Thiết kế 3d và kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của TS. Hoàng Thăng Bình. Đề tài được thực hiện tại bộ môn Ô Tô và Xe Chuyên
Dụng – Viện Cơ Khí Động Lực – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu,
kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào.
Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2013
TÁC GIẢ

Nguyễn Văn Hiến

-1-


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
MỤC LỤC ..................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ ........................................................................4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................7
LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................8
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..................................10
1.1. Cơ sở nghiên cứu của đề tài ........................................................................10
1.2. Mục tiêu của đề tài .......................................................................................11
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..............................................................11
1.4. Phƣơng pháp thực hiện đề tài .....................................................................11
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN ....13
2.1. Khái quát chung về hệ thống phanh. .........................................................13
2.1.1. Công dụng của hệ thống phanh ..............................................................13
2.1 2. Phân loại hệ thống phanh .......................................................................13

2.1.3. Cấu tạo chung của hệ thống phanh .........................................................14
2.1.4. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh.................................................15
2.1.5. Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh .....................................................15
2.2. Hệ thống phanh khi nén. .............................................................................16
2.2.1. Yêu cầu chung đối với hệ thống phanh khí nén .....................................16
2.2.2. Tổng quan chung về hệ thống phanh khí nén:........................................17
2.3. Hệ thống phanh ABS khí nén. ....................................................................30
2.3.1. Lịch sử phát triển của hệ thống ABS (Antilock Brake Systems). .........30
2.3.2. Khái niệm cơ sở về ABS ........................................................................32
2.3.3. Mục tiêu, sơ đồ và nguyên lý làm việc của ABS ...................................40
2.3.4. Cấu tạo và hoạt động của các phần tử hệ thống phanh ABS khí nén. ....41
2.3.5. Các phương pháp dẫn động hệ thống phanh ABS khí nén.....................49
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ, KIỂM NGHIỆM BỀN VỎ VAN CƠ CẤU CHẤP
HÀNH TRONG HỆ THỐNG PHANH ABS KHÍ NÉN ......................................57

-2-


3.1. Cơ sở thiết kế vỏ van cơ cấu chấp hành.....................................................57
3.1.1. Các phương án thiết kế vỏ van cơ cấu chấp hành ..................................57
3.1.2. Các thông số tính toán thiết kế vỏ van cơ cấu chấp hành.......................58
3.2. Thiết kế 3D vỏ van cơ cấu chấp hành ........................................................64
3.2.1. Lựa chọn phần mềm thiết kế ..................................................................64
3.2.2. Giới thiệu chung về phần mềm Solid Works .........................................64
3.2.3. Giới thiệu module COSMOS Solidworks Simulation .........................66
3.2.4. Mô phỏng 3D vỏ van cơ cấu chấp hành trên phần mềm Solid Works ...66
3.3. Kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành ..............................................68
3.3.1. Các bước tiến hành kiểm nghiệm bền ....................................................68
3.3.2. Kết quả kiểm nghiệm bền cụm cơ cấu chấp hành ..................................71
KẾT LUẬN ..............................................................................................................78

1. Kết quả đạt đƣợc.............................................................................................78
2. Những tồn tại và hƣớng phát triển................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................80

-3-


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
TT

Nội dung

Hình 2.1
Hình 2.2

Bảng các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh ( theo tiêu
chuẩn Châu Âu ECE R-13)
Sơ đồ khối hệ thống phanh khí nén ……….........................

Hình 2.3

Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén …............................

18

Hình 2.4

Sơ đồ hệ thống phanh khí nén không có ABS …….....…...

19

Hình 2.5

Cấu tạo máy nén khí …………………….……….……….

20

Hình 2.6

Bộ điều chỉnh áp suất …........…………………………….

22

Hình 2.7

Bộ lọc tạp bẩn và làm khô khí ..……..…………………....

23

Hình 2.8

Van phân chia và bảo vệ khí nén ........................................

24

Hình 2.9

Van an toàn .........................................................................

25

Hình 2.10 Van phân phối hai dòng ......................................................

26

Hình 2.11 Bầu phanh loại màng ...........................................................

28

Hình 2.12 Bầu phanh loại tích năng .....................................................

29

Hình 2.13 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh .......

32

Hình 2.14 Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết .........................

33

Hình 2.15 Đặc tính trượt thể hiện thay đổi hệ số bám .........................

35

Trang
16
17

Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt tương đối với

Hình 2.16

các loại lốp ..........................................................................

Hình 2.17 Mối quan hệ φx; φy với λ ứng với góc lệch bên φi
Hình 2.18

36
36

Sự thay đổi của mô men phanh Mb ,áp suất dẫn động
phanh p và gia tốc  của bánh xe khi phanh có ABS ......

38

Hình 2.19 Sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển ................................

39

Hình 2.20 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên ô tô .......................

40

Hình 2.21 Sơ đồ đơn giản một mạch điều khiển phanh ABS ...........

41

Hình 2.22 Cảm biến đo tốc độ bánh xe ...............................................

42

Hình 2.23 Nguyên lý xác định vận tốc của cảm biến tốc độ ............

43

Hình 2.24 Cảm biến đặt ở bánh trước ..................................................

43

-4-


Hình 2.25 Cảm biến đặt ở bánh sau .....................................................

43

Hình 2.26 Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc bánh xe .................

44

Hình 2.27 Hình ảnh mô phỏng van cơ cấu chấp hành .......................

45

Hình 2.28 Hình ảnh thực tế van cơ cấu chấp hành .............................

45

Hình 2.29 Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái tăng áp .......................

46

Hình 2.30 Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái giảm áp ...................

47

Hình 2.31 Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái giữ áp ......................

48

Hình 2.32 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/3K ................

49

Hình 2.33 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/4K ................

50

Hình 2.34 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/3K xe 3 cầu..

52

Hình 2.35 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/3K xe 3 cầu..

54

Hình 2.36 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/4K xe 3 cầu..

55

Hình 2.37 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/6K xe 3 cầu..

56

Hình 3.1

Hình ảnh mô tả dạng thiết kế vỏ van 3 phần ....................

59

Hình 3.2

Bản vẽ thiết kế thân van ......................................................

60

Hình 3.3

Bố trí 2 cửa khí tại đầu ra ....................................................

61

Hình 3.4

Bản vẽ thân van 2 cửa ra khí nén .......................................

61

Hình 3.5

Bản vẽ thiết kế nắp trên vỏ van ..........................................

62

Hình 3.6

Bản vẽ thiết kế nắp dưới vỏ van .........................................

63

Hình 3.7

Bulông gá lắp vỏ van ..........................................................

64

Hình 3.8

Lôgô của phần mềm SolidWorks .......................................

65

Hình 3.9

Hình ảnh 3D mô phỏng vỏ van cơ cấu chấp hành ...........

66

Hình 3.10 Cụm vỏ van cơ cấu chấp hành thiết kế 3D .......................

67

Hình 3.11 Hình ảnh 3D nắp trên của van ............................................

67

Hình 3.12 Hình ảnh 3D nắp dưới của van ...........................................

68

Hình 3.13 Hình ảnh 3D thân van .........................................................

68

Hình 3.14 Chọn thư mục thao tác và bài toán tính bền ........................

69

Hình 3.15 Chọn vật liệu cho chi tiết ....................................................

69

Hình 3.16 Cố định cho chi tiết .............................................................

70

-5-


Hình 3.17 Chọn tải trọng đặt vào chi tiết ..............................................

70

Hình 3.18 Chia lưới cho chi tiết ...........................................................

70

Hình 3.19 Chạy chương trình kiểm nghiệm bền .................................

71

Hình 3.20 Cố định, đặt lực và chia lưới cho nắp van trên .................

72

Hình 3.21 Kết quả ứng suất bền nắp trên ............................................

72

Hình 3.22 Kết quả biến dạng nắp trên .................................................

73

Hình 3.23 Kết quả sức căng mặt ngoài nắp trên .................................

73

Hình 3.24 Cố định, đặt lực và chia lưới cho nắp van dưới ................

74

Hình 3.25 Kết quả ứng suất bền nắp dưới ...........................................

74

Hình 3.26 Kết quả biến dạng nắp dưới ................................................

75

Hình 3.27 Kết quả sức căng mặt ngoài nắp dưới ................................

75

Hình 3.28 Cố định, đặt lực và chia lưới cho thân van .......................

76

Hình 3.29 Kết quả ứng suất bền thân van ...........................................

76

Hình 3.30 Kết quả biến dạng thân van .................................................

77

Hình 3.31 Kết quả sức căng mặt ngoài thân van .................................

77

-6-

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT

Chữ viết tắt

Ý nghĩa

1

ABS

Antilock Brake Systems: Hệ thống chống bó cứng phanh

2

TRS

Traction Regulator Systems: Hệ thống kiểm soát lực kéo

3

ASR

Acceleraion Slip Regulator: Kiểm soát trượt quay bánh xe

4

BAS

Brake Assit System: Hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp

5

ECU

Electronic Control Unit: Bộ điều khiển điện tử

6

4S/3K

4 cảm biến, 3 kênh điều khiển

7

4S/4K

4 cảm biến, 4 kênh điều khiển

8

6S/3K

6 cảm biến, 3 kênh điều khiển

9

6S/4K

6 cảm biến, 4 kênh điều khiển

10

6S/6K

6 cảm biến, 6 kênh điều khiển

-7-


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã
giúp cho nền công nghiệp của các nước trên thế giới tăng trưởng không ngừng,
trong đó có nghành công nghiệp ô tô. Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đóng vai trò
quan trọng trong sự phát triển của một đất nước và toàn xã hội. Nó ra đời nhằm mục
đích phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách, góp phần phát triển kinh
tế xã hội của đất nước. Từ lúc ra đời cho đến nay ô tô đã được sử dụng trong rất
nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, quốc phòng an ninh, nông nghiệp, công
nghiệp, du lịch ... Chính vì vậy, số lượng ô tô trên thế giới không ngừng tăng nhanh;
riêng chỉ tính ở Việt Nam tính đến hết tháng 7/2012, số lượng ô tô tham gia giao
thông đã lên đến con số là 1.950.964 chiếc (theo Phòng tuyên truyền - Bộ Giao
thông vận tải).
Đất nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các
ngành công nghiệp nặng luôn từng bước phát triển. Trong đó, ngành công nghiệp ô
tô luôn được chú trọng và trở thành một mũi nhọn của nền kinh tế và tỷ lệ nội địa
hóa cũng ngày càng cao. Tuy nhiên, công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong những
bước đầu hình thành và phát triển nên mới chỉ dừng lại ở việc nhập khẩu tổng
thành, lắp ráp các mẫu xe sẵn có, chế tạo một số chi tiết đơn giản và sửa chữa. Do

đó, một vấn đề lớn đặt ra trong giai đoạn này là tìm hiểu và nắm vững kết cấu của
từng cụm, hệ thống, chi tiết trên ô tô, phục vụ quá trình khai thác sử dụng đạt hiệu
quả cao nhất, từ đó có thể từng bước làm chủ công nghệ.
An toàn chuyển động của xe là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất
lượng xe, nó được đánh giá bằng nhiều tiêu chí trong đó có hệ thống phanh. Hệ
thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên xe ô tô, bởi vì nó
đảm bảo cho xe chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất
vận chuyển.
Trên các ô tô hiện nay cơ bản đều trang bị với hệ thống phanh ABS, trong đó
đối với các ô tô tải và ô tô buýt thường sử dụng hệ thống phanh ABS khí nén. Tuy
nhiên tại Việt Nam, các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô hầu như chưa nghiên cứu để làm

-8-


chủ công nghệ và phát triển về hệ thống phanh ABS khí nén. Đối với các liên doanh
ô tô cũng không nghiên cứu, phát triển các sản phẩm ABS tại Việt Nam, mà chỉ lắp
ráp từ phụ kiện nhập ngoại.
Trước thực tế đó, với mong muốn góp một phần nhỏ để giải quyết các vấn đề
nêu trên, cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của TS Hoàng Thăng Bình, các thầy
trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng - Viện Cơ khí động lực - Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội, nhóm tác giả đề tài cấp Nhà nước về " Nghiên cứu, thiết kế,
chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén dùng cho ô tô sản
xuất lắp ráp tại Việt Nam" và các bạn đồng nghiệp, đề tài : " Thiết kế 3D và kiểm
nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén" đã
được hoàn thành.
Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài không tránh khỏi
những sai xót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các thày cô, các
bạn đồng nghiệp và các đọc giả khác.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2013
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Văn Hiến

-9-


CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Cơ sở nghiên cứu của đề tài:
Ngành công nghiệp ô tô không chỉ đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải, góp
phần phát triển sản xuất và kinh doanh thương mại mà còn là một ngành kinh tế
mang lại lợi nhuận rất cao nhờ sản xuất ra những sản phẩm có giá trị trị vượt trội.
Sớm nhận thức được tầm quan trọng của ngành công nghiệp này các quốc gia như
Mỹ, Nhật Bản, Anh, Pháp, Hàn Quốc … đã rất chú trọng cho việc phát triển ngành
công nghiệp ô tô của riêng mình trong quá trình công nghiệp hóa không chỉ phục vụ
trong nước mà còn xuất khẩu ra nước ngoài
Ở Việt Nam, chúng ta cũng đã cố gắng xây dựng ngành công nghiệp ô tô của
riêng mình với mục tiêu sản xuất thay thế nhập khẩu và từng bước tiến tới xuất
khẩu. Chính phủ Việt Nam đã luôn khẳng định vai trò chủ chốt của ngành công
nghiệp ô tô trong sự phát triển kinh tế và luôn tạo điều kiện thuận lợi thông qua việc
đưa ra các chính sách ưu đãi để khuyến khích các doanh nghiệp trong nước và nước
ngoài đầu tư vào sản xuất ô tô và phụ tùng. Với nhiều chính sách ưu đãi của Chính
phủ, trong những năm qua số lượng xe ô tô đưa vào sử dụng ở Việt Nam đã tăng lên
một cách nhanh chóng, tính đến hết tháng 7/2012, số lượng ô tô tham gia giao thông
đã lên đến con số là 1.950.964 chiếc.
Mặc dù vậy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn còn ở
mức thấp cả về số lượng, chất lượng và sự hiện đại. Các doanh nghiệp mới chỉ dừng
ở mức độ lắp giáp các chi tiết nhập khẩu hoặc đã sản xuất ra những chi tiết đơn giản

nhưng giá thành cao, chất lượng kém, tốn thời gian. Thực tế đó đặt ngành công
nghiệp ô tô Việt Nam trước những thách thức lớn trong vấn đề tăng tỷ lệ nội địa hóa
các chi tiết ô tô từ đó tính toán, thiết kế và chế tạo ô tô nhằm dần đưa nền công
nghiệp ô tô của Việt Nam lên một tầm cao mới từng bước hội nhập khu vực và thế
giới.
Thực tế tại Việt Nam, các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô hầu như chưa nghiên
cứu để làm chủ công nghệ và phát triển về các hệ thống, cơ cấu trên ô tô; trong đó

- 10 -


có hệ thống phanh ABS khí nén. Đối với các liên doanh ô tô cũng không nghiên
cứu, phát triển các sản phẩm ABS tại Việt Nam, mà chỉ lắp ráp từ phụ kiện nhập
ngoại. Chính vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo các sản phẩm trong hệ thống
phanh ABS khí nén là rất cần thiết và đề tài cấp Nhà nước về " Nghiên cứu, thiết
kế, chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén dùng cho ô tô
sản xuất lắp ráp tại Việt Nam" đã được đặt ra. Việc nghiên cứu " Thiết kế 3D và
kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén"
là một nội dung triển khai của đề tài này.
1.2. Mục tiêu của đề tài:
Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống
phanh ABS khí nén trên ô tô.
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống phanh ABS khí nén trên ô tô,
trong đó tập trung sâu vào nghiên cứu cấu tạo, quá trình làm việc, độ bền của vỏ
van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh; tính toán, thiết kế 3D và kiểm nghiệm
bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén.
Hệ thống phanh ABS khí nén được trang bị trên rất nhiều loại xe ô tô, tuy
nhiên trong đề tài chỉ tập trung vào nghiên cứu trên một số ô tô tải và ô tô buýt.
1.4. Phƣơng pháp thực hiện đề tài:

Ngày nay công nghệ thông tin đã phát triển mạnh mẽ máy tính đã trở thành
công cụ hỗ trợ đắc lực cho con người tạo điều kiện cho con người phát huy hết khả
năng của mình. Tin học đã được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống đặc biệt
là trong ngành công nghiệp chế tạo máy. Các chương trình tính toán, thiết kế, tối ưu
được thiết lập tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí.
Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều phần mềm để tính toán, thiết
kế, trong đề tài này tác giả chọn phần mềm Solidworks để thiết kế và kiểm nghiệm
bền vỏ van cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén trên ô tô.
Các bước thực hiện đề tài cụ thể như sau:
+ B1: Nghiên cứu hệ thống phanh khí nén trên ô tô.

- 11 -


+ B2: Nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén trên ô tô
+ B3: Tìm hiểu, nghiên cứu các thông số cơ bản của vỏ van cơ cấu chấp hành
trong hệ thống phanh ABS khí nén do hãng Wabco sản xuất.
+ B4: Thiết kế 3D vỏ van cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén và
kiểm nghiệm bền.

- 12 -


CHƢƠNG 2
CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN
2.1. Khái quát chung về hệ thống phanh.

2.1.1. Công dụng của hệ thống phanh:
Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển
động của ô tô, với công dụng sau:

-

Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động.

-

Giữ xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có

sự có mặt của người lái xe.
Theo tiêu chuẩn ECE R-13 Châu Âu , hệ thống phanh ô tô có thể được gọi tên
khác nhau tùy theo công dụng như phanh chính, phanh đỗ, phanh dự phòng, phanh
chậm dần.
-

Phanh chính: Thường được điều khiển bằng chân, được sử dụng để giảm tốc

độ hoặc dừng hẳn xe trong khi chuyển động.
-

Phanh đỗ còn gọi là phanh tay hay phanh dừng : Thường được điều khiển

bằng tay nhờ đòn kéo hoặc đòn xoay, sử dụng để giữ xe ở trạng thái đứng yên trên
đường dốc trong thời gian dài.
-

Phanh dự phòng: Là hệ thống phanh dùng để dự phòng, phanh xe khi hệ

thống phanh chính bị hư hỏng. Trên các ô tô hiện nay, thiết bị phanh đỗ phanh tay
thường được thiết kế để đảm nhiệm luôn nhiệm vụ này.
-

Phanh chậm dần: Nhằm làm giảm tốc độ ô tô khi xuống dốc dài liên tục. Hệ

thống phanh này thường sử dụng trên các ô tô có khối lượng lớn và hoạt động ở
vùng đồi núi.

2.1 2. Phân loại hệ thống phanh:
- Phân loại theo kết cấu :
+ Hệ thống phanh thủy lực: Thường bố trí trên các loại xe ô tô con và ô tô tải
nhẹ. Loại này có thể chia ra thành các loại là hệ thống phanh thủy lực đơn giản, hệ
thống phanh thủy lực có trợ lực bàn đạp phanh và hệ thống phanh thủy lực có điều
chỉnh lực phanh cho bánh xe thường gặp là hệ thống phanh ABS .

- 13 -


+ Hệ thống phanh khí nén: Thường bố trí trên ô tô tải và ô tô buýt loại vừa
và nặng. Loại này có thể chia ra thành các loại là hệ thống phanh khí nén đơn giản
và hệ thống phanh khí nén có điều chỉnh lực phanh thường gặp là hệ thống phanh
khí nén có ABS).
+ Hệ thống phanh thủy lực – khí nén: Thường bố trí trên các loại ô tô tải nhẹ
và vừa. Hệ thống phanh loại này dùng chất lỏng điều khiển cơ cấu phanh thông qua
xi lanh bánh xe như hệ thống phanh thủy lực, việc tạo áp lực cho chất lỏng nhờ hệ
thống cung cấp khí nén qua van phân phối và xi lanh khí nén. Hệ thống này cho
phép có các ưu điểm chung của cả hệ thống khí nén và hệ thống thủy lực.
+ Hệ thống phanh điện từ: Hệ thống phanh này sử dụng lực cản do từ trường
của dòng điện sinh ra để thực hiện sự phanh.
- Phân loại theo số dòng dẫn động :
+ Hệ thống phanh dẫn động điều khiển một dòng.
+ Hệ thống phanh dẫn động điều khiển hai dòng.

Theo quy chuẩn của quốc tế chỉ cho phép dùng loại dẫn động điều khiển hai
dòng, các dòng điều khiển làm việc độc lập với nhau, nhằm tránh xảy ra mất phanh
cùng một lúc trên tất cả hệ thống phanh, nâng cao độ tin cậy, an toàn cho xe khi
chuyển động.
- Phân loại theo tiêu chí đánh giá chất lượng phanh:
+ Loại M: Gồm có loại M1 dùng cho ô tô con ; loại M2 dùng cho ô tô buýt,
ô tô chở khách và ô tô tải có trọng lượng đến 5 tấn ; loại M3 (dùng cho ô tô tải và ô
tô chở khách có trọng lượng lớn hơn 5 tấn .
+ Loại N: Gồm có loại N1 dùng cho ô tô tải có tổng trọng lượng đến 3,5
tấn ; loại N2 dùng cho ô tô tải có tổng trọng lượng từ 3,5 ÷ 12 tấn ; loại N3 dùng
cho ô tô tải có tổng trọng lượng lớn hơn 12 tấn .

+ Loại O: Dùng cho các loại đầu kéo, rơmoóc và bán rơmoóc.
2.1.3. Cấu tạo chung của hệ thống phanh:
Hệ thống phanh trên ô tô rất đa dạng, song chúng đều bao gồm các cụm cơ bản:
-

Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tiêu hao động năng của ô tô trong quá

- 14 -


trình phanh. Hiện nay trên ô tô thường dùng các cơ cấu phanh dạng ma sát khô
hoặc ướt nhằm tạo ra ma sát giữa hai phần quay và không quay.
-

Dẫn động phanh: Là tập hợp các chi tiết dùng để truyền năng lượng từ cơ cấu

điều khiển đến các cơ cấu phanh và điều khiển năng lượng này trong quá trình
truyền với mục đích phanh xe với các cường độ khác nhau. Trên ô tô thường sử

dụng hai phương pháp điều khiển là điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp.
+ Điều khiển trực tiếp: Là quá trình tạo tín hiệu điều khiển, đồng thời trực tiếp
cung cấp năng lượng cần thiết cho hệ thống phanh để thực hiện sự phanh. Năng
lượng này có thể là năng lượng cơ bắp của người lái, hoặc kết hợp giữa năng lượng
cơ bắp với các dạng năng lượng khác thường gọi là trợ lực .
+ Điều khiển gián tiếp: Là quá trình tạo nên tín hiệu điều khiển, còn năng lượng
điều khiển do cơ cấu khác đảm nhận.

2.1.4. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh:
Hệ thống phanh trên ô tô là một hệ thống quan trọng, hiệu quả hoạt động của nó
có ảnh hưởng lớn đến khả năng an toàn, chất lượng vận tải. Do vậy, hệ thống phanh
cần phải đạt các yêu cầu sau:
-

Đảm bảo hiệu quả phanh cao: Có thể điều khiển theo ý muốn hay có quãng

đường phanh ngắn nhất, gia tốc chậm dần của ô tô cao.
-

Quá trình phanh phải êm dịu: Sự thay đổi gia tốc phanh phải đều đặn nhằm

đáp ứng tính điều khiển, tính ổn định của ô tô trong mọi trạng thái hoạt động.
-

Điều khiển nhẹ nhàng và dễ dàng kể cả phanh chính và phanh phụ .

-

Hiệu quả phanh ít thay đổi kể cả khi phanh liên tục nhiều lần.

-

Có độ tin cậy cao trong trường hợp có một phần của hệ thống phanh bị hư

hỏng thì hệ thống vẫn có khả năng dừng ô tô .
-

Phanh chính và phanh phụ có hệ thống dẫn động độc lập và không gây ảnh

hưởng xấu lẫn nhau.

2.1.5. Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh:
Khi đánh giá về hệ thống phanh thường dựa trên 2 chỉ tiêu cơ bản là:
- Chỉ tiêu về quãng đường phanh và gia tốc phanh.

- 15 -


- Chỉ tiêu về hiệu quả phanh và tính ổn định của ô tô khi phanh.
Ô tô chở ngƣời
ECE R-13

Ô tô chở
hàng
Ô tô tải

Tốc độ ban đầu phanh km/h

Ô tô
con

80

Ô tô
buýt
60

80

60

Quãng đường phanh tối thiểu m

50,7

36,7

61,2

36,7

≥ 5,8

≥ 5,0

≥ 5,0

≤ 0,36

≤ 0,54

≤ 0,54

≤ 500

≤ 700

≤ 700

80

60

70

50

93,3

64,4

95,7

54,0

2,9

2,5

2,2

400

600

600

Phanh Gia tốc chậm dần trung bình m/s2)
chân
Thời gian chậm tác dụng s
Lực bàn đạp Max N
Tốc độ ban đầu phanh km/h
Phanh Quãng đường phanh tối thiểu m
tay
Gia tốc chậm dần trung bình m/s2)
Lực tay kéo Max N

Hình 2.1. Bảng các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh
( theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE R-13)
2.2. Hệ thống phanh khi nén.

2.2.1. Yêu cầu chung đối với hệ thống phanh khí nén:
Ngoài những yêu cầu đối với hệ thống phanh nói chung, hệ thống phanh khí
nén cần phải thỏa mãn các yêu cầu cụ thể sau:
-

Đảm bảo hiệu quả phanh cao ở bất kỳ chế độ chuyển động nào. Giữ cố

định xe khi dừng xe trong thời gian tùy ý.
-

Phanh đồng thời tất cả các bánh xe và ổn định hướng khi phanh.

-

Thời gian chậm tác dụng của hệ thống là nhỏ nhất.

-

Đảm bảo khả năng tùy động khi điều khiển.

-

Phân bố mô men phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn

toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kỳ cường độ nào.
-

Không có hiện tượng bó cứng phanh.

-

Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.

-

Tuổi thọ làm việc và độ tin cậy làm việc cao.

- 16 -

-

Phanh êm dịu trong mọi trường hợp, điều khiển phanh nhẹ nhàng, không

có tiếng ồn khi phanh.
-

Phanh rơmoóc nếu có phải tác dụng đồng thời hoặc tác dụng trước

phanh ô tô.
- Bố trí hợp lý, dễ kiểm tra, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa.

2.2.2. Tổng quan chung về hệ thống phanh khí nén:
a. Tổng quan:
Hệ thống phanh khí nén hay bất kỳ một hệ thống phanh nào đều gồm có dẫn
động phanh – đóng vai trò dẫn động điều khiển và cơ cấu phanh – đóng vai trò cơ
cấu chấp hành. Nguồn năng lượng của hệ thống phanh đảm bảo cung cấp năng
lượng tới từng phần tử trong hệ thống để phanh xe.

Phản hồi

Người lái

Dẫn động
điều khiển

Cơ cấu
chấp hành

Nguồn năng

lượng
Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống phanh khí nén
-

Dẫn động phanh: Được chia thành bốn khối cơ bản:

+ Khối tích năng: Tích trữ năng lượng dưới dạng thế năng để đảm bảo khả năng
phanh thường xuyên vào bất cứ thời điểm nào.
+ Khối điều khiển: Có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu điều khiển và điều chỉnh nguồn
năng lượng truyền đến cơ cấu phanh.
+ Khối truyền: Là tập hợp các thiết bị truyền dẫn năng lượng và truyền tín hiệu
điều khiển phanh trong toàn hệ thống.
+ Khối chấp hành: Có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng truyền từ khối tích năng
thành cơ năng tác dụng trực tiếp lên cơ cấu phanh.

- 17 -


Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén

-

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

a)

Nguồn cung cấp

7. Van phân phối hai dòng

b)

Cụm điều khiển

8.Bầu phanh và cơ cấu phanh trước

c)

Cơ cấu chấp hành:

d)

Các đường ống dẫn khí

9. Bầu phanh và cơ cấu phanh sau

Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tiêu hao động năng của ô tô trong quá

trình phanh.
b. Cấu tạo hệ thống phanh khí nén:
Hệ thống phanh khí nén cơ bản bao gồm các phần chính là:
- Phần cung cấp khí nén.
- Van phân phối khí.
- Bầu phanh.
- Các đường ống dẫn khí.

- 18 -


Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống phanh khí nén không có ABS
▲ Phần cung cấp khí nén:

- Bao gồm các cụm là máy nén khí, bộ điều chỉnh áp suất, bộ lọc nước và
làm khô khí, cụm van chia và bảo vệ, bình chứa khí nén.
- Chức năng chính của phần cung cấp khí nén:
+ Hút không khí từ bên ngoài khí quyển, nén không khí tới áp suất cần thiết, đảm
bảo cung cấp cho hệ thống phanh khí nén có đủ áp suất và lưu lượng làm việc.
+ Lọc hơi nước có trong khí nén, tao ra khí khô.
+ Hạn chế áp suất không gây nên mất an toàn cho hệ thống khi động cơ làm việc
liên tục.

- 19 -

+ Tích lũy khí nén, tránh xảy ra giảm áp suất quá mức khi phanh nhiều lần.
+ Chia khí thành các dòng dẫn độc lập để dẫn tới van phân phối khí, bảo vệ áp
suất trên các dòng còn lại khi bị vỡ hay mất áp suất ở một hay nhiều dòng khí khác.
• Máy nén khí:
Là thiết bị nhận năng lượng từ động cơ và thực hiện chức năng nén không
khí từ khí quyển vào bình chứa khí bình tích lũy năng lượng .

Hình 2.5: Cấu tạo máy nén khí
1. Giá đỡ; 2. Moayơ; 3,4,8. Vỏ; 4. Vít hãm; 5. Đệm chắn dầu; 6,49. Ổ bi; 7. Thân;
8. Puli; 9. Khối xilanh; 10. Thanh truyền; 11. Xécmăng dầu; 12. Nắp hãm; 13. Chốt
pitông; 14. Xécmăng khí; 15. Bạc lót; 16. Piston; 17,27,32,39. Đế van; 18. Van
nén; 19. Lò xo van nén; 20,51. Đai ốc; 21. Nắp máy; 22. Nắp đế van; 23. Đường
khí nạp; 24. Đế chặn van; 25. Lò xo van nạp; 26. Van nạp; 28. Đũa đẩy; 29. Lò xo
đòn ngang; 30. Buồng chia khí và giảm áp; 31. Rãnh dẫn; 33. Nắp điều chỉnh; 34.
Lò xo; 35. Vỏ bộ điều chỉnh áp suất; 36. Thanh đẩy hình trụ; 37. Van xả của bộ
điều chỉnh áp suất; 38. Van nạp của bộ điều chỉnh áp suất; 40. Bầu lọc; 41. Đòn
ngang; 42. Con trượt; 43,45. Đầu nối; 44. Bộ điều áp; 46. Bạc làm kín; 47. Lò xo
bạc làm kín; 50. Nắp thanh truyền; 52. Bạc đầu to thanh truyền; 53. Trục khuỷu;
54. Đường ra của dầu bôi trơn.

- 20 -


Máy nén khí dùng trên ô tô với nhiều mục đích khác nhau, nhưng nói chung
nó được dùng để tạo nên khí nén có áp suất khoảng (0,8 ÷ 1,0) MPa, phục vụ cho hệ
thống phanh khí nén, hệ thống trợ lực điều khiển trợ lực lái, trợ lực điều khiển ly
hợp, hệ thống treo khí nén... và dùng cho các công dụng khác của hệ thống chuyên
dụng trên ô tô.Với ô tô tải và ô tô buýt, máy nén khí cần công suất khoảng 1÷ 4
kW.
Nguyên lý làm việc:

Khi động cơ làm việc, dẫn động trục khuỷu quay và tạo nên dịch chuyển lên
xuống của piston. Không gian trên piston thay đổi thể tích tạo nên quá trình nạp khí
và nén khí.
Quá trình nạp khí: Piston máy nén khí dịch chuyển xuống dưới, van nạp khí
mở, hút không khí ngoài khí quyển vào xy lanh qua bầu lọc khí.
Quá trình nén khí: Piston máy nén khí dịch chuyển lên trên, van nạp khí
đóng lại, không khí trong xy lanh bị nén lại đến lúc thắng được lực nén của lò xo và
làm mở van xả khí nén về đường cấp khí nén. Trên đường cấp khí nén có trích một
dòng về điều khiển van giảm tải. Khi áp suất của đường cấp khí nén còn nhỏ thì van
giảm tải chưa hoạt động, khí nén tiếp tục nạp vào bình chứa.
Hai quá trình này thực hiện với một vòng quay của trục khuỷu máy nén khí,
tức là tạo nên quá trình nạp khí và nén khí tuần hoàn.
Khi áp suất của bình chứa lên tới áp suất giới hạn, dòng khí điều khiển van
giảm tải cũng đạt mức tối đa và con đội van giảm tải bị đẩy xuống, thắng lực lò xo
đồng thời tỳ vào van nạp. Van nạp không thể đóng kín không gian phía trên của
piston máy nén khí, do vậy khi piston đi xuống thì khí nạp sẽ được đưa vào, còn khi
piston đi lên thì khí nạp sẽ bị đẩy ngược qua van nạp; không khí không được nén,
máy nén khí được giảm tải.
Nhờ có van giảm tải trên máy nén khí mà khi áp suất cao đến giới hạn quy
định khoảng 0,85 MPa , máy nén khí làm việc ở chế độ không tải nhằm nâng cao
tuổi thọ của máy và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ. Khi động cơ làm việc ở số
vòng quay thấp, máy nén khí đảm bảo sau khoảng (2 ÷ 3) phút sẽ cung cấp khí nén

- 21 -


đạt được 0,8 MPa. Khi động cơ làm việc, quá trình cung cấp khí nén đảm bảo ổn
định ở áp suất 0,85 MPa.
• Bộ điều chỉnh áp suất:
Bộ điều chỉnh áp suất được bố trí nằm giữa bình chứa khí nén và máy nén

khí. Nhiệm vụ của bộ điều chỉnh áp suất là nhằm duy trì áp suất của nguồn cung cấp
nằm trong giới hạn nhất định, áp suất quy định chung cho các hệ thống cung cấp tại
máy nén khí là (0,75 ÷ 0,8) MPa.
1. Chụp bảo vệ; 2. Chụp điều chỉnh;
3.Lò xo; 4. Bi tỳ; 5. Cần van; 6. Đai
ốc hãm; 7. Rãnh dẫn; 8. Lưới lọc;
9. Thân; 10. Nút; 11. Lọc dùng kim
loại; 12. Vòng đàn hồi; 13. Van
nạp; 14. Van xả; 15. Đế van nạp;
16. Đế van xả; 17. Đệm điều chỉnh;
18. Vòng chặn; I. Khí nén áp suất
cao từ bình chứa; II. Cửa thoát khí
ra ngoài khí trời; III. Khí từ khối
giảm áp của máy nén khí.
Hình 2.6: Bộ điều chỉnh áp suất
Nguyên lý làm việc:
Khí nén từ máy nén khí đi tới bộ điều chỉnh áp suất thông qua đường dẫn.
Khi áp suất tăng cao, lực khí nén tác dụng vào piston thắng lực lò xo và đẩy piston
đi lên. Một dòng khí cấp cho đầu nối đến van giảm tải, một phần khí thừa thoát ra
đường xả khí. Đường xả khí thoát ra ngoài nhờ rãnh nhỏ nằm giữa nắp che bụi và
thân van. Nhờ đường khí đến van giảm tải thực hiện mở van nạp của máy nén khí
tạo điều kiện cho máy nén khí làm việc không tải. Giá trị áp suất giới hạn phụ thuộc

- 22 -


vào lực nén lò xo. Khi gia tăng lực ép của lò xo tức là tăng áp suất hệ thống và
ngược lại.
Việc tiến hành điều chỉnh áp suất cho hệ thống cần được sự cho phép của
nhà sản xuất và có thiết bị đo áp suất chuyên dùng cùng với các đầu nối ba ngả. Van

điều chỉnh áp suất không được phép điều chỉnh ở áp suất quá cao, điều này có thể
dẫn tới nổ bình chứa khí hay đường ống dẫn khí. Để đề phòng bộ điều chỉnh áp suất
bị kẹt, trên các bình chứa đều bố trí các van an toàn.
• Bộ lọc nước và làm khô khí:
Máy nén khí hút không khí từ ngoài khí quyển với độ ẩm khác nhau và được
đưa vào hệ thống cung cấp. Hơi nước trong hệ thống khí nén có thể tạo ra cặn hay
đông cứng tại các bình khí nén và trên đường ống, làm chậm tác dụng truyền áp
suất và có thể gây ra rỉ các chi tiết kim loại, do vậy cần thiết phải tách hơi nước ra
khỏi khí nén thông qua thiết bị lọc và làm khô khí.
-

Cấu tạo:
Bộ lọc có chất hút ẩm chia làm 2 khoang, một khoang chứa các tấm lọc khí

và chất hút ẩm, một khoang tích khí và điều hòa áp suất. Giữa hai khoang có bố trí
van kiểm soát lưu thông khí và các gíclơ.

Hình 2.7: Bộ lọc tạp bẩn và làm khô khí

- 23 -


-

Nguyên lý làm việc:

+ Khí có hơi nước từ máy nén khí thông qua đường dẫn sẽ đi qua các tấm lọc bụi,
các tấm hút dầu, các tấm hút ẩm và bị thổi qua các giclơ lên khoang tích khí. Khí
khô sẽ được cấp cho bình chứa thông qua đường dẫn. Hơi nước, dầu sẽ bị giữ lại
trong khoang chứa và nằm lại dưới đáy của bộ lọc. Một đường khí nén từ bộ điều áp

cấp vào phần đáy của khoang chứa sẽ tác dụng lên piston. Khi áp suất khí của máy
nén đạt tới giá trị giới hạn, piston sẽ mở van xả cho khí ẩm, hơi nước, dầu thoát ra
ngoài theo đường dẫn.
+ Để đề phòng tắc gíc lơ, cụm van và lò xo có thể dịch chuyển mở rộng lỗ thông
khí, cho phép khí chuyển từ khoang chứa các tấm lọc sang khoang tích khí.
+ Khi máy nén khí không làm việc, lượng khí ẩm còn trong bình chứa bị hút
ngược trở về vùng hút ẩm và có thể đọng lại ở đáy bầu lọc, chờ thoát ra ngoài theo
đường dẫn.
• Cụm van chia và bảo vệ:
Van có cấu trúc là dạng màng đàn hồi và lò xo, làm việc theo nguyên lý van
một chiều độc lập. Van cho phép mở thông dòng khí ở áp suất 0,59 MPa và cắt
dòng khí ở áp suất 0,44 MPa.

Hình 2.8: Van phân chia và bảo vệ khí nén
I. Cửa nối với máy nén khí; II,III. Các cửa nối đến các nguồn khí nén dự trữ;
1. Thân van; 2. Piston trung tâm; 3. Van một chiều; 4. Piston tỳ; 5,6,7.Lò xo.

- 24 -


Công dụng của van là chia dòng cấp khí cho 4 nhánh và tạo nên các dòng khí
độc lập khi một hoặc một số dòng khí bị mất áp suất, các dòng khí còn lại vẫn làm
việc được . Vì vậy, van có chức năng bảo vệ khả năng độc lập các dòng khí nén.
Van gồm có 4 nhánh, trong đó 2 nhánh của van được nối với các bình chứa
khí nén phục vụ phanh cầu trước, cầu sau và rơ moóc, 01 nhánh của van nối với
phanh tay, 01 nhánh của van để cung cấp khí nén cho các thiết bị khí nén khác.
• Bình chứa khí nén và van an toàn:
-

Bình chứa khí nén là nơi dự trữ năng lượng khí nén. Bình chứa có thể là bình

có thể tích lớn và chia thành các ngăn độc lập dùng với các dòng điều khiển phanh
khác nhau. Khi kiểm nghiệm bình có thể chịu áp suất tới 4,0 MPa, ở trạng thái bình
thường thì áp suất giới hạn là 0,95 MPa. Trên mỗi ngăn hay bình chứa độc lập đều
có van an toàn và van xả nước.

Hình 2.9: Van an toàn
1.Đế van; 2. Thân van; 3. Van bi; 4. Lò xo;
5. Đai ốc hãm; 6. Vít điều chỉnh; 7. Thanh đẩy.
-

Van an toàn được bắt trên vỏ của bình chứa nhằm phòng ngừa cho hệ thống

khí nén khỏi bị tăng áp suất quá lớn so với quy định. Khi áp suất nhỏ hơn giới hạn,
van bi dưới tác dụng của lò xo sẽ đậy chặt lỗ van. Khi áp suất đạt tới giá trị giới
hạn, bi sẽ nén lò xo lại để cho khí thoát ra ngoài thông qua lỗ thoát, nhờ đó áp suất
trong bình không tăng tiếp. Để thay đổi áp suất trong bình bằng cách thay đổi giá trị
lực ép của lò xo nhờ vít điều chỉnh.
▲ Van phân phối khí:
Van phân phối khí được gắn liền với bàn đạp phanh cơ cấu điều khiển trên
buồng lái , là thiết bị quan trọng của hệ thống phanh. Nó xác định các trạng thái làm

- 25 -