Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao độ an toàn cho hệ thống phanh lắp trên xe môtô

- Phân bố mômen phanh ở các bánh xe, phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường ở bất kỳ cường độ phanh nào sử dụng đ



HỒ MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN CHO HỆ

THỐNG PHANH LẮP TRÊN XE MÔTÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Đà Nẵng – Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đầy đủ

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây

Tác giả luận văn

Hồ Mạnh Cường

TÓM TẮT

Xe máy là phương tiện đi lại chủ yếu của người dân, chiếm hơn 85% tổng số phương tiện giao thông đang hoạt động trên cả nước, với nhiều ưu điểm như tính cơ động cao, linh hoạt, giá thành rẻ Tuy nhiên, xe máy cũng là nguyên nhân gây ra gần 70% vụ tai nạn giao thông đường bộ Ở thời điểm hiện tại hãng sản xuất môtô ở Việt Nam liên tục tung ra các sản phẩm xe mới có dung tích thiết kế lớn hơn 125cc càng làm cho tỷ lệ tai nạn và vấn đề an toàn giao thông nghiêm trọng hơn

Đang lái xe mà gặp một tình huống nguy hiểm trước mặt, phản ứng tự nhiên của chúng ta là đạp mạnh chân phanh, xiết cứng lốp xe xuống mặt đường Tuy nhiên,

do nguyên lý quán tính, chiếc xe đang chạy nhanh không dễ gì đứng lại ngay được, lốp

xe bị xiết cứng bị trượt lê trên mặt đường, lúc đó tài xế không còn điều khiển được tay lái và nguy cơ một tai nạn khác rất dễ xảy ra Vì vậy, việc tính toán thiết kế hệ thống phanh an toàn cho xe môtô có thể được xem như một giải pháp tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc để hạn chế tai nạn do xe môtô gây ra, góp phần đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông và thực hiện mục tiêu An toàn giao thông quốc gia

Luận văn đã đưa ra được phương pháp nhằm nâng cao hiệu quả phanh của hệ thống phanh.Với bộ điều chỉnh được thiết kế áp dụng trên hệ thống phanh, hệ số bám của xe ứng với chế độ đầy tải được xác định theo đặc tính điều chỉnh lên đến  = 0,774

(xem bảng 3.4 thay vì chỉ 0,5112 khi không điều chỉnh) Tuy nhiên áp suất lớn nhất

trong hệ thống cũng tăng tương ứng với giá trị nhận nhận được từ bảng tính toán 3.4 là p1max = 10,71[MN/m2] Áp suất này đều nằm trong giới hạn cho phép của dầu phanh hiện hành

Qua quá trình thử nghiệm và thực tế với hệ thống phanh trước và sau khi cải tạo nhận thấy rằng quãng đường phanh của phanh trước khi cải tạo là: 7,25 m với sai số trung bình 0,25m Với việc áp dụng hệ thống phanh mới được tính toán thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả phanh, quãng đường phanh của phanh sau cải tạo là: 6,44 m với sai số trung bình 0,26m Trong cùng một thời gian phanh, quãng đường phanh của hệ thống phanh được thiết kế mới là ngắn nhất

ABSTRACT

Motorbikes are the main way of transport in Vietnam, accounting for over 85%

of the total number of vehicles, with many advantages such as high mobility, flexibility and low cost However, motorcycles are responsible for nearly 70% of road traffic accidents At present, motorcycle manufacturers in Vietnam continually launch new models of vehicles with a design capacity of more than 125cc, making the accident rate and traffic safety are more serious

When we are driving in a dangerous situation in front, our natural reaction is to step on the brake pedal, tightening the tire to the road However, due to the principle of

inertia, the car is not fast enough to stand upright, the tire slips on the road, the driver can be no longer control the steering wheel and the risk of an ear Other casualties are very likely to occur Therefore, the design of safety braking system for motorcycles can be considered as a technical standard solution required to reduce the accident caused by motorcycles, contributing to ensure safety for participants transport and implementation of national traffic safety objectives

This thesis proposes a method for improving the braking performance of the braking system With the regulator designed to apply on the braking system, the vehicle's grip coefficient for the full load is determined by the characteristic Adjust up

to  = 0,774 (see table 3.4 instead of just 0.5112 when not adjusted) However, the maximum pressure in the system increases correspondingly to the value received from table 3.4 as p1max = 10,71[MN/m2] This pressure is within the allowable limits of the brake fluid current

Based on the experiment data with brake system before and after reconstruction,

it shows that the braking distance of the brake before the renovation is 7.25 m with an average error of 0.25 m With the new braking system designed to improve the braking performance, the braking distance of the brake after rehabilitation is 6.44 m with an average error of 0.26 m In the same time of braking, the braking distance of the newly designed brake system is the shortest

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: 1

2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4.1.Cách tiếp cận 2

4.2 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE MÔTÔ 3

1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH XE MÔTÔ 3

1.2 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH TRÊN XE MÔTÔ 6 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHANH MÔTÔ 8

2.2 CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHANH MÔTÔ 8

2.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 8

2.2.2.Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh: 12

2.2.3 Sự bám của bánh xe với mặt đường: 13

2.2.3.1 Đặt vấn đề 13

2.2.3.2 Hệ số bám 14

2.3 BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH 18

2.3.1 Cơ sở lý thuyết: 18

2.3.2 Các phương pháp điều chỉnh 26

2.3.3 Kết cấu và nguyên lý làm việc của các bộ điều chỉnh lực phanh 30

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CẢI TẠO HỆ THỐNG PHANH XE YAMAHA EXCITER 2010 42

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE Yamaha Exciter 2010 VÀ HỆ THỐNG PHANH

CỦA XE 42

3.1.1 Giới thiệu chung về xe Yamaha Exciter 2010 42

3.1.2 Hệ thống phanh của xe Yamaha Exciter 2010 46

3.1.2.1 Kết cấu cụm phanh trước 46

3.1.2.2 Kết cấu cụm phanh sau 50

3.2 CẢI TẠO TỪ DẪN ĐỘNG PHANH CƠ KHÍ Ở BÁNH SAU SANG DẪN ĐỘNG HOÀN TOÀN BẰNG THỦY LỰC 54

3.2.1 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh thủy lực xe Exciter 2010 sau cải tạo 54

3.2.2 Tính toán dẫn động phanh thuỷ lực: 55

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH 65

3.3.1 Phân tích chọn phương án thiết kế 65

3.3.2 Tính toán thiết kế: 66

CHƯƠNG 4 LẮP ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHANH SAU CẢI TẠO CHO XE YAMAHA EXCITER 2010 73

4.1 LẮP ĐẶT HỆ THỐNG PHANH THUỶ LỰC 73

4.2 LẮP ĐẶT BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH 73

4.3 THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC VÀ SAU CẢI TẠO 74

4.3.1 Tiêu chuẩn để đánh giá hiệu quả phanh: 74

4.3.2 Giá trị của phép đo: 74

4.3.3 Mục đích thử nghiệm quãng đường phanh: 75

4.3.4 Điều kiện thử nghiệm quãng đường phanh 75

4.3.5 Trang thiết bị sử dụng trong thử nghiệm đo quãng đường phanh: 76

4.3.6 Thử nghiệm phanh chính 77

CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 80

5.1 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 80

5.1.1 Phân tích các số liệu liệu thực nghiệm: 80

5.1.2 Xử lý kết quả đo quãng đường phanh của phanh trước cải tạo: 81

5.1.3 Xử lý kết quả đo quãng đường phanh của phanh sau cải tạo: 81

5.2 KẾT LUẬN 82

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 84

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.1 Giá trị lực bám phụ thuộc vào loại đường 17 3.1 Thông số kỹ thuật xe Exciter 2010 42 3.2 Quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và độ trượt λ 59 3.3 Quan hệ giữa moment bám Mφ và độ trượt λ 59 3.4 Quan hệ giữa áp suất phanh và hệ số bám 72 3.5 Quan hệ giữa áp suất phanh và hệ số bám khi không tải 72

4.1 Yêu cầu giữa quãng đường phanh và gia tốc phanh tương

5.2 Độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung bình của hệ

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Nguyên mẫu chiếc Michaux-Perreaux 3

1.5 Hệ thống phanh đĩa trên xe môtô 6

2.1 Đồ thị thể hiện sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo

tốc độ bắt đầu phanh v1 và hệ số bám 11 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 16 2.3 Mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số bám 17 2.4 Các lực tác dụng lên môtô khi phanh trên mặt đường ngang 18

2.5 Quan hệ phân bổ lực trên các cầu khi phanh với cường độ bất

2.6 Đồ thị biểu diễn điều kiện xãy ra hãm cứng các bánh xe trước 20 2.7 Đồ thị biểu diễn điều kiện xãy ra hãm cứng các bánh xe sau 21 2.8 Biểu đồ phân vùng quá trình phanh 22 2.9 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số phân phối lực phanh tối ưu

2.10 Các trường hợp bánh xe bị trượt ngang khi phanh 23

2.11 Sơ đồ trượt ngang ô tô khi các bánh sau bị hãm cứng trên mặt

2.12 Quan hệ lý tưởng giữa các lực phanh ở cầu trước và sau của

môtô phụ thuộc vào tải trọng và hệ số bám 25

2.13 Quan hệ lý tưởng giữa áp suất phanh động trước và sau của mô

tô và các tia giới hạn của đặc tính điều chỉnh 25 2.14 Các đặc tính làm việc của bộ điều chỉnh 27 2.15 Đặc tính làm việc của bộ điều chỉnh giới hạn áp suất 29 2.16 Đặc tính của bộ điều chỉnh giới hạn áp suất có thời điểm làm

2.17 Đặc tính của bụ̣ điờ̀u chỉnh giới hạn ỏp suṍt có van tỷ lợ̀ 29

2.18 Đặc tính của bụ̣ điờ̀u chỉnh ỏp suṍt có thời điờ̉m làm viợ̀c thay

2.19 Bụ̣ điờ̀u chỉnh loại tia dựng cho dẫn đụ̣ng phanh thủy lực 30 2.20 Cỏc bụ̣ hạn chờ́ ỏp suṍt loại lũ xo cõn bằng 32

2.22 Bụ̣ hạn chờ́ ỏp suṍt có van tỷ lợ̀ 34

2.23 Bụ̣ điờ̀u chỉnh ỏp suṍt có thời điờ̉m làm viợ̀c thay đụ̉i kiờ̉u van

2.24 Bụ̣ điờ̀u chỉnh ỏp suṍt có thời điờ̉m làm viợ̀c thay đụ̉i kiờ̉u van

2.25 Đặc tính của bụ̣ điờ̀u chỉnh ỏp suṍt có thời điờ̉m làm viợ̀c thay

2.26 Cấu tạo bộ điều hoà kiểu piston- vi sai 37 2.27 Đ-ờng đặc tính bộ điều hoà piston – vi sai 38 2.28 Sơ đồ bộ điều hoà áp suất bằng thuỷ lực 38 2.29 Đ-ờng đặc tính bộ điều hoà dạng tia 39 2.30 Cṍu tạo điều hoà lực phanh bằng van hạn chế áp suất 40 2.31 Đồ thị đặc tính điều chỉnh của van hạn chế áp suất 41 3.1 Tụ̉ng quan của xe Exciter 2010 43

3.4 Hợ̀ thụ́ng khung sườn xe Exciter 2010 45 3.5 Vị trí cỏc thiờ́t bị điợ̀n trờn xe Exciter 2010 46 3.6 Sơ đồ dẫn đụ̣ng hợ̀ thụ́ng phanh xe Exciter 2010 trước cải tạo 46 3.7 Sơ đồ dẫn đụ̣ng phanh trước xe Exciter 2010 47

3.11 Kờ́t cṍu cụm xylanh phanh bỏnh xe trước 49 3.12 Kờ́t cṍu phanh bỏnh xe sau xe Exciter 2010 50

3.13 Hệ thống phanh thủy lực điều khiển độc lập 52 3.14 Hệ thống phanh thủy lực điều khiển độc lập kết hợp ABS 52 3.15 Kết hợp giữa phanh thủy lực và bộ CBS 53 3.16 Phanh thủy lực kết hợp bộ điều hòa lực phanh 54 3.17 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh thủy lực xe Exciter 2010 54 3.18 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi phanh 55 3.19 Sơ đồ phân bố tải trọng lên 2 bánh xe 56

3.20 Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ

trượt tương đối λ của bánh xe 59

3.21 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của moment bám của bánh xe

3.22 Sơ đồ tính toán bán kính trung bình của đĩa ma sát 61 3.23 Đồ thị diễn biến áp suất phanh sau theo áp suất phanh trước 65

3.24 Kết cấu bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm thay đổi theo tải

3.25 Kết cấu và kích thước bên ngoài của bộ điều chỉnh 67

3.26 Đặc tính bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi

3.27 Đồ thị xác định áp suất ban đầu điều chỉnh khi đầy tải 70

3.28 Đồ thị tổng hợp áp suất phanh lý tưởng và điều chỉnh trên xe

4.1 Hệ thống phanh sau sau cải tạo 73 4.2 Lắp đặt bộ điều hòa lực phanh 74

4.4 Súng đánh dấu vị trí bắt đầu phanh 76 4.5 Đạn đánh dấu vị trí bắt đầu phanh 77

4.7 Lắp thiết bị đánh dấu vị trí bắt đầu phanh vào xe 78

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Báo cáo của Ủy ban An toàn giao thông Châu âu[11] chỉ ra rằng, trên cùng một

khoảng cách, lái xe môtô nguy hiểm hơn lái xe ôtô gấp 20 lần Và thống kê tình trạng tai nạn ở Đức từ năm 1990 đến 2011 cũng cho thấy tổng số người chết vì tai nạn giao thông giảm đáng kể (từ 11.000 người xuống còn 4.009 người) nhưng số người chết vì tai nạn môtô vẫn giữ nguyên không đổi

Ở Việt Nam, theo thống kê của Cục Cảnh sát giao thông năm 2015 [7]cả nước

xảy ra 22.827 vụ, làm chết 8.727 người, bị thương 21.069 người So với năm 2014, giảm 2.842 vụ (- 11%), giảm 364 người chết (- 4%), giảm 3.794 người bị thương (- 15,26%) Trong đó:

Đường bộ: Xảy ra 22.326 vụ, làm chết 8.435 người, bị thương 20.815 người So với năm 2014, giảm 2.912 vụ (- 11,54%), giảm 410 người chết (- 4,64%), giảm 3.822 người bị thương (- 15,51%)

Xe máy là phương tiện đi lại chủ yếu của người dân, chiếm hơn 85% tổng số phương tiện giao thông đang hoạt động trên cả nước, với nhiều ưu điểm như tính cơ động cao, linh hoạt, giá thành rẻ Tuy nhiên, xe máy cũng là nguyên nhân gây ra gần 70% vụ tai nạn giao thông đường bộ Chính phủ đã ban hành nhiều giải pháp đồng bộ tăng cường công tác quản lý nhằm đảm bảo an toàn, giảm nguy cơ tai nạn cho hoạt động tham gia giao thông của người đi môtô, xe máy

Hình 1 Thống kê tai nạn gia thông Một trong những chính sách đó là tiêu chuẩn, quy chuẩn thiết kế hạ tầng, quản lý tổ chức giao thông, tiêu chuẩn kỹ thuật phương tiện Trong khi các hãng sản xuất môtô ở Việt Nam liên tục tung ra các sản phẩm xe mới có dung tích thiết kế lớn hơn 125cc càng làm cho tỷ lệ tai nạn và vấn đề an toàn giao thông nghiêm trọng hơn Đang lái xe mà gặp một tình huống nguy hiểm trước mặt, phản ứng tự nhiên của chúng ta là đạp mạnh chân thắng, xiết cứng dàn bánh xuống mặt đường Tuy nhiên, do nguyên lý quán tính, chiếc xe đang chạy nhanh không dễ gì đứng lại ngay được, dàn

bánh xe bị xiết cứng vẫn cố lê thêm một đoạn nữa, với tiếng rít chói tai của cao su nghiến trên mặt đường, rồi khói và mùi khét do bánh xe bốc cháy tỏa ra Lúc đó, tài xế không còn điều khiển được tay lái, chiếc xe phóng đi loạng choạng, và nguy cơ một tai nạn khác rất dễ xảy ra

Sự phát triển của công nghệ khiến cho các thiết bị, phương tiện ngày càng được cải tiến với sự thân thiện và phục vụ tốt nhất cho cuộc sống, và trong số đó, xe máy chịu sự tác động của rất nhiều những công nghệ hiện đại

Vì vậy, việc tính toán thiết kế hệ thống phanh an toàn cho xe môtô có thể được xem như một giải pháp tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc để hạn chế tai nạn do xe môtô gây

ra, góp phần đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông và thực hiện mục tiêu

An toàn giao thông quốc gia

2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

- Thiết kế cải tạo để nâng cao độ an toàn cho hệ thống phanh trên xe Yamaha Exciter

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Xe gắn máy Exciter 2010 của hãng Yamaha

4.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm chế tạo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH

TRÊN XE MÔTÔ

Chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước Michaux-Perreaux là xe gắn máy ra đời đầu tiên tại pháp do Pierre Michaux và Luois-Guillame Perreaux thực hiện Pierre Michaux (25/6/1813-1883) là một thợ rèn, người cung cấp phụ tùng cho các xe thương mại Paris trong những năm 1850 và 1860 Luois-Guillame Perreaux (19/2/1816- 05/4/1889) là một kỹ sư Pháp, người đã thiết kế chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước sử dụng nhiên liệu cồn đầu tiên tại Pháp Chiếc xe của họ được cấp bằng sáng chế vào năm 1868 và năm 1869 đã được trưng bày cho công chúng

Hình 1.1 Nguyên mẫu chiếc Michaux-Perreaux

Xe đạp gắn máy hơi nước đầu tiên tại Pháp ra đời không lâu thì ở Mỹ, vào năm

1896, Sylvester H.Roper giới thiệu lần đầu tiên chiếc xe gắn động cơ hơi nước của mình tại Massachusetts Sylvester Howard Roper (1823-1896) là một nhà phát minh sung mãn trên nhiều lĩnh vực Hiện tại, nguyên mẫu chiếc xe gắn máy hơi nước

Roper1896 được lưu giữ tại Viện Smithsonian Hoa kỳ.[9]

Hình 1.2 Nguyên mẫu chiếc Roper Bên cạnh việc phát triển các chúc năng của xe máy thì các hệ thống trên xe dần được cải tiến rõ rệt Các hệ thống đó không thể không nhắc tới đó là hệ thống phanh Hệ thống phanh nói chung có vai trò giúp chiếc xe giảm tốc độ hoặc dừng lại một cách an toàn Về tầm quan trọng của hệ thống phanh thì có thể chắc chắn rằng không

ai trong chúng ta dám sử dụng một chiếc xe không được trang bị hệ thống phanh đáng tin cậy, cho dù động cơ của nó có ưu việt thế nào đi nữa Hệ thống phanh hoạt động theo nguyên lý kiểm soát tốc độ bằng cách chuyển hóa động năng thành nhiệt năng Động năng phụ thuộc vào 2 yếu tố là trọng lượng và tốc độ, nên khi xe có trọng lượng càng lớn, tốc độ càng cao thì càng cần một hệ thống phanh ưu việt hơn

Từ khi ra đời xe môtô, vì tốc độ của xe chưa cao nên hệ thống phanh xe cực kỳ đơn giản Ban đầu là phanh niền, phanh đùm

Hình 1.3.Hệ thống phanh dãi

Đến ngày nay, vì nhu cầu sử dụng ngày càng cao, công nghệ ngày càng phát triển nên hệ thống phanh trên xe môtô cũng phát triển nhanh chóng, hiện đại, đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng

Hệ thống phanh trên xe máy hiện nay được chia làm 2 loại: phanh tang trống và phanh đĩa Một số xe thì được trang bị hệ thống phanh tang trống cho cả bánh trước và bánh sau Còn một số xe thì có bánh trước lắp phanh đĩa còn bánh sau lắp phanh tang trống

Với hệ thống phanh tang trống có quá trình hình thành và phát triển lâu đời

Hình 1.4.Hệ thống phanh tang trống

Hệ thống phanh đĩa mới được nghiên cứu và ứng dụng cho xe máy bắt đầu từ năm 1960 Khi đó hệ thống đường cao tốc bắt đầu phát triển và dần trở nên phổ cập tại Mỹ, Châu Âu, cũng như Nhật Bản

Hình 1.5 Hệ thống phanh đĩa trên xemôtô Và đến nay, hệ thống phanh trên xe máy vô cùng hiện đại và đảm bảo an toàn cao cho người sử dụng Hệ thống phanh được sử dụng phổ biến là phanh thủy lực (phanh dầu, phanh đĩa)

1.2.CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH TRÊN XE MÔTÔ

Hệ thống phanh trên xe môtô phát triển mạnh mẽ, song còn nhiều hạn chế về mặt ứng dụng ra thực tiễn Từ phanh dãi, phanh tang trống, phanh đĩa

Năm 1988, lần đầu tiên sau mười năm kể từ khi Daimler Benz và Bosh đưa hệ thống ABS đầu tiên trên xe hơi vào sản xuất hàng loạt, BMW đã bán ABS điện tử/thủy lực cho môtô Dòng môtô BMWs K-100 được tùy ý trang bị thêm ABS Nó được phát triển cùng FAG Kugelfishcher, điều chỉnh áp lực trong các vòng phanh thông qua một pít tông chìm (pít tông trụ trượt),

Năm 1992, hãng sản xuất Nhật đầu tiên bán môtô có ABS là Honda Honda tùy ý trang bị thêm một môđun ABS điện tử/thủy lực cho dòng xe ST1100 Nhà sản xuất

thiết bị chính hãng OEM thứ hai của Nhật là Yamaha cho gắn ABS trên môtô GST

1000 cũng trong cùng năm

Năm 1997, Suzuki tiếp nối với việc trình làng dòng xe Bandit lần đầu tiên có ABS

Đến năm 2006, châu Âu cho ra chiếc môtô tích hợp ABS (MIB) đầu tiên Nó đã được cải tiến dựa trên sự cộng tác của BMW

Khác với xe hơi, máy bay và tàu hỏa, bánh trước và bánh sau của xe môtô được điều khiển riêng rẽ Nếu người lái chỉ kéo/đạp phanh của bánh trước hoặc bánh sau, bánh bị phanh sẽ khóa lại nhanh hơn Hệ thống phanh xe kết hợp phân bổ lực phanh đồng thời lên bánh không bị phanh để giảm khả năng bị khóa bánh, kéo dài sự giảm

tốc và giảm bước dừng.[11]

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHANH MÔTÔ

Cũng như tất cả các phương tiện giao thông khác, hệ thống phanh đặc biệt quan trọng, liên quan trực tiếp đến tính an toàn và đảm bảo khả năng vận hành ở tốc độ cao của xe Để đảm bảo được những điều kiện đó, hệ thống phanh phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp, bảo đảm sự ổn định khi phanh

- Điều khiển nhẹ nhàng

- Thời gian chậm tác dụng (còn gọi là thời gian phản ứng) nhỏ

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

- Phân bố mômen phanh ở các bánh xe, phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường ở bất kỳ cường độ phanh nào (sử dụng điều chỉnh tự động lực phanh theo tải, sử dụng thiết bị chống hãm cứng bánh xe)

- Có độ tin cậy cao (sử dụng dẫn động phanh nhiều mạch độc lập, nâng cao độ bền các chi tiết của hệ thống phanh)

- Có hệ thống tự kiểm tra, chẩn đoán các hư hỏng một cách kịp thời

2.2 CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHANH MÔTÔ

Tính năng phanh hay chất lượng quá trình phanh được định lượng thông qua 2 nhóm chỉ tiêu: hiệu quả phanh hay tính ổn định khi phanh

Hiệu quả phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ của môtô khi người lái tác động lên

cơ cấu điều khiển phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp

Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì của môtô theo ý muốn của người lái trong quá trình phanh

2.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh bao gồm: Gia tốc chậm dần lớn nhất jmax, quãng đường phanh nhỏ nhất Smin, và lực phanh hoặc lực phanh riêng Để đánh giá

hiệu quả phanh có thể dùng một trong các chỉ tiêu sau:[2]

a.Thời gian phanh nhỏ nhất t min:

Thời gian phanh là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh.Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt

Trong trường hợp tổng quát, ta có:

pj dv

dt 

Trong trường hợp phanh khẩn cấp:

dv g j

.

min

1

2

v v g

dv g

- v1: Vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh

- v2: Vận tốc của xe tại thời điểm kết thúc phanh

Công thức (2.2) cho thấy thời gian phanh sẽ dài khi vận tốc khi bắt đầu phanh lớn, thời gian phanh sẽ ngắn khi hệ số bám lớn.Thời gian phanh trong trường hợp ly hợp vẫn đóng (δj>1) thì thời gian phanh sẽ dài hơn trong trường hợp ly hợp mở

b.Gia tốc chậm dần khi phanh:

Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh và là đại lượng đặc trưng cho mức độ giảm tốc độ của môtô trong quá trình phanh Khi phân tích các lực tác dụng lên môtô, có thể viết phương trình cân bằng lực kéo như sau:

i f

P p.max  

Suy ra:

max

.

.

p j

j g

G

Trong đó:

- δj: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay trên môtô

- jp.max: Gia tốc chậm dần khi phanh

- g: Gia tốc trọng trường

Từ biểu thức (2.4) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:

j p

g j

c.Quãng đường phanh:

Quãng đường phanh Sp là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh của môtô.Vì vậy, trong tính năng kỹ thuật của môtô, các nhà chế tạo cho biết quãng đường phanh lớn nhất 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, dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe có thể xử lý tốt khi phanh môtô trên đường

Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất, có thể sử dụng biểu thức sau:

j p

g dt

dv j

dv

.

.







hay p

j

dS

g dv

.

.

2 2 2 1 min

.

2

1

v v g dv v g

v v

j

Khi phanh môtô đến lúc dừng hẳn thì v2 = 0, ta có:

2 1 min

.

.

2

1

v g dv v g

v v

- Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay δi

Muốn giảm quãng đường phanh thì ta cần phải giảm δi, vì vậy nếu người lái cắt

ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn Ở biểu thức trên ta thấy, quãng đường phanh Sp.min phụ thuộc vào hệ số bám φ, mà hệ số bám φ phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bánh xe

Vì vậy, Sp.min phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ của môtô G

Ta có đồ thị thể hiện sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo vận tốc bắt đầu phanh v1 và giá trị hệ số bám như sau:

Hình 2.1 Đồ thị thể hiện sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầu

phanh v1 và hệ số bám

Từ đồ thị ta thấy rằng, ở vận tốc bắt đầu phanh v1 càng cao thì quãng đường phanh S càng lớn vì quãng đường phanh phụ thuộc bậc 2 vào v1, hệ số bám càng cao thì quãng đường phanh càng nhỏ

d.Lực phanh và lực phanh riêng:

Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu đế đánh giá chất lượng phanh, chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất khi phanh môtô trên bệ thử Lực phanh sinh ra ở các bánh xe được xác định theo biểu thức sau:

b

p p

Mp: Momen của các cơ cấu phanh

rb: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

Lực phanh riêng P là lực phanh được tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của môtô

P

Khi đánh giá chất lượng phanh của môtô có thể sử dụng 1 trong 4 chỉ tiêu trên Trong đó, quãng đường phanh là đặc trưng nhất, vì nó cho phép người lái hình dung được vị trí xe sẽ dừng trước một chướng ngại vật mà họ cần xử lý để tránh va chạm

Do đó, chỉ tiêu này thường được dùng 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

2.2.2.Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh:

Tính ổn định khi phanh là khả năng đảm bảo chuyển động của xe theo ý muốn của người lái trong quá trình phanh Tính ổn định khi phanh được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu: Góc quay khi phanh (βp) và hành lang phanh (Bp)

- Góc quay khi phanh (βp) là góc quay trục đối xứng dọc của xe, được xác định tại thời điểm cuối cùng của quá trình phanh so với hướng chuyển động ban đầu Trị số moment làm quay thân xe khi sử dụng toàn bộ lực bám trên các bánh xe:

0

0 4

G B

: Hệ số bám của xe với mặt đường

B0: Chiều rộng cơ sở của xe

Dưới tác dụng của moment quay Mq sẽ làm xe quay một góc xác định với gia tốc góc ε được xác định theo công thức:

0

'.4 '.4

G B J

G J

M

z t z

s z

2.10Trong đó: J’z là moment quán tính của xe theo trục Z đi qua trọng tâm, và ta tính được góc quay thân xe cuối quá trình phanh là

2 t2



 

- Hành lang phanh: là dãi đường có bề rộng quy định mà xe không được vượt ra ngoài trong quá trình phanh Dựa vào góc quay thân xe và kích thước của xe ta có hành lang an toàn như sau:



 cos2sin.22

a a

Ba: Chiều rộng cơ sở của xe β: Góc quay thân xe so với hướng chuyển động trước khi phanh Để nâng cao tính an toàn cho xe, ta có thể sử dụng công thức tính gần đúng:

x Y

2

Trong đó: Lx là khoảng cách từ điểm xa nhất đến trọng tâm xe

2.2.3 Sự bám của bánh xe với mặt đường:

2.2.3.1 Đặt vấn đề

Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần giải quyết đối với hoạt động của cơ cấu phanh đó là khi xe phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, đường bùn lầy thì hay xãy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh

xe, tức là bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh Khi đó, quãng đường phanh sẽ dài hơn, tức là hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời dẫn đến tình trạng mất ổn định và khả năng điều khiển của xe Nếu bánh trước bị hãm cứng sẽ làm cho xe không thể chuyển hướng theo sự điều khiển được, nếu bánh sau bị hãm cứng có thể làm xe đuôi xe bị lạng, xe bị trượt ngang và chuyển động trệch hướng so với khi bắt đầu phanh Trong trường hợp xe phanh khi quay vòng, hiện tượng trượt ngang của bánh xe, việc bánh xe

bị trượt ngang có thể dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay vòng

Để giải quyết vấn đề hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh, hầu hết các xe môtô phân khối lớn hiện nay điều được trang bị cơ cấu chống hãm cứng bánh xe khi

phanh, tức là cơ cấu chống trượt lết của bánh xe, gọi là “Anti-lock Breaking System”

và thường được viết tắt gọi là ABS

Cơ cấu ABS hoạt động chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng cách điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các xylanh bánh xe để ngăn không cho nó bị hãm cứng khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp, đảm bảo hiệu quả và tính ổn định của xe trong quá trình phanh

2.2.3.2 Hệ số bám

Để cho môtô,xe máy có thể chuyển động được thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường phải có độ bám nhất định được đặc trưng bằng hệ số bám Nếu độ bám(hệ số bám)thấp thì bánh xe có thể bị trượt quay khi có momen xuắn lớn truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động và lúc đó môtô,xe máy không thể tiến về phía trước được Trường hợp này thường xảy ra khi bánh xe chủ động đứng trên mặt đất lầy hoặc đứng trên băng

Hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến cực đại (sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường)trên tải trọng thẳng đứng này thường gọi là trọng lượng bám G

P Y

Điều này thể hiện ở môtô có tính năng cơ động cao Để tăng lực bám thì môtô dùng lốp có vấu cao nhằm tăng hệ số bám

Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám và giá trị của hệ số bám: hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường phụ thuộc hết vào nguyên liệu bề mặt đường và nguyên liệu chế tạo lốp, vào tình trạng mặt đường(khô, ướt, nhẵn, nhám, v.v ), vào kết cấu và dạng hoa lốp, phụ thuộc vào các điều kiện sử dụng khác nhau như tải trọng tác dụng lên bánh xe, áp suất trong lốp, tốc độ chuyển động của môtô và độ trượt giữa bánh xe chủ động với mặt đường

Hình 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám

a Áp suất trong lốp

b Tốc độ chuyển động của môtô

c Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe

d Độ trượt giữa bánh xe chủ động và đường

Từ đồ thị thấy rằng, khi tăng áp suất p trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên rồi sau đó lại giảm xuống.Giá trị hệ số bám cực đại sẽ tương ứng với áp suất được khuyên để dùng cho lốp đó Khi tăng tốc độ chuyển động thì hệ số bám giảm từ từ theo dạng đường cong Khi tăng tải trọng thẳng đứng lên bánh xe thì hệ số bám sẽ giảm đi một ít và đồ thị có dạng tuyến tính Khi đường ướt thì ảnh hưởng của áp suất trong lốp, của tốc độ chuyển động và tải trọng thẳng đứng lên bánh xe đến hệ số bám càng lớn Đặc biệt là độ trượt 𝜸 giữa bánh xe chủ động và mặt đường ảnh hưởng rất nhiều đến hệ số bám Khi tăng độ trượt của bánh xe thì hệ số bám lúc đầu tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt 15%-25% Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bám giảm, khi độ trượt 𝜸 = 𝟏𝟎𝟎% thì hệ số bám giảm 20-30% so với hệ số bám cực đại.Khi đường ướt còn có thể giảm nhiều hơn nữa, đén 50-60%

Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường được chia thành 2 thành phần: Hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức trong mặt chuyển động của xe được gọi là hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc được gọi là hệ số bám ngang ϕy

Qua đồ thị bên dưới cho thấy được hệ số trượt tốt nhất là khoảng 10-30% Vì lúc này lực bám dọc và bám ngang là lớn nhất giúp cho xe không bị xoay vòng nhằm ổn định lái cho người lái

Hình2.3.Mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số bám

Do hệ số bám phụ thuộc bởi nhiều yếu tố khác nhau và việc xác định các yếu tố này để áp dụng trong tính toán gặp nhiều khó khăn, cho nên thường người ta sử dụng giá trị hệ số bám trung bình, phụ thuộc vào loại đường theo bảng2.1

Loại đường Tình trạng mặt đường Hệ số bám

Đường nhựa, bê tông Khô, sạch 0.7-0,8

2.3 BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH

2.3.1 Cơ sở lý thuyết:

Khảo sát quá trình phanh môtô trên mặt đường ngang (Hình 2.4), nếu bỏ qua: -Lực cản không khí ( do tốc độ của xe giảm rất nhanh khi phanh)

-Lực cản lăn ( do giá trị nhỏ hơn lực phanh rất nhiều khi phanh ngặt)

Hình 2.4 Các lực tác dụng lên môtô khi phanh trên mặt đường ngang

Thì ta có hệ phương trình:

Trong đó : J p - Gia tốc chậm dần khi phanh

a,b,hg - Các tọa độ trọng tâm

p - Chiều dài cơ sở của xe

Từ các biểu thức trên ta thấy rằng:

-Khi phanh xảy ra sự phân bổ lại tải trọng pháp tuyến tác dụng lên các cầu:

Nf =G1 +ΔG, Nr =G2 –ΔG (2.15) Trong đó :

G1 =ma gb

p ; G2 =ma g(p-b)

p -Tải trọng tỉnh tác dụng lên các cầu

∆𝐆 = 𝐦𝐚𝐣𝐩𝐡𝐩𝐠 -Mức độ phân bổ lại tải trọng

-Mức độ phân bổ lại tải trọng khi phanh phụ thuộc vào giá trị lực quán tính, tức là phụ thuộc vào khối lượng m, gia tốc chậm dần khi phanh j ,và chiều cao trọng tâm h

- Khối lượng môtô m , gia tốc chậm dần j và chiều cao trọng tâm h , đến lượt

mình lại là những đại lượng biến đổi phụ thuộc vào mức độ chất tải của xe và cường

độ phanh

-Nếu lúc phanh ngặt tất cả các bánh xe sẽ đồng thời bị hãm cứng và lực phanh

đạt giá trị cực đại bằng lực bám , tức là:

Thì hiệu quả phanh sẽ cao nhất

Từ (2.16) có thể viết:

𝐅𝐟

𝐍𝐟 = 𝐅𝐫

𝐍𝐫 =(𝒑−𝒃+𝝋𝒉𝒈 )

(𝒃−𝝋𝒉 𝒈 ) và jpmax= φg (2.17) Như vậy có thể nói : nếu lực phanh phân phối ra các cầu tỷ lệ thuận với trọng

lượng bám tác dụng lên chúng thì hiệu quả phanh sẽ cao nhất

Để tìm quan hệ lý tưởng giữa Pp1và Pp2 phụ thuộc vào cường độ phanh, ta biến

đổi quan hệ (2.17) như sau:

FfNr=FrNf Hay 𝐅𝐟(𝐆𝟐 − 𝐦𝐚𝐣𝐩𝐡𝐩𝐠) = 𝐅𝐫 (𝐆𝟏+ 𝐦𝐚𝐣𝐩𝐡𝐩𝐠) Trong đó : mₐ jp = Pj= (Ff+ Fr), thay giá trị của G1 và G2 vào biểu thức trên ta được:

𝐅𝐟𝟐+2𝐅𝐟(𝐅𝐫 +𝐦𝐚 𝐠(𝐩−𝐛)

𝟐𝐡𝐠 )+(𝐅𝐟𝟐 − 𝐅𝐟𝐦𝐚 𝐠𝐛

𝐡𝐠 )=0 (2.18) Giải phương trình trên ta tìm được quan hệ giữa P ᵖ ¹ và P ᵖ ² với cường độ

Hình 2.5.Quan hệ phân bổ lực trên các cầu khi phanh với cường độ bất kỳ

- Điểm "a": tương ứng với các lực phanh trên các cầu bằng "0"

- Điểm "b": tương ứng với thời điểm cầu trước bị nhấc khỏi mặt đường khi xe tăng tốc đột ngột Vùng 2 là vùng tương ứng với quá trình tăng tốc của mô tô

- Điểm "c": tương ứng với thời điểm cầu sau bị nhấc khỏi mặt đường khi phanh đột ngột Vùng 1 là vùng tương ứng với quá trình phanh của mô tô

Trong quá trình phanh, nếu lực phanh sinh ra trên các cầu lớn hơn hoặc bằng lực bám thì các bánh xe của chúng sẽ bị hãm cứng, cụ thể :

- Các bánh xe trước bị hãm cứng nếu :

𝐅𝐟 ≥ 𝛗𝐍𝐟 = 𝛗 [𝐦𝐚𝐠(𝐩 − 𝐛)

𝐩 − (𝐅𝐟+ 𝐅𝐫)

𝐡𝐠

𝐩] Hay 𝐅𝐟 ≥𝐩−𝛗𝐡𝛗𝐡𝐠

𝐠𝐅𝐫 +𝛗𝐦𝐚 𝐠(𝐩−𝐛)

Vùng các bánh xe trước sẽ bị hãm cứng khi phanh thể hiện trên hình 2.6

Hình 2.6 Đồ thị biểu diễn điều kiện xãy ra hãm cứng các bánh xe trước

- Các bánh xe sau bị hãm cứng nếu:

𝐅𝐫 ≥ 𝛗𝐍𝐫 = 𝛗 [𝐦𝐚𝐠𝐛

𝐩 − (𝐅𝐟+ 𝐅𝐫)

𝐡𝐠

𝐩] Hay :𝐅𝐫 ≥ −𝛗𝐡𝐠

𝐩+𝛗𝐡 𝐠𝐅𝐟+𝛗𝐦𝐚 𝐠(𝐩−𝐛)

Vùng các bánh xe sau sẽ bị hãm cứng khi phanh thể hiện trên hình 2.7

Hình 2.7 Đồ thị biểu diễn điều kiện xãy ra hãm cứng các bánh xe sau

Như vậy vùng tương ứng với quá trình phanh ô tô ( vùng 1 trên hình 2.4) có thể chia ra 5 vùng nhỏ( hình 2.7):

- b : Vùng các bánh xe sau bị hãm cứng

- d : Vùng các bánh xe trước bị hãm cứng

- c : Vùng cả các bánh xe trước và sau đều bị hãm cứng

- a1 : Vùng lực phanh trên cầu sau lớn hơn lý tưởng

- a2: Vùng lực phanh trên cầu trước lớn hơn lý tưởng

- Đường chấm gạch trên hình là đường phân bố lực phanh lý tưởng

- Điểm M là điểm cả 2 bánh xe bắt đầu bị hãm cứng đồng thời

Để xác định quan hệ lý tưởng giữa Ff và Fr phụ thuộc vào hệ số bám và mức độ chất tải của xe ta sử dụng hệ số

βp phải là một đại lượng thay đổi phụ thuộc vào trạng thái đường (cụ thể là hệ số bám) và mức độ chất tải của xe (thể hiện qua các tọa độ trọng tâm) Đồ thị biểu thị quan hệ thay đổi lý tưởng này có dạng như trên hình 2.9

Hình 2.8 Biểu đồ phân vùng quá trình phanh

Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số phân phối lực phanh tối ưu và hệ số bám

βp =f(ᵩ ):

1-Xe đầy tải; 2-Xe không tải; 3-Xe du lịch; 4-βp=const=βₐ Thế nhưng khi thiết kế, hệ thống phanh thường chỉ được tính toán ứng với một giá trị hệ số bám xác định (gọi là hệ số bám tính toán φii) và cho trường hợp xe chở đầy tải Tức là hệ thống phanh được thiết kế với hệ số βᵖ = const (đường 4 trên hình 2.8) Do đó khi vận hành trên các loại đường có hệ số bám khác tính toán hoặc tải trọng của xe thay đổi, thì điều kiện (2.14) không còn được thỏa mãn nữa Lúc này khi phanh ngặt các bánh xe ở các cầu sẽ không được hãm cứng đồng thời:

Các bánh xe bị hãm cứng không đồng thời không chỉ làm giảm hiệu quả phanh

mà còn làm giảm tính ổn định và điều khiển của xe, bởi vì:

-Khi trượt hoàn toàn, bánh xe không có khả năng tiếp nhận lực ngang Lúc đó chỉ cần một lực ngang rất nhỏ gây ra do gió thổi, do mặt đường không bằng phẳng hay một momen quay sinh ra do sự không đồng đều của lực phanh giữa các bánh xe phải và trái tác dụng, cũng có thể làm cho các bánh xe bị trượt ngang do mất ổn định

-Nguy hiểm nhất là khi các bánh xe sau bị hãm cứng và trượt ngang (Hình 2.10a) Trong trường hợp này lực ly tâm xuất hiện tác dụng cùng chiều với lực gây trượt, nên làm xe càng trượt mạnh Nếu mặt đường có hệ số bám nhỏ, do động năng tiêu tán yếu, xe có thể bị quay lộn đầu lại với tốc độ góc lớn (Hình 2.11)

-Khi các bánh trước bị hãm cứng thì ít nguy hiểm hơn Vì nếu chúng bị trượt ngang, lực tâm ly sinh ra sẽ có chiều chống lại sự trượt (Hình 2.10b) làm sự trượt tự động ngừng lại, nên xe không bị mất ổn định mà chỉ mất khả năng điều khiển Nhưng khi xe mất điều khiển thì người lái cảm giác được ngay và có thể nhanh chóng phục hồi lại bằng cách giảm bớt lực phanh và đánh tay lái về phía xe trượt (Hình 2.10c)

Do đó để nâng cao hiệu quả phanh và tính ổn định của xe, cần phải sử dụng các bộ điều chỉnh lực phanh để tự động điều chỉnh sự phân phối lực phanh ra các cầu sao cho gần với quy luật tối ưu nhất, khi phanh ngặt trong những điều kiện đường sá và tải trọng khác nhau, bằng cách điều chỉnh áp suất trong các dòng dẫn động

Hình 2.10 Các trường hợp bánh xe bị trượt ngang khi phanh

a-Cầu sau bị trượt; b-Cầu trước bị trượt; c-Qúa trình giảm trượt

Hình 2.11.Sơ đồ trượt ngang ô tô khi các bánh sau bị hãm cứng trên mặt đường có hệ

số bám nhỏ

Để xây dựng cơ sở thiết kế các bộ phận điều chỉnh lực phanh, trước tiên ta cần xây dựng mối quan hệ giữa áp suất trong các dòng dẫn động phang và các thông số liên quan, phụ thuộc vào điều kiện đường sá và tải trọng của môtô (φ, mₐ , a, b, hg), với lập luận như sau :

- Bởi vì mômen phanh sinh ra tỷ lệ thuận với áp suất của vật thể làm việc trong

các dòng dẫn động, nên đối với mỗi cơ cấu phanh có thể viết:

Mp1(2) = K1 (2) (p1 (2) – p01 (2)) (2.22)

Trong đó:

Mp1(2)- Mômen phanh do mỗi cơ cấu phanh của cầu trước hoặc sau sinh ra

M1 (2) - Hệ số hằng số phụ thuộc các thông số cơ cấu phanh

p1 (2) - Áp suất vật thể làm việc (không khí nén trong bầu phanh hay chất lỏng trong xi lanh bánh xe) tương ứng với các cầu trước hoặc sau

p01 (2)-Áp suất không khí hay chất lỏng cần thiết để dịch chuyển các guốc phanh ép sát vào trống phanh

- Mà đối với mỗi cầu bất kỳ thì:

Pp = 2Mp/rhx (Mp - Mômen phanh của 1 cơ cấu phanh)

Do đó, có thể viết lại điều kiện hãm cứng đồng thời các loại bánh xe như sau :

Ở đây : pʹ 1 và pʹ 2 -Áp suất của vật thể làm việc ( khí nén hoặc chất lỏng) tương ứng với thời điểm bắt đầu hãm cứng các bánh xe

Hệ phương trình (2.23) chính là hệ phương trình cơ sở dùng để tính toán thiết kế các bộ điều chỉnh

Trong thực tế , để giải quyết các bài toán được thuận tiện, người ta thường biểu diễn giữa quan hệ giữa p1 và p2 ở dạng đồ thị, gọi là đặc tính lý tưởng của bộ điều chỉnh (Hình 2.12 và hình 2.13)

Hình 2.12 Quan hệ lý tưởng giữa các lực phanh ở cầu trước và sau của môtô phụ thuộc vào tải trọng và hệ số bám( Đường chấm gạch – nối các điểm có hệ số bám bằng

nhau)

Hình 2.13 Quan hệ lý tưởng giữa áp suất phanh trước và sau của mô tô và các tia giới

hạn của đặc tính điều chỉnh

Trên hình 2.13 : góc phần tư bên trái biểu diễn quan hệ giữa p2 và hệ số bám đối với trường hợp xe đầy tải (đường I) và xe không tải (đường II) Vùng nằm giữa các đường I và II là các đường tương ứng với các giá trị tải trọng trung gian

Nếu áp suất trong các dòng dẫn động phanh các cầu phân phối theo quy luật tương ứng với các đường cong trên, thì với mọi hệ số bám và tải trọng bất kỳ các bánh xe luôn luôn được hãm cứng đồng thời khi phanh ngặt

Để nhận được quy luật phân phối áp suất lý tưởng như trên rất phức tạp Vì vậy trong thực tế, người ta chỉ tìm cách đạt được những quy luật đơn giản hơn nhưng gần với quy luật lý tưởng và quan trọng nhất là đảm bảo sao cho khi phanh ngặt các bánh trước được hãm trước để tránh làm xe mất ổn định

Nếu không có bộ điều chỉnh thì áp suất trong các dòng dẫn động phanh sẽ bằng nhau (p1 = p2), đường biểu diễn quan hệ này có dạng đường thẳng nghiêng góc với trục hoành một góc 45º ( đường OA trên hình 2.13 )

Trong trường hợp này rõ ràng:

-Nếu xe đầy tải và mặt đường có hệ số bám nằm trong vùng từ 0 đến φA, thì khi phanh các bánh xe trước sẽ bị hãm cứng trước Nhưng theo mức độ giảm tải của

xe, vùng này bị thu hẹp lại và giảm dần đến không, khi tải nhỏ

-Để mở rộng vùng này, có thể phân phối áp suất theo quy luật tương ứng với đường thẳng OB Nhưng như vậy thì khi phanh, ngay cả với lúc cường độ phanh nhỏ, các bánh trước cũng luôn luôn bị hãm cứng gây mòn lốp và các má phanh, trong khi các bánh sau không sử dụng được bao nhiêu lực bám để tạo lực phanh

-Vì thế, để đảm bảo cho các bánh trước bị hãm cứng trước, đồng thời quy luật phân phối áp suất tương đối gần với lý tưởng để tận dụng lực bám ( tăng hiệu quả phanh ), thì phải sử dụng các bộ điều chỉnh Các bộ điều chỉnh thường được đặt trong dòng dẫn động các phanh sau để điều chỉnh áp suất trong dòng này phụ thuộc vào áp suất trong dòng dẫn động các phanh trước và tải trọng tác dụng lên cầu sau, đảm bảo cho tỉ số 𝒑𝟏

a Thay đổi hệ số truyền của bộ điều chỉnh:

Ở dạng tổng quát, quan hệ giữa các áp suất trong các dòng dẫn động trước và sau có thể biểu diễn bởi biểu thức :

P2 = Kα p1

Ở đây: Kα – Là hệ số truyền của bộ điều chỉnh

Bằng cách làm cho Kα thay đổi tương ứng với sự thay đổi của tải trọng, thì ta sẽ được bộ điều chỉnh mà đặc tính làm việc của nó có dạng như trên hình 2.14a Đó là những tia nghiêng với trục hoành với những góc khác nhau phụ thuộc vào tải trọng Chính vì có đặc tính dạng như vậy, nên bộ điều chỉnh loại này còn được gọi là bộ điều chỉnh loại tia

Hình 2.14 Các đặc tính làm việc của bộ điều chỉnh:

a-Loại tia; b-Loại giới hạn áp suất; c,d-Loại có thời điểm làm việc thay đổi Bộ điều chỉnh loại tia cho phép nâng cao hiệu quả phanh khi xe chuyển động với các mức tải khác nhau Tuy vậy nó không loại trừ được khả năng hãm cứng các bánh xe sau

Bộ điều chỉnh loại này sử dụng thích hợp trên các xe tải có tải trọng tác dụng lên cầu sau thay đổi trong giới hạn rộng

b Hạn chế áp suất trong dòng dẫn động phanh các bánh xe sau:

Đặc tính làm việc của bộ điều chỉnh loại này như trên hình 2.14b hay hình 2.15 Bộ điều chỉnh bắt đầu làm việc khi áp suất trong dòng dẫn động phanh trước đạt giá trị xác định (p1 = p0 ) và hạn chế không cho áp suất trong dòng sau p2 tăng lên nữa;

áp suất p0 mà tương ứng với nó đặc tính của bộ điều chỉnh bắt đầu thay đổi được gọi là thời điểm làm việc của bộ điều chỉnh

Bộ điều chỉnh loại này thường được sử dụng trên các xe có tải trọng ít thay đổi Nhược điểm chính của nó là hiệu quả phanh thấp khi mặt đường có hệ số bám lớn, do không tận dụng hết trọng lượng bám trên cầu sau để tạo lực phanh

Để nâng cao hiệu quả phanh trên đường có hệ số bám lớn, có thể sử dụng các bộ điều chỉnh có van tỷ lệ Nhờ kết cấu của cụm van này, khi bộ điều chỉnh làm việc

áp suất trong dòng dẫn động các phanh sau vẫn tiếp tục tăng nhưng với cường độ nhỏ hơn, tức là hệ số truyền đã giảm đi Đặc tính bộ điều chỉnh trong trường hợp này có dạng như đường nét đứt trên hình 2.14b hay hình 2.17 Nó đảm bảo cho xe sử dụng tốt hơn trọng lượng bám khi phanh nhưng chỉ đối với một giá trị tải trọng xác định Khi tải trọng thay đổi, hiệu quả phanh vẫn giảm và vẫn còn khả năng hãm cứng các bánh

xe sau khi xe non tải

c Điều chỉnh áp suất với thời điểm làm việc thay đổi:

Đặc tính của bộ điều chỉnh loại này được xác định bởi hệ số truyền Kα và quy luật thay đổi thời điểm làm việc phụ thuộc vào tải trọng trên cầu sau Trên hình 2.14c và hình 2.18 là đặc tính với Kα = const, còn trên hình 2.14d là đặc tính với Kα = f(G1) Đây là dạng đặc tính gần với đặc tính lý tưởng nhất Nó có thể đảm bảo điều kiện hãm cứng các bánh xe trước trước các bánh xe sau với mọi giá trị thông thường của hệ số bám φ, vì thế nó thường được sử dụng cho xe du lịch có yêu cầu cao về điều kiện ổn định

Một trường hợp riêng của các bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi theo tải trọng là các bộ hạn chế áp suất có thời điểm là việc thay đổi Đặc tính của chúng có dạng như trên hình 2.16 Tức là khi bộ điều chỉnh bắt đầu làm việc thì Kα =

0, áp suất p2 không đổi và không tăng theo p1 nữa Các bộ điều chỉnh kiểu này kém hoàn thiện hơn tuy kết cấu có đơn giản hơn một chút

Hình 2.15 Đặc tính làm việc của bộ điều chỉnh giới hạn áp suất

Hình 2.16 Đặc tính của bộ điều chỉnh giới hạn áp suất có thời điểm làm việc thay đổi

Hình 2.17.Đặc tính của bộ điều chỉnh giới hạn áp suất có van tỷ lệ

Hình 2.18.Đặc tính của bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi