Điều hòa lực phanh trên hệ thống phanh dầu
Chúng tôi xin giới thiệu bài viết Điều hòa lực phanh trên hệ thống phanh dầu của
PGS.TS Nguyễn Khắc Trai, trường ĐHBK Hà Nội để cùng nghiên cứu:
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.