Mô phỏng hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên ô tô con

Trên các xe ô tô con hiện đại thường dùng hệ thống phanh thủy lực dẫn động nhiều dòng độc lập cũng như được trang bị thêm các thiết bị, bộ phận, hệ thống hỗ nhằm tăng mức độ an toàn hiệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Mô phỏng hệ thống phanh dẫn động thủy

lực trên ô tô con

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn cao học tại Trường, cùng với

nỗ lực của bản thân là sự đồng hành và giúp đỡ tận tình của nhiều thầy cô giáo, nghiên cứu sinh, học viên cao học, các thế hệ kỹ sư, sinh viên trong và ngoài oi

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lời cảm ơn chân thành đến TS Trịnh Minh Hoàng và các thầy giáo tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng – Trường

Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, hướng dẫn và chỉ bảo cho em những kiến thức chuyên sâu về lĩnh vực nghiên cứu và luôn tạo điều kiện hết sức giúp đỡ

em và các học viên theo học hoàn thành luận văn này

Em xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp

đã luôn động viên, giúp đỡ em về mọi mặt trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài (nếu có) sẽ khảo sát và đánh giá hệ thống phanh trên thực tế, khảo sát hệ thống dẫn động phanh thủy lực có trang bị các hệ thống hỗ trợ như ABS, BA, EBD…

HỌC VIÊN

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHÊN CỨU 1

1.1 Tổng quan về hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên ô tô 1

1.1.1 Cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh dẫn động thủy lực 1

1.1.2 Các chi tiết chính của hệ thống phanh thủy lực [2, 3, 6] 5

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh [4] 9

1.2.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 9

1.2.2 Thời gian phanh 10

1.2.3 Quãng đường phanh 12

1.2.4 Lực phanh và lực phanh riêng 14

1.2.5 Góc lệch hướng của xe khi phanh 14

1.3 Tiêu chuẩn ECE R13 [20] 15

1.4 Những nghiên cứu đối với hệ thống phanh thủy lực 16

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 16

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 17

1.5 Mục tiêu của đề tài 19

1.6 Nội dung của đề tài 19

1.7 Phương pháp nghiên cứu 20

1.8 Đối tượng nghiên cứu 20

1.9 Giới hạn của đề tài 21

1.10 Kết luận chương 1 21

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC 23

2.1 Các tính chất cơ bản của chất lỏng công tác (dầu phanh) 23

2.1.1 Khối lượng riêng và trọng lượng riêng [14, 15] 23

2.1.2 Tính nhớt [14, 15] 23

2.1.3 Tính giãn nở theo nhiệt độ [14, 15] 24

2.1.4 Tính chịu nén [14, 15] 24

2.1.5 Tính đàn hồi [16, 17] 26

2.2 Các mô hình mô phỏng 26

2.2.1 Mô hình truyền sóng [16, 17] 27

2.2.2 Mô hình đàn hồi [16, 17] 28

2.2.3 Mô hình không đàn hồi [16, 17] 28

2.3 Mô hình đàn hồi hệ thống dẫn động thủy lực 29

2.3.1 Phương trình chuyển động [16, 17] 31

2.3.2 Phương trình dòng chảy [16, 17] 33

2.3.3 Phương trình lưu lượng [16, 17] 35

2.4 Kết luận chương 2 36

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG PHANH DẪN ĐỘNG THỦY LỰC 37

3.1 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh thủy lực 37

3.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh thủy lực 37

3.3 Phương trình mô tả quá trình hoạt động của hệ thống 39

3.3.1 Phương trình mô tả quá trình hoạt động của hệ thống phanh cầu sau39 3.3.2 Phương trình mô tả hệ thống phanh cầu trước 44

3.3.3 Phương trình chuyển động theo phương dọc của ô tô [18] 48

3.4 Xây dựng hệ phương trình của mô hình rút gọn 50

3.4.1 Phương trình mô hình rút gọn hệ thống phanh cầu sau 51

3.4.2 Phương trình mô hình rút gọn hệ thống phanh cầu trước 54

3.5 Kết luận chương 3 57

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT ĐẾN QUÁ TRÌNH PHANH 59

4.1 Phương pháp mô phỏng hoạt động hệ thống phanh thủy lực 59

4.1.1 Phương pháp mô phỏng 59

4.1.2 Phần mềm mô phỏng 62

4.1.3 Sơ đồ mô tả hệ phương trình 62

4.2 Các kết quả mô phỏng 65

4.2.1 Kết quả mô phỏng của hệ thống phanh tại cầu sau 65

4.2.2 Kết quả mô phỏng của hệ thống phanh tại cầu trước 67

4.3 Khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của các thông số kĩ thuật đến quá trình phanh 69 4.3.2 Khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của các thông số kết cấu 70

4.3.2 Khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của các thông số sử dụng 74

4.4 Kết luận chương 4 76

KẾT LUẬN 77

1 Kết luận đề tài 77

2 Hướng phát triển của đề tài 78

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Đường đặc tính của bộ điều hoà lực phanh hai thông số 4

Hình 1 2 Đồ thị quan hệ giữa hệ số bám với độ trượt 5

Hình 1 3 Sơ đồ hệ thống phanh dẫn động thủy lực 6

Hình 1 4 Cấu tạo cơ cấu phanh tang trống 7

Hình 1 5 Sơ đồ cấu trúc phanh đĩa 8

Hình 1 6 Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực 9

Hình 1 7 Đồ thị thời gian phanh thực tế 12

Hình 1 8 Đồ thị chỉ sự phụ thuộc của quãng đường phanh vào v1 và  13

Hình 1 9 Hình ảnh xe Corolla Altis 20

Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực……… ….27

Hình 2 2 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh thủy lực đơn giản trên ô tô 29

Hình 2 3 Sơ đồ mô phỏng hệ thống thủy lực có 3 phần tử đàn hồi 30

Hình 2 4 Sơ đồ mô phỏng hệ thống thủy lực có 2 phần tử đàn hồi 30

Hình 2 5 Sơ đồ mô phỏng hệ thống thủy lực có 1 phần tử đàn hồi 31

Hình 2 6 Sơ đồ mô phỏng một đoạn của hệ thống thủy lực đàn hồi và các thông số tập trung 33

Hình 3 1 Sơ đồ dẫn động phanh xe con……….37

Hình 3 2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh cầu trước 38

Hình 3 3 Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh cầu sau 38

Hình 3 4 Các lực tác dụng vào xe khi phanh trên đường thẳng, bằng phẳng 48

Hình 3 5 Sơ đồ mô phỏng hệ thống rút gọn phanh thủy lực cầu sau 52

Hình 3 6 Sơ đồ mô phỏng hệ thống rút gọn phanh thủy lực cầu trước 54

Hình 4 3 Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh dẫn động thủy lực cầu trước……… 63

Hình 4 4 Sơ đồ mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thủy lực cầu sau 63

Hình 4 5 Quá trình tăng áp suất tại xi lanh chính và xi lanh công tác cầu sau 65

Hình 4 6 Chuyển vị của piston xi lanh chính 66

Hình 4 7 Chuyển vị của xi lanh công tác cầu sau 66

Hình 4 8 Quá trình tăng áp suất tại xi lanh công tác cầu trước 68

Hình 4 9 Chuyển vị của piston xi lanh chính 68

Hình 4 10 Chuyển vị của piston xi lanh công tác 68

Hình 4 11 Quá trình tăng áp suất tại xi lanh công tác khi thay đổi kích thước xi lanh công tác 70

Hình 4 12 Dịch chuyển của piston xi lanh công tác khi thay đổi kích thước kích thước xi lanh công tác 70

Hình 4 13 Dịch chuyển của piston xi lanh chính khi thay đổi kích thước xi lanh công tác 71

Hình 4 14 Dịch chuyển của piston xi lanh công tác ở cầu sau khi thay đổi kích thước ống dẫn 72

Hình 4 15 Quá trình tăng áp suất khi thay đổi kích thước đường ống dẫn 72

Hình 4 16 Dịch chuyển của piston xi lanh chính khi thay đổi kích thước 73

Hình 4 17 Quá trình tăng áp suất trong hệ thống khi thay đổi kích thước 73

Hình 4 18 Quãng đường chuyển động khi phanh với các vận tốc ban đầu khác nhau 74

Hình 4 19 Quãng đường chuyển động khi phanh trên các điều kiện đường khác nhau 75

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Tiêu chuẩn đánh giá ECE R1 15

Bảng 1 2 Bảng thông số kĩ thuật xe Corolla Altis 21

Bảng 4 1 Giá trị đầu vào mô phỏng hệ thống phanh cầu sau………64

Bảng 4 2 Giá trị đầu vào mô phỏng hệ thống phanh cầu trước 67

Bảng 4 4 Hệ số bám của một số loại mặt đường 75

DANH MỤC KÍ HIỆU

Mp N.m Mô men phanh tại cơ cấu phanh

Pj N Lực quán tính sinh ra khi phanh

Pp N Lực phanh sinh ra tại các bánh xe

f m2 Tiết diện đường ống dẫn

Qdh m3 Lượng bù cho sự đàn hồi của chất lỏng

J Mô men quán tính quy đổi các chi tiết quay

Cdh N/m Độ cứng lò xo quy ước tại cơ cấu phanh

F m2 Tiết diện xi lan (chính, công tác)

m kg Khối lượng của ô tô

Cx Hệ số khí động của ô tô

A m2 Diện tích cản chính diện ô tô

Rtb m Bán kính trung bình tấm ma sát cơ cấu phanh

d m Đường kính piston chấp hành các cơ cấu phanh

LỜI MỞ ĐẦU

Nền kinh tế Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ, cùng với đó là sự tăng nhanh về sản lượng sản xuất công nghiệp, nhu cầu tăng cao về vận tải hành khách, hàng hoá, dịch vụ mà trong đó ô tô đã trở thành phương tiện vận tải chủ lực với tỉ trọng hơn 90% tổng lượng hàng hoá và hành khách cho các ngành kinh tế quốc dân

Sự gia tăng nhanh nhu cầu về vận chuyển hành khách trong khi điều kiện kinh tế của đa số người dân chưa cao đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự gia tăng nhanh chóng về số lượng xe ô tô chở khách đặc biệt là hệ thống xe buýt trong các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh Việc gia tăng phương tiện vận tải này cũng làm gia tăng tai nạn giao thông gây thiệt hại lớn về người và của cho xã hội Trong các nguyên nhân gây tai nạn do tình trạng kĩ thuật của xe không đảm bảo thì chiếm tới 52 – 75% nguyên nhân do hệ thống phanh, do đó yêu cầu đối với hệ thống phanh ngày càng được nâng cao nên cần phải được liên tục nghiên cứu, cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, giúp ô tô an toàn trong chuyển động 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 người, hàng hoá vận chuyển và phương tiện giao thông Trên các xe ô tô con hiện đại thường dùng hệ thống phanh thủy lực dẫn động nhiều dòng độc lập cũng như được trang bị thêm các thiết bị, bộ phận, hệ thống hỗ nhằm tăng mức độ

an toàn hiệu quả cho xe như hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS, van điều hòa lực phanh…

Cho đến nay, ở nước ta các công trình nghiên cứu tính toán hệ thống phanh thủy lực chưa có nhiều và thường chỉ dừng ở giai đoạn tính toán tĩnh mà chưa có các nghiên cứu đầy đủ về quá trình động học của dẫn động phanh cũng như khảo sát, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của hệ thống Xuất phát từ

thực tế trên, đề tài: “Mô phỏng hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên ô tô con”

sẽ góp một phần nhỏ trong quá trình nghiên cứu, đánh giá và cải thiện dẫn động

hệ thống phanh thủy lực trên các dòng xe ô tô con

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHÊN CỨU

1.1 Tổng quan về hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên ô tô

1.1.1 Cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh dẫn động thủy lực

1.1.1.1 Vai trò của hệ thống phanh trên ô tô [1]

Hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên xe ô tô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô với công dụng sau:

- Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động;

- Giữ xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần

có sự có mặt của người lái xe;

- Trên máy kéo hoặc trên một số xe chuyên dụng hệ thống phanh còn được kết hợp với hệ thống lái dùng để quay vòng xe

1.1.1.2 Các yêu cầu của hệ thống phanh [1,2]

Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô cần bảo đảm các yêu cầu sau:

- 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;

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

- Đảm bảo sự ổn định chuyển động của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp;

- 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;

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

- Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ lực bàn đạp khác nhau;

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

1.1.1.3 Phân loại hệ thống phanh

Theo các tài liệu [1, 5], hệ thống phanh được phân loại như sau:

a Theo đặc điểm điều khiển

- Phanh chân (còn được gọi là phanh chính);

- Phanh tay (phanh đỗ xe - còn dùng làm phanh dự phòng);

- Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ)

b Theo kết cấu của cơ cấu phanh

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống;

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa;

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải

d Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh

Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng đảm bảo chất lượng điều khiển

ô tô khi phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:

- Bộ điều chỉnh lực phanh theo các dạng van tỷ lệ (gọi là bộ điều hòa lực phanh);

- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe ô tô khác nhau mà chỉ cần thay đổi

cơ cấu phanh

b Nhược điểm [3]

- Lực tác dụng lên bàn đạp phanh lớn;

- Hiệu suất truyền động giảm ở nhiệt độ cao;

- Khi có không khí lọt vào, hệ thống sẽ mất áp suất phanh, do đó sẽ gây ra nguy hiểm cho người lái và hành khách

c Các biện pháp nâng cao hiệu quả phanh

Theo tài liệu [1], mô men phanh tại một bánh xe được tính theo công thức:

˗ L: Chiều dài cơ sở ô tô;

˗ a, b: Khoảng cách từ trọng tâm tới tâm cầu trước và tâm cầu sau;

˗ hg: Chiều cao trọng tâm ô tô;

˗ Z1, Z2: Phản lực từ đường lên các bánh xe cầu trước và sau;

˗ Pj: Lực quán tính xuất hiện khi phanh

Các biểu thức 1.1 và 1.2 cho thấy khi phanh có sự phân bố lại tải trọng của xe làm cho lực phanh tại các bánh xe có sự khác nhau (Trong quá trình phanh xuất hiện lực quán tính hướng về phía trước nên trọng lượng phân bố lên cầu trước tăng lên so với trọng lượng tĩnh của nó Ngược lại, trọng lượng phân bố lên cầu sau lúc này lại nhỏ hơn trọng lượng tĩnh) Vì vậy, để đạt được hiệu quả phanh cao nhất, cần có các hệ thống phân bổ lực phanh đến các bánh xe một cách phù hợp để đảm bảo điều kiện tận dụng tối đa lực bám và tránh hiện tượng trượt bánh xe Hiện nay,

có 2 cách để phân bổ lực phanh tới các bánh xe hoặc các cầu xe là sử dụng van điều hòa lực phanh và dùng hệ thống chống bó cứng phanh ABS

* Van điều hòa lực phanh [4]

Hệ thống phanh trên ô tô dùng xi lanh chính hai dòng độc lập có áp suất các dòng ra khác nhau khi sử dụng bộ điều hòa lực phanh Bộ điều hòa lực phanh có nhiều dạng cấu trúc, cấu trúc điển hình là:

- Loại điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất, làm việc trên cơ sở của

sự thay đổi áp suất sau xi lanh chính (còn gọi là bộ điều hòa tĩnh)

- Loại điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất, làm việc trên cơ sở của

sự thay đổi áp suất sau xi lanh chính và tải trọng tác dụng trên các bánh xe của các cầu (bộ điều hòa hai thông số)

Bộ điều hòa tĩnh chỉ có khả năng điều chỉnh áp lực dầu theo áp suất sau xi lanh chính, bởi vậy khi tải trọng trên các bánh xe sau thay đổi lớn, áp suất dầu không thay đổi theo Ngày nay, thường dùng bộ điều hòa hai thông số do khả năng làm việc thích hợp hơn bộ điều hòa tĩnh

Trên hình 1.1 thể hiện đặc tính của bộ điều hòa lực phanh Đường nét đứt thể hiện mối quan hệ giữa áp suất (p) trong xi lanh bánh xe trước và sau khi không có

bộ điều hoà Đường cong liền thể hiện mối quan hệ giữa áp suất trong xi lanh bánh

xe trước và sau ở điều kiện lý tưởng (yêu cầu) Đường liền gãy khúc thể hiện mối quan hệ giữa áp suất trong xi lanh bánh xe trước và sau khi có bộ điều hoà lực phanh Đường này đã bám sát đường lý tưởng nên đã được cải thiện chất lượng phanh

kiện bám, tức là phụ thuộc vào độ trượt của bánh xe trên nền Hình 1.4 biểu diễn mối quan hệ giữa lực dọc F, lực ngang Y với độ trượt (%) của bánh xe trên nền

Hình 1 2 Đồ thị quan hệ giữa hệ số bám với độ trượt

Khi phanh, nếu bánh xe bị bó cứng có nghĩa là độ trượt giữa bánh xe với mặt đường là 100%, hệ số bám dọc, hệ số bám ngang giữa bánh xe với mặt đường giảm xuống rất thấp Điều đó dẫn đến không những giảm hiệu quả phanh và giảm cả tính ổn định, Những ảnh hưởng đó là không tốt cho trạng thái chuyển động của

ô tô khi phanh, cần hạn chế

Qua đồ thị nhận rõ: khi độ trượt nằm trong khoảng từ 15% ÷ 30%, lực dọc F

và lực ngang Y đều có thể đạt lớn Khi độ trượt lớn hơn 50%, lực dọc và lực ngang bắt đầu suy giảm và có thể giảm mạnh

Để hoàn thiện chất lượng phanh, trên ô tô bố trí các hệ thống điện tử điều khiển sự quay của các bánh xe độc lập (hoặc chung một số bánh xe) sao cho: trong khi phanh độ trượt nằm trong khoảng 15% ÷ 30% Khi phanh, bánh xe đang quay

bị phanh chậm dần tới mức vượt quá giới hạn qui định, cần thiết nhả phanh để tạo nên sự lăn nhất định Thiết bị điện tử tham gia hỗ trợ điều này, trong khi bàn đạp phanh vẫn ấn xuống Nếu bánh xe tiếp tục quay trở lại, hệ thống phanh cần tăng lực phanh đảm bảo phanh xe Mục đích của bộ ABS là duy trì chế độ lăn có trượt của bánh xe ở mọi vị trí của bàn đạp phanh và điều kiện đường thay đổi

1.1.2 Các chi tiết chính của hệ thống phanh thủy lực [2, 3, 6]

Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô được chia thành 3 cụm chính:

- Cơ cấu phanh: được bố trí ở gần bánh xe, thực hiện chức năng của các cơ

cấu ma sát nhằm tạo ra mômen hãm trên các bánh xe của ô tô khi phanh

- Dẫn động phanh: toàn bộ các bộ phận từ bàn đạp phanh tới cơ cấu phanh

gọi là dẫn động phanh Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh

- Cơ cấu điều khiển: gồm có bàn đạp phanh và cần kéo phanh

Hình 1 3 Sơ đồ hệ thống phanh dẫn động thủy lực

1 Xi lanh chính; 2 Bầu trợ lực; 3 Bàn đạp phanh, 4 Đường ống dẫn;

5 Cơ cấu phanh trước; 6 Cơ cấu phanh sau 1.1.2.1 Cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là cơ cấu thừa hành trong hệ thống phanh được điều khiển từ các cơ cấu điều khiển trên khoang lái Với chức năng tiêu hao động năng của xe khi phanh, các cơ cấu phanh ngày nay thường dùng trên cơ sở tạo ma sát giữa phần quay và phần cố định Trên ô tô thường sử dụng hai loại cơ cấu phanh: tang trống

và đĩa

a Cơ cấu phanh tang trống

Cơ cấu phanh dạng tang trống được dùng khá phổ biến trên ô tô Trong cơ cấu sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trong trụ tròn (tang trống) quay cùng bánh xe Như vậy quá trình phanh được thực hiện nhờ ma sát giữa bề mặt tang trống và các guốc phanh

Trên hình 1.4 trình bày cơ cấu phanh tang trống sử dụng chủ yếu cho các dòng xe con, xe du lịch và xe bán tải Cấu tạo của cơ cấu phanh gồm:

- Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống được bắt với moay ơ bánh xe;

- Phần cố định là mâm phanh 5 được bắt trên dầm cầu Các má phanh 1 được dán với guốc phanh 2 Trên mâm phanh bố trí hai chốt cố định 3 để lắp ráp với lỗ tựa quay của guốc phanh Chốt 3 có bạc lệch tâm để thay đổi vị trí điểm tựa guốc phanh và là cơ cấu điều chỉnh khe hở phía dưới giữa má phanh 1 và trống phanh Đầu trên của hai guốc phanh được kéo bởi lò xo hồi vị guốc phanh 2, tách má phanh khỏi tang trống và ép piston 7 (trong xi lanh bánh xe 10) về vị trí không phanh

Khe hở phía trên của má phanh và trống phanh được điều chỉnh tự động bằng cụm cơ cấu 12,13 Hai guốc phanh 2 được đặt đối xứng qua đường trục đi qua tâm bánh xe

Xi lanh bánh xe 10 là xi lanh kép có thân chung và hai piston 7 bố trí đối xứng Xi lanh được bắt chặt với mâm phanh 5, piston bên trong 7 tựa vào đầu guốc phanh nhờ chốt tựa Dầu phanh có áp suất được cấp vào thông qua đai ốc dẫn dầu Trên xy lanh bố trí ốc xả không khí 18 nhằm xả không khí lọt vào hệ thống thủy lực khi cần

Hình 1 4 Cấu tạo cơ cấu phanh tang trống

1 Má phanh; 2 Guốc phanh; 3 Đĩa chặn; 4 Nửa thân đòn; 5 Mâm phanh; 6 Chốt; 7 Piston; 8 Phớt chắn dầu; 9 Lò xo xi lanh; 10 Xy lanh; 11 Nắp cao su chắn bụi; 12 Thân đòn có ren; 13 Vành răng; 14 Lò xo hồi guốc phanh; 15 Lẫy gạt; 16 Đòn kéo phanh tay; 17 Cáp kéo phanh tay; 18 Vít xả khí; 19 Bulong bắt

xi lanh; 20 Tấm đệm; 21 Chốt phanh; 22 Bạc lệch tâm; 23 Bulong chốt phanh

b Cơ cấu phanh đĩa

Cơ cấu phanh đĩa (phanh đĩa) được dùng phổ biến trên ô tô con, có thể ở cả cầu trước và cầu sau Cấu tạo của cơ cấu phanh đĩa được chia thành: loại có giá đỡ

xi lanh cố định và loại có giá đỡ xi lanh di động Trên hình 1.5 mô tả cấu trúc của

cơ cấu phanh đĩa Các bộ phận chính bao gồm:

˗ Đĩa phanh 1 được lắp và quay cùng với moay ơ của bánh xe 2;

˗ Giá đỡ xi lanh 5, 6 đồng thời là xi lanh điều khiển, trên đó bố trí các đường dẫn dầu áp suất cao và ốc xả khí, bên trong xi lanh có các piston;

˗ Hai má phanh phẳng 5, đặt ở hai bên đĩa phanh và được tiếp nhận lực điều khiển bởi các piston 4 trong xi lanh bánh xe

Hình 1 5 Sơ đồ cấu trúc phanh đĩa

1 Đĩa phanh; 2 Moay ơ; 3 Giá cố định; 4 Pittông; 5 Má phanh; 6 Giá di động 1.1.2.2 Dẫn động phanh

Hệ thống phanh dẫn động thủy lực 2 dòng được sử dụng phổ biến hiện nay

Hệ thống sử dụng phương pháp truyền năng lượng thủy tĩnh với áp suất lớn nhất trong khoảng từ 60 bar đến 120bar

Trên sơ đồ hình 1.6 trình bày sơ đồ cấu tạo và nguyên lý cơ sở của hệ thống dẫn động phanh chân bằng thuỷ lực Áp suất được hình thành khi người lái đạp bàn đạp phanh 1, thực hiện tạo áp suất trong xi lanh chính 3 Chất lỏng (dầu phanh) được dẫn theo các đường ống 4 tới các xi lanh bánh xe (nằm trong cơ cấu phanh) Với áp suất dầu, các piston trong xi lanh thực hiện tạo lực ép má phanh vào tang trống (hoặc đĩa phanh), thực hiện sự phanh tại các cơ cấu phanh bánh xe

Hình 1 6 Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực

1 Bàn đạp phanh; 2 Bầu trợ lực phanh; 3 Xi lanh chính (tổng phanh); 4 Các tuy ô dẫn dầu phanh; 5 Cơ cấu phanh đĩa; 6 Cơ cấu phanh tang trống

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh [4]

Kể từ khi ra đời, hệ thống phanh sử dụng trên xe ô tô không ngừng được nghiên cứu, cải tiến Càng ngày càng hiện đại và tính chính xác cao Không có định nghĩa cụ thể về hiệu quả phanh (còn được gọi là chất lượng phanh) mà nó được đánh giá thông qua các chỉ tiêu: lực phanh riêng pp, gia tốc chậm dần khi phanh jp, quãng đường phanh Sp, thời gian phanh tp Từ đó đưa ra các tiêu chuẩn

kỹ thuật khi nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, kiểm tra hệ thống phanh

Bằng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau nhằm đưa ra các tiêu chuẩn

cụ thể áp dụng cho từng loại xe, từng thị trường Việt Nam cũng có tiêu chuẩn riêng đó là tiêu chuẩn TCVN 5658 – 1999 Năm 2000 Bộ Giao thông Vận tải ban

hành quy định “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện

cơ giới đường bộ” Điều kiện thử xe: Đường nhựa khô, bằng phẳng, xe không tải,

vận tốc xe 30 km/h

1.2.1 Gia tốc chậm dần khi phanh

Gia tốc chậm dần khi phanh jp là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả phanh Gia tốc chậm dần khi phanh có quan hệ mật thiết với lực phanh Pp; Phương trình cân bằng lực kéo khi phanh như sau:

Pj =Pp +Pf +P +P Pi (1.3) Trong đó:

bỏ qua; Khi tính toán cho xe chạy trên đường bằng bỏ qua P i

Như vậy phương trình cân bằng lực kéo (1.3) trở thành:

p j

 : Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay khi phanh;

jpmax: Gia tốc phanh chậm dần lớn nhất

Biểu thức 1.5 thể hiện mối quan hệ giữa gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh và hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường Mặt đường có hệ số bám càng cao thì gia tốc chậm dần khi phanh càng lớn Với loại đường nhựa tốt thì hệ số bám lớn  = 0,7  0,8 (ngày nay ở một số trường hợp đặc biệt hệ số bám có thể lớn hơn 1) Vì vậy, nếu coi j  1 thì gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh khẩn cấp có thể đạt được là: jmax = 7  8 m/s2 (coi g = 10 m/s2)

1.2.2 Thời gian phanh

Thời gian phanh tp cũng là một chỉ tiêu dùng để đánh giá hiệu quả của quá trình phanh Thời gian phanh càng nhỏ thì hiệu quả phanh càng lớn

Trong trường hợp tổng quát thời gian phanh được xác định bằng biểu thức:

v1: vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh;

v2: vận tốc của xe ở cuối quá trình phanh

Biểu thức (1.8) cho thấy, thời gian phanh nhỏ nhất tỷ lệ thuận với hệ số (j)

và vận tốc bắt đầu phanh (v1), tỷ lệ nghịch với hệ số bám () và gia tốc trọng trường (g)

Thời gian phanh tính theo các công thức (1.7) là thời gian phanh mang tính chất lý thuyết, nghĩa là thời gian này được tính trong điều kiện lý tưởng, khi phanh

áp suất chất lỏng (hoặc khí nén) đạt giá trị cực đại ngay tại thời điểm bắt đầu phanh

và không kể đến thời gian phản ứng của lái xe

Thực tế, thời gian phanh bao gồm những khoảng thời gian sau:

˗ Thời gian phản xạ của người lái (t1): là khoảng thời gian tính từ thời điểm lái

xe quyết định phanh đến lúc tác dụng lên bàn đạp phanh, thời gian này phụ thuộc vào phản xạ của người lái, thường nằm trong khoảng: t1 = 0,3  0,8 s;

˗ Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh (t2): là khoảng thời gian tính từ

lúc người lái tác dụng lên bàn đạp phanh đến lúc má phanh ép sát vào trống phanh, thời gian (t2) phụ thuộc vào kiểu dẫn động phanh

t2 = 0,03 s Đối với dẫn động phanh thủy lực

t2 = 0,56 s Đối với dẫn động phanh bằng khí nén

- Thời gian phát triển lực phanh (t3): là khoảng thời gian tính từ thời điểm lực phanh bắt đầu có tác dụng hãm bánh xe đến thời điểm lực phanh đạt đến một giá trị nhất định (có thể coi thời điểm này lực phanh đạt giá trị cực đại);

- Thời gian phanh chính (t4): thời gian này được xác định theo công thức (1.9) Trong thời gian này, lực phanh (Fp) hoặc gia tốc chậm dần (jp) được duy trì ở giá trị cực đại;

- Thời gian nhả phanh (t5): là khoảng thời gian tính từ thời điểm người điều khiển thôi tác dụng lên bàn đạp phanh đến khi lực phanh được loại bỏ (Fp = 0) Khi ô tô dừng hoàn toàn thì thời gian t5 không ảnh hưởng gì đến quãng đường phanh nhỏ nhất Như vậy, thời gian phanh thực tế của quá trình phanh kể từ khi người điều khiển ra quyết định phanh xe cho đến khi xe dừng hẳn được tính như sau:

t = t1 + t2 + t3 + t4 (1.9)

Hình 1 7 Đồ thị thời gian phanh thực tế

1.2.3 Quãng đường phanh

Quãng đường phanh (Sp) là đoạn đường mà ô tô tiếp tục di chuyển tính từ thời điểm bắt đầu phanh đến thời điểm quá trình phanh kết thúc Quãng đường phanh là một chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá hiệu quả phanh của ô tô Đây là chỉ tiêu mà người điều khiển xe thường quan tâm nhất và có thể nhận thức được một cách trực quan điều đó giúp người điều khiển xử lý tốt các tình huống khi phanh ô tô trên đường

Mối quan hệ giữa quãng đường phanh và gia tốc chậm dần được biểu diễn như sau:

p p

số bám () và hệ số quán tính quay (j) Từ biểu thức này có thể xây dựng được

đồ thị chỉ sự phụ thuộc của quãng đường phanh vào v1 và  như trên hình 1.8

Hình 1 8 Đồ thị chỉ sự phụ thuộc của quãng đường phanh vào v 1 và 

Từ đồ thị trên có thể nhận thấy quãng đường phanh phụ thuộc chủ yếu vào

hệ số bám và vận tốc xe (lúc bắt đầu phanh và lúc kết thúc phanh) Tuy nhiên, quãng đường phanh thực tế còn phải kể đến quãng đường xe đi trong thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh, thời gian gia tăng áp lực phanh, thời gian phản ứng của người lái

1.2.4 Lực phanh và lực phanh riêng

Khi kiểm tra hệ thống phanh trên bệ thử người ta thường dùng chỉ tiêu lực phanh và lực phanh riêng để đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh Lực phanh Fp

được xác định theo biểu thức:

Mp: tổng mô men phanh sinh ra tại các cơ cấu phanh

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

Lực phanh riêng (pp) – còn gọi là hiệu suất phanh là tỷ số giữa lực phanh và

trọng lượng của xe:

Tại các trạm đăng kiểm ở Việt Nam, xe kểm tra nếu pp=0.5 là đạt yêu cầu

1.2.5 Góc lệch hướng của xe khi phanh

Khi phanh, xe có thể bị lệch hướng chuyển động Điều này gây nguy hiểm cho xe Sự lệch hướng này có thể làm cho xe ra khỏi phạm vi đường và gây tai nạn Trong quy định về điều kiện lưu hành xe có quy định góc lệch hướng xe khi phanh ví dụ trong TCVN 5658 – 1999 Tuy nhiên, hiện nay Bộ Giao thông vận tải quy định xe khi đăng kiểm, việc thử phanh chỉ tiến hành trên bệ thử do vậy quy định về góc lệch hướng xe khi phanh đã không được áp dụng [2]

Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của quá trình phanh có ý nghĩa tương đương nên khi đánh giá chỉ cần dùng một trong bốn chỉ tiêu Trong các chỉ tiêu đó thì chỉ tiêu quãng đường phanh là đặc trưng nhất, vì chỉ tiêu này cho phép người điều khiển hình dung được vị trí xe dừng lại khi thực hiện quá trình phanh để tránh các chướng ngại vật trên đường khi xe vận hành trên đường

Từ những chỉ tiêu được đưa ra nhằm đánh giá hiệu quả phanh giúp quá trình nghiên cứu và đánh giá hiệu quả phanh kết hợp với việc tính toán, mô phỏng số hệ thống phanh thủy lực trên xe con 5 chỗ được chính xác hơn Ngoài ra việc đánh giá được hiệu quả phanh còn cho phép nghiên cứu chuyên sâu và khảo sát một số thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình phanh trên xe con

1.3 Tiêu chuẩn ECE R13 [20]

Bảng 1.1 là tiêu chuẩn đánh giá hệ thống phanh theo tiêu chuẩn châu ECE R13 Đối với đối tượng nghiên cứu là ô tô con (M1) và điều kiện kiểm tra phanh thông thường có tiêu chuẩn như sau:

- Ở điều kiện thử 80km/h, quãng đường phanh không lớn hơn 50.7m và thời gian chậm tác dụng của hệ thống không lớn hơn 0.36s

Bảng 1 1 Tiêu chuẩn đánh giá ECE R13

1.4 Những nghiên cứu đối với hệ thống phanh thủy lực

Các nghiên cứu về động học và động lực học của hệ thống dẫn động phanh ôtô là quá trình khảo sát, nghiên cứu, tính toán các thông số liên quan đến hệ thống phanh như các chỉ tiêu hiệu quả của hệ thống phanh, tính ổn định hướng của ôtô khi phanh và đặc biệt là nghiên cứu quá trình thay đổi áp suất chất lỏng trong hệ thống dẫn động phanh Dưới đây là một vài đề tài nghiên cứu đã thực hiện về việc nghiên cứu hệ thống phanh trong và ngoài nước

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Theo tìm hiểu của tác giả, trong thời gian qua có một số công trình của các tác giả nước ngoài có liên quan đến hệ thống phanh dẫn động thủy lực Tác giả

Mohamed Watany (2014), trong luận án tiến sĩ với đề tài “Performance of a Road

Vehicle with Hydraulic Brake Systems Using Slip Control Strategy”, đã mô phỏng

và đánh giá hệ thống phanh có sử dụng ABS, sử dụng mô hình một phần kết hợp động lực van phanh thủy lực, tương tác giữa đường và lốp Mô hình tương tác giữa mặt đường và lốp xe được đưa ra dưới dạng một hàm thực nghiệm mô tả mối quan

hệ phi tuyến giữa hệ số bám dính (lăn) và độ trượt của bánh xe Hiệu suất phanh ở

cả chế độ có hỗ trợ ABS và chế độ không ABS đã được đánh giá bằng mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink Kết quả mô phỏng về quãng đường phanh được đánh giá bằng cách thiết lập thử nghiệm trên đường Kết quả chỉ ra rằng hiệu suất phanh của ABS hỗ trợ trên ô tô đã được cải thiện đáng kể, thời gian phanh được nâng cao và khoảng cách dừng được rút ngắn và độ an toàn phanh của xe được cải thiện [7]

Nhóm tác giả Dankan V Gowda et al (2018), trong bài báo Automotive

braking system simulationsV diagram approach, đã mô phỏng hệ thống phanh trên

ô tô bằng phương pháp tiếp cận sơ đồ V Bài báo tập trung vào phân tích các giai đoạn phanh khác nhau (SIL, MIL, HIL và DIL) liên quan đến điều khiển hệ thống

và sử dụng bộ điều khiển ABS làm mô hình mô phỏng Mục tiêu chính của nghiên cứu này là cho phép mô phỏng với vòng lặp khác nhau được sử dụng để phân tích hiệu suất của các chức năng an toàn khác nhau trên ô tô [8]

Tác giả Qinghe Liu (2012), trong bài báo "Research on Electro Hydraulic

Composite Brake System", đã mô tả kết hợp hệ thống phanh hỗn hợp điện thủy lực,

dựa trên van chuyển mạch tốc độ cao và thiết lập thuật toán phân bổ lực phanh tổng hợp, theo tiêu chuẩn ECE và đặc tính bên ngoài của động cơ Bằng cách sử dụng ADVISOR giả lập, thuật toán được phân tích, kết quả cho thấy thuật toán này có thể nhận ra độ an toàn của phanh, đồng thời, thu hồi năng lượng 220 kJ dẫn đến thời gian sử dụng pin tăng 0,75% [9]

Bài báo "Modelling and analysis of an air-over-hydraulic brake system" của

nhóm tác giả Xing-Dong Wang et al (2004) có trình bày sự phát triển và xây dựng

mô hình phân tích động lực học của hệ thống phanh thủy lực không khí (AOH) cho xe thương mại (CV) Mô hình hệ thống phanh bao gồm bộ điều khiển, bộ tăng cường, đường ống dẫn động phanh, xi lanh bánh xe và phanh tang trống Hệ thống phanh AOH tổng quát được xây dựng dựa trên sự phân tích hệ thống và các thành phần Độ trễ đường ống và dao động chất lỏng của hệ thống phanh đã được nghiên cứu chi tiết Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện trên lý thuyết và thực tế Dữ liệu thực nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng mô hình Kết quả sơ bộ cho thấy các kết quả mô phỏng bám sát với các kết quả thực nghiệm Các mô hình, được phát triển từ các quy luật vật lý được sử dụng trong thiết kế và phân tích hệ thống điều khiển xe cho CV [10]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam cho đến nay các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực phanh ôtô chưa nhiều, đặc biệt là các công trình nghiên cứu liên quan đến việc mô phỏng hệ thống phanh thủy lực trên các dòng xe con 5 chỗ Một số nghiên cứu đã được công

bố có thể kể đến luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc chuyển động của

ô tô và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường đến hiệu quả phanh của hệ thống phanh dẫn động thủy lực có bộ chống hãm cứng bánh xe (ABS) trên ô tô du lịch bằng phương pháp mô phỏng trên máy tính” của tác giả Lại Năng Vũ (2007) Tác

giả sử dụng phương pháp mô phỏng và tính toán các thông số đánh giá quá trình phanh ô tô trên máy tính với công cụ Matlab-Simulink để mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên xe ô tô du lịch có hệ thống ABS nhằm khảo sát ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của ô tô và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường đến vận tốc, quãng đường và thời gian phanh Các kết quả

mô phỏng tính toán cụ thể trong nghiên cứu này tương đối chính xác, phù hợp với

lý thuyết và có thể tin cậy được Tuy nhiên, đề tài mới chỉ dừng lại ở việc khảo sát hai thông số sử dụng là vận tốc và hệ số bám [11]

Tác giả Lê Văn Thiêm (2007), trong luận văn thạc sĩ "Xây dựng phương pháp

tính toán thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh dẫn động thuỷ khí trên ôtô tải cỡ lớn" đã sử dụng công cụ Simulink - trong phần mềm MATLAB để tiến hành

giải hệ phương trình vi phân mô tả quá trình hoạt động của hệ thông dẫn động phanh thủy khí trên ô tô Các kết quả thu được là các quan hệ thời gian tăng áp suất giữa hai cầu xe và dịch chuyển của các piston xi lanh chấp hành Để đánh giá ảnh hưởng của các thông số, kết cấu đến hệ thống dẫn động phanh, tác giả đã lựa chọn khảo sát và đánh giá một số các thông số chính Một trong những hạn chế của đề tài là trong quá trình mô phỏng và tính toàn tác giả đã đơn giản hoá bài toán bằng cách bỏ qua sự ảnh hưởng của các thông số quan trọng đặc trưng cho tính chịu nén của chất lỏng và tính đàn hồi của hệ thống Điều đó dẫn đến việc mô phỏng không có sự chính xác nhất định và chưa phản ánh một cách sát thực nhất quá trình hoạt động của hệ thống [12]

Luận văn thạc sĩ “Mô phỏng và khảo sát động lực học hệ thống dẫn động

phanh bằng thủy lực trên ô tô, luận văn thạc sỹ” của tác giả Nguyễn Văn Hà

(2008), sử dụng phương pháp số Runge Kutta Felilberg (RKF45) được tích hợp trong phần mềm MAPLE 10 Kết quả thu được là quá trình biến đổi áp suất, dịch chuyển các piston xi lanh trong hệ thống dẫn động thông qua các đồ thị quan hệ giữa chúng với thời gian Sau khi có các kết quả mô phỏng, tác giả tiến hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hệ thống dẫn động phanh để từ đó chọn ra được các thông số kết cấu thích hợp và tối ưu nhất Tuy nhiên, với việc sử dụng phương pháp này thì việc giải hệ phương trình vi phân bằng cách nhập câu lệnh, không có tính trực quan, vì vậy nó không được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực mô phỏng, tính toán và thiết kế ô tô [13]

Tác giả Phan Anh Tuấn Kiệt (2014), trong đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô

hình mô phỏng xi lanh chính trong hệ thống phanh thủy khí” đã giả xây dựng mô

hình mô tả xi lanh chính trong hệ thống phanh thủy khí và sử dụng phần mềm Matlab Simulink để khảo sát và đánh giá ảnh hưởng đến hệ thống như tiết diện xi lanh, nhiệt độ khí nén, hệ số cản nhớt Khi tính toán, đề tài đã đơn giản hóa một số

yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống nên kết quả mô phỏng chưa bám sát với điều kiện thực tế

1.5 Mục tiêu của đề tài

˗ Nghiên cứu tổng quan, các cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên xe ô tô con, tìm hiểu về nội dung đề tài ở trong và ngoài nước, từ đó đưa ra hướng nghiên cứu cho phù hợp;

˗ Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng mô phỏng hệ thống phanh dẫn động thủy lực;

˗ Nghiên cứu, xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên ô tô con;

˗ Nghiên cứu, khảo sát, đánh giá tính năng hoạt động của hệ thống phanh trong quá trình phanh;

˗ Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và thông số sử dụng trong hệ thống phanh dẫn động thủy lực đến hiệu quả phanh

1.6 Nội dung của đề tài

˗ Tìm hiểu tổng quan vai trò, yêu cầu, phân loại, ưu nhược điểm và các biện pháp nâng cao hiệu quả phanh Tìm hiểu kết cấu của hệ thống phanh thủy lực, các tiêu chí đánh giá hiệu quả phanh Tổng quan về tình hình nghiên cứu mô phỏng, đánh giá hệ thống phanh dẫn động thủy lực ở Việt Nam và trên thế giới;

˗ Tổng quan lý thuyết về chất lỏng công tác (dầu phanh), các mô hình mô phỏng hệ thống phanh dẫn động thủy lực Tìm hiểu chi tiết về mô hình đàn hồi

và các phương trình nghiên cứu: phương trình dòng chảy, phương trình lưu lượng, phương trình chuyển động;

˗ Xây dựng sơ đồ dẫn động và các phương trình vi phân mô tả hoạt động của

hệ thống phanh thủy lực tại cầu trước và cầu sau Mô phỏng hệ phương trình

vi phân và đánh giá các kết quả đạt được;

˗ Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu (đường kính xi lanh công tác, tiết diện của đường ống, đường kính xi lanh chính) và các thông số sử dụng (vận tốc trước khi phanh và hệ số bám mặt đường) đến quá trình phanh

1.7 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các mục tiêu đã đề ra, trong nghiên cứu này sử dụng các phương pháp sau:

˗ Phương pháp tìm hiểu, phân tích các cơ sở lý thuyết hệ thống phanh đi từ tổng quan đến chi tiết, rõ ràng, mạch lạc;

˗ Phương pháp xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả hoạt động của hệ thống logic từ các chi tiết đến tổng thể;

˗ Phương pháp mô phỏng tập trung, lựa chọn mô hình đàn hồi, sử dụng bài toán ba phần tử, sử dụng phần mềm mô phỏng số Matlab- Simulink để mô phỏng bài toán;

˗ Phương pháp đánh giá trực tiếp các thông số ảnh hưởng và có thể thay đổi đến hệ thống phanh trên thực tế

1.8 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu trong luận văn này là hệ thống phanh dẫn động thủy lực hai dòng độc lập trên xe con 5 chỗ Xe được lựa chọn để nghiên cứu là Toyota Corolla Altis

Hình 1 9 Hình ảnh xe Corolla Altis

Bảng thông số xe:

Thông số xe Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Trọng lượng của ô tô khi đầy tải G 15533 N

Trọng lượng phân ra cầu trước G1 8543 N

Bảng 1 2 Bảng thông số kĩ thuật xe Corolla Altis

1.9 Giới hạn của đề tài

˗ Đề tài chỉ tập trung vào đối tượng nghiên cứu là hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên xe con 5 chỗ, không áp dụng cho tất cả các dòng xe có hệ thống phanh dẫn động thủy lực và thủy- khí;

˗ Trong quá trình mô phỏng hệ thống, nhiều thông số được chọn theo xe tham khảo và catalog của nhà sản xuất, lựa chọn theo phương pháp nội suy;

˗ Quá trình mô phỏng, khảo sát và đánh giá dựa trên các cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh dẫn động thủy lực, các tài liệu tham khảo trong và ngoài nước, chưa có sự kiểm nghiệm lại kết quả bằng các thử nghiệm thực tế, chưa có các tính toán cải thiện và tối ưu sản phẩm

1.10 Kết luận chương 1

Trong chương 1, tác giả đã trình bày tổng quan về các nội dung sau:

- Tổng hợp các kiến thức tổng quan về hệ thống phanh, phân tích các kết cấu của hệ thống phanh, từ đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên ô tô con;

- Tìm hiểu về các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh trên ô tô, lựa chọn chỉ tiêu đánh giá cụ thể cho đề tài của luận văn;

- Tìm hiểu tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về nội dung của luận văn, phân tích những mặt tích cực và hạn chế để đưa ra hướng nghiên cứu cho cho đề tài;

- Trình bày mục tiêu, nội dung tổng quát của đề tài nghiên cứu, đưa ra các phương pháp và lựa chọn đối tượng nghiên cứu để thực hiện đề tài

Các nội dung cụ thể của đề tài sẽ được triển khai và trình bày trong các chương tiếp theo của luận văn

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

PHANH THỦY LỰC

2.1 Các tính chất cơ bản của chất lỏng công tác (dầu phanh)

Dầu phanh là môi chất thuỷ lực đang được sử dụng phổ biến trong dẫn động phanh trên các dòng ô tô con hiện nay Trên thị trường có các loại dầu phanh như DOT 3, DOT 4, DOT 5 Các loại dầu phanh này có giá thành, nhiệt độ sôi… khác nhau nhưng đều có chung các tính chất cơ bản sau đây

2.1.1 Khối lượng riêng và trọng lượng riêng [14, 15]

Khối lượng riêng của chất lỏng (ρ) được định nghĩa là tỉ số giữa khối lượng của chất lỏng và thể tích mà nó chiếm chỗ:

Khối lượng và trọng lượng có mối quan hệ thông qua biểu thức: G=M.g

Với g  9,81 m/s2 là gia tốc trọng trường

Như vậy, mối quan hệ giữa 2 đại lượng được xác định như sau:  = .g

2.1.2 Tính nhớt [14, 15]

Tính nhớt là tính cản trở chuyển động của chất lỏng Khi chất lỏng chuyển động, nó chảy thành lớp vô cùng mỏng với vận tốc khác nhau, giữa các lớp chất lỏng chuyển động tương đối với nhau ấy xuất hiện lực ma sát nhớt (Theo giả thiết

và thí nghiệm của Newton)

- du

dy- gradient vận tốc theo phương vuông góc với dòng chảy

- S – diện tích tiếp xúc

2.1.3 Tính giãn nở theo nhiệt độ [14, 15]

Tính giản nở của của chất lỏng bởi nhiệt độ được đặc trưng bởi hệ số giãn nở nhiệt βt:

t 0

1 dV

Với:

- V0- thể tích ban đầu của chất lỏng;

- dV- lượng biến đổi về thể tích chất lỏng khi nhiệt độ thay đổi 1 lượng dT

2.1.4 Tính chịu nén [14, 15]

Tính chịu nén của chất lỏng thể hiện khả năng thay đổi thể tích ban đầu của

nó khi áp suất thay đổi Tính chịu nén ảnh hưởng xấu đến khả năng làm việc của

hệ thống: độ chậm tác dụng tăng, hiệu suất giảm, có khả năng gây mất ổn định Khả năng chịu nén của chất lỏng được đặc trưng bởi mô đun đàn hồi thể tích Tùy thuộc và tốc độ biến dạng của chất lỏng mà được phân biệt thành mô đun đàn hồi đẳng nhiệt và mô đun đàn hồi đoạn nhiệt

Mô đun đàn hồi đẳng nhiệt ký hiệu là Eu được sử dụng khi quá trình thay đổi áp suất xảy ra với tốc độ chậm và nhiệt độ không thay đổi:

Trong đó:  =p p1−p0với p0 và p1 là áp suất tại các thời điểm đầu và cuối;

 =V V1−V0 với V0 và V1 là thể tích tại các thời điểm đầu và cuối; Trong trường hợp áp suất biến thiên nhanh có thể sử dụng mô đun đàn hồi đoạn nhiệt Ea

Giá trị của các mô đun đàn hồi thể tích phụ thuộc vào chất lỏng, áp suất, nhiệt độ, vận tốc biến dạng và tính chất của quá trình nhiệt động lực học

Đối với các loại dầu khoáng, giá trị trung bình của mô đun Eu ở nhiệt độ

200C, áp suất 0,1 MPa nằm trong khoảng: Eu = (1,35–1,92).103 MPa Khi áp suất tăng lên thì mô đun đàn hồi cũng tăng theo

Đối với nhiều loại dầu khoáng, mô đun đàn hồi đoạn nhiệt Ea là hàm bậc nhất của áp suất: Ea=Ea0+A0p

Trong đó Ea0 và A0, là các thông số phụ thuộc vào loại chất lỏng và nhiệt

Tương tự như trên, mô đun đàn hồi của chất lỏng có lẫn không khí cũng được xác định theo trường hợp đẳng nhiệt (ECS) và đoạn nhiệt (EC)

Trong trường hợp đẳng nhiệt: ECS V CL p

Với các khái niệm trên, mô đun đàn hồi của chất lỏng thực (có lẫn không khí) có thể được xác định theo công thức:

ký hiệu là ψ(p) có đơn vị là m2/N hoặc Mpa-1

Cần lưu ý rằng, mặc dù được gọi là hệ số nhưng ψ(p) phụ thuộc vào áp suất chất lỏng trong hệ thống Quan hệ giữa các đại lượng này khá phức tạp nên cho tới nay không có công thức lý thuyết để tính ψ(p) Khi tính toán các hệ thống thuỷ lực

và thuỷ khí trên ôtô, có thể sử dụng công thức gần đúng (dựa trên các kết quả thực nghiệm) như sau:

c

1(p)E

2.2 Các mô hình mô phỏng

Hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực bao gồm các chi tiết, bộ phận như bầu trợ lực phanh, xi lanh chính, van điều hoà lực phanh, xi lanh chấp hành Sơ đồ tổng quan về hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực dùng cho các ô tô con được trình bày trên hình 2.1