Hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những hệ thống quan trọng, nó giúp cho người lái kiểm soát tốc độ trong các trường hợp điều khiển xe trên đường. Dưới đây là cấu tạo, phân loại và nguyên lý của một số hệ thống phanh chuyên dùng trên các dòng xe thông dụng hiện nay.
- CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU
- Giảm tốc độ của ô tô đến một tốc độ mong muốn cảu người điều khiển hoặc dừng hẳn.
- Giữ cho ô tô đứng yên tại một vị trí khi đỗ xe trên đường bằng hoặc dốc nghiêng.
- Phân loại
- Theo công dụng
- Hệ thống phanh chính (phanh chân).
- Hệ thống phanh dừng (phanh tay).
- Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ).
- Theo kết cấu của cơ cấu phanh
- Hệ thống phanh tang trống.
- Hệ thống phanh đĩa.
- Theo dẫn động phanh
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.
- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực.
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén.
- Đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất, gia tốc chậm dần lớn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp gặp nguy hiểm.
- Phanh êm dịu, phân bố momen hợp lý đến các bánh xe trong bất kì mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi phanh.
- Dẫn động phanh có độ nhạy cao, thời gian phanh là ngắn nhất.
- Cơ cấu phanh không bị bó kẹt khi phanh, điều khiển nhẹ nhàng, thoát nhiệt tốt.
- Hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh cao, ổn định trong điều kiện sử dụng.
- Phanh tay đảm bảo giữ ổn định ví trí của ô tô khi dừng, đỗ trong thời gian dài.
- Phân loại
Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ôtô được mô tả trên hình 1.1.
Hình 1.1: Sơ đồ bố chí các bộ phận chính của hệ thống phanh
Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần chính:
- Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh ôtô.
Cơ cấu phanh ở bánh xe thường dùng loại guốc và gần đây trên các xe con hiện đại người ta thường sử dụng phanh đĩa (có thể ở cầu trước, cầu sau, hoặc cả hai cầu).
- Cơ cấu phanh guốc (phanh trống):
- Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục:
Cơ cấu phanh đối xứng qua trục được thể hiện trên hình 1.2.
Cấu tạo chung của cơ cấu phanh loại này là hai chốt cố định có bố trí bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh ở phía dưới, khe hở phía trên được điều chỉnh bằng trục cam ép (hình 1.2.a) hoặc bằng piston (hình 1.2.b).
Trên hai guốc phanh có tán (hoặc dán) các tấm ma sát. Các tấm này có thể dài liên tục hoặc phân chia thành một số đoạn.
Ở hình 1.2.b trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ và guốc phanh bên trái là guốc xiết, guốc bên phải là guốc nhả. Vì vậy má phanh bên guốc xiết dài hơn bên guốc nhả với mục đích để hai má phanh có sự hao mòn như nhau trong quá trình sử dụng do má xiết chịu áp suất lớn hơn.
Còn đối với cơ cấu phanh được mở bằng cam ép (hình 1.2.a) áp suất tác dụng lên hai má phanh là như nhau nên độ dài của chúng bằng nhau.
- Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm:
Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm được thể hiện trên hình 1.3. Trên mâm phanh cùng bố trí hai chốt guốc phanh, hai xi lanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng với nhau qua tâm.
Guốc phanh được giữ cố định trên mâm phanh bằng chốt và có cơ cấu để điều chỉnh khe hở phía dưới của má phanh với trống phanh. Một phía của má phanh luôn tì vào xi lanh bánh xe nhờ lò xo guốc phanh. Cơ cấu phanh loại đối xứng qua tâm thường có dẫn động bằng thủy lực và được bố trí ở cầu trước của ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ.
- Cơ cấu phanh guốc loại bơi:
Có hai kiểu cơ cấu phanh loại bơi: loại hai mặt tựa tác dụng đơn (hình 1.4.a); loại hai mặt tựa tác dụng kép (hình 1.4.b).
Hình 1.4: Cơ cấu phanh guốc loại bơi
- Loại hai mặt tựa tác dụng đơn:
Ở loại này một đầu của guốc phanh được tựa trên phần vỏ xi lanh, đầu còn lại tựa vào piston. Cơ cấu phanh loại này thường được bố trí ở các bánh xe trước của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ.
- Loại hai mặt tựa tác dụng kép:
Ở loại này trong mỗi xi lanh bánh xe có hai piston, và hai đầu của má phanh đều tựa vào piston. Cơ cấu phanh loại này được sử dụng ở các bánh xe sau của ôtô du lịch và ô tô tải nhỏ.
- Cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa
Hình 1.5:Cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa
Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hóa: cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn; cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép.
- Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn:
Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn có hai đầu của hai guốc phanh được liên kết với nhau qua một cơ cấu điều chỉnh di động. Hai đầu còn lại của hai guốc phanh thì một được tựa vào mặt tựa di trượt trên vỏ xi lanh bánh. Cơ cấu điều chỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh của cả hai guốc phanh. Cơ cấu phanh loại này thường được bố trí ở các bánh xe trước của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình.
- Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép:
Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép có hai đầu của hai guốc phanh được tựa trên hai piston trong một xi lanh bánh xe. Cơ cấu phanh loại này được sử dụng ở các bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình.
Cơ cấu phanh đĩa:
cơ cấu phanh dạng đĩa có các dạng chính và kết cấu trên hình 1.6
Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa bao gồm: má phanh, đĩa phanh, piston phanh, giá giữ má phanh
Có hai loại cơ cấu phanh đĩa: loại giá đỡ cố định và loại giá đỡ di động.
- Loại giá đỡ cố định
Loại giá đỡ cố định được thể hiện trên hình 1.6.a
Trên giá đỡ bố trí hai xi lanh bánh xe ở hai bên của đĩa phanh. Trong các xi lanh có piston, mà một đầu của nó luôn tì vào các má phanh. Một đường dầu từ xi lanh chính được dẫn đến cả hai xi lanh bánh xe.
- Loại giá đỡ di động (hình 1.6.b)
Ở loại này giá đỡ không bắt cố định mà có thể di trượt ngang được trên một số chốt bắt cố định trên dầm cầu. Trong giá đỡ di động người ta chỉ bố trí một xi lanh bánh xe với một piston tì vào một má phanh. Má phanh ở phía đối diện được gá trực tiếp lên giá đỡ.
Cơ cấu phanh dừng:
Hệ thống phanh này được sử dụng trong trường hợp ôtô đứng yên, không di chuyển trên các loại đường khác nhau.
Về cấu tạo phanh dừng cũng có hai bộ phận chính đó là cơ cấu phanh và dẫn động phanh.
- Cơ cấu phanh có thể bố trí kết hợp với cơ cấu phanh của các bánh xe phía sau hoặc bố trí trên trục ra của hộp số.
- Dẫn động phanh của hệ thống phanh dừng hầu hết là dẫn động cơ khí được bố trí và hoạt động độc lập với dẫn động phanh chính và được điều khiển bằng tay.
- Dẫn động phanh
- Dẫn động phanh chính bằng cơ khí
Hệ thống phanh dẫn động cơ khí có ưu điểm kết cấu đơn giản nhưng không tạo được mômen phanh lớn do hạn chế lực điều khiển của người lái, thường chỉ sử dụng ở cơ cấu phanh dừng (phanh tay).
- Dẫn động phanh chính bằng thuỷ lực
Ở phanh thủy lực, lực tác dụng từ bàn đạp lên cơ cấu phanh qua chất lỏng (chất lỏng được coi như không đàn hồi khi ép).
Cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực bao gồm: bàn đạp phanh, tổng phanh, ống dẫn, các xi lanh bánh xe.
Dẫn động phanh dầu có ưu điểm phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao (do dầu không bị nén). Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là tỉ số truyền của dẫn động dầu không lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực thường được sử dụng trên ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ.
Trong hệ thống phanh dẫn động phanh bằng thuỷ lực tuỳ theo sơ đồ của mạch dẫn động người ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng.
- Dẫn động một dòng
Dẫn động một dòng có nghĩa là chỉ có một đường dầu duy nhất dẫn đến tất cả các xi lanh công tác của các bánh xe. Dẫn động một dòng có kết cấu đơn giản nhưng độ an toàn không cao. Chỉ một vết dò dầu sẽ dẫn đến mất tác dụng phanh ở tất cả các bánh xe. Do đó không được ưa sử dụng trên ô tô.
- Dẫn động hai dòng (hình 1.8)
Dẫn động hai dòng có nghĩa là từ đầu ra của xi lanh chính có hai đường dầu độc lập dẫn đến các bánh xe của ôtô.
Ở sơ đồ hình 1.8.a thì một dòng được dẫn động ra hai bánh xe cầu trước còn một dòng được dẫn động ra hai bánh xe cầu sau. Trong trường hợp một dòng bị chảy dầu thì vẫn đảm bảo hoạt động phanh an toàn do tác dụng của dọng còn lại.
Ở sơ đồ hình 1.8.b thì một dòng được dẫn tới một bánh xe phía trước và một bánh xe phía sau so le nhau, còn một dòng được dẫn tới hai bánh xe so le còn lại. Trong trường hợp này khi một dòng bị rò rỉ thì dòng còn lại vẫn có tác dụng và lực phanh vẫn sinh ra ở hai bánh xe so le trước và sau.
- Dẫn động phanh chính bằng khí nén
Để giảm lực điều khiển trên bàn đạp, đối với ôtô tải trung bình và lớn người ta thường sử dụng dẫn động phanh bằng khí nén. Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối còn lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh thực hiện.
Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm giảm được lực điều khiển trên bàn đạp phanh, không phải sử dụng dầu phanh nhưng lại có nhược điểm là độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn) do không khí bị nén khi chịu lực.
Hình 1.9: Cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén
Hiện nay các hệ thống phanh (HTP) thường được sử dụng trên ô tô như: Hệ thống phanh dẫn động cơ khí, hệ thống phanh dẫn động thủy lực, hệ thống phanh khí nén.
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
- Khi kéo cần phanh tay sẽ tác dụng vào dây cáp phanh tay tác dụng vào cơ cấu phanh tay ép cho hai má phanh áp sát vào trống phanh, giữ cho xe không di chuyển được.
- Khi muốn nhả phanh tay, ta chỉ cần ấn nút ở đầu cần phanh tay rồi kéo lên, sau đó hạ cần phanh tay về vị trí thôi phanh, cơ cấu phanh tay sẽ thôi tác dụng, các lò xo hồi vị sẽ kéo guốc phanh và má phanh rời khỏi trống phanh.
- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực
Hình 1.10: Cơ cấu phanh dẫn động cơ khí
Hệ thống phanh thủy lực được sử dụng rộng dãi ở tất cả các dòng xe. Nó phù hợp với cả cơ cấu phanh đĩa và cơ cấu phanh tang trống.
- Đối với cơ cấu phanh đĩa
Quá trình phanh được diễn ra như sau:
- Trạng thái phanh: Khi người lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh, xi lanh tổng phanh sẽ hoạt động cấp áp lực cho mạch phanh. Áp lực của mạch phanh tác động vào piston phanh ép má phanh áp chặt vào đĩa phanh. Qua đó làm thay đổi tốc độ của xe theo yêu cầu của người điều khiển.
- Trạng thái thôi phanh: Khi người lái rời chân khỏi bàn đạp phanh, áp suất dầu trong mạch phanh giảm nhanh, nhờ sự biến dạng của vòng đệm kín dầu của piston và khe hở cho phép của các ổ bi bánh xe tạo nên rung lắc đĩa phanh làm cho piston và má phanh rời khỏi đĩa phanh.
| 1. piston phanh; 2. bầu lọc khí; 3. má phanh; 4. đĩa phanh; 5. gioăng cao su; 6. khe hở |
- Đối với cơ cấu phanh tang trống
Hình 1.12: Cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực
Quá trình phanh của cơ cấu phanh tang trống diễn ra như sau:
- Trạng thái phanh: khi người lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh, xi lanh tổng phanh sẽ hoạt động cấp áp lực cho mạch phanh. Áp lực của mạch phanh tác động vào xi lanh phanh, đẩy 2 piston đi ngược chiều nhau. Từ đó là 2 má phanh ép chặt vào trống phanh làm thay đổi tốc độ di chuyển của xe.
- Trạng thái thôi phanh: khi người lái rời chân khỏi bàn đạp phanh, áp suất dầu trong mạch phanh giảm nhanh, lò xo hồi vị kéo hai guốc phanh làm hai má phanh rời khỏi trống phanh đồng thời ép hai piston của xylanh bánh xe lại gần nhau.
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén
Quá trình hoạt động của phanh khí nén cũng giống như của cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực. chỉ khác ở chỗ phanh khí nén không sử dụng dầu mà thay vào đó là sử dụng khí để tạo ra áp lực trong mạch phanh (hình 1.9).
Quá trình phanh diễn ra như sau:
- Trạng thái phanh:
Khi người lái đạp bàn đạp phanh, thông qua ty đẩy làm cho piston điều khiển chuyển động nén lò xo và đẩy van khí nén mở cho khí nén từ bình chứa phân phối đến các bầu phanh bánh xe, nén lò xo đẩy cần đẩy và cam xoay tác động đẩy hai guốc phanh ép chặt má phanh vào tang trống làm cho tốc độ của xe giảm dần theo ý của người lái.
- Trạng thái thôi phanh:
Khi người lái nhả bàn đạp phanh, lò xo của piston điều khiển và van khí nén sẽ hồi vị các van và piston điều khiển về vị trí ban đầu làm cho van khí nén đóng kín đường dẫn khí từ bình chứa và xả khí nén ở bầu phanh bánh xe ra ngoài không khí. Lò xo hồi vị trong bầu phanh kéo cần đẩy và cam xoay về vị trí không phanh. Lò xo guốc phanh kéo hai má phanh rời khỏi tang trống.
