NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH PHANH ĐỐI VỚI LOẠI XE BUS CHẠY TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐHCN TP HCM Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt NamNghành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô Niên khóa: 2007- 2011 Tên đề tài: Tính toán ổn định phanh đối với loại xe bus chạy trong TP HCM 1.. Yê

TRƯỜNG ĐHCN TP HCM Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

PHIẾU NHẬN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Nghiên cứu tính ổn định phanh đối với loại xe bus chạy trong

Thành Phố Hồ Chí Minh

2 Chu Thành Khải MSSV: 07725401

Lớp: DHOT3

Ngày giao: 18/04/2011

Nội dung:

- Đặc tính an toàn của xe khi phanh trên đường thẳng

- Đặc tính an toàn của xe khi phanh trên đường vòng

- Đánh giá và nhận xét

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Phụng

Giáo viên phản biện: Đặng Tiến Phúc

Ngày nhận đề tài: 18/04/2011

Ngày hoàn thành: 18/07/2011

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Điểm đề nghị:

Nhận xét của giáo viên phản biện:

Điểm đề nghị:

Ngày 18 tháng 04 năm 2011 Đơn vị đào tạo Giáo viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐHCN TP HCM Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Nghành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô Niên khóa: 2007- 2011

Tên đề tài: Tính toán ổn định phanh đối với loại xe bus chạy trong TP HCM

1 Yêu cầu:

- Thu thập số liệu cụ thể một loại xe bus

- Tính toán giá trị cụ thể của các thông số

- Đánh giá tính ổn định và an toàn đối với loại xe bus khi phanh

- Tính toán theo ngôn ngữ lập trình đồ họa ( Labview)

2 Nội dung:

- Đặc tính an toàn của xe khi phanh trên đường thẳng

- Đặc tính an toàn của xe khi phanh trên đường vòng

- Đánh giá và nhận xét

- Đĩa mềm lưu kết quả đồ án

3 Ngày giao nhiệm vụ: 18/04/2011

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 18/07/2011

5 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Phụng

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng em thực hiện đề tài này dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn VănPhụng Đề tài được thực hiện dưới sự nghiên cứu chính hai môn học: lý thuyết ô tô vàtoán Có thể nói đây là đề tài không khó lắm nhưng nó có tính bao quát Hầu hết mọinội dung học lý thuyết ô tô có trong đề tài này, ngoài ra nó còn liên hệ các môn toán,

lý, cơ học từ những năm đầu học đại học Vì thế chúng em đánh giá cao đề tài này về

cả hai mặt lý thuyết và tính toán thực tế về cơ bản và nâng cao

1 Bối cảnh nghiên cứu và lý do chọn đề tài.

Thế kỉ 21 đã chứng kiến những bước phát triển kinh ngạc của ô tô và các loạiphương tiện vận chuyển khác nhau Ngày nay, ô tô đã là một phương tiện phổ biếnhơn cả bất kì phương tiện nào khác, từ những chiếc xe gia đình có công suất từ vàichục mã lực đến những chiếc xe thể thao có công suất lên tới hàng nghìn mã lực Ô tôngày nay không những mạnh mẽ mà còn đầy đủ tiện nghi đáp ứng tất cả các nhu cầucủa con người Mặc dù đã xuất hiện những chiếc xe chạy bằng điện hay các dạng nănglượng xanh như năng lượng mặt trời, nhưng ô tô sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhưxăng, dầu vẫn phổ biến hơn cả Động lực chính trên các xe ô tô hiện nay vẫn là động

cơ đốt trong loại pittông

Trên thế giới hiện nay nói chung và đất nước ta nói riêng, việc điều khiển một chiếc

ô tô lưu thông trên đường không có gì khó Tuy nhiên, đất nước ta hiện nay là mộtnước đã và đang phát triển cho nên sự đầu tư cho hệ thống đường đi vẫn chưa được tốtlắm, riêng Thành phố Hố Chí Minh là một trong những thành phố phát triển nhất nước

ta mà hệ thống đường bộ vẫn còn nhiều hạn chế, vì vậy việc tham gia giao thông trênđường vẫn còn gặp nhiều khó khăn gây ra tai nạn đáng tiếc Một trong những biệnpháp khắc phục nhằm giảm thiểu tai nạn là xe cần phải trang bị một hệ thống điềukhiển tốt và an toàn, nhất là hệ thống phanh trên ô tô Chính vì vậy, việc nghiên cứu vàtính toán ổn định phanh trên xe ô tô với một tốc độ cho phép là cực kì quan trọng

Vì thế, nhóm hai sinh viên chúng em: Đỗ Sĩ Hải và Chu Thành Khải quyết địnhchọn đề tài: “Nghiên cứu tính ổn định phanh đối với loại xe bus chạy trong Thành phố

Hồ Chí Minh” để đưa ra một cách điều khiển xe đơn giản, hợp lý và an toàn nhất Đề

toán các thông số động học, động lực học, các giá trị về phanh xe như mức độ hãmphanh, áp lực phanh, thời gian giảm tốc khi phanh…để từ đó ta xác định được tốc độgiới hạn cho phép khi chạy trên các tuyến đường khác nhau Để cụ thể hóa chúng emchọn loại xe bus SAMCO - BG4W chạy trên đường Thành phố Hồ Chí Minh.

2 Mục đích nghiên cứu - Phạm vi nghên cứu

Dựa vào các thông số kỹ thuật của một loại xe bus để tính toán giá trị cụ thể củacác thông số phanh và tính toán theo ngôn ngữ lập trình đồ họa (Labview) rồi từ đóđánh giá tính ổn định và an toàn của xe khi phanh

Dựa vào các số liệu cụ thể của xe bus SAMCO – BG4W, các yếu tố ảnh hưởng đếntính ổn định của xe khi phanh, các mặt đường có hệ số bám khác nhau trên đườngThành phố Hồ Chí Minh để tính toán các thông số động học, động lực học, các thông

số phanh xe an toàn… của xe khi chạy trên các tuyến đường Thành phố Hồ Chí Minh

3 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập các tài liệu, thông số kỹ thuật về xe bus SAMCO - BG4W

Đọc và nắm vững các thông số, đặc tính kỹ thuật, cách vận hành và điều khiển của loại xe buýt này

Tổng hợp các kiến thức đã biết và đã học về lý thuyết ô tô để tính toán các thông sốđộng học, động lực học, các thông số phanh xe an toàn…

Từ các thông số phanh xe an toàn ta đánh giá tính ổn định và an toàn khi phanh, sau đó tính toán theo ngôn ngữ lập trình đồ họa (Labview) và vẽ các đồ thị cụ thể tương úng với các thông số trên

4 Nội dung và kết cấu đề tài

Về cơ bản thì đề tài có những phần sau

Chương 1 : Các thông số kỹ thuật của xe bus SAMCO – BG4W

1.1 Bảng thông số kỹ thuật

1.2 Thông số tính toán phanh

Chương 2 : Đặc tính động lực học khi phanh

2.1 Phanh bánh xe

2.2 Phương trình tính toán động lực học khi phanh

2.3 Lực phanh riêng

2.4 Gia tốc chậm dần khi phanh

2.5 Thời gian ngắn nhất khi phanh

2.6 Quãng đường phanh ngắn nhất

2.7 Giản đồ phanh

Chương 3 : Sự hãm cứng của các bánh xe khi phanh

3.1 Hãm cứng khi xe chuyển động thẳng

3.2 Hãm cứng khi xe quay vòng

3.3 Góc lệch hướng khi phanh xe

Chương 4 : Các thông số phanh xe an toàn

4.1 Mức độ hãm phanh

4.2 Thời gian giảm tốc khi phanh xe an toàn

Chương 5 : Các trường hợp phanh xe trên đường

5.1 Trường hợp phanh xe đột ngột

5.2 Trường hợp phanh xe từ từ

5.3 Trường hợp phanh xe trên đường dốc

Chương 6 : Đánh giá và kết luận

6.1 Đánh giá

6.2 Kết luận

LỜI CÁM ƠN

Đồ án nghiên cứu tính toán ổn định khi phanh xe giúp chúng ta tìm hiểu và biếtđược các thông số động lực học của xe, các thông số an toàn khi phanh từ đó ta biếtcách vận hành và điều khiển xe một cách hợp lý và an toàn nhất trên các đoạn đường.Đồng thời qua đề tài này chúng em được vận dụng và củng cố lại các kiến thức đãđược học từ quý thầy cô trong trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM dạy bảo, đặcbiệt là sự chỉ dạy và giúp đỡ tận tình của quý thầy cô trong khoa công nghệ động lực

Trong suốt quá trình 4 năm lắng nghe và học tập, chúng em đã được học rất nhiềuđiều đáng quý, những điều học được không đơn giản chỉ là lý thuyết mà còn là nhữngkinh nghiệm quý báu từ công việc và cuộc sống của quý thầy cô

Qua đây chúng em muốn gửi lời cám ơn chân thành đến tất cả quý thầy cô giáo,cán bộ nhà trường và đặc biệt là quý thầy cô trong khoa công nghệ động lực đã chỉ dạy

và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình 4 năm học tập vừa qua

Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Văn Phụng, thầy đãdạy và chỉ bảo rất nhiều về các môn học chuyên ngành, tận tình hướng dẫn và giúp đỡchúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Với thời gian có hạn và khả năng, hiểu biết còn hạn hẹp, vì vậy việc sai sót làkhông thể tránh khỏi Vì thế chúng em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô vàcác bạn

TP.HCM, ngày 26 tháng 7 năm 2011

Nhóm sinh viên thực hiện

Đỗ Sĩ HảiChu Thành Khải

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Chương 1 : Các thông số kỹ thuật của xe bus SAMCO – BG4W 1

1.1 Bảng thông số kỹ thuật 1

1.2 Thông số tính toán phanh 2

Chương 2 : Đặc tính động lực học khi phanh 3

2.1 Phanh bánh xe 3

2.2 Phương trình tính toán động lực học khi phanh 4

2.3 Lực phanh riêng 5

2.4 Gia tốc chậm dần khi phanh 5

2.5 Thời gian ngắn nhất khi phanh 5

2.6 Quãng đường phanh ngắn nhất 5

2.7 Giản đồ phanh 6

2.7.1 Gia tốc phanh trung bình 6

2.7.2 Quãng đường phanh tối thiểu 7

2.8 Tính toán các thông số động học ở 6 tay số truyền 8

Chương 3 : Sự hãm cứng của các bánh xe khi phanh 9

3.1 Hãm cứng khi xe chuyển động thẳng 9

3.1.1 Khi hãm cứng ở các bánh sau 9

3.1.2 Khi hãm cứng ở các bánh trước 10

3.2 Hãm cứng khi xe quay vòng 10

3.2.1 Cầu sau bị hãm cứng 10

3.2.2 Cầu trước bị hãm cứng 11

3.2.3 Hai cầu đồng thời bị hãm cứng 11

3.3 Góc lệch hướng khi phanh xe 11

Chương 4 : Các thông số phanh xe an toàn 13

4.1 Mức độ hãm phanh 13

4.2 Thời gian giảm tốc khi phanh xe an toàn 14

Chương 5 : Các trường hợp phanh xe trên đường 17

5.1 Trường hợp phanh xe đột ngột 17

5.1.1 Áp lực phanh 17

5.1.3 Tốc độ chậm dần 19

5.1.4 Gia tốc chậm dần 19

5.1.5 Tốc độ v an toàn khi phanh đột ngột 201 5.2 Trường hợp phanh xe từ từ 21

5.2.1 Áp lực phanh 21

5.2.2 Thời gian giảm áp lực phanh của hệ thống phanh 21

5.2.3 Tốc độ xe an toàn khi phanh 23

5.3 Trường hợp phanh xe trên đường dốc 24

5.3.1 Mô men cần thiết để lên dốc 24

5.3.2 Thời gian điều chỉnh M rslh để tăng hệ số bám XT1 theo sự tăng trưởng độ trượt .25

5.3.3 Áp lực phanh khi xe lên dốc 25

5.3.4 Thời gian tác dụng của hệ thống phanh 26

5.3.5 Tốc độ phanh an toàn 27

Chương 6 : Đánh giá và kết luận 28

6.1 Đánh giá 28

6.2 Kết luận 28

VẼ ĐỒ THỊ BẰNG PHẦN MỀM ĐỒ HỌA LABVIEW 30

PHỤ LỤC 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

CHƯƠNG 1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE BUS SAMCO – BG4W

1.1 B ng thông s k thu tảng thông số kỹ thuật ố kỹ thuật ỹ thuật ật

1 ĐỘNG CƠ

Động cơ Động cơ Diesel 4HK1 E2N, 4 kỳ, 4 xy lanh

thẳng hàng, làm mát bằng nước, tăng áp, làm mát khí nạp, phun nhiên liệu trực tiếp

Dung tích công tác 5193 (cm3)

Công suất tối đa 110/2600 (HP/rpm)

Mô men xoắn tối đa 404/1500 – 2600 (Kg.m/rpm)

Đường kính xy lanh và hành trình

2 THÔNG SỐ VỀ TÍNH NĂNG CHUYỂN ĐỘNG

Khả năng leo dốc cực đại (%) 31

Hộp số Hộp số cơ khí 6 số tiến, 1 số lùi

Tỷ số truyền các tay số 5,979 : 3,434 : 1,862 : 1,297 : 1,000 : 0,759

Tỷ số truyền tay số lùi 5,701

3 PHANH

Phanh chính Tang trống/ tang trống

Dẫn động phanh Thủy lực, trợ lực chân không

Phanh tay Tang trống tác dụng lên trục thứ cấp của hộp

Chiều dài đuôi xe 2580 (mm)

Kích thước xe: Dài x Rộng x Cao

Bán kính quay vòng tối thiểu 8750 (mm)

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước khi đầy tải 2738 (mm)

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau khi đầy tải 1437 (mm)

Số hành khách cho phép chở 50 ( 28 chỗ ngồi + 22 chỗ đứng )

1.2 Thông số tính toán phanh

Trọng lượng tính toán: G m g 8500.9,81 83385( ) N

Hệ số chiều cao trọng tâm: hg 0, 28

Suy ra bán kính động học bánh xe: r dyn 0,32( )m

Hệ số bám khi bắt đầu phanh: XB10,8

Hệ số bám cuối quá trình phanh: XB2 0, 2

Mô men quán tính bánh xe: J R 1,3( )kg m2

Hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau:  0,656

Góc lên dốc: 0

3,5

 Xét tốc độ lúc bắt đầu phanh:v120( / )m s , v110( / )m s , v15( / )m s

Gia tốc trọng trường: 2

9,81( / )

CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC KHI PHANH 2.1 Phanh bánh xe

Nhìn vào hình vẽ ta có phương trình cân bằng mômen:

M - Mô men phanh f

M - Mô men cản lăn j

M - Mô men quán tính

Khi xe dừng hẳn thì P đạt cực đại, lúc đó p M j M f 0

max max

p p

b

M P

r

Để xe không bị trượt ta xét điều kiện an toàn, với lực bám P G.

Điều kiện phanh an toàn: P pmax P G.

Với:  - độ bám của mặt đường

G - Trọng lượng của xe

2.2 Phương trình tính toán động lực học khi phanh

Hình 1-1: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanhPhương trình cân bằng động lực học của xe khi phanh:

Xét theo điều kiện phanh an toàn ta có lực phanh cực đại: P pmax G.

Suy ra lực phanh riêng cực đại p pmax P pmax G.





2.4 Gia tốc chậm dần khi phanh ( j ) p

Trong quá trình phanh tốc độ giảm rất nhanh: V  0 P w 0

Khi phanh xe dừng hẳn lực cản lăn: P  f 0

Lúc này lực phanh cực đại sẽ là:P pmax G .j j pmax G.sin

2.5 Thời gian ngắn nhất khi phanh (t pmin)

Gia tốc cực đai khi phanh: max 1 min 1

sin

j p

v t

g





 trong đó v1 là tốc độ xe bắt đầu phanh

2.6 Quãng đường phanh ngắn nhất (S pmin)

Khi phanh xe chuyển động chậm dần nên S v v t 0  0,5 .a t2

2 min 1 min max min

.1

2 sin

j p

v S

sin

j v t

2.7.1 Gia tốc phanh trung bình ( j ) ptb

Để xác định gia tốc phanh trung bình, trên giản đồ phanh vẽ BC // Ot sao cho diện tích

tứ giác ABCD bằng diện tích tứ giác EFKD:

2.7.2 Quãng đường phanh tối thiểu S ptt( )m

Quãng đường phanh tối thiểu được tính qua diện tích hình thang AB’F’D:

2.8 Tính toán các thông số động học ở 6 tay số truyền ta có

Bảng 1-1: Giá trị các thông số động học tính được ứng với V120( / )m s

Theo phương Oy: F y m X ''sin

Lực quán tính F y tạo ra các phản lực bên của bánh trước và bánh sau (S t), (S s)

3.1.1 Khi hãm cứng ở các bánh sau

Hình vẽ 3-1: Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứngKhi cầu sau bị hãm cứng thì các phản lực bên:S  s 0, S  t 0 và lực quán tính

''

sin 0

y

F m X   sẽ tạo ra các mômen có giá trị:M Z F a S a y  t

Lực mômen này sẽ làm quay đầu xe, với lực quay M Z như hình vẽ làm cho góc

 tăng lên dẫn đến lực F cũng tăng lên và làm cho giá trị y M Zcàng tăng, xe có khả năng quay ngang và nguy cơ lật đổ là khó tránh khỏi Vì vậy, nếu các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh là trạng thái chuyển động không ổn định

3.1.2 Khi hãm cứng ở các bánh trước

Hình vẽ 3-2: Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứngKhi cầu trước bị hãm cứng thì các phản lực bên: S  t 0, S  s 0 và lực quán tính

''

sin

y

F m X  sẽ tạo ra các mômen có giá trị: M Z F b S b y  s

Lực mômen này sẽ làm quay đuôi xe, với lực quay M Z như hình vẽ làm cho góc

 giảm xuống dẫn đến lực F y cũng giảm xuống và làm cho giá trị M Z giảm xuống, tức là nguyên nhân làm quay xe càng giảm xuống nên khi xe chuyển động thẳng cầu trước bị hãm cứng sẽ ít nguy hiểm hơn về ổn định hướng chuyển động

Tuy nhiên khi các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng, do các phản lực ngang tác dụng lên các bánh trước bằng không nên xe không còn điều khiển được thông qua hệ thống lái, tức là xe mất tính ổn định hướng Bởi vậy ở trường hợp này xe cũng ở trạng thái chuyển động không ổn định

Kết luận:

Khi phanh xe đang chạy trên đường thẳng, để xe chuyển động ổn định thì không được để các bánh xe cầu trước hoặc cầu sau bị hãm cứng Do đó, điều kiện an toàn khi phanh là không xảy ra tình trạng hãm cứng

3.2 Khi xe quay vòng

3.2.1 Cầu sau bị hãm cứng

Gây mất ổn định hướng chuyển động

Ta có thể khắc phục bằng cách: quay ngược vòng tay lái hoặc giảm bớt lực phanh ở cầu sau

3.2.2 Cầu trước bị hãm cứng

Xe chuyển động theo hướng mở rộng bán kính quay vòng

Bánh xe trước không còn tiếp nhận được phản lực ngang S t(bánh xe mất tínhbám) để điều chỉnh hướng chuyển động nên xe bị mất đi tính điều khiển

3.2.3 Hai cầu đồng thời bị hãm cứng

Không gây ra phản lực bên phụ

Ô tô có thể tiếp tục chuyển động theo quỹ đạo

Khi có xuất hiện lực bên phụ sẽ làm cho xe chuyển động quay vòng

Do đó khi chạy xe trên đường ô tô cần trang bị hệ thống điều hòa lực phanhnhằm giảm hiện tượng hãm cứng bánh xe và phân phối lực phanh hợp lý như hệ thốngphanh chống hãm cứng ABS

3.3 Góc lệch hướng khi phanh xe

Hình 3-3: Góc lệch hướng khi phanh xeKhi phanh ô tô thường bị lệch so với hướng chuyển động (V

) một góc  gọi làgóc lệch hướng khi phanh

Ta có phương trình cân bằng mô men đối với trọng tâm (T)

B P M

Mô men của các phản lực ngang đối với trọng tâm T: M Sy S a S b1  2

Mô men quán tính xe M IZ do I Z tạo ra:

2 2

M q M IZ M Sy

2 2