Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Xây dựng mô hình tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Xây dựng mô hình tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn" nghiên cứu nhằm khảo sát và xây dựng mô hình toán học bệ thử phanh kiểu con lăn phục vụ cho việc đánh giá kết quả thử nghiệm phanh trên bệ thử. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Xây dựng mô hình tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------- VŨ NGỌC TRƯNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN BỆ THỬ PHANH KIỂU CON LĂN Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHẠM HỮU NAM Hà Nội – Năm 2014
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 26 tháng 09 năm 2014 Tác giả VŨ NGỌC TRƯNG 1
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 1 MỤC LỤC .............................................................................................................. 2 DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... 5 DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ................................................................................. 8 LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 9 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ .............................. 10 1.1. Tầm quan trọng của hệ thống phanh ôtô ......................................................... 10 1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh ô tô .................................................... 11 1.2.1. Hiệu quả phanh ............................................................................................ 11 1.2.2. Ổn định hướng khi phanh ............................................................................ 13 1.3. Các phương pháp kiểm tra chất lượng phanh ô tô ........................................... 15 1.3.1. Kiểm tra phanh trên đường .......................................................................... 15 1.3.2. Kiểm tra phanh trên bệ thử.......................................................................... 19 1.3.3. Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh ô tô của Việt Nam ........................................ 22 1.4. Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về bệ thử kiểu con lăn. .......... 23 1.4.1. Một số kết quả nghiên cứu ngoài nước ......................................................... 23 1.4.2. Một số kết quả nghiên cứu trong nước ......................................................... 25 1.5. Đặt vấn đề nghiên cứu .................................................................................... 25 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BỆ THỬ PHANH KIỂU CON LĂN ... 27 2.1. Bệ thử phanh kiểu con lăn sử dụng động cơ điện đặt kiểu treo đơn giản ......... 27 2.1.1. Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................... 27 2.1.2. Nguyên lý hoạt động .................................................................................... 28 2.2. Nguyên lý đo lực trên bệ thử phanh con lăn sử dụng động cơ điện đặt treo ..... 28 2.3. Các biểu thức tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn .......................................... 30 2.4. Các biện pháp giảm mài mòn bánh xe ............................................................. 40 2
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ KHẢO SÁT BỆ THỬ PHANH TECNOTEST.......................................................................................... 42 3.1. Giới thiệu về bệ thử phanh tecnotest ............................................................... 42 3.2. Đặc điểm của bệ thử phanh tecnotest .............................................................. 42 3.2.1. Kết cấu của bệ thử phanh tecnotest .............................................................. 42 3.2.2. Nguyên lý hoạt động của bệ thử phanh tecnotest .......................................... 47 3.2.3. Trình tự vận hành bệ thử phanh tecnotest ..................................................... 47 3.2.4. Những chú ý khi vận hành bệ thử phanh tecnotest ....................................... 57 3.2.5. Thông số kỹ thuật của bệ thử phanh tecnotest .............................................. 58 3.3. Xây dựng mô hình tính toán lực phanh trên bệ thử kiểu con lăn ...................... 59 3.3.1. Xây dựng phương trình tính lực phanh bánh trước ....................................... 59 3.3.1.1. Sơ đồ thử phanh bánh trước ...................................................................... 59 3.3.1.2. Phân tích lực bánh trước trên bệ thử con lăn ............................................. 60 3.3.2. Xây dựng phương trình tính lực phanh bánh sau .......................................... 63 3.3.2.1. Sơ đồ thử phanh bánh sau trên bệ .............................................................. 63 3.3.2.2. Phân tích lực của bánh xe phía sau trên bệ thử con lăn .............................. 63 3.4. Mô phỏng số tính lực phanh bằng phần mềm MatLab Simulink ..................... 66 3.4.1. Mô phỏng bằng Simulink............................................................................. 67 3.4.1.1. Chương trình tính góc  .......................................................................... 67 3.4.1.2. Chương trình tính lực phanh cực đại bánh trước ....................................... 68 3.4.2.3. Chương trình tính lực phanh cực đại bánh sau........................................... 69 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố đến trị số lực phanh trên máy tính ....... 69 3.5.1. Ảnh hưởng của bánh xe trên sàn bệ thử đến kết quả Pptruoc max ............................ 69 3.5.2. Ảnh hưởng của 1 tới kết quả Pp max ............................................................. 72 3.5.3. Ảnh hưởng của 2 tới kết quả Pptruoc max ............................................................. 74 max ........................................................ 76 3.5.4. Ảnh hưởng của góc  tới kết quả Pptruoc CHƯƠNG 4. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ ĐẾN TRỊ SỐ LỰC PHANH BẰNG THỰC NGHIỆM ................................................................ 79 3
4.1. Mục đích khảo nghiệm ................................................................................... 79 4.2. Khảo nghiệm trên bệ thử................................................................................. 79 4.2.1. Thiết bị dùng khảo nghiệm .......................................................................... 79 4.2.2. Đối tượng thí nghiệm ................................................................................... 80 4.2.3. Trình tự tiến hành khảo nghiệm ................................................................... 80 KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 88 4
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tiêu chuẩn 22-TCVN-224-2001 về hiệu quả phanh thử trên đường ....... 23 Bảng 1.2. Tiêu chuẩn 22-TCVN 224-2001 về hiệu quả phanh thử trên bệ ............. 23 Bảng 2.1. Bảng kết quả tính các lực H1, H2, Ppmax ( bệ thử hình 2.4) ................. 34 Bảng 2.2. Bảng kết quả tính các lực H1, H2, Ppmax ( bệ thử hình 2.6) .................. 39 Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của bệ thử phanh tecnotest [7] .................................. 58 Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật chính xe ô tô TOYOTA FORTUNER 2.7V .............. 67 Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật chính xe ô tô CHEVROLET SPARK........................ 67 Bảng 3.4. Số liệu tính ảnh hưởng của bánh xe trên sàn bệ thử đến kết quả Pptruoc max .... 70 Bảng 3.5. Bảng số liệu tính toán trong trường hợp thay đổi 1 .............................. 73 Bảng 3.6. Bảng số liệu tính toán trong trường hợp thay đổi 2 .............................. 75 Bảng 3.7. Số liệu tính toán trong trường hợp thay đổi góc  .................................. 77 Bảng 4.1. Tổng hợp kết quả khảo nghiệm đo lực phanh ở bánh trước xe Fortuner . 81 Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả khảo nghiệm đo lực phanh ở bánh trước xe Spark ..... 81 Bảng 4.4. Số liệu tính toán ảnh hưởng của chèn bánh xe khi phanh xe Spark ........ 82 Bảng 4.5. Số liệu tính toán ảnh hưởng của áp suất lốp đến trị số lực phanh xe Fortuner ................................................................................................................. 83 Bảng 4.6. Số liệu tính toán ảnh hưởng của tình trạng con lăn tới kết quả đo xe Fortuner ................................................................................................................. 84 Bảng 4.7. Số liệu tính toán ảnh hưởng của tình trạng bánh xe trên bệ thử xe Fortuner ................................................................................................................. 84 Bảng 4.8. Số liệu tính toán ảnh hưởng của tình trạng bánh xe trên sàn bệ thử xe Fortuner ................................................................................................................. 85 5
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh..................................................... 14 Hình 1.2. Sơ đồ hành lang phanh ô tô .................................................................... 15 Hình 1.3. Súng phun để đánh dấu thời điểm bắt đầu phanh .................................... 16 Hình 1.4. Giảm tốc kế loại con lắc để đo gia tốc chậm dần khi phanh .................... 17 Hình 1.5. Bánh xe só 5 và lắp đặt trên xe ............................................................... 18 Hình 1.6. Bệ thử kiểu sàn di động .......................................................................... 19 Hình 1.7. Bệ thử kiểu tang quay quán tính. ............................................................ 20 Hình 1.8. Sơ đồ bố trí bệ thử phanh kiểu con lăn ................................................... 21 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý bệ thử phanh kiểu con lăn sử dụng động cơ điện đặt kiểu treo đơn giản ......................................................................................................... 27 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý truyền động của động cơ điện và con lăn ..................... 29 Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý đo lực (mô men) trên vỏ động cơ điện ......................... 30 Hình 2.4. Sơ đồ bệ thử bố trí tâm hai con lăn cùng trên một mặt phẳng ................. 30 Hình 2.5. Đồ thị quan hệ độ trượt giữa bánh xe và con lăn .................................... 31 Hình 2.6. Sơ đồ bệ thử bố trí tâm hai con lăn không cùng một mặt phẳng ............. 34 Hình 2.7. Công tắc an toàn (a) và cảm biến tốc độ bánh xe (b) trên bệ thử ............. 40 Hình 3.1. Kết cấu bệ thử phanh tecnotest ............................................................... 42 Hình 3.2. Kết cấu của con lăn chính ...................................................................... 43 Hình 3.3. Cảm biến đo tốc độ ................................................................................ 44 Hình 3.4. Sơ đồ động cơ và hộp giảm tốc hai cấp .................................................. 44 Hình 3.5. Cảm biến đo lực phanh trên bệ thử tecnotest .......................................... 45 Hình 3.6. Bộ điều khiển bệ thử tecnotest ............................................................... 46 Hình 3.7. Sơ đồ khối chức năng bộ điều khiển bệ thử tecnotest ............................. 46 Hình 3.8. Giao diện thiết bị đang được khởi động .................................................. 47 Hình 3.9. Màn hình giao diện chính của bệ thử tecnotest ....................................... 48 Hình 3.10. Màn hình giao diện nhập dữ liệu kiểm tra ............................................ 49 Hình 3.11. Giao diện chế độ kiểm tra phanh tự động ............................................. 50 6
Hình 3.12. Giao diện điều khiển bệ thử phanh bằng tay ......................................... 51 Hình 3.13. Giao diện bệ thử đang đo lực phanh ..................................................... 52 Hình 3.14. Bảng kết quả kiểm tra phanh của bệ thử tecnotest ................................ 54 Hình 3.15. Kích thước khung giá bệ thử phanh tecnotest ....................................... 58 Hình 3.16. Sơ đồ bệ thử phanh tecnotest ............................................................... 59 Hình 3.17. Phân tích lực bánh trước trên bệ thử con lăn ......................................... 60 Hình 3.18. Phân tích lực bánh sau trên bệ thử con lăn ............................................ 63 Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật chính xe ô tô TOYOTA FORTUNER 2.7V .............. 67 Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật chính xe ô tô CHEVROLET SPARK........................ 67 Hình 3.19. Khối chương trình tính góc  ............................................................... 68 Hình 3.20. Khối chương trình tính lực phanh cực đại bánh trước ........................... 68 Hình 3.21. Khối chương trình tính lực phanh cực đại bánh sau .............................. 69 Hình 3.22. Đồ thị ảnh hưởng của bánh xe trên sàn bệ thử đến kết quả Pptruoc max .......... 71 Hình 3.23. Đồ thị độ sai lệch giá trị giữa Pptruoc max và Ppmax xe Fortuner ................... 72 Hình 3.24. Đồ thị đặc tính lực phanh do ảnh hưởng của 1 ................................... 74 Hình 3.25. Đồ thị đặc tính lực phanh do ảnh hưởng của 2 ................................... 76 Hình 3.26. Đồ thị đặc tính lực phanh do ảnh hưởng của  ..................................... 77 Hình 4.1. Thiết bị bơm lốp .................................................................................... 80 Hình 4.2. Đồ thị ảnh hưởng của áp suất lốp đến trị số lực phanh............................ 83 7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TT Ký iệu Giải thích Đơn vị 1 1 Hệ số bám của bánh xe kiểm tra và con lăn trên bệ 2 2 Hệ số bám của bánh xe và mặt sàn 3 Ppj Lực phanh N 4 P Lực bám N 5 Pxi Phản lực nằm ngang của bánh xe trên sàn N 6 Gbxi Trọng lượng cầu N 7 Hi Phản lực pháp tuyến của con lăn tác dụng lên bánh xe N Góc hợp bởi các đường nối tâm bánh xe và tâm các 8 α con lăn phía trước và phía sau so với đường thẳng rad vuông góc với mặt phẳng ngang Góc hợp bởi đường nối tâm bánh xe và tâm con lăn 9 β phía sau so với đường thẳng vuông góc với mặt phẳng rad nằm ngang Độ nâng của con lăn chủ động phía sau so với vị trí 10 H m tâm của con lăn phia trước 11 λ Độ trượt giữa bánh xe và con lăn % 12 a Tỷ số đường kính giữa con lăn và bánh xe % 13 L Khoảng cách tâm hai con lăn m 14 Mp Mô men phanh N.m 15 cl Vận tốc góc của con lăn rad/s 16 bx Vận tốc góc của bánh xe rad/s 17 R cl Bán kính của con lăn. m 18 Rbx Bán kính của bánh xe m 19 Ppmax Lực phanh cực đại N Ghi chú: i = 1 là cầu trước, i = 2 là cầu sau; j = 1 con lăn trước, j = 2 con lăn sau 8
LỜI NÓI ĐẦU Xe ô tô là một loại phương tiện giao thông đường bộ có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển kinh tế - xã hội của mỗi quốc gia. Ở nước ta đang đẩy mạnh sự nghiệp Công nghiệp hoá và Hiện đại hoá. Do vậy, nhu cầu về vận chuyển hàng hoá và đi lại của người dân ngày càng tăng cao đòi hỏi ô tô phải có nhiều những tính năng ưu việt và vượt trội hơn. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế tạo ô tô đã đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc. Một trong những ưu tiên phát triển hàng đầu là nâng cao tính năng an toàn cho người sử dụng, trong đó có hệ thống phanh. Hiện nay số lượng và chủng loại xe ô tô là rất lớn, để đánh giá chất lượng hệ thống phanh mất nhiều thời gian và tương đối phức tạp. Ở Việt nam cũng như các quốc gia trên thế giới sử dụng phổ biến là bệ thử kiểu con lăn để kiểm tra hệ thống phanh ô tô. Trong khi đó bệ thử phanh vẫn do một số nước có nền công nghiệp phát triển thiết kế chế tạo. Nhưng các nhà chế tạo chỉ cung cấp cho khách hàng những thông tin về sử dụng và vận hành mà không công bố những thông tin và số liệu nghiên cứu về bệ thử phanh. Luận văn được thực hiện với tên đề tài: ‘Xây dựng mô hình tính toán bệ thử phanh kiểu con lăn’ với mục đích khảo sát và xây dựng mô hình toán học bệ thử phanh kiểu con lăn phục vụ cho việc đánh giá kết quả thử nghiệm phanh trên bệ thử. Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và xe Chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Phạm Hữu Nam. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tụy của Thầy giáo hướng dẫn và các Thầy trong Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng để em được hoàn thành luận văn này. Do thời gian, trình độ còn hạn chế đề tài không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong được sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các Thầy và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện và đầy đủ hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo. Tác giả xin chân thành cảm ơn. 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ 1.1. Tầm quan trọng của hệ thống phanh ôtô Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô theo ý muốn của người lái. Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ trên mặt đường ngang hoặc trên nền nghiêng nhất định. Hệ thống phanh có vai trò đặc biệt quan trọng trên ô tô, bởi nó cho phép ô tô chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc. Nhờ đó mà người sử dụng có thể phát huy hết tính năng động lực học, nâng cao tốc độ và khai thác triệt để năng suất vận chuyển của ô tô. Để đáp ứng được các nhiệm vụ trên, hệ thống phanh cần phải đảm bảo các yêu cầu chính sau: Hệ thống phanh phải sử dụng được hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh để đạt hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe. Đảm bảo quãng đường phanh là ngắn nhất, kể cả phanh khẩn cấp trong trường hợp nguy hiểm. Khi phanh phải êm dịu trong mọi trường hợp, không được có hiện tượng va đập các chi tiết, gây tiếng kêu, ồn hoặc rung lắc ô tô. Đảm bảo sự ổn định chuyển động của ôtô, khi phanh bảo đảm tốc độ của ô tô phải có xu hướng chậm dần đều, không làm lệch quỹ đạo chuyển động và hành lang phanh quá quy định. Lực tác dụng lên bàn đạp phanh phù hợp. Hệ thống phanh phải bố trí hệ thống trợ lực để giảm lực đạp của người lái, nhưng cũng phải đảm bảo yêu cầu khi phanh người lái phải có cảm giác. Hệ thống dẫn động phanh có độ nhạy cao, đảm bảo được tỷ lệ thuận giữa lực bàn đạp và lực phanh sinh ra ở các bánh xe. Khi phanh độ chậm tác dụng của hệ thống phải nhỏ và khi người lái thay đổi lực đạp thì lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh cũng thay đổi theo một tỷ lệ nhất định. Khi phanh đảm bảo không có hiện tượng tự siết, cơ cấu phanh phải có điều kiện thoát nhiệt tốt. Thời gian tăng lực phanh không được quá nhanh làm cho người lái khó kiểm soát được ô tô và có thể dẫn đến bó cứng bánh xe khi phanh gây mất an toàn. 10
Phải có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao, ổn định trong điều kiện sử dụng. Khi ô tô phanh ở cường độ cao, thời gian phanh dài gây ra nóng cơ cấu phanh do vậy giữa má phanh và trống phanh phải hạn chế tối đa được hiện tượng chai cứng bề mặt. 1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh ô tô Để đánh giá chất lượng phanh ô tô thường sử dụng hai chỉ tiêu là: hiệu quả phanh và ổn định hướng khi phanh. 1.2.1. Hiệu quả phanh Hiệu quả phanh là chỉ tiêu đánh giá khả năng làm giảm tốc độ chuyển động của ô tô khi phanh, các thông số để đánh giá hiệu quả phanh ô tô là: quãng đường phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian phanh và lực phanh. Quãng đường phanh (S p): Quãng đường phanh là đoạn đường mà xe ô tô tiếp tục di chuyển tính từ thời điểm bắt đầu đạp phanh đến khi xe dừng hẳn. Đây là chỉ tiêu mà người điều khiển xe thường quan tâm nhất và có thể nhận biết được một cách trực quan điều đó giúp người điều khiển xử lý tốt các tình huống khi phanh xe ô tô trên đường. Khi phanh quãng đường nhỏ nhất của ô tô được tính theo biểu thức sau: v1 j j S p min   .v.dv  . v12 v22  v2 . g . g Trong trường hợp khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn thì v2 = 0. Ta có: j 2 S p min  .v (1.1) .g 1 Trong đó: : là hệ số bám của bánh xe với mặt đường. v1: là vận tốc ô tô lúc bắt đầu quá trình phanh. v2: là vận tốc ô tô lúc kết thúc quá trình phanh. j: là hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ô tô. Từ biểu thức (1.1) nhận thấy rằng quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào 11
vận tốc chuyển động của ô tô lúc bắt đầu đạp phanh v1 (theo hàm bậc hai), phụ thuộc vào hệ số bám  và hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ô tô j . Đánh giá chất lượng phanh ô tô bằng cách xác định quãng đường phanh nhỏ nhất gặp rất nhiều khó khăn và tương đối phức tạp. Bởi vì, xác định vận tốc của ô tô lúc bắt đầu đạp phanh được chính xác cần phải có thiết bị đặc biệt, cần phải có đường để thử, quá trình lắp đặt cũng tương đối phức tạp, mất rất nhiều thời gian và khi thử trên đường còn gây mất an toàn nên ít sử dụng. Gia tốc chậm dần khi phanh (J p ): Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh ô tô. Biểu thức xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh là: .g J p max  (1.2) i Trong đó: Jp max : là gia tốc chậm dần cực đại. i : là hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô.  : là hệ số bám giữa lốp và mặt đường. g : là gia tốc trọng trường. Để xác định gia tốc chậm dần khi phanh, các thông số đo ít hơn và cần những dụng cụ đo đơn giản hơn. Nhưng quá trình tổ chức đo đạc cũng mất nhiều thời gian và cũng phải thử xe ở trên đường gây mất an toàn nên trong thực tế cũng ít dùng để đánh giá chất lượng phanh ô tô trong lưu hành. Thời gian phanh ( t p ): Thời gian phanh được xác định theo biểu thức sau: v1 j  t p min   dv  j ( v1  v2 ) v2 .g .g Khi phanh ô tô đến lúc dùng hẳn thì v2 = 0. Ta có: 12
j t p min  .v1 (1.3) .g Đánh giá chất lượng phanh ô tô bằng cách xác định thông số về thời gian phanh gặp nhiều khó khăn và phức tạp. Vì liên quan đến xác định vận tốc của ô tô lúc bắt đầu đạp phanh được chính xác rất khó khăn, cũng cần phải có đường để thử và khi thử trên đường gây mất an toàn, quá trình lắp đặt phức tạp mất rất nhiều thời gian nên hiện nay rất ít sử dụng. Lực phanh riêng (  p): Lực phanh riêng p là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của ô tô, nghĩa là: Pp p = (1. 4) G Lực phanh riêng cực đại sẽ ứng với khi lực phanh cực đại: Pp max .G pmax = = = (1.5) G G Lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh ô tô và chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất khi thử phanh trên bệ. Từ biểu thức (1.5) nhận thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng với hệ bám . Để đánh giá hiệu quả phanh bằng chỉ tiêu lực phanh riêng chỉ cần xác định được hai thông số đo là: trọng lượng của ô tô và lực phanh ở bánh xe. Hai thông số này có thể đo rất thuận lợi khi xe ô tô ở trạng thái tĩnh, thời gian đo nhanh chóng và không gây mất an toàn. Đo lực phanh riêng được ứng dụng rộng rãi trong thực tế để đánh giá hiệu quả phanh ô tô trong lưu hành bằng thiết bị chuyên dùng đó là bệ thử phanh kiểu con lăn. 1.2.2. Ổn định hướng khi phanh Trong quá trình phanh thì trục dọc của ô tô có thể bị xoay đi một góc nào đó so với quỹ đạo chuyển động trước khi phanh. Nguyên nhân là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái và tạo thành mô men quay vòng M q quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ô tô (hình 1.1). 13
y B Ry 1 L b Ptr 1 V Mq Pph 1 a A Ptr2 Ry 2 Pph 2 0 x Hình 1.1. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh Ổn định hướng khi phanh là chỉ tiêu đánh giá khả năng ô tô bị lệch quỹ đạo chuyển động cuối quá trình phanh so với quỹ đạo trước khi phanh. Các thành phần lực bên phải: là Pph1 của trục trước và P ph2 của trục sau. Còn ở các bánh xe bên trái: có Ptr1 của trục trước và Ptr2 của trục sau. Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là: Pph = Pph1 + Pph2 Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái là: Ptr = Ptr1 + P tr2 Trong trường hợp tổng lực phanh bên phải P ph lớn hơn tổng lực phanh bên trái Ptr , thì ô tô sẽ quay theo chiều mũi tên như trên hình vẽ quanh trọng tâm của ô tô. Mô men quay vòng Mq được xác định theo biểu thức: B B B Mq = Pph . - Ptr . = (P ph - Ptr ). (1.6) 2 2 2 Do sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho nên khi xuất hiện mô men quay vòng M q thì ở các bánh xe của trục trước sẽ có phản lực R y1 tác dụng từ mặt đường theo phương ngang và các bánh xe ở trục sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng. Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm của xe có thể viết như sau: 14
 Iz M R a R b q y1 y2 Các lực Ry1 và R y2 nhỏ hơn nhiều so với Mq , để đơn giản cho tính toán có thể bỏ qua thành phần của hai lực này. Công thức tính góc lệch  được viết như sau: Mq  t2 (1.7) 2.I z Từ biểu thức (1.7) cho thấy góc lệch  tỉ lệ thuận với mô men quay thân xe Mq , với bình phương thời gian t và tỷ lệ nghịch với mô men quán tính I z của ô tô quanh trục Z đi qua trọng tâm A của nó. Theo tiêu chuẩn 22-TCN-224-2001 của Bộ GTVT Việt Nam năm 2001 quy định góc lệch tối đa cho phép max ≤ 8 0 so với phương chuyển động ban đầu và không lệch khỏi hành lang phanh 3,5 m (hình 1.2) thì ô tô được cấp phép lưu hành trên đường. Hình 1.2. Sơ đồ hành lang phanh ô tô 1.3. Các phương pháp kiểm tra chất lượng phanh ô tô Ðể xác định chất lượng phanh ô tô thường sử dụng các phương pháp kiểm tra phanh ở trên đường và kiểm tra phanh trên bệ. 1.3.1. Kiểm tra phanh trên đường Quá trình phanh thường xảy ra trong thời gian rất ngắn, chỉ vài giây. Vì vậy 15
cũng gây khó khăn cho việc đo các thông số để đạt các yêu cầu về độ chính xác cần thiết. Các phương pháp dùng cho kiểm tra phanh ô tô trên đường là: Đo quãng đường phanh bằng phương pháp dùng súng phun: Để xác định quãng đường phanh này cần phải đánh dấu được vị trí của ôtô ứng với lúc người lái bắt đầu đạp lên bàn đạp phanh cho đến khi ô tô đã dừng hẳn có thể xác định chiều dài quãng đường phanh. Thiết bị dùng để đánh dấu thời điểm bắt đầu phanh này được gọi là “súng phun”. Cấu tạo của súng phun được thể hiện trên hình 1.3. Hình 1.3. Súng phun để đánh dấu thời điểm bắt đầu phanh Súng phun gồm có đầu phun (1), trong đầu phun có chứa chất đánh dấu. Đầu phun được gắn chặt với thanh (3), thanh này có thể chuyển động lên xuống trong bộ kẹp chặt (4) và được cố định với bộ kẹp chặt bằng các bulông. Ở đầu phun có nến đánh lửa (2). Nến đánh lửa được nối bằng dây dẫn (6) với bộ tăng điện thế (5). Bộ tăng điện thế lại được gắn chặt với bộ kẹp chặt. Bộ tăng điện thế được cung cấp điện từ ắc quy của ôtô qua dây dẫn (6). Khi đo người lái đạp chân lên bàn đạp phanh sẽ đóng cặp tiếp điểm nối kín mạch điện và ở nến đánh lửa sẽ phát sinh tia lửa điện đốt cháy thuốc nổ tạo áp suất cao đẩy chất đánh dấu xuống mặt đường với tốc độ rất lớn. Nhờ thế mà đánh dấu được chính xác vị trí thời điểm bắt đầu phanh. Khoảng cách đo được từ vị trí đánh dấu trên mặt đường đến vị trí của súng phun lúc xe đã dừng hẳn sẽ cho biết quãng 16
đường phanh. Đầu súng phun càng sát mặt đường thì độ chhính xác càng cao. Thường đặt đầu súng phun cách mặt đường khoảng100 mm. Súng phun làm việc trên nguyên lý dùng chất nổ có ưu điểm là tạo được áp suất khi nổ lớn cho nên độ chính xác cao. Nhưng cũng có nhược điểm là quá trình lắp đặt mất nhiều thời gian, phức tạp, phải có đường để kiểm tra, không đảm bảo toàn nên hiện nay rất ít dùng. Đo gia tốc chậm dần khi phanh bằng phương pháp sử dụng gia tốc kế: Hình 1.4. Giảm tốc kế loại con lắc để đo gia tốc chậm dần khi phanh Để đo gia tốc chậm dần cực đại khi phanh có thể dùng giảm tốc kế loại con lắc. Phương pháp đo là gắn gia tốc kế vào xe ô tô để đo gia tốc chậm dần cực đại khi phanh. Khi lắp đặt sao cho con lắc nằm ở vị trí thẳng đứng, song song với phương chuyển động của xe và điều chỉnh cho kim chỉ ban đầu đúng vào vạch 0. Cho xe chuyển động với tốc độ quy định và tiến hành đạp phanh. Trong quá trình phanh con lắc của gia tốc kế lệch đi một góc tương ứng với giá trị gia tốc chậm dần khi phanh. Giảm tốc kế loại con lắc (hình 1.4) có kết cấu đơn giản, nó gồm con lắc (1) được treo trong một vỏ hộp kín bằng nhựa (2). Khi phanh do có lực quán tính làm cho con lắc nghiêng đi một góc và kim chỉ gia tốc cũng nghiêng theo. Gia tốc càng lớn thì con lắc nghiêng càng nhiều. Trên vỏ nhựa có thang chia độ để chỉ theo đơn vị gia tốc (m/s2). Thân gia tốc có các núm cao su (3) hình côn dùng để gắn gia tốc kế vào vỏ ô tô. Khi ấn mạnh các núm cao su vào bề mặt phẳng của ô tô thì dưới 17
núm cao su sẽ là chân không, do đó ở phía ngoài của núm cao su sẽ có áp suất không khí ép các núm cao su vào mặt phẳng của ôtô, nhờ vậy mà giảm tốc kế được cố định trên xe ô tô. Đo gia tốc chậm dần cực đại bằng gia tốc kế con lắc có ưu điểm là lắp đặt có phần nhanh và đơn giản hơn. Nhưng nhược điểm của loại gia tốc này là quán tính lớn nên độ chính xác thấp, cần phải có đường để thử phanh nên cũng không đảm bảo an toàn. Phương pháp này cũng ít dùng để kiểm tra chất lượng phanh của ô tô. Đo quãng đường phanh bằng phương pháp dùng bánh xe số 5: Hình 1.5. Bánh xe só 5 và lắp đặt trên xe Phương pháp này dùng một bánh xe bên ngoài gắn thêm vào ô tô mà trên đó có đặt cảm biến để đo tốc độ của ô tô lúc bắt đầu đạp phanh và tín hiệu của cảm biến này đưa về máy tính để xác định quãng đường phanh của ô tô. Thiết bị bánh xe số 5 được thể hiện trên hình 1.6, bao gồm cảm biến (1) để đo tốc độ và cảm biến (2) để đếm số vòng quay. Bánh xe số 5 được gắn chặt vào phía sau của ô tô kiểm tra. Khi kiểm tra phanh thì bánh xe số 5 sẽ lăn theo xe ô tô, các tín hiện của cảm biến được đưa về máy tính để tính toán và xác định quãng đường phanh, gia tốc chậm dần khi phanh. Ngoài ra, việc xác định tốc độ bắt đầu phanh và quãng đường phanh còn có thể nhờ các đồng hồ hiện số. Trên máy ghi sóng thường có bộ phận để đánh dấu thời gian. Như vậy khi dùng bánh xe số 5 cùng với máy ghi sóng có thể xác định quãng đường phanh, tốc độ bắt đầu phanh và thời gian phanh. Cả ba thông số này 18
đều được ghi cùng một lúc trên máy ghi sóng. Ưu điểm dùng bánh xe số 5 để xác định tốc độ bắt đầu phanh đảm độ chính xác cao, vì bánh xe số 5 không có tải trọng tác dụng lên nó, do đó bán kính bánh xe không bị thay đổi trong quá trình phanh và từ đó xác định tốc độ bắt đầu phanh rất chính xác. Tuy nhiên phương pháp này cũng còn một số nhược điểm là lắp đặt mất nhiều thời gian và rất phức tạp, vẫn phải thử trên đường gây mất an tôàn. Phương pháp dùng bánh xe số 5 này chủ yếu được dùng trong điều kiện nghiên cứu khoa học. 1.3.2. Kiểm tra phanh trên bệ thử Kiểm tra phanh trên bệ là phương pháp đánh giá hiệu quả phanh bằng cách đo lực phanh riêng. Các bệ thử được sử dụng để đánh giá hiệu quả phanh ô tô có nhiều loại, mỗi loại lại có những ưu nhược điểm nhất định. Dưới đây là một số loại bệ thử phanh đã được sử dụng. Bệ thử phanh kiểu sàn di động: 3 4 2 5 1 6 Hình 1.6. Bệ thử kiểu sàn di động 1. Lực kế 2. Con lăn 3. Ô tô thử 4. Sàn ma sát 5. Đường ray 6. Dầm ngang. Bệ thử phanh kiểu sàn di động sử dụng nguyên lí hấp thụ động năng của ô tô khi phanh. Động năng này có giá trị gần bằng động năng chuyển động của ô tô ở tốc độ phanh xác định (hình 1.7). 19