Chương IV LÝ THUYẾT PHANH Ô TÔ

Chia sẻ: NGUYEN VIET THANH | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

488
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khái niệm về quá trình phanh. Xét quá trình phanh trên đường bằng. Các phương pháp để ô tô dừng lại khi đang chuyển động: Cho lăn tự nhiên, cắt động lực ( tách ly hợp). Tiêu hao động năng do Tạo lực phanh nhân tạo ở các bánh xe.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương IV LÝ THUYẾT PHANH Ô TÔ

Chương IV LÝ THUYẾT PHANH Ô TÔ. I. Khái niệm về quá trình phanh. Xét quá trình phanh trên đường bằng. Các phương pháp để ô tô dừng lại khi đang chuyển đ ộng: • Cho lăn tự nhiên, cắt động lực ( tách ly h ợp). Tiêu hao đ ộng năng do Pf + Pω . • Tạo lực phanh nhân tạo ở các bánh xe. ⇒ PJ = Pf + Pω + Pp Pk = Pf + Pω - PJ + Pp = 0 - Phanh chậm dần: động năng bị triệt tiêu bởi công ma sát trong cơ cấu phanh. Và một phần bởi Pf + Pω (lực cản tự nhiên). - Phanh cấp tốc dẫn đến bó cứng ( ωk = 0): động năng tiêu hao do công ma sát trượt bánh xe_mặt đường (mòn l ốp, mất tính d ẫn hướng). - Phanh dừng: dùng để giữ cho xe đứng yên tại chỗ trên d ốc hoặc trên đường bằng. Không nên phanh bó cứng bánh xe vì: Nhứ nhất: Khi phanh bó cứng bánh xe, lực phanh nh ỏ h ơn khá nhi ều so v ới phanh bánh xe ở giới hạn bám. Khi phanh chưa bó cứng bánh xe, lực phanh ch ủ yếu đ ược sinh ra do ma sát trong cơ cấu phanh. Khi phanh bó c ứng bánh xe, l ực phanh do ma sát trượt của lốp với đường. Giới hạn lực phanh lúc đó đ ược xác đ ịnh b ởi kh ả năng bám của bánh xe với mặt đường. Khi trượt, hệ s ố bám gi ảm đáng k ể. Theo các kết quả thực nghiệm cho thấy lực phanh giảm khoảng (20 – 30)%. T ương ứng với quãng đường phanh tăng lên. Thứ hai: khi bánh xe bị bó cứng, ô tô sẽ mất tính đi ều khi ển và kh ả năng ổn định chuyển động. Khảo sát sự mất ổn định của của bánh xe. • Khi trượt trơn, sẽ suất hiện phản lực của đường tác d ụng vào bánh xe theo phương chuyển động và ngược hướng chuyển đ ộng. • Nếu có lực ngang ngẫu nhiên nào đó đồng th ời tác d ụng thì t ại đi ểm tiếp xúc của bánh xe_đường cũng xuất hiện phản l ực ngang Yk . Hợp
lực P∑ của hai phản lực này có phương không trùng v ới ph ương chuyển động của ô tô nên gây mất ổn định chuyển đ ộng. N ếu đạt t ới ϕPz thì chỉ cần một lực ngang rất nhỏ cũng có thể gây m ất ổn đ ịnh chuyển động, chưa kể đến việc lực phanh ở hai bánh xe trên m ột cầu không bằng nhau (bảng số liệu). P= ≤ ϕPz Rktr + Yk2 2 ∑ II. Phương trình động lực học của ô tô khi phanh . Pk = 0, Pj = 0, Pmk = 0, Pi = 0 Pf + Pω - Pj + Pp = 0 Pk = G dv Pj = = Pf + Pω + Pp = f .G + KFv 2 + Pp g dt Khi v < 100 km/h coi Pω = 0 ( chỉ chiếm khoảng 4% năng lượng quán tính). P Đặt γ p = p là lực phanh đơn vị. G G dv Pj = .δ .J p = G ( f + γ p ) = (γp + f ) g Jp = g dt Khi phanh ở cấp tốc thì γ p có thể đạt tới trị số hệ số bám ϕ . Trên đường nhựa tốt thì ϕ
M ms _ eitl Ppe = rkηtl ( M ms _ e mômen ma sát của động cơ được xác định bằng thực nghiệm) III. Vấn đề sử dụng trọng lượng bám khi phanh. Điều kiện phanh có hiệu quả nhất. 1. Để sử dụng hoàn toàn trong lượng bám của xe, lực phanh đ ơn v ị ở các bánh xe phải bằng nhau. P γ p1 = γ p 2 = γ p 3 = … = γ pn = pi = γ p Gi ( tại sao cần γ p1 = γ p 2 = γ p 3 = … = γ pn ) ( Gi trọng lượng tác dụng lên cầu thứ i cũng là phản lực pháp tuyến Pzi ). Như vậy: Các lực phanh tỉ lệ với phản lực pháp tuyến. Pp1 = γ p Pz1 , Pp 2 = γ p Pz 2 . • Nếu điều kiện trên không đảm bảo thì sẽ gây ra sự hãm cứng một bánh xe nào đó trước (giả sử tại đó Ppi > γ p Pzi ) và sau đó đến các bánh xe khác. Cuối cùng là mất ổn định khi phanh. • Khi có phân bố lý tưởng các lực phanh, gia t ốc phanh l ớn nhất đ ược xác định theo : J pmax = γ pmax g = ϕ g . ( J pmax không phụ thuộc vào trọng lượng xe mà chỉ phụ thuộc vào ϕ ). Khi các Ppi không bằng nhau ta sẽ có: • γ P + γ p1 Pz1 + ... γ pn Pzn P γ p = p = p1 z1 G G γ P + γ p1 Pz1 + ... γ pn Pzn J p = g p1 z1 G Cơ sở lý thuyết điều hoà lực phanh. 2. Ta đã biết yêu cầu Pp1 = γ p Pz1 , Pp 2 = γ p Pz 2 ( ∗) Với xe 2 cầu : G � J p hg � G � J p hg � .� + .� − Pz1 = b Pz 2 = a � � g� g� L� L� Trong quá trình sử dụng thì J p , a , b , hg \ nên Pz1 , Pz 2 thay đổi. Vậy Pz1 , Pz 2 luôn cần biến đổi để phù hợp với ( ∗) . Lực phanh trong trường hợp ( ∗) là sự phân bố lý tưởng. M p1 , M p 2 là : Từ G � J p hg � G � J p hg � M p1 = Pp1 rk = γ p M p 2 = Pp 2 rk = γ p .� + .� − b r a r �k �k g� g� L� L�
G � J p hg � G � J p hg � M p1 = rk γ p M p 2 = rk γ p .� + .� − b r a r �k �k g� g� L� L� Lập tỉ số M p1 / M p 2 = C hg b + Jp gb + J p hg M p1 M P1 Pz1 g const C= = = = = ga − J p hg hg M p2 Pz 2 M p2 a + Jp g Nhận xét: C = f ( J p , b, a, hg ) M p1 Ứng với mỗi J p khác nhau ta cũng cần phải có C =  M p2 khác nhau. M p1 Do tải trọng thay đổi nên C = cũng cần thay đổi giá  M p2 trị tương ứng cho thích hợp. Hệ thống phanh cần tạo Pzi (và M pi ) thoả mãn theo quan hệ đồ thị này và theo phương trình ( ∗∗) . Phụ thuộc J p tức là phụ thuộc vào γ p hoặc khi phanh cường độ cao thì phụ thuộc ϕ ( J pmax = γ pmax g = ϕ g ). Với các hệ thống phanh cổ điển không có bộ điều hoà l ực phanh Pp và momen phanh M p thì tỉ số Cc của cơ cấu : M 'p1 A1Q1 Cc = = A2Q2 ' M p2 Với _ A1 , A2 _ hệ số tỉ lệ momen phanh bánh xe trước, sau với lực tác d ụng lên cơ cấu doãng của cơ cấu phanh Q1 . Nó phụ thuộc vào kết cấu phanh, kích thước của nó, hệ số ma sát trong cơ cấu. _ Q1 , Q2 _ lực tác dụng lên cơ cấu doãng.
Coi rằng hệ số ξ = const thì Ai = const. Q1 Q1 d12 Nếu không có bộ điều hoà thì = const (ở phanh thuỷ lực thì = 2) Q2 Q2 d2 nếu Cc = const thì:  Hoặc không sử dụng hết trọng lượng bám.  Hoặc là gây có cứng bánh xe ở một cầu. Ta có thể giải thích điều đó như sau:  Giả thiết nếu phanh ở Q1 để đạt M p 2 = M ϕ 2 max trên đường tốt thì không sử dụng hết M ϕ1 .  Nếu phanh với Q2 (trên đường trơn để không bó cứng bánh trước ) M ϕ1 = M ϕ1min thì không sử dụng hết khả năng bám của bánh sau. cần có hệ thống phân phối lại lực phanh khi phanh xe trên đ ường. Vấn đề chống hãm cứng bánh xe khi phanh. 3. Trong quá trình tính toán động lực học ta th ường s ử d ụng giá tr ị h ệ s ố bám cho trước trong các bảng số liệu. Giá trị ϕ này được tính toán bằng thực nghiệm khi ứng với trường hợp bánh xe trược lết hoàn toàn trên đ ường (khi v = 0 và ωk 0). Thực ra hệ số bám ϕ ngoài việc phụ thuộc vào đường xá và trạng thái mặt đường, nó còn phụ thuộc vào độ trượt tương đối λ của bánh xe với mặt đường. Trong quá trình phanh có hai khái ni ệm về bám : bám d ọc ϕ x và bám ngang ϕ y . Hệ số bám dọc là tỉ số giữa lực phanh tiếp tuy ến v ới bánh xe Pp và tải trọng tác dụng lên bánh xe Gk . P ϕx = p = γ p Gk
Khi không phanh ( Pp = 0) thì ϕ x = 0. hệ số bám ngang cũng tương tự ϕ y = Py . Gk Đồ thị: Độ trượt tương đối của bánh xe_đường được tính theo : � − ωk rk � v λ=� .100% � �v � Trong đó v là vận tốc tịnh tiến của xe cũng như của tâm trục bánh xe. ωk là vận tốc góc của bánh xe và rk là bán kính trung bình của bánh xe.  Khi ( v − ωk rk ) = 0 thì v = ωk rk thì bánh xe lăn không trượt hoặc λ = 0.  Khi v − ωk rk > 0 v > ωk rk bánh xe lăn và có trượt. Hệ số ϕ x thay đổi (như đồ thị) và đạt ϕ max trong khoảng λ = (15 25)%.  Khi ωk = 0, vk 0, thì λ = 100% ϕx . Ở giá trị độ trượt tối ưu, hệ số bám ngang cũng có giá tr ị khá cao. Nh ư vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ở vùng có độ trượt t ối ưu λ = (15 25)% Pp max = ϕ x max . Pz . Có nghĩa hiệu quả phanh cựa đại, đảm bảo độ ổn thì sẽ đạt định tốt khi phanh. ϕ x max ϕx Loại đường Nhựa và bê tông khô. 0,8 – 0,9 0,7 – 0,8 Nhựa ướt. 0,5 – 0,7 0,45 – 0,6 Bê tông ướt. 0,75 – 0,8 0,65 – 0,7 Đất khô. 0,65 – 0,7 0,6 – 0,65 Đất ướt. 0,5 – 0,55 0,4 – 0,5 Ý tưởng : ϕ x max λ = (15 Để có Pp max J pmax 25)% cần thiết kế hệ thống � − ωk rk � v phanh sao cho λ = � .100% = (15 25)%. � �v � Khi phanh, nếu ωk thì lệnh , nếu ωk dưới mức yêu cầu thì lệnh ( điều này cần cho mọi bánh xe).
Chu kỳ điều khiển ωk như hình vẽ. Với mỗi lần phanh cần tạo 7 – 11 lần với hệ thống phanh thủy lực có độ nhạy cao hơn thuận tiện cho việc chế tạo. Với hệ thống phanh khí nén có độ nhạy thấp nên chế tạo khó hơn. IV. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh. Gia tốc chậm dần khi phanh. 1. với δ = 1 Pk = Pf + Pω - PJ + Pp = 0 G Jp = (γ p + f ) g .J p = fG + KFv 2 + Pp PJ = g J p max = g ϕ = γ p max g Gia tốc cực đại khi phanh. Quãng đường phanh tối thiểu. 2. vdv dS dS dv v= v= dS = . Jp dt dv dt v2 = 0 v12 vdv S min = = Jp 2J p v1 KFv 2 ϕ+ G v12 (m ) S min S min hoặc = = ln G 2 gϕ 2 gKF ϕ Thời gian phanh tối thiểu. 3. v2 � KFv 2 � 1 dv � = g ϕ = γ p max γ g J p = �p + f + Jp = dv với dt = Jp G� dt � v1 Coi như Pp đạt cực đại trong quá trình phanh nên f 0, Pω 0. v2 = 0 1 v1 t p min = .dv = ϕg ϕg v1 Nhận xét:  v1 có giá trị càng nhỏ thì thời gian phanh càng nh ỏ và ng ược l ại.  Hệ số bám ϕ càng lớn thì thời gian phanh càng giảm. Giản đồ phanh. 4. 01_ t1 _(0,3 – 1,8) s 12_ t2 _(0,05 – 0,1) s với phanh thuỷ lực.
(0,2 – 0,4) s với phanh thuỷ khí. t3 _(0,25 – 0,4) s thời gian tăng J p . t4 _ J p = J p max . t5 _ (0, - 0,5) s nhả phanh sau khi dừng. thời gian hanh thực tế (từ v1 đến v2 ): t p = t1 + t2 + t3 + t4 Tương ứng với t p là S p : S p = S p1 + S p 2 + S p 3 + S p 4 Vì t1 và t2 nhỏ nên ta coi v1 = const nên S p1 + S p 2 = v1 t1 + v1 t2 = v1 ( t1 + t2 ) 2 S p 3 = v1 t1 - J ptb . t3 S p 3 ứng với thời gian gia tốc phanh: 2 Thường gia tốc phanh trong giai đoạn này được xác đ ịnh theo bi ểu th ức: 2 1 S p 3 = v1 t1 - J p max . t3 J ptb = J p max 3 6 Quãng đường xe chạy trong thời gian t4 được xác định từ điều kiện cân bằng giữa công do lực phanh sinh ra với động năng c ủa xe. 1 2 2 G v12 1� 2 t3 � S p 4 = v12 . A = S p 4 Pp = v − J p max . �. = 2 �1 2 J p max g2 2� � 1 J p max t v12 là tốc độ ban đầu trên đoạn đường S p 4 và v12 = �1 − J p max . 3 � v � 2� � � v12 J p max t32 v1t3 S p4 = - + 2 J p max 2 8 v12 vt t2 Sp = S p1 + S p 2 + S p 3 + S p 4 = v1 ( t1 + t2 ) + v1 t1 - J ptb . 3 + - 13 + 2 J p max 2 2 J p max t32 8 v12 J p max t32 t� � − Sp v1 � + t2 + 3 � + t1 = 2 � 2 J p max � 24
Khi phanh hãm cứng bánh xe ở 2 cầu nghĩa là J p max = g ϕ . Ta biểu diễn v1 (tốc độ ban đầu khi phanh) theo đơn vị km / h , ta sẽ có : − gϕ t3 v12 t� � 2 Sp v1 � + t2 + 3 � + t1 = 2 � 2 gϕ � 24 Tiêu chuẩn VIỆT NAM về hiệu quả phanh cho phép l ưu hành trên đ ường bo (B ộ Giao Thông Vận Tải năm 1995 ứng với v = 30 km / h 8,3 m / s ) Loại xe Sp ( m ) J p max không lớn hơn không lớn hơn Ô tô con 7,2 5,8 9,5 5,0 G < 80 KN và xe khách có Ô tô tải chiều dài toàn bộ < 7,5 m 11 4,5 Xe tải, xe đoàn có G > 80 KN và xe khách có chiều dài toàn bộ > 7,5 m Anh hưởng của các yếu tố sử dụng đến . 5. Trạng thái kĩ thuật của hệ thống phanh. a) Như khe hở má phanh (nếu cho tăng 0,5 mm - quãng đường phanh tăng từ (10 - 25)%). Áp suất khí nén p thì S p (hiện tại (0,7 – 0,8) MPa , - xu hướng tăng (1,2 - 2) MPa ). - Dầu mỡ, nước… Ảnh hưởng trọng lượng xe đến S p . Khi G thì S p ( b) 1 m ). 10.000 N thì S p Trạng thái mặt đường. ϕ thì S p ( với v1 = 32 km / h , c) ϕ = 0,715 S p = 10 m , ϕ = 0,3 S p = 16,5 m ). Vận tốc chuyển động của xe. d) Ngoài yếu tố sử dụng, yếu tố kết cấu cũng ảnh hưởng t ới e) quãng đường phanh. Phanh bằng động cơ. 6. Sử dụng phanh bằng động cơ khi: Cần giảm tốc độ xe một cách từ từ.  Cần duy trì xe có vận tốc const khi xe xuống dốc dài  (trong trường hợp này, động cơ được sử dụng như hệ thống phanh chậm dần).
Phanh bằng động cơ không cắt ly hợp: Ở động cơ diesel gần như cắt nhiên liệu hoàn toàn.  Động cơ xăng, bướm ga mở nhỏ nhất (không tắt khoá  điện để nhiên liệu vẫn được đốt cháy). Bằng thí nghiệm chứng tỏ rằng, phanh bằng động cơ chỉ có hiệu quả ở các số truyền thấp.