nghiên cứu, đề xuất giải pháp kết cấu nâng cao hiệu quả phanh hệ thống phanh khí nén trên ôtô

Nội dung của đồ án ngoài phần mở đầu và kết luận đề cập đến 5 chơng với chơng 1 trình bày tổng quan hệthống phanh dẫn động điều khiển bằng khí nén làm cơ sở cho chơng 2 và chơng 3 nghiên

Mục lục

Mục lục 1

Lời Nói đầu 3

Chơng 1 tổng quan hệ thống phanh Dẫn động khí nén 5

1.1 Cấu tạo chung hệ thống phanh dẫn động khí nén 7

1.2 Phân tích kết cấu hệ thống phanh dẫn động khí nén 9

1.2.1 Máy nén khí 9

1.2.2 Bộ điều chỉnh áp suất 10

1.2.3 Tổng van phanh 11

1.2.4 Van an toàn 13

1.2.5 Bầu phanh 14

1.2.6 Cơ cấu phanh 15

Chơng 2 động lực học quá trình phanh xe 17

2.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 17

2.1.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 17

2.1.2 Thời gian phanh 18

2.1.3 Quãng đờng phanh 19

2.1.4 Lực phanh và lực phanh riêng 23

2.2 Khảo sát động lực học quá trình phanh xe 25

2.2.1 Các giả thiết 25

2.2.3 Động lực học quá trình phanh 27

2.2.4 Động lực học của quá trình phanh xe ZIL-131 và cơ sở lý thuyết điều hoà lực phanh 29

Chơng 3 Động lực học dẫn động hệ thống phanh khí nén .35

3.1 Phơng pháp mô phỏng tập trung để nghiên cứu động lực học trong dẫn động phanh khí nén 35

3.2 Các giả thiết khi xây dựng mô hình 36

3.3 Động lực học dẫn động hệ thống phanh khí nén xe ZIL-131 37

3.3.1 Chế độ nạp khí 40

3.3.2 Chế độ đạp phanh 42

3.3.3 Chế độ nhả phanh 45

Chơng 4 Một số giải pháp kết cấu nâng cao hiệu quả phanh 48

4.1 Giải pháp kết cấu dẫn động điều khiển hệ thống

phanh 48

4.1.1 Bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS 50

4.1.2 Bộ điều hòa lực phanh EBD 51

4.2 Giải pháp về cơ cấu phanh 60

4.3 Tính toán động lực học dẫn động điều khiển sau cải tiến 61

4.3.1 Mô hình dẫn động điều khiển hệ thống phanh xe ZIL-131 sau cải tiến và hệ phơng trình vi phân mô tả động học dòng khí 62

4.3.2 Mô phỏng bằng Matlab 66

Chơng 5 Thí nghiệm 72

5.1 Thí nghiệm đo hiệu quả phanh 72

5.2 Kết quả động lực học quá trình phanh xe 73

5.3 Kết quả động lực học dẫn động điều khiển phanh .75

kết luận 77

Tài liệu tham khảo 78

Lời Nói đầu

Hiện nay nớc ta mật độ ôtô trên đờng ngày càng lớn

và yêu cầu tốc độ chuyển động cho phép ngày càng cao.Trong khi đó hạ tầng giao thông của ta còn yếu kém khôngtheo kịp sự bùng nổ của các phơng tiện giao thông đờng

bộ Điều này đặt ra vấn đề cấp thiết hàng đầu về việcquản lý, sử dụng xe và an toàn giao thông trên đờng

Theo số liệu thống kê sơ bộ của các nớc, tai nạn giaothông do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất so với các lỗi

kỹ thuật, chiếm khoảng 52 -74% Tai nạn giao thông khôngchỉ gây ra thiệt hại về ngời mà còn gây lãng phí lớn tàisản của Nhà nớc và nhân dân ở nớc ta bình quân mỗinăm có trên 20.000 vụ tai nạn giao thông làm chết hơn10.000 ngời và hàng chục nghìn ngời bị thơng Bởi vậycác nhà thiết kế liên tục đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu

và phát triển để cải tiến, hoàn thiện hệ thống phanh Tấtcả đều hớng tới mục tiêu tăng hiệu quả phanh và tính ổn

định hớng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc của hệthống, qua đó đảm bảo an toàn chuyển động và tănghiệu quả khai thác phơng tiện

Trong Quân đội đang sử dụng nhiều loại phơng tiệnvận tải có hệ thống phanh khí nén một dòng nh: ZIL-130,ZIL-131 Đây là những dòng xe cũ đợc Liên Xô trang bị,mặt khác vì kinh phí có hạn nên việc thay mới hoàn toàncác trang bị trên là không thể Trong Quân đội có khoảng10.000 xe ZIL-131, chiếm số lợng lớn với hệ thống dẫn động

điều khiển hệ thống phanh là loại một dòng, độ tin cậythấp Nghiên cứu, cải tiến hệ thống phanh khí nén cho xeZIL-131 là cần thiết Nhằm đáp ứng đợc yêu cầu ngày càngcao về các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng nh độ an toàn và độtin cậy cho ngời và phơng tiện.

Vì vậy đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu, đề xuất giải

pháp nâng cao hiệu quả phanh dẫn động điều khiển bằng khí nén xe ZIL-131” là cần

thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao

Nội dung của đồ án ngoài phần mở đầu và kết luận

đề cập đến 5 chơng với chơng 1 trình bày tổng quan hệthống phanh dẫn động điều khiển bằng khí nén làm cơ

sở cho chơng 2 và chơng 3 nghiên cứu động lực học quátrình phanh xe, động lực học dẫn động hệ thống phanhkhí nén, từ đó đề xuất một số giải pháp kết cấu trong ch-

ơng 4 nhằm nâng cao chất lợng phanh quá trình phanh xe,kết quả đợc minh chứng trong chơng 5 khi tiến hành thínghiệm đối với xe ZIL-131

Mặc dù đã rất nỗ lực nhng chắc chắn đồ án sẽ khôngthể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy kính mong đợc sựgóp ý của các thầy để đồ án đợc hoàn thiện hơn!

Họcviên thực hiện

Chơng 1 tổng quan hệ thống phanh Dẫn động

khí nén

ôtô trang bị hệ thống phanh bảo đảm chuyển động

an toàn ở tốc độ cao, cho phép lái xe điều chỉnh đợc tốc

độ chuyển động hoặc dừng xe trong tình huống nguyhiểm nhằm nâng cao năng suất vận chuyển Hầu hết các

ôtô hiện nay thờng bố trí hệ thống phanh với cơ cấu phanhguốc và dẫn động phanh bằng thuỷ lực, khí nén hoặcphối hợp giữa thuỷ lực và khí nén Dẫn động phanh khínén đợc sử dụng trên các ôtô vận tải loại trung bình, loại lớn

và đặc biệt lớn

Trên xe ZIL-131 toàn bộ hệ thống phanh bố trí chung

nh sau:

Hình 1.1 Bố trí chung hệ thống phanh ZIL-131

1 Bàn đạp phanh; 2 Bầu phanh; 3 Máy nén khí; 4 Van

điều chỉnh áp suất; 5 Van điều khiển áp suất khí nén trong lốp; 6 Van an toàn; 7 Cơ cấu gạt nớc; 8 Công tắc gạt nớc; 9 Đờng ống tới đồng hồ áp suất bầu phanh; 10 Đờng ống tới đồng hồ áp suất hệ thống; 11 Khoá trích khí;

12 Đồng hồ áp suất; 13 Đồng hồ áp suất lốp; 14 Công tắc van điện khí nén; 15 Khoá xả khí; 16 ống dẫn khí ra dẫn động gài cầu; 17 Bình khí nén; 18 Hộp số phụ; 19 Phanh dừng; 20 Đờng ống dẫn khí nén; 21 ống dẫn ở hệ thống bơm lốp; 22 Bầu phanh rơ moóc; 23 Đầu nối; 24 Đ- ờng dẫn khí vào lốp qua bán trục; 25 Rãnh dẫn khí; 26 Khoá lốp; 27 Công tắc còi hơi; 28 Còi hơi; 29 Tổng van phanh; 30 Công tắc tín hiệu phanh.

Nh vậy hệ thống phanh khí nén gồm có nguồn năng ợng khí nén, dẫn động phanh và cơ cấu phanh đợc mô tảbằng sơ đồ khối sau:

l-Hình 1.2 Sơ đồ khối của hệ thống phanh khí

động phanh đợc chia thành bốn khối: khối tích năng, khối

điều khiển, khối truyền và khối chấp hành Khối tích năng

là các bình chứa khí nén, các bình tích năng có nhiệm vụtích trữ năng lợng dới dạng thế năng để đảm bảo khả năngphanh thờng xuyên, vào bất cứ thời điểm nào Khối điều

Phản hồi

Khối tích năng

Nguồn

Ng ời

lái

Khối truyền

Khối chấp hành

Cơ cấuChấp hành

Khối

điều khiển

Dẫn động điều khiển

khiển của dẫn động phanh có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu

điều khiển và điều chỉnh nguồn năng lợng truyền đếncơ cấu phanh Khối điều khiển của dẫn động phanh cóthể là tổng van phanh, van phanh rơ moóc Khối truyền làtập hợp các thiết bị truyền dẫn năng lợng cũng nh truyềntín hiệu điều khiển phanh trong toàn hệ thống, ví dụ: các

đờng ống dẫn, các đầu nối ghép, các van tăng tốc Khốichấp hành trong dẫn động phanh là các bầu phanh cónhiệm vụ chuyển hóa năng lợng truyền từ khối tích năngthành cơ năng tác dụng trực tiếp lên cơ cấu phanh

1.1 Cấu tạo chung hệ thống phanh dẫn động khí nén

Sơ đồ cấu tạo của hệ thống phanh khí nén điểnhình đợc thể hiện nh trên hình 1.3

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén điển

đờng ống dẫn khí, ống mềm, đầu nối, khối tích năng làbình chứa khí nén 9 và 6, khối chấp hành là các bầuphanh 8

Lực tác dụng lên bàn đạp phanh chỉ để mở van phânphối nên giảm nhẹ sự làm việc của lái xe khi phanh áp suấtkhí nén trong dẫn động phanh thờng bằng 0,45 0,77MPa Khi cần dùng hệ thống phanh rơmoóc có thể bố tríthêm một số cụm nh: van phanh rơmoóc, bầu phanh, bìnhkhí nén

Nguyên lý làm việc: khi đạp lên bàn đạp phanh, khínén từ bình chứa qua van phanh và đi đến bầu phanhlàm xoay cam phanh của cơ cấu doãng má phanh, ép sátguốc phanh vào tang phanh thực hiện quá trình phanh xe

Đồng thời, khí nén trên đờng ống dẫn ra rơmoóc sẽ quavan phanh xả ra ngoài khí trời Sự giảm áp đó trên đờngống nối ra rơmoóc sẽ là tín hiệu điều khiển van phanh

rơmoóc làm việc để thực hiện phanh rơmoóc Khi nhảbàn đạp phanh thì khí nén từ bầu phanh ôtô kéo theo đ-ờng dẫn xả ra ngoài khí trời qua cửa xả ở van phanh, cònkhí nén ở bầu phanh rơmoóc thì xả ra ngoài khí trời quavan xả nằm trong van phanh rơmoóc.

Ưu điểm của hệ thống phanh dẫn động bằng khí nénlà: điều khiển nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản, tạo đợc lựcphanh lớn Trong trờng hợp xe kéo rơmooc, thì dẫn độngphanh bằng khí nén đảm bảo chế độ phanh rơmooc khác

ô tô kéo, do đó phanh đoàn xe đợc ổn định, khi rơmooc

bị tách khỏi ô tô kéo thì rơmooc sẽ bị phanh một cách tự

động

Nhợc điểm của nó là hệ thống phanh làm việc phụthuộc vào chế độ làm việc của động cơ đốt trong, độnhạy kém so với dẫn động phanh thuỷ lực, kết cấu cồngkềnh do nhiều cụm kích thớc lớn, giá thành cao, thời gianchậm tác dụng lớn

đóng mở cửa lên xuống

Trên hình 1.4 mô tả cấu tạo của máy nén khí 1 cấphai xilanh làm mát bằng nớc dùng trên xe ZIL-131 Hệ thống

làm mát và bôi trơn đợc nối với các hệ thống tơng ứng của

động cơ Máy nén khí đợc dẫn động bằng truyền động

đai từ trục khuỷu động cơ Năng suất của nó đạt 220lít/phút ở tốc độ 2000 vòng/phút, tạo ra áp suất 7 kG/cm2

Hình 1.4 Cấu tạo máy nén khí trên xe ZIL-131

1 Thân; 2, 17 Nắp đậy; 3 Bánh đai; 4 Đệm chặn dầu;

5 Các te; 6 Khối

xi lanh; 7 Thanh truyền; 8 Piston; 10 Nắp máy; 11 Thân van; 12 Lò xo van nén; 13 Van nén; 14 Đế van nén; 15.

ổ bi; 16 Lò xo làm kín; 18 Nắp làm kín; 19 Trục khuỷu;

20 Bu lông điều chỉnh; 21, 27 Van nạp; 22 Đế van nạp;

23 Cần đẩy; 24 Lò xo đòn ngang; 25 Đòn ngang; 26 Con trợt; 28 Lò xo van nạp.

Thân của máy nén khí 1, khối xilanh 6 và nắp máy10

đợc đúc từ gang xám Mỗi piston 8 có 3 vòng găng: 2 vònggăng hơi và vòng găng dầu Piston đợc nối với thanh truyền

7 bằng chốt Chốt này đợc hạn chế dọc trục bằng tanh hãm.Thanh truyền nối với trục khuỷu 19 nhờ các bạc ba bít vàcác nắp rời ở nắp máy trên phần giữa hai xilanh có haivan nén 13 Van nén tỳ vào đế 14 nhờ lò xo 12 Phía bênmỗi xilanh có các van nạp tỳ vào đế tựa bằng lò xo 29 Cơcấu giảm tải gồm cần đẩy 23,

đòn ngang 25 và các con trợt 26

1.2.2 Bộ điều chỉnh áp

suất

Bộ điều chỉnh áp suất đặt

trên khối xilanh của máy nén khí

ở khoang trong vỏ 11 nối với

khoang dới con trợt (khoang P ở

hình 1.5) nhờ rãnh 7 có hai van bi

13 và 14 Hai van chịu lực ép của

lò xo 2 thông qua cần đẩy 5 Van

nạp khí dới 13 có đế tựa dạng

vòng đệm lò xo 12 Kết cấu này không cho van bi dínhvào đế tựa Đế tựa của van thải 14 là mặt mút của dẫn h-ớng 6 của cần đẩy 5 ở ống dẫn hớng 6 có rãnh nối thôngkhoang của bộ điều chỉnh áp suất Lới lọc 8 dùng để lọcdầu và nớc lẫn trong khí nén

Hình 1.5 Bộ điều chỉnh áp suất

I Khí nén áp suất cao từ bình chứa; II Cửa thoát khí rai

khí trời; III Khí từ khối giảm áp của máy nén.

1 Chụp bảo vệ; 2 Chụp điều chỉnh; 3 Lò xo; 4 Bi tỳ; 5 Cần của van;

6 Đai ốc hãm; 7 Rãnh dẫn; 8 Lới lọc; 9 Thân; 10 Nút; 11 Lọc dùng

kim loại gốm; 12 Vòng đàn hồi; 13 Van nạp; 14 Van xả;

15 Đế van nạp; 16 Đế van xả; 17 Đệm điều chỉnh; 18 Vòng chặn;

Không khí từ bầu lọc khí của động cơ đi vào khoangdới các van nạp 27 (hình 1.4) của máy nén khí và bị hútvào xi lanh khi piston chuyển dịch xuống dới Khí pistonchuyển dịch lên trên, không khí bi nén sẽ theo các đờngdẫn khí nén tới các bình chứa khí nén Khi nạp khí néncho các bình chứa thì van nạp 13 đóng, van xả 14 mởthông khoang P (hình 1.4) với khí quyển Khi áp suất khínén trong hệ thống đạt 0,73 0,77 MPa thì dới tác dụngcủa áp suất khí nén van nạp 13 sẽ mở và van 14 sẽ đóng lại

Do vậy khoang P ở máy nén khí đợc nối thông với các bìnhchứa khí nén Con trợt 26 của cơ cấu giảm tải đẩy van nạp

21 mở, nối thông hai xi lanh của máy nén khí với nhau Lúc

đó không khí bị dồn xilanh này sang xilanh kia Máy nénkhí sẽ chạy không tải cho đến khi áp suất khí nén ở cácbình chứa giảm đến 0,6 0,64 MPa Khi đạt giá trị này lò

xo 2 của bộ điều chỉnh áp suất sẽ đẩy van bi 13, 14 xuốngdới, van nạp 13 đóng lại và van xả 14 mở thông với khíquyển Khí nén từ khoang P của máy nén khí thoát ra khí

trời qua van 14 Do vậy ở máy nén khí do tác dụng của lò

xo 24 cả hai con trợt 26 hạ xuống, các van sẽ đóng lại ngăncách hai xi lanh

Bộ điều chỉnh áp suất tự động giữ áp suất khí néntrong hệ thống nằm trong giới hạn 0,6 0,77 MPa đồng thờigiảm tải cho máy nén khí áp suất này đảm bảo cho dòngkhí nén từ các bình chứa đến các bầu phanh (đến ápsuất 0,45 MPa) với tốc độ giới hạn không đổi (bằng tốc độ

âm thanh) và với lu lợng trong một giây lớn nhất, nhờ vậy

đảm bảo đợc thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanhngắn nhất

có phanh rơmoóc mà kết cấu của tổng van phanh cónhững đặc điểm khác nhau Dới đây là cấu tạo của tổngvan phanh 2 tầng dùng cho dẫn động phanh 1 dòng

Hình 1.6 Cấu tạo tổng van phanh 2 tầng của ôtô ZIL-131

A Đờng khí tới phanh rơmoóc; B Từ bình chứa khí nén;

C Cửa khí quyển; D Đến các bầu phanh

1 Thanh dẫn động van phanh; 2 Chụp bảo vệ; 3 Nắp của thân; 4 Đòn lớn; 5, 20 Lò xo cân bằng; 6 ống dẫn hớng; 7 Cần đẩy; 8, 24 Thân;

9 Màng; 10 Đế van xả; 11 Vòng làm kín; 12 Van xả; 13.

Lò xo hồi vị; 14 Đế van nạp; 15 Van nạp; 16 Đầu nối; 17.

Đòn dẫn động phanh tay; 18 Nắp; 19 Tấm van của cửa xả; 21 Cốc lò xo cân bằng; 22 Đai ốc hãm; 23 Đòn nhỏ;

25 Vít hạn chế hành trình; 26 Lẫy liên động phanh tay;

27 Đai kẹp; 28 Gối tỳ.

Hình 1.6 mô tả cấu tạo tổng van phanh loại hai tầng

bố trí trong cùng một vỏ, có cơ cấu tuỳ động kiểu màng

và các van phanh hình côn làm bằng cao su - thép Cơ cấutuỳ động có tác dụng thuận (ở tầng dới) dùng để điềukhiển phanh ôtô kéo Cơ cấu tuỳ động tác dụng nghịch (ởtầng trên) dùng để điều khiển phanh rơmoóc

1.2.4 Van an toàn

Hình 1.7 dới đây thể hiện cấu tạo của van an toàn,gồm có đế van 1, thân van 2, van bi 3, lò xo van 4, đai ốchãm 5, vít điều chỉnh 6 điều chỉnh lực ép lò xo cũng là

điều chỉnh áp suất và thanh đẩy 7 Van an toàn đợc dùng

để phòng ngừa cho hệ thống khí nén khỏi bị tăng áp suấtquá lớn trong trờng hợp bộ tự động điều chỉnh áp suất bị

h hỏng

Hình 1.7 Van an toàn

1 Đế van; 2 Thân van; 3 Van bi; 4 Lò xo; 5 Đai ốc hãm; 6.

Vít điều chỉnh; 7 Thanh đẩy.

Van an toàn thờng đợc bố trí ở một trong các bìnhchứa khí nén của ôtô, gần máy nén khí nhất và đợc điềuchỉnh để áp suất mở van trong khoảng 0,9 0,95 MPa Van đợc điều chỉnh nhờ vít 6 và đợc hãm nhờ đai ốc

5 Trong quá trình sử dụng, trạng thái làm việc bình thờngcủa van đợc duy trì bằng cách đều đặn xả khí để làmsạch bụi bẩn, sau đó kiểm tra sự kín khít của van khi hệthống làm việc bình thờng

Khi áp suất trong bình chứa lớn hơn quy định thì khínén sẽ từ đờng dẫn trong đế van đẩy viên bi 3 thắng sứccản của lò xo 4, đẩy thanh đẩy 7 dịch sang phải Khí nén

sẽ đợc xả bớt ra ngoài khí trời qua lỗ trên thân van, cho

đến khi áp suất trong bình giảm xuống dới 0,9 MPa thìviên bi lại tỳ chặt vào đế van, đóng cửa thông với khí trời

1.2.5 Bầu phanh

Bầu phanh chính là khối chấp hành của dẫn độngphanh khí nén, có nhiệm vụ tạo lực ép lên cần đẩy đểquay cam quay của cơ cấu phanh

Hình 1.8 Bầu phanh và đòn điều chỉnh cơ cấu phanh

1 Thân bầu phanh; 2 Màng; 3 Cần đẩy; 4 Nắp bầu phanh; 5 ống mềm; 6, 7 Lò xo; 8 Đệm kín; 9 Bu lông kẹp

bầu phanh; 10 Nạng; 11 Đòn điều chỉnh; 12 Trục vít; 13.

Bi định vị; 14 Trục của trục vít; 15 Bánh răng;

16 Trục của cam quay; 17 Nắp.

Hình 1.8 thể hiện cấu tạo chi tiết của bầu phanh loạimàng: cần đẩy 3 của bầu phanh đợc ghép nối với đòn

điều chỉnh 11 nhờ nạng 10 và chốt Khí nén đi vào ốngmềm 5 ép màng 2 dịch chuyển cùng cần đẩy sang phải,thông qua đòn 11 làm quay cam của cơ cấu phanh thựchiện phanh xe Sau khi nhả bàn đạp phanh, nhờ các lò xohồi vị 6 và 7 cộng với sự giảm áp từ phía đờng ống màmàng 2 trở về vị trí ban đầu

Bầu phanh loại piston cũng có cấu tạo và cơ chế hoạt

động tơng tự nh trên Khi đó màng 2 sẽ đợc thay bằngpiston có các vòng làm kín khí đợc ép ngay vào các rãnhtrên thân piston Piston cũng trở về vị trí ban đầu sau khinhả phanh nhờ các lò xo hồi vị

Cơ cấu phanh trong hệ thống phanh khí nén là loạiphanh guốc, chốt tựa một phía và chuyển dịch của cácguốc nh nhau Khi bố trí cơ cấu phanh kiểu này, cơ cấu

doãng má phanh sử dụng cam phanh đối xứng Thờng ở cầutrớc sử dụng cam phanh biên dạng thân khai, còn ở cầu saulại sử dụng cam phanh biên dạng ácsimét Bởi vì nếu cùngmột giá trị mômen đặt lên trục cam phanh thì ở camphanh ácsimét sẽ nhận đợc tổng

Hình 1.9 Cơ cấu phanh bánh trớc xe ZIL-131

1 Tang phanh; 2 Chốt lệch tâm; 3 Bu lông ;4 Đĩa; 5 Gu dông; 6, 19 Bu

lông; 7 Ngõng trục; 8 Đai ốc hãm; 9 Vòng hãm; 10 Đai ốc

điều chỉnh; 11 ổ côn; 12 Moay ơ; 13 Vành tựa; 14 Vành xe; 15 Đòn điều chỉnh;

16 Cơ cấu trục vít bánh vít; 17 Bán trục; 18 Đệm chắn mỡ; 20 Mâm phanh; 21 Giá đỡ; 22 Má phanh; 23 Lò xo;

24 Cam phanh; 25 Thanh nối; 26 Giá bầu phanh; 27 Bầu phanh; 28 Tanh hãm; 29 Trục quay.

lực tác dụng lên guốc lớn hơn so với cam phanh thân khai docam phanh ácsimét có đờng kính vòng tròn cơ sở nhỏhơn Tuy nhiên, ở cam ácsimét điểm đặt lực đẩy không

ổn định nên trong quá trình làm việc cam nhanh mònhơn

Khi cam quay thì chuyển dịch của guốc về hai phía

là nh nhau, do vậy mà đảm bảo giá trị phản lực pháptuyến và lực ma sát nh nhau đối với cả guốc trớc và guốcsau vì thế nên các tấm ma sát sẽ mòn nh nhau, không phátsinh các lực phụ tác dụng lên ổ trục bánh xe Hiệu quảphanh khi xe tiến và xe lùi là nh nhau Sự cân bằng của cơcấu phanh và mô men phanh do guốc trớc và guốc sau tạo

ra bằng nhau sẽ tạo ra cơ sở giữ ổn định chất lợng phanhnên nó đợc áp dụng rộng rãi trên các ô tô loại lớn

Trên đây là kết cấu một số phần tử điển hình của

hệ thống phanh dẫn động khí nén Tuy nhiên tuỳ thuộctừng xe mà trong hệ thống phanh còn có thêm một sốphần tử khác nh bộ phận lọc nớc, van bảo vệ, van hạn chế

áp suất, van gia tốc

Chơng 2 động lực học quá trình phanh xe

Để đánh giá chất lợng phanh của quá trình phanh ôtô

có thể dùng các chỉ tiêu sau đây: quãng đờng phanh, giatốc chậm dần, thời gian phanh, lực phanh hoặc lực phanhriêng

2.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

2.1.1 Gia tốc chậm dần khi phanh

Đây là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quảphanh ôtô Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô có thểviết phơng trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô nh sau:

Pj = Pp +Pf + Pw + P Pi

(2.1)

Trong đó: Pp , Pf , Pw , P , Pi lần lợt là lực phanh sinh ra

ở các bánh xe, lực cản lăn, lực cản không khí, lực để thắngtiêu hao ma sát không khí, lực cản dốc

Thực nghiệm chứng tỏ Pf, Pw, P rất bé so với lực phanh

Pp Khi phanh trên đờng nằm ngang (Pi = 0) thì lực phanh

PP chiếm khoảng 98% tổng các có xu hớng cản sự chuyển

Ppmax = P = G

(2.3)

Trong quá trình phanh chậm dần, ôtô đạt gia tốcphanh chậm dần thấp hơn nhiều Phanh đột ngột chỉ xảy

ra trong những tình huống nguy hiểm

2.1.2 Thời gian phanh

Thời gian phanh cũng là một trong các chỉ tiêu đánhgiá hiệu quả phanh cũng nh chất lợng quá trình phanh Thờigian phanh càng nhỏ thì chất lợng phanh càng cao

Công thức (2.5) đợc thể hiện dới dạng vi phân nh sau:

Muốn xác định thời gian phanh cần tích phân lợng dttrong giới hạn vận tốc từ thời điểm ứng với vận tốc bắt đầuphanh v1 tới thời điểm vận tốc v2 ở cuối quá trình phanh:

v1, phụ thuộc vào hệ số khối lợng quay và phụ thuộc vào

hệ số bám giữa bánh xe với mặt đờng Để giảm thời gianphanh, ngời lái nên cắt ly hợp khi phanh

2.1.3 Quãng đờng phanh

2.1.3.1 Quãng đờng phanh lý thuyết

Quãng đờng phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để

đánh giá chất lợng quá trình phanh của ôtô Chỉ tiêu nàymang tính trực quan giúp lái xe xử lý tốt khi phanh trên đ-ờng

Để xác định quãng đờng phanh nhỏ nhất bằng cáchnhân hai vế của biểu thức (2.7) với một lợng vi phân dScủa quãng đờng phanh:

(2.9) (2.10)

Quãng đờng phanh xác định bằng cách tích phân dStrong giới hạn vận tốc từ thời điểm ứng với vận tốc bắt đầuphanh v1 tới thời điểm vận tốc cuối quá trình phanh v2:

hệ số bám giữa bánh xe với mặt đờng Để giảm quãng ờng phanhcần giảm hệ số , nên ngời lái cần cắt ly hợp rồimới phanh

đ-Các công thức (2.5), (2.8), (2.12) về mặt lý thuyết

không phụ thuộc

vào trọng lợng toàn bộ G của ôtô, nhng phụ thuộc vào hệ sốbám , mà hệ số phụ thuộc vào tải trọng G của ôtô

Hình 2.1 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng

đờng phanh theo vận tốc bắt đầu phanh

v1 và theo hệ số bám Khi G tăng lên thì giảm, do đó gia tốc phanh chậmdần sẽ giảm còn thời gian phanh và quãng đờng phanh sẽtăng lên Thực nghiệm đã chứng minh quãng đờng phanhcủa xe con, xe tải và xe khách khác nhau mặc dù bắt đầuphanh ở cùng một vận tốc v2.

Đồ thị trên hình 2.1 đã cho thấy rằng vận tốc bắt đầuphanh v1 càng cao thì quãng đờng phanh càng lớn vìquãng đờng phanh phụ thuộc vận tốc v1, đồng thời hệ sốbám càng cao thì quãng đờng phanh càng giảm

2.1.3.2 Quãng đờng phanh thực tế

Các công thức (2.5), (2.8), (2.12) xác định gia tốc chậmdần, thời gian phanh và quãng đờng phanh đều mang tính

lý thuyết, tức là trong điều kiện lý tởng, nghĩa là áp suấtchất lỏng (khí nén) có giá trị cực đại ngay tại thời điểmbắt đầu phanh và thời gian phản ứng của lái xe không đợc

 = 0,3

 = 0,5

 = 0,7 20

40

80 60

10 0

S P [m]

12 0

0 5,5 11,1 16,6 22,2 V 1 [m/s]

kể đến Thời gian phanh không phải đợc tính từ khi phanhbắt đầu có hiệu quả mà phải tính từ khi ngời lái nhận đợctín hiệu để phanh

Để xác định quãng đờng phanh thực tế cần nghiên cứuquá trình

phanh qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữalực phanh PP sinh ra ở bánh xe (hoặc mômen phanh MP) vớithời gian t Đồ thị này đợc gọi là giản đồ phanh

Giản đồ phanh nhận đợc bằng thực nghiệm và quagiản đồ phanh có thể phân tích và thấy đợc bản chất củaquá trình phanh

Trên giản đồ, gốc toạ độ đợc coi là thời điểm ngời láiphát hiện ra chớng ngại vật ở phía trớc và nhận thức đợcrằng cần phải phanh xe Thời gian các giai đoạn trong quátrình phanh thực tế đợc xác định cụ thể gồm có:

- t1: Thời gian phản xạ của ngời lái, tức là từ lúc thấy

đợc chớng ngại vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp

phanh Thời gian này phụ thuộc vào trình độ của ngời lái.Thời gian t1 nằm trong giới hạn t1 = 0,3 0,8s.

- t2: Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh dophải khắc phục hành trình tự do trong hệ thống, tức làthời gian từ lúc ngời lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho

đến khi má phanh ép sát vào tang phanh Thời gian nàyphụ thuộc vào kết cấu dẫn động phanh, đối với phanh khínén t2 = 0,2 0,4s, phanh dầu t2 = 0,03 0,1s

- t3: Thời gian tăng lực phanh và tăng gia tốc chậmdần, nó phụ

thuộc vào kết cấu dẫn động phanh, với phanh khí nén t3 =0,5 1s, phanh dầu t3 = 0,2 0,4s

- t4: Thời gian phanh hoàn toàn với lực phanh cực đại

PPmax và với gia tốc chậm dần cực đại JPmax Thời gian này đợcxác định theo công thức (2.8) Trong thời gian này lựcphanh và gia tốc chậm dần có giá trị không đổi

- t5: Thời gian nhả phanh sau khi xe dừng, lực phanhgiảm dần về 0 Đối với phanh khí nén t5 = 1,5 2s, phanhdầu t5 = 0, 2s

Khi ôtô đã dừng hoàn toàn thì thời gian phanh t5 không

ảnh hởng đến quãng đờng phanh nhỏ nhất Nh vậy thờigian phanh thực tế tổng cộng kể từ lúc có tín hiệu phanh

đến khi phanh dừng hẳn sẽ là:

tP = t1 + t2 + t3 + t4 (2.13)

Từ giản đồ phanh cho thấy ở thời gian t1 + t2, lực phanh

và gia tốc chậm dần bằng không Lực phanh và gia tốc bắt

đầu tăng lên từ thời điểm A là điểm khởi đầu của thời

gian t2. Cuối thời gian t3, lực phanh và gia tốc chậm dần đạtgiá trị cực đại và giữ không đổi trong suốt thời gian t4.Cuối thời gian t4, gia tốc chậm dần và lực phanh bắt đầugiảm Hết thời gian t5, lực phanh bằng không Gia tốc chậmdần trong thời gian t4 đợc gọi là gia tốc chậm dần ổn

định

Giản đồ phanh trên đây đã đợc đơn giản hóa, còngiản đồ phanh lấy từ thực nghiệm có dạng đờng gợn sóngnhấp nhô

Nếu kể đến thời gian phản xạ của ngời lái và thời gianchậm tác dụng của dẫn động phanh thì quãng đờngphanh thực tế đợc xác định nh sau:

Quãng đờng xe chạy trong thời gian t4 xác định từ

điều kiện cân bằng giữa công do lực phanh sinh ra với

động năng của xe trong thời gian t4:

(2.17)

Trong đó :

P Pmax là lực phanh ôtô trên đoạn đờng S4, [N];

v 4 là vận tốc ban đầu của ôtô trên đoạn đờng S4,[m/s]

Trong quá trình sử dụng, do má phanh bị mòn và do

điều chỉnh không đúng sẽ làm cho quãng đờng phanh lớnhơn rất nhiều và gia tốc phanh chậm dần giảm đi 10 15% so với khi phanh còn mới và điều chỉnh đúng

2.1.4 Lực phanh và lực phanh riêng

Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánhgiá hiệu quả phanh Chỉ tiêu này chỉ đợc dùng thuận lợi nhất khi thử phanh ôtô trên bệ

thử Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ôtô xác định theocông thức:

(2.21)

Trong đó : M P là mômen phanh của các cơ cấu phanh;

r K là bán kính tính toán của bánh xe.

Lực phanh riêng là lực phanh tính trên một đơn vịtrọng lợng toàn bộ G của ôtô:

Ngoài ra có thể sử dụng thông số lực phanh riêng chotừng cầu xe Các giá trị này dùng để đánh giá khảnăng sử dụng trọng lợng bám ở từng cầu

(2.24)

Cả bốn chỉ tiêu trên đều có giá trị ngang nhau, nghĩa

là khi đánh giá chất lợng phanh chỉ cần dùng một trong bốnchỉ tiêu đó

Tại Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn về hiệu quả phanhcho phép ôtô lu hành trên đờng đợc quy định tại tiêuchuẩn 22 TCN 224 - 2001: “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật vàbảo vệ môi trờng của phơng tiện cơ giới đờng bộ” do Bộtrởng Bộ Giao thông vận tải Việt Nam ban hành ngày05/12/2001

Tiêu chuẩn này quy định thử xe ở chế độ không tải,trên mặt đờng bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng bằngphẳng và khô, đợc đánh giá bằng một trong hai chỉ tiêu:

Ôtô con, ôtô con chuyên

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác

định kỳ trên đờng ở Việt Nam

2.2 Khảo sát động lực học quá trình phanh xe

Việc khảo sát động lực học quá trình phanh sẽ cho tathấy rõ các yếu tố ảnh hởng mật thiết đến quá trìnhphanh Kết quả quan trọng nhất mà quá trình khảo sát thu

đợc đó là tìm ra đợc các điều kiện để hiệu quả phanh

đạt tối u và một số chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả ấy

 Khảo sát mô hình phẳng của ôtô hai cầu khôngkéo moóc, không tính đến ảnh hởng của chiều rộng bánh

xe, các bánh xe của một cầu đợc

đợc kể đến qua mômen cản lăn

 Bánh xe tiếp xúc với mặt đờng tại một điểm

 Không kể đến các yếu tố ảnh hởng của ngời lái vàcủa kết cấu hệ thống phanh

+ G là trọng lợng toàn bộ của ôtô.

+ RK1, RK2, RK3 là các phản lực pháp tuyến của đờng,

t-ơng ứng đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe cầu trớc, cầugiữa và cầu sau với đờng

+ RT là phản lực pháp tuyến tơng đơng RK2 và RK3 của

đờng đặt lên trục cân bằng

+ Mf1, Mf2, Mf3 là các mô men cản lăn ở các bánh xe cầutrớc, cầu giữa và cầu sau của ôtô

+ P là lực cản không khí

(2.26)Trong đó:

+ P P là tổng lực phanh ở tất cả các bánh xe, [N]

Lực phanh lớn nhất PPmax bị giới hạn bởi điều kiện bámgiữa bánh xe với mặt đờng, ta có:

Khi phanh bỏ qua lực cản không khí PW vì chỉ gây sai

số 1,5 2% và thay vào phơng trình (2.25) ta cóbiểu thức xác định gia tốc phanh nh sau:

(2.28)Khi phanh cấp tốc, về mặt trị số lực phanh riêng sẽ gầnbằng hệ số bám Trên đờng có lớp phủ tốt thì >> f nên

có thể bỏ qua lực cản lăn khi phanh cấp tốc Ta có:

(2.29)Khi phanh không ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyềnlực, còn có lực phanh sinh ra bởi lực cản trong động cơ qui dẫn

về bánh xe chủ động đợc phanh:

(2.30)Trong đó:

_Lực phanh do động cơ sinh ra qui dẫn

đến bánh xe chủ

động đợc phanh

Mmse _Mô mem ma sát của động cơ

iTL, _Tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thốngtruyền lực

Quá trình phanh khi không ngắt động cơ khỏi hệthống truyền lực chỉ có hiệu quả khi Mmse > Mje

2.2.3.2 Điều kiện phanh xe có hiệu quả nhất

Để đạt đợc PPmax thì phải sử dụng hoàn toàn trọng lợngbám khi phanh Để sử dụng hoàn toàn trọng lợng bám của

ôtô thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe hoặc các trục phải

đồng thời đạt đến giá trị lực bám, tức là lực phanh riêng ởcác trục phải bằng nhau:

(2.31)

Nh vậy các lực phanh phải tỷ lệ thuận với các phản lựcpháp tuyến của đờng tác dụng lên bánh xe của các cầu.Trong trờng hợp này ta có thể nói đã có sự phân bố lựcphanh lý tởng, gia tốc phanh lớn nhất xác định nh sau:

JPmax = g = g. (2.32)

Nếu điều kiện (2.31) không đợc thỏa mãn thì sẽ xảy ra

sự hãm cứng các bánh xe ở một cầu nào đó rồi đến các cầukhác, dẫn đến mất ổn định chuyển động của xe Khi đólực phanh riêng của xe sẽ nhỏ hơn hệ số bám và gia tốcphanh cũng sẽ nhỏ hơn gia tốc khi đạt đến sự phân bố lựcphanh lý tởng

2.2.4 Động lực học của quá trình phanh xe

ZIL-131 và cơ sở lý thuyết điều hoà lực phanh

Theo sơ đồ trên hình 2.3 ta có hệ phơng trình sau:

(2.33)

Hệ thống treo của các bánh xe cầu giữa và cầu sauZIL-131 là treo cân bằng nên việc xác định phản lực pháptuyến của mặt đờng tác dụng lên các bánh xe tơng tự nh

«t« hai cÇu, nhng tæng ph¶n lùc t¸c dông lªn c¸c b¸nh xecÇu gi÷a vµ cÇu sau tÝnh so víi t©m trôc c©n b»ng.

PJ = PP = PP1 + PP2+ PP3 (2.37)

(2.38)(2.39)

Sù phanh cã hiÖu qu¶ nhÊt lµ khi lùc phanh sinh ra ë c¸c b¸nh xe tû lÖ

thuận với tải trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng đó lạithay đổi trong quá trình phanh do tác dụng của lực quántính, ta có:

(2.40)Tuy nhiên, trong điều kiện sử dụng của ôtô thì tọa độtrọng tâm luôn thay đổi do cách chất tải lên ôtô khác nhau

và hệ số bám  cũng thay đổi do ôtô vận hành trên các

đoạn đờng khác nhau, do đó tỷ số PP1/(PP2+PP3) cũng luônthay đổi Nghĩa là để đảm bảo hiệu quả phanh tốt thìbản thân các lực phanh PP1, PP2, PP3 cần phải có giá trịthích hợp Để làm đợc điều đó cần phải thay đổi đợc mộtcách thích hợp giá trị các mômen phanh tơng ứng Giảipháp đợc sử dụng trên các ôtô hiện đại đó chính là lắpthêm bộ điều hòa lực phanh hoặc bộ chống hãm cứng bánh

xe khi phanh Các cơ cấu này sẽ tự động điều chỉnh lựcphanh bằng cách thay đổi quan hệ áp suất dẫn động racơ cấu phanh cầu trớc và cơ cấu phanh cầu sau

Khi phân bố lực phanh lý tởng, lực phanh tác dụng lêncác cầu:

(2.41)

Mômen phanh ở các bánh xe các cầu đợc xác định từlực phanh:

(2.42)Hoặc đợc xác định từ điều kiện bám:

( 2.43)

Dựa vào biểu thức (2.43) ta có thể biểu thị mối quan

hệ giữa MP1, MPT

phụ thuộc vào , trong đó MPT là mômem tơng đơng của

MP2 và MP3 Hình 2.4 dới đây biểu thị quan hệ giữamômen phanh cần sinh ra với hệ số bám, đờng đậm nétứng với ôtô khi đầy tải và đờng nét đứt ứng với ôtô khikhông tải Qua đồ thị ta sẽ thấy mômen phanh cần sinh ra

ở các trục phụ thuộc bậc hai vào hệ số bám

Ký hiệu tỷ số giữa MP1 và MP2+ MP3 là C, ta có:

(2.44)Công thức (2.44) xác định giá trị tối u của C phụ thuộcvào JP Nghĩa là ứng với mỗi giá trị khác nhau của gia tốcphanh ta có tơng ứng một giá trị C tối u Nh vậy, khi phanhvới cờng độ phanh khác nhau thì cần có giá trị C tơng ứng

và C cũng thay đổi khi tải của xe thay đổi Đồ thị mô tảquan hệ giữa mômen phanh ở các bánh xe phanh sau MPT

và mômen phanh ở các bánh xe phanh trớc MP1 đợc gọi là

đặc tính phanh lý tởng

Trên hình 2.5 là đồ thị thể hiện mối quan hệ giữamômem phanh ở các bánh xe sau MPT và mômem phanh ởcác bánh xe trớc MP1 ở chế độ đầy tải và chế độ không tải

Đặc tính phanh lý tởng chỉ tồn tại khi trong dẫn độngphanh có bộ điều hòa lực phanh trên các bánh xe Khikhông có bộ điều hoà lực phanh thì tỷ số C sẽ không đổi