoá .............................................................. 14

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của phanh đĩa ............................................................... 15
Hình 1.6. Sơ đồ các loại phanh dải ......................................................................... 17
Hình 1.7. Các sơ đồ phân dòng............................................................................... 19
Hình 1.8. Dẫn động phanh thuỷ lực tác động trực tiếp ........................................... 21
Hình 1.9. Dẫn động thuỷ lực trợ lực chân không.................................................... 22
Hình 1.10. Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực khí nén.............................................. 24
Hình 1.11. Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng .......................... 25
Hình 1.12. Sơ đồ dẫn động ôtô đơn không kéo moóc ............................................. 27
Hình 1.13. Sơ đồ dẫn động phanh rơmoóc một đường ........................................... 28
Hình 1.14. Sơ đồ dẫn động phanh rơmoóc hai đường ............................................ 29
Hình 1.15. Sự thay đổi hệ số bám dọc
tương đối

x

và hệ số bám ngang

y

theo độ trượt

của bánh xe với mặt đường khi phanh ................................................. 33

Hình 1.16. Sơ đồ nguyên lý ABS ........................................................................... 35
Hình 1.17. Vị trí lắp đặt cảm biến ........................................................................... 42
Hình 1.18. Tín hiệu điện áp ở tốc độ bánh xe .......................................................... 43
Hình 1.19. Vị trí và cấu tạo cảm biến giảm tốc ....................................................... 44
Hình 1.20. Bộ chấp hành ABS ................................................................................ 45
Hình 1.21. Mối quan hệ các yếu tố trong hệ thống phanh ABS ............................... 51
Hình 1.22. Bơm điện ABS....................................................................................... 52

Hình 1.23. Mạch điện điều khiển bơm .................................................................... 53
Hình 2.1. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh ............................. 54
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh ...................................................... 56
Hình 2.3. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men phanh của mỗi bánh xe ở cầu .... 62
trước và cầu sau theo độ trượt λ .............................................................................. 62
Hình 2.4. Ảnh hưởng của vận tốc ban đầu v0 và hệ số bám

đến quãng đường

phanh nhỏ nhất ........................................................................................................ 65
Hình 2.5. Sơ đồ cụm điều khiển thủy lực ................................................................ 66
Hình 3.1. Thanh công cụ mô phỏng ........................................................................ 69
Hình 3.2. Thanh công cụ chèn ................................................................................. 70


Hình 3.3. Các bộ phận chính của hê thống phanh thủy lực có ABS ........................ 71
Hình 3.4. Sơ đồ mô phỏng mạch thủy lực của hệ thống phanh có ABS .................. 71
Hình 3.5. Các mạch điều khiển motor và van .......................................................... 73
Hình 3.6. Mạch khởi động motor ............................................................................ 73
Hình 3.7. Logic điều khiển moto ............................................................................. 74
Hình 3.8. Quá trình đạp phanh ................................................................................ 75
Hình 3.9. Quá trình tăng áp ..................................................................................... 75
Hình 3.10. Quá trình giữ áp ..................................................................................... 76
Hình 3.11. Quá trình giảm áp .................................................................................. 76
Hình 3.12. Đồ thị thể hiện sự tăng áp suất trong xy lanh phanh .............................. 77


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 : Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ô tô
lưu hành trên đường ................................................................................................. 4

Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính (Tiêu chuẩn của
Liên Xô cũ) ............................................................................................................... 5
Bảng 1.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ (tiêu chuẩn Liên
Xô cũ)........................................................................................................................ 6
Bảng 1.4. Giá trị tối đa cho phép của lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển
và hành trình tương ứng của chúng đối với hệ thống phanh ô tô (Tiêu chuẩn của
Liên Xô cũ) ............................................................................................................... 8
Bảng 1.5. Kết quả thí nghiệm trên ôtô du lịch có trang bị hệ thống ABS (trong
trường hợp mỗi bánh xe đều có cảm biến và bộ van điều khiển riêng rẽ) ............... 37
Bảng 2.1. Quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và độ trượt λ. ......................................... 61
Bảng 2.2. Quan hệ giữa mô men phanh Mp và độ trượt λ ........................................ 61


LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Sự phát triển lớn mạnh của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần
chuyên chở khối lượng lớn hàng hóa và hành khách. Tính cơ động cao, tính việt dã
và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ô tô trở thành
một trong những phương tiện chủ yếu để chuyên chở hàng hóa và hành khách, đồng
thời ô tô đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát
triển. Hiện nay, ở nước ta số lượng ô tô đang phát triển cùng với sự phát triển của
nền kinh tế, mật độ xe tham gia giao thông trên đường ngày càng cao.
Do mật độ ô tô tham gia giao thông trên đường ngày càng lớn và tốc độ
chuyển động ngày càng cao. Cho nên vấn đề tai nạn giao thông là vấn đề cấp thiết
hàng đầu mà luôn cần phải quan tâm.
Các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông, thì 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.
Vì vậy em chọn đề tài: " Nghiên cứu thiết kế, kiểm nghiệm động lực học hệ

thống phanh thủy lực cho phương tiện giao thông "
Công việc thiết kế hệ thống phanh bao gồm các phần sau:
- Bước 1: Tìm hiểu hệ thống phanh trên một số loại ô tô phổ biến hiện nay
- Bước 2: Tính toán lực phanh và các lực tác động trong quá trình phanh xe
- Bước 3: Thiết kế hệ thống thủy lực cho hệ thống phanh (bơm, van, cơ cấu
chấp hành, van an toàn, đường ống)
- Bước 4: Mô phỏng và kiểm nghiệm động lực học hệ thống thủy lực.
2. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
a. Mục đích nghiên cứu
- Đưa ra đặc điểm kết cấu của hệ thống phanh và phân tích nguyên lý làm
việc của các hệ thống phanh thường dùng trên ô tô
- Xác định các lực phanh sinh ra trong quá trình phanh xe để đánh giá an
toàn của hệ thống phanh

1


b. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô con có trang bị hệ
thống chống bó cứng bánh xe ABS.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo và mô phỏng hệ thống
thủy lực
3. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
a. Nội dung
- Nghiên cứu tổng quan hệ thống phanh thường dùng trên ô tô, phân tích các
lực phanh sinh ra trong quá trình phanh.
- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống thủy lực cho hệ thống phanh trên ô tô
b. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phân tích, tổng hợp kết quả thu được và nhận xét, đánh giá

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động
của ô tô, nó cho phép người lái giảm tốc độ của xe cho đến khi dừng hẳn hoặc giảm
đến một tốc độ nào đó, giữ cho xe cố định khi dừng đỗ. Qua đó, nâng cao được vận
tốc trung bình và năng suất vận chuyển của ô tô.
1.1. Công dụng
- Hệ thống phanh ô tô được dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi
dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó, nghĩa là điều khiển tốc độ ô tô theo
chiều giảm. Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô máy kéo đứng
yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hoặc trên các mặt đường ngang với thời gian
không hạn chế. Với các máy kéo xích, hệ thống phanh còn phối hợp với bộ phận
chuyển hướng, tham gia làm nhiệm vụ điều khiển và quay vòng máy kéo.
- Ðối với ô tô, hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng vì nó đảm bảo cho
ô tô - máy kéo chuyển động an toàn trong mọi chế độ làm việc và nhờ đó mới có thể
phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe.
1.2. Yêu cầu
Hệ thống phanh chính cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Ðảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh.
- Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đòn
điều khiển phải nhỏ.
- Giữ cho ô tô - máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế.
- Làm việc bền vững, tin cậy.
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp
nguy hiểm.
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn
cho hành khách và hàng hóa.
- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi

quay vòng.

3


- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện
sử dụng.
- Có khả năng thoát nhiệt tốt.
- Ðể có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ
thống phanh của ôtô - máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh,
là:
Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, được sử dụng thường xuyên ở tất
cả mọi chế độ chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là
phanh chân.
Phanh dự trữ: Dùng để phanh ô tô - máy kéo trong trường hợp phanh chính
bị hỏng.
Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ. Dùng để giữ ô tô - máy kéo đứng yên tại
chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc. Phanh này thường được điều khiển bằng
tay nên gọi là phanh tay.
Bảng 1.1 : Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép ô tô
lưu hành trên đường [1]
Stt

1

2

3

Chủng loại ô tô

Quãng đường
phanh
Sp [ m ] ( )

Gia tốc chậm dần
ổn định
Jp [ m/s ] ( )

7,2

5,8

9,5

5,0

11

4,2

Ô tô du lịch và các loại ô tô khác
thiết kế trên cơ sở ô tô du lịch
Ô tô vận tải trọng lượng toàn bộ
8 tấn và ô tô khách có chiều dài
toàn bộ 7,5 m
Ô tô vận tải hoặc đoàn ô tô có
trọng lượng toàn bộ > 8 tấn và ô tô
khách có chiều dài toàn bộ > 7,5 m

Tiêu chuẩn trình bày ở bảng 1-1 trên được cho ứng với chế độ thử:
Ô tô không tải, chạy trên đường nhựa khô, nằm ngang.
Vận tốc bắt đầu phanh là 30 [Km/h] (8,33 [m/s]).

4


Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính
(Tiêu chuẩn của Liên Xô cũ)
Stt

Chủng loại ô tô

(1)

(2)
Ô tô du lịch và
Microbuys với số chỗ
ngồi 8
Ô tô buýt > 8 chỗ
ngồi và trọng lượng
toàn bộ 5 tấn
Ô tô buýt với trọng
lượng toàn bộ > 5 tấn

1

2

3

4

5

6

7

8

Ô tô tải với trọng
lượng toàn bộ < 3,5
tấn
Ô tô tải với trọng
lượng toàn bộ từ 3,5
tấn 12 tấn
Ô tô tải với trọng
lượng > 12 tấn
Đoàn ô tô với tải
trọng toàn bộ từ 3,5
tấn 12 tấn
Đoàn ô tô với trọng
lượng toàn bộ > 12
tấn

Tốc độ
trước
khi
phanh

Vo
[Km/h]

Lực tác
dụng lên
bàn đạp
Pbđ [ N ]
( )

Dạng
thử

Quãng
đường
phanh
Sp [ m ]
( )

Gia tốc
chậm dần
ổn định
Jp [ m/g ]
( )

(3)

(4)

80

500

(5)
O
I
II

(6)
43,2
54,0
57,5

(7)
7,0
5,4
5,0

O
I
II

25,8
32,3
34,3

7,0
5,3
4,9

O

I
II
O
I
II
O
I
II

32,1
40,1
42,7
44,8
56,0
59,6
25,0
31,3
33,3

6,0
4,5
4,1
5,5
4,1
3,8
5,5
4,0
3,7

O

I
II
O
I
II

17,2
21,5
22,9
26,5
33,1
35,2

5,5
4,0
3,6
5,5
4,0
3,7

O
I
II

18,4
23,0
24,5

5,5
3,9

3,6

60

700

60

700

70

700

50

700

40

700

50

700

40

700

5


Bảng 1.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ
(tiêu chuẩn Liên Xô cũ)

Stt

(1)
1

2

3

4

5

6

7

8

Chủng loại ô tô

(2)
Ô tô du lịch và
Microbuys với số

chỗ ngồi 8
Ô tô buýt > 8 chỗ
ngồi và trọng
lượng toàn bộ 5
tấn
Ô tô buýt với
trọng lượng toàn
bộ > 5 tấn
Ô tô tải với trọng
lượng toàn bộ <
3,5 tấn
Ô tô tải với trọng
lượng toàn bộ từ
3,5 tấn 12 tấn
Ô tô tải với trọng
lượng > 12 tấn
Đoàn ô tô với tải
trọng toàn bộ từ
3,5 tấn 12 tấn
Đoàn ô tô với
trọng lượng toàn
bộ > 12 tấn

Tốc độ
trước
khi thử
Vo
[Km/h]
(3)

Lực tác dụng lên
bàn đạp Pbđ [ N ]
( )

Gia tốc
chậm dần
ổn định
Jp [ m/s2 ]
( )
(7)

Tay đòn

Bàn đạp

(4)

(5)

Quãng
đường
phanh
Sp [ m ]
( )
(6)

80

400

500

90,1

3,0

60

600

700

52,2

3,0

60

600

700

52,2

3,0

70

600

700

79,0

2,8

50

600

700

42,5

2,8

40

600

700

28,4

2,8

50

600

700

44,0

2,8

40

600

700

29,6

2,8

Đối với hệ thống phanh chính, giá trị các chỉ tiêu được cho tương ứng ba dạng
thử khác nhau là.

6


Thử " O ": Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh
còn nguội và thường tiến hành hai trường hợp: động cơ được tách và không tách ra
khỏi hệ thống truyền lực.
Thử " I ": Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh
đã làm việc nóng lên. Dạng thử này bao gồm hai giai đoạn:
. Thử sơ bộ: Để cho các cơ cấu phanh nóng lên
. Thử chính: Để xác định hiệu quả phanh.
Thử " II ": Để xác định hiệu quả phanh chính, khi ô tô, máy kéo chuyển động

xuống dốc dài.
Khi phanh bằng phanh dự trữ hoặc bằng các hệ thống phanh khác thực hiện các
chức năng của nó, gia tốc chậm dần lớn nhất cần phải đạt 3 [m/s2] đối với ô tô
khách và 2,8 [m/s2] đối với ô tô tải.
Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh được đánh giá bằng tổng lực
phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó có thể tạo ra. Khi thử ( theo cả hai chiều:
đầu xe hướng xuống dốc và ngược lại - quay lên dốc ) phanh dừng cần phải giữ
được ô tô- máy kéo chở đầy tải và động cơ tách ra khỏi hệ thống truyền lực, đứng
yên trên dốc có độ nghiêng không nhỏ hơn 25%.
Hệ thống phanh chậm dần cần phải đảm bảo cho ô tô - máy kéo, khi chuyển
động xuống các dốc dài 6 [Km], độ dốc 7 %, tốc độ không vượt quá 30 2 [Km/h] (
8,33 0,6 [m/s]), mà không cần sử dụng các hệ thống phanh khác. Khi phanh bằng
phanh này, gia tốc của ô tô, máy kéo thường đạt khoảng 0,6 2,0 [m/s2].
Để quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác, điều khiển được đúng
cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo tỷ lệ thuận giữa lực tác
dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thời
không có hiện tượng tự siết khi phanh.
Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô, máy kéo khi phanh, sự phân bố
lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiện chính
sau:
Lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của mặt
đường tác dụng lên chúng.

7


Lực phanh tác dụng lên bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằng nhau.
Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất.
Không xảy ra hiện tượng tự khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh. Vì các bánh
xe trước sẽ bị trượt ngang, mất tính điều khiển. Các bánh xe sau sẽ bị quay đầu, mất

tính ổn định. Ngoài ra các bánh xe bị trượt sẽ gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do
giảm hệ số bám.
Để đảm bảo các yêu cầu này, trên ô tô, máy kéo hiện đại, người ta sử dụng các
bộ điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe ( Antilook Braking
System - ABS ).
Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện được đánh giá bằng lực lớn nhất
cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng của
chúng. Giá trị quy định của chúng được cho dưới bảng 1.4.
Bảng 1.4. Giá trị tối đa cho phép của lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển
và hành trình tương ứng của chúng đối với hệ thống phanh ô tô
( Tiêu chuẩn của Liên Xô cũ )
Phương pháp
điều khiển
Bằng bàn đạp
Bằng tay đòn

Pbđ max

Sbđ max

[N]

[ mm ]

Làm việc, dự trữ Du lịch

500

150

và phanh dừng

Vận tải và khách

700

180

Dự trữ và dừng

Du lịch

400

160

Vận tải và khách

600

220

Hệ thống phanh

Chủng loại ô tô

1.3. Phân loại
Hệ thống phanh gồm có các cơ cấu phanh để hãm trực tiếp tốc độ góc của các
bánh xe hoặc một trục nào đó của hệ thống truyền lực và truyền động phanh để dẫn
động cơ cấu phanh.

Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thống truyền lực,
phanh chia ra các loại: Phanh bánh xe và phanh truyền lực.
Theo dạng bộ phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia ra:
Phanh đĩa: Theo số lượng đĩa quay còn chia ra: Một đĩa quay và nhiều đĩa quay.

8


Phanh trống-guốc: Theo đặc tính cân bằng thì được chia ra: Phanh cân bằng và
phanh không cân bằng.
Phanh dải.

(a)

(b)

(c)

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính
a- Phanh trống- Guốc: b- Phanh đĩa: c- Phanh dải
Theo loại dẫn động, phanh chia ra: Phanh cơ khí, phanh thủy lực (phanh dầu),
phanh khí nén (phanh hơi), phanh điện từ và phanh liên hợp (kết hợp các loại khác
nhau).
Phanh truyền động bằng cơ khí thì được dùng làm phanh tay và phanh chân ở
một số ô tô trước đây. Nhược điểm của loại phanh này là đối với phanh chân, lực
tác động lên bánh xe không đồng đều và kém nhạy, điều khiển nặng nề, nên hiện
nay ít sử dụng. Riêng đối với phanh tay thì chỉ sử dụng khi ô tô dừng hẳn và hổ trợ
cho phanh chân khi phanh gấp và thật cần thiết, nên hiện nay nó vẫn được sử dụng
phổ biến trên ô tô.
Phanh truyền động bằng thủy lực thì được dùng phổ biến trên ô tô du lịch và xe

ô tô tải trọng nhỏ.
Phanh truyền động bằng khí nén thì được dùng trên ô tô tải trọng lớn và ô tô
hành khách. Ngoài ra nó còn dùng trên ô tô vận tải tải trọng trung bình có động cơ
diesel cũng như trên các ô tô kéo đoàn xe.
Phanh truyền động bằng điện thì được dùng trên các đoàn ô tô, ô tô kéo nhiều
rơmoóc.

9


Phanh truyền động liên hợp thủy khí thì được dùng trên các ô tô và đoàn ô tô có
tải trọng lớn và rất lớn.
1.4. Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Ðể thực hiện nhiệm vụ của mình, hệ thống phanh phải có hai phần kết cấu
chính sau:
Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản. Trong quá trình phanh
động năng của ôtô máy kéo được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán
ra môi trường bên ngoài.
Dẫn động phanh: Ðể điều khiển cơ cấu phanh.
1.4.1. Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh là một bộ phận trực tiếp tạo ra lực phanh cũng chính là lực cản,
trong quá trình phanh khi ô tô chuyển động, động năng của ô tô sẽ được biến thành
nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường.
Cơ cấu phanh trên ô tô chủ yếu làm việc theo nguyên lý ma sát. Do vậy kết cấu
của nó gồm có hai phần chính: cơ cấu ép và phần tử ma sát. Bên cạnh đó còn có
thêm các phần tử phụ như cơ cấu điều khiển khe hở giữa má phanh và trống phanh
của loại phanh trống - guốc, bộ phận xả khí của phanh dẫn động thủy lực...
Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống - Guốc, Đĩa hay Dải.
Mỗi dạng có đặc điểm kết cấu riêng biệt.
Kết cấu cơ cấu phanh trên ô tô có đặc trưng tùy thuộc bởi vị trí đặt nó ở bánh xe

hoặc ở truyền lực, bởi loại chi tiết quay.
Cơ cấu phanh ở bánh xe thường dùng loại trống - guốc và gần đây sử dụng nhiều
loại đĩa ở các bánh xe trước.
1.4.1.1. Loại trống - guốc
a. Thành phần cấu tạo
Đây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:
+ Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moayơ bánh xe.
+ Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh).
+ Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định vị
hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh.

10


+ Cơ cấu ép: Khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động, sẽ
ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ra
lực ma sát để phanh bánh xe lại.
+ Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanh cần
phải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,2 0,4)mm để cho phanh nhả được
hoàn toàn. Khe hở này tăng lên khi các má phanh bị mài mòn, làm tăng hành trình
của cơ cấu ép, tăng lượng chất lỏng làm việc cần thiết hay lượng tiêu thụ không khí
nén, tăng thời gian chậm tác dụng,... Để tránh những hậu quả xấu đó, phải có cơ cấu
để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh.
Có hai phương pháp để điều chỉnh: Bình thường bằng tay và tự động
b. Các sơ đồ và chỉ tiêu đánh giá
số bậc tự
do của
guốc

Số lượng

cơ cấu ép

Loại cơ cấu ép
Xy lanh thủy lực

1

I

2

III

II

Cam
XII

XIII

Chêm
XIV

XV

Một

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

X

XVI

1
Hai

2

XVII

Hình 1.2. Các sơ đồ phanh trống guốc
Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh (hình 1.2). Các sơ đồ
này khác nhau ở chổ
+ Dạng và số lượng cơ cấu ép.
+ Số bậc tự do của các guốc phanh.

11

+ Đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép và
do vậy khác nhau ở:
- Hiệu quả làm việc.
- Đặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc.
- Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe.
- Mức độ phức tạp của kết cấu.

Hình 1.3. Các cơ cấu phanh thông dụng và sơ đồ lực tác dụng
a- Ép bằng cam; b- Ép bằng xylanh thủy lực; c- Hai xylanh ép, guốc phanh
một bậc tự do; d- Hai xylanh ép, guốc phanh hai bậc tự do.
Hiện nay, đối với hệ thống phanh làm việc, được sử dụng thông dụng nhất là các
sơ đồ trên hình 1.3a và 1.3b. Tức là sơ đồ với guốc phanh một bậc tự do, quay
quanh hai điểm cố định đặt cùng phía và một cơ cấu ép. Sau đó đến các sơ đồ 1.3c
và 1.3d.
Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta sử
dụng ba chỉ tiêu riêng, đặt trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là: Tính thuận
nghịch (đảo chiều), tính cân bằng và hệ số hiệu quả.
Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh mà giá trị mômen phanh do
nó tạo ra không phụ thuộc vào chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động của
ôtô- máy kéo.

12


Cơ cấu phanh có tính cân bằng tốt là cơ cấu phanh khi làm việc, các lực từ guốc
phanh tác dụng lên trống phanh tự cân bằng, không gây tải trọng phụ tác dụng lên
cụm ổ trục bánh xe.
Hệ số hiệu quả là một đại lượng bằng tỷ số giữa mômen phanh tạo ra và tích của
lực dẫn động nhân với bán kính trống phanh. (hay còn gọi một cách quy ước là

mômen của lực dẫn động).
Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh trên hình 1.3 là sơ đồ biểu diễn đã được đơn
giản hóa nhờ các giả thiết sau:
+ Các má phanh được bố trí đối xứng với đường kính ngang của cơ cấu.
+ Hợp lực của các lực pháp tuyến (N) và của các lực ma sát (fN) đặt ở giữa vòng
cung của má phanh trên bán kính r .
Từ sơ đồ ta thấy rằng:+ Lực ma sát tác dụng lên guốc trước (tính theo chiều
chuyển động của xe) có xu hướng phụ thêm với lực dẫn động ép guốc phanh vào
trống phanh, nên các guốc này gọi là guốc tự siết.
+ Đối với các guốc sau, lực ma sát có xu hướng làm giảm lực ép, nên các guốc
này được gọi là guốc tự tách. Hiện tượng tự siết, tự tách này là một đặc điểm đặt
trưng của cơ cấu phanh trống- guốc.
Sơ đồ hình 1.3a có cơ cấu ép bằng cơ khí, dạng cam đối xứng. Vì thế độ dịch
chuyển của các guốc luôn luôn bằng nhau. Và bởi vậy áp lực tác dụng lên các guốc
và mômen phanh do chúng tạo ra có giá trị như nhau:
N1 = N2 = N và Mp1 = Mp2 = Mp
Do hiện tượng tự siết nên khi N1 = N2 thì P1< P2. Đây là cơ cấu vừa thuận nghịch
vừa cân bằng. Nó thường được sử dụng với dẫn động khí nén nên thích hợp cho các
ôtô tải và khách cỡ trung bình và lớn.
Sơ đồ trên hình 1.3b dùng cơ cấu ép thủy lực, nên lực dẫn động của hai guốc
bằng nhau P1 = P2 = P. Tuy vậy do hiện tượng tự siết nên áp lực N1 > N2 và Mp1 >
Mp2. Cũng do N1 > N2 nên áp suất trên bề mặt má phanh của guốc trước lớn hơn
guốc sau, làm cho các guốc mòn không đều. Để khắc phục hiện tượng đó, ở một số
kết cấu đôi khi người ta làm má phanh của guốc tự siết dài hơn hoặc dùng xylanh ép
có đường kính làm việc khác nhau: Phía trước tự siết có đường kính nhỏ hơn.

13


Cơ cấu phanh loại này là cơ cấu phanh thuận nghịch nhưng không cân bằng. Nó

thường sử dụng trên các ôtô tải cở nhỏ và vừa hoặc các bánh sau của ôtô du lịch.
Về mặt hiệu quả phanh, nếu thừa nhận hệ số hiệu quả của sơ đồ hình 1.3a:
Khq = Mp/(P1+ P2).rt = 100%, thì hệ số hiệu quả của cơ cấu phanh dùng cơ cấu
ép thủy lực hình 2.3b sẽ là 116% 122%, khi có cùng kích thước chính và hệ số ma
sát giữa má phanh và trống phanh: f = 0,30

0,33.

Để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, người ta dùng cơ cấu phanh với
hai xylanh làm việc riêng rẽ. Mỗi guốc phanh quay quanh một điểm cố định bố trí
khác phía, sao cho khi xe chạy tiến thì cả hai guốc đều tự siết (hình 1.3c). Hiệu quả
phanh trong trường hợp này có thể tăng được 1,6 1,8 lần so với cách bố trí bình
thường. Tuy nhiên khi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp, tức là cơ cấu phanh
không có tính thuận nghịch.
Cơ cấu phanh loại này kết hợp với kiểu bình thường đặt ở các bánh sau, cho
phép dễ dàng nhận được quan hệ phân phối lực phanh cần thiết Ppt > Pps trong khi
nhiều chi tiết của các phanh trước và sau có cùng kích thước. Vì thế nó thường được
sử dụng ở cầu trước các ôtô du lịch và tải nhỏ.
Để nhận được hiệu quả phanh cao cả khi chuyển động tiến và lùi, người ta dùng
cơ cấu phanh thuận nghịch và cân bằng loại bơi như trên hình 1.3d. Các guốc phanh
của sơ đồ này có hai bậc tự do và không có điểm quay cố định. Cơ cấu ép gồm hai
xylanh làm việc tác dụng đồng thời lên đầu trên và dưới của các guốc phanh. Với
kết cấu như vậy cả hai guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quay theo chiều
nào. Tuy nhiên nó có nhược điểm là kết cấu phức tạp.

Hình 1.4. Các cơ cấu phanh tự cường hoá

14

Để nâng cao hiệu quả phanh cao hơn nữa, người ta còn dùng các cơ cấu phanh tự
cường hóa. Tức là các cơ cấu phanh mà kết cấu của nó cho phép lợi dụng lực ma sát
giữa một má phanh và trống phanh để cường hóa- tăng lực ép, tăng hiệu quả phanh
cho má kia.
Các cơ cấu phanh tự cường hóa mặc dù có hiệu quả phanh cao, hệ số có thể đạt
đến 360% so với cơ cấu phanh bình thường dùng cam ép. Nhưng mômen phanh
kém ổn định, kết cấu phức tạp, tính cân bằng kém và làm việc không êm nên ít được
sử dụng. Xu hướng hiện nay là: sử dụng cơ cấu phanh loại bình thường với các
guốc có điểm quay cố định, cùng phía. Trường hợp cần thiết thì dùng thêm các bộ
trợ lực để tăng lực dẫn động và tăng hiệu quả phanh.
1.4.1.2. Loại đĩa
Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch.
Phanh đĩa có các loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và
vòng ma sát quay.
Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép
hai kim loại khác nhau.

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của phanh đĩa
Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống guốc như sau:
- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và ít phải
điều chỉnh.
- Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở.

15


- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0,05 0,15)mm nên rất nhạy, giảm được
thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động.
- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng, nên cho phép tăng giá trị của
chúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến

dạng của kết cấu. Vì thế phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe.
- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn.
- Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạng đĩa quay.
Tuy vậy phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sử dụng của nó là:
- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín.
- Các đĩa phanh loại hở dễ bị ôxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh.
- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt, xước.
- Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi
động cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng để
kết hợp làm phanh dừng.
1.4.1.3. Loại dải
Loại phanh này chủ yếu được sử dụng trên máy kéo xích. Vì nó dùng phối hợp
với ly hợp chuyển hướng tạo được một kết nối rất đơn giản và gọn.
Phanh dải có một số loại, khác nhau ở phương pháp nối đầu dải phanh và do đó
khác nhau ở hiệu quả phanh.

16


Hình 1.6. Sơ đồ các loại phanh dải
a- Phanh dải đơn giản không tự siết; b- Phanh dải tự siết một chiều;
c- Phanh dải loại kép; d- Phanh dải loại bơi.
Phanh dải đơn giản không tự siết: Khi tác dụng lực, cả hai đầu dải phanh được
rút lên siết vào trống phanh. Ưu điểm của loại này là phanh êm dịu, hiệu quả phanh
không phụ thuộc chiều quay. Nhược điểm là hiệu quả phanh không cao.
Phanh dải đơn giản tự siết một chiều: Nhờ có một đầu được nối cố định nên hiệu
quả phanh theo chiều tự siết cao hơn chiều ngược lại tới gần 6 lần. Tuy vậy khi
phanh thường dễ bị giật, không êm.
Phanh dải loại kép: Là loại mà bất kỳ trống phanh quay theo chiều nào thì hiệu
quả phanh của nó cũng không đổi và luôn luôn có một nhánh tự siết.

Phanh dải loại bơi: Nó làm việc tương tự như phanh dải đơn giản tự siết, nhưng
hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay.

17


Tất cả các loại phanh dải đều có chung nhược điểm là áp suất trên bề mặt ma sát
phân bố không đều. Nên má phanh mòn không đều và tải trọng hướng kính tác dụng
lên trục lớn.
1.4.2. Dẫn động phanh
Các loại dẫn động phanh:
Dẫn động phanh là một hệ thống dùng để điều khiển cơ cấu phanh.
Dẫn động phanh thường dùng hiện nay có ba loại chính: cơ khí, chất lỏng thủy
lực và khí nén. Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu
suất thấp ( =0,4 0,6) và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe. Nên đối với hệ
thống phanh làm việc của ô tô được sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: thủy lực
và khí nén.
Lực tác động lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều khiển phanh cũng như hành trình
bàn đạp và đòn điều khiển phanh phụ thuộc ở mômen phanh cần sinh ra và các
thông số dẫn động phanh.
Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vận tải
có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xylanh phanh chính, bộ trợ
lực phanh, xylanh làm việc ở các bánh xe...
Dẫn động phanh bằng khí nén được dùng nhiều ở ô tô vận tải có tải trọng cỡ
trung bình và lớn, gồm các cụm chủ yếu như: máy nén khí, van điều chỉnh áp suất,
bình chứa, van phân phối, bầu phanh....
Các sơ đồ phân dòng chính:
Dẫn động hệ thống phanh làm việc, với mục đích tăng độ tin cậy, cần phải có ít
là hai dòng dẫn động độc lập. Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn
lại vẫn được ô tô máy kéo với một hiệu quả xác định nào đó. Hiện nay phổ biến

nhất là các dẫn động hai dòng với sơ đồ phân dòng như trên hình 1.7. Để phân chia
các dòng có thể sử dung bộ phận điều khiển kép, như: van khí nén hai khoang, xi
lanh chính kép hay bộ chia.
Mỗi sơ đồ đều có ưu, khuyết điểm riêng. Vì vậy khi chọn sơ đồ phân dòng phải
tính toán kỹ dựa vào ba yếu tố chính là:
Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng.

18