Sự làm việc của dẫn động phanh thuỷ lực dựa trên quy luật thuỷ tĩnh, mà nền tảng khoa học là định luật Pascal (nhà toán học người Pháp thế kỹ 17). Theo định luật Pascal thì chất lỏng là chất không chịu nén, khi áp suất được đặt vào chất lỏng trong một hệ thống kín, áp suất đó sẽ phân phối bằng nhau và giữ nguyên trị số ở tất cả các hướng.
Như vậy áp suất trong dẫn động phanh truyền đến các xilanh bánh xe là như nhau, khi đó lực đẩy lên guốc phanh sẽ phụ thuộc vào đường kính đỉnh pít tông xy lanh công tác. Khi tăng lực tác dụng lên bàn đạp sẽ làm cho áp suất trong xy lanh phanh chính tăng lên, lực đẩy lên guốc phanh cũng tăng lên. Do đó, dẫn động phanh thuỷ lực bảo đảm được sự làm việc đồng thời của các cơ cấu phanh, bảo đảm tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp và lực đẩy lên guốc phanh tức là bảo đảm tính “tuỳ động”của hệ thống phanh.
Dẫn động phanh thuỷ lực có ưu điểm mạnh là thời gian chậm tác dụng nhỏ (0,2s, do chất lỏng không bị nén) nên hiệu quả phanh cao hơn dẫn động phanh khí nén. Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong hệ thống phanh chính của ô tô du lịch, ô tô vận tải nhỏ và trung bình.
Trên hình 1 trình bày nguyên lý của dẫn động phanh thuỷ lực
Hình 1-Nguyên lý của dẫn động phanh thuỷ lực .
1-Xilanh chính 2-Bình chứa dầu 3-Piston 4-Mạch dầu 5-Cơ cấu chấp hành
Dẫn động phanh thuỷ lực một mạch cổ điển có cấu tạo đơn giản, đảm bảo phân bố lực phanh khác nhau giữa các bánh xe. Vì áp suất tại mọi điểm trong các đường ống bằng nhau cho nên khi cần có lực phanh ở các bánh xe khác nhau chỉ cần chế tạo các pít tông của các xi lanh công tác có đường kính khác nhau. Hiệu suất truyền động cao. Nhưng độ tin cậy thấp, khi hệ thống có một chỗ hở thì toàn bộ phanh mất tác dụng. Do đó ,hiện nay dẫn động phanh thuỷ lực một mạch đã được cải tiến thành dẫn động phanh nhiều mạch độc lập.
Trên hình 2 là một số sơ đồ dẫn động phanh thuỷ lực 2 mạch độc lập.
Sự độc lập của 2 mạch dẫn động có thể được tạo ra bởi một xi lanh chính loại kép có 2 piston (Hình 3-còn gọi là xilanh phanh chính Tandem),
Sự giảm hiệu quả phanh khi có sự cố phụ thuộc vào việc bố trí mạch dẫn động. Trên hình (2, a )bố trí một mạch dẫn động cho cầu trước,một mạch cho cầu sau,khi một trong hai mạch có sự cố thì hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều vì lúc này phanh chỉ thực hiện trên một cầu.
Ở hình (2, c )hai mạch độc lập đều bố trí cho cầu trước và cầu sau, kết cấu tuy phức tạp, khi một trong hai mạch bị sự cố, hiệu quả phanh có giảm nhưng vẫn còn cao hơn .
Một nhược điểm cơ bản nữa của hệ thống phanh thuỷ lực cổ điển và hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực nói chung là lực phanh nhỏ, do tỷ số truyền không lớn, nó bị giới hạn bởi kích thước của cơ cấu phanh và lực tác dụng của người lái xe lên bàn đạp phanh. Cho nên hiện nay hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực đều có bố trí trợ lực (bộ cường hoá) để quá trình điều khiển phanh được nhẹ nhàng, giảm cường độ lao động cho người lái xe,nhưng vẫn tăng lực phanh, tăng hiệu quả phanh.
Có khá nhiều phương pháp trợ lực: trợ lực khí nén, trợ lực chân không,trợ lực thuỷ lực, trợ lực điện… .Hiện nay sử dụng phổ biến là trợ lực khí nén, trợ lực thuỷ lực trên một số xe vận tải nặng và trợ lực chân không ở các xe du lịch và vận tải trung bình.
Đặc điểm của hệ thống trợ lực chân không, là sử dụng ngay độ chân không ở họng cổ hút của động cơ đưa vào một khoang của bộ trợ lực, khoang kia được thông với khí trời. Khi đạp phanh sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển mở van cho bộ trợ lực làm việc. Sự chênh lệch áp suất trong bộ trợ lực sẽ tạo ra một ngoại lực tác động vào xi lanh lực làm tăng áp suất trong dẫn động phanh, tăng lực phanh.
Trợ lực chân không tận dụng được độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp khi động cơ làm việc mà không ảnh hưởng đến công suất động cơ, ngược lại khi phanh có tác dụng làm cho công suất động cơ giảm vì hệ số nạp giảm làm giảm một phần tốc độ ô tô (giảm tốc độ ban đầu khi phanh V0), tăng hiệu quả phanh. Kết cấu bộ trợ lực chân không đơn giản, dễ bố trí trên xe. Tuy vậy, trợ lực chân không có lực cường hoá không lớn, bị giới hạn bởi tiết diện của màng tác dụng lực, nếu màng lớn thì kích thước của bộ trợ lực tăng lên. Vì vậy trợ lực chân không chỉ thích hợp cho xe du lịch, xe vận tải trung bình và nhỏ.Còn đối với xe tải nặng phải dùng trợ lực khí nén.
Trên hình 5 cho thấymột sơ đồ trợ lực khí nén đơn giản,
Trợ lực khí nén tạo ra lực cường hoá mạnh, do áp suất khí nén có thể đạt 7-8 KG/cm2, phù hợp cho xe vận tải lớn nếu có dẫn động phanh thuỷ lực. mặc dù kết cấu phức tạp, phải sử dụng thêm máy nén khí.
Loại trợ lực khí nén bố trí theo kiểu nối tiếp (còn gọi là dẫn động phanh thuỷ – khí) cũng được sử dụng trên một số xe vận tải nặng thể hiện trên hình 6
Việc tách mạch cả phần cung cấp khí nén (Hình 8) kết hợp đồng thời van bảo vệ 4 ngã(chi tiết 8) làm tăng thêm độ tin cậy vào sự an toàn trên dẫn động phanh xe tải nặng Hyundai tải trọng 9,5; 11,5,14; tải tự đổ 15 tấn.
Ngoài ra ,trên một số xe tải nặng khác , còn dùng trợ lực thuỷ lực ,kết cấu tuy rất phức tạp nhưng điều khiển thì nhẹ nhàng và khả năng phản ứng rất nhanh .
Cũng không ngoài ý định tăng cao độ tin cậy, tốc độ phản ứng nhanh, xilanh phanh của mỗi cầu xe đều có bầu trợ lực và bình tích năng riêng biệt .
Với xe tải nặng và siêu nặng thì dẫn động phanh kiểu khí nén, thuỷ khí , với nguồn năng lượng bên ngoài
Như vậy áp suất trong dẫn động phanh truyền đến các xilanh bánh xe là như nhau, khi đó lực đẩy lên guốc phanh sẽ phụ thuộc vào đường kính đỉnh pít tông xy lanh công tác. Khi tăng lực tác dụng lên bàn đạp sẽ làm cho áp suất trong xy lanh phanh chính tăng lên, lực đẩy lên guốc phanh cũng tăng lên. Do đó, dẫn động phanh thuỷ lực bảo đảm được sự làm việc đồng thời của các cơ cấu phanh, bảo đảm tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp và lực đẩy lên guốc phanh tức là bảo đảm tính “tuỳ động”của hệ thống phanh.
Dẫn động phanh thuỷ lực có ưu điểm mạnh là thời gian chậm tác dụng nhỏ (0,2s, do chất lỏng không bị nén) nên hiệu quả phanh cao hơn dẫn động phanh khí nén. Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong hệ thống phanh chính của ô tô du lịch, ô tô vận tải nhỏ và trung bình.
Trên hình 1 trình bày nguyên lý của dẫn động phanh thuỷ lực
Hình 1-Nguyên lý của dẫn động phanh thuỷ lực .
1-Xilanh chính 2-Bình chứa dầu 3-Piston 4-Mạch dầu 5-Cơ cấu chấp hành
Dẫn động phanh thuỷ lực một mạch cổ điển có cấu tạo đơn giản, đảm bảo phân bố lực phanh khác nhau giữa các bánh xe. Vì áp suất tại mọi điểm trong các đường ống bằng nhau cho nên khi cần có lực phanh ở các bánh xe khác nhau chỉ cần chế tạo các pít tông của các xi lanh công tác có đường kính khác nhau. Hiệu suất truyền động cao. Nhưng độ tin cậy thấp, khi hệ thống có một chỗ hở thì toàn bộ phanh mất tác dụng. Do đó ,hiện nay dẫn động phanh thuỷ lực một mạch đã được cải tiến thành dẫn động phanh nhiều mạch độc lập.
Trên hình 2 là một số sơ đồ dẫn động phanh thuỷ lực 2 mạch độc lập.
Hình 2 Các sơ đồ chủ yếu của dẫn động phanh thuỷ lực tách mạch độc lập
Sự độc lập của 2 mạch dẫn động có thể được tạo ra bởi một xi lanh chính loại kép có 2 piston (Hình 3-còn gọi là xilanh phanh chính Tandem),
Hình 3-Xilanh chính loại kép.
hoặc 2 xi lanh chính loại 1 piston dẫn động cho hai mạch phanh khác nhau.
Hình 4-Dẫn động phanh tách mạch độc lập
1, 3, 5 – Xilanh làm việc 2, 4 – Xilanh chính
Khi một mạch nào đó bị hỏng, ôtô vẫn được phanh bởi mạch phanh còn lại để đảm bảo an toàn chuyển động, mặc dù hiệu quả phanh sẽ giảm nhưng còn khả năng phanh xe để không gây tai nạn.1, 3, 5 – Xilanh làm việc 2, 4 – Xilanh chính
Sự giảm hiệu quả phanh khi có sự cố phụ thuộc vào việc bố trí mạch dẫn động. Trên hình (2, a )bố trí một mạch dẫn động cho cầu trước,một mạch cho cầu sau,khi một trong hai mạch có sự cố thì hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều vì lúc này phanh chỉ thực hiện trên một cầu.
Ở hình (2, c )hai mạch độc lập đều bố trí cho cầu trước và cầu sau, kết cấu tuy phức tạp, khi một trong hai mạch bị sự cố, hiệu quả phanh có giảm nhưng vẫn còn cao hơn .
Một nhược điểm cơ bản nữa của hệ thống phanh thuỷ lực cổ điển và hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực nói chung là lực phanh nhỏ, do tỷ số truyền không lớn, nó bị giới hạn bởi kích thước của cơ cấu phanh và lực tác dụng của người lái xe lên bàn đạp phanh. Cho nên hiện nay hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực đều có bố trí trợ lực (bộ cường hoá) để quá trình điều khiển phanh được nhẹ nhàng, giảm cường độ lao động cho người lái xe,nhưng vẫn tăng lực phanh, tăng hiệu quả phanh.
Có khá nhiều phương pháp trợ lực: trợ lực khí nén, trợ lực chân không,trợ lực thuỷ lực, trợ lực điện… .Hiện nay sử dụng phổ biến là trợ lực khí nén, trợ lực thuỷ lực trên một số xe vận tải nặng và trợ lực chân không ở các xe du lịch và vận tải trung bình.
Đặc điểm của hệ thống trợ lực chân không, là sử dụng ngay độ chân không ở họng cổ hút của động cơ đưa vào một khoang của bộ trợ lực, khoang kia được thông với khí trời. Khi đạp phanh sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển mở van cho bộ trợ lực làm việc. Sự chênh lệch áp suất trong bộ trợ lực sẽ tạo ra một ngoại lực tác động vào xi lanh lực làm tăng áp suất trong dẫn động phanh, tăng lực phanh.
Trợ lực chân không tận dụng được độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp khi động cơ làm việc mà không ảnh hưởng đến công suất động cơ, ngược lại khi phanh có tác dụng làm cho công suất động cơ giảm vì hệ số nạp giảm làm giảm một phần tốc độ ô tô (giảm tốc độ ban đầu khi phanh V0), tăng hiệu quả phanh. Kết cấu bộ trợ lực chân không đơn giản, dễ bố trí trên xe. Tuy vậy, trợ lực chân không có lực cường hoá không lớn, bị giới hạn bởi tiết diện của màng tác dụng lực, nếu màng lớn thì kích thước của bộ trợ lực tăng lên. Vì vậy trợ lực chân không chỉ thích hợp cho xe du lịch, xe vận tải trung bình và nhỏ.Còn đối với xe tải nặng phải dùng trợ lực khí nén.
Trên hình 5 cho thấymột sơ đồ trợ lực khí nén đơn giản,
Hình 5-Sơ đồ trợ lực khí nén bố trí theo kiểu song song
1; 8-Các xi lanh phanh 7-Mạch dầu 2-Bộ trợ lực 9-Xilanh chính Tandem 5-Bình chứa khí 6-Cụm van điều khiển 3-Đòn dẫn động 4 -Bàn đạp 10 – Bình dầu.
Trợ lực khí nén tạo ra lực cường hoá mạnh, do áp suất khí nén có thể đạt 7-8 KG/cm2, phù hợp cho xe vận tải lớn nếu có dẫn động phanh thuỷ lực. mặc dù kết cấu phức tạp, phải sử dụng thêm máy nén khí.
Loại trợ lực khí nén bố trí theo kiểu nối tiếp (còn gọi là dẫn động phanh thuỷ – khí) cũng được sử dụng trên một số xe vận tải nặng thể hiện trên hình 6
Hình 6 -Dẫn động phanh thuỷ lực-khí nén bố trí theo kiểu nối tiếp .
1-Phần cung cấp khí nén ; 2- Bình chứa ; 3-Bàn đạp và van tổng phanh ;
4-Bầu trợ lực 5-Các xilanh phanh
Đặc điểm của hệ thống là phần dẫn động thuỷ lực nối tiếp với phần dẫn động khí nén vì vậy khi có sự cố hư hỏng trên mạch dẫn động thuỷ lực hoặc trên nguồn cung cấp khí nén thì toàn bộ hệ thống phanh mất tác dụng như hình 71-Phần cung cấp khí nén ; 2- Bình chứa ; 3-Bàn đạp và van tổng phanh ;
4-Bầu trợ lực 5-Các xilanh phanh
Hình 7 -Dẫn động phanh thuỷ khí kết hợp
1-Máy nén 2-Bình chứa dầu 6-Bình chứa khí 5-Tổng van phanh hai tầng 3-Air master 4-Cơ cấu phanh
Hình 8-Dẫn động phanh thuỷ-khí xe Hyundai 9,5 ; 11,5 ;14; tải tự đổ 15 tấn
1-Tổng van phanh 2-Van điều khiển .. 3-Bộ khử ẩm 4- 5-Bình làm sạch khí
6-Xilanh phanh trước và sau 7-Xilanh phanh giữa 8-Van bảo vệ 4 ngã 9Van an toàn 10-Ap kế 11-12-Air master 13Van điện từ 3 ngã 14-Van phanh khí xả
15-Bình chứa dầu phanh 16-Van nhả phanh sự cố.
Hình 9-Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực thuỷ lực.
1-Van điều chỉnh áp suất 2-Bơm dầu 3-Van một chiều 4-Bình tích năng 5-Van an toàn 6-Xilanh phanh chính tan dem 7-Các xilanh phanh công tác 8-Trợ lực 9-Bàn đạp 10-Xilanh công tác.
Hình 10 -Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực thuỷ lực
1, Bàn đạp 2. Xilanh phanh chính 3,4. Bầu trợ lực 5-Van phân phối 6-Van điều chỉnh áp suất 7-Bơm dầu 8-Bình tích năng 9. Xilanh công tác
