PDA

View Full Version : Bộ điều hòa lực phanh


dongkwangvina
28-06-2012, 03:24 PM
Bộ điều hòa lực phanh được ra đời trước năm 1990 và tồn tại đến ngày nay trên các loại ô tô con có giá rẻ. Tuy nhiên, từ năm 1995 nhiều quốc gia đã bắt buộc chế tạo ô tô có thiết bị ABS. Cơ sở lý luận về điều hòa lực phanh dần dần ít được nhắc tới. Nhân dịp dư luận bàn về lỗi áp suất dầu phanh trên ô tô, xin trình bày tóm tắt một số vấn đề cơ bản về điều hòa lực phanh.
A. Cơ sở lý thuyết trong việc bố trí điều hòa lực phanh
Quá trình phanh ô tô đều dẫn tới hiện tượng tăng tải trọng tác dụng lên cầu trước, giảm tải trọng ở cầu sau. Sự phân bố lực phanh cần thiết phải đảm bảo mối quan hệ giữa mô men phanh sinh ra ở cầu phanh (hay lực phanh sinh ra ở bánh xe) tỷ lệ với phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe. Thực hiện được yêu cầu này sẽ nâng cao chất lượng phanh, giảm mài mòn lốp, tăng khả năng điều khiển xe và nâng cao an toàn chuyển động (hạn chế trượt ngang cầu xe). Bộ điều hoà lực phanh là một trong các kết cấu bố trí trên xe nhằm thực hiện mục đích này.

Trên hình 1 biểu diễn mối quan hệ của lực phanh trên cầu trước (F1) và lực phanh cầu sau (F2) theo hệ số bám (hay có thể tính theo gia tốc phanh j và được gọi là cường độ phanh j/g). Trong quá trình phanh, do sự thay đổi theo các đường cong F1yc và F2yc. Mô men phanh sinh ra do cơ cấu phanh tỷ lệ thuận với áp suất phanh điều khiển dẫn tới các cầu p1 và p2, do vậy quan hệ của hai lực phanh được biểu diễn nhờ tỷ lệ phân chia áp suất phanh (e=p2/p1). Với lực phanh yêu cầu có thể thu được tỷ lệ phân chia áp suất phanh yêu cầu (eyc = p2/p1), giữa áp suất dẫn động điều khiển phanh cầu sau và áp suất phanh điều khiển cầu trước, và được biểu thị trên đồ thị của hình 2. Trên hệ thống không có điều chỉnh kích thước xi lanh chính như nhau giữa các buồng, áp suất điều khiển phanh của cầu trước và cầu sau nhau nhau và ett = 1. Hai được eyc và ett cắt nhau tại một giá trị và tại đó hiệu quả phanh đạt cao nhất, còn tại các vị trí khác.
- Khi ett>eyc cầu sau có thể bị bó cứng và dễ dàng trượt ngang,
- Khi ett<eyc hiệu quả phanh không cao, cầu trước không tận dụng hết lực phanh.
Để hạn chế các ảnh hưởng không có lợi kể trên, với các hệ thống dẫn động không có bộ điều chỉnh, tiêu chuẩn quốc tế đã đưa ra một phạm vi sai lệch cho phép giữa chúng (ECE R13).
Quay trở lại đồ thị quan hệ lực phanh thực tế ở hình 1. lực phanh khi đó sẽ tăng theo đường thẳng (F1tt và F2tt). Từ đó nhận thấy: tại gia tốc phanh đạt 6m/s2, hiệu quả tận dụng trọng lượng bám cao nhất và hiệu quả phanh cao. Khi xem xét tới ảnh hưởng của tải trọng từ không tải tới đầy tải, kết quả được mô tả trên hình 3.
Trên hình 3 biểu diễn mối quan hệ của áp suất điều khiển phanh giữa cầu trước (p1­) và cầu sau (p2) khi đầy tải (eyc) và khi không tải (yec không tải). Nếu giá trị sai lệch của ett với eyc nằm trong phạm vi cho phép không nhất thiết phải bố trí điều hòa lực phanh. Tuy nhiên, trong nhiều ô tô sự sai lệch này khá lớn và áp suất điều khiển cần thiết được phân chia bằng bộ điều hoà lực phanh. Tuy nhiên, trong nhiều ô tô sự sai lệch này khá lớn và áp suất điều khiển cần thiết được phân chia bằng bộ điều hòa lực phanh, sao cho giá trị sai lệch của ett và eyc nằm trong giới hạn, ứng với mọi tải trọng khác nhau (từ không tải đến đầy tải). Như vậy, bộ điều hòa được bố trí trên cầu sau để hạn chế sự tăng cao áp suất điều khiển gây bó cứng bánh xe.
Hiện nay, trên ô tô con sử dụng hai loại cấu trúc điều hòa lực phanh.
- Loại điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất làm việc trên cơ sở của sự thay đổi áp suất sau xi lanh chính. Loại này có tên gọi là bộ điều hòa tĩnh. Nếu sử dụng bộ hạn chế áp suất đơn giản trên cầu sau, áp suất được tăng tới giới hạn, sau đó không tăng tiếp (hình 4). Nếu sử dụng bộ hạn chế nhấp nháy cho phép sau khi hạn chế áp suất còn tăng nhẹ, đặc tính có dạng nghiêng (hình 5). Các bộ điều hòa tĩnh thường gặp ngày nay ở dạng nhấp nháy, vì khả năng bám sát hơn đường cong e­yc.
- Loại điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất làm việc trên cơ sở sự thay đổi áp suất sau xi lanh chính và tải trọng tác dụng trên các bánh xe của cầu sau. Loại này có tên gọi là bộ điều hoà theo tải trọng hay điều hòa động.
Bộ điều hòa động sử dụng van giới hạn nhấp nháy, có tác động của tín hiệu tải trọng, nên điểm bắt đầu làm việc thay đổi. Dạng của đặc tính điều hòa là chùm các đường thẳng bám sát các đường cong yêu cầu (đường OA1B1, … OA4B4 …) biểu diễn trên hình 6. Bộ điều hòa theo tải trọng này được sử dụng trên ô tô có tải trọng thay đổi trong khoảng lớn, nhằm giúp bảo đảm sai lệch của ett và eyc nằm trong giới hạn cho phép.

B. Cấu trúc điển hình bộ điều hòa tĩnh
Bộ điều hòa tính dạng nhấp nháy được lắp ngay trên đường cấp dầu từ xi lanh chính đến xi lanh bánh xe của cầu sau trên ô tô sử dụng dẫn động phanh hai dòng kiểu chữ T với xi lanh chính hai buồng trợ lực phanh chân không. Mạch dầu cấp cho cầu sau xi lanh chính, được điều hoà (hiệu chỉnh) bởi bộ điều hòa, ở cầu trước cấp dầu trực tiếp từ xi lanh thứ cấp của xi lanh chính tới xi lanh bánh xe. Bộ điều hòa thực chất là cụm van hạn chế áp suất, song lại làm việc theo dạng đóng mở đường dầu nhấp nháy.
Các bộ phận chính của bộ điều hòa tĩnh dạng nhấp nháy được mô tả trên hình 7. Pit tông van có diện tích chịu áp lực của hai phía khác nhau: bên phải lớn hơn bên trái. Pit tông 4 được gọi là “pit tông vi sai”. Lò xo 6 ôm ngoài pit tông và luôn đẩy pit tông về bên phải. Phớt van 5 bằng cao su mềm, và được bố trí có thể di chuyển trong rãnh của pit tông 4. Mặt đầu bên phải của pit tông có “buồng dầu pit tông” nối thông với đường dầu cấp từ xi lanh chính. Phớt cao su 2 làm nhiệm vụ bao kín mặt đầu bên trái của pit tông.

Khi không phanh, pit tông nằm ở vị trí bên phải do tác động của lò xo 6 và tựa vào phớt 5. Dầu từ xi lanh 6 và tựa vào phớt 5. Dầu từ xi lanh chính thông qua các lỗ nhỏ trên vỏ van, cấp cho buồng dầu pit tông và điền đầy tới xi lanh bánh xe.
Khi phanh nhẹ (a), áp suất dầu bắt đầu tăng, đẩy nhẹ phớt dầu sang phải, tựa sát vào vỏ, mở đường dầu trực tiếp từ xi lanh chính tới xi lanh bánh xe, thực hiện quá trình tăng áp suất, đồng thời cấp dầu cho buồng pit tông.
Khi áp lực dầu sau xi lanh chính tiếp tục tăng lên tới giá trị giới hạn, áp suất dầu tác dụng lên các mặt đầu của pit tông vi sai, nhưng diện tích mặt đầu bên phải lớn hơn, lực tác động đẩy pit tông dịch chuyển sang trái, đậy kín phớt van và cắt đường dầu cấp tới các xi lanh bánh sau, thực hiện quá trình cắt dầu (b). Khi tiếp tục đạp phanh, áp suất dầu tác dụng lên mặt đầu bên phải của pit tông giữ nguyên, áp suất tác dụng lên bên trái pit tông lớn hơn, đẩy pit tông sai trái mở van cấp dầu. Sự dịch chuyển của pit tông còn được làm êm bởi sự tham gia của buồng chứa khí 1. Sự đóng và mở liên tục của van tạo nên trạng thái cấp dầu nhấp nháy, và quan hệ của áp suất điều khiển giữa các cầu trước và sau được mô tả như trên hình 5.
Khi thôi phanh, áp suất dầu ở xi lanh chính giảm, dầu cần trở về xi lanh chính. Dầu có áp suất từ xi lanh bánh xe đẩy phớt van về bên trái, đồng thời bẻ cong mặt ngoài phớt và cho dầu hồi trở về nhanh chóng.

Do vậy, khi phanh, việc tăng áp suất phanh giữa hai cầu xe được giữ ở một vị trí tỷ lệ nhất định tùy thuộc vào diện tich mặt cầu của pit tông van. Bộ điều hòa tĩnh này chỉ thích hợp với một chế độ tải trọng và được bố trí trên ô tô con có số lượng chỗ ngồi dưới.
Trên một số ô tô con bố trí bộ điều hòa tĩnh với các dạng cấu trúc khác nhau. Một số dạng cấu trúc khác được trình bày trên hình 8.

Trên hình 8a biểu diễn bộ điều hòa tĩnh với van kép dùng cho ô tô con bố trí dòng phanh chéo. Bộ điều hòa sử dụng hai bộ điều hòa tĩnh trên cùng một vỏ. Mỗi bộ điều hoà được dùng để hiểu chỉnh áp suất dầu đưa vào bộ điều hòa và giữ nguyên áp suất sau xi lanh chính để điều khiển phanh cho bánh xe cầu trước. Các xi lanh phanh cầu sau nhận áp suất trong cùng một buồng xi lanh chính và được điều chỉnh để cấp cho bánh xe cầu sau.
Trên hình 8b mô tả bộ điều hòa tĩnh có pit tông hỗ trợ. Trong vỏ của bộ điều hòa có bố trí đường dầu cấp cho các bánh xe trước, đường dầu này được nối tắt qua van điều hòa và không được hiệu chỉnh. Tuy nhiên bên trái bộ điều hòa có thêm pit tông hỗ trợ 2.
Khi tăng áp suất dầu phanh, áp suất trên cầu trước đẩy pit tông hỗ trợ sang trái, tạo điều kiện đóng sớm van điều hòa cho bánh sau. Khi một dòng phanh trước bị hở (mất áp suất), dầu cấp cho dòng phanh sau đưa tới buồng bên trái pit tông vi sai, đẩy pit tông hỗ trợ và pit tông vi sai dịch sang bên phải, giúp làm sớm và mở rộng van điều hòa cho các bánh xe sau, tăng áp suất phanh cho các xi lanh bánh xe sau. Nhờ bố trí thêm van hỗ trợ, sẽ hạn chế được việc giảm hiệu quả phanh quá mức, khi bị hỏng dòng phanh tới các bánh xe trước. Khả năng hạn chế áp lực dầu phanh cho bánh xe sau đảm bảo phân bố gần đúng lực phanh, giảm được hiện tượng bó cứng bánh xe sau, tăng khả năng ổn định chuyển động của ô tô.
Các bộ điều hòa tĩnh này có thể thích hợp với ô tô con có 5 chỗ ngồi.


(quangnam.dangkiem)

---------- Post added at 08:04 PM ---------- Previous post was at 07:58 PM ----------

có khả năng điều chỉnh áp lực dầu theo áp suất sau xilanh chính, và thích hợp với ôtô con có tải trọng thay đổi trong phạm vi hẹp. Trên ôtô con có tải trọng thay đổi trong phạm vi lớn (van, pick-up, minibus,…) thường sử dụng bộ điều hòa lực phanh động.
Bộ điều hòa lực phanh động được chia thành:
- Bộ điều hòa theo tải trọng làm việc dựa trên cơ sở hai tín hiệu: áp suất dầu sau xilanh chính (tương tự bộ điều hòa tĩnh) và tải trọng đặt trên cầu sau.
- Bộ điều hòa theo gia tốc làm việc dựa trên cơ sở hai tín hiệu: áp suất dầu sau xilanh chính (tương tự bộ điều hòa tĩnh) và gia tốc phanh của ôtô.
A. Bố trí bộ điều hòa theo tải trọng

Hình 1: Bộ điều hòa lực phanh theo tải trọng
Bố trí bộ điều hòa theo tải trọng được mô tả trên hình 1a.
Bộ điều hòa đặt trên khung nhờ giá bắt 6. Trên cầu sau 10 bố trí khớp 9 liên kết với thanh đàn hồi 5. Thanh đàn hồi có điểm tựa tỳ vào pit tông vi sai 3 của bộ điều hòa. Tín hiệu tải trọng của cầu xe được thanh đàn hồi truyền tới bộ điều hòa. Sự tăng, giảm tải trọng tác dụng lên cầu sau dẫn tới giảm hoặc tăng khoảng cách giữa cầu xe (hay bánh xe) đối với khung xe và thể hiện bằng chuyển vị của thanh đàn hồi, ở điểm 8.
Cấu trúc của bộ điều hòa chỉ ra trên hình 1b. Sự khác nhau giữa bộ điều hòa tĩnh và bộ điều hòa theo tải trọng bởi cấu trúc đuôi pit tông vi sai 3 được tựa vào thanh đàn hồi 5, và dịch chuyển theo sự thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau. Như vậy pit tông vi sai làm việc phụ thuộc vào tín hiệu áp suất dầu và tải trọng tác dụng lên cầu sau. Khi không tải, đầu tựa của thanh đàn hồi tựa nhẹ (không tác dụng lực) vào pit tông, do vậy bộ điều hòa làm việc như bộ điều hòa tĩnh. Khi cầu sau chịu tải, thanh đàn hồi tỳ mạnh vào đuôi pit tông, đẩy pit tông đi lên. Nếu áp suất dầu còn nhỏ, van mở đường dầu cấp cho xilanh bánh xe sau. Nếu tiếp tục tăng áp suất, áp lực dầu trên mặt đầu pit tông đẩy pit tông đi xuống, đóng van cấp dầu. Van làm việc nhấp nháy để tăng dần áp suất phanh cho cầu sau (như đặc tính của bộ điều hòa tĩnh đã trình bày trong các bài trước).
Tuy nhiên, do có lực đẩy lên từ thanh đàn hồi (điểm 8) nên việc đóng mở van điều hòa phụ thuộc vào tải trọng đặt lên cầu sau, như vậy bộ điều hòa này tạo nên nhiều quan hệ thay đổi áp suất dầu cho cầu trước và cầu sau. Trên đồ thị của hình 1c biểu diễn một số đường hiệu chỉnh áp suất theo các chế độ tải trọng khác nhau. Hiển nhiên, tập hợp các đường hiệu chỉnh có thể thu được chùm đường hiệu chỉnh áp suất theo các tải trọng (chùm đường này gần song song).

Hình 2: Một số dạng khác của bộ điều hòa theo tải trọng
Một số dạng khác của bộ điều hòa theo tải trọng được trình bày trên hình 2.
Trên hình 2a là bộ điều hòa theo tải trọng bố trí trên ô tô có hệ thống dẫn động phanh kiểu T, với van hổ trợ khi mất phanh trên cầu trước. Cụm van hổ trợ đặt thêm pit tông hỗ trợ phía dưới pit tông vi sai, còn bộ điều hòa theo tải trọng vẫn được cấu trúc tương tự như đã trình bày ở phần trên.
Trên hình 2b trình bày bộ điều hòa theo tải trọng kép bố trí trên ô tô có hệ thống dẫn động phanh theo dòng chéo (kiểu K), không có van hỗ trợ. Bộ điều hòa sử dụng hai van điều chỉnh áp suất theo tải trọng bố trí cho các bánh xe cầu sau và được gắn với thân xe. Tín hiệu áp suất nhận được từ hai buồng của xi lanh chính dẫn kiểu K. Tín hiệu tải trọng được bố trí thông qua lò xo nối. Sự thay đổi tải trọng được truyền qua lò xo nối và tác động lên đòn quay thông qua cơ cấu làm êm (lò xo). Tín hiệu của tải trọng ở cầu sau được truyền tới đòn cân bằng đối xứng, đảm bảo đồng nhất tín hiệu tải trọng cho hai van điều chỉnh áo suất cho các bánh xe cầu sau.
B. Bộ điều hòa theo gia tốc
Trên một số ô tô con bố trí bộ điều hòa với van gia tốc (hình 3). Bộ điều hòa này làm việc theo sự thay đổi áp suất điều khiển của xi lanh chính và gia tốc chuyển động của toàn xe.
Bộ điều hòa được đặt cố định lên thân xe, với góc nghiêng α nhất định. Bên trong bộ điều hòa bố trí hai cụm van. Cụm van pit tông nằm phía trên và cụm van bi nằm phía dưới.
Cụm van pit tông bao gồm hai pit tông A và B nối tiếp nhau hình thành bộ pit tông vi sai. Pit tông vi sai tạo nên có tiết diện mặt đầu bên trái lớn hơn tiết diện mặt đầu bên phải. Cụm van pit tông có tác dụng tiếp nhận tín hiệu áp suất trên đường dẫn ra cầu sau và điều chỉnh tiết diện lưu thông dầu của dòng cấp cho xi lanh bánh xe sau. Khi áp suất tăng lớn, khoe hở tiết diện lưu thông dầu thu hẹp và áp suất sau bộ điều hòa bị hạn chế.
Cụm van bi với một đường dầu vào và hai đường cấp ra. Đường dầu vào nối với đường dầu sau xi lanh chính. Đường dầu cấp cho xi lanh phanh bánh xe gồm:
- Đường dầu qua van nhánh 3 có tiết diện nhỏ.
- Đường dầu qua van bi có tiết diện lớn, đóng vai trò đường cấp dầu chính 1. Trên đường này, dầu chảy qua không gian chứa bi và qua lỗ đế van tới đường dầu cấp cho xi lanh bánh xe. Đường dầu chính có thể bị bịt lại nhờ viên bi có khối lượng lớn, khi viên bi lấp kín đế van. Viên bi dạng cầu có thể lăn tự do trên mặt phẳng nghiêng của khoang chứa bi, tuy nhiên ở trạng thái không phanh viên bi nằm ở vị trí mở đường dầu chính. Khi gia tốc phanh của ô tô lớn, lực quán tính đẩy viên bi lăn trên mặt nghiêng và bịt đường dầu chính.
Nguyên lý làm việc của bộ điều hòa theo gia tốc:
Khi xe không tải (khối lượng toàn xe nhỏ):
- Khi bắt đầu phanh áp suất dầu trong xi lanh chính cấp tới bộ điều hòa tăng dần, đường dầu cấp vào khoang chứa bi và đi qua lỗ cấp dầu chính, theo cửa ra cấp cho xi lanh bánh xe. Tại đầu ra áp suất dầu tác động lên pit tông A đẩy nhẹ pit tông A và B dịch chuyển sang phải. Áp suất đường dầu ra cầu sau chưa bị hiệu chỉnh (hình 3a).
- Lực phanh tác dụng lên các bánh xe, gia tốc chậm dần ô tô nhanh chóng lớn lên, tới khi viên bi lăn trên rãnh nghiêng và bịt lỗ dầu chính. Dầu không được tiếp tục cấp cho xi lanh bánh xe, nên áp suất dầu trong xilanh bánh xe sau không thay đổi.
- Nếu áp suất phanh tiếp tục tăng, dầu đẩy pit tông trong van nhánh và bổ sung áp suất dầu cho đường dầu ra xi lanh bánh xe, quá trình tăng áp suất bộ điều hòa diễn ra chậm cụm pit tông A, B bị đẩy về phía trái (hình 3c).
Khi xe đầy tải (khối lượng toàn xe lớn):

Hình 3: Cấu trúc và sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều hòa có van gian tốc
- Giai đoạn tăng áp suất ban đầu xảy ra tương tự (hình 3a), tuy nhiên do khối lượng toàn xe lớn nên gia tốc chậm dần của ô tô lâu đạt tới giá trị tới hạn để viên bi lăn trên rãnh nghiêng, do vậy áp suất điều khiển dẫn ra cầu sau tiếp tục tăng đến khi pit tông A, B (dạng vi sai) dịch chuyển sang phải, bịt lỗ dầu cấp vào bộ điều hòa.
- Nếu tiếp tục tăng áp trong xi lanh chính, pit tông A, B dịch chuyển theo dạng nhấp nháy (hình 3b). Quá trình nhấp nháy liên tục diễn ra cho tới khi gia tốc phanh đủ lớn và viên bi lăn trên rãnh nghiêng và bịt lỗ dầu chính.
- Khi viên bi bịt lỗ dầu chính, áp suất sau xi lanh chính tiếp tục tăng, cụm pit tông A, B bị đẩy về phía trái (hình 3c) và áp suất dầu mở van nhánh cấp cho xi lanh bánh xe.
Các quá trình xảy ra như trên được biểu diễn thông qua đồ thị quan hệ của áp suất p1 và p2 trên hình 3d. Khi ô tô làm việc ở các chế độ tải trọng khác nhau (từ không tải đến đầy tải), đồ thị áp suất sẽ là các đoạn đường nối tiếp nhau và nằm trong khu vực điều chỉnh áp suất của bộ điều hòa.
Như vậy bộ điều hòa này cho phép thực hiện hiệu chỉnh áp suất dầu ra cầu sau với tín hiệu áp suất dầu và tín hiệu gia tốc ô tô.
Ưu việc của kết cấu: không sử dụng tín hiệu của tải trọng nên bộ điều hòa có thể bố trí ở vị trí thuận lợi trên xe. Mặt khác tải trọng ô tô có quan hệ với gia tốc của ô tô nên bộ điều hòa thỏa mãn được yêu cầu hiệu chỉnh áp suất dầu ra cầu sau theo tải trọng.
Các bộ điều hòa động làm việc đảm bảo gần đúng chế độ tải trọng thẳng đứng trên cầu sau, hạn chế hiện tượng lết của bánh xe sau góp phần tăng cao hiệu quả phanh và an toàn chuyển động và rất thích hợp bố trí trên các loại ô tô con có phạm vi tải thay đổi lớn.
Song các bộ điều hòa tĩnh và động đều không hạn chế được hiện tượng lết bánh xe ở cầu sau khi phanh, đặc biệt khi ô tô đi trên đường trơn hoặc khi phanh gấp. Do vậy, ở một số nước yêu cầu ô tô con phải có thiết bị tốt hơn như bộ chống hãm cứng bánh xe ABS.

(quangnam.dangkiem)