Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Xây dựng mô hình tính toán cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh khí nén trang bị ABS

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Xây dựng mô hình tính toán cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh khí nén trang bị ABS" nghiên cứu quá trình động lực học dẫn động phanh khí nén trong các chế độ làm việc của cơ cấu chấp hành, để làm căn cứ cho việc xác định đặc tính hệ thống phanh khi trang bị thêm ABS, lựa chọn các phần tử trong hệ thống dẫn động phanh đảm bảo yêu cầu về an toàn trong vận hành.

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 cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh khí nén trang bị ABS

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ ................................... ..1 1.1. Nhiệm vụ vai trò của hệ thống phanh trên ô tô. .......................................................1 1.2. Tính năng phanh ô tô. ...............................................................................................3 1.2.1. Yêu cầu về hiệu quả phanh ..................................................................................3 1.2.2. Tính ổn định hƣớng ô tô khi phanh. ....................................................................6 1.3. Biện pháp tạo hiệu quả phanh cao nhất. ...................................................................8 1.4. Một số nghiên cứu về ABS khí nén trong và ngoài nƣớc. .....................................14 CHƢƠNG II. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRANG BỊ ABS ............................................................................................................... 17 2.1. Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS. .......................................................................17 2.2. Các cụm chi tiết trong hệ thống phanh ABS khí nén ............................................18 CHƢƠNG III. XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH MÔ TẢ ĐỘNG LỰC HỌC PHANH KHÍ NÉN ABS .................................................................................................................. 30 3.1. Mục tiêu. .................................................................................................................30 3.2. Động lực học phanh ABS .......................................................................................30 3.3. Xác định mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra. .................................................33 3.4. Xây dựng phƣơng trình tính toán điểm nút đối với hệ thống phanh xe ¼ trang bị ABS. ................................................................................................................................38 CHƢƠNG IV. KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VAN ABS VÀ MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH. .................................................................... 41 I. THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VAN ABS ..................................................41
4.1. Mục đích thí nghiệm. ...............................................................................................41 4.2. Xây dựng sơ đồ thí nghiệm .....................................................................................41 4.3. Thiết kế mạch đo ....................................................................................................45 4.4. Các thí nghiệm, kết quả, nhận xét...........................................................................51 II. MÔ PHỎNG SỐ TRÊN PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK. ................................. 55 4.5. Mô phỏng hệ thống phanh khí nén có van ABS trên máy tính. .............................57 4.6. Mô phỏng khối động lực học xe ............................................................................60 4.7. Các kết quả mô phỏng, phân tích và so sánh các chỉ tiêu chất lƣợng của hệ thống phanh ABS. .....................................................................................................................64 KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 71 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 72
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những nội dung trình bày trong luận văn này do chính tôi thực hiện với sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Hữu Nam cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè, đồng nghiệp. Nội dung của luận văn hoàn toàn phù hợp với Đề tài đã đƣợc đăng ký và phê duyệt của Hiệu trƣởng Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực. Tác giả luận văn Trịnh văn Tuấn
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị đo A Hệ số thực nghiệm, A=0,654 B Hệ số thực nghiệm, B=1,13 fi Tiết diện của phần tử thứ i m2 k Chỉ số đoạn nhiệt của không khí, k=1,4 li Chiều dài đoạn ống thứ i m mi Lƣu lƣợng qua điểm nút i m3 / s pi Áp suất dòng khí tại tiết diện i N / m2 R Hằng số khí lý tƣởng, R=287,14 m2 /( s2 K) T Nhiệt độ tuyệt đối của dòng khí 0 K Vi Thể tích phần tử i m3 vgh Vận tốc giới hạn của dòng khí, vgh 340 m/s µ Hệ số lƣu lƣợng của dòng khí tại vị trí i ξi Hệ số cản khí động tại vị trí i  Hệ số ma sát, =0,025 C Độ cứng lò xo bầu phanh N/m FX Lực bám dọc N FY Lực bám ngang N X Hệ số bám dọc Y Hệ số bám ngang N Phản lực vuông góc từ mặt đƣờng lên bánh xe N  Hệ số trƣợt
v Tốc độ thân xe m/ s bx Vận tốc góc bánh xe ra d / s Rb Bán kính bánh xe m rt Bán kính tang trống m ABS Antilock Braking System ECU Electronic Control Unit ADC Analog Digital Converter S/M Sensor/Module GND Ground ASM Assembly
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Tên hình vẽ, đồ thị Trang 1.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí đơn giản 2 1.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh 7 1.3 Sơ đồ hành lang phanh ô tô 8 1.4 Đƣờng đặc tính bộ điều hòa lực phanh hai thông số 10 1.5 Đồ thị hệ số trƣợt theo hệ số bám dọc và ngang 12 1.6 Sơ đồ hệ thống phanh ABS 13 2.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén 2 dòng có trang bị ABS 17 2.2 Vị trí cảm biến lắp trên moay ơ bánh xe 18 2.3 Cấu tạo và hoạt động của cảm biến vận tốc bánh xe 19 2.4 Tín hiệu điện áp tại cảm biến tốc độ bánh xe 20 2.5 Khối điều khiển ECU của ABS với các tín hiệu đầu vào và ra 21 2.6 Sơ đồ cấu tạo van ABS 22 2.7 Pha tăng áp khi van ABS chƣa hoạt động 23 2.8 Pha giảm áp của van ABS 24 2.9 Pha giữ áp của van ABS 25 2.10 Pha tăng áp khi van ABS hoạt động. 26 2.11 Đồ thị diễn biến quá trình làm việc hệ thống phanh ABS 28 3.1 Mô hình động lực học ¼ xe 31 3.2 Sơ đồ tính mô men phanh 34 3.3 Biểu đồ phân bố áp suất trên má phanh theo qui luật hình sin. 35 3.4 Sơ đồ tính toán cơ cấu ép. 36 3.5 Sơ đồ điểm nút của hệ thống phanh ABS 38 4.1 Sơ đồ thí nghiệm 42
4.2 Sơ đồ cấu tạo của bộ chấp hành van ABS 43 4.3 Sơ đồ mặt cắt của bộ chấp hành 43 4.4 Sơ đồ cấu tạo của bầu phanh 44 4.5 Sơ đồ đo áp suất bầu phanh. 45 4.6 Cảm biến đo áp suất 46 4.7 Mạch xử lý tín hiệu cảm biến áp suất 47 4.8 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ thu thập dữ liệu 48 4.9 Bộ điều khiển ABS lắp trên mô hình 49 4.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển tín hiệu van ABS 50 4.11 Khối công suất lắp trên mô hình 51 4.12 Đồ thị xác định mối liên hệ giữa áp suất và giá trị adc thu về 52 4.13 Diễn biến quá trình giảm áp từ 5 atm tới 3 atm 53 4.14 Diễn biến quá trình tăng áp từ 3 atm tới 5 atm 54 Sơ đồ mô phỏng sự biến đổi lƣu lƣợng và áp suất của khí nén vào 4.15 57 tổng van phanh chính Modul mô phỏng sự biến đổi lƣu lƣợng và áp suất của khí nén qua 4.16 58 đƣờng ống Sơ đồ mô phỏng sự biến đổi lƣu lƣợng và áp suất của khí nén vào van 4.17 58 ABS 4.18 Modul mô phỏng sự biến đổi lƣu lƣợng và áp suất của khí nén qua van 59 Sơ đồ mô phỏng sự biến đổi lƣu lƣợng và áp suất của khí nén vào bầu 4.19 59 phanh Modul mô phỏng sự biến đổi lƣu lƣợng và áp suất của khí nén vào 4.20 59 bầu phanh Sơ đồ mô phỏng sự biến đổi lƣu lƣợng và áp suất của khí nén ra van 4.21 60 phanh ABS
4.22 Sơ đồ tín hiệu vào/ra của khối mô hình lốp 61 4.23 Sơ đồ tính toán mô hình lốp Dugoff 62 4.24 Sơ đồ khối động lực học phanh ¼ xe 63 4.25 Sơ đồ khối mô phỏng mô men phanh 63 4.26 Đồ thị quang đƣờng phanh ứng vơi vận tốc 40km/h, hê số bám =0,8 64 4.27 Đồ thị quãng đƣờng phanh ứng với vận tốc 80km/h, hê số bám =0,8 64 4.28 Đồ thị áp suất ứng với V= 40 km/h và hệ số bám 0,8 65 Đồ thị liên hệ giữa hệ số trƣợt và vận tốc góc ứng với V= 40 km/h và 4.29 66 hệ số bám 0,8 Đồ thị liên hệ giữa hệ số trƣợt và vận tốc góc ứng với V= 40 km/h và 4.30 66 hệ số bám 0,4 Đồ thị liên hệ giữa hệ số trƣợt và vận tốc góc ứng với V= 80 km/h và 4.31 67 hệ số bám 0,8 Đồ thị liên hệ giữa hệ số trƣợt và vận tốc góc ứng với V= 80 km/h và 4.32 68 hệ số bám 0,4
DANH MỤC CÁC BẢNG Hình Tên các bảng Trang Bảng biểu diễn các trạng thái pha, trạng thái van, trạng thái nối 2.1 27 thông, ngắt của các khoang trong van ABS 4.1 Thông số kích thƣớc của bộ chấp hành van ABS 43 4.2 Bảng kết quả thí nghiệm pha giảm áp van ABS 54 4.3 Bảng kết quả thí nghiệm pha tăng áp van ABS 55 4.4 Các thông số đầu vào 56
LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển, hàng năm hàng triệu ô tô trên thế giới đƣợc sản xuất đƣa vào hoạt động. Điều đó dẫn tới mật độ xe trên đƣờng ngày càng cao. Số lƣợng xe càng nhiều, tốc độ xe càng lớn thì vấn đề an toàn trong vận tải ô tô cần đƣợc đặc biệt quan tâm, cần nhận thức rõ vị trí, tầm quan trọng của hệ thống phanh ô tô trong việc nâng cao tính kinh tế và an toàn chuyển động. Trƣớc đây trên ô tô tải sử dụng hệ thống phanh khí nén bằng cơ khí đơn giản, hiệu quả phanh chƣa cao. Hiện nay, các xe thế hệ mới đã sử dụng hệ thống phanh với những tính năng, chỉ tiêu kỹ thuật cao nhằm đáp ứng các qui định ngày càng khắt khe đảm bảo an toàn cho ngƣời, hàng hoá vận chuyển và phƣơng tiện tham gia giao thông. Trên các xe ô tô hiện đại thƣờng dùng hệ thống phanh khí nén trang bị ABS sử dụng thay thế cho hệ thống phanh khí nén nhằm tăng mức độ an toàn hiệu quả cho xe. Cho đến nay, ở nƣớc ta cũng đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu tính toán hệ thống phanh khí nén ABS, nhƣng cũng còn nhiều mặt hạn chế và chƣa có các nghiên cứu đầy đủ về quá trình động học của dẫn động phanh khí nén ABS cũng nhƣ khảo sát, phân tích các nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình làm việc của dẫn động phanh khí nén, đặc biệt là cơ cấu chấp hành. Qua thực tế trên, đề tài: “Xây dựng mô hình tính toán cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh khí nén trang bị ABS” sẽ góp phần đáng kể trong quá trình tính toán dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén ABS. Mục đích nghiên cứu chính của đề tài là nghiên cứu quá trình động lực học dẫn động phanh khí nén trong các chế độ làm việc của cơ cấu chấp hành, để làm căn cứ cho việc xác định đặc tính hệ thống phanh khi trang bị thêm ABS, lựa chọn các phần tử trong hệ thống dẫn động phanh đảm bảo yêu cầu về an toàn trong vận hành. Trong toàn bộ quá trình thực hiện luận văn của mình, tôi đã gặp rất nhiều những khó khăn vƣớng mắc, với sự cố gắng học hỏi, đặc biệt có sự giúp đỡ tận tình của Thầy
giáo hƣớng dẫn, và các bạn đồng nghiệp. Đến nay, tôi đã hoàn tất các nội dung yêu cầu của đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hữu Nam cùng các thầy trong Viện Cơ Khí Động Lực – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tận tình, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành đề tài của mình. Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2015 Trịnh Văn Tuấn
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 1.1. Nhiệm vụ vai trò của hệ thống phanh trên ô tô Hệ thống phanh là một hệ thống an toàn trên ô tô, có vai trò quan trọng trong quá trình vận hành và lƣu thông trên đƣờng, đảm bảo an toàn cho chuyển động của ô tô và tính mạng con ngƣời. Trên xe ngƣời ta bố trí hệ thống phanh nhằm mục đích giảm tốc độ cho đến khi xe dừng hẳn hay dừng xe khi cần thiết, hoặc giảm đến một vận tốc nhất định nào đó tùy theo yêu cầu của ngƣời lái. Bên cạnh đó hệ thống phanh còn giữ cho ô tô ở trạng thái đứng yên không dịch chuyển khi đỗ xe và tăng khả năng ổn định của xe. Nhờ có hệ thống phanh mà ngƣời lái có thể nâng cao đƣợc vận tốc trung bình của ô tô. Để đáp ứng các nhiệm vụ đặt ra của hệ thống phanh, thì yêu cầu hệ thống phanh trên xe phải đảm bảo phanh nhanh chóng, dừng xe trong bất kỳ tình huống nào. Khi phanh xe đột ngột xe phải dừng sau quãng đƣờng ngắn nhất và phanh có hiệu quả phanh, phân bố mô men phanh tới các bánh xe phù hợp với trọng lƣợng bám ở mọi chế độ (tải trọng, tốc độ,…). Ngoài các yêu cầu trên hệ thông phanh còn phải có các yêu cầu nhƣ chiếm ít không gian, trọng lƣợng nhỏ, độ bền cao. Trên các ô tô tải cỡ lớn và trung bình hệ thống phanh thƣờng dùng là dẫn động phanh khí nén và dẫn động phanh bán thủy lực-khí nén. Hệ thống phanh khí nén có nhiều ƣu việt hơn so với hệ thống phanh thủy lực nhƣ giá thành và năng suất hoạt động. Hệ thống phanh trên các xe tải và cỡ lớn thƣờng tạo ra lực phanh lớn. Để dẫn động cơ cấu phanh ngƣời ta sử dụng năng lƣợng khí nén, lực của ngƣời lái chỉ để mở tổng van phanh làm giảm sức ngƣời lái rất nhiều, tuy nhiên trên hệ thống phanh khí vẫn tồn tại nhƣợc điểm là độ trễ của hệ thống do tính nén đƣợc của môi chất. Khác với hệ thống phanh khí, hệ thống phanh dầu không có tính chất trễ của chất lỏng tuy nhiên hệ thống chỉ sinh ra lực phanh nhỏ, phù hợp với các dòng xe du lịch và xe cỡ nhỏ. Hiện nay do khoa học kỹ thuật phát triển nên có rất nhiều dòng xe phát triển ứng với nhiều hệ thống phanh khác nhau, tuy nhiên các hệ thống đó đều đƣợc phát triển từ hệ thống phanh cơ bản nhƣ trên hình 1.1 1
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí 1 dòng 1. Máy nén khí; 2. Bộ lọc khí; 3. Bình chứa khí; 4. Tổng van; 5.6. Bầu phanh; 7. Bàn đạp phanh; 8. Bộ áp kế; 9. Tang trống; Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh khí theo hình 1.1: Máy nén khí cấp khí qua bình lắng nƣớc (2) và tới bình chứa khí nén. Áp suất trong bình đƣợc xác định bằng đồng hồ (8) đặt trong khoang lái. Khi phanh ngƣời lái sẽ tác động vào bàn đạp (7) và dẫn động van phân phối (4), lúc đó khí nén sẽ từ bình chứa (3) qua van phân phối tới bầu phanh thực hiện quá trình phanh. Hệ thống phanh trên ô tô ngày nay bao gồm cơ cấu phanh, dẫn động phanh và cơ cấu điều khiển. Cơ cấu phanh đƣợc bố trí cùng bánh xe là một bộ phận trực tiếp tạo ra mô men phanh, lực cản trong quá trình phanh khi ô tô chuyển động. Trƣớc kia, cơ sở khoa học còn hạn chế nên hệ thống phanh chủ yếu là phanh khí nén một dòng, hệ thống phanh một dòng hạn chế cả về tính năng phanh cũng nhƣ về chất lƣợng phanh. Ngày nay nền khoa học phát triển, hầu hết trên các xe hiện đại đều trang bị hệ thống phanh 2
hai dòng và có thêm cơ cấu van ABS đi kèm để tăng khả năng tốc độ, ổn định trên đƣờng. 1.2. Tính năng phanh ô tô Khi phanh ô tô không dừng lại ngay tại vị trí lúc bắt đầu phanh mà sẽ dừng cách vị trí bắt đầu phanh một khoảng cách nào đấy. Không những thế ô tô còn có thể bị lệch khỏi hƣớng chuyển động trƣớc lúc bắt đầu phanh. Vì vậy để đánh giá chất lƣợng phanh cần đánh giá qua 2 yêu cầu:  Yêu cầu về hiệu quả phanh.  Yêu cầu về chất tính ổn định khi phanh. 1.2.1. Yêu cầu về hiệu quả phanh Yêu cầu về hiệu quả phanh là yêu cầu khả năng xe khi phanh có quãng đƣờng phanh ngắn nhất, giảm tốc phanh nhanh nhất và thời gian phanh ngắn nhất. Đây là yêu cầu đối với hệ thống phanh theo phƣơng dọc, thể hiện khả năng sinh lực phanh thích hợp tạo ra mô men phanh cần thiết để hãm bánh xe. Hiệu quả phanh phụ thuộc vào lực phanh F x sinh ra tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đƣờng. Nếu lực phanh sinh ra lớn hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đƣờng thì mặt đƣờng sẽ không tiếp nhận hết lực phanh, gây ra tổn hao năng lƣợng dẫn tới hiện tƣợng bị hãm cứng bánh xe dẫn tới trƣợt lết. Do vậy lực phanh phải không đƣợc lớn hơn lực bám thì phanh sẽ đạt hiệu quả tốt. Xét theo phƣơng dọc thì lực phanh cũng không đƣợc lớn hơn lực bám dọc. Giá trị của lực bám dọc đƣợc tính theo công thức: FX XZ XG (1.1) Trong công thức (1.1), FX là giá trị lực bám dọc, Z là phản lực pháp tuyến từ mặt đƣờng lên bánh xe, X là hệ số bám trong mặt phẳng dọc, G là trọng lƣợng của xe. Từ công thức (1.1), để đạt hiệu quả phanh cao nhất thì hệ số bám dọc phải lớn nhất hoặc lực phanh phải đƣợc điều khiển liên tục theo trọng lƣợng bám của các bánh xe tƣơng ứng, muốn vậy thì cơ cấu phanh phải đƣợc bố trí trên tất cả bốn bánh xe. 3
Để đánh giá thực tế hiệu quả phanh của xe ngƣời ta thông qua các chỉ tiêu đảm bảo yêu cầu về hiệu quả phanh nhƣ quãng đƣờng phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian phanh và lực phanh. Quãng đường phanh (S p): Quãng đƣờng phanh là đoạn đƣờng 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 ngƣời điều khiển xe thƣờng quan tâm nhất và có thể nhận biết đƣợc một cách trực quan điều đó giúp ngƣời điều khiển xử lý tốt các tình huống khi phanh xe ô tô trên đƣờng. Khi phanh quãng đƣờng nhỏ nhất của ô tô đƣợc tính theo biểu thức sau: v1 j  S p min   .v. dv  j .v12 v22 v2 . g . g Trong trƣờng hợp khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn thì v2 = 0. Ta có: j 2 S p min  .v (1.2) . g 1 Trong đó: : là hệ số bám của bánh xe với mặt đƣờng. 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 hƣởng của các trọng khối quay của ô tô. Từ biểu thức (1.2) nhận thấy rằng quãng đƣờng phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào 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 hƣởng của các trọng khối quay của ô tô j . Để giảm quãng đƣờng phanh cần giảm hệ số j, cho nên quãng đƣờng phanh sẽ giảm khi cắt ly hợp rồi mới phanh. Từ công thức (1.2) thấy rằng vận tốc bắt đầu phanh càng cao thì quãng đƣờng phanh càng lớn vì quãng đƣờng phanh phụ thuộc vào bình phƣơng vận tốc v 1. 4
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 lƣợng phanh ô tô. Biểu thức xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh là: . g J p max  (1.3) i Trong đó: Jp max: là gia tốc chậm dần cực đại. i : là hệ số tính đến ảnh hƣởng các khối lƣợng các chi tiết chuyển động của ô tô khi phanh.  : là hệ số bám giữa lốp và mặt đƣờng. g : là gia tốc trọng trƣờng. Để xác định gia tốc chậm dần khi phanh, các thông số đo ít hơn và cần những dụng cụ đo đơn giản hơn. Từ công thức (1.3) ta nhận thấy J pmax phụ thuộc vào hệ số bám  giữa lốp và mặt đƣờng. Vì vậy nếu biết hệ số bám  thì có thể tính đƣợc gia tốc chậm dần khi phanh. Thời gian phanh ( t p ): Thời gian phanh đƣợc xác định theo biểu thức sau: v1 j j t pmin   dv  (v1  v2 ) v2 .g .g Khi phanh ô tô đến lúc dùng hẳn thì v2 = 0. Ta có: j t p min  .v (1.4) . g 1 Đánh giá chất lƣợng 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 đƣợc chính xác rất khó khăn, cũng cần phải có đƣờng để thử và khi thử trên 5
đƣờng 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 lƣợng của ô tô, công thức tính : Pp p = (1. 5) G Lực phanh riêng cực đại sẽ ứng với khi lực phanh cực đại: Pp max .G pmax = = = (1.6) G G Lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lƣợng phanh ô tô và chỉ tiêu này đƣợc dùng thuận lợi nhất khi thử phanh trên bệ. 1.2.2. Tính ổn định hƣớng ô tô 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 trƣớc 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 Mq quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ô tô (hình 1.2). Ổn định hƣớng 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 trƣớc khi phanh. Các thành phần lực bên phải: là Pph1 của trục trƣớc và Pph2 của trục sau. Còn ở các bánh xe bên trái: có P tr1 của trục trƣớc và P tr2 của trục sau. Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là: Pph = Pph1 + P ph2 Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái là: Ptr = Ptr1 + Ptr2 6
y B Ry 1 L b Ptr 1 V Mq Pph 1 a A Ptr2 R y2 Pph 2 0 x Hình 1.2. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh Trong trƣờng hợp tổng lực phanh bên phải Pph lớn hơn tổng lực phanh bên trái Ptr , thì ô tô sẽ quay theo chiều mũi tên nhƣ trên hình vẽ quanh trọng tâm của ô tô. Mô men quay vòng Mq đƣợc xác định theo biểu thức: B B B Mq = Pph . - P . = (Pph - Ptr ). (1.7) 2 tr 2 2 Do sự ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng cho nên khi xuất hiện mô men quay vòng Mq thì ở các bánh xe của trục trƣớc sẽ có phản lực Ry1 tác dụng từ mặt đƣờng theo phƣơng ngang và các bánh xe ở trục sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng. Phƣơng trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm của xe có thể viết nhƣ sau:  Iz M R a R b q y1 y2 Các lực Ry1 và Ry2 nhỏ hơn nhiều so với M q, để đơn giản cho tính toán có thể bỏ qua thành phần của hai lực này. Công thức tính góc lệch  đƣợc viết nhƣ sau: Mq 2  t (1.8) 2.Iz 7
Từ biểu thức (1.7) cho thấy góc lệch  tỉ lệ thuận với mô men quay thân xe Mq , với bình phƣơng 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 phƣơng chuyển động ban đầu và không lệch khỏi hành lang phanh 3,5 m (hình 1.2) . Hình 1.3. Sơ đồ hành lang phanh ô tô Với các hệ thống phanh truyền thống, do lực truyền tới các bánh xe là nhƣ nhau vì vậy mà khả năng đảm bảo hiệu quả phanh và ổn định phanh thƣờng không đạt đƣợc khi phanh gấp trên đƣờng trơn, trƣợt dẫn đến hiện tƣợng bó cứng bánh xe và trƣợt lết. 1.3. Biện pháp tạo hiệu quả phanh cao nhất Theo [1] muốn đảm bảo phanh có hiệu quả nhất thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe trƣớc Pp1 và ở các bánh xe sau Pp2 phải tuân theo biểu thức (1.9) PP1 b .hg  (1.9) P a .h P2 g 8
Nếu coi bán kính bánh xe trƣớc rb1 và bán kính bánh xe sau rb2 bằng nhau trong quá trình phanh, ta có thể viết quan hệ giữa mô men phanh ở bánh trƣớc và bánh sau nhƣ sau: M P .r P p2 p2 b2 p2 (1.10)   M P .r P p1 p1 b1 p1 Kết hợp biểu thức (1.9) và (1.10) ta có quan hệ sau: M a .h p2 g (1.11)  M b .h p1 g Trong đó: Mp1 : mô men phanh cần sinh ra ở bánh xe trƣớc. Mp2 : mô men phanh cần sinh ra ở bánh xe sau. Nhƣ vậy muốn đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất thì mô men phanh sinh ra ở các bánh xe cầu sau và mô men phanh sinh ra các bánh xe cầu trƣớc phải tuân theo biểu thức (1.11) Từ biểu thức (1.9) ta thấy trong điều kiện sử dụng của ô tô thì trọng tâm luôn thay đổi do chất tải khác nhau và hệ số bám luôn thay đổi trên các loại mặt đƣờng khác nhau, do vậy tỉ số lực phanh Pp1 và Pp2 luôn thay đổi theo. Để thỏa mãn biểu thức (1.9) phải thay đổi mô men sinh ra ở cơ cấu phanh trƣớc và phanh sau bằng cách thay đổi áp suất tới bầu phanh. Đối với các xe truyền thống để giải quyết vấn đề trên thì lắp thêm bộ điều hòa lực phanh. 9