Nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu quả phanh ô tô trong quá trình thiết kế

d Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ô tô khi phanh do vật trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh: - B

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN HỒNG THANH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH Ô TÔ TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN TRỌNG HOAN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Trọng Hoan 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 Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố ở bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 24 tháng 12 năm 2014

Tác giả

Nguyễn Hồng Thanh

LỜI CẢM ƠN

Để có được kết quả học tập như hôm nay, tôi đã nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của cơ quan, thầy, cô, gia đình và bạn bè

Lời đầu tiên tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội; Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long; Ban Giám đốc Sở Giao thông vận tải Tiền Giang, đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được tham gia học tập;

Xin cảm ơn các thầy, cô Viện Cơ khí động lực, Viện Đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn, truyền thụ kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập;

Đặc biệt em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn PGS Nguyễn Trọng Hoan đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn để em có thể hoàn thành Luận văn này; Xin cảm ơn chân thành đến các bạn đồng nghiệp, các bạn cùng lớp đã giúp đỡ, chia sẻ, động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn; Một lần nữa xin trân trọng tri ân đến tất cả mọi người./

Hà Nội, 2014

Nguyễn Hồng Thanh

MỤC LỤC

Trang TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 9

Chương I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 9

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 11

1.1.1 Công dụng 11

1.1.2 Phân loại 12

1.3.3 Yêu cầu đối với hệ thống phanh: 12

1.2 Lý thuyết quá trình phanh ô tô 12

1.2.1 Lực phanh sinh ra ở bánh xe 13

1.2.2 Các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình phanh trên dốc 15

1.3 Hiệu quả phanh ô tô 17

1.3.1 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu 17

1.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 20

1.3.3 Giản đồ phanh và chỉ tiêu phanh thực tế: 24

1.3.4 Ổn định hướng của ô tô khi phanh 26

1.3.5 Các chỉ tiêu để đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh 28

1.4 Các tiêu chuẩn về hiệu quả phanh ô tô 30

1.4.1 Tiêu chuẩn phanh dùng cho kiểm tra phanh định kỳ trên đường 30

1.4.2 Tiêu chuẩn phanh dùng cho nghiên cứu, thiết kế chế tạo ô tô 32

1.5 Các đề tài đã thực hiện trong lĩnh vực nghiên cứu 36

1.5.1 Điểm qua các tác giả và công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ô tô trên thế giới 36

1.5.2 Tình hình nghiên cứu hệ thống phanh ô tô ở Việt Nam 37

Chương 2 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG PHANH THEO TIÊU CHUẨN ECE

R13 39

2.1 Các thông số cơ bản: 39

2.2 Các phương án bố trí dẫn động phanh 39

2.3 Tính toán hệ thống phanh 39

2.3.1 Tính toán động lực học 40

2.3.2 Đánh giá hệ thống theo ECE R13 47

Chương 3 KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ THEO TIÊU CHUẨN ECE R13 53

3.1 Tính toán cho xe TOYOTA INOVA 53

3.1.1 Các thông số kỹ thuật của xe: 53

3.1.2 Tính toán động lực học phanh ô tô 53

3.1.3 Đánh giá hệ thống phanh theo tiêu chuẩn ECE R13 63

3.2 Tính toán cho xe HYUNDAI HD250 65

3.2.1 Các thông số kỹ thuật của xe: 65

3.2.2 Tính toán động lực học: 66

3.2.3 Đánh giá hệ thống phanh theo tiêu chuẩn ECE R13 76

Chương 4 QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ THEO TIÊU CHUẨN ECE R13 79

4.1 Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán 80

4.2 Quá trình phanh với sự phân chia tỷ lệ mô men phanh giữa cầu trước và cầu sau thay đổi 80

KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 94

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 13

Hình 1.2 Mối liên hệ giữa sự trượt bánh xe và hệ số bám 14

Hình 1.4 Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh trên đường bằng 17

Hình 1.5 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất

theo vận tốc ban đầu v1 và hệ số bám 

Hình 1.8 Sơ đồ để xác định độ lệch của ô tô khi phanh 29

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán phản lực lên các cầu ô tô 41

Hình 2.3 Sơ đồ tính toán phản lực lên các cầu đoàn xe 42

Hình 2.4 Quan hệ giữa lực phanh lý tưởng Fи, lực phanh thực

F và lực phanh cực đại F với gia tốc tương đối

45

Hình 2.6 Đồ thị mô tả quy định tiêu chuẩn ECE R13 50

Hình 3.1 Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh 54

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh tang trống 59

Hình 3.4 Đồ thị quan hệ giữa lực phanh lý tưởng и, lực phanh

thực và lực phanh cực đại với gia tốc tương đối khi ô tô không tải

61

Hình 3.5 Đồ thị phân bố lực phanh riêng khi xe không tải 61

Hình 3.6 Đồ thị quan hệ giữa lực phanh lý tưởng и, lực phanh

thực và lực phanh cực đại với gia tốc tương đối

62

khi ô tô đầy tải

Hình 3.7 Đồ thị phân bố lực phanh riêng khi xe đầy tải 62

Hình3.8 Đồ thị đường cong hệ số bám hiệu dụng ki theo gia

tốc tương đối với hệ số tỷ lệ lực phanh tác dụng lên các cầu xe không thay đổi

65

Hình 3.9 Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh 66

Hình 3.10 Sơ đồ phanh tang trống kiểu “Simplex” với cam ép 72

Hình 3.11 Đồ thị quan hệ giữa lực phanh lý tưởng и, lực phanh

thực và lực phanh cực đại với gia tốc tương đối khi ô tô không tải

74

Hình 3.12 Đồ thị phân bố lực phanh riêng khi xe không tải 74

Hình 3.13 Đồ thị quan hệ giữa lực phanh lý tưởng и, lực phanh

thực và lực phanh cực đại với gia tốc tương đối khi ô tô đầy tải

75

Hình 3.14 Đồ thị phân bố lực phanh riêng khi xe không tải 75

Hình 3.15 Đồ thị đường cong hệ số bám hiệu dụng ki theo gia

tốc tương đối với hệ số tỷ lệ lực phanh tác dụng lên các cầu xe không thay đổi

78

Hình 4.3 Đặc tính đàn hồi tĩnh của nhíp sau ôtô MAZ loại 6 x 4 84

Hình 4.4 Đồ thị quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lượng bám

cầu trước và cụm cầu sau của ôtô không tải với hệ số lực phanh trong trường hợp tỷ lệ lực phanh giữa các cầu được điều chỉnh

89

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn phanh dùng cho kiểm tra phanh định kỳ

trên đường của Nga

30

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn phanh dùng cho kiểm tra phanh định kỳ

trên đường của Việt Nam

31

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn phanh chính của Châu Âu và Liên hiệp

quốc (ứng với ô tô đầy tải)

Bảng 2.1 Vùng biến thiên hệ số mà trong đó k1( ) phải lớn

hơn k2( ) đối với các loại phương tiện

52

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Inova 53

Bảng 3.2 Các thông số tính toán của xe Toyota Inova 54

Bảng 3.3 Các số liệu tính toán động lực học phanh ô tô với phân

bố lực phanh lý tưởng xe Toyota Inova

56

Bảng 3.4 Số liệu tính toán Lực phanh cực đại xe Toyota Inova 57

Bảng 3.5 Số liệu tính toán Lực phanh riêng cực đại trên các cầu

trước và sau xe Toyota Inova

58

Bảng 3.6 Số liệu tính toán hệ số bám hiệu dụng trong trường

hợp không có điều hoà lực phanh giữa các cầu xe Toyota Inova

64

Bảng 3.7 Các thông số kỹ thuật của xe Hyundai HD250 66

Bảng 3.8 Các thông số tính toán của xe Hyundai HD250 67

Bảng 3.9 Các số liệu tính toán động lực học phanh ô tô với phân

bố lực phanh lý tưởng xe Hyundai HD250

trước và sau xe Hyundai HD250

Bảng 4.1 Kết quả tính toán xác định các thông số theo hệ số lực

phanh trong trường hợp có điều chỉnh tỷ lệ lực phanh giữa các cầu

88

an toàn và kinh tế

Theo thống kê của Cục Đăng kiểm Việt Nam đến 31/12/2012 cả nước có 1.539.142 ô tô các loại Trung bình mỗi tháng số lượng xe tăng lên khoảng 15.000 chiếc [1]

Mật độ ô tô tham gia giao thông ngày càng lớn và tốc độ chuyển động cho phép ngày càng cao, trong khi hạ tầng giao thông chưa theo kịp sự gia tăng các phương tiện giao thông đường bộ Điều này đặt ra vấn đề cấp thiết hàng đầu về việc quản lý, sử dụng xe và an toàn giao thông trên đường

Theo thống kê bình quân mỗi năm xảy ra trên 20.000 vụ tai nạn giao thông làm chết hơn 10.000 người và hàng chục nghìn người bị thương[9]

Trong các nguyên nhân gây tai nạn giao thông đường bộ thì: 60 - 70% do con người gây ra; 20- 30%

do đường sá; 10 -15% do hư hỏng máy móc và trục trặc kỹ thuật Trong 10 - 15%

do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các hệ thống trên ôtô gây nên được thống kê như sau[9]:

kế liên tục đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu và phát triển để cải tiến, hoàn thiện

hệ thống phanh Tất cả đều hướng tới mục tiêu tăng hiệu quả phanh và tính ổn định

hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc của hệ thống, qua đó đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả khai thác phương tiện

So với nền công nghiệp ô tô thế giới thì nền công nghiệp ô tô ở Việt Nam

còn khá non trẻ, đang ở những bước đi đầu tiên Việc nghiên cứu về hệ thống phanh

là vấn đề đang được đặt ra, phát triển nhằm nâng cao tính an toàn của phương tiện Xuất phát từ những lý do trên đề tài: “Nghiên cứu phương pháp đánh giá đánh giá hiệu quả phanh trong quá trình thiết kế” được tôi chọn làm luận văn tốt nghiệp

2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Luận văn sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết để xác định các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ô tô trong quá trình thiết kế nhằm giúp các nhà thiết kế hoàn thiện hệ thống phanh trước khi đưa vào sản xuất

3 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu, đưa ra phương pháp tính toán, đánh giá hiệu quả phanh ô tô trong quá trình thiết kế

4 Phương pháp nghiên cứu

- Trên cơ sở lý thuyết về phanh ô tô và Tiêu chuẩn ECE R13, xây dựng phương pháp tính toán khảo sát và đánh giá hệ thống phanh Xây dựng quy trình thiết kế hệ thống phanh đáp ứng tiêu chuẩn ECE

- Kiểm nghiệm, tính toán trên một số xe cụ thể

5 Cấu trúc luận văn gồm các phần sau

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về hệ thống phanh trên ô tô;

Chương 2 Phương pháp đánh giá hệ thống phanh theo tiêu Tiêu chuẩn (TC) ECE R13

Chương 3 Khảo sát đánh giá hệ thống phanh ô tô theo TC ECE R13

Chương 4 Quy trình thiết kế hệ thống phanh ô tô theo TC ECE R13

Kết luận

Chương I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1.1 Công dụng

Hệ thống phanh trên ô tô được sử dụng để giảm tốc độ của xe đến một tốc độ nào đó hoặc dừng hẳn ở một vị trí nhất định Ngoài ra hệ thống phanh có thể giữ cho ô tô dừng được ở trên đoạn đường dốc Thông thường quá trình phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên trên xe, như vậy động năng chuyển động của xe biến thành nhiệt năng của cơ cấu ma sát và được truyền ra môi trường xung quanh

Phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất, nó đảm bảo cho ô tô chạy

an toàn ở mọi tốc độ, đặc biệt là ở tốc độ cao, do đó nâng cao được năng suất vận chuyển và vận tốc trung bình của ôtô

1.1.2 Phân loại

a) Theo đặc điểm điều khiển

- Phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động;

- Phanh phụ (phanh tay), dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng;

- Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ) dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc dài…)

b) Theo cơ cấu phanh

- Phanh tang trống (Phanh guốc)

- Hệ thống phanh dẫn động khí nén

- Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: cơ khí, thủy lực, khí nén

- Hệ thống phanh dẫn động điện từ

d) Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh

Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ô

tô khi phanh do vật trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:

- Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh);

- Bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh có ABS);

Trên hệ thống phanh có ABS còn có thể bố trí các liên hợp điều chỉnh: hạn chế trượt quay, ổn định động học ô tô…nhằm hoàn thiện khả năng cơ động, ổn định của

ô tô khi không điều khiển phanh

1.1.3 Yêu cầu đối với hệ thống phanh

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm;

- Phanh êm dịu, bảo đảm sự ổn định của ô tô khi phanh trong mọi trường hợp;

- Điều khiển nhẹ nhàng (lực tác động nhỏ) và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người;

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh

- Phân bố mô men phanh hợp lý để tận dụng tối đa trọng lượng bám tại các bánh xe và không xảy ra hiện tượng trượt lết khi phanh;

- Không có hiện tượng tự xiết;

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt; duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng;

- Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài kể cả trên nền đường dốc

- Đảm bảo sự tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng

1.2 Lý thuyết quá trình phanh ô tô

1.2.1 Lực phanh sinh ra ở bánh xe

Để thực hiện phanh, người lái ngắt ly hợp để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực đồng thời tác động lên bàn đạp phanh để hãm bánh xe lại

Hình 1.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh[2]

Khi tác động lên bàn đạp phanh thì cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát còn gọi là mô men phanh Mp làm giảm tốc độ quay của bánh xe hoặc ngừng quay Lúc

đó ở bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược chiều với chiều chuyển động Phản lực Pp còn gọi là lực phanh và được xác định theo biểu thức:

Trong đó rb – bán kính động lực của bánh xe

Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường nghĩa là:

- : là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường

- Zb: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe,

- Ppmax: Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường;

- Lực bám giữa bánh xe với mặt đường

Khi phanh thì bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần do đó trên bánh xe sẽ

có mô men quán tính Mjb tác dụng, mô men này cùng với chiều chuyển động của

bánh xe; ngoài ra còn có mô men cản lăn Mf tác dụng, mô men này ngược với chiều chuyển động và có tác dụng hãm bánh xe lại Như vậy trong khi phanh bánh xe lực hãm tổng cộng Ppo sẽ là:

Trên thực tế Mf và Mjb ảnh hưởng không đáng kể , do đó khi tính toán chỉ tính theo mô men phanh

Trong quá trình phanh ô tô, mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên, đến một mức nào đó sẽ dẫn đến sự trượt lê bánh xe Khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì hệ số bám có giá trị thấp nhất (xem đồ thị hình 1.2) nên khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đường là nhỏ nhất, dẫn tới hiệu quả phanh thấp nhất Không những thế, nếu các bánh xe trước bị trượt lê sẽ làm mất tính dẫn hướng khi phanh, còn nếu các bánh xe sau bị trượt lê sẽ làm mất tính ổn định khi phanh

Hình 1.2 Mối liên hệ giữa sự trượt bánh xe và hệ số bám[2]

Vì vậy để tránh hiện tượng trượt lê hoàn toàn bánh xe (tức là để bánh xe không

bị hãm cứng khi phanh) thì trên ô tô hiện đại có bộ phận chống hãm cứng bánh xe khi phanh

Từ biểu thức 1.2 thấy rằng muốn có lực phanh lớn không những cần có hệ số bám  có giá trị cao mà còn phải có phản lực pháp tuyến Zb lớn Cũng vì vậy để sử

dụng hết trọng lượng bám của ô tô cần phải bố trí cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe của ô tô

1.2.2 Các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình phanh

Hình 1.3 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh[2]

Khi ôtô đang chuyển động xuống dốc mà ta thực hiện quá trình phanh thì nó

sẽ chịu các lực tác dụng (hình 1.3) trong đó ta có:

G - trọng lượng của ôtô (N);

Pf – Lực cản lăn của bánh xe ôtô (Pf1, Pf2) (N);

Pp – Lực phanh sinh ra ở bánh ôtô (Pp1, Pp2) (N);

Pj – Lực quán tính của ôtô sinh ra trong quá trình phanh, có chiều cùng với chiều chuyển động của ôtô (N);

Pa – Lực cản dốc (chính là thành phần Gsinα chiếu xuống mặt đường) (N);

Z1, Z2 – Phản lực thẳng góc từ mặt đường lên các bánh trước và sau của ôtô (N);

v - Vận tốc chuyển động của ôtô (m/s);

L, a – là các thông số xác định kích thước và tọa độ trọng tâm của ôtô

h - là tọa độ trọng tâm của ô tô so với mặt đường

Pw - lực cản không khí (không đáng kể bỏ qua trong quá trình tính toán)

Pη – lực sản sinh ra do ma sát trong hệ thống truyền động của xe

Các giá trị trên được xác định như sau:

Tổng lực phanh Pp sẽ là :

Pp = Pp1+Pp2 (1.4)

- Lực cản không khí :

Trong đó : K là hệ số cản không khí

F là diện tích chính diện của ô tô

v: là vận tốc bắt đầu phanh

Lực quán tính của ôtô :

̈ Trong đó :

̈ - Là đạo hàm bậc hai của quãng đường dịch chuyển của ô tô theo thời gian;

J – Gia tốc phanh ôtô, m/s2;

G – Trọng lượng của ôtô, N;

- Hệ số quy đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều của ôtô;

g - gia tốc trọng trường ( g = 9.81(m/s2))

- Lực cản dốc Pα được tính như sau:

Pα = G.sinα

Trong đó : α là độ dốc của mặt đường

- Lực cản lăn tổng cộng Pf được tính như sau :

Pf = f( Z1 + Z2 ) (1.6)

Ta coi hệ số cản lăn là như nhau: f1 = f2 =f

- Chiếu các lực tác dụng vào ôtô khi phanh lên bề mặt nghiêng của đường ta

có phương trình cân bằng lực khi phanh như sau:

Trong quá trình phanh ô tô, động năng hoặc thế năng (khi ô tô chuyển động xuống dốc) của xe bị tiêu hao cho ma sát giữa trống phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đường cũng như để khắc phục sức cản lăn, sức cản không khí, ma sát trong hệ

thống truyền lực, ma sát trong động cơ Năng lượng tiêu hao trong quá trình phanh phụ thuộc vào chế độ phanh của xe

Mô men phanh càng tăng thì cơ năng biến thành nhiệt năng giữa trống phanh

và má phanh cũng như sự trượt lê giữa lốp và mặt đường càng tăng, còn năng lượng

để khắc phục các sức cản khác tương đối nhỏ Khi bánh xe bị hãm hoàn toàn thì công ma sát giữa trống phanh và má phanh cũng như sự cản lăn hoàn toàn không còn nữa, tất cả hầu như bị biến thành nhiệt ở khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường Sự trượt lê sẽ làm giảm hiệu quả phanh, tăng độ mài mòn lốp, tăng độ trượt dọc và ảnh hưởng xấu đến ổn định ngang của xe

1.3 Hiệu quả phanh ô tô

1.3.1 Điều kiện đảm bảo phanh tối ƣu

- Đối với ô tô hệ thống phanh được lắp trên tất cả các bánh xe Trọng lượng phân bố trên các cầu thường không như nhau, trong khi hệ số bám của các bánh xe như nhau, do đó cần phải phân bố lực phanh trên các bánh xe cho hợp lý thì hệ thống phanh mới phát huy hiệu quả tốt

Trên hình 1.4 biểu diễn lực tác dụng lên ôtô khi phanh, bao gồm: trọng lượng ôtô G đặt tại trọng tâm, lực cản lăn Pf1 vàPf2 ở các bánh xe trước và sau, phản lực pháp tuyến Z1 và Z2 tác dụng lên cầu trước và sau, lực phanh Pp1 và Pp2 ở các bánh trước và sau, lực cản không khí Pw, lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần

Hình 1.4 Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh [2]

Lực phanh Pp1 và Pp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và ngược với chiều chuyển động của ô tô

Lực quán tính Pj được xác định theo biểu thức sau:

Ở đây: - g: Gia tốc trọng trường - jp: Gia tốc chậm dần khi phanh Khi phanh thì lực cản không khí Pw và lực cản lăn Pf1 vàPf2 không đáng kể có thể bỏ qua Sự bỏ qua này chỉ gây sai số từ khoảng 1.5 - 2% Bằng cách lập phương trình cân bằng mô men của các lực tác dụng lên ôtô với các điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường A và B, ta xác định được các phản lực:

Ở đây: - a, b, hg: tọa động trọng tâm ô tô; - L: chiều dài cơ sở ô tô Thay giá trị Pj từ công thức 1.8 vào 1.9 ta có: ( *

( *

Để sử dụng hết trọng lượng bám ô tô thì cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe trước và sau và lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là:

Sự phanh có hiệu quả nhất là khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong quá trình phanh lại thay đổi do có lực quán tính Pj tác dụng

Trong trường hợp phanh có hiệu quả nhất thì tỉ số giữa lực phanh ở các bánh

xe trước và sau sẽ là:

Thay các biểu thức (1.9) vào (1.12) ta được :

Trong quá trình phanh, có thể bỏ qua lực cản lăn Do đó có thể viết :

và (1.14) Thay Pjmax vào (1.13) ta có:

Biểu thức (1.15) là điều kiện đảm bảo sự phanh có hiệu quả nhất Nghĩa là muốn phanh hiệu đạt quả nhất (quãng đường phanh nhỏ nhất hoặc gia tốc phanh lớn nhất trong thời gian phanh nhỏ nhất) thì quá trình phanh quan hệ giữa lực phanh ở các bánh xe trước Pp1 và ở các bánh xe sau Pp2 phải luôn thỏa mãn biểu thức (1.15) Trong điều kiện sử dụng của ôtô tọa độ trọng tâm luôn thay đổi do chất tải khác nhau và hệ số bám cũng thay đổi khi chạy trên các loại đường khác nhau Do

đó tỉ số Pp1/Pp2 luôn thay đổi trong điều kiện sử dụng Trong điều kiện như vậy, muốn thỏa mãn điều kiện (1.15) thì phải thay đổi được mô men phanh Mp1 và Mp2trên các bánh xe trước và sau Để thay đổi mô men phanh có thể thay đổi áp suất dầu hoặc áp suất khí nén dẫn đến các xy lanh phanh bánh xe hoặc dẫn đến bầu phanh (phanh khí) Trên các ô tô hiện đại thường lắp bộ điều hòa lực phanh hoặc bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh Các cơ cấu này sẽ tự động điều chỉnh lực

phanh ở các bánh xe bằng cách thay đổi quan hệ áp suất dẫn động ra cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau

1.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh [2]

Để đánh giá hiệu quả của quá trình phanh ôtô có thể sử dụng các chỉ tiêu sau: quãng đường phanh nhỏ nhất Smin, gia tốc chậm dần lớn nhất jmax, thời gian phanh nhỏ nhất tmin và lực phanh riêng

Các chỉ tiêu trên được xác định trong điều kiện phanh ô tô không kéo rơmooc

và ngắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực

a) Gia tốc chậm dần khi phanh

Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh ô tô Khi phân tích các lực tác dụng lên ô tô, có thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ô tô như sau:

Pj = Pp + Pf + Pw + P Pi (1.16)

Trong đó:

- Pj: lực quán tính sinh ra khi phanh ô tô;

- Pp: lực phanh sinh ra ở các bánh xe;

- Pf: Lực cản lăn;

- Pw: Lực cản không khí;

- P : Lực để thắng tiêu hao ma sát cơ khí;

- Pi: Lực cản lên dốc Khi trên đường nằm ngang thì Pi=0

Trong đó: - hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực

Khi phanh trên đường nằm ngang ( ):

Từ các công thức trên thấy, để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần giảm hệ

số Vì vậy khi phanh đột ngột, người lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực nhằm giảm và tăng

Gia tốc phanh cực đại phụ thuộc vào hệ số bám giữa lốp và mặt đường Giá trị của hệ số bám phụ thuộc vào kết cấu lốp, tình trạng mặt đường Trên đường nhựa tốt Nếu coi và g = 10m/s2 thì gia tốc phanh cực đại trên đường nhựa tốt có thể đạt trị số

b) Thời gian phanh

Là thời gian tính từ lúc người lái xe nhìn thấy chướng ngại vật đến lúc ô tô dừng lại Thời gian phanh cũng là một chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt

Từ biểu thức (1.14) ta có:

ta có thể viết:

Để xác định thời gian nhỏ nhất cần tích phân dt trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc ban đầu v1 tới thời điểm ứng với vận tốc v2 ở cuối quá trình phanh

∫

Khi phanh ô tô đến lúc dừng hẳn thì v2 = 0, do đó:

Trong đó: v1 – vận tốc của ô tô ứng với thời điểm bắt đầu phanh

Từ biểu thức trên ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất tmin phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh của ô tô, phụ thuộc vào hệ số δi và hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường Để thời gian phanh nhỏ cần phải giảm δi

c) Quãng đường phanh

Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh của ô tô Vì vậy trong tính năng kỹ thuật của ô tô, các nhà chế tạo thường cho biết quãng đường phanh của ô tô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định

So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có thể nhận thức được một cách trực quan và dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xử lý tốt trong khi phanh ô tô trên đường

Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất, có thể sử dụng biểu thức (1.18) bằng cách nhân hai vế với dS (dS là vi phân của quãng đường), ta có:

Hay là:

Quãng đường phanh nhỏ nhất được xác định bằng cách tích phân dS trong giới hạn từ thời điểm bắt đầu phanh v1 đến thời điểm ứng với vận tốc cuối quá trình phanh v2 ta có:

∫

Khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn v2 = 0:

Theo công thức 1.18; 1.19; 1.22 thì jpmax, tmin, Smin phụ thuộc vào hệ số bám

, nhưng phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bánh xe nên gia tốc chậm dần, thời

gian phanh và quãng đường phanh có phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ G của ô tô

Để hình dung rõ sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo vận tốc

bắt đầu phanh v1 và theo giá trị hệ số bám ta có thể quan sát đồ thị hình 1.5

Hình 1.5 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất

theo vận tốc ban đầu v1 và hệ số bám 

Từ đồ thị thấy rằng ở vận tốc phanh ban đầu càng cao thì quãng đường phanh

S càng lớn vì quãng đường phanh phụ thuộc vào bình phương của tốc độ v1; hệ số

bám φ càng cao thì quãng đường phanh S càng giảm

d) Lực phanh và lực phanh riêng

Lực phanh và lực phanh riêng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh và

thường được sử dụng khi thử phanh trên bệ thử

Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ô tô được xác định theo công thức:

Ở đây:

- Pp: Lực phanh ô tô;

- Mp: Mô men phanh của các cơ cấu phanh;

- rb : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của xe, nghĩa là:

Lực phanh riêng cực đại sẽ ứng với khi lực phanh cực đại:

Từ biểu thức 1.25 ta thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng hệ số bám

Như vậy về lý thuyết mà nói, trên mặt đường nhựa khô nằm ngang, lực phanh riêng cực đại có thể đạt giá trị 75 – 85% Trong thực tế giá trị đạt được thấp hơn nhiều, chỉ trong khoảng 45 – 65%

Khi đánh giá chất lượng phanh của ô tô có thể sử dụng một trong bốn chỉ tiêu trên Trong đó quãng đường phanh là đặc trưng nhất, có ý nghĩa nhất, vì nó cho phép người lái hình dung được vị trí xe dừng trước một chướng ngại vật mà họ phải

xử lý để khỏi xảy ra tai nạn khi người lái xe phanh ở vận tốc nào đấy Do đó, chỉ tiêu này thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả tác động của phanh Lực phanh

và lực phanh riêng thuận lợi khi đánh giá chất lượng phanh trên bệ thử

1.3.3 Giản đồ phanh và chỉ tiêu phanh thực tế

Ở các công thức 1.18; 1.19; 1.22 được chứng minh ở trên để xác định gia tốc chậm dần, thời gian phanh và quãng đường phanh mang tính chất lý thuyết, tức là trong điều kiện lý tưởng, nghĩa là khi phanh thì áp suất chất lỏng (hoặc khí nén) có giá trị cực đại ngay tại thời điểm bắt đầu phanh và thời gian phản ứng của người lái

xe không kể đến

Để xác định quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh Pp sinh ra ở bánh xe (hoặc

mô men phanh Mp) với thời gian t Đồ thị này được gọi là giản đồ phanh (hình 1.6)

Giản đồ phanh nhận được bằng thực nghiệm và qua giản đồ phanh có thể phân tích được bản chất của quá trình phanh

Giản đồ phanh là quan hệ của lực phanh Pp với thời gian t, hay cũng là quan

hệ của gia tốc chậm dần j với thời gian t

Điểm O trên hình 1.6 ứng với lúc người lái nhìn thấy chướng ngại vật ở phía trước và nhận thức được cần phải phanh

Hình 1.6 Giản đồ phanh

t1- thời gian phản xạ của người lái tức là từ lúc thấy được chướng ngại vật cho đến lúc lực tác dụng vào bàn đạp phanh, thời gian này phụ thuộc vào trình độ của người lái Thời gian t1 thường nằm trong giới hạn từ 0,3 – 0,8 s

t2 – thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh, tức là từ lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào trống phanh Thời gian này đối với phanh dầu t2 = 0,03s và đối với phanh khí t2 = 0,3s

t3 – thời gian tăng (biến thiên) lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần Thời gian này đối với phanh dầu t3 = 0,2s và đối với phanh khí t3 = 0,5 - 1s

t4 – thời gian phanh hoàn toàn ứng với lực phanh cực đại Thời gian này được xác định theo công thức 1.19 Trong thời gian này lực phanh Pp hoặc gia tốc chậm dần j có giá trị không đổi

t5 – thời gian nhả phanh, lực phanh giảm đến 0 Thời gian này có giá trị t5 = 0,2s đối với phanh dầu và t5 = 1,5 - 2s đối với phanh khí

Khi ô tô dừng hoàn toàn rồi mới nhả phanh thì thời gian t5 không ảnh hưởng

gì tới quãng đường phanh nhỏ nhất Như vậy quá trình phanh kể từ khi người lái nhận được tín hiệu đến khi ô tô dừng hẳn kéo dài trong thời gian t như sau:

t = t1 + t2 + t3 + t4 (1.26)

Từ giản đồ phanh ta thấy rằng thời gian t1 và t2 lực phanh hoặc gia tốc chậm dần bằng không Lực phanh và gia tốc chậm dần bắt đầu tăng lên từ thời điểm A là điểm khởi đầu của thời gian t3, cuối thời gian t3 lực phanh và gia tốc chậm dần có giá trị cực đại và giữ không đổi trong suốt thời gian t4, cuối thời gian t4 thì lực phanh và gia tốc chậm dần giảm và hết thời gian t5 thì chúng có giá trị bằng không Nếu kể đến thời gian chậm tác dụng t2 của dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế tính từ khi tác dụng lên bàn đạp phanh cho đến khi ô tô dừng hẳn được xác định theo công thức sau:

Ở đây ks: hệ số hiệu đính quãng đường phanh, xác định bằng thực nghiệm; đối với xe du lịch ks = 1,1 – 1,2; đối với xe tải và xe khách ks = 1,4 – 1,6

S: Quãng đường phanh thực tế

Trong quá trình sử dụng thực tế do má phanh bị mòn và do điều chỉnh phanh không đúng sẽ làm cho quãng đường phanh lớn hơn và gia tốc chậm dần khi phanh giảm đi 10 – 15% so với khi phanh còn mới và điều chỉnh đúng

1.3.4 Ổn định hướng của ô tô khi phanh

Trong quá trình phanh ô tô thì trục dọc của ô tô có thể bị lệch đi một góc β so với hướng của quỹ đạo đang chuyển động Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải và bên trái không đồng đều nhau tạo thành mô men quay vòng Mq quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ô tô (Hình 1.7) Khi phanh mà ô tô bị lệch đi 1 góc quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến an toàn chuyển động trên đường Vậy tính ổn định hướng của ô tô khi phanh là khả năng ô tô giữ được quỹ đạo chuyển động theo ý muốn ban đầu của người lái xe trong quá trình phanh

Giả sử ô tô đang chuyển động theo hướng trục X, nhưng sau khi phanh thì trục dọc ô tô bị lệch đi một góc β so với hướng của trục Y Trong khi phanh thì ở các bánh xe bên phải có các lực phanh Fp.ph1 ở trục trước và Fp.ph2 ở trục sau, còn các bánh xe bên trái có các lực phanh Fp.tr1 ở trục trước và Fp.tr2 ở trục sau

Tổng các lực phanh ở bánh xe bên phải là:

Fp.ph = Fp.ph1 + Fp.ph2 (1.28)

Hình 1.7 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên khi phanh mà bị quay ngang

Tổng các lực phanh ở bánh xe bên trái là:

Fp.tr = Fp.tr1 + Fp.tr2 (1.29) Giả sử rằng Fp.ph > Fp.tr lúc đó ô tô sẽ quay theo hướng mũi tên trên hình vẽ, quay quanh trọng tâm A của ô tô

Moment quay vòng Mq được xác định theo biểu thức:

( )

Trong đó B là chiều rộng cơ sở của ô tô

Do có sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho nên khi xuất hiện của mô men quay vòng Mq thì ở các bánh xe của trục trước sẽ có phản lực Ry1 tác dụng từ mặt đường theo phương ngang và ở các bánh xe sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng

Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm A được viết dưới dạng sau:

̈

Iz Mô men quán tính của ô tô quanh trục Z đi qua trọng tâm A

Vì ô tô đã bị xoay đi một góc nghĩa là mô men quay vòng Mq lớn hơn nhiều so với mô men do các lực tác dụng Ry1 và Ry2 sinh ra, cho nên để đơn giản cho tính toán có thể bỏ qua các lực Ry1 và Ry2 lúc đó phương trình 1.31 có dạng

̈ hoặc:

̈ Lấy tích phân hai lần phương trình trên ta được:

Để tìm giá trị của C ta sử dụng điều kiện ban đầu khi t = 0 thì β = 0, ⇒C = 0

( *

1.3.5 Các chỉ tiêu để đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh

Để đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh người ta dùng một trong các chỉ tiêu sau: Góc lệch khi phanh, độ lệch khi phanh, hành lang cho phép, hệ số không đồng đều lực phanh

Góc lệch β của ô tô khi phanh, góc này được xác định về mặt lý thuyết theo công thức:

( *

Độ lệch của ô tô khi phanh

Giả sử rằng ô tô đang chạy trong hành lang có chiều rộng T và trục dọc của ô

tô trùng với trục dọc của hành lang (Hình 1.8) Lúc bắt đầu phanh, trọng tâm của ô

tô ở vị trí O, cuối quá trình phanh trọng tâm đó di chuyển đến O’ nằm cách xa mặt phẳng dọc trung tuyến của ô tô trước khi phanh một khoảng cách Y và trục dọc của

ô tô bị lệch đi một góc β Điểm A là điểm xa nhất của ô tô ở cuối quá trình phanh so với mặt phẳng dọc trung tuyến của ô tô lúc bắt đầu phanh Đoạn AN là độ lệch của

ô tô khi phanh

Hình 1.8 Sơ đồ để xác định độ lệch của ô tô khi phanh

Ta thấy rằng: n = AE.sinβ + O’E.cosβ

Như vậy:

Trong đó: Y - độ lệch của trọng tâm ô tô cuối quá trình phanh

l – khoảng cách từ trọng tâm đến mép ngang ngoài cùng trước xe B’ – chiều rộng của ô tô

- Hành lang cho phép, đây là bề rộng T của đường mà trong quá trình phanh thì ô tô không được phép vượt ra ngoài ở cuối quá trình phanh

AN < T/2

- Hệ số không đồng đều lực phanh Kđ Hệ số này được đánh giá riêng cho từng trục của ô tô, nó bằng độ chênh lệch của lực phanh ở phía bên phải và bên trái của trục chia cho lực phanh lớn nhất tác dụng ở trục này

Trong đó: Pmax – lực phanh lớn nhất ở một phía nào đó trên trục được đo

Pmin – lực phanh nhỏ nhất ở một phía nào đó trên trục được đo

1.4 Các tiêu chuẩn về hiệu quả phanh ô tô

1.4.1 Tiêu chuẩn phanh dùng cho kiểm tra phanh định kỳ trên đường

a) Tiêu chuẩn của Nga

Theo tiêu chuẩn GOST 25478 – 82 khi thử phanh trên mặt đường, tốc độ quy định lúc bắt đầu phanh là 40 km/h và xe ở trạng thái không tải trên đường nhựa khô,

Ô tô SX sau ngày 01/01/1981

Ô tô SX trước ngày 01/01/1981

Ô tô SX sau ngày 01/01/1981

Ô tô tải với khối

lượng toàn tải

3,5 – 12 tấn 18.4 17.3 5.7 5.7

b) Tiêu chuẩn của Việt Nam

Tiêu chuẩn hiệu quả phanh được Ban hành kèm theo Thông tư số BGTVT ngày 24/06/2009 của Bộ Giao thông vận tải Quy định về kiểm tra an toàn

10/2009/TT-kỹ thuật và bảo vệ môi trường phương tiện giao thông cơ giới đường bộ:

Kiểm tra quãng đường phanh hoặc gia tốc chậm dần khi phanh và độ lệch quỹ đạo chuyển động Thử phanh xe không tải ở vận tốc 30 km/h trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng bằng phẳng, khô, có hệ số bám không nhỏ hơn 0,6 Ngắt động cơ khỏi hệ truyền lực, đạp phanh đều hết hành trình và giữ bàn đạp phanh tới khi xe dừng hẳn Quan sát và ghi nhận quãng đường phanh Sp hoặc dùng thiết bị đo gia tốc phanh lớn nhất jmax

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn phanh dùng cho kiểm tra phanh định kỳ trên đường của

Việt Nam

Loại ô tô Quãng đường phanh Skhông lớn hơn (m) p

Gia tốc chậm dần cực đại jmax không nhỏ hơn (m/s2

)

Ô tô con, kể cả ô tô con chuyên dùng có

số chỗ (kể cả người lái) đến 9 chỗ 7.2 5.8

Ô tô tải; ô tô chuyên dùng có trọng

lượng toàn bộ không lớn hơn 8.000 kG;

ô tô chở người có số chỗ (kể cả người

lái) trên 9 chỗ và có tổng chiều dài

không lớn hơn 7,5 m

Ô tô tải; ô tô chuyên dùng có trọng

lượng toàn bộ lớn hơn 8.000 kG; ô tô

chở người có số chỗ (kể cả người lái)

trên 9 chỗ và có tổng chiều dài lớn hơn

7,5 m

Khi phanh quỹ đạo chuyển động của xe không lệch quá 8o

so với phương chuyển động ban đầu và xe không lệch khỏi hành lang phanh 3,5m;

1.4.2 Tiêu chuẩn phanh dùng cho nghiên cứu, thiết kế chế tạo ô tô

Tiêu chuẩn hiệu quả phanh ở phần a và b mục 1.4.1 chỉ sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm mục đích cho phép ô tô lưu hành trên đường để đảm bảo an toàn chuyển động Đối với các cơ sở nghiên cứu, thiết kế chế tạo ô tô thì tiêu chuẩn kiểm tra phanh (thử phanh) còn nghiêm ngặt hơn nhiều

a) Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh chính của Châu Âu và Liên hiệp quốc

Tiêu chuẩn của Châu Âu và Liên hiệp quốc, TCVN 6919-2001 về vần đề thử phanh khi nghiên cứu thiết kế và chế tạo phải đảm bảo các nội dung và chỉ tiêu sau đây:

Về chế độ thử phải tiến hành ở loại 0, loại I và loại II

Thử 0: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanh còn nguội và thường được tiến hành cho 2 trường hợp: Động cơ được tách và không tách khỏi hệ thống truyền lực

Thử I: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanh đã làm việc nóng lên Dạng thử này bao gồm hai giai đoạn, giai đoạn thử sơ bộ để cho các cơ cấu phanh nóng lên sau đó đến giai đoạn thử chính để xác định hiệu quả phanh

Thử II: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi ô tô chuyển động xuống dốc dài

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn phanh chính của Châu Âu và Liên hiệp quốc (ứng với ô

tô đầy tải)[4]

Số

TT

Chủng loại ôtô

Tốc độ trước khi phanh V0, Km/h

Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ(N)(≤)

Dạng thử

Quãng đường phanh

Sp(m),()

Gia tốc chậm dần

ổn định

Jp (m/s 2 ),()

7,0 5,4 5,0

7,0 5,3 4,9

6,0 4,5 4,1

5,5 4,1 3,8

5,5 4,0 3,7

5,5 4,0 3,7

5,5 4,0 3,7

5,5 3,9 3,6

b) Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh theo ECE [4]

Bảng 1.4 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ECE-R13 khi phanh cắt động cơ

ECE-R13

Ô tô chở người Ô tô chở hàng

Ô tô con Ô tô buýt Ô tô tải

Kiểu thử: Cắt động cơ 0, I 0, I 0, I, II 0, I 0, I 0, I, II

Quãng đường phanh

(m) tối thiểu 93,3 64,4 64,4 95,7 54,0 38,3 Gia tốc chậm dần tối

Loại M - Ô tô chở người

M1 - Ô tô con chỉ dùng để chở người (đến 9 chỗ ngồi, kể cả người lái), có khối lượng toàn bộ 2,5 tấn

M2 – Ô tô chở khách (lớn hơn 9 chỗ ngồi đến khối lượng toàn bộ 5 tấn) M3 - Ô tô chở khách (lớn hơn 9 chỗ ngồi đến khối lượng toàn bộ 5 tấn) Loại N – Ô tô chở hàng

N1 – Khối lượng toàn bộ 3,5 tấn

N2 – Khối lượng toàn bộ 3,5 tấn đến 12 tấn

N3 – Khối lượng toàn bộ 12 tấn

Chỉ tiêu hiệu quả phanh được đánh giá theo các kiểu sau đây:

- Kiểu 0: Kiểm tra thông thường;

- Kiểu I: Kiểm tra phanh nhiều lần;

- Kiểu II: Kiểm tra phanh rà xuống dốc

Ngoài ra còn kiểm tra hiệu quả phanh khi bị hư hỏng trong hệ thống truyền lực

+ Kiểm tra phanh kiểu 0:

Chế độ kiểm tra thông thường theo hai trạng thái làm việc:

- Cắt khỏi động cơ ở vận tốc quy định;

- Nối liền động cơ, phanh nguội

Với các chế độ từ không tải tới đầy tải, theo các điều kiện:

- Nhiệt độ cơ cấu phanh nhỏ hơn 100oC

- Trên nền đường phẳng nằm ngang

Bảng 1.5 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ECE-R13 khi phanh nối động cơ

ECE-R13

Ô tô chở người Ô tô chở hàng

Ô tô con Ô tô buýt Ô tô tải

đúng quãng đường phanh

Quãng đường phanh 50,7 36,7 36,7 61,2 36,7 36,7 Gia tốc chậm dần trung

Lực bàn đạp max N

Thời gian chậm tác dụng

* Khi phanh xe trên đường quỹ đạo chuyển động của ô tô không lệch quá 8o

so với phương chuyển động thẳng và không bị lệch bên 3,5 m

1.5 Các đề tài đã thực hiện trong lĩnh vực nghiên cứu

Cho đến nay trên thế giới và trong nước đã có nhiều tác giả và nhiều công trình khoa học nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm quá trình làm việc của phanh ô

tô cũng như các biện pháp kết cấu, phương pháp tính toán và các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của hệ thống phanh

1.5.1 Điểm qua các tác giả và công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ô tô trên thế giới

Một trong số các nhà khoa học đã đặt nền móng cho việc nghiên cứu sâu và toàn diện hệ thống phanh ô tô là Viện sĩ E.A.Tru-Đa-Cốp Ông đã xây dựng phương pháp tính toán cơ cấu phanh, đánh giá hiệu quả làm việc cũng như các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của hệ thống phanh ô tô

Phát triển có hiệu quả các nghiên cứu của E.A.Tru-Đa-Cốp là Viện sĩ N.A Kha-Rin Ông đã nghiên cứu các phương pháp giải tích và đồ thị để tính toán cơ cấu phanh Trên cơ sở phân tích giản đồ phanh khi thừa nhận sự tăng tốc phanh theo quy luật tuyến tính, N.A Bu-Kha-Rin đã đưa ra công thức xác định quãng đường phanh có dạng:

Trong công thức trên cho thấy quãng đường phanh không những phụ thuộc vào vận tốc ban đầu khi phanh V0 và hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường  mà còn phụ thuộc vào các thông số t1, t2, t3 Các thông số thời gian này phụ thuộc vào kỹ năng của người lái xe và tình trạng kỹ thuật của dẫn động phanh

Giáo sư U.B.Bê-Len-Ki cũng đã có công trình nghiên cứu về sự tăng áp trong dẫn động phanh và đề xuất công thức tính quãng đường phanh S

Kế tục công trình nghiên cứu về dẫn động phanh của Giáo sư U.B.Bê-Len-Ki

là công trình nghiên cứu của Giáo sư –Tiến sĩ Mét-Lúc và các đồng nghiệp Trong công trình các tác giả thấy rằng quá trình lưu thông của dòng khí và chất lỏng qua các thiết bị là rất phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như kích thước đường ống, chất lượng lưu thông của dòng khí (dòng chất lỏng), mật độ và áp suất dòng khí (dòng chất lỏng)… Vì vậy tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén

và thuỷ lực gặp nhiều khó khăn do đó các tác giả đã đưa ra lý thuyết về sự tương đương giữa các đại lượng của mạch điện với mạch khí nén và thuỷ lực Từ đó cho phép sử dụng lý thuyết của mạch điện để ứng dụng cho việc phân tích và tính toán mạch dẫn động phanh khí nén và thuỷ lực

1.5.2 Tình hình nghiên cứu hệ thống phanh ô tô ở Việt Nam

Hiện nay ở nước ta vẫn chưa có nền công nghiệp sản xuất ô tô, tuy nhiên cũng

đã có một số hãng nước ngoài liên doanh chế tạo ô tô tại Việt Nam như BenZ, Toyota, Ford… nhưng các nhà máy này mới chỉ dừng lại ở việc lắp ráp cụm

Mercedes-có sẵn, được sản xuất từ nước ngoài

Những năm 19851986, để bước đầu đẩy mạnh áp dụng khoa học kỹ thuật vào lĩnh vực an toàn giao thông, Nhà nước đã có chương trình “nghiên cứu hiệu quả phanh của các phương tiện giao thông” Để hưởng ứng chương trình này, Giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn đã chủ trì đề tài mã số 34-06-02-06, “Nghiên cứu xác định hiệu quả phanh ô tô Việt Nam “ Đề tài đã đề xuất các chỉ tiêu cụ thể, các phương pháp xác định hiệu quả phanh cho các xe ô tô đang sử dụng ở nước ta Năm 1999 Phạm Hữu Nam cũng đã báo cáo luận án PTS khoa học–kỹ thuật về đề tài: “Nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu quả phanh ô tô”

Vấn đề bám của bánh xe với mặt đường trong các điều kiện sử dụng khác nhau

ở địa hình nước ta (cơ cấu phanh ở trạng thái khô và trạng thái ướt) cũng đã được trình bày trong một số công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề về cơ cấu phanh

Về vấn đề dẫn động phanh và sự ảnh hưởng của nó đến hiệu quả phanh cũng

đã được đề cập trong công trình nghiên cứu “ nâng cao hiệu quả dẫn động phanh khí

nén trên ô tô” Nội dung công trình đề cập đến việc xác lập vị trí tối ưu cho các cơ cấu tuỳ động trong hệ thống, kích thước hợp lý của đường ống nguồn, đường ống điều khiển, đường ống cung cấp

Ngoài ra hàng năm cũng có nhiều luận văn thạc sĩ, kỹ sư, các đề tài nghiên cứu khoa học trong nước đề cập đến việc nâng cao hiệu quả phanh theo các góc độ khác nhau Đặc biệt hiện nay vấn đề an toàn giao thông đang là vấn đề mà toàn xã hội đang quan tâm, thì việc nghiên cứu về chất lượng hệ thống phanh nhằm cũng cố, phát triển những cơ sở lý luận cần thiết trong thiết kế, tính toán và kiểm định hệ thống phanh cũng như tìm các giải pháp cải tạo, hoàn thiện hệ thống phanh theo các tiêu chuẩn quốc tế là một việc làm thường xuyên cần thiết nhằm đảm bảo an toàn giao thông và khả năng nâng cao tốc độ chuyển động trung bình của ô tô

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ

THEO TIÊU CHUẨN ECE R13 2.1 Các thông số cơ bản

Fc- Lực tác động lên bàn đạp phanh;

Fs- Lực tác động lên guốc phanh;

Mt- mô men phanh;

Fi- Lực phanh tại bánh xe;

 = F2/ F1 – hệ số phân bố lực phanh;

Ф = F 2/ F = /(1+) – hệ số tỷ lệ phân bố lực phanh lên cầu sau (2.2);

Ct = Ftp /Fs - chỉ số hiệu quả của cơ cấu phanh (2.3);

= j/g – gia tốc tương đối (khoảng biến thiên từ 0 đến 1) (2.4);

2.2 Các phương án bố trí dẫn động phanh

Hình 2.1 Các phương án chia dòng dẫn động phanh[6]

a) Kiểu “II”; b) kiểu “X”; c) kiểu “HI”; d) kiểu “LL”; e) kiểu “HH”

e)