Tìm hiểu về hệ thống phanh trên xe hơi

Để giảm tốc độ của một xe đang chạy, việc cần thiết phải làm là tạo ra một lực làm cho các bánh xe quay chậm lại. Khi người lái đạp bàn đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra một lực (phản lực của mặt đường) làm cho các bánh xe dừng lại và khắc phục lực (quán tính) đang muốn giữ cho xe tiếp tục chạy, do đó làm cho xe dừng lại. Nói khác đi, năng lượng (động năng) của các bánh xe quay được chuyển thành nhiệt do ma sát (nhiệt năng) bằng cách tác động lên các phanh làm cho các bánh xe ngừng quay. Người lái không những phải biết dừng xe mà còn phải biết cách cho xe dừng lại theo ý định của mình. Chẳng hạn như, các cụm phanh phải giúp xe giảm tốc độ theo mức thích hợp và dừng xe tương đối ổn định trong một đoạn đường tương đối ngắn khi phanh khẩn cấp.

Các cơ cấu chính tạo ra chức năng dừng xe này là hệ thống phanh như là bàn đạp phanh và các lốp xe. Hệ thống phanh Có hai loại hệ thống phanh. Hệ thống phanh chính được sử dụng khi xe đang chạy là hệ thống phanh chân. Có loại phanh kiểu tang trống và phanh đĩa, thường được điều khiển bằng áp suất thuỷ lực. Hệ thống phanh đỗ xe được sử dụng khi đã đỗ xe. Hệ thống phanh đỗ xe tác động vào các phanh bánh sau qua các dây kéo để xe không dịch chuyển được.

ABS (Hệ thống phanh chống bó cứng): là bộ điều khiển phanh bằng máy tính để tự động tránh hiện tượng bó cứng các lốp xe do phanh khẩn cấp. Hệ thống này làm tăng độ ổn định của xe và rút ngắn quãng đường phanh. Do đó các lốp không bị bó cứng và vô lăng vẫn có thể xoay được ngay cả khi nhấn phanh đột ngột, tài xế vẫn có thể điều khiển được xe và dừng xe an toàn.

ABS có EBD: là chữ viết tắt của phân phối lực phanh bằng điện tử hoặc điều khiển phân phối lực phanh của hệ thống ABS bằng điện tử. Ngoài chức năng thông thường của ABS, lực phanh được phân phối giữa các bánh trước và bánh sau và các bánh bên phải và bên trái một cách phù hợp với trạng thái của xe bằng bộ điều khiển phanh ABS bằng thuỷ lực.

BA (Hệ thống hỗ trợ khi phanh): là một hệ thống hỗ trợ vận hành phanh khi người lái không thể đạp đủ lực lên bàn đạp phanh. Đạp lên bàn đạp phanh đột ngột được coi là sự dừng xe khẩn cấp và hệ thống này tự động tạo ra một lực phanh lớn hơn giúp xe có thể mau chóng dừng an toàn.

Sau đây, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về các hệ thống phanh thông dụng trên xe hơi.

1. Phanh guốc (Phanh tang trống):

Phanh guốc hay còn gọi là phanh trống, là loại phanh sử dụng má phanh áp vào mặt của guốc phanh. Khi tác động lực sẽ ép má phanh vào mặt trong của trống phanh - bộ phận được liên kết với bánh xe. Hầu hết guốc phanh của xe du lịch được cấu tạo bởi hai miếng ghép lại. Độ cong của vành guốc phải phù hợp với mặt trong của trống phanh, bề mặt của vành guốc được gắn với má phanh.

Guốc phanh: Chi tiết này được chế tạo từ nhôm đúc, có trọng lượng nhẹ và tản nhiệt tốt. Guốc phanh có nhiều hình dáng khác nhau, các kiểu đa dạng của guốc phanh được nhân dạng bằng số hiệu guốc được chỉ định bởi viện Tiêu chuẩn vật liệu ma sát (FMSI: Fricho n Materials Standards Institute). Thông thường guốc phanh được đặt hàng theo sự chế tạo, kiểu xe, năm sản xuất đối với từng loại xe riêng để đạt được sự chuẩn xác.

Má phanh: Ở xe du lịch và xe tải nhẹ má phanh được gắn vào guốc phanh bằng một trong hai cách, dán keo hoặc tán rivê. Còn đối với các xe tải hạng nặng má phanh được khoan lỗ để gắn bulong, cho phép việc thay thế dễ dàng. Tuy nhiên loại má phanh dán thông dụng và được ưa chuộng hơn vì nó tận dụng được tối đa bề dày của má, khi mòn không bị đinh tán cọ làm hỏng mặt trong trống phanh. Má phanh thứ cấp luôn dài hơn má phanh sơ cấp, đôi khi má phanh được gắn ở vị trí cao hay thấp trên guốc để thay đổi đặc tính tự kích hoạt hay trợ động của guốc phanh.

Lò xo phanh: Cụm phanh tang trống thông thường sử dụng hai lò xo, một bộ kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, một bộ dùng để giữ guốc phanh tựa vào mâm phanh. Các lò xo gắn thêm thường được dùng để vận hành cơ cấu tự điều chỉnh và chống trạng thái chùng lỏng của hệ thống phanh tay. Lò xo trả về của guốc phanh có nhiệm vụ rất then chốt, đặc biệt ở loại phanh trợ động. Trong khi nhả phanh ra, các lò xo này sẽ kéo guốc phanh trở về và đẩy piston trở về trạng thái ban đầu.

Bộ điều chỉnh guốc phanh: Các guốc phanh phải được điều chỉnh theo chu kỳ để giữ cho má phanh phải tương đối sát với bề mặt trống phanh. Nếu khe hở giữa má phanh và bề mặt trống phanh quá lớn sẽ khiến chân phanh phải nhấn một đoạn dài thì phanh mới có tác dụng, điều đó gây nguy hiểm cho chiếc xe. Trước đây, khe hở má phanh được điều chỉnh bằng tay. Ở loại phanh trợ động, bộ điều chỉnh là một cụm bằng ren. Ngày nay hầu hết ô tô sử dụng hệ thống điều chỉnh phanh tự động, có nhiều dạng kết cấu khác nhau tùy theo cấu tạo của guốc phanh và nhà sản xuất.

Trống phanh: Có hình dáng như cái thùng được gắn vào trục bánh xe hoặc mặt bích của moayơ, ở ngay bên trong bánh xe và cùng quay với bánh xe. Trống phanh có bề mặt cứng chịu được mài mòn, có độ bền vật liệu tốt để không bị biến dạng và hoạt động như một bộ phận tiêu nhiệt. Hầu hết trống phanh được chết tạo bằng gang xám, có khả năng chống mài mòn khá tốt. Tuy nhiên nhược điểm là nó khá nặng và dễ nứt vỡ. Do vậy, các trống phanh hiện nay được cải tiến bằng cách chế tạo trống có nhiều thành phần: phần giữa làm bằng thép dập, phần vành và bề mặt ma sát làm bằng gang.

Phân loại: Cơ cấu loại phanh guốc có hai loại, loại guốc phanh quay quanh chốt lệch tâm và loại đặt đối xứng với xilanh làm việc. Phanh guốc có kết cấu đơn giản, điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống bằng cam quay và chốt lệch tâm. Để đảm bảo độ mòn đồng đều ở hai má phanh thì má của guốc phanh có hiệu quả cao (tự siết) được làm dài hơn. Phanh loại bơi, cơ cấu này có hai bậc tự do và không có điểm tựa cố định. Ở cơ cấu này, hai xilanh làm việc đều tác dụng lên đầu trên và đầu dưới của guốc. Khi phanh các guốc sẽ chuyển dịch theo chiều ngang và ép má phanh sát vào trống. Nhờ ma sát má phanh bị cuốn theo ống xilanh làm việc tỳ sát vào điểm tựa cố định. Hiệu quả phanh của ôtô khi tiến hay lùi đều bằng nhau.

Ưu và nhược điểm: Đơn giản, gọn nhẹ, ít hỏng hóc, dễ sửa chữa và thay thế. Cần một lực tương đối lớn để hãm, hiệu suất phanh không cao, dễ bị bó phanh gây mất lái hoặc lệch tâm xe khi phanh.

2. Phanh đĩa

Ngày nay, cơ cấu phanh đĩa đã được sử dụng rất phổ biến trên ôtô du lịch, ngoại trừ một số xe hạng nhỏ được bố trí phanh đĩa trước, phanh tang trống sau. Phanh đĩa được chia làm hai loại: loại đĩa quay và loại vỏ quay.

Loại đĩa quay: Đĩa phanh ở phía ngoài có trọng lượng nhỏ, thường được sử dụng ở phanh trước hoặc phanh tay ở ôtô tải. Nhược điểm của loại phanh này là rất dễ bị hư hỏng do bụi bẩn rơi vào khi chạy trên đường đất.

Loại vỏ quay: Khi phanh các piston ở xilanh con sẽ đẩy đĩa dịch chuyển tương đối với nhau trong mặt phẳng quay của bánh xe theo hướng ngược chiều nhau. Nhờ có rãnh nghiêng ở đĩa nên các viên bi chạy theo rãnh để ép các đĩa ma sát vào vỏ và tiến hành phanh.

Cấu tạo phanh đĩa: Đĩa thắng: (Rotor) Đĩa làm bằng thép tạo ma sát với bố thắng, cố định với trục bánh xe (có thể tháo rời để thay thế). Đệm thắng: Đệm thắng có lưng đỡ là tấm kim loại phẳng, gắn cố định với cụm thắng (calip). Bố thắng được gắn với lưng bằng cách tán rivet, đán hoặc đúc. Bộ phận báo hiệu bố mòn: Báo hiệu bằng tiếng động: Thanh báo hiệu dính liền với bố, khi bố mòn đến mức qui định, thanh báo ma sát vào trống tạo nên tiếng rít. Báo hiệu bằng cảm giác: Khi bố mòn, một bộ phận ma sát sẽ gây rung động lên bàn đạp. Báo hiệu bằng điện tử: Bộ cảm ứng báo lên buồng lái khi bố mòn.

Ưu điểm của phanh đĩa so với phanh guốc: Áp suất trên bề mặt ma sát của má phanh giảm và phân bố đều. Đơn giản, gọn nhẹ, ổn định khi thắng. Lực thắng bằng nhau trên hai cụm thắng ở cùng một trục nên không gây lệch tâm xe khi hãm. Lực quay ly tâm của rotor làm chất bẩn không bán được. Phanh đĩa còn có ưu điểm là có khả năng thoát nước tốt, do nước bám vào đĩa phanh bị loại bỏ rất nhanh bởi lực ly tâm nên tính năng phanh được hồi phục nhanh trong thời gian ngắn. Với kết cấu đặc biệt, phanh đĩa không cần phải điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh do khe hở đó sẽ tự động điều chỉnh mỗi khi má phanh bị mòn. Kết hợp với hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) rất tốt. Kiểm tra, bảo dưỡng và thay thế má phanh dễ dàng.

Phanh khí nén là loại phanh có kết cấu phức tạp. Dùng trên ôtô cỡ lớn hoặc có kéo rơ móc, các loại xe khách, xe buýt…

Ưu điểm: Tàu hỏa, xe buýt và các xe đầu kéo đều lựa chọn phanh khí nén mà không sử dụng phanh thuỷ lực bởi vì dầu phanh có thể bị chảy hết khỏi hệ thống nếu có rò rỉ, còn khí nén thì không bị như vậy! Mặt khác, các phương tiện nêu trên thuộc nhóm vận tải hạng nặng (cả người và hàng hóa) nên yêu cầu về độ an toàn là tối quan trọng. Một đoàn tàu cao tốc sử dụng phanh thủy lực sẽ trở thành một đoàn tàu tử thần lao đi với tốc độ của một viên đạn nếu chẳng may dầu phanh bị rò rỉ. Đối với phanh khí nén, điều tài tình nhất là nếu toàn bộ khí bị rò rỉ hết ra ngoài thì cơ cấu phanh dừng sẽ được kích hoạt tự động và hãm cả đoàn tàu lại. Lực tác dụng lên pedal bé. Khi trang bị trên ôtô lớn có kéo remorque, hệ thống này giúp bảo đảm chế độ phanh remorque khác với đầu kéo, do đó tạo được sự ổn định khi phanh toàn bộ cả remorque và đầu kéo. Khi remorque tách khỏi đầu kéo thì remorque sẽ được phanh tự động.

Khuyết điểm: Có kết cấu phức tạp với nhiều cụm chi tiết. Kích thước và trọng lượng khá lớn, giá thành cao, độ nhạy thấp, thời gian trễ khi lực phanh tác dụng lớn.

Nguyên lý hoạt động: Trên phanh khí nén có một van ba ngả, như tên gọi của nó, có ba cửa nối tới ba đường khí khác nhau: một cửa dành cho ống dẫn chính từ bình tích khí, một cửa dẫn tới các xi-lanh công tác của cơ cấu phanh và cửa còn lại thông với các bình chứa phụ. Và như vây, một hệ thống “van ba ngả” sẽ thực hiện các chức năng sau: 1. Nạp khí: Hệ thống cần được nạp đầy khí nén thì mới có thể nhả phanh. Nghĩa là, khi xe không hoạt động, nó luôn trong tình trạng được phanh. Chỉ khi áp suất trong hệ thống đạt tới mức thích hợp thì cơ cấu phanh dừng mới thôi tác dụng, xe sắn sàng hoạt động. 2. Tác dụng phanh: Khi người điều khiển đạp phanh thì áp suất trong hệ thống sẽ giảm xuống. Còn khi lượng khí trọng hệ thống giảm thì van ba ngả sẽ cho phép khí hồi về các bình chứa, đồng thời cơ cấu phanh thực hiện chức năng phanh. 3. Nhả phanh: Sau khi thực hiện tác dụng phanh thì một lượng khí nén sẽ bị xả ra ngoài, sau đó áp suất trong hệ thống được tăng để nhả phanh.

Tổng hợp