Khảo sát ảnh hưởng của ABS và điều hoà lực phanh đến hiệu quả phanh bằng mô hình động lực học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- DƯƠNG VĂN TOÀN KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ABS VÀ ĐIỀU HÒA LỰC PHANH ĐẾN HIỆU QUẢ PHANH BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 1/2 LUẬN

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

-

DƯƠNG VĂN TOÀN

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ABS VÀ ĐIỀU HÒA LỰC PHANH ĐẾN HIỆU QUẢ PHANH BẰNG

MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 1/2

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2013

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

-

DƯƠNG VĂN TOÀN

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ABS VÀ ĐIỀU HÒA LỰC PHANH ĐẾN HIỆU QUẢ PHANH BẰNG

MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 1/2

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS - TS VÕ VĂN HƯỜNG

Hà Nội – 2013

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 4

Danh mục các hình vẽ, đồ thị, bảng 7

LỜI CẢM ƠN 12

PHẦN MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 16

1.1 Hiệu quả phanh 16

1.2 Giải pháp nâng cao hiệu quả phanh 18

1.3 Cơ sở lý thuyết về hệ thống ABS 21

1.4 Cơ sở lý thuyết điều hoà lực phanh 25

CHƯƠNG II THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 30

2.1 Các giả thiết 30

2.2 Thiết lập phương trình động lực học ô tô 30

2.2.1 Mô hình động lực học ngang 1 dãy 31

2.2.2 Mô hình động lực học phương thẳng đứng 34

2.2.3 Mô hình động lực học bánh xe 39

2.2.4 Mô hình lốp 43

2.3 Phương pháp giải 46

2.4 Chọn thông số và phương án khảo sát 46

2.4.1 Chọn bộ số liệu 48

2.4.2 Các phương án khảo sát 49

CHƯƠNG III KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ABS VÀ ĐIỀU HOÀ LỰC PHANH ĐẾN HIỆU QUẢ PHANH 51

3.1 Phương án 1 51

3.1.1 Trường hợp 1: Xe có trang bị ABS 51

3.1.2 Trường hợp 2: Xe có trang bị ĐHLP 60

3.1.3 Trường hợp 3: Xe có trang bị ABS và ĐHLP 68

3.2 Phương án 2 75

3.2.1 Trường hợp 1: Xe có trang bị ABS 75

3.2.2 Trường hợp 2: Xe có trang bị ĐHLP 79

3.2.3 Trường hợp 3: Xe có trang bị ABS và ĐHLP 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Dương Văn Toàn, tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PSG – TS Võ Văn Hường Đề tài được thực hiện

tại Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng, Viện cơ khí động lực, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa được công bố trong các công trình nào khác

Hà Nội, Ngày 26 tháng 8 năm 2013

Tác giả

Dương Văn Toàn

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

- F Z1 N : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước

- F Z2 N : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau

- m2 N : Khối lượng được treo sau

- m A1 N : Khối lượng không được treo trước

- m A2 N : Khối lượng không được treo sau

- f m t  : Độ võng tĩnh

- f t1 m : Độ võng tĩnh phía trước

- f t2 m : Độ võng tĩnh phía sau

- rad : Góc lắc thân xe

Hình 1.9 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần

Hình 1.13 Quan hệ tỷ lệ áp suất điều khiển (e) giữa cầu trước (p1) và cầu sau (p2) 26

Hình 3.56 Đồ thị mô men trên bánh xe sau 73

Hình 3.57 Đồ thị hệ số trượt tại bánh xe trước 73

Hình 3.58 Đồ thị hệ số trượt tại bánh xe sau 74 Hình 3.59 Đồ thị gia tốc phanh 74

Hình 3.60 Đồ thị quãng đường phanh 74 Hình 3.61 Đồ thị phản lực thẳng đứng tại bánh xe trước 75 Hình 3.62 Đồ thị phản lực thẳng đứng tại bánh xe sau 76 Hình 3.63 Đồ thị phản lực tiếp tuyến tại bánh xe trước 76

Hình 3.64 Đồ thị phản lực tiếp tuyến tại bánh xe sau 76

Hình 3.65 Đồ thị mô men trên bánh xe trước 77

Hình 3.66 Đồ thị mô men trên bánh xe sau 77

Hình 3.67 Đồ thị hệ số trượt tại bánh xe trước 77

Hình 3.68 Đồ thị hệ số trượt tại bánh xe sau 78

Hình 3.69 Đồ thị gia tốc phanh 78

Hình 3.70 Đồ thị quãng đường phanh 78

Hình 3.71 Đồ thị phản lực thẳng đứng tại bánh xe trước 79

Hình 3.72 Đồ thị phản lực thẳng đứng tại bánh xe sau 80

Hình 3.73 Đồ thị phản lực tiếp tuyến tại bánh xe trước 80

Hình 3.74 Đồ thị phản lực tiếp tuyến tại bánh xe sau 80

Hình 3.75 Đồ thị mô men trên bánh xe trước 81

Hình 3.76 Đồ thị mô men trên bánh xe sau 81

Hình 3.77 Đồ thị hệ số trượt tại bánh xe trước 81

Hình 3.78 Đồ thị hệ số trượt tại bánh xe sau 82

Hình 3.79 Đồ thị gia tốc phanh 82

Hình 3.80 Đồ thị quãng đường phanh 82

Hình 3.81 Đồ thị phản lực thẳng đứng tại bánh xe trước 83

Hình 3.82 Đồ thị phản lực thẳng đứng tại bánh xe sau 84

Hình 3.83 Đồ thị phản lực tiếp tuyến tại bánh xe trước 84

Hình 3.84 Đồ thị phản lực tiếp tuyến tại bánh xe sau 84

Hình 3.85 Đồ thị mô men trên bánh xe trước 85

Hình 3.86 Đồ thị mô men trên bánh xe sau 85

Hình 3.87 Đồ thị hệ số trượt tại bánh xe trước 85

Hình 3.88 Đồ thị hệ số trượt tại bánh xe sau 86

Hình 3.89 Đồ thị gia tốc phanh 86

Hình 3.90 Đồ thị quãng đường phanh 86

Danh mục các bảng Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS 24

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy trong Bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng – Việc Cơ khí Động lực – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các bạn đồng

nghiệp, đặc biệt là lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS-TS Võ Văn Hường – Thầy

giáo hướng dẫn đề tài – đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tác giả trong việc định hướng nghiên cứu và các phương pháp giải quyết vấn đề cụ thể đặt ra

Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy, cô

và các bạn đồng nghiệp nhằm bổ sung và hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo

Tác giả

Dương Văn Toàn

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay khi mà ôtô đã trở thành phương tiện đi lại ngày càng phổ biến, tốc

độ ôtô ngày càng tăng cao thì yêu cầu về độ an toàn cũng như sự thuận tiện khi điều

việc hạn chế tai nạn giao thông Thêm vào đó cũng cần có những nghiên cứu, đánh giá đúng mức ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu quả phanh nhằm góp phần làm sáng tỏ bản chất phanh ô tô Qua đó có thể giúp người điều khiển nhận thức về vận hành và sửa chữa hệ thống phanh tốt hơn

Trước nhu cầu thực tế trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “Khảo sát ảnh hưởng

của ABS và điều hòa lực phanh đến hiệu quả phanh bằng mô hình đông lực học 1/2” nhằm nghiên cứu các vấn đề về động lực học của xe ôtô nói chung và

nghiên cứu quá trình phanh nói riêng Từ các thông số động lực học nghiên cứu trong quá trình phanh, chúng ta có thể dựa vào đó tìm ra các giải pháp để làm cho

xe trở nên an toàn hơn khi phanh và giúp cho việc điều khiển xe thuận tiện hơn với

người sử dụng, giảm thiểu các tai nạn giao thông do xe gây ra

2 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở đặt vắn đề ở trên, đề tài tập trung vào khảo sát động lực học của xe ôtô con khi phanh với các giả thiết quan trọng với mục đích:

- Xây dựng mô hình chính xác, gần hơn với điều kiện thực tế

- Khảo sát một số trường hợp gây ra mất ổn định của xe khi phanh

- Đánh giá khả năng đảm bảo an toàn của xe mô phỏng trong các điều kiện khác nhau

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống phanh ABS dẫn động thủy lực của xe ô tô con

- Bộ điều hoà lực phanh trên ô tô con

- Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực trên ô tô con không có ABS và Điều hoà lực phanh

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu động lực học của xe ôtô là rất rộng và thời gian nghiên cứu cho luận văn có hạn vì vậy trong khuôn khổ luận văn, đề tải chỉ tập trung vào các nội dung chính:

- Xây dựng mô hình tính toán cho xe ôtô

- Thiết lập các phương trình toán học mô tả chuyển động của ôtô

- Giải hệ phương trình được thành lập trên máy tính

- Khảo sát các trạng thái phanh đặc trưng và mô phỏng kết quả trên máy tính, xem xét sự thay đổi các thông số động học, động lực học của ôtô

4 Phương pháp nghiên cứu

Việc nghiên cứu đề tài có thể tiến hành nhiều cách như:

- Khảo sát trên mô hình thực với bãi thí nghiệm lớn

- Dùng mô hình đồng dạng trên sa bàn

- Dùng mô tả toán học và mô phỏng bằng các công cụ trên máy tính

Với phương pháp dùng thực nghiệm trên bãi lớn có ưu điểm cho kết quả tin cậy nhất, song tốn kém và rất nguy hiểm khi thử nghiệm xe, điều này hoàn toàn chưa phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật trong nước cũng như quy mô của đề tài Với mô hình đồng dạng trên sa bàn nhằm hạn chế các tổn thất có thể xảy ra trên bãi thử, tuy nhiên việc chế tạo ra mô hình đồng dạng cũng không phải dễ dàng, phải

sử dụng nhiều thiết bị đo đạc Tính tin cậy của bài toán đòi hỏi thiết bị đo đạc, lấy

số liệu với độ chính xác cao dẫn tới kinh phí thực hiện lớn

Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực ứng dụng, việc mô tả toán học và chuyển đổi sang mô hình mô phỏng bằng các phần mềm chuyên dụng hiện đại đang được sử dụng rộng rãi và có nhiều ưu điểm hơn cả Mô phỏng trên máy tính cho phép rút ngắn được thời gian nghiên cứu, dễ dàng thay đổi các thông số, kết quả đạt được có độ chính xác tương đối cao Trong thời gian cho phép, đề tài lựa chọn loại xe 4 chỗ (ô tô con) và sử dụng công cụ mô phỏng trên máy tính để khảo sát quá trình phanh của xe

Mục tiêu của đề tài là thiết lập bài toán phanh của xe Các lực kích động tác động lên xe cũng rất phức tạp, trong khuôn khổ đề tài tập trung xem xét các tác động của mômen phanh tác dụng lên các bánh xe, với các giả thiết chủ yếu là: Xe chạy thẳng, chuyển động đều trước khi phanh

5 Cấu trúc luận văn

Phần mở đầu

Nội dung

- Chương l: Tổng quan

- Chương 2: Thiết lập mô hình động lực học ô tô

- Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng của ABS và Điều hoà lực phanh

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Hiệu quả phanh

Quá trình phanh ôtô là quá trình tính từ khi người lái phát hiện thấy chướng ngại vật và quyết định đạp phanh đến khi tốc độ xe giảm xuống một giá trị xác định theo yêu cầu của người lái

Khi phanh xảy ra hai quá trình: ma sát giữa má phanh và trống phanh (hay đĩa phanh) xảy ra trong cơ cấu phanh; ma sát giữa bánh xe với mặt đường Ma sát trong

cơ cấu phanh được đặc trưng bởi hệ số ma sát giữa vật liệu làm guốc phanh, má phanh với trống phanh hay đĩa phanh Ma sát giữa bánh xe với mặt đường đặc trưng bằng hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường Ma sát giữa guốc phanh, má phanh và trống phanh làm giảm tốc độ quay của bánh xe Ma sát giữa bánh xe và mặt đường làm giảm tốc độ chuyển động của ôtô Hệ thống phanh có hiệu quả tốt thì phần động năng phải được tiêu tán trong cơ cấu phanh dưới dạng nhiệt; tức là cơ cấu phanh không bị bó cứng Bản chất truyền lực giữa bánh xe và đường là “truyền

khớp - truyền đàn hồi đàn hồi - truyền ma sát”

Sơ đồ nguyên lý phanh được thể hiện trong hình 1.1

Hình 1.1 Nguyên lý phanh

Khi phanh, lái xe đạp phanh, tạo ra mô men phanh cho bánh xe Mb Khi đó có hai thông số vận tốc là vận tốc dài và vận tốc góc; hai vận tốc này không bằng nhau, một phần do lốp biến dạng, một phần do trượt tương đối giữa lốp và đường Hiện tượng trượt xảy ra khi quá trình đàn hồi kết thúc Đặc trưng cho sự tổn hao vận tốc

là hệ số trượt Hình 1.2 là các thông số động lực học của bánh xe khi phanh; hình 1.3 là đường đặc tính lốp Đặc tính lốp là hàm phụ thuộc giữa hệ số bám dọc và hệ

số bám ngang với hệ số trượt dọc

Hình 1.2 Động lực học bánh xe khi phanh

Hình 1.3 Lực tương tác bánh xe phụ thuộc hệ số trượt

Hiệu quả phanh được xác định bởi hai yếu tố:

phanh là gia tốc phanh x, thời gian phanh t p, lực phanh riêng F x

G

+ Ổn định phanh và tính dẫn hướng khi phanh: thông số đánh giá là góc quay

thân xe

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 Chú ý là hiệu quả phanh phải dùng hai thông số tích hợp

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phanh:

+ 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

1.2 Giải pháp nâng cao hiệu quả phanh

Xét một bánh xe, lực phanh giới hạn là

hướng, mất ổn định nếu là bánh sau Khi đó bánh xe chuyển động theo phương quán tính hiện thời Nếu cả 4 bánh xe đạt cận vật lý, xe sẽ chuyển động theo phương quán tính

F x

i F y i

Ax 2

Trong các phương trình trên F là lực phanh hay còn được gọi là lực bám giữa x

lốp và đường, ta có thể viết như sau :

F  F (1.6) Trong đó:

Như vậy để xe chuyển động ổn định và đạt hiệu quả khi phanh ta phải cấp lực

sao cho không vượt quá hệ số trượt cực đại sx,max Nếu hệ số trượt sx ≥ sx,max thì bánh

xe sẽ bị bó cứng và trượt Để tránh hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh thì ta cần phải trang bị hệ thống phanh ABS (hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh) Mặt khác, khi phanh thì trọng tâm xe có xu hướng dịch chuyển về phía trước nên tải trọng phân bố lên cầu trước tăng còn tải trọng phân bố lên cầu sau giảm, khi

x z x

F F ( '

x x

giảm theo Do đó ta phải cấp lực phanh ra bánh xe sau nhỏ hơn bánh xe trước Để thực hiện được nhiệm vụ này thì trên xe phải trang bị bộ điều hoà lực phanh

Vậy giải pháp để nâng cao hiệu quả phanh là:

- Trang bị bộ điều hoà lực phanh để phân bố mô men phanh ra các bánh xe sau phù hợp với sự thay đổi tải trọng của cầu sau khi phanh

bó cứng bánh xe khi phanh, gây mất ổn định xe khi phanh

- Hoặc đồng thời trang bị trên xe cả ABS và điều hoà lực phanh

1.3 Cơ sở lý thuyết về hệ thống ABS

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có mạch liên hệ ngược Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trên hình vẽ 3-3 dưới đây, gồm:

- Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện 3 và nguồn năng lượng 4

- Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá trị độ trượt) và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển 2 Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh

- Chất lỏng được truyền từ xylanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến các xylanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép guốc phanh và thực hiện quá trình phanh

Hình 1.6 Sơ đồ tổng quát của một hệ thống chống hãm cứng bánh xe

1- Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng lượng; 5- Xylanh chính hoặc tổng van khí nén; 6- Xylanh bánh xe hoặc bầu phanh

Để hiểu đƣợc nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo sát quá trình phanh xe nhƣ trên hình 1.7

Hình 1.7 Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh

trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng:

0

Jb - Mô men quán tính của bánh xe

Từ đó ta có gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh:

Sự thay đổi Mp, Mφ, và εb theo độ trƣợt đƣợc thể hiện trên hình 1.8

- Đoạn O - 1 - 2: biểu diễn quá trình tăng Mp khi đạp phanh Hiệu (Mp - Mφ) tỷ

vào thứ nhất để điều khiển làm giảm áp suất trong dòng dẫn động Do có độ chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc vào tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực

tế bắt đầu từ điểm 2

với điểm 4 - mô men phanh có giá trị cực tiểu không đổi

- Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mô men phanh nhỏ hơn mô men bám, nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc góc bánh xe đƣợc sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5)

cũng tăng lên

- Tiếp theo, chu trình lặp lại Nhƣ vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc

đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất

Trên hình 1.9 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian

Hình 1.9 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần

của bánh xe khi phanh có ABS

Hình 1.9 a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3pha): tăng áp suất(1 → 2), giảm áp suất (2 → 4) và duy trì (giữ) áp suất (4 → 5) ABS làm việc với 3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha Một số ABS có thể không

có pha duy trì áp suất - gọi là ABS 2 pha

Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong khoảng λ1 ÷ λ2 = (15 ÷ 30)% Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén

khoảng (3 ÷ 8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz

Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 1.1 nhận được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ thị quá trình phanh trên hình 1.10 và hình 1.11

Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS

(Mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng)

10,6 18,7

13,1 23,7

19,1 21,1 Đường bêtông khô

Đường bêtông ướt

27,77 27,77

41,1 62,5

50,0 100,0

17,8 37,5

Hình 1.10 Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn không có ABS

Hình 1.11 Quá trình phanh điển hình của ôtô có trang bị ABS

1.4 Cơ sở lý thuyết điều hoà lực phanh

Quá trình phanh ô tô đều dẫn tới hiện tượng tăng tải trọng tác dụng lên cầu trước, giảm tải trọng ở cầu sau Sự phân bố lực phanh cần thiết phải đảm bảo mối quan hệ giữa mô men phanh sinh ra ở cầu phanh (hay lực phanh sinh ra ở bánh xe)

tỷ lệ với phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe Thực hiện được yêu cầu này

sẽ nâng cao chất lượng phanh, giảm mài mòn lốp, tăng khả năng điều khiển xe và nâng cao an toàn chuyển động (hạn chế trượt ngang cầu xe) Bộ điều hoà lực phanh

là một trong các kết cấu bố trí trên xe nhằm thực hiện mục đích này

Hình 1.12 Quan hệ lực phanh yêu cầu với hệ số bám φ hay gia tốc phanh j

Hình 1.13 Quan hệ tỷ lệ áp suất điều khiển (e) giữa cầu trước (p 1 ) và cầu sau (p 2 )

Hình 1.14 Quan hệ tỷ lệ áp suất điều khiển (e) khi không tải và khi đầy tải

là cường độ phanh φ = j/g) Trong quá trình phanh, do sự thay đổi theo các đường

thể thu được tỷ lệ phân chia áp suất phanh yêu cầu (eyc = p2/p1), giữa áp suất dẫn động điều khiển phanh cầu sau và áp suất phanh điều khiển cầu trước, và được biểu thị trên đồ thị của hình 1.13 Trên hệ thống không có điều chỉnh kích thước xi lanh

chính như nhau giữa các buồng, áp suất điều khiển phanh của cầu trước và cầu sau

phanh đạt cao nhất, còn tại các vị trí khác

- Khi ett > eyc cầu sau có thể bị bó cứng và dễ dàng trượt ngang,

- Khi ett < eyc hiệu quả phanh không cao, cầu trước không tận dụng hết lực phanh

Để hạn chế các ảnh hưởng không có lợi kể trên, với các hệ thống dẫn động không có bộ điều chỉnh, tiêu chuẩn quốc tế đã đưa ra một phạm vi sai lệch cho phép giữa chúng (ECE R13)

Quay trở lại đồ thị quan hệ lực phanh thực tế ở hình 1.12 lực phanh khi đó sẽ tăng theo đường thẳng (F1tt và F2tt) Từ đó nhận thấy: tại gia tốc phanh đạt 6m/s2, hiệu quả tận dụng trọng lượng bám cao nhất và hiệu quả phanh cao Khi xem xét tới ảnh hưởng của tải trọng từ không tải tới đầy tải, kết quả được mô tả trên hình 1.14 Trên hình 1.14 biểu diễn mối quan hệ của áp suất điều khiển phanh giữa cầu trước (p1) và cầu sau (p2) khi đầy tải (eyc) và khi không tải (eyc không tải) Nếu giá trị

hòa lực phanh Tuy nhiên, trong nhiều ô tô sự sai lệch này khá lớn và áp suất điều khiển cần thiết được phân chia bằng bộ điều hoà lực phanh Tuy nhiên, trong nhiều ô

tô sự sai lệch này khá lớn và áp suất điều khiển cần thiết được phân chia bằng bộ điều hòa lực phanh, sao cho giá trị sai lệch của ett và eyc nằm trong giới hạn, ứng với mọi tải trọng khác nhau (từ không tải đến đầy tải) Như vậy, bộ điều hòa được bố trí trên cầu sau để hạn chế sự tăng cao áp suất điều khiển gây bó cứng bánh xe

Hiện nay, trên ô tô con sử dụng hai loại cấu trúc điều hòa lực phanh:

- 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 Loại này có tên gọi là bộ điều hòa tĩnh Nếu sử dụng bộ hạn chế áp suất đơn giản trên cầu sau, áp suất được tăng tới giới hạn, sau đó không tăng tiếp hình 1.15 Nếu sử dụng bộ hạn chế nhấp nháy cho phép sau khi hạn chế áp suất còn tăng nhẹ, đặc tính có dạng nghiêng hình 1.16 Các bộ điều hòa tĩnh

- Loại điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất làm việc trên cơ sở sự thay đổi áp suất sau xi lanh chính và tải trọng tác dụng trên các bánh xe của cầu sau Loại này có tên gọi là bộ điều hoà theo tải trọng hay điều hòa động

Bộ điều hòa động sử dụng van giới hạn nhấp nháy, có tác động của tín hiệu tải trọng, nên điểm bắt đầu làm việc thay đổi Dạng của đặc tính điều hòa là chùm các đường thẳng bám sát các đường cong yêu cầu (đường OA1B1, …, OA4B4 ) biểu diễn trên hình 1.17 Bộ điều hòa theo tải trọng này được sử dụng trên ô tô có tải trọng thay đổi trong khoảng lớn, nhằm giúp bảo đảm sai lệch của ett và eyc nằm trong giới hạn cho phép

Hình 1.15 Quan hệ tỷ lệ áp suất (e) với bộ điều hoà tĩnh đơn giản

Hình 1.16 Quan hệ tỷ lệ áp suất (e) với bộ điều hoà tĩnh nhấp nháy

Hình 1.17 Quan hệ tỷ lệ áp suất (e) với bộ điều hoà động

Nhiệm vụ của đề tài là:

- Xây dựng mô hình vật lý và thiết lập hệ phương trình vi phân toán học mô tả chuyển động khi phanh của xe lựa chọn

của ABS và điều hoà lực phanh đến hiệu quả phanh

Các nhiệm vụ trên sẽ được cụ thể hoá trong chương 2 của đề tài này

CHƯƠNG II THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 2.1 Các giả thiết

Để nghiên cứu quá trình phanh của ô tô người ta có thể chia ra rất nhiều phương án, giải quyết từng trường hợp cụ thể Với mục đích đơn giản hóa bài toán một cách phù hợp nhất, tuy nhiên không làm mất đi tính tổng quát cần thiết của một bài toán xây dựng trên lý thuyết

Vì vậy để thuận lợi cho việc khảo sát động lực phanh ô tô tác giả xin đưa ra một số giả thiết sau:

- Ô tô chuyển động trên đường bằng phẳng

- Lốp tiếp xúc điểm

- Bỏ qua ảnh hưởng của các dao động tần số cao

- Coi trọng tâm của khối lượng được treo trước m1 và trọng tâm của khối

không được treo;

- Quá trình phanh diễn ra khi ngắt ly hợp;

- Trong quá trình phanh xét với điều kiện người lái không đánh tay lái;

- Coi mô men sinh ra ở hai bên bán trục trên cầu chủ động ô tô là bằng nhau;

- Trọng lượng hai bên bánh xe ô tô là bằng nhau và hệ số bám của các bánh xe khi chuyển động và phanh là như nhau;

Với những giả thiết trên, mô hình nghiên cứu có thể đưa về dạng mô hình phẳng 1 dãy

2.2 Thiết lập phương trình động lực học ô tô

Khi nghiên cứu dao động ôtô ta thấy nó là một hệ nhiều vật bao gồm hữu hạn các vật liên kết đàn hồi với nhau, chuyển động tương đối với biên độ lớn và tần số thấp từ 0 đến 50Hz Có hai phương pháp lập phương trình chuyển động cho hệ:

+ Phương trình Lagrange II

+ Phương trình Newton Euler

Với một hệ phức tạp khi dùng phương pháp Lagrange II cần nhiều thời gian tính toán và nhiều quy tắc phức tạp, gây nhiều khó khăn cho người không chuyên về

cơ học

Phương pháp Newton Euler thân thiện hệ nhiều vật và với người sử dụng hơn

Đó là phương pháp tách cấu trúc, mỗi vật trong hệ được coi là một hệ con Việc thành lập phương trình cho một hệ con dựa vào nguyên lý lực cắt Nguyên lý đó là, tại điểm cắt các nội lực của hệ cân bằng với các ngoại lực tác dụng; các nội lực và mômen cùng phương nhưng ngược chiều và có cùng cường độ Cần chú ý rằng khi

sử dụng phương pháp tách vật và nguyên lý lực cắt, cơ hệ và hệ con cần được thiết lập ở trạng thái cân bằng tĩnh

Hình 2.1 Mô hình tổng quát động lực học ô tô

2.2.1 Mô hình động lực học ngang 1 dãy

Để lập được phương trình mô tả dao động của hệ ta có một số giả thiết sau:

- Khối lượng được treo m được phân bố thành các khối lượng được treo tại cầu trước và cầu sau m 1 và m 2

- Trọng tâm của hệ chỉ dao động theo phương thẳng đứng

- Chuyển động của hệ chỉ xẩy ra hiện tượng trượt dọc, không xảy ra hiện tượng trượt ngang

Mô hình động lực học trong mặt phẳng nền

Mô hình lốp

- Lực cản do gió tác dụng tại trọng tâm của xe

- Lực đàn hồi của hệ thống treo là tuyến tính và đƣợc tính bằng công thức:

1

rd1

h1

CL1Z

Hình 2.2 Mô hình phẳng động lực học ôtô ½

2

mA2

a b

Z

e 2

F

J y KK

Z (m + m )1 2

Hình 2.3 Sơ đồ tách cấu trúc mô hình phẳng động lực học ôtô ½

Phương trình động lực học phanh trong mô hình phẳng:

F K1,F K2 : lực cản giảm chấn của hệ thống treo trước và sau

- Phần tử đàn hồi: phần tử đàn hồi có thể là kim loại như nhíp, lò xo; cao su, khí nén Đặc tính của chúng có thể phi tuyến, có thể tuyến tính

- Phần tử cản: phần tử cản gồm cản ma sát và cản thuỷ lực Trong hệ thống treo thường trang bị giảm chấn thuỷ lực có đặc tính phi tuyến; trong các hệ treo điện tử các lực cản được điều khiển bởi một CPU tùy theo điều kiện dao động của ôtô

- Cơ cấu hướng: cơ cấu hướng xác định động học bánh xe; xác lập liên kết giữa bánh xe và thân xe

- Thanh ổn định: hạn chế dao động lắc ngang thân xe

Do vậy hệ thống treo được đặc trưng bởi độ cứngC f z và hệ số cản

K  f   z , cản ma sát

Mô tả tổng quát hệ thống treo như hình 2.4: