[Luận văn]nghiên cứu động lực học quá trình phanh trên ôtô có trang bị hệ thống ABS

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

Trang 1

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………i i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-& -

VŨ DUY KHIÊM

“NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH TRÊN XE ÔTÔ CÓ TRANG BỊ HỆ THỐNG ABS”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông-Lâm nghiệp

Mã ngành : 60-52-14

Người hướng dẫn khoa học : PGS-TS Nguyễn Ngọc Quế

HÀ NỘI -2008

Trang 2

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………i i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2008

Người cam đoan

Vũ Duy Khiêm

Trang 3

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………ii ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Ngọc Quế, đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này

Tôi xin cảm ơn tập thể các thày, cô giáo bộ môn Động lực - khoa Cơ điện, khoa Sau Đại học, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu

Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trường Cao đẳng ghề giao thông vận tải trung ương II Nơi tôi đang công tác đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình công tác và học tập

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhưng do khó khăn về tài liệu, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ các Thày, cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2008

Tác giả luận văn

Vũ Duy Khiêm

Trang 4

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………iii iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MUC HÌNH vi

1 MỞ ĐẦU 1

1.1.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 1

1.2 Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 2

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu 2

1.2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 3

2 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH PHANH XE ôtô 4

2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ôtô .4

2.1.1 Nhiêm vụ quá trình phanh 4

2.1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh 4

2.2 Sự biến đổi hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh 5

2.2.1 Vai trò hệ số bám trong quá trình phanh ôtô 5

2.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường 7

2.2.3 Sự biến đổi của hệ số bám dọc φx theo vận tốc chuyển động .9

2.3.4 Sự phụ thuộc hệ số bám φ theo độ trượt δ 10

2.3 Hệ thống điều khiển phanh bằng điện tử (ABS) 11

2.3.1 Nhiệm vụ và ý nghĩa của ABS 11

2.3.2 Các bộ phận chính trong hệ thống ABS 13

Trang 5

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………iv iv

2.3.3 Nguyên tắc làm việc của ABS 14

2.4 Cấu tạo hệ thống chống bó cứng bánh xe(ABS) trên xe INNOVA 16

2.5 Cân bằng năng lượng trong quá trình phanh 18

2.6 Hiệu quả quá trình phanh ôtô 21

2.6.1 Phân bố khối lượng trong quá trình phanh 21

2.6.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 21

2.7 Ổn định ôtô khi phanh 22

2.7.1 Các nguyên nhân ngây mất cân bằng lực phanh 23

2.7.2 Các chỉ tiêu đánh giá về ổn định 23

3 ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH 25

3.1 Các giả thiết 25

3.1 Mô hình cơ học 26

3.2 Tính toán giá trị các thành phần lực và mômen 28

3.2.1 Xác định phản lực pháp tuyến 28

3.2.2 Xác định lực phanh trên bánh xe 28

3.2.3 Xác định phản lực ngang trên các bánh xe 30

3.2.4 Lực cản lăn 31

3.2.5 Lực quán tính 32

3.2.6 Lực cản không khí 32

3.2.7 Tính mômen xoay thân xe 32

3.2.8 Xác định mômen quán tính 33

3.3 Xác định các quan hệ động học trong mô hình phẳng tổng quát 34

3.4 Phương trình vi phân chuyển động 36

3.5 Phương trình cân bằng chuyển động quay bánh xe 40

3.6 Xây dựng sơ đồ mô phỏng bằng Simulink 42

3.6.1 Giới thiệu sơ lược phần mềm Matlab-Simulink 42

3.6.2 Mô hình mô phỏng và các phương án khảo sát 45

Trang 6

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………v v

4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHỆM 60

4.1 Mục đích và phương pháp thí nghiệm 60

4.1.1 Mục đích thí nghiệm 60

4.1.2 Phương pháp thí nghiệm 60

4.2 Các phương án và kết quả thí nghiệm 67

4.2.1 Các phương án thí nghiệm 67

4.2.2 Kết quả thí nghiệm 68

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 78

5.1 Kết luận 78

1 Đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ sau : 78

2 Một số kết luận về kết quả nghiên cứu 78

5.2 Đề nghị 78

1 Trong khai thác sử dụng: 78

2 Đối với lĩnh vực nghiên cứu: 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 82

Trang 7

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………vi vi

DANH MUC HÌNH

Hình2.1 Sự phụ thuộc giữa quãng đường phanh, vận tốc phanh và hệ số bám φ 6

Hình 2.2 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp 8

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám φ vào độ nhám mặt đường δ 8

Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc 9

Hình 2.5 Quan hệ giữa độ trượt δ và hệ số bám φ 10

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS) 11

Hình 2.7 Các trạng thái điều chỉnh áp suất dầu phanh: 16

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo hệ thống ABS trên xe INNOVA 18

Hình 3.1 Mô hình không gian các lực tác dụng lên ôtô khi phanh 26

Hình 3.2 Sơ đồ các lực tác dụng trên ôtô khi phanh trong mặt phẳng nằm ngang 27 Hình 3.3 Sơ đồ lực tác dụng trên ôtô khi phanh trên mặt phặng thẳng đứng 28

Hình 3.4 Sơ đồ phân bố lực trên một bánh xe 30

Hình 3.5 Quan hệ động học của ôtô trong mô hình phẳng tổng quát 34

Hình 3.6 Mô hình phẳng tổng quát của ôtô 36

Hình 3.7 Mô hình tính toán cho ôtô trong trường hợp chuyển động 38

Hình 3.8 Sơ đồ cân bằng lực và mômen trên bánh xe 40

Hình 3.9 mô hình mô phỏng hệ thống phanh có ABS 45

Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng quá trình phanh tác động của hệ thống ABS 46

Hình 3.11 Đường cong hệ số bám φ phụ thuộc vào độ trượt 48

Hình 3.12 Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PA1.2) 50

Hình 3.13 Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 1.1) 51

Hình 3.14 Đồ thị quãng đường (m) theo thời gian (PAKS1.1); 51

Hình 3.15 Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS1.2); 53

Hình 3.16 Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS1.1) 54

Hình 3.17 Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS1.2) 54

Trang 8

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………vii vii

Hình 3.18 Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS 1.3) 55

Hình 3.20 Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS 1.3) 56

Hình 3.21 Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS 2.1); 57

Hình 3.23 Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS 2.1) 58

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Sensor − V1 62

Hình 4.2 Sensor quang học E3F3 63

Hình 4 3 Sơ đồ kết nối thiết bị thí nghiệm 64

Hình 4 4 Một số hình ảnh gá lắp kết nối thiết bị thí nghiệm 66

Hình 4.5 Sơ đồ các mô dun thu thập dư liệu thí nghiệm 67

Hình 4.6 Sơ đồ các mô dun xử lý dữ liệu 67

Hình 4.7 Hiển thị kết quả đo các thông số 68

Hình 4.8 Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh Sp(PATN1) 69

Hình 4.9 Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh Sp(PATN 2) 70

Trang 9

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………1 1

1 MỞ ĐẦU 1.1.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Hiện nay ôtô máy kéo và các xe chuyên dụng được sử dụng trong hầu hết các ngành kinh tế Quốc dân, để tăng năng suất lao động, xu hướng chung của thế giới là tăng vận tốc chuyển động trung bình của xe Khi tăng vận tốc làm việc kéo theo hàng loạt vấn đề kỹ thuật cần giải quyết trong đó hệ thống phanh là một trong các hệ thống quan trọng nhất để bảo đảm an toàn chuyển động cho người và cho máy

Hệ thống phanh trên ôtô máy kéo đã được nhiều nhà khoa học, các hãng sản xuất quan tâm và đầu tư nhiều công sức và tài chính đề hoàn thiện cả

về kết cấu cũng như nguyên lý làm việc

Hiện nay hầu hết ôtô máy kéo hiện đại đã trang bị hệ thống phanh dẫn động thủy lực hoặc dẫn động khí nén thay thế cho hệ thống phanh dẫn động bằng cơ học Các hệ thống phanh dầu hay phanh khí nén đã tạo ra các lực phanh khá lớn mặc dù lực tác động của người lái lên bàn đạp phanh không lớn Tuy nhiên khi phanh khẩn cấp lực phanh hay mômen phanh trên các bánh

xe có thể vượt quá lực bám của bánh xe với mặt đường, trong các trường hợp này, bánh xe sẽ bị trượt lê Hiện tượng trượt lê của bánh xe khi phanh không chỉ làm tăng quãng đường phanh, mà nếu diễn ra ở bánh hướng dẫn sẽ làm mất khả năng điều khiển, tính năng chuyển động ổn định về hướng của xe khi phanh bị giảm và có thể dẫn đến xoay thân xe và lật đổ xe Để khắc phục hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh cũng như hiện tượng trượt quay của bánh

xe khi khởi hành và tăng tốc, trên hầu hết ôtô chế tạo những năm gần đây đều trang bị bộ phận chống bó cứng bánh xe khi phanh hay còn tắt là ABS làm việc tích hợp với bộ phận chống trượt quay bánh xe chủ động khi khởi hành

và tăng tốc gọi tắt là ASR Đây là hệ thống mới, do đó đặc tính động lực học

Trang 10

ôtô trong quá trình phanh còn chưa được nghiên cứu đầy đủ cũng như đánh giá ảnh hưởng của các thống số sử dụng đến chất lượng quá trình phanh của các hệ thống phanh này

Được sự phân công của khoa Cơ Điện, Bộ môn Động lực và sự giúp đỡ của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế – Bộ môn Động lực – Khoa Cơ điện – Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, chúng tôi đã lựa chọn đề tài:

“Nghiên cứu động lực học quá trình phanh trên xe ôtô có trang bị hệ thống ABS”

1.2 Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Mô phỏng đông lực học quá trình phanh ôtô trên đường thẳng với hệ

số bám như nhau giữa các bánh khi có và không có sự tác động của hệ thống ABS

- Phân tích đánh giá so sánh một số chỉ tiêu quan trọng của quá trình phanh với sự tác động của hệ thống ABS

- Đưa ra một số khuyến cáo để sử dụng hệ thống phanh hiệu quả, góp phần nâng cao an toàn giao thông

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu

- Áp dụng các phương pháp lý thuyết về cơ học, toán học để xây dựng

mô hình nghiên cứu động lực học của xe khi phanh

- Sử dụng phương pháp mô phỏng số và phần mềm Matlab -Simulink để

mô phỏng tính chất động lực học của xe khi phanh

- Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành đo một số thông số thực nghiệm để đưa vào phần mềm xử lý dữ liệu để đánh giá phân tích kết quả

1.2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

- Xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học của xe ôtô khi phanh

Trang 11

- Thí nghiệm đo một số thông số cơ bản số, vòng quay các bánh xe, vận tốc chuyển động thực tế của xe, quá trình phanh trên xe INNOVA

- Khảo sát phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cơ bản đánh giá hiệu quả phanh ở một số vận tốc phanh khác nhau

1.3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Đề tài chọn đối tượng nghiên cứu là xe ôtô INNOVA của hãng TOYOTA sản xuất Các thông số cơ bản của xe được trình bầy trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của xe INNOVA

2 Khối lượng hành lý (60−100)

Kích thước - Trọng lượng

3 Trọng lượng không tải (Kg) 1530 Kg

4 Khối lượng toàn bộ (Kg) 2170Kg

7 Kích thước cơ bản dài x rộng x cao(mm) 4555x 1770 x1745

8 Khoảng cách tâm vết hai bánh xe trước/sau, mm 1510/1510

9 Chiều dài cơ sở( m) 2750

10 Khoảng sáng gầm xe (mm) 176

11 Chi phí nhiên liệu (ở tốc độ)/, lít/100km 12

Phanh - Lốp

Trang 12

2 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH PHANH XE ÔTÔ

2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ôtô

2.1.1 Nhiêm vụ quá trình phanh

Quá trình phanh ôtô là quá trình tạo ra lực cản chuyển động, làm giảm

vận tốc đến giá trị mong muốn hoặc đến khi ôtô dừng hẳn Hoặc giúp ôtô có

thể đúng yên trên dốc Nói chung trên ôtô máy kéo cũng như nhiều thiết bị máy móc khác khác người ta thường sử dụng lực ma sát sinh ra ở cơ cấu phanh Trên ôtô lực ma sát sẽ tạo ra mômen cản chuyển động quay các bánh xe

Xét theo góc độ biến đổi năng lượng, quá trình phanh là quá trình biến đổi động năng chuyển động của ôtô thành nhiệt năng sinh ra tại các bề mặt

ma sát như giữa má phanh với các đĩa ma sát, với trống phanh hay tại bề mặt

ma tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường, giữa các phần tử vật liệu chế tạo bánh

xe Chính vì vậy, để hệ thống phanh hoạt động hiệu quả nó phải thoả mãn một loạt các yêu cầu riêng

2.1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh

- Khả năng tích nhiệt của hệ thống phanh Đấy là khả năng hệ thống phanh có thể biến đổi động năng chuyển động của ôtô thành nhiệt năng và thải vào môi trường xung quanh Như vậy, để hệ thống phanh hiệu quả thì quá trình nhiệt phải đảm bảo Tức là nhiệt độ bề mặt ma sát luôn trong điều kiện tốt, muốn vậy thì quá trình tản nhiệt phải thuận lợi Các chi tiết ma sát phải có khả năng dẫn nhiệt cao, vật liệu chế tạo má phanh phải có cơ lý tính ổn định ở nhiệt độ cao

- Yêu cầu về thời gian chậm tác dụng: Trong thực quá trình phanh bao giờ cũng có quá trình trễ một khoảng thời từ gian khi người lái bắt đầu tác dụng vào cơ cấu điều khiển đến khi bắt đầu xuất hiện lực phanh Sự trễ thời gian tác động xẩy ra với mọi hệ thống dẫn động cơ học, thuỷ lực, khí nén,

Trang 13

điện Tuy nhiên, với mỗi nguyên lý thì thời gian trễ là khác nhau Nguyên nhân trễ do khe hở giữa các mối ghép cơ khí, sự thiếu dầu trong đường ống và nguyên nhân cơ bản do biến dạng đàn hồi và quá trình quán tính Thời gian trễ tác động lớn sẽ làm giảm an toàn quá trình phanh

- Yêu cầu về lực bám trong quá trình phanh Đây là yêu cầu tận dụng tối đa khẳ năng bám của ôtô với mặt đường Lực phanh lớn nhất khi có trị số đạt lực bám Pp= Pϕ Nếu mômen phanh lớn hơn khăng bám bám thi bánh xe

2.2 Sự biến đổi hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh 2.2.1 Vai trò hệ số bám trong quá trình phanh ôtô [4,10]

Như phần trên đã trình bầy, trong quá trình phanh ôtô để có hiệu quả cao cần phải tạo ra một lực phanh lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường

Ta biết rằng, khi bánh xe lăn không trượt trên mặt đường thì lực cản lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường chính bằng lực bám

Nói cách khác chúng ta phải có lực phanh cực đại xác định theo hệ số bám ϕ và trọng lượng bám G: Ppmax = Z ϕ

Trang 14

φ=0.7

100

Công thức trên cho thấy vai trò hệ số bám ϕ trong quá trình phanh ôtô

Hệ số ϕ càng lớn hiệu quả phanh càng cao, điều này được thể hiện rõ trên

xe trong quá trình lăn không đồng nhất, ở vùng tiếp xúc bán kính bánh xe nhỏ hơn so với bán kính thật khi bánh xe không chịu tải trọng Do đó, vận tốc dài tại các điểm trên vòng tròn ngoài của bánh xe khác nhau, chúng tỷ lệ thuận với bán kính động học tại khu vực tiếp xúc, tại vùng tiếp xúc vận tốc dài nhỏ hơn tại các vị trí khác Vận tốc dài của các điểm trên mặt ngoài của lốp sẽ giảm dần khi đi vào vùng tiếp xúc và tăng dần khi ra khỏi vùng tiếp xúc

Như vậy, trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường luôn có sự biến thiên vận tốc Sự biến dạng theo phương tiếp tuyến trên mặt ngoài của lốp gây ra hiện tượng trượt đàn hồi của bánh xe trong quá trình lăn Mức độ trượt sẽ tăng lên khi tải trọng theo phương tiếp tuyến hay mômen phanh tăng

và đến giá tri nào đó sẽ xẩy ra hiện tượng trượt lê Khi đó bánh xe sẽ bị bó cứng

Trang 15

Tính chất ma sát trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường rất phức tạp, nó phụ thuộc vào trạng thái đôi bề mặt tiếp xúc và trạng thái lăn của bánh xe Nếu trạng thái tiếp xúc giữa mặt đường và bánh xe là khô thì ta có

ma sát khô, khi mặt đường ướt ta có ma sát uớt và trong trường hợp này hệ số

ma sát giảm đi đáng kể Khi bánh xe bị bó cứng trên mặt đường cơ chế tác động qua lại giữa bánh xe và mặt đường có sự thay đổi về bản chất, lúc này

ma sát tiếp xúc hoàn toàn là ma sát trượt thuần tuý

Thực nghiệm cho thấy hệ số ma sát trượt nhỏ hơn hệ số ma sát nghỉ khá nhiều và càng nhỏ hơn nhiều so với hệ số bám Điều này xuất phát từ đường cong biến dạng của vật liệu Qua đó cho phép giải thích hiện tượng thực tế sau: Với cùng một loại đường và khả năng tạo ra lực phanh như nhau tình trạng lốp xe như nhau thì ở các xe trong quá trình phanh mà các bánh xe không bị trượt lê quãng đường phanh nhỏ hơn so với các xe trong quá trình phanh mà các bánh xe bị trượt lê hoàn toàn Quãng đường phanh nhỏ còn được giải thích: Khi bánh xe lăn một phần động năng tiêu hao cho biến dạng lốp và tiêu hao do sự chuyển động của dòng khí nén bên trong lốp Khi bánh

xe còn chuyển động quay thì trong các gối đỡ trong hệ thống truyền động tồn tại mômen ma sát

2.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường

Các công trình nghiên cứu [ 5;10;11] đã chỉ ra rằng, trị số cụ thể của hệ

số bám phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố khác nhau và để thuận tiện nghiên cứa người ta chia các nhân tố ra làm hai nhóm chính

Nhóm 1: Các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng tới hệ số bám ít thay đổi trong quá trình phanh Có thể xếp các nhân tố sau thuộc loại này: Loại đường, trạng thái mặt đường, kết cấu và tình trạng lốp, ảnh hưởng của các nhân tố này đã được nghiên cữu kỹ bằng thực nghiệm Các kết quả nghiên cứu thường được công bố dưới dạng bảng hoặc đồ thị

Trang 16

Nhóm 2: Là nhóm bao gồm các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng của nó tới hệ

số bám biến đổi trong quá trình phanh Các nhân tố này bao gồm: vận tốc chuyển động của xe, sự phân bố lại tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong quá trình phanh, độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh

Trong hai đồ thị dưới đây ta sẽ thấy được sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp và độ nhám của mặt đường

Hình 2.2 Sự phụ thuộc của hệ số

bám vào áp suất lốp

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám φ vào độ nhám mặt đường δ

Như đã nêu ở trên hệ số bám φ phụ thuộc chính vào loại đường và tình trạng mặt đường, sự phụ thuộc này thể hiện qua hệ số bám trung bình như sau:

Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại đường [4]

Đường bê tông nhựa và đường bê tông đá dăm

- Mặt đường khô

- Mặt đường ướt

0.7- 0.8 0.4- 0.3 Đường đá dăm - Mặt đường khô

0.6- 0.7 0.3- 0.5 Đường đất - Mặt đường khô

0.5- 0.6 0.2- 0.4

Trang 17

2.2.3 Sự biến đổi của hệ số bám dọc φ x theo vận tốc chuyển động

Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc

Từ hình 2.4 cho thấy sự phụ thuộc giữa hệ số bám dọc φx vào các giá trị vận tốc V, Tuy nhiên, để có thể thấy rõ hơn ta căn cứ vào các số liệu của giáo

sư Potlich E.G và giáo sư Ilarionop B.A khi tiến hành thực nghiệm nghiên cứu sự thay đổi của hệ số bám φx phụ thuộc vào hai nhân tố độ trượt δ, vận tốc V [14]

Bảng 2.2 Phụ thuộc của hệ số bám φ x vào tốc độ chuyển động V

(trị số % so với giá trị hệ số bám ban đầu)

Vận tốc chuyển động của xe Loại đường

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Bê tông ximăng 100 93 90 82 77 70 68 67 63 60

Bê tông nhựa 100 92 83 76 69 64 57 52 52 50 Đường gia công

Nhám bề mặt 100 94 92 91 89 88 88 - - - Đường bê tông

Trang 18

2.3.4 Sự phụ thuộc hệ số bám φ theo độ trượt δ

Trong một số trường hợp nghiên cứu, để đơn giản quá trình tính toán ta thường bỏ qua sự thay đổi hệ số bám vào độ trượt δ Tuy nhiên, trong thực tế

độ trượt thay đổi thì hệ số bám thay đổi rất lớn Bản chất vật lý của hiện tượng rất phức tạp nó liên quan đến quá trình biến dạng của vật liệu lốp xe, biến dạng nền đường Người ta thường xác định mối quan hệ này bằng thực nghiệm

Hình 2.5 Quan hệ giữa độ trượt δ và hệ số bám φ

Để thuận lợi trong nghiên cứu tính chất động lực học khi phanh cần biểu diễn quan hệ φ = f ( ) δ bằng giải tích Quá trình trượt lê bánh xe trên mặt đường khi phanh tương tự như quá trình ma sát giữa hai vật thể, vì vậy có thể biểu diễn quan hệ φ = f ( ) δ Theo Coraghenski mối quan hệ được giữ hệ số bám và độ trượt mô ta như sau:

1

0.4 0.2

20 40 60 80 100 δ(%)

φx

0

Trang 19

1- Ống nối đến xylanh phanh chính; 2-Bơm trả về; 3-Buồng tích áp; 4-Van điện từ (Senoide); 5-Máy tính; 6-Cảm biến tốc độ; 7-Mâm phanh; 8-Trục bánh xe; 9-Má phanh; 10-Đĩa phanh; 11-Rãnh tản nhiệt.

Theo kết quả thí nghiệm với lốp xe Goodyear super Himiler 10x20F, ta có mối quan hệ giải tích như sau[12]: φ ( 0.5961 7.0001 ).δ e−5δ 0.5961

2.3 Hệ thống điều khiển phanh bằng điện tử (ABS)

2.3.1 Nhiệm vụ và ý nghĩa của ABS

Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén và thủy lực hiện nay đã đáp ứng các yêu cầu của hệ thống phanh trong trường hợp phanh bình thường, tuy nhiên khi các lái xe cần dừng ôtô khẩn cấp, các bánh xe có thể bị bó cứng vì lực phanh quá lớn do đạp phanh đột ngột Khi đó quãng đường phanh cũng như thời gian phanh đều tăng lên, ôtô bị trượt lết trên đường, khả năng điều khiển về lái có thể bị mất hoặc hiệu quả thấp dẫn đến các tai nạn không lường trước được Hệ thống ABS được phát minh và ứng dụng đầu tiên trên các bánh xe của các phương tiện bay vào những năm 1970, về sau vào những năm

1980 hệ thống này đã ứng dụng cả trên các phương tiện tự hành Nguyên tắc hoạt động của nó được thể hiện trên hình 2.6

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS)

Khi một bánh xe nào đó bị phanh cứng, áp lực trong xylanh phanh bánh

xe đó phải được giảm đi Việc giảm lực phanh ở các hệ thống phanh thông thường được tiến hành nhờ giảm áp suất trong các xylanh phanh bánh xe hay đóng bớt đường dẫn khí nén đến các buồng phanh bánh tức thời nhờ điều

Trang 20

khiển tổng van Để thực hiện việc đó người lái xe có thể tiến hành "nhồi" bàn đạp phanh trong khi phanh, tuy nhiên việc "nhồi" bàn đạp phanh như vậy chỉ thực hiện được đối với những lái xe kinh nghiệm và cũng chỉ thực hiện được 1÷2 lần/giây Khi đó lực phanh có thể giảm nhưng lại giảm ở tất cả các bánh

xe được phanh, cả ở bánh bị bó cứng cũng như bánh chưa bị bó cứng Vì vậy chất lượng phanh không tốt và đặc biệt là người lái vẫn không kiểm soát được tình trạng bó cứng bánh xe khi phanh Chỉ có điều khiển điện tử quá trình phanh, hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, cũng như điều khiển lực phanh tối ưu mới

có thể thực hiện được

Theo sơ đồ trên hình 2.7 ta thấy, khi có hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, các cảm biến (sensor) tốc độ 6 sẽ báo tín hiệu dạng xung điện từ về thiết bị điều khiển trung tâm (ECU), Máy tính sẽ xử lý số liệu và đưa ra các tín hiệu đến các thiết bị chấp hành Trong các bộ chấp hành một van điện từ được kích hoạt sẽ mở thông xylanh phanh bánh xe đến bộ tích áp để làm giảm

áp suất phanh trong xylanh phanh, dẫn đến giảm lực phanh, đồng thời một môtơ cũng được kích hoạt để vận hành bơm dầu hút và đẩy dầu trở về đường đẩy của hệ thống phanh

Nhờ tác động rất nhanh của máy tính, tần số đóng mở van điện từ có thể đạt được từ 15÷30 lần /giây, do đó áp lực phanh trong xylanh phanh hay lực phanh trên các bánh xe được phanh luôn có giá trị tối ưu, gần với giá trị lực phanh làm bó cứng bánh xe Việc điều khiển diễn ra hoàn toàn tự động, không phụ thuộc vào ý định của người lái Hệ thống có thể điều khiển từng bánh xe riêng biệt bằng kênh điều khiển 4x4 hoặc điều khiển từng cặp hai bánh xe chéo nhau hoặc cùng trên một cầu 4x2, 2x4… tùy theo các phương

án lựa chọn Để tản nhiệt nhanh cho đĩa phanh, trên vành phía ngoài của đĩa phanh người ta tiện các rãnh làm tăng diện tích tiếp xúc với không khí, hai mặt bên của đĩa được gia công và mài phẳng để tiếp xúc với hai má phanh,

Trang 21

các má phanh thường làm bằng vật liệu bán kim loại (hợp chất gốm-kim loại)

để tăng hệ số ma sát và khi mòn thì chỉ thay má phanh, mà không cần thay đĩa phanh

Phía bên trong giá bắt má phanh có lắp xylanh phanh bánh xe, xylanh này bị che khuất trên hình vẽ, xylanh được nối với ống dầu tới van điện từ của

bộ phận chống bó cứng bánh xe ABS Tùy theo từng hãng sản xuất và từng đời xe mà máy tính có những chức năng riêng, cũng như phướng án lắp ABS khác nhau, tuy nhiên nguyên tắc hoạt động của chúng là giống nhau

2.3.2 Các bộ phận chính trong hệ thống ABS

Hầu hết các hệ thống ABS đang dùng hiện nay trên ôtô phần lớn được

chế tạo bởi ba nhà chế tạo là: Bosch, ITT Teves và Kelsey-Hayes Hệ thống

ABS do các hãng khác nhau có khác nhau về cấu tạo cụ thể cũng như về số lượng các kênh điều khiển, tuy nhiên về nguyên tắc một hệ thống ABS đều gồm các bộ phận chính sau: xylanh chính và bộ trợ lực thủy lực; môdun điều khiển điện tử; bộ cảm biến tốc độ bánh xe; van solenoid (van điện từ); bơm

và bộ tích áp cùng hệ thống ống dẫn Xylanh phanh chính và bộ trợ lực thủy lực có cấu tạo tương tự như các hệ thống phanh với dẫn động bằng thủy lực thông thường

Bộ cảm biến tốc độ bánh xe là bộ phận cảm ứng điện từ được lắp trong các bánh xe, chúng liên kết với môdun điều khiển trung tâm bằng dây dẫn, và trong quá trình xe chạy luôn gửi tín hiệu điện áp đến ECU

Khối điều khiển điện tử là máy tính nhỏ (microcomputer) nó chứa hai

bộ vi xử lý đồng nhất với những chương trình lập sẵn Mỗi bộ vi xử lý sẽ thực hiện các chức năng đa dạng, nó kiểm tra liên tục sự hoạt động của hệ thống,

xử lý dữ liệu nhập vào, so sánh với các dữ liệu trong bộ vi xử lý khác để đưa

ra các tín hiệu đến các bộ phận chấp hành một cách chính xác và tức thời

Van Solenoid là một van điện từ gồm một cuộn dây, được kích hoạt nhờ máy tính điều khiển trung tâm, khi van hoạt động làm một con trượt dịch

Trang 22

chuyển, con trượt có ba vị trí: cung cấp dầu đến xylanh phanh bánh xe, giữ nguyên áp suất trong xylanh phanh bánh và giảm áp suất trong xylanh bằng cách nối thông xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp

Bơm trả về dùng để bơm dầu từ buồng tích áp trở ngược lại đường đẩy cho hệ thống, để tiếp tục cung cấp dầu vào xylanh phanh bánh, bơm được kích hoạt khi nhận được tín hiệu từ bộ điều khiển trung tâm Bộ tích áp là một buồng kín trong đó có màng và lò xo, khi van điện từ nối thông xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp, dầu từ xylanh phanh truyền đến bộ tích áp để giảm áp suất trong xylanh phanh bánh, sau đó dầu từ bộ tích áp lại được bơm, bơm trở

về đường đẩy của hệ thống phanh

2.3.3 Nguyên tắc làm việc của ABS

Ở trạng thái không phanh, người lái không tác động vào bàn đạp phanh, van điện từ chưa được kích hoạt, con trượt do van điện từ dưới tác dụng của

lò xo đẩy xuống vị trí thấp nhất, tương ứng với vị trí rãnh ngang trên con trượt trùng với đường dầu nạp vào xylanh phanh bánh xe (hình 2.7a) Khi đó, nếu phải phanh xe, người lái đạp lên bàn đạp phanh, đầu tiên hệ thống làm việc như một hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực bình thường, dầu có áp suất

do xylanh chính tạo ra, theo hệ thống ống dẫn đến van điện từ, rồi theo rãnh phân phối của van lúc này đang trùng với rãnh dầu dẫn đến xylanh phanh bánh xe, làm bộ phận phanh bánh xe hoạt động, thực hiện phanh bánh xe lại Khi tốc độ góc của bánh xe được phanh giảm đến một giá trị nhất định, lực phanh tăng đến lực phanh tối ưu, ngay sau đó máy tính kích hoạt van điện từ hút con trượt lên vị trí như hình 2.7 Con trượt ngăn xylanh phanh bánh xe khỏi hệ thống đường dầu chung, giữ nguyên áp suất trong xylanh phanh bánh

xe, lực phanh cố định Vận tốc góc của xe vẫn tiếp tục giảm nhanh

Khi tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe gửi thông tin về tốc độ góc của bánh xe được phanh gần bó cứng, máy tính kích hoạt van điện từ làm nối thông xylanh phanh bánh xe với buồng tích áp, áp suất trong xylanh phanh bánh xe giảm xuống cùng với sự giảm áp suất của dầu phanh trong xylanh phanh bánh, lực phanh và tốc độ góc của bánh xe lại tăng lên (hình 2.7c) Khi

Trang 23

tốc độ góc của bánh xe tăng tới giá trị đã lập trình trong bộ xử lý trung tâm, máy tính lại kích hoạt van điện từ nối thông đường cấp dầu đến xylanh phanh bánh xe, dầu từ đường đẩy của tổng phanh lại được dẫn đến xylanh phanh bánh xe làm tăng áp suất trong xylanh phanh bánh, lực phanh lại tăng lên và vận tốc bánh xe lại giảm đi (hình 2.7d)

Quá trình cứ lặp lại liên tục nhiều lần trong một giây, cho đến khi hiện tượng bó cứng bánh xe không còn nữa Trong suốt thời gian phanh, người lái

xe không cần điều khiển gì khi đạp phanh, mà hiệu quả phanh vẫn đạt tốt nhất Trong quá trình phanh, môtơ được kích hoạt từ bộ điều khiển trung tâm,

nó hoạt động và thông qua bánh lệch tâm truyền động cho bơm trả về hút dầu thoát ra từ xylanh phanh bánh và bộ tích áp để hồi lại cho mạch dầu cung cấp

từ xylanh phanh chính, vì vậy áp lực của dầu do người lái đạp lên bàn đạp phanh luôn được duy trì cố định

a) Thời gian bắt đầu đạp phanh; b) ABS giữ cố định áp suất dầu trong xylanh phanh bánh xe c) Thời điểm ABS mở thông xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp; d) ABS lại nối thông rãnh

đẩy tới xylanh phanh bánh xe

Trang 24

Hình 2.7 Các trạng thái điều chỉnh áp suất dầu phanh:

Khi dừng tác động lên bàn đạp phanh, công tắc phanh gửi tín hiệu đến

bộ điều khiển trung tâm, cuộn dây của van điện từ không được kích hoạt, con trượt dịch chuyển về vị trí ban đầu, dầu trong xylanh phanh bánh hồi về xylanh phanh chính, quá trình phanh kết thúc

Mỗi khi xe làm việc tức là bộ đánh lửa làm việc hoặc khóa điện đặt ở vị trí ON, khi đó bộ vi xử lý luôn gửi các tín hiệu điện áp đến các bộ phận trong

hệ thống như solenoid, bơm dầu phản hồi v.v Khi không phanh, các tín hiệu điện áp này nhỏ để không làm cho các cơ cấu đó hoạt động, bất cứ có sự bất thường nào trong hệ thống, bộ vi xử lý sẽ so sánh với dữ liệu của chúng trong

bộ nhớ chỉ đọc, và máy tính sẽ vô hiệu hoá chế độ chống bó cứng bánh xe, chuyển hệ thống phanh với điều khiển ABS sang chế độ làm việc bình thường như hệ thống phanh không có ABS và đèn báo lỗi được bật sáng

Các tiêu chuẩn chất lượng điều chỉnh

Các hệ thống ABS cần thực hiện các tiêu chuẩn chất lượng như sau:

• Giữ ổn định chuyển động nhờ chuẩn bị đủ lực dẫn bên ở các bánh sau

• Giữ khả năng lái nhờ chuẩn bị đủ lực dẫn bên ở các bánh trước

• Giảm đoạn đường phanh nhờ tận dụng tối ưu lực bám giữa bánh xe và mặt đường

• Thích ứng nhanh áp suất phanh với các giá trị độ bám khác nhau

• Đảm bảo biên độ điều chỉnh nhỏ của mômen phanh để tránh dao động

hệ thống di động

2.4 Cấu tạo hệ thống chống bó cứng bánh xe(ABS) trên xe INNOVA

Cấu tạo cơ bản hệ thống phanh ABS trên xe INNOVA đời 2006 về nguyên lý chung không khác về căn bản so với các dòng xe khác Hai bánh trước được trạng bị phanh đĩa, hai bánh sau phanh trống, hệ thống ABS điều

Trang 25

khiển bốn kênh độc lập 4x4 Các cảm biến tốc độ quay theo nguyên lý cảm ứng điện từ không tiếp xúc được lắp cả trên bốn bánh Trong đường dầu thuỷ lực có các van chuyển mạnh đóng mở điều khiển điện sau Van chuyển mạnh trợ lực phanh được điều khiện điện từ Van giữ có nhiệm vụ tăng và duy trì

áp suất phanh Khi bắt đầu phanh van ở trạng thái mở mở dầu đi đến xylanh phanh ép các đĩa các ma sát Khi van đóng lại áp lực dầu sẽ được duy trì Van giảm áp van có hai cửa ra một của nối với đường dầu áp suất cao của xylanh

ép, một đường về thùng Như vậy, khác với một số hệ thống dùng van chuyển mạnh 3 trạng thái ba đầu mối có nhiệm vụ vừa tăng áp, duy trì áp suất, giảm

áp, hệ thống ABS trên xe INNOVA sử dụng van chuyển mạch hai vị trí được điều khiển đóng mở độc lập và không có bầu tích áp Ngoài ra, trong đường dầu chính có cảm biến áp suất luôn giám sát áp lực dầu và gửi thông tin về ECU để điều khiển bơm

Trang 26

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo hệ thống ABS trên xe INNOVA

2.5 Cân bằng năng lượng trong quá trình phanh

Trong quá trình phanh mômen ma sát của cơ cấu phanh sinh ra nhằm cản trở chuyển động quay quán tính của bánh xe Trên quan điểm năng lượng thì đó là qúa trình biến động năng của ôtô thành nhiệt năng của cơ cấu phanh Phần nhiệt năng này sẽ phân tán vào môi trường xung quanh Nếu nhiệt độ trên bề mặt và trong lòng các cặp ma sát quá cao vượt qua giá trị cho phép thì tính chất qua trình ma sát sẽ thay đổi, điều này làm thay đổi chất lương hệ thống phanh Chính vì vậy, việc nghiên cứu chế độ làm việc, sự cân bằng năng lượng của cơ cấu phanh có một ý nghĩa quan trọng, nó giúp thiết kế những hệ thống phanh làm việc ổn định trong mọi điều kiện

Phương trình cân bằng năng lượng trong quá trình phanh ôtô có dạng

T A

∆ ± ∆Π = Σ (2.2) Trong đó: ∆ T: sự thay đổi động năng của ôtô

∆Π: sự thay đổi thế năng của ôtô

f

A : công của lực cản lăn của bánh xe

A ϕ: công của lực ma sát trượt

’ P

A : công các lực ma sát nội

Nếu ta phanh không ngắt ly hợp

Công các lực trên được tính theo công thức sau:

Trang 27

λ: độ trượt của bánh xe

3 g 2

V G T

2 2

Trang 28

δ: hệ số phân bố năng lượng mà cặp ma sát trống phanh phải chịu và được xác định theo công thức sau:

ϕ++

′+

=

=δ

AA

A

f P P

P P

dT: sự biến đổi năng lượng của ôtô

h

dT : sự biến đổi nhiệt năng của cơ cấu phanh

Biến đổi phương trình nêu trên ta có:

.P dS G C.dT F.K T dt

427

1

m f t h t P

P = + (2.13) Trong đó: G t: trọng lượng khối kim loại làm trống phanh và các chi

tiết gắn cùng C: nhiệt dung riêng của vật liệu làm trống phanh

Ft: diện tích bề mặt trống phanh và môi trường

Kf: hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt trống phanh và môi trường

Th: hiệu số nhiệt độ giữa trống phanh và môi trường

Nếu ta coi:

dt

dS K

f = 0 (2.14) Trong đó: K0: hệ số trao đổi nhiệt khi vận tốc chuyển động là m/s Khi

đó 2.13 được viết dưới dạng:

Trang 29

dS.T.K.FdT.C.GdS.P.427

1

h 0 t h P

Nếu quá trình phanh gấp vận tốc cuối V2 = 0 ta thay vào 2.14 và 2.15 ta có:

h t P

P.dS G C.dTP

.427

1

= hay

C G

V G 10800

1

t

2 a

= (2.16)

Dùng các phương trình 2.9; 2.10; 2.14; 2.15 ta có thể tính được công suất hay nhiệt năng cần phải chịu của toàn bộ hệ thống phanh nói chung hay trên từng cơ cấu nói riêng

2.6 Hiệu quả quá trình phanh ôtô

2.6.1 Phân bố khối lượng trong quá trình phanh

Xét phân bố khối lượng tĩnh khi ô tô đứng yên trên mặt bằng hoặc chuyển động thẳng đều ta có: Z1= G.b / L; Z2 = G.a / L (2.17)

Tuy nhiên trong quá trình phanh ôtô chuyển động có gia tốc giảm dần Gia tốc phanh jp làm suất hiện lực quán tính Pj Lực này gây ra sự phân bố lại trọng lượng trên các cầu Trọng lượng trên cầu trước tăng lên và cầu sau sẽ giảm đi điều này cần đựơc chú ý để phân bố lực phanh sao cho hiệu quả phanh là cao nhất

2.6.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

Để đánh giá hiệu quả phanh người ta thường căn cứ vào một số chỉ tiêu

có jmax = g ϕ Theo công thức trên gia tốc phanh luôn nhỏ hơn g

Trang 30

- Quãng đường phanh ngắn nhất: là quãng đường tổng cộng khi phanh ôtô có hiệu quả kể từ lúc người lái tác dụng lên bàn đạp phanh cho tới khi ôtô dừng hẳn, ta có thể xác định theo công thức sau:

.1,634

t t p

φ

−

Trong đó: S pmin: quãng đường phanh nhỏ nhất

t1: thời gian phanh chậm tác dụng

' 1

t: thời gian phanh

Mà ta biết rằng gia tốc phanh xác định theo công thức sau:

p

Nếu thay jp từ công thức 2.18, mômen phanh bằng mômen phanh cực đại, bỏ qua ảnh hưởng của các lực cản ta có: j.g dv / dt = lấy tích phân hai vế theo t và v coi v2 = 0ta có: tmin =v/ g.j đó chính là thời gian phanh nhỏ nhất cần phải đạt được của ôtô trên đường có hệ số ϕ xác định

2.7 Ổn định ôtô khi phanh

Mặc dù phanh ôtô trên đường bằng, khi xe đang chạy thẳng, người lái không đánh bánh lái, nhưng thực tế quĩ đạo chuyển động của trọng tâm ôtô vẫn là một đường cong Khi xây dựng mô hình bài toán chúng ta đã giả thiết rằng ôtô không chịu tác động của một lực nào khác ngoài lực phanh Vì vậy,

ta chỉ xét nguyên nhân do mất cân bằng lực phanh giữa các bánh xe (do hệ số bám hoặc phản lực pháp tuyến trên các bánh xe khác nhau)

Trang 31

2.7.1 Các nguyên nhân ngây mất cân bằng lực phanh

Sự mất cân bằng lực phanh trên ôtô do nhiều yếu tố ngây lên Cụ thể như: tình trạng kỹ thuật của phanh, tình trạng mặt đường, độ mòn của lốp xe, phân bố trọng lượng trên các bánh

- Do lực bám không đều giữa các bánh xe Bình thường các bánh xe có

độ mòn lốp khác nhau, áp suất hơi cũng khác nhau và có thể chạy trên hai vết đường khác nhau Điều này làm xuất hiện sự chênh lệch giữa lực bám Pϕ ở các bánh xe Như ta đã biết, để quá trình phanh có hiệu quả thì PPmax ≈ Pϕ, do

đó các lực phanh theo điều kiện bám cũng khác nhau

Do ảnh hưởng của các nhân tố như hệ số ma sát, chủng loại vật liệu má phanh v v… mà lực phanh tại các bánh khác nhau

- Thời gian chậm tác dụng của các cơ cấu phanh ở mỗi bánh xe khác nhau cũng ngây ra sự chênh lệch lực phanh khác nhau giữa các bánh xe

Do ảnh hưởng của các thông số kết cấu của xe: khi phanh xe xuất hiện mômen xoay thân xe, mômen này làm xe chuyển động theo một quĩ đạo cong, đồng thời xuất hiện lực ly tâm Lực ly tâm này làm phân phối lại tải trọng tác dụng lên các bánh xe

- Trong thực tế có rất nhiều nguyên nhân khác ngây mất cân bằng lực phanh dẫn đến mất ổn định trong quá trình phanh, như phân bố tải trọng trên các bánh khác nhau, sự cố hỏng hệ thống phanh, áp suất lốp các bánh khác nhau

2.7.2 Các chỉ tiêu đánh giá về ổn định

Để đánh giá ổn định khi phanh người ta dùng 1 trong hai chỉ tiêu sau đây:

Góc xoay thân xe β là góc xoay của trục đối xứng dọc của xe, được xác định tại thời điểm cuối cùng quá trình phanh so với hướng chuyển động ban đầu Trị số mômen làm xoay thân xe khi sử dụng toàn bộ lực bám trên các cầu:

Trang 32

4

G

M = ϕ − ϕ + ϕ − ϕ (2.21) Trong đó: ϕph,ϕtr:hệ số bám của bánh xe bên phải và bên trái

Gs,Gt: trọng lượng xe trên các cầu sau và trước

BS,BT: chiều rộng cầu trước và cầu sau

Dưới tác dụng của mômen quay Mq xẽ làm ôtô xoay đi một góc xác định với gia tốc góc ε được xác định theo công thức:

T z

tr ph T S z

tr ph S z

q

B j G

B j

G j

M

4

.

′

− +

Trong đó: j’z: mômen quán tính của ôtô theo trục Z đi qua trọng tâm

và ta tính được góc xoay thân xe cuối quá trình phanh là: β=ε.t2/2

Hành lang phanh: là dải đường có bề rộng qui định mà ôtô không vượt

ra ngoài trong quá trình phanh Dựa vào góc xoay của thân xe và kích thước của ôtô ta có hành lang an toàn như sau:

)cos(

.2

B)sin(

.2

LS2

Y h

β+

Trong đó: Bh: bề rộng hành lang phanh

Sy: độ lệch ngang của trọng tâm ôtô

La: chiều dài khuôn khổ ôtô B: chiều rộng khuôn khổ ôtô β: Góc xoay thân xe so với phương chuyển động trước khi phanh

Để nâng cao an toàn chô ôtô ta có thể sử dụng công thức tính gần đúng:

B / 2 S ≥ + L (2.24) Trong đó: Lx : khoảng cách từ điểm xa nhất đến trọng tâm ôtô

Trang 33

3 ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH

3.1 Các giả thiết

Quá trình phanh ôtô trên mỗi loại địa hình là một quá trình diễn ra hết sức phức tạp, trong đó mỗi đại lượng biến đổi không ngừng và phụ thuộc lẫn nhau Vì vậy, việc đưa ra một mô hình toán hoàn chỉnh để xét đến tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phanh gặp rất nhiều khó khăn Mặt khác phanh ôtô chỉ là một hệ thống hoàn chỉnh gồm ba yếu tố: Con người - thiết bị

- môi trường, mà yếu tố 1 và 3 không phải là yếu tố lúc nào cũng có thể miêu

tả bằng phương trình toán học Để nghiên cứu quá trình phanh người ta có thể chia ra làm nhiều phương án, giải từng trường hợp cụ thể thậm chí cho từng loại đường cụ thể Không ngoài mục đích nhằm đơn giản bài toán và vẫn giữ được tính tổng quát của nó Trước khi trình bày mô hình toán học đề nghị chấp nhận một số giả thiết sau:

+ Quá trình phanh là phanh gấp

+ Trong quá trình phanh người lái không đánh tay lái

+ Ngoài lực phanh do khả năng bám của các bánh xe sinh ra, ảnh hưởng của các ngoại lực khác đến quá trình phanh coi như không đáng kể + Lực kích động duy nhất gây mất ổn định chuyển động là lực phanh + Bỏ qua các lực đàn hồi của cơ cấu treo

+ Toạ độ trọng tâm của ôtô nằm trên mặt phẳng đối xứng dọc của ôtô + Coi mômen phanh sinh ra trên bốn bánh của ôtô là như nhau

+ Tình trạng mặt đường, tình trạng lốp xe trên bốn bánh là như nhau + Quá trình phanh diễn ra trên đường phẳng không có độ dốc dọc và dốc ngang

Trang 34

3.2 Mô hình cơ học

Trong nghiên cứu động lực học ôtô máy kéo trường hợp tổng quát ta có

mô hình không gian với 6 bậc tự do Như vậy, ta có thể thiết lập được sáu phương trình cân bằng lực và mômen và giải các phương trình cân bằng trên

ta có được các thông số động học, hình học theo thời gian Tuy nhiên, để kết quả khảo sát đảm bảo độ chính xác trên mô hình cần phản ánh chính xác đầy

đủ các yêu tố tác động lên ôtô Trong thực tế việc nghiên cứu động lực học của ôtô rất da dạng, tuỳ theo mục đích người ta đưa ra các mô hình đơn giản hơn với một số yếu tố tác động và các thông số nghiên cứu cụ thể, điều này mang lại hai lợi ích sau: Thứ nhất mô hình đơn giản hơn, do đó ít phương trình toán học hơn, việc giải các phương trình này thuận lợi Thứ hai với việc đưa vào ít thông số hơn, khi khảo sát mối quan hệ tương tác giữa các thông số đầu vào, đầu ra thuận lợi và chính xác hơn Để xây dựng mô hình toán khảo sát động học quá trình phanh, ta có sơ đồ không gian các lực tác dụng trong quá trình phanh như sau:

Hình 3.1 Mô hình không gian các lực tác dụng lên ôtô khi phanh

Trang 35

Để khảo sát quá trình động lực học của ôtô ta gắn các hệ trục toạ độ như sau:

- Hệ trục toạ độ oxoyozo là hệ toạ độ cố định đặt trên mặt đường, trục

ozo là trục vuông góc vớí mặt đường

- Hệ trục toạ độ oxyz là hệ toạ độ di động được đặt tại trọng tâm ôtô

Trong đó: Pfi: lực cản lăn trên các bánh xe

Zi: phản lực pháp tuyến của các bánh xe

Ryi: phản lực ngang của các bánh xe

Mq: mômen xoay

Mcq: mômen cản qoay của bánh xe

Mqt: mômen quán tính của bánh xe

Pjx: lực quán tính theo phương các trục tương ứng

v

Trang 36

Hình 3.3 Sơ đồ lực tác dụng trên ôtô khi phanh trên mặt phặng thẳng đứng

3.3 Tính toán giá trị các thành phần lực và mômen

Các lực tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh chủ yếu là từ mặt đường Các lực này tính phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố cả về giá trị, phương chiều, điểm đặt, để tính chính xác giá trị các lực gặp rất nhiều khó khăn Ở đây ta tính các lực này với các yếu tố ảnh hưởng cơ bản nhất và sử dụng các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho công tác tính toán

−

0 h P b G L Z

0 h P a G L Z

g j T

g j S

=

g

J h a L

G Z

g

J h b L

G Z

g S

g T

h g

Xpt

Trang 37

khác nhau Vì vậy, các lực phanh trên các bánh xe có thể xác định theo công thức sau:

γ

R

M P

b

pi

pi (3.3) Trong đó: i = 1,2,3,4;

Mpi: mômen phanh tại các bánh xe do cơ cấu phanh sinh ra

b

pmi

pi (3.4) t: khoảng cách thời gian từ lúc bắt đầu phanh cho tới khi lực phanh đạt giá trị cực đại

Kpmi: hệ số phát triển mômen phanh ở mỗi bánh xe

- Ở giai đoạn t > t1 lực phanh đạt tới giá trị cực đại, giá trị này có thể là

Trang 38

3.3.3 Xác định phản lực ngang trên các bánh xe

Khi bánh xe không bị bó

cứng, dưới tác dụng của mômen

quay thân xe sẽ xuất hiện các

ngoại lực ngang tác dụng từ mặt

đường lên lốp, các lực này có tác

dụng chống lại sự quay thân xe

Dưới tác dụng của lực bên lốp xe

bị biến dạng và lăn lệch đi một

góc Sự phụ thuộc của lực bên

vào góc lăn lệch của lốp là phức

i yo mi

Z

P K

tg ni

Trang 39

Để tính giá trị này có thể sử dụng sơ đồ phân bố lực của một bánh xe trên hình 3.6 Dưới tác dụng của mômen xoay thân xe vận tốc chuyển động của bánh xe V sẽ bị lệch đi một góc δ so với trục đối xứng dọc thân xe Phản lực R của đường có xu hướng cản trở chuyển động và luôn cùng phương nhưng ngược chiều so với hướng vận tốc V

` Mặt khác, ta biết rằng trong mọi trường hợp khi xe lăn trên mặt đường lực bám tổng hợp có thể xác định: Ri= Z iφ (3.9) Phân tích lực bám này ra làm hai thành phần ta có:

Trang 40

3.2.5 Lực quán tính

Trong mô hình khảo sát ta coi ôtô chuyển động trên đường nằm ngang không có độ dốc, qũi đạo trọng tâm ôtô là đường cong phẳng, do đó, lực quán tính bao gồm hai thành phần theo phương dọc và ngang Khi ôtô chuyển động

có các phần trọng luợng chuyển động tịnh tiến, có thành phần trọng lượng vừa tham gia chuyển động tịnh tiến vừa tham gia chuyển động quay Khi tính toán

ta cần quy đổi các phần chuyển động quay về chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại Thông thường khi xét chuyển động của cả xe ôtô ta bỏ qua các thành phần chuyển động quay

Lực quán tính được xác định như sau: Pj= m.jp (3.14) Trong đó: jp: gia tốc chậm dần khi phanh xe (m/s2);

m: khối lượng ôtô (Kg)

3.2.6 Lực cản không khí

Khi ôtô chuyển động với vận tốc cao lực cản không khí tác dụng lên xe tương đối lớn Lực cản không khí phụ thuộc vào vận tốc chuyển động, hình dáng khí động học, diện tích chắn gió, vận tốc và hướng gió tự nhiên Lực cản khí động được nghiên cứu kỹ trong nhiều lĩnh vực

Ở đây ta dùng công thức đơn giản sau: P k .ω = F V2 (3.15) Trong đó: k : hệ số cản không khí phụ thuộc vào hình dáng khí động học

V : vận tốc chuyển động của ôtô

F: diện tích cản chính diện của ôtô

3.2.7 Tính mômen xoay thân xe

Khi phanh ôtô trên thực tế lực phanh trên các bánh ở hai bên khác nhau, điều này làm suất hiện mômen lực làm xoay thân xe Mômen xoay thân

xe được xác định như sau:

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	3,65 MB

Tiêu đề	Nghiên cứu động lực học quá trình phanh trên ôtô có trang bị hệ thống abs
Tác giả	Vũ Duy Khiêm
Người hướng dẫn	PGS-TS. Nguyễn Ngọc Quế
Trường học	Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông-Lâm nghiệp
Thể loại	Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Hà Nội