Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực dẫn động gàu công tác trên xe xúc lật

Khi ôtô đang chuyển động xuống dốc mà ta thực hiện quá trình phanh thì nó sẽ chịu các lực tác dụng như hình 1.3 trong đó ta có: G - trọng lượng của ôtô N; Pf - lực cản lăn của bánh xe ôt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TRẦN HOÀNG THÁI

NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG

PHANH TRÊN Ô TÔ KIA MORNING 2013

SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ PHANH Ô TÔ 8

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 8

1.2 Nguyên lý phanh 10

1.2.1 Lực phanh sinh ra tại bánh xe 10

1.2.2 Các lực tác dụng lên xe khi phanh 11

1.3 Hiệu quả phanh ô tô 13

1.3.1 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu 13

1.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 16

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng hiệu quả phanh 20

1.4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 21

CHƯƠNG 2.XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHANH Ô TÔ 23

2.1 Mô hình động lực học phanh ô tô 23

2.1.1 Mô hình tổng quát chuyển động ô tô 23

2.1.2 Mô hình chuyển động của ô tô khi phanh 26

2.2 Mô hình hệ thống phanh thủy lực 29

2.2.1 Hệ thống phanh lý thuyết 29

2.2.2 Hệ thống phanh dẫn động thủy lực 30

2.3 Mô hình hệ thống treo 39

2.4 Mô hình bánh xe 44

CHƯƠNG 3.KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ HỆ THỐNG PHANH XE KIA MORNING 2013 48

3.1 Phương pháp mô phỏng 48

3.2 Thông số khảo sát 48

3.3 Các phương án khảo sát 49

3.4 Kết quả và đánh giá 50

3.4.1 Phương án 1 50

3.4.2 Phương án 2 55

3.4.3 Phương án 3 59

3.4.4 Phương án 4 62

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Biểu đồ so sánh số vụ tai nạn giao thông 2012 và 11 tháng 2013 9

Hình 1.2 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 10

Hình 1.3 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh trên đường dốc 11

Hình 1.4 Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh trên đường bằng 14

đến quãng đường phanh ngắn nhất 18

Hình 2.1 Mô hình chuyển động ô tô 23

Hình 2.3 Đồ thị mômen phanh lý thuyết 29

Hình 2.4 Sơ đồ xy lanh chính 2 khoang 30

Hình 2.5 Sơ đồ đường ống dẫn dầu hệ thống phanh thủy lực cho 1 cầu 34

Hình 2.6 Mô hình mô phỏng cơ cấu phanh đĩa 37

Hình 2.9 Sơ đồ xác định chế độ mở của tiết lưu 42

Hình 3.1 Loại xe khảo sát 48

Hình 3.2 Đồ thị mô men tại các bánh xe 50

Hình 3.3 Đồ thị quãng đường xe di chuyển 51

Hình 3.4 Đồ thị vận tốc xe và các bánh xe 52

Hình 3.5 Đồ thị gia tốc xe 52

Hình 3.6 Đồ thị vận tốc xe 53

Hình 3.7 Đồ thị hệ số trượt dọc 53

Hình 3.8 Đồ thị lực dọc bánh xe 54

Hình 3.9 Đồ thị phản lực mặt đường 54

Hình 3.10 Đồ thị mô men tại các bánh xe 55

Hình 3.11, Đồ thị quãng đường di chuyển 55

Hình 3.12 Đồ thị vận tốc xe 56

Hình 3.13 Đồ thị gia tốc xe 56

Hình 3.14 Đồ thị vận tốc dọc tại các bánh xe 57

Hình 3.15 Đồ thị lực dọc tại các bánh xe 58

Hình 3.16 Đồ thị phản lực mặt đường 58

Hình 3.17 Đồ thị mô men tại các bánh xe 59

Hình 3.18 Đồ thị vận tốc dọc xe 59

Hình 3.19 Đồ thị gia tốc dọc xe 60

Hình 3.20 Đồ thị hệ số trượt 60

Hình 3.21 Đồ thị lực kéo dọc xe 61

Hình 3.22 Đồ thị phản lực mặt đường 62

Hình 3.23 Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng 62

Hình 3.24 Đồ thị vận tốc và gia tốc góc xoay thân xe 63

Hình 3.25 Đồ thị hệ số trượt dọc 63

Hình 3.26 Đồ thị góc lệch ngang bánh xe 64

Hình 3.27 Đồ thị gia tốc ngang 64

Hình 3.28 Đồ thị lực ngang 65

Hình 3 29 Đồ thị lực doc 65

Hình 3.30 Đồ thị phản lực mặt đường 66

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

a Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm xe m

b Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm xe m

mt Khối lượng phần không được treo cầu trước Kg

ms Khối lượng phần không được treo cầu sau Kg

ht Chiều cao trọng tâm phần không được treo cầu trước m

hs Chiều cao trọng tâm phần không được treo cầu sau m

g Gia tốc trọng trường m/s2

Jz Mô men quán tính ô tô quanh trục thẳng đứng Kg.m

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô đã

có sự phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng những yêu cầu của con người Những chiếc ôtô đặc biệt là ô tô con ngày càng trở nên nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơn để theo kịp với xu thế của thời đại.Song song với việc phát triển ngành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho người và xe càng trở nên cần thiết

Do đó trên ôtô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như: cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí, trong đó hệ thống đóng vai trò quan trọng nhất, được sử dụng thường xuyên nhất

Nghiên cứu hệ thống phanh là một vấn đề tương đối phức tạp Hiệu quả phanh ngoài việc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, đặc biệt đối với các loại xe

con có vận tốc di chuyển lớn Đề tài “Nghiên cứu, mô phỏng đánh giá hệ thống phanh trên ô tô KIA MORNING 2013 sản xuất tại Việt Nam” nhằm

đánh giá ổn định của xe khi di chuyển trong những điều kiện cụ thể Do thời gian có hạn và trình độ chuyên môn còn nhiều hạn chế, nên mục tiêu đề ra của luận văn còn nhiều điểm chưa hoàn thiện rất mong được sự tham gia đóng góp của các thầy giáo, các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn;

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn TS Cao Hùng Phi và TS Dương Ngọc Khánh cùng tập thể các Thầy, cô giáo trong Viện Cơ khí - Động lực - trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp

đỡ trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giả

Trần Hoàng Thái

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHANH Ô TÔ

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Tai nạn giao thông đã có từ rất lâu trong lịch sử dưới nhiều hình thức khác nhau Tuy nhiên, hiện tại vẫn chưa có một định nghĩa thật chính xác có thể mô tả hết những đặc tính của nó Về cơ bản tai nạn giao thông có những đặc tính như sau:

- Được thực hiện bằng những hành vi cụ thể;

- Gây ra thiệt hại nhất định về tính mạng, sức khỏe con người, vật, tài sản;

- Chủ thể trực tiếp thực hiện hành vi cuối cùng trong vụ tai nạn giao thông cụ thể phải là đối tượng đang tham gia vào hoạt động giao thông;

- Xét về lỗi, chỉ có thể là lỗi vô ý hoặc là không có lỗi, không thể là lỗi cố ý Hàng năm có khoảng 1,2 triệu người bị chết bởi tai nạn giao thông trên toàn thế giới Khi mức độ giao thông trên thế giới ngày càng tăng thì số tai nạn và số người bị thương vì tai nạn giao thông cũng ngày càng tăng theo Theo báo cáo tình hình toàn cầu của WHO, tai nạn giao thông đang trở thành một vấn đề lớn về sức khỏe và phát triển con người trên thế giới Trung bình mỗi năm trên toàn thế giới có tới 1,2 triệu người chết vì tai nạn giao thông và 50 triệu người bị thương Còn tính riêng nước ta, từ 16/11/2011 đến 16/11/2012, toàn quốc đã xảy ra 36.376 vụ tai nạn giao thông, làm chết 9.838 người và bị thương 38.060 người

Cụ thể hơn theo báo cáo thường niên về tình hình tai nạn giao thông của hãng Volvo [1], ở 27 nước EU, năm 2009 có khoảng 35.000 nạn nhân chết vì tai nạn giao thông, năm 2010 là 31.000 vụ Còn ở Việt Nam, theo nghiên cứu của tác giả Lê Minh Châu [2] tổng số vụ tai nạn giao thông đường bộ năm

2009 là 11.758 vụ giảm 43,3% so với năm 1999 Nhưng số người chết vì tai nạn giao thông đường bộ lại tăng đến 66,3 % chỉ trong 10 năm Cũng theo báo cáo này thì tai nạn giao thông đường bộ lớn hơn hẳn so với các loại hình giao thông khác

Theo thống kê của Ủy ban An toàn giao thông quốc gia năm 2011 [3] cả nước xảy ra 44.548 vụ tai nạn giao thông, làm 11.395 người chết và 48.734 người bị thương Ngày 24/7/2012, tại TP Hồ Chí Minh, Tổng cục Cảnh sát Quản lý hành chính về trật tự, an toàn xã hội tổ chức sơ kết thực hiện Nghị quyết 88/CP về Tăng cường thực hiện các giải pháp trọng tâm bảo đảm trật

tự, an toàn giao thông Trong hội nghị, Ủy ban An toàn giao thông quốc gia báo cáo: “Sáu tháng đầu năm 2012, cả nước xảy ra 17.548 vụ tai nạn giao thông làm chết 4.701 người, làm bị thương 19.629 người”

Hình 1.1 Biểu đồ so sánh số vụ tai nạn giao thông 2012 và 11 tháng 2013

Còn nếu so sánh các vụ tai nạn giao thông của hai năm 2012 và 2013 (đến tháng 11) ta thấy xu hướng các vụ tai nạn giao thông đều tăng Điều đó cho thấy tính phức tạp trong vấn đề đảm bảo an toàn giao thông ở Việt Nam Ngày nay khi ôtô đã trở thành phương tiện chính dùng để đi lại và chuyên chở hàng hoá ở nước ta thì vấn đề an toàn và thuận tiện khi điều khiển

của ôtô là rất quan trọng Khi ôtô chuyển động nó sẽ chịu tác động của nhiều yếu tố như người điều khiển, tác động của ngoại cảnh, các yếu tố ngẫu nhiên xảy ra trên đường Người lái có thể thực hiện các thao tác để điều khiển ôtô như: tăng ga để tăng tốc, đạp phanh để giảm tốc độ, và đánh vô lăng để quay vòng Các yếu tố ngoại cảnh tác động lên ôtô cũng khác nhau Ôtô có thể chạy trên các đường với các biên độ khác nhau Khi ôtô chạy trên đường khác nhau thì hệ số bám của lốp và mặt đường cũng khác nhau và gió cũng là một yếu tố ngoại cảnh tác động lên ôtô Và còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng tới ô tô khi đang chuyển động Một yếu tố ảnh hưởng ngẫu nhiên khác và thường gây mất

an toàn đó là sự xuất hiện bất ngờ của các chướng ngại vật

Tất cả các yếu tố trên sẽ ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái chuyển động

và mức độ an toàn của ôtô Trong đó tính ổn định hướng của ôtô là yếu tố ảnh hưởng lớn đến quỹ đạo chuyển động của nó, nguyên nhân chính gây ra các vụ

tai nạn giao thông

1.2 Nguyên lý phanh

1.2.1 Lực phanh sinh ra tại bánh xe

Hình 1.2 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

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 Khi tác động lên bàn đạp phanh thì cơ cấu phanh sẽ tạo ra mômen ma sát còn gọi là mômen 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 với chiều chuyển động Phản lực Pp còn gọi là lực phanh và được xác định theo biểu thức (1.1)

p p

b

r

Trong đó rb - bán kính động lực học của bánh xe

Khi phanh còn có mômen của lực quán tính tiếp tuyến Mjb và mô men cản lăn Mf tác dụng lên bánh xe Do đó lực phanh tổng cộng Ppo sẽ là:

po

b p

1.2.2 Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh trên đường dốc

Hình 1.3 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh trên đường dốc

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

nó sẽ chịu các lực tác dụng như 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 tác dụng lên các bánh xe trước

và sau của ôtô (N);

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

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

H - tọa độ trọng tâm của ôtô 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 ô tô

Các giá trị trên được xác đinh như sau:

Tổng lực phanh Pp sẽ là:

Pp = Pp1+Pp2 (1.3) giá trị cực đại Ppmax xác định như sau : Ppmax =.G

x - đạo hàm bậc hai của quãng đường dịch chuyển của ôtô theo thời gian

J - gia tốc phanh ôtô, m/s2;

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:

j p f w

1.3 Hiệu quả phanh ô tô

1.3.1 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu

- Đối với ôtô 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

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

Trên hình 1.4 biểu diễn lực tác dụng lên ôtô khi phanh, bao gồm: trọng lượng ôtô G, lực cản lăn Pf1 ,Pf2 ở các bánh xe trước và sau, phản lực pháp tuyến Z1, Z2 tác dụng lên cầu trước và sau, lực phanh Pp1, Pp2 ở các bánh trước

và sau, lực cản không khí Pw, lực quán tính Pj

Bằng cách lập phương trình cân bằng mô men của các lực tác dụng lên ôtô khi phanh với các điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường tại A và B, ta xác định được các phản lực:

Trong đó: a,b,h - tọa độ trọng tâm của ôtô ;

L - chiều dài cơ sở của ôtô

L

G a P h Z

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 tỉ số giữa lực phanh ở các bánh xe trước và sau sẽ là:

P

j j

Thay Pjmax vào (1.11) ta có:

h P a

h P b P

P

j

j p

là muốn phanh đạt hiệu 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 (1.12)

Trong điều kiện sử dụng của ôtô tọa độ trọng tâm luôn thay đổi do chất tải khác nhau và hệ số bám φ 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 (1.12) thì phải thay đổi được mômen

phanh Mp1 và Mp2 trên các bánh xe trước và sau Để thay đổi mômen phanh

có thể thay đổi áp suất dầu hoặc áp suất khí nén dẫn đến các xylanh phanh bánh xe hoặc dẫn đến bầu phanh (phanh khí) Trên các ôtô hiện đại, thường được lắp bộ điều hòa lực phanh hoặc bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh nhằm tự động điều chỉnh lực phanh để luôn thỏa mãn điều kiện phanh (1.12) Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh bao gồm hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ôtô khi phanh

Như vậy, để đưa ra được các biện pháp tối ưu nhằm nâng cao chất lượng của quá trình phanh đối với ôtô thì việc nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh không thể tách rời việc nghiên cứu tính ổn định hướng của ôtô khi phanh Từ đó cho chúng ta thấy rằng các hiểu biết về động lực học điều khiển

và quỹ đạo chuyển động của ô tô là một vấn đề nhất thiết phải được đề cập đến ở đây

1.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

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

Các chỉ tiêu trên được xác định trong điều kiện phanh ôtô không có kéo rơmooc và ngắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực

a Gia tốc chậm dần khi phanh và các chỉ tiêu tương đương

- Gia tốc phanh được xác định theo biểu thức

(1.13) Trong đó: δj - 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 (0):

Để giảm thời gian phanh cần giảm hệ số δj bằng cách ngắt ly hợp khi phanh

để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực

- 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

Qua biểu thức (1.16) ta thấy để giảm quãng đường phanh nhỏ nhất cần giảm hệ số δj, cho nên nếu người lái ngắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn

Trên hình 1.5 biểu diễn sự phụ thuộc giữa quàng đường phanh S với vận tốc ban đầu v1 và hệ số bám φ

Công thức (1.16) quãng đường phanh phụ thuộc vào vận tốc v0 theo quy luật bậc 2 Qua đó thấy rằng, vận tốc v0 càng cao thì quãng đường phanh S

càng lớn, ngược lại hệ số bám φ càng tăng thì S càng giảm

- 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:

p p

r

M

P 

(1.17) Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ

G của xe, nghĩa là:

P

P p

(1.18) Lực phanh riêng cực đại nhận được khi lực phanh cực đại:

P

Pmax pmax .

(1.19) Khi đánh giá chất lượng phanh của ô tô, ô tô có thể sử dụng một trong bốn chỉ tiêu trên Trong đó quãng đường phanh là đặc trưng 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 không 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

b.Tính ổn định hướng chuyển động khi phanh

Thông số đánh giá là góc quay thân xe Trong thực tế, khi phanh thì trục dọc của ôtô có thể bị lệch đi một góc ε so với phương chuyển động ban đầu

Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái và tạo thành mômen quay vòng quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm của ôtô

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng hiệu quả phanh

Các yếu tố ảnh hưởng:

+ Phản lực tác dụng từ đường: mấp mô đường, đường nghiêng, gió; + Lực quán tính ly tâm khi tăng tốc, khi phanh, chất tải lệch trọng tâm; + Độ bám giữa lốp và đường: mấp mô tế vi, môi chất giữa lốp và đường (nước, bụi, cát);

+ Cấu trúc của lốp: độ đàn hồi hướng kính, tiếp tuyến và ngang;

+ Động lực học bánh xe: cường độ phanh, tốc độ tăng mômen khi

phanh Điều này dẫn đến sự trượt bánh xe

Người ta thường biểu diễn lực tương tác bánh xe theo hệ số bám φx, φy

và phản lực FZ :

(1.20) (1.21) Như vậy các lực tương tác khi phanh phụ thuộc hai yếu tố:

+ FZ: thông số này phụ thuộc động lực học phương thẳng đứng, phụ thuộc các yếu tố như mấp mô mặt đường, đường nghiêng, gió, lực quán tính

ly tâm khi tăng tốc, khi phanh, quay vô lăng

+ φx, φy: là hệ số bám (còn được gọi là hệ số truyền lực) phụ thuộc các yếu tố như cấu trúc của lốp, bề mặt đường, vận tốc trượt dọc, trượt ngang Ngoài ra khi phanh với xe có 4 bánh, các giá trị (FZ,FX,Fy, φx, φy)i rất khác nhau Điều này gây mất ổn định và mất khả năng điều khiển do lực

X Z x

F  F 

Y Z y

F  F 

phanh hai bên trái và phải khác nhau và bánh xe không có khả năng truyền lực

Việc xác định các quan hệ động lực học của quá trình phanh để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phanh là một việc làm cần thiết theo hai góc độ:

+ Có kỹ thuật phanh hợp lý cho lái xe

+ Có biện pháp kết cấu nâng cao hiệu quả phanh

Việc mô tả quá trình phanh là khó khăn vì các yếu tố của quá trình phanh

là thay đổi:

+ Mặt đường thay đổi dẫn đến hệ số bám thay đổi;

+ Cấu trúc xe và lốp thay đổi;

+ Phản xạ của người lái khác nhau; thời gian phản ứng khác nhau; + Môi trường khi phanh;

Cho nên các hàm mục tiêu về hiệu quả phanh phụ thuộc vào nhiều yếu tố

mà khi thí nghiệm trên đường không thể xác định tường minh được

1.4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Để đánh giá hệ thống phanh trên xe Kia Morning 2013, tác giả đã đi vào tìm hiểu, nghiên cứu về các chỉ tiêu về hiệu quả phanh, từ đó xây dựng mô hình động lực học ô tô và các hệ thống con Phương pháp nghiên cứu của luận văn là lập mô hình động lực học bằng phương pháp tách cấu trúc của hệ nhiều vật và sử dụng phương trình Newton-Euler; mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng MatLab-Simulink để giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống phanh và quá trình phanh trên xe Kia Moring 2013 từ đó đưa ra các chỉ tiêu đánh giá an toàn động lực học phanh ô tô Nội dung đề tài bao gồm:

- Tổng quan về phanh và các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ô tô;

- Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh và động lực học phanh ô tô;

- Mô phỏng bằng phần mềm MATLAB Simulink và khảo sát một số trường hợp phanh của xe

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHANH Ô TÔ

2.1 Mô hình động lực học phanh ô tô [4]

2.1.1.Mô hình tổng quát chuyển động ô tô

Các thông số của mô hình chuyển động tổng quát được biểu diễn trong hình 2.1:

G (XYZ) là hệ toạ độ cố định;

B (Cxyz) là hệ toạ độ ô tô (vật)

Gd: là véc tơ vị trí từ gốc của G đến trọng tâm C của xe B(Cxyz)

Hình 2.1 Mô hình chuyển động ô tô

Phương trình chuyển động viết trong hệ vật B:

C x y z

v   v v v   (2.3)

Trong đó vx là thành phần tịnh tiến, vy là vận tốc ngang của xe

Véc tơ gia tốc tương ứng:

T B

C x y z

Véc tơ vận tốc quay thân xe:

T T

c x y z

v   v v v   (2.11)

T B

c x y z

T B

GB      x y z  (2.13)

T B

Từ phương trình tổng quát (2.16, 2.18), ta có thể suy ra phương trình

chuyển động của mô hình động lực học ô tô không dao động phương z và

không lắc dọc, ngang vì:

x z y x

2.1.2 Mô hình chuyển động của ô tô khi phanh

Dựa vào hệ phương trình tổng quát (2.19) và sơ đồ lực mô đun động lực học ô tô trong mặt phẳng nền (xoy) như hình 2.2, ta có:

Phương trình động lực học chuyển động dọc trục x của ô tô [8]:

Hình 2.2 Mô hình động lực học ô tô trong mặt phẳng xOy

Hệ phương trình mô tả dao động ô tô

Để có thể xác định các biến vi phân xác định tính chất chuyển động của

ô tô, ta cần phải xác định các thành phần ngoại lực và liên kết phía bên phải Trong giới hạn đề tài là khảo sát hệ thống phanh, ta giả thiết mô hình hệ thống lái là lý tưởng và biên dạng mặt đường là dạng quy luật dao động hình Sin Vì vậy, trong đề tài này chỉ trình bày một số mô hình con để xác định các thành phần bên trái như sau:

- Mô hình hệ thống phanh;

- Mô hình hệ thống treo;

- Mô hình bánh xe

2.2 Mô hình hệ thống phanh thủy lực

2.2.1 Hệ thống phanh lý thuyết

Hình 2.3 Đồ thị mômen phanh lý thuyết

Thực chất của hệ thống phanh lý tưởng là việc lực phanh được truyền nguyên vẹn qua tỷ số truyền lực phanh xuống bánh xe mà bỏ qua độ trễ của dẫn động phanh và hiệu suất của dẫn động và cơ cấu phanh Dạng mômen phanh của hệ thống này được thể hiện như trên hình 2.3

Hệ thống phanh lý tưởng có những điểm cần chú ý như sau:

- Giá trị mô men đặt trên bánh xe khi chuyển động thẳng được quy định bằng giá trị Mp0 Giá trị này bằng 0 khi bánh xe là bị động và lớn hơn 0 khi là bánh xe chủ động;

- Mp1 là mômen đặt lên bánh xe khi phanh hoàn toàn Trong trường hợp

lý tưởng với điều kiện giữ nguyên lực đạp bàn đạp phanh thì giá trị này là cố định;

- t0 - thời điểm bắt đầu đạp phanh;

- t1 - thời điểm hết quá độ đạp phanh;

- t2 - thời điểm kết thúc quá trình phanh;

- Δt - khoảng thời gian phanh quá độ Trong các mô phỏng thì đây là khoảng thời gian đƣợc tính cho các thành phần chậm tác dụng hệ thống phanh, thời gian tăng lực đạp phanh…

2.2.2 Hệ thống phanh dẫn động thủy lực

Hệ thống phanh thủy lực đƣợc đặc trƣng bởi dẫn động bằng thủy lực Vì vậy tính chất làm việc của hệ thống này phụ thuộc rất lớn vào các tính chất lý học của chất lỏng trong hệ thống Trong luận văn này tác giả mô hình hóa một

số thành phần trong hệ thống phanh thủy lực [5] nhƣ sau:

a.Xy lanh chính:

Hình 2.4 Sơ đồ xy lanh chính 2 khoang

 Phương trình chuyển động của piston I

 Phương trình chuyển động của Piston II

Các lực tác dụng lên piston II:

- Áp lực của khoang dầu I : Fdp = Pmcp.Amc

- Áp lực của khoang dầu II : Fds = Pmcs.Amc (2.29)

(2.32) Lưu lượng dòng dầu phanh I:

Với giả thiết piston ở gần vị trí lỗ bù dầu nên có thể coi =0

Lưu lượng dòng dầu phanh II :

N A P F A p x

mm cs. m cs m c m c lxs  m cp. m c

)(

.

khi x

r r x r x

r

x r r arctg

r

a

r x khi x

r r x r x

r

x r r arctg

)(

)(

)(

)(

)(

)(

2 2

2 2

1

2 2

2 2

1

b Mô hình mô phỏng đường ống dẫn dầu hệ thống phanh thủy lực cho 1 cầu

- Áp suất dòng phanh I :

(2.41) Trong đó:

k: mô đun đàn hồi của dầu phanh, coi k = 2.109

khi x

r r x r x

r

x r r arctg r

a

r x khi x

r r x r x

r

x r r arctg r r

)(

)(

)(

)(

)(

)(

2 2

2 2

2

2 2

2 2

2

&

1

) 2

&

1 1 (

1

Q Q Q

dt Q

Q Vl