Home / Ô Tô / Hệ thống phanh ô tô: cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động

Hệ thống phanh ô tô: cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động

/

Để đảm bảo cho xe chạy an toàn, nâng cao năng suất vận chuyển và hiệu quả sử dụng xe, trên ô tô có lắp đặt hệ thống chuyên dụng dùng để cưỡng chế tốc độ của xe, tức là làm cho xe giảm tốc độ hoặc dừng lại. Hệ thống này được gọi là hệ thống phanh, gồm có phanh chân và phanh tay.

hệ thống phanh ô tô là gì

1. Chức năng của hệ thống phanh

1.1. Giảm tốc độ hoặc dừng xe

Hệ thống phanh giúp người lái có thể dựa trên ý muốn chủ quan của mình để giảm tốc độ chạy hoặc dừng xe thông qua đạp bàn đạp phanh chân. Phanh chân chỉ hoạt động khi đạp chân lên bàn đạp phanh, nhả chân khỏi bàn đạp là nhà phanh.

Chức năng hệ thống phanh ô tô
Chức năng hệ thống phanh ô tô

1.2. Hãm xe

Khi kéo phanh tay ô tô sẽ giữ cho xe đỗ an toàn, không bị trôi trên đường, đặc biệt là đường dốc. Phanh tay thường có cơ cấu hãm cần kéo phanh cho phép duy trì sự hãm xe mà không cần phải giữ cần phanh sau khi kéo.

2. Cấu tạo hệ thống phanh ô tô

Hệ thống phanh của ô tô gồm phanh chân (dùng để giảm tốc độ hoặc dừng xe) và hệ thống phanh tay (dùng để hãm xe).

Thành phần của hệ thống phanh
Thành phần của hệ thống phanh

Mỗi dạng phanh đều gồm cơ cấu phanh hãm (tạo nên tác dụng phanh hoặc hãm xe), và cơ cấu truyền động lực từ bàn đạp, cần kéo phanh đến cơ cấu phanh hãm.

Phanh chân gồm có các thành phần như xilanh chính, bộ trợ lực chân không, bình chứa dầu, ống dẫn dầu, bộ phận phanh bánh xe. Phanh tay gồm có cơ cấu hãm xe, cần kéo.

3. Cơ cấu phanh ô tô

Cơ cấu phanh là thành phần quan trọng của hệ thống phanh có chức năng tạo ra sự phanh hãm bánh xe. Cơ cấu phanh được phân chia thành cơ cấu phanh tang trống và cơ cấu phanh đĩa. Đối với cơ cấu phanh tang trống thì thành phần chuyển động quay là tang trống. Còn đối với cơ cấu phanh đĩa thì thành phần chuyển động quay là đĩa phanh.

3.1. Cơ cấu phanh đĩa

3.1.1. Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa

Cơ cấu phanh đĩa gồm các thành phần như giá đỡ xilanh con, đĩa phanh, má phanh, pít tông, xilanh con v.v.

Thành phần cơ cấu phanh đĩa
Thành phần cơ cấu phanh đĩa

3.1.2. Phân loại cơ cấu phanh đĩa

Cơ cấu phanh đĩa có thể được chia làm 2 loại là cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ xilanh con di động và cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ xilanh con cố định.

Cơ cấu phanh đĩa cố định khá ổn định, thường được sử dụng ở các loại xe yêu cầu mô-men lực phanh hãm lớn. Cơ cấu phanh đĩa di động có thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ, dễ dàng điện tử hóa nên được sử dụng rộng rãi.

Phân loại cơ cấu phanh đĩa
Phân loại cơ cấu phanh đĩa

3.1.3. Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh đĩa

Khi đạp bàn đạp phanh hoặc kéo cần phanh, áp lực của dầu sẽ đẩy pít tông và má phanh áp sát vào đĩa phanh đang quay. Sự ma sát giữa má phanh và đĩa phanh, sẽ biến động năng thành nhiệt năng, nhiệt năng này sẽ lan tỏa vào trong không khí.

Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh đĩa
Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh đĩa

3.2. Cơ cấu phanh tang trống

Bộ phận quay là tang trống, bộ phận cố định là guốc phanh. Khi đạp bàn đạp phanh, dưới tác dụng đẩy của pít tông trong xilanh công tác, tấm vật liệu ma sát của guốc phanh sẽ áp sát vào mặt trụ trong của tang trống, tạo nên mô-men ma sát làm cho tang trống quay chậm lại hoặc ngừng quay.

3.2.1. Cấu tạo cơ cấu phanh tang trống

Cơ cấu phanh tang trống gồm các thành phần chính như tang trống (được gắn cố định trên moay-ơ bánh xe), guốc phanh, tấm vật liệu ma sát (lắp trên guốc phanh), xilanh công tác (hay bơm con), lò xo hồi vị guốc phanh.

Thành phần cơ cấu phanh tang trống
Thành phần cơ cấu phanh tang trống

3.2.2. Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh tang trống

Khi không đạp phanh (hoặc khi nhả bàn đạp), bàn đạp phanh ở trạng thái tự do, xilanh chính không bơm (đẩy) dầu vào đường ống. Lò xo hồi vị sẽ kéo guốc phanh, tạo nên khoảng hở giữa guốc phanh và tang trống. Vì thế tang trống có thể quay cùng với bánh xe.

Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh tang trống
Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh tang trống

Khi phanh: người lái đạp bàn đạp phanh, cần đẩy sẽ đẩy pít tông của xilanh chính di chuyển về phía trước, khiến cho dòng dầu chảy qua đường ống vào xilanh công tác, đẩy pít tông của xilanh công tác ra phía ngoài. Pít tông có mặt ngoài được làm lõm để tì vào guốc phanh. Khi lực đẩy pít tông thắng lực kéo của lò xo hồi vị, thì guốc phanh sẽ quay quanh chốt bản lề để bung ra và áp sát vào mặt trong của tang trống. Lúc đó, tấm vật liệu ma sát trên guốc phanh sẽ sinh ra mô-men ma sát đối với tang trống đang quay, với hướng ngược với chiều quay của tang trống.

Khi thả bàn đạp phanh: dưới tác dụng của lò xo hồi vị, các guốc phanh sẽ bị kéo trở lại vị trí ban đầu, tạo thành khoảng trống giữa guốc phanh và tang trống.

3.3. Đặc điểm của cơ cấu phanh tang trống

Trong quá trình phanh hãm xe, do tác dụng của lực quán tính, nên tải của bánh xe phía trước thường chiếm từ 70% đến 80% tải của toàn bộ xe. Lực phanh hãm tác động lên bánh trước sẽ lớn hơn bánh sau. Việc phanh hãm lên bánh sau chỉ mang tác dụng phụ trợ. Vì thế, để tiết kiệm chi phí, các hãng sản xuất ô tô thường sử dụng cơ cấu phanh đĩa cho bánh trước và cơ cấu phanh tang trống cho bánh sau.

Cơ cấu phanh tang trống có hiệu suất làm việc và tính năng tản nhiệt thấp, tính ổn định, độ tin cậy thấp. Lực phanh hãm thay đổi lớn đối với những bề mặt đường khác nhau, không dễ điều khiển. Vì tính tản nhiệt kém, nên trong quá trình phanh hãm, sẽ có một lượng nhiệt lớn tập trung ở cơ cấu phanh tang trống. 

Tang trống và moay-ơ dưới sự tác động của nhiệt độ cao dễ có những biến dạng phức tạp, dễ tạo nên hiện tượng rung lắc, phanh không ăn, từ đó làm giảm hiệu suất phanh. Ngoài ra, đối với cơ cấu phanh tang trống, sau một thời gian sử dụng, cần phải tiến hành hiệu chỉnh lại khe hở giữa tang trống và mặt ma sát của guốc phanh, thậm chí phải tháo ra để tiến hành vệ sinh.

4. Cơ cấu dẫn động của phanh ô tô

Cơ cấu dẫn động của hệ thống phanh bao gồm các thành phần chính như xilanh chính (hay còn gọi là bơm chính), bộ phận trợ lực hơi, đường dẫn dầu, xilanh công tác (hay còn gọi là xilanh con hoặc bơm con).

4.1. Xilanh chính

4.1.1. Cấu tạo xilanh chính

Xilanh chính được đặt ở giữa bàn đạp và bộ phận phanh hãm, với chức năng chính là chuyển lực cơ học tác động lên bàn đạp phanh thành áp lực dầu.

Thành phần của xilanh chính
Thành phần của xilanh chính

4.1.2. Nguyên lý làm việc của xilanh chính

Khi đạp bàn đạp phanh, cần đẩy sẽ đẩy pít tông và cu-pen dịch chuyển sang trái. Sau khi cu-pen che lấp cửa hồi, áp lực của dầu sẽ tăng lên. Dầu bị đẩy ra khỏi van, đi qua đường ống để đến xilanh công tác.

Nguyên lý làm việc của xilanh chính (khi phanh)
Nguyên lý làm việc của xilanh chính (khi phanh)

Khi nhả bàn đạp phanh, dưới tác dụng của lò xo, pít tông nhanh chóng hồi vị, dịch chuyển sang phải. Do có độ hút trong xilanh nên dầu trong bình chứa thông qua cửa nạp dầu chảy vào khoang bên phải, cân bằng lại áp suất thấp hình thành ở khoang bên phải.

Nguyên lý làm việc của xilanh chính (khi nhả bàn đạp phanh)
Nguyên lý làm việc của xilanh chính (khi nhả bàn đạp phanh)

4.1.3. Xilanh chính pít tông kép

Loại xilanh này ngày nay dùng rộng rãi trên các loại xe ôtô đời mới, nó đảm bảo an toàn cho người điều khiển nếu như xảy ra hư hỏng ở một mạch dầu nào đó. Trong xilanh chính có 2 pít tông đặt nối tiếp nhau. Mỗi pít tông có một bình dầu riêng và cửa vào, cửa hồi.

Xilanh chính pít tông kép
Xilanh chính pít tông kép

Khi không đạp phanh: Cu-pen của pít tông số 1 và số 2 nằm giữa cửa vào và cửa bù làm cho xilanh và bình dầu thông nhau.

Khi đạp phanh: Hai pít tông dịch chuyển sang trái, cu-pen bịt kín cửa hồi, không cho dầu từ bình vào cửa hồi. Pít tông bị đẩy tiếp, nó làm tăng áp suất dầu trong xilanh. Áp suất này tác dụng lên các xilanh con tại các bánh xe.

4.2. Bộ trợ lực chân không

Hệ thống phanh dầu không trợ lực yêu cầu phải đạp mạnh bàn đạp phanh khi cần lực phanh lớn, do đó thường chỉ dùng trên xe loại nhỏ. Đối với xe cỡ lớn, lực phanh yêu cầu lớn nên người ta bố trí thêm bộ phận trợ lực trong hệ thống phanh để làm tăng lực phanh trong khi người lái vẫn không cần phải tăng lực đạp lên bàn đạp.

Vị trí lắp đặt bộ trợ lực chân không
Vị trí lắp đặt bộ trợ lực chân không

Bộ phận trợ lực chân không được lắp đặt giữa bàn đạp và xilanh chính. Bộ phận này lợi dùng sự chênh áp lực giữa không khí và chân không để làm tăng hiệu suất phanh, giúp người lái không cần phải đạp mạnh vào bàn đạp phanh mà vẫn nhanh chóng và an toàn phanh hãm xe.

4.2.1. Cấu tạo bộ trợ lực chân không

Bộ trợ lực chân không gồm các thành phần chính như cần đẩy (nối với bàn đạp), vỏ trước, vỏ sau, bộ lọc không khí, van chân không, van không khí, màng ngăn, lò xo van chân không, lò xo van không khí, lò xo hồi vị của màng ngăn v.v.

Bộ trợ lực chân không
Bộ trợ lực chân không

4.2.2. Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không

Khi đạp bàn đạp phanh: Lực từ bàn đạp sẽ đẩy cần đẩy (nối với bàn đạp phanh) di chuyển sang trái. Van không khí sẽ mở, còn van chân không sẽ đóng. Không khí đi vào ngăn bên phải của bộ trợ lực, từ đó hình thành nên chênh lệch áp suất giữa ngăn bên trái và ngăn bên phải của bộ trợ lực. Sự chênh áp này khiến cho màng ngăn di chuyển sang trái, đồng thời làm cho cần đẩy (nối với pít tông của xilanh chính) cũng dịch chuyển sang trái.

Khi nhả bàn đạp phanh: Cần đẩy (nối với bàn đạp phanh) dưới tác động của lò xo hồi vị sẽ di chuyển sang phải. Van không khí sẽ đóng, van chân không sẽ mở. Khoang bên trái và khoang bên phải thông với nhau. Áp suất hai khoang bằng nhau. Màng ngăn dưới tác động của lò xo hồi vị cũng dịch chuyển sang phải, trở về vị trí ban đầu.

Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không
Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không

4.3. Xilanh công tác

hay còn gọi là xilanh con) của hệ thống phanh dầu có hai loại là loại một pít tông và loại hai pít tông. Chức năng của xilanh công tác là biến áp lực của dầu đến từ xilanh chính thành lực đẩy cơ khí khiến cho guốc phanh bung ra.

4.3.1. Cấu tạo xilanh công tác

Xilanh công tác hai pít tông gồm có các thành phần như xilanh, hai pít tông, cu-pen (lá gió), lò xo, van xả khí, vít xả khí, nắp chống bụi. Ở đầu mỗi pít tông đều có cần đẩy được lắp đặt tỷ lên guốc phanh. Cu-pen có tác dụng ngăn ngừa dầu bị rò rỉ. Lò xo có tác dụng làm cho pít tông và cu-pen áp sát vào nhau. Vít xả khí có tác dụng xả không khí khỏi hệ thống khi thay dầu hoặc có khí lọt vào hệ thống. Khi có không khí lọt vào hệ thống phanh, thì cần phải nhanh chóng tiến hành xả khí.

Thành phần của xilanh công tác
Thành phần của xilanh công tác

So với loại xilanh 2 pít tông thì loại xilanh một pít tông ít hơn 1 pít tông, một cu-pen, ngoài ra cấu trúc cũng tương tự như xilanh công tác 2 pít tông.

4.3.2. Nguyên lý hoạt động của xilanh công tác

Khi đạp bàn đạp phanh, xilanh chính sẽ đẩy dầu vào xilanh công tác, tạo ra lực đẩy lên pít tông, khiến cho pít tông di chuyển ra phía ngoài, đẩy guốc phanh áp sát vào tang trống, từ đó tạo nên tác dụng phanh hãm xe.

Khi thả bàn đạp, dầu từ xilanh công tác sẽ quay trở về xilanh chính, áp lực dầu trong xilanh công tác sẽ sụt giảm. Sức kéo của lò xo hồi vị guốc phanh sẽ thắng lực đẩy của pít tông. Nhờ vậy, sẽ kéo guốc phanh ra khỏi tang trống.

Nguyên lý hoạt động của xilanh công tác
Nguyên lý hoạt động của xilanh công tác

5. Hệ thống chống bó cứng phanh ABS

5.1. Chức năng của hệ thống chống bó cứng phanh ABS

Hệ thống chống bó cứng phanh là hệ thống an toàn chủ động trên xe giúp bánh xe luôn quay và bám đường trong khi phanh, đặc biệt là trong điều kiện đường trơn trượt, giúp ổn định xe, dễ dàng tránh các chướng ngại vật từ đó giúp cho việc lái xe an toàn hơn.

Với xe không được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh, người lái phải đạp và nhả bàn đạp phanh liên tục để tránh tình trạng bánh xe không bị bó cứng. Với xe được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh, ECU sẽ đo tốc độ quay của các bánh xe và tự động nhồi phanh nhiều lần trong một giây để ngăn chặn tình trạng bánh xe bị bó cứng.

Để hệ thống chống bó cứng phanh hoạt động có hiệu quả, người lái phải đạp phanh dứt khoát, đạp phanh càng mạnh càng tốt và giữ chân phanh. Tuyệt đối không được nhồi, nhấp nhả phanh.

Lưu ý: hệ thống chống bó cứng phanh được thiết kế để cải thiện tính cân bằng của xe khi phanh chứ không rút ngắn khoảng cách từ khi đạp phanh đến khi xe dừng hẳn. Xe có thể mất nhiều thời gian hơn để dừng lại so với xe không được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh. Điều này xảy ra trong một số trường hợp như: khi phanh trên đường có nhiều sỏi hay tuyết rơi, khi phanh trên đường mấp mô nhiều ổ gà và các con đường có điều kiện mặt đường không tốt.

5.2. Cấu tạo hệ thống chống bó cứng phanh ABS

Hệ thống chống bó cứng phanh ABS sử dụng trong hệ thống phanh hơi hay hệ thống phanh thủy lực đều có thành phần cơ bản giống nhau. Nó bao gồm 3 thành phần chính là cảm biến tốc độ bánh xe, bộ điều tiết áp suất dầu và bộ điều khiển điện tử ECU.

Thành phần của hệ thống chống bó cứng phanh ABS
Thành phần của hệ thống chống bó cứng phanh ABS

Cảm biến tốc độ xe dùng để đo tốc độ quay của bánh xe, sau đó tạo ra tín hiệu điện xoay chiều tỉ lệ với tốc độ quay của bánh xe để truyền về ECU.

Bộ điều tiết áp suất dầu chính là cơ cấu chấp hành của ABS. Nó được lắp đặt giữa xilanh chính và xilanh công tác. Nó nhận lệnh từ ECU, để điều chỉnh lực phanh của các bánh xe.

ECU (bộ điều khiển điện tử) là một máy tính. Nó tiếp nhận và phân tích tín hiệu được truyền đến từ cảm biến tốc độ bánh xe, sau đó phát lệnh điều khiển đến cơ cấu chấp hành.

Với hệ thống phanh ABS, cảm biến điện tử sẽ xác định trạng thái của bánh xe khi chịu tác động của các má phanh. Ngay khi bánh xe bắt đầu trượt thì bộ vi xử lý sẽ phát tín hiệu điều chỉnh áp suất dầu để nhả các má phanh, nhưng khi bánh bắt đầu lăn thì má phanh lại tiếp tục ép. Cứ như vậy, hoạt động ép/nhả với tần số cao được điều khiển tự động bởi thiết bị điện tử cho tới khi xe dừng hẳn hoặc lái xe rời chân khỏi bàn đạp phanh. ABS giúp các bánh xe không bị bó cứng khi phanh gấp, duy trì hiệu quả của thao tác lái trên vô lăng để tài xế có thể giảm tốc độ và tránh vật cản một cách an toàn.

5.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống chống bó cứng phanh ABS

Đối với một chiếc xe không được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), khi bạn đạp mạnh cần phanh xuống, 1 hoặc nhiều bánh xe sẽ đột ngột ngừng quay như bị khóa cứng lại, khi đó nó sẽ trượt hoặc kết trên mặt đường dẫn tới việc người lái gần như không thể nào kiểm soát được hướng di chuyển của xe.

Nguyên lý làm việc của hệ thống chống bó cứng phanh
Nguyên lý làm việc của hệ thống chống bó cứng phanh

Nếu trường hợp xe không có ABS, một số ý kiến cho rằng người lái cần có kỹ thuật phanh gấp: dùng mũi chân đạp mạnh vào cần phanh, ngay lập tức nhả nhẹ ra và lặp lại cho tới khi tốc độ giảm như ý. Đây được gọi là kỹ thuật phanh theo ngưỡng (threshold braking) và điểm mấu chốt là người lái phải cảm nhận được thời điểm nhả phanh trước giới hạn trượt lốp.

Toàn bộ quá trình phức tạp trên sẽ do hệ thống ABS thực hiện tự động, nhanh và chính xác hơn so với con người. Cũng chính vì điều này nên các giải đua xe đã cấm sử dụng công nghệ này để tay lái có dịp phô bày kỹ năng điêu luyện của họ.

Trong quá trình phanh xe, bộ cảm biến tốc độ bánh xe truyền tín hiệu tốc độ bánh xe đến ECU. ECU dựa trên tín hiệu truyền về từ mỗi cảm biến để tiến hành phân tích trạng thái chuyển động của mỗi bánh xe, đồng thời truyền lệnh điều khiển đến bộ điều tiết áp suất dầu vào thời điểm thích hợp. Bộ điều tiết sẽ tiết hành điều tiết áp suất dầu ở xilanh công tác của mỗi bánh xe, có thể là “tăng áp suất” hoặc “giảm áp suất” hoặc “giữ nguyên áp suất”, từ đó ngăn ngừa bánh xe bị bó cứng hoặc văng trượt.

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :