Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm và thiết kế chế tạo thiết bị đánh giá hiệu quả phanh ô tô trên đường
- 60 trang
- file .pdf
Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
PHùNG Đỉc hảI anh
-------------------------------------------
Phùng đức hải anh
chuyên NGành: ôtô và xe chuyên dụng
Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm và thiết kế chế tạo thiết bị
đánh giá hiệu quả phanh ô tô trên đường
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHUYÊN Ngành: Kỹ THUậT CƠ KHí Động lực
khóa 2011 - 2013
Hà nội, năm 2013
Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
-------------------------------------------
Phùng đức hải anh
Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm và thiết kế chế tạo thiết bị
đánh giá hiệu quả phanh ô tô trên đường
Chuyên Ngành: ôtô và xe chuyên dụng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Ngành: cơ khí động lực
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS hồ hữu hải
Hà nội, năm 2013
Lời cam đoan
Em xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm được nghiên cứu
trong luận văn là hoàn toàn thực tế, khách quan. Những kết quả tương tự chưa từng
được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Học viên
Phùng Đức Hải Anh
1
Lời cảm ơn
Sau một thời gian làm luận văn tốt nghiệp, đến nay em đã hoàn thành. Em xin
trân trọng cảm ơn tới các thầy, cô trong Viện cơ khí động lực - Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã luôn quan tâm giúp đỡ em. Đặc biệt là thầy PGS-TS. Hồ
Hữu Hải đã tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ rất tận tình trong suốt quá trình
nghiên cứu và viết luận văn của mình, thầy đã giành rất nhiều thời gian để hướng
dẫn cho học viên.
Tuy nhiên, do trình độ chuyên môn, công việc và phương tiện thực nghiệm hạn
chế nên đề tài không tránh khỏi những khiếm khuyết, kính mong các thầy, cô và các
bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Học viên
Phùng Đức Hải Anh
2
Danh mục các hình vẽ
STT Tên hình vẽ Trang
1. Hình 1.1: Lực và mômem tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh 12
2. Hình 1.2: Mômen tác dụng lên bánh xe trong quá trình phanh 13
3. Hình 1.3: Giản đồ phanh 17
4. Hình 1.4: Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo
20
tốc độ bắt đầu phanh v 1 và hệ số bám ϕ
5. Hình 2.1: Súng phun để đánh dấu vị trí bắt đầu phanh 31
6. Hình. 2.2. Giảm tốc kế loại con lắc để đo gia tốc chậm dần khi
32
phanh
7. Hình 2.3: Giảm tốc kế loại thủy ngân 33
8. Hình 2.4: Sơ đồ giảm tốc ký 34
9. Hình 2.5: Cấu tạo của vòi phun để đánh dấu thời điểm bắt đầu
36
phanh
10. Hình 2.6: Sơ đồ tổng quan hệ thống phun dầu đánh giá hiệu quả
37
phanh
11. Hình 2.7: Sơ đồ lắp đặt thiết bị phun đánh dấu quãng đường phanh 38
12. Hình 2.8; 2.9: Vị trí lắp đặt vòi phun 39
13. Hình 2.10: Vị trí lắp đặt vòi phun phía trước và sau 40
14. Hình 2.11: Sơ đồ đấu dây vòi phun 40
15. Hình 2.12: Sơ đồ đấu dây vòi phun qua rơle 41
16. Hình 2.13: Sơ đồ lắp đặt vòi phun 41
17. Hình 2.14: Bộ điều áp 42
18. Hình: 2.15: Bơm điện 43
19. Hình 2.16: Sơ đồ đấu dây bơm nhiên liệu 44
20. Hình 2.17. Kiểm tra sự hoạt động của vòi phun trước và sau 46
Hình 3.1: Vạch dầu đánh dấu quãng đường phanh của xe ở tốc độ
21. 55
10km/h
3
Danh mục các bảng biểu
STT Tên bảng Trang
Bảng 1.1: Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ECE- R13 khi phanh cắt
1 21
động cơ
Bảng 1.2: Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ECE- R13 khi phanh nối
2 22
động cơ
Bảng 1.3: Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính)
3 cho phép ôtô lưu hành trên đường- Do Bộ giao thông vận tải Việt 24
Nam quy định năm 2001.
4 Bảng 1.4: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính 25
5 Bảng 1.5: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ 27
Bảng 3.1: Quy trình thí nghiệm xác định quãng đường phanh và độ
6 49
lệch hướng chuyển động của xe
7 Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm ở vận tốc thử 30km/h 55
8 Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm ở vận tốc thử 40km/h 56
9 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm ở vận tốc thử 50km/h 56
4
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan ...............................................................................................................1
Lời cảm ơn ..................................................................................................................2
Danh mục các hình vẽ .................................................................................................3
Danh mục các bảng biểu .............................................................................................4
MỤC LỤC ...................................................................................................................5
Mở đầu ........................................................................................................................7
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...........................................9
1.1. Hệ thống phanh. ...................................................................................................9
1.2. Quá trình phanh. .................................................................................................11
1.2.1. Động lực học ôtô khi phanh. ........................................................................12
1.2.2. Phương trình cân bằng lực phanh. ..............................................................14
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ................................................................15
1.3.1. Thời gian phanh ..............................................................................................15
1.3.2. Gia tốc phanh ..................................................................................................17
1.3.3. Quãng đường phanh........................................................................................18
1.3.4. Lực phanh và lực phanh riêng. ........................................................................20
1.4. Các tiêu chuẩn quy định về hiệu quả phanh.......................................................21
1.4.1. Tiêu chuẩn châu Âu ECE- R 13 khi phanh .....................................................21
1.4.2. Tiêu chuẩn Việt Nam. .....................................................................................23
Chương II: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐÁNH
GIÁ HIỆU QUẢ PHANH TRÊN ĐƯỜNG .............................................................30
2.1. Đặt vấn đề: .........................................................................................................30
2.2. Lựa chọn phương pháp xác định hiệu quả phanh . ............................................30
2.2.1. Các phương pháp đánh giá quãng đường phanh. ............................................30
2.3. Nghiên cứu và lắp đặt thiết bị. ...........................................................................38
2.3.1. Lắp đặt vòi phun điện từ .................................................................................38
2.3.2. Bộ Điều áp.......................................................................................................42
5
2.3.3. Bơm nhiên liệu ................................................................................................43
Chương 3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM ĐO QUÃNG ĐƯỜNG
PHANH. ....................................................................................................................47
3.1. Mục Đích. ...........................................................................................................47
3.2. Điều kiện thí nghiệm. .........................................................................................47
3.3. Các phương tiện và thiết bị đo. ..........................................................................47
3.4. Nội dung thí nghiệm...........................................................................................48
3.5. Tiến hành thí nghiệm. ........................................................................................48
3.5.1. Chuẩn bị cho thí nghiệm .................................................................................48
3.5.2. Qui trình đo. ....................................................................................................48
3.6. Kết quả thí nghiệm .............................................................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................58
6
Mở đầu
1..Lý do chọn đề tài:
Cùng với sự phát triển nền kinh tế, ôtô ngày càng có vai trò quan trọng trong
vận chuyển trên toàn cầu. Các nhà chế tạo ô tô ngày càng chú trọng đến tính năng
an toàn trong lưu thông, vận chuyển và do đó hiệu quả phanh là yếu tố quan trọng
được các nhà nghiên cứu quan tâm nhất
Hệ thống phanh làm việc tốt hay xấu được thể hiện qua chất lượng của quá
trình phanh. Chất lượng của quá trình phanh thể hiện ở hiệu quả phanh và tính ổn
định hướng của ô tô khi phanh. Trong lý thuyết ô tô, để đánh giá hiệu quả phanh
người ta dùng các chỉ tiêu sau: Quãng đường phanh, gia tốc chậm dần, thời gian
phanh, lực phanh sinh ra ở các bánh xe. Trong các chỉ tiêu về hiệu quả phanh nói
trên thì quãng đường phanh là chỉ tiêu có ý nghĩa trực quan, người lái dễ nhận biết
sự ổn định của xe trên đường.
Chính vì vậy việc nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm và thiết kế chế
tạo thiết bị đánh giá hiệu quả phanh ô tô trên đường có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn đối với việc nghiên cứu phát triển hệ thống phanh cho các doanh nghiệp sản
xuất, lắp ráp ô tô trong nước nhằm xác định hiệu quả phanh và đảm bảo an toàn
chuyển động của xe ô tô trên đường
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
2.1.Mục đích:
Thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm và xây dựng quy trình thí
nghiệm đánh giá hiệu quả quá trình phanh ô tô tải sử dụng phanh khí nén.
2.2. Đối tượng:
- Các Phương pháp xác định quãng đường phanh của ôtô trên đường.
- Thiết kế chế tạo thiết bị đo quãng đường phanh của ôtô tải sử dụng phanh
khi nén
- Xây dựng quy trình đo, thử nghiệm xác định hiệu quả phanh của xe ôtô tải
sử dụng phanh khí nén.
7
2.3. Phạm vi
Các loại xe ôtô tải trang bị hệ thống phanh khí nén có trên thị trường.
3. Tóm tắt cô đọng các nội dung chính:
Nội dung luận văn gồm 3 chương:
- Chương 1: Nghiên cứu hiệu quả quá trình phanh, các chỉ tiêu đánh giá hiệu
quả phanh và các tiêu chuẩn quy định về hiệu quả phanh của hệ thống phanh
khí nén trên ô tô tải.
- Chương 2: Thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm xác định hiệu quả
phanh của ô tô tải sử dụng hệ thống phanh khí nén
- Chương 3: Xây dựng quy trình thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm xác định
hiệu quả phanh ô tô tải sử dụng hệ thống phanh khí nén
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu tài liệu: Để có cơ sở lý thuyết về biện pháp xác định hiệu quả
phanh ô tô trên đường
- Thực nghiệm : Để xác định hiệu quả phanh của ôtô tải sử dụng phanh khí
nén.
- Hội thảo: Xin ý kiến của các chuyên gia, nhà quản lý, các thầy cô, người sử
dụng phương tiện và các bạn đồng nghiệp.
8
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong những năm gần đây, do nhu cầu xã hội ngày càng tăng cao, kéo theo
mọi hoạt động trong đời sống xã hội đều phát triển theo xu hướng hiện đại hóa nên
đòi hỏi phải có những phương tiện hiện đại phục vụ cho con người. Do đó song
song với sự phát triển của mọi ngành nghề thì công nghệ ôtô cũng có sự thay đổi
khá lớn. Ôtô dần dần đáp ứng được về các mặt tiện nghi, kinh tế, giảm thiểu ô
nhiễm môi trường,… trong đó vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô và kỹ thuật điện tử thì tất cả
các hệ thống trên ôtô nói chung và hệ thống phanh nói riêng ngày được hoàn thiện
hơn, chất lượng hơn và tối ưu hơn.
Trên các xe ôtô tải hiện nay thường dùng hệ thống phanh khí dẫn động
nhiều dòng nhằm tăng mức độ an toàn hiệu quả cho xe. Các hệ thống phanh có
trang bị bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh được sử dụng rộng rãi. Nhưng
đến nay ở trong nước các công trình nghiên cứu tính toán hiệu quả quá trình
phanh khí nén thường chỉ dừng ở giai đoạn thử nghiệm trên băng thử, trong
phòng thí nghiệm mà chưa có các nghiên cứu đầy đủ về quá trình phanh và tính
ổn định của xe ôtô sau khi phanh trên đường.
Xuất phát từ thực tế trên, đế tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị và
xây dựng quy trình thử nghiệm đánh giá hiệu quả phanh ôtô trên đường” sẽ góp
phần đáng kể trong quá trình nghiên cứu phát triển hệ thống phanh cũng như
đánh giá quá trình phanh xe ôtô cho các doanh ngiệp sản xuất, lắp rắp ôtô trong
nước nhằm đảm bào an toàn chuyển động của xe ôtô.
1.1. Hệ thống phanh.
Hệ thống phanh trên ôtô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn
chuyển động của ôtô, với công dụng sau:
- Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động.
- Giữ xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có sự
có mặt của người lái xe.
9
- Phanh chính thường được điều khiển bằng chân được sử dụng để giảm tốc độ
hoặc dừng hẳn xe trong khi chuyển động.
- Phanh đỗ (còn gọi là phanh tay hay phanh dừng) thường được điều khiển bằng
tay nhờ đòn kéo hoặc đòn xoay, sử dụng để giữ xe ở trạng thái đứng yên trên
đường dốc (không tự trôi) trong thời gian dài.
- Phanh dự phòng: Là hệ thống phanh dùng để dự phòng, phanh xe khi hệ thống
phanh chính bị hư hỏng. Trên các ôtô hiện nay thiết bị phanh đỗ (phanh tay)
thường được thiết kế để đảm nhiệm luôn nhiệm vụ này.
- Ngoài ra trên các ôtô có khối lượng lớn, hoạt động ở vùng đồi núi còn được trang
bị thêm hệ thống phanh bổ trợ còn gọi là hệ thống phanh chậm dần, nhằm làm
giảm tốc độ ôtô khi xuống dốc dài liên tục.
Hệ thống phanh chính cần đảm bảo các yêu cầu chính sau :
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô - máy kéo khi phanh.
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đòn điều
khiển phải nhỏ.
- Giữ cho ôtô - máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế.
- Làm việc bền vững, tin cậy.
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp
nguy hiểm.
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho
hành khách và hàng hóa.
- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi
quay vòng.
- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử
dụng.
- Có khả năng thoát nhiệt tốt.
- Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ
thống phanh của ôtô bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh, là :
10
- Phanh làm việc : Là phanh chính, được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế độ
chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân.
- Phanh dự trữ : Dùng để phanh ôtô trong trường hợp phanh chính bị hỏng.
- Phanh dừng : Còn gọi là phanh phụ. Dùng để giữ ôtô đứng yên tại chỗ khi dừng xe
hoặc khi không làm việc. Phanh này thường được điều khiển bằng tay nên gọi là
phanh tay.
- Phanh chậm dần : Trên các ôtô tải trọng lớn như xe tải có trọng lượng toàn bộ lớn
hơn 12 tấn, xe khách có trọng lượng toàn bô lớn hơn 5 tấn hoặc xe làm việc ở vùng
đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, còn phải có phanh thứ
tư là phanh chậm dần. Phanh chậm dần được dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ
ôtô - máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc hoặc là để giảm dần
tốc độ của ôtô - máy kéo trước khi dừng hẳn.
1.2. Quá trình phanh.
Quá trình giảm nhanh vận tốc hoặc dừng ôtô bằng cách tạo ra lực phanh
tác dụng lên ôtô được gọi là quá trình phanh ôtô. Thời điểm đầu quá trình
phanh (thời điểm bắt đầu phanh) là thời điểm lái xe bắt đầu tác động vào cơ cấu
phanh. Thời điểm cuối quá trình phanh (thời điểm kết thúc phanh) là thời điểm
lực phanh giảm xuống bằng không trong trường hợp phanh chậm dần hoặc thời
điểm vận tốc của xe giảm xuống bằng không trong trường hợp phanh khẩn cấp.
Nếu vận tốc của xe giảm xuống bằng không trước thời điểm lực phanh giảm
xuống bằng không thì thời điểm cuối quá trình phanh là thời điểm xe bắt đầu
dừng hẳn.
Căn cứ vào mục đích thực hiện quá trình phanh ôtô, có thể phân biệt 3 chế độ
phanh như sau :
- Phanh khẩn cấp - là quá trình phanh với mục đích làm cho ôtô dừng
hẳn trong thời gian ngắn nhất có thể. Khi phanh khẩn cấp thì động năng của ôtô bị
tiêu hao chủ yếu do lực phanh (Fp) (khoảng 90 % tổng lực cản chuyển động
của ôtô). Trong quá trình vận hành ôtô, số lần phanh khẩn cấp chiếm khoảng 5 ÷
10% tổng số các lần phanh.
11
- Phanh chậm dần - quá trình phanh nhằm giảm từ từ vận tốc của ôtô hoặc
dừng ôtô ở một vị trí đã định trước.
- Phanh tại chỗ - quá trình phanh khi ôtô đang đứng tại chỗ nhằm mục
đích không cho ôtô dịch chuyển ngoài ý muốn cửa người lái hoặc khi không có
người lái trên xe.
Hệ thống phanh không những chỉ đảm bảo tình an toàn trong quá trình
vận hành xe mà còn nâng cao hiệu quả khai thác phương tiện thông qua việc
nâng cao vận tốc trung bình của xe. Do yêu cầu tính an toàn ngày càng cao và
vận tốc của ôtô cũng có xu hướng tăng nên hệ thống phanh là một trong những
hệ thống chức năng được quan tâm và đầu tư nghiên cứu nhiều.
1.2.1. Động lực học ôtô khi phanh.
• Lực và mômen tác dụng khi phanh.
Hình 1.1. Lực và mômen tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh
- Mômen phanh và lực phanh
Mômen phanh (Mp) là mômen do hệ thống phanh sinh ra nhằm cản
chuyển động quay của các bánh xe.
Đa số hệ thống phanh thông dụng hiện nay tạo ra mômen phanh bằng
cách ép các má phanh vào bộ phận nào đó trên các bánh xe, trong đó má phanh
được lắp trên bộ được cố định với khung xe.
12
Lực phanh (Fp) là tổng của các phản lực của mặt đường tác dụng lên
bánh xe được hình thành khi xuất hiện mômen phanh
Hình 1.2. Mômen tác dụng lên bánh xe trong quá trình phanh
Mặt khác:
Mp
Fp= (1.1)
rb
Mp max V
P max = (1.2)
rb 150
Trong công thức (1.1), M p.max là mômen phanh cực đại mà hệ thống phanh
có thể tạo ra. Trị số của M p.max phụ thuộc vào lực ép má phanh (P), diện tích bề
mặt ma sát của má phanh, tính chất vật liệu chế tạo má phanh, v.v.
Lực phanh lớn nhất có thể hình thành tại vùng tiếp xúc giữa các bánh xe và
mặt đường không chỉ phụ thuộc vào mômen phanh mà còn phụ thuộc vào hệ số
bám (ϕ) và trọng lượng bám (Gϕ). Trị số của lực phanh cực đại (Fp.max) được
giới hạn bởi điều kiện bám như sau :
F p.max ≤ Fϕ = ϕ . Gϕ (1.3)
trong đó : F ϕ - lực bám, ϕ - hệ số bám, G ϕ - trọng lượng bám.
13
Nếu xe chạy trên đường bằng thì G = G ϕ và F p.max = ϕ. G
F'p.max được gọi là lực phanh tiềm năng - lực phanh cực đại mà hệ thống phanh
có thể tạo ra, Fmax là lực phanh cực đại có thể hình thành tại vựng tiếp xúc
giữa các bánh xe và mặt đường . Nếu F' p.max > F p.max thì bánh xe sẽ bị trượt lê, tức
là bánh xe không quay nhưng ôtô vẫn chuyển động tịnh tiến. Để tránh hiện tượng
trượt lê, lực phanh thực tế được hình thành tại vùng tiếp xúc chỉ có thể nhỏ hơn
hoặc bằng lực bám.
Tuyệt đại đa số xe cơ giới được trang bị cơ cấu phanh trên tất cả các bánh
xe. Chúng ta ký hiệu tổng mômen phanh và tổng lực lực phanh tác dụng lên các
bánh xe phía trước và phía sau tương ứng là : M p1 , M p2 , F p1 và F p2.
M p = M p1 + M p2
F p = F p1 + F p2
1.2.2. Phương trình cân bằng lực phanh.
Phương trình cân bằng lực tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh trong
trường hợp tổng quát có thể biểu diễn như sau :
F f1 + F f2 ± F g + F w + F m + F ms + F p1 + F p2 - F j = 0 (1.4)
hoặc F y + F w + F m + F ms + F p - F j = 0 (1.5)
Trong trường hợp phanh khẩn cấp, để đảm bảo hiệu quả phanh cao, hệ
thống phanh phải tạo ra được lực phanh lớn nhất có thể. Trong trường hợp đó, các
lực cản tự nhiên (Fy, Fw, Fms) thường rất nhỏ so với lực phanh (Fp). Để thuận
tiện khi phân tích các yếu tố ảnh hưởng và các biện pháp nâng cao tính năng
phanh, chúng ta xét trường hợp phanh khi ôtô chạy trên đường bằng (Fg =0),
không kéo remorque (Fm = 0), lực phanh tự nhiên Fptn = 0. Với những giả định
nếu trên, phương trình cân bằng lực phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp có
dạng :
P p.max - P j.max = 0 (1.6)
Thay giá trị của Fj.max và Fp.max từ các công thức trên:
14
P j . max = G . ϕ P p.max = Fj = ϕ. Gj
g .jmax ;
G g
ϕ.G = δ j.. g . Jp.max ; Jp.max = ϕ.
δj
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
1.3.1. Thời gian phanh
Thời gian phanh (tp) là khoảng thời gian tính từ thời điểm lái xe bắt đầu
tác động vào cơ cấu điều khiển phanh đến thời điểm điểm lực phanh giảm
xuống bằng không trong trường hợp phanh chậm dần hoặc thời điểm vận tốc
của xe giảm xuống bằng không trong trường hợp phanh khẩn cấp. Nói cách
khác, thời gian phanh là khoảng thời gian diễn ra quá trình phanh. Thời gian
phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt. Để xác định thời gian phanh có thể
sử dụng biểu thức viết ở dạng sau:
dv ϕ g
=
j = (1.7)
dt δ i
Từ biểu thức (1.7) có thể viết:
δi
dt = dv
ϕg
Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất cần tích phân dt trong giới hạn từ
thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v 1 tới thời điểm ứng với vận tốc v 2 ở cuối
quá trình phanh:
δi δi
v1
=
tmin ∫ ϕ=
v2
g
dv
ϕg
(v − v ) 1 2
Khi phanh ô tô đến lúc dừng hẳn thì v 2 = 0 do đó
δ i v1
tmin = (1.8)
ϕg
ở đây v 1 - vận tốc của ôtô ứng với thời điểm bắt đầu phanh.
15
Từ biểu thức trên ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc
bắt đầu phanh của ôtô, phụ thuộc vào hệ số δ i và hệ số bám ϕ giữa bánh xe với
mặt đường. Để cho thời gian phanh nhỏ cần phải giảm δ i , vì vậy người lái xe nên
cắt ly hợp khi phanh.
- Thời gian phản ứng của lái xe (t0) - khoảng thời gian tính từ thời điểm
lái xe phanh đến thời điểm chạm đến cơ cấu điều khiển. Thời gian phản ứng(t0)
phụ thuộc vào khả năng của lái xe và thường nằm trong khoảng 0,4 - 1,0 s [4].
- Thời gian phản ứng của hệ thống phanh(t1) -khoảng thời gian tính từ thời
điểm cơ cấu điều khiển phanh bắt đầu được tác động đến thời điểm xuất hiện gia
tốc phanh. t1 phụ thuộc vào kiểu dẫn động phanh và tình trạng kỹ thuật của nó.
t1= 0,2- 0,4 s dẫn động phanh thuỷ lực. t1= 0,6- 0,8 s dẫn động phanh khí nén [4].
- Thời gian phát triển lực phanh (t2) - khoảng thời gian tính từ thời điểm
lực phanh bắt đầu có tác dụng hãm xe đến thời điểm lực phanh đạt đến một trị số
xác định. Trong nhiều tài liệu giáo khoa, để dễ hiểu, thời điểm cuối của giai đoạn
phát triển lực phanh được quy ước là thời điểm lực phanh đạt trị số cực đại.
- Thời gian phanh chính (t3) - Trong thời gian phanh chính, lực phanh
được duy trì ở trị số cực đại.
- Thời gian nhả phanh (t4) - lực phanh giảm xuống bằng không.
- Thời gian phanh (tp) - khoảng thời gian tính từ thời điểm cơ cấu điều
khiển phanh bắt đầu được tác động đến thời điểm lực phanh được loại bỏ. Nếu
vận tốc của xe giảm xuống bằng không trước thời điểm lực phanh được loại bỏ
thì thời điểm cuối để tính thời gian phanh là thời điểm xe bắt đầu dừng hẳn.
16
Hình 1.3. Giản đồ phanh
A0 - thời điểm lái xe quyết định phanh; A1 - thời điểm lái xe chạm đến cơ cấu
điều khiển phanh; A2 - thời điểm bắt đầu xuất hiện gia tốc phanh; A3 - thời
điểm gia tốc phanh đạt trị số cực đại; A4 - thời điểm gia tốc phanh bắt đầu
giảm; A5 - thời điểm cuối quá trình phanh.
1.3.2. Gia tốc phanh
Gia tốc phanh (jp) là đại lượng đánh giá mức độ giảm vận tốc của ôtô trong
quá trình phanh. Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng
để đánh giá chất lượng phanh ô tô. Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô có thể viết
phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau:
P j = P p + P f + Pω + Pη ± P i (1.9)
Ở đây:
P j – lực quán tính sinh ra khi phanh ô tô
P p - lực phanh sinh ra ở các bánh xe;
P f – lực cản lăn
Pω - lực cản không khí
Pη - lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí
17
P i – lực cản lên dốc. Khi phanh trên đường nằm ngang thì lực cản lên dốc P i = 0
Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực P f , Pω , Pη cản lại sự chuyển động của ôtô
có giá trị rất bé so với lực phanh P p . Lực phanh P p chiếm 98% của tổng các lực P f ,
Pω , Pη trong phương trình (1) và khi ôtô phanh trên đường nằm ngang (P i = 0) ta
có phương trình sau:
Pj = P (1.10)
Lực phanh lớn nhất P pmax được xác định theo điều kiện bám khi các bánh xe bị
phanh hoàn toàn và đồng thời theo biểu thức:
P pmax = ϕ G
Từ đó, phương trình có thể viết như sau:
G
=δi = j p max ϕ G (1.11)
g
ở đây:
δ i - hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô.
Từ biểu thức có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh.
ϕg
j pmax = (1.12)
δi
Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số δ i . Vì vây khi phanh
đột ngột người lái cần cắt ly hợp, để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc
đó δ i sẽ giảm và j pmax sẽ tăng.
1.3.3. Quãng đường phanh
Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh
của ôtô. Cũng vì vậy mà trong tính năng kỹ thuật của ôtô, các nhà máy chế tạo
thường cho biết quãng đường phanh của ôtô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định.
So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có
thể nhận thức được một cách trực quan và dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe xử
trí tốt trong khi phanh ôtô trên đường.
18
Trường đại học bách khoa hà nội
PHùNG Đỉc hảI anh
-------------------------------------------
Phùng đức hải anh
chuyên NGành: ôtô và xe chuyên dụng
Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm và thiết kế chế tạo thiết bị
đánh giá hiệu quả phanh ô tô trên đường
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHUYÊN Ngành: Kỹ THUậT CƠ KHí Động lực
khóa 2011 - 2013
Hà nội, năm 2013
Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
-------------------------------------------
Phùng đức hải anh
Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm và thiết kế chế tạo thiết bị
đánh giá hiệu quả phanh ô tô trên đường
Chuyên Ngành: ôtô và xe chuyên dụng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Ngành: cơ khí động lực
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS hồ hữu hải
Hà nội, năm 2013
Lời cam đoan
Em xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm được nghiên cứu
trong luận văn là hoàn toàn thực tế, khách quan. Những kết quả tương tự chưa từng
được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Học viên
Phùng Đức Hải Anh
1
Lời cảm ơn
Sau một thời gian làm luận văn tốt nghiệp, đến nay em đã hoàn thành. Em xin
trân trọng cảm ơn tới các thầy, cô trong Viện cơ khí động lực - Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã luôn quan tâm giúp đỡ em. Đặc biệt là thầy PGS-TS. Hồ
Hữu Hải đã tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ rất tận tình trong suốt quá trình
nghiên cứu và viết luận văn của mình, thầy đã giành rất nhiều thời gian để hướng
dẫn cho học viên.
Tuy nhiên, do trình độ chuyên môn, công việc và phương tiện thực nghiệm hạn
chế nên đề tài không tránh khỏi những khiếm khuyết, kính mong các thầy, cô và các
bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Học viên
Phùng Đức Hải Anh
2
Danh mục các hình vẽ
STT Tên hình vẽ Trang
1. Hình 1.1: Lực và mômem tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh 12
2. Hình 1.2: Mômen tác dụng lên bánh xe trong quá trình phanh 13
3. Hình 1.3: Giản đồ phanh 17
4. Hình 1.4: Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo
20
tốc độ bắt đầu phanh v 1 và hệ số bám ϕ
5. Hình 2.1: Súng phun để đánh dấu vị trí bắt đầu phanh 31
6. Hình. 2.2. Giảm tốc kế loại con lắc để đo gia tốc chậm dần khi
32
phanh
7. Hình 2.3: Giảm tốc kế loại thủy ngân 33
8. Hình 2.4: Sơ đồ giảm tốc ký 34
9. Hình 2.5: Cấu tạo của vòi phun để đánh dấu thời điểm bắt đầu
36
phanh
10. Hình 2.6: Sơ đồ tổng quan hệ thống phun dầu đánh giá hiệu quả
37
phanh
11. Hình 2.7: Sơ đồ lắp đặt thiết bị phun đánh dấu quãng đường phanh 38
12. Hình 2.8; 2.9: Vị trí lắp đặt vòi phun 39
13. Hình 2.10: Vị trí lắp đặt vòi phun phía trước và sau 40
14. Hình 2.11: Sơ đồ đấu dây vòi phun 40
15. Hình 2.12: Sơ đồ đấu dây vòi phun qua rơle 41
16. Hình 2.13: Sơ đồ lắp đặt vòi phun 41
17. Hình 2.14: Bộ điều áp 42
18. Hình: 2.15: Bơm điện 43
19. Hình 2.16: Sơ đồ đấu dây bơm nhiên liệu 44
20. Hình 2.17. Kiểm tra sự hoạt động của vòi phun trước và sau 46
Hình 3.1: Vạch dầu đánh dấu quãng đường phanh của xe ở tốc độ
21. 55
10km/h
3
Danh mục các bảng biểu
STT Tên bảng Trang
Bảng 1.1: Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ECE- R13 khi phanh cắt
1 21
động cơ
Bảng 1.2: Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ECE- R13 khi phanh nối
2 22
động cơ
Bảng 1.3: Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh chính)
3 cho phép ôtô lưu hành trên đường- Do Bộ giao thông vận tải Việt 24
Nam quy định năm 2001.
4 Bảng 1.4: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính 25
5 Bảng 1.5: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ 27
Bảng 3.1: Quy trình thí nghiệm xác định quãng đường phanh và độ
6 49
lệch hướng chuyển động của xe
7 Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm ở vận tốc thử 30km/h 55
8 Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm ở vận tốc thử 40km/h 56
9 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm ở vận tốc thử 50km/h 56
4
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan ...............................................................................................................1
Lời cảm ơn ..................................................................................................................2
Danh mục các hình vẽ .................................................................................................3
Danh mục các bảng biểu .............................................................................................4
MỤC LỤC ...................................................................................................................5
Mở đầu ........................................................................................................................7
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...........................................9
1.1. Hệ thống phanh. ...................................................................................................9
1.2. Quá trình phanh. .................................................................................................11
1.2.1. Động lực học ôtô khi phanh. ........................................................................12
1.2.2. Phương trình cân bằng lực phanh. ..............................................................14
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ................................................................15
1.3.1. Thời gian phanh ..............................................................................................15
1.3.2. Gia tốc phanh ..................................................................................................17
1.3.3. Quãng đường phanh........................................................................................18
1.3.4. Lực phanh và lực phanh riêng. ........................................................................20
1.4. Các tiêu chuẩn quy định về hiệu quả phanh.......................................................21
1.4.1. Tiêu chuẩn châu Âu ECE- R 13 khi phanh .....................................................21
1.4.2. Tiêu chuẩn Việt Nam. .....................................................................................23
Chương II: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐÁNH
GIÁ HIỆU QUẢ PHANH TRÊN ĐƯỜNG .............................................................30
2.1. Đặt vấn đề: .........................................................................................................30
2.2. Lựa chọn phương pháp xác định hiệu quả phanh . ............................................30
2.2.1. Các phương pháp đánh giá quãng đường phanh. ............................................30
2.3. Nghiên cứu và lắp đặt thiết bị. ...........................................................................38
2.3.1. Lắp đặt vòi phun điện từ .................................................................................38
2.3.2. Bộ Điều áp.......................................................................................................42
5
2.3.3. Bơm nhiên liệu ................................................................................................43
Chương 3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM ĐO QUÃNG ĐƯỜNG
PHANH. ....................................................................................................................47
3.1. Mục Đích. ...........................................................................................................47
3.2. Điều kiện thí nghiệm. .........................................................................................47
3.3. Các phương tiện và thiết bị đo. ..........................................................................47
3.4. Nội dung thí nghiệm...........................................................................................48
3.5. Tiến hành thí nghiệm. ........................................................................................48
3.5.1. Chuẩn bị cho thí nghiệm .................................................................................48
3.5.2. Qui trình đo. ....................................................................................................48
3.6. Kết quả thí nghiệm .............................................................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................58
6
Mở đầu
1..Lý do chọn đề tài:
Cùng với sự phát triển nền kinh tế, ôtô ngày càng có vai trò quan trọng trong
vận chuyển trên toàn cầu. Các nhà chế tạo ô tô ngày càng chú trọng đến tính năng
an toàn trong lưu thông, vận chuyển và do đó hiệu quả phanh là yếu tố quan trọng
được các nhà nghiên cứu quan tâm nhất
Hệ thống phanh làm việc tốt hay xấu được thể hiện qua chất lượng của quá
trình phanh. Chất lượng của quá trình phanh thể hiện ở hiệu quả phanh và tính ổn
định hướng của ô tô khi phanh. Trong lý thuyết ô tô, để đánh giá hiệu quả phanh
người ta dùng các chỉ tiêu sau: Quãng đường phanh, gia tốc chậm dần, thời gian
phanh, lực phanh sinh ra ở các bánh xe. Trong các chỉ tiêu về hiệu quả phanh nói
trên thì quãng đường phanh là chỉ tiêu có ý nghĩa trực quan, người lái dễ nhận biết
sự ổn định của xe trên đường.
Chính vì vậy việc nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm và thiết kế chế
tạo thiết bị đánh giá hiệu quả phanh ô tô trên đường có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn đối với việc nghiên cứu phát triển hệ thống phanh cho các doanh nghiệp sản
xuất, lắp ráp ô tô trong nước nhằm xác định hiệu quả phanh và đảm bảo an toàn
chuyển động của xe ô tô trên đường
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
2.1.Mục đích:
Thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm và xây dựng quy trình thí
nghiệm đánh giá hiệu quả quá trình phanh ô tô tải sử dụng phanh khí nén.
2.2. Đối tượng:
- Các Phương pháp xác định quãng đường phanh của ôtô trên đường.
- Thiết kế chế tạo thiết bị đo quãng đường phanh của ôtô tải sử dụng phanh
khi nén
- Xây dựng quy trình đo, thử nghiệm xác định hiệu quả phanh của xe ôtô tải
sử dụng phanh khí nén.
7
2.3. Phạm vi
Các loại xe ôtô tải trang bị hệ thống phanh khí nén có trên thị trường.
3. Tóm tắt cô đọng các nội dung chính:
Nội dung luận văn gồm 3 chương:
- Chương 1: Nghiên cứu hiệu quả quá trình phanh, các chỉ tiêu đánh giá hiệu
quả phanh và các tiêu chuẩn quy định về hiệu quả phanh của hệ thống phanh
khí nén trên ô tô tải.
- Chương 2: Thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm xác định hiệu quả
phanh của ô tô tải sử dụng hệ thống phanh khí nén
- Chương 3: Xây dựng quy trình thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm xác định
hiệu quả phanh ô tô tải sử dụng hệ thống phanh khí nén
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu tài liệu: Để có cơ sở lý thuyết về biện pháp xác định hiệu quả
phanh ô tô trên đường
- Thực nghiệm : Để xác định hiệu quả phanh của ôtô tải sử dụng phanh khí
nén.
- Hội thảo: Xin ý kiến của các chuyên gia, nhà quản lý, các thầy cô, người sử
dụng phương tiện và các bạn đồng nghiệp.
8
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong những năm gần đây, do nhu cầu xã hội ngày càng tăng cao, kéo theo
mọi hoạt động trong đời sống xã hội đều phát triển theo xu hướng hiện đại hóa nên
đòi hỏi phải có những phương tiện hiện đại phục vụ cho con người. Do đó song
song với sự phát triển của mọi ngành nghề thì công nghệ ôtô cũng có sự thay đổi
khá lớn. Ôtô dần dần đáp ứng được về các mặt tiện nghi, kinh tế, giảm thiểu ô
nhiễm môi trường,… trong đó vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô và kỹ thuật điện tử thì tất cả
các hệ thống trên ôtô nói chung và hệ thống phanh nói riêng ngày được hoàn thiện
hơn, chất lượng hơn và tối ưu hơn.
Trên các xe ôtô tải hiện nay thường dùng hệ thống phanh khí dẫn động
nhiều dòng nhằm tăng mức độ an toàn hiệu quả cho xe. Các hệ thống phanh có
trang bị bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh được sử dụng rộng rãi. Nhưng
đến nay ở trong nước các công trình nghiên cứu tính toán hiệu quả quá trình
phanh khí nén thường chỉ dừng ở giai đoạn thử nghiệm trên băng thử, trong
phòng thí nghiệm mà chưa có các nghiên cứu đầy đủ về quá trình phanh và tính
ổn định của xe ôtô sau khi phanh trên đường.
Xuất phát từ thực tế trên, đế tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị và
xây dựng quy trình thử nghiệm đánh giá hiệu quả phanh ôtô trên đường” sẽ góp
phần đáng kể trong quá trình nghiên cứu phát triển hệ thống phanh cũng như
đánh giá quá trình phanh xe ôtô cho các doanh ngiệp sản xuất, lắp rắp ôtô trong
nước nhằm đảm bào an toàn chuyển động của xe ôtô.
1.1. Hệ thống phanh.
Hệ thống phanh trên ôtô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn
chuyển động của ôtô, với công dụng sau:
- Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động.
- Giữ xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có sự
có mặt của người lái xe.
9
- Phanh chính thường được điều khiển bằng chân được sử dụng để giảm tốc độ
hoặc dừng hẳn xe trong khi chuyển động.
- Phanh đỗ (còn gọi là phanh tay hay phanh dừng) thường được điều khiển bằng
tay nhờ đòn kéo hoặc đòn xoay, sử dụng để giữ xe ở trạng thái đứng yên trên
đường dốc (không tự trôi) trong thời gian dài.
- Phanh dự phòng: Là hệ thống phanh dùng để dự phòng, phanh xe khi hệ thống
phanh chính bị hư hỏng. Trên các ôtô hiện nay thiết bị phanh đỗ (phanh tay)
thường được thiết kế để đảm nhiệm luôn nhiệm vụ này.
- Ngoài ra trên các ôtô có khối lượng lớn, hoạt động ở vùng đồi núi còn được trang
bị thêm hệ thống phanh bổ trợ còn gọi là hệ thống phanh chậm dần, nhằm làm
giảm tốc độ ôtô khi xuống dốc dài liên tục.
Hệ thống phanh chính cần đảm bảo các yêu cầu chính sau :
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô - máy kéo khi phanh.
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đòn điều
khiển phải nhỏ.
- Giữ cho ôtô - máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế.
- Làm việc bền vững, tin cậy.
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp
nguy hiểm.
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho
hành khách và hàng hóa.
- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi
quay vòng.
- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử
dụng.
- Có khả năng thoát nhiệt tốt.
- Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ
thống phanh của ôtô bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh, là :
10
- Phanh làm việc : Là phanh chính, được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế độ
chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân.
- Phanh dự trữ : Dùng để phanh ôtô trong trường hợp phanh chính bị hỏng.
- Phanh dừng : Còn gọi là phanh phụ. Dùng để giữ ôtô đứng yên tại chỗ khi dừng xe
hoặc khi không làm việc. Phanh này thường được điều khiển bằng tay nên gọi là
phanh tay.
- Phanh chậm dần : Trên các ôtô tải trọng lớn như xe tải có trọng lượng toàn bộ lớn
hơn 12 tấn, xe khách có trọng lượng toàn bô lớn hơn 5 tấn hoặc xe làm việc ở vùng
đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, còn phải có phanh thứ
tư là phanh chậm dần. Phanh chậm dần được dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ
ôtô - máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc hoặc là để giảm dần
tốc độ của ôtô - máy kéo trước khi dừng hẳn.
1.2. Quá trình phanh.
Quá trình giảm nhanh vận tốc hoặc dừng ôtô bằng cách tạo ra lực phanh
tác dụng lên ôtô được gọi là quá trình phanh ôtô. Thời điểm đầu quá trình
phanh (thời điểm bắt đầu phanh) là thời điểm lái xe bắt đầu tác động vào cơ cấu
phanh. Thời điểm cuối quá trình phanh (thời điểm kết thúc phanh) là thời điểm
lực phanh giảm xuống bằng không trong trường hợp phanh chậm dần hoặc thời
điểm vận tốc của xe giảm xuống bằng không trong trường hợp phanh khẩn cấp.
Nếu vận tốc của xe giảm xuống bằng không trước thời điểm lực phanh giảm
xuống bằng không thì thời điểm cuối quá trình phanh là thời điểm xe bắt đầu
dừng hẳn.
Căn cứ vào mục đích thực hiện quá trình phanh ôtô, có thể phân biệt 3 chế độ
phanh như sau :
- Phanh khẩn cấp - là quá trình phanh với mục đích làm cho ôtô dừng
hẳn trong thời gian ngắn nhất có thể. Khi phanh khẩn cấp thì động năng của ôtô bị
tiêu hao chủ yếu do lực phanh (Fp) (khoảng 90 % tổng lực cản chuyển động
của ôtô). Trong quá trình vận hành ôtô, số lần phanh khẩn cấp chiếm khoảng 5 ÷
10% tổng số các lần phanh.
11
- Phanh chậm dần - quá trình phanh nhằm giảm từ từ vận tốc của ôtô hoặc
dừng ôtô ở một vị trí đã định trước.
- Phanh tại chỗ - quá trình phanh khi ôtô đang đứng tại chỗ nhằm mục
đích không cho ôtô dịch chuyển ngoài ý muốn cửa người lái hoặc khi không có
người lái trên xe.
Hệ thống phanh không những chỉ đảm bảo tình an toàn trong quá trình
vận hành xe mà còn nâng cao hiệu quả khai thác phương tiện thông qua việc
nâng cao vận tốc trung bình của xe. Do yêu cầu tính an toàn ngày càng cao và
vận tốc của ôtô cũng có xu hướng tăng nên hệ thống phanh là một trong những
hệ thống chức năng được quan tâm và đầu tư nghiên cứu nhiều.
1.2.1. Động lực học ôtô khi phanh.
• Lực và mômen tác dụng khi phanh.
Hình 1.1. Lực và mômen tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh
- Mômen phanh và lực phanh
Mômen phanh (Mp) là mômen do hệ thống phanh sinh ra nhằm cản
chuyển động quay của các bánh xe.
Đa số hệ thống phanh thông dụng hiện nay tạo ra mômen phanh bằng
cách ép các má phanh vào bộ phận nào đó trên các bánh xe, trong đó má phanh
được lắp trên bộ được cố định với khung xe.
12
Lực phanh (Fp) là tổng của các phản lực của mặt đường tác dụng lên
bánh xe được hình thành khi xuất hiện mômen phanh
Hình 1.2. Mômen tác dụng lên bánh xe trong quá trình phanh
Mặt khác:
Mp
Fp= (1.1)
rb
Mp max V
P max = (1.2)
rb 150
Trong công thức (1.1), M p.max là mômen phanh cực đại mà hệ thống phanh
có thể tạo ra. Trị số của M p.max phụ thuộc vào lực ép má phanh (P), diện tích bề
mặt ma sát của má phanh, tính chất vật liệu chế tạo má phanh, v.v.
Lực phanh lớn nhất có thể hình thành tại vùng tiếp xúc giữa các bánh xe và
mặt đường không chỉ phụ thuộc vào mômen phanh mà còn phụ thuộc vào hệ số
bám (ϕ) và trọng lượng bám (Gϕ). Trị số của lực phanh cực đại (Fp.max) được
giới hạn bởi điều kiện bám như sau :
F p.max ≤ Fϕ = ϕ . Gϕ (1.3)
trong đó : F ϕ - lực bám, ϕ - hệ số bám, G ϕ - trọng lượng bám.
13
Nếu xe chạy trên đường bằng thì G = G ϕ và F p.max = ϕ. G
F'p.max được gọi là lực phanh tiềm năng - lực phanh cực đại mà hệ thống phanh
có thể tạo ra, Fmax là lực phanh cực đại có thể hình thành tại vựng tiếp xúc
giữa các bánh xe và mặt đường . Nếu F' p.max > F p.max thì bánh xe sẽ bị trượt lê, tức
là bánh xe không quay nhưng ôtô vẫn chuyển động tịnh tiến. Để tránh hiện tượng
trượt lê, lực phanh thực tế được hình thành tại vùng tiếp xúc chỉ có thể nhỏ hơn
hoặc bằng lực bám.
Tuyệt đại đa số xe cơ giới được trang bị cơ cấu phanh trên tất cả các bánh
xe. Chúng ta ký hiệu tổng mômen phanh và tổng lực lực phanh tác dụng lên các
bánh xe phía trước và phía sau tương ứng là : M p1 , M p2 , F p1 và F p2.
M p = M p1 + M p2
F p = F p1 + F p2
1.2.2. Phương trình cân bằng lực phanh.
Phương trình cân bằng lực tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh trong
trường hợp tổng quát có thể biểu diễn như sau :
F f1 + F f2 ± F g + F w + F m + F ms + F p1 + F p2 - F j = 0 (1.4)
hoặc F y + F w + F m + F ms + F p - F j = 0 (1.5)
Trong trường hợp phanh khẩn cấp, để đảm bảo hiệu quả phanh cao, hệ
thống phanh phải tạo ra được lực phanh lớn nhất có thể. Trong trường hợp đó, các
lực cản tự nhiên (Fy, Fw, Fms) thường rất nhỏ so với lực phanh (Fp). Để thuận
tiện khi phân tích các yếu tố ảnh hưởng và các biện pháp nâng cao tính năng
phanh, chúng ta xét trường hợp phanh khi ôtô chạy trên đường bằng (Fg =0),
không kéo remorque (Fm = 0), lực phanh tự nhiên Fptn = 0. Với những giả định
nếu trên, phương trình cân bằng lực phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp có
dạng :
P p.max - P j.max = 0 (1.6)
Thay giá trị của Fj.max và Fp.max từ các công thức trên:
14
P j . max = G . ϕ P p.max = Fj = ϕ. Gj
g .jmax ;
G g
ϕ.G = δ j.. g . Jp.max ; Jp.max = ϕ.
δj
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
1.3.1. Thời gian phanh
Thời gian phanh (tp) là khoảng thời gian tính từ thời điểm lái xe bắt đầu
tác động vào cơ cấu điều khiển phanh đến thời điểm điểm lực phanh giảm
xuống bằng không trong trường hợp phanh chậm dần hoặc thời điểm vận tốc
của xe giảm xuống bằng không trong trường hợp phanh khẩn cấp. Nói cách
khác, thời gian phanh là khoảng thời gian diễn ra quá trình phanh. Thời gian
phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt. Để xác định thời gian phanh có thể
sử dụng biểu thức viết ở dạng sau:
dv ϕ g
=
j = (1.7)
dt δ i
Từ biểu thức (1.7) có thể viết:
δi
dt = dv
ϕg
Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất cần tích phân dt trong giới hạn từ
thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v 1 tới thời điểm ứng với vận tốc v 2 ở cuối
quá trình phanh:
δi δi
v1
=
tmin ∫ ϕ=
v2
g
dv
ϕg
(v − v ) 1 2
Khi phanh ô tô đến lúc dừng hẳn thì v 2 = 0 do đó
δ i v1
tmin = (1.8)
ϕg
ở đây v 1 - vận tốc của ôtô ứng với thời điểm bắt đầu phanh.
15
Từ biểu thức trên ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc
bắt đầu phanh của ôtô, phụ thuộc vào hệ số δ i và hệ số bám ϕ giữa bánh xe với
mặt đường. Để cho thời gian phanh nhỏ cần phải giảm δ i , vì vậy người lái xe nên
cắt ly hợp khi phanh.
- Thời gian phản ứng của lái xe (t0) - khoảng thời gian tính từ thời điểm
lái xe phanh đến thời điểm chạm đến cơ cấu điều khiển. Thời gian phản ứng(t0)
phụ thuộc vào khả năng của lái xe và thường nằm trong khoảng 0,4 - 1,0 s [4].
- Thời gian phản ứng của hệ thống phanh(t1) -khoảng thời gian tính từ thời
điểm cơ cấu điều khiển phanh bắt đầu được tác động đến thời điểm xuất hiện gia
tốc phanh. t1 phụ thuộc vào kiểu dẫn động phanh và tình trạng kỹ thuật của nó.
t1= 0,2- 0,4 s dẫn động phanh thuỷ lực. t1= 0,6- 0,8 s dẫn động phanh khí nén [4].
- Thời gian phát triển lực phanh (t2) - khoảng thời gian tính từ thời điểm
lực phanh bắt đầu có tác dụng hãm xe đến thời điểm lực phanh đạt đến một trị số
xác định. Trong nhiều tài liệu giáo khoa, để dễ hiểu, thời điểm cuối của giai đoạn
phát triển lực phanh được quy ước là thời điểm lực phanh đạt trị số cực đại.
- Thời gian phanh chính (t3) - Trong thời gian phanh chính, lực phanh
được duy trì ở trị số cực đại.
- Thời gian nhả phanh (t4) - lực phanh giảm xuống bằng không.
- Thời gian phanh (tp) - khoảng thời gian tính từ thời điểm cơ cấu điều
khiển phanh bắt đầu được tác động đến thời điểm lực phanh được loại bỏ. Nếu
vận tốc của xe giảm xuống bằng không trước thời điểm lực phanh được loại bỏ
thì thời điểm cuối để tính thời gian phanh là thời điểm xe bắt đầu dừng hẳn.
16
Hình 1.3. Giản đồ phanh
A0 - thời điểm lái xe quyết định phanh; A1 - thời điểm lái xe chạm đến cơ cấu
điều khiển phanh; A2 - thời điểm bắt đầu xuất hiện gia tốc phanh; A3 - thời
điểm gia tốc phanh đạt trị số cực đại; A4 - thời điểm gia tốc phanh bắt đầu
giảm; A5 - thời điểm cuối quá trình phanh.
1.3.2. Gia tốc phanh
Gia tốc phanh (jp) là đại lượng đánh giá mức độ giảm vận tốc của ôtô trong
quá trình phanh. Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng
để đánh giá chất lượng phanh ô tô. Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô có thể viết
phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau:
P j = P p + P f + Pω + Pη ± P i (1.9)
Ở đây:
P j – lực quán tính sinh ra khi phanh ô tô
P p - lực phanh sinh ra ở các bánh xe;
P f – lực cản lăn
Pω - lực cản không khí
Pη - lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí
17
P i – lực cản lên dốc. Khi phanh trên đường nằm ngang thì lực cản lên dốc P i = 0
Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực P f , Pω , Pη cản lại sự chuyển động của ôtô
có giá trị rất bé so với lực phanh P p . Lực phanh P p chiếm 98% của tổng các lực P f ,
Pω , Pη trong phương trình (1) và khi ôtô phanh trên đường nằm ngang (P i = 0) ta
có phương trình sau:
Pj = P (1.10)
Lực phanh lớn nhất P pmax được xác định theo điều kiện bám khi các bánh xe bị
phanh hoàn toàn và đồng thời theo biểu thức:
P pmax = ϕ G
Từ đó, phương trình có thể viết như sau:
G
=δi = j p max ϕ G (1.11)
g
ở đây:
δ i - hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô.
Từ biểu thức có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh.
ϕg
j pmax = (1.12)
δi
Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số δ i . Vì vây khi phanh
đột ngột người lái cần cắt ly hợp, để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc
đó δ i sẽ giảm và j pmax sẽ tăng.
1.3.3. Quãng đường phanh
Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh
của ôtô. Cũng vì vậy mà trong tính năng kỹ thuật của ôtô, các nhà máy chế tạo
thường cho biết quãng đường phanh của ôtô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định.
So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có
thể nhận thức được một cách trực quan và dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe xử
trí tốt trong khi phanh ôtô trên đường.
18