Giáo trình Sự phanh ô tô
Trong quá trình phanh ô tô, mô men phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên, đến
một lúc nào đấy sẽ dẫn đến sự trượt lê bánh xe. Khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì hệ
số bám ϕ có giá trị thấp nhất (xem đồ thị ở hình I - 4d), cho nên khi bánh xe bị trượt le
hoàn toàn thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đường là nhỏ nhất, dẫn tới hiệu quả
phanh thấp nhất. Không những thế, nếu các bánh xe trước bị trượt le sẽ làm mất tính dẫn
hướng khi phanh, còn nếu các bánh xe sau bị trượt lê sẽ làm mất tính ổn định khi phanh.
Vì vậy để tránh hiện tượnh trượt lê hoàn toàn bánh xe (tức là không để bánh xe bị
hãm cứng khi phanh) thì trên ô tô hiện đại có đặt bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh.
Từ biểu thức (XI -2) thấy rằng muốn có lực phanh lớn không những cần có hệ số
bám ϕ có giá trị cao mà còn phải có phản lực pháp tuyến Zb lớn. Cũng vì vậy để sử dụnghết toàn bộ trọng lượng bám của ô tô cần phải bố trí cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe
của ô tô .
Trong quá trình phanh xe, động năng hoặc thế năng (khi ô tô chuyển động xuống
dốc) của xe bị tiêu hao cho ma sát giữa tróng phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đường
cũng như để khắc phục sức cản lăn, sức cản không khí, ma sát trong hệ thống truyền lực,
ma sát trong động cơ. Năng lượng bị tiêu hao trong quá trình phanh phụ thuộc vào chế độ
phanh của xe.
Mô men phanh cành tăng thì cơ năng biến thành nhiệu năng giữa trống phanh và
má phanh cũng như sự trượt lê giữa lốp và mặt đường càng tăng, còn năng lượng đẻ khắc
phục các sức cản khác tương đối nhỏ. Khi các bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn thì công
ma sát giữa trống phanh và má phanh cũng như sự cản lăn hoàn toàn không có nữa, tất cả
năng lượng hầu như biến thành nhiệt ở khu vực tiếp xúc giữa lốp và mặt đường. Sự trượt
dọc và ản h hưởng xấu đến tính ổn định ngang của xe.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Giáo trình Sự phanh ô tô
SỰ PHANH Ô TÔ Trên ô tô có trang bị hệ thống phanh nhằm mục đích giảm vận tốc hoặc dừng hẳn khi cần thiết. Lúc đó người lái giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, đồng thời phanh để hãm xe lại. Nhờ hệ thống phanh mà người lái có thể nâng cao vận tốc chuyển động trung bình của ô tô và đảm bảo an toàn khi chuyển động. Do vận tốc chuyển động ngày càng cao cho nên việc đi sâu nghiên cứu để hoàn thiện sự làm việc của hệ thống phanh nhằm đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô ngày càng cấp thiết. I. LỰC PHANH SINH RA Ở BÁNH XE Trên hình (IX – 1) trình bày lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh. Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát còn gọi là mô men phanh MP. Nhằm hãm bánh xe lại. Lúc đó ở bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến PP ngược với chiều chuyển động (hình IX -1). Phản lực tiếp tuyến này được gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức: p p p r M P = (IX - 1) MP - mô men phanh tác dụng lên bánh xe PP - lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường rh - bán kính làm việc của bánh xe Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, nghĩa là: Ppmaz = Pϕ = Zb. ϕ. (IX - 2) Ở đây: Ppmaz - lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường; Pϕ - lực bám giữa bánh xe với mặt đường; Zb - phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe; ϕ - hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường; Hình IX - 1. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh. Khi phanh thì bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, do đó trên bánh xe sẽ có mô men quán tính Mjb tác dụng, mô men này cùng với chiều chuyển động của bánh xe; ngoài ra còn có mô men cản lăn Mf tác dụng, mô men này ngược với chiều chuyển động và có tác dụng hãm bánh xe lại. Như vậy trong khi phanh bánh xe thì lực hãm tổng cộng Ppo sẽ là: b jbf p b jbfp po r MM P r MMM P −+=−+= Trong quá trình phanh ô tô, mô men phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên, đến một lúc nào đấy sẽ dẫn đến sự trượt lê bánh xe. Khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì hệ số bám ϕ có giá trị thấp nhất (xem đồ thị ở hình I - 4d), cho nên khi bánh xe bị trượt le hoàn toàn thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đường là nhỏ nhất, dẫn tới hiệu quả phanh thấp nhất. Không những thế, nếu các bánh xe trước bị trượt le sẽ làm mất tính dẫn hướng khi phanh, còn nếu các bánh xe sau bị trượt lê sẽ làm mất tính ổn định khi phanh. Vì vậy để tránh hiện tượnh trượt lê hoàn toàn bánh xe (tức là không để bánh xe bị hãm cứng khi phanh) thì trên ô tô hiện đại có đặt bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh. Từ biểu thức (XI -2) thấy rằng muốn có lực phanh lớn không những cần có hệ số bám ϕ có giá trị cao mà còn phải có phản lực pháp tuyến Zb lớn. Cũng vì vậy để sử dụng hết toàn bộ trọng lượng bám của ô tô cần phải bố trí cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe của ô tô . Trong quá trình phanh xe, động năng hoặc thế năng (khi ô tô chuyển động xuống dốc) của xe bị tiêu hao cho ma sát giữa tróng phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đường cũng như để khắc phục sức cản lăn, sức cản không khí, ma sát trong hệ thống truyền lực, ma sát trong động cơ. Năng lượng bị tiêu hao trong quá trình phanh phụ thuộc vào chế độ phanh của xe. Mô men phanh cành tăng thì cơ năng biến thành nhiệu năng giữa trống phanh và má phanh cũng như sự trượt lê giữa lốp và mặt đường càng tăng, còn năng lượng đẻ khắc phục các sức cản khác tương đối nhỏ. Khi các bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn thì công ma sát giữa trống phanh và má phanh cũng như sự cản lăn hoàn toàn không có nữa, tất cả năng lượng hầu như biến thành nhiệt ở khu vực tiếp xúc giữa lốp và mặt đường. Sự trượt dọc và ản h hưởng xấu đến tính ổn định ngang của xe. II. ĐIỀU KIỆN BẢO ĐẢM SỰ PHANH TỐI ƯU 1. Xây dựng điều kiện Hình duới biểu diễn các lực tác dụng lên ô tô khi phanh ở trường hợp xe không kéo moóc (P m =0) trên mặt phẳng nằm ngang ( 0=α ).Lực cản lăn P 1f và P 2f ở các bánh xe trước và sau, trọng lượng của ô tô G đặt tại trọng tâm , phản lực thẳng góc lên các bánh xe trước là Z1 và sau là Z 2 .Lực phanh ở các bánh xe trước là P 1P và ở các bánh sau là P 2P lực quán tính P j sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần . Hình1:Lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang Lực phanh P 1P và P 2P có điểm đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường ,có phương nằm trên mặt phẳng ngang ,chiều ngược chiều chuyển động . Lực quán tính P j của ô tô đặt tại trọng tâm có chiều cùng chiều với chiều chuyển động. Lực P j được xác định như sau : P j = g G j P (1) Ở đây : g : là gia tốc trọng trường (g=9,81 m/s 2 ) G: là trọng lượng của xe J P : gia tốc chậm dần khi phanh Khi thực hiện quá trình phanh thì lực cản không khí PW và lực cản lăn P 1f và P 2f là không đáng kể do vậy có thể bỏ qua . Điều đó chỉ gây sai số khoảng 1,5÷2%. Phương trình cân bằng mô men tại điểm B là : L.Z1 - b.G - P j .h g =0 Z2 P 2P V PW G P J Z 1 PP 1f P 2f a b L trọng tâm A B h g Z1= L PhbG jg .. + (2) Phương trình cân bằng mô men tại điểm A là: L.Z 2 - a.G+ P j .h g =0 Z 2 = L hPaG gj .. − (3) Ở đây : a, b, h g : là toạ độ trọng tâm của ô tô; L: là chiều dài cơ sở của ôtô Thế (1) vào (2) và (3) ta được : Z1 = L G ( b + g hj gp ) (4) Z 2 = L G ( a – g hj gp ) (5) Muốn sử dụng hết trọng lượng bám của ô tô thì cơ cấu phanh được bố trí ở tất cả các bánh xe trước và sau, khi đó lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là : p maxp = G.ϕ (6) Quá trình phanh có hiệu quả cao nhất là khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng , mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong quá trình phanh lại thay đổi do lực quán tính P j tác dụng . Khi phanh có hiệu quả cao nhất thì ta có tỷ số lực phanh giữa bánh xe trước và bánh xe sau là: 2 1 P P P P = 2 1 Z Z (7) Thay biểu thức (2) và(3) vào (7) ta được : 2 1 P P P P = gj gj hPGa hPGb − + (8) Khi phanh các lực cản P 1f và P 2f là không đáng kể, có thể bỏ qua , do vậy : P j = P 1j + P 2j Và p maxj = P maxP =G. ϕ (9) Thay giá trị P maxj từ biểu thức (9) vào biểu thức (8)ta được: 21 P P P P = g g ha hb . . ϕ ϕ − + (10) Biểu thức (10) là điều kiện để đảm bảo sự phanh có hiệu quả nhất. Trong quá trình phanh ngoài quãng đường phanh nhỏ nhất , gia tốc chậm dần lớn nhất, hoặc thời gian phanh nhỏ nhất . Thì khi phanh lực phanh p 1P và P 2P phải thoả mãn biểu thức (10). Trong khi sử dụng xe thì các giá trị a, b, ϕ , h g luôn thay đổi , kéo theo tỷ số 2 1 P P P P cũng thay đổi , muốn thực hiện quá trình phanh có hiệu quả nhất thì phải cần thay đổi lực phanh P 1P và P 2P sao cho thoả mãn biểu thức (10). Nhận xét: Nhược điểm của hệ thống phanh cũ : Do đường ống như nhau( đường ống phanh khí nén và đường ống phanh dầu cho cơ cấu phanh trước và phanh sau là như nhau). Xy lanh bánh xe cơ bản gần là như nhau. Do vậy áp suất dòng chất lỏng và dòng chất khí cho cơ cấu phanh trước và phanh sau là như nhau, dẫn đến lực tác động cũng như nhau cho cơ cấu phanh trước và phanh sau mà các giá trị a, b, ϕ , h g luôn thay đổi . Suy ra biểu thức (10) không được thoả mãn nên không đảm bảo điều kiện tối ưu. Cần phải có ABS và bộ điều hoà lực phanh. Nhìn vào biểu thức (10) thấy các giá trị P 1P , P 2P , a, b, ϕ , h g đều ảnh hưởng đền điều kiện sự phanh tối ưu.Không những thế để đạt hiệu quả phanh cao nhất cần phải đạt được quãng đường phanh ngắn nhất , gia tốc chậm dần lớn nhất , thời gian phanh ít nhất, lực phanh và lực phanh riêng hợp lý. 2. Các ảnh hưởng đến thông số ϕ Hệ số bám ϕ giữa bánh xe chủ động và mặt đường phụ thuộc vào các yếu tố sau: Hình2: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 1. đường khô 2. đường ướt a) áp suất trong lốp ; b) Tốc độ chuyển động của ô tô; c) Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe; d) Độ trượt giữa bánh chủ động và mặt đường. Nhìn vào các đồ thị trên ta thấy , khi tăng áp suất p trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên 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 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 λ 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 λ = 100% thì hệ số bám giảm 20 ÷30% so với hệ số bám cực đại . Khi đường ướt thì có thể giảm nhiều hơn nữa , đến 50 ÷ 60%. Trên đây là sự thay đổi hệ số bámϕ vào các yếu tố . Những yếu tố này luôn luôn thay đổi trong quá trình sử dụng xe , như vậy để thoả mãn sự phanh tối ưu cần phải thay đổi lực phanh P 1P và P 2P sao cho thoả mãn biểu thức (10). 3. Xét tỷ số 2 1 P P P P và đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hoà lực phanh Việc tạo ra hệ thống phanh đạt hiệu quả phanh cao nhất luôn luôn là mong muốn của các nhà sản xuất ô tô . Muốn được như vậy thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước P 1P và lực phanh sinh ra ở các bánh xe sau P 2P phải thoả mãn biểu thức (10). Sự ra đời của bộ điều hoà lực phanh đã đáp ứng yêu cầu đó . Nếu coi bán kính bánh xe trước r 1b và bánh xe sau r 2b bằng nhau trong quá trình phanh ta có thể viết quan hệ mô men phanh M 1P và ở bánh xe sau M 2P như sau: 2 1 P P M M = 22 11 . . bP bP rP rP = 2 1 P P P p (11) từ biểu thức (10) và (11) ta có : 2 1 P P M M = g g ha hb . . ϕ ϕ − + (12) Trong đó : M 1P - mô men phanh cần sinh ra ở các bánh xe trước ( Nm). M 2P - mô men phanh cần sinh ra ở các bánh xe sau ( Nm). Như vậy muốn đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất thì mô men sinh ra ở các bánh xe trước M 1P và mô men sinh ra ở các bánh xe sau M 2P phải luôn tuân theo biểu thức (10). Các giá trị a, b, h g đối với một ô tô nhất định nào đấy có thể thay đổi tuỳ theo mức độ và vị trí chất tải lên ô tô . Thay j=ϕ .g vào công thức (4) và (5) ta có thể xác định mô men sinh ra ở các bánh xe trước M 1P và ở các bánh xe sau M 2P từ điều kiện bám theo biểu thức sau: M 1P = ϕ . Z1 .r b = L rG b ϕ.. (b + ϕ .h g) (13) M 2P = ϕ .Z 2 .r b = L rG b ϕ.. (a – ϕ .h g ) (14) Đối với ô tô đã chất tải nhất định , ta có a, b, h g là giá trị có định trong trường hợp chất tải như thế . Bằng cách thay đổi giá trị ϕ , dựa trên biểu thức (13) và (14) ta có thể vẽ đồ thị M 1P = f1 (ϕ ) v à M 2P = f 2 (ϕ ). Dưới đây là đồ thị trình bày mối quan hệ giữa mô men phanh M 1P v à mô men phanh M 2P với hệ số bám ϕ đường nét liền ứng với ô tô đầy tải và đường nét dứt ứng với ô tô không tải . Hình 3: Đồ thị chỉ quan hệ giữa mô men phanh M 1P và mô men phanh M 2P với hệ số bám ϕ . Đồ thị sau sẽ thể hiện mối quan hệ giữa mô men phanh M 1P với mô men phanh M 2P .Được gọi là đường đặc tính phanh lý tưởng của ô tô: Hình4: 1-chế độ đầy tải 2-chế độ không tải Đối với ô tô hiện nay thường dùng dẫn động phanh thuỷ lực hoặc dẫn động phanh bằng khí nén , quan hệ giữa mô men phanh sinh ra ở bánh xe và áp suất trong dẫn động phanh biểu thị như sau: M 1P = k1 .P dd ,1 (15) M 2P = k 2 .P dd ,2 (16) Trong đ ó : P dd ,1 , P dd ,1 - áp trong dẫn động phanh tương ứng với cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau; k1 và k 2 - hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau. Từ biểu thức (15)và (16) ta có thể xác định quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh trước và phanh sau: dd dd P P ,2 ,1 = 21 12 . P p Mk Mk (17) Đồ thị chỉ quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau(p1) và dẫn động phanh(p 2 )để đảm bảo sự phanh lý tưởng được thể hiện dưới hình sau: Hình 5:Đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hoà lực phanh 1- đầy tải 2- không tải Nhận xét : muốn đảm bảo đường đặc tính p 2 = f(p1) theo đúng đồ thị trên thì bộ điều hoà lực phanh phải có kết cấu rất phức tạp . Các kết cấu trong thực tế chỉ đảm bảo đường đặc tính gần đúng với đường đặc tính lý tưởng. Trong đó áp suất sinh ra ở dẫn động phanh trước P dd ,1 v à ở dẫn động phanh sau P dd ,2 còn được xác định như sau: P dd ,1 = 1 2 1. .. ...2 Cdr Gr t b π ϕ ( L hb g.ϕ+ ) +p 01 (18) P dd ,2 = 2 2 2. .. ...2 Cdr Gr t b π ϕ ( L hb g.ϕ+ ) +p 02 (19) Trong đó : p 01, p 02 - áp suất dư trong dẫn động phanh trước và dẫn động phanh sau (thường từ 2÷4 kG/cm 2 ); r b - bán kính làm việc của bánh xe; G-trọng lượng ô tô; ϕ - hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường; d1 ,d 2 - đường kính của xy lanh bánh xe ở cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau; C1 ,C 2 - tỷ số truyền cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau; r t - bán kính của trống phanh. Sau đây là một ví dụ đưòng đặc tính của bộ điều hoà lực phanh loại píttông bậc, đồ thị của chúng được thể hiện như sau: Hình 6 :Đường đặc tính của bộ điều hoà lực phanh 1-đầy tải . 2- không tải. Trong trường hợp xe đầy tải: ở giai đầu áp suất p1 ở dẫn động ra phanh trước và áp suất p 2 ở dẫn động ra phanh sau đều bằng nhau, đường đặc tính đi theo đường OA nghiêng với trục hoành một góc 45 0 ,lúc đó bộ điều hoà lực phanh chưa làm việc. Khi áp suất trong xi lanh chính đạt giá trị p dch ( áp suất điều chỉnh) thì lúc đó điều hoà lực phanh bắt đầu làm việc . Thời điểm đó áp suất p 2 nhỏ hơn áp suất p1 và đường đặc tính điều chỉnh đi theo đường thẳng AB gần sát với đường cong lý tưởng. Trong trường hợp xe không tải thì ở giai đoạn đầu đường đặc tính đi theo đường thẳng OC nghĩa là lúc đó bộ điều hoà lực phanh chưa làm việc, áp suất p 'dch ứng với điểm C là áp suất dẫn động phanh trước ở thời điểm mà bộ điều hoà bắt đầu làm việc. Tiếp đó đường đặc tính đi theo đường CD. Đường CD là đường đặc tính của bộ điều hoà lực phanh khi xe không tải . Nhận xét : Từ đồ thị hình 6 thấy rằng áp suất trong dẫn động phanh sau p 2 khi đã có bộ điều hoà lực phanh sẽ diễn biến theo đường gấp khúc OAB . Đường gấp khúc này nằm dưới đường cong lý tưởng 1 nghĩa là áp suất p 2 có giá trị gần với áp suất lý tưởng nhưng luôn nhỏ hơn áp suất lý tưởng yêu cầu cho nên không sảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe sau khi phanh. Khi ứng với mỗi tải trọng khác nhau ta có đường đặc tính lý tưởng khác nhau( các đường cong khác nhau ) và đường đặc tính của bộ điều hoà lực phanh ở các tải trọng khác nhau sẽ là một chùm đường nghiêng được thể hiện dưới hình sau: Hình7:Chùm đường đặc tính của bộ điều hoà lực phanh. 1- đầy tải . 2- không tải. Nhận xét chung : bộ điều hoà lực phanh đảm bảo cho áp suất p 2 ở dẫn động phanh sau gần với áp suất lý tưởng yêu cầu và có giá trị nhỏ hơn áp suất lý tưởng để tránh bó cứng bánh xe sau. Khi bánh xe sau bị bó cứng thì hiệu quả phanh sẽ giảm do hệ số bám ϕ giảm bởi bánh xe bị trượt lê, đồng thời làm mất tính ổn định khi phanh. 4. Nguyên lý cơ cấu điều hoà lực phanh ABS Lực phanh lớn nhất trong quá trình phanh đối với ô tô là: P maxP = ϕ . G (20) Với ϕ là hệ số bám Lực bám Pϕ ... x được xác định theo điều kiện bám khi các bánh xe bị phanh hoàn toàn và đồng thời theo biểu thức : PPmax=ϕ.G Từ đó phương trình(IX-14) dược viết như sau: δi g G jPmax = ϕ.G (IX-15) ở đây: δi - hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ôtô. Từ biểu thức (IX-15) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh jPmax = i g δ ϕ (IX-16) Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số δi. Vì vậy khi phanh đột ngột người lái cần tắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực lức đó δi sẽ giảm jPmax tăng. Gia tốc chậm dần cực đại phụ thuộc vào hệ số bám ϕ giữa lốp và mặt đường mà giá trị củahệ số bám lớn nhất ϕmax= 0,75 ÷ 0,8 trên đường nhựa tốt nếu coi δi=1 và gia tốc trọng trường g=10m/s2 thì gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh ngặt trên đường nhựa tốt, khô, nằm ngang có thể đạt giá trị jPmax = 7,5 ÷ 8 m/s2. Thời gian phanh cũng là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh. Thời gian phanh càng nhỏ thì phanh càng tốt. Để xác định thời gian phanh cần sử dụng công thức (IX-16) viết ở dạng sau: j= i g dt dv δ ϕ= (IX-17) Từ biểu thức (IX-17) có thể viết : dt= dv g i ϕ δ Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất chỉ cần tích phân dt trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v1 tới thời điểm ứng với v2 ở cuối quá trình phanh: tmin= ( )211 2 vv g dv g i v v i −=∫ ϕδϕδ Khi phanh ôtô đến khi dừng hẳn thì v2=0 do đó : tmin= g v i ϕ δ1 (IX-18) ở đây: v1- ứng với vận tốc phanh ban đầu. Từ biểu thức (IX-18) ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh của ôtô, phụ thuộc vào hệ số δi và hệ số bám ϕ giữa bánh xe với mặt đường. Để thời gian phanh nhỏ cần giảm δi, vì vậy người lá xe cần cát ly hợp khi phanh. Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đành giá chất lượng phanh của ôtô, cũng vì vậy mà trong tính năng kỹ thuất của ôtô, các nhà máy chế tạo thường cho biết quãng đường phanh vủa ôtô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định. Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất có thể sử dụng biểu thức (IX-17) bằng cách nhân hai vế với dS ta có: dSgdS dt dv iδ ϕ= hay là: vdv= dSg iδ ϕ (IX-19) Quãng đường phanh nhỏ nhất được xác định bằng cách tích phân d Strong giới hạn từ thời điểm vận tốc bắt đầu phanh v1 dền v2 ta có: smin = ∫∫ = 1 2 1 2 v v i v v i vdv g dvv g ϕ δ ϕ δ Smin= ( )22122 vvgi −ϕδ (IX-20) Khi phanh đền lúc ôtô dừng hẳn v2=0 Smin= g vi ϕ δ 2 2 1 (IX-21) Những công thức IX-16, (IX-18), (IX-21) được chứng minh ở trên để xác định gia tốc chậm dần thời gian phanh và chất lượng phanh mang tính chất lý thuyết, tức là trong điều kiện lý tưởng Để xác định được quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh Pp sinh ra ở bánh xe với thời gian t. Đồ thị này được gọi là giản đồ phanh (IX-12). Giản đồ phanh nhận được bằng thực nghiệm và qua giản đồ phanh có thể phân tích và thấy được bản chất của quá trình phanh. Cần phải hiểu giản đồ phanh là quan hệ của lực phanh Pp với thời gian t hay cũng là quan hệ của gia tốc chậm dần j với thời gian t Điểm O trên hình IX-12 ứng với lúc người lái nhìn thấy chướng ngại ở phía trước. Và nhận thức được cần phải phanh. t1 - thời gian phản xạ của người lái tức là lúc thấy được chướng ngại vật cho đến tác dụng vào bàn đạp phanh, thời gian này phụ thuộc vào trình độ người lái. Thời gian t1 thường nằm trong giới hạn t1= 0,3 - 0,8 s t2 - thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh tức là lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào trống phanh. Thời gian này đối với phanh dầu t2= 0,03s đối với phanh khí t2=0,3 s. t3 - thời gian tăng lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần. Thời gian này đối với phanh dầu t3 = 0,2 s đối với phanh khí là từ 0,5-1s t4 - thời gian phanh hoàn toàn, ứng với lực phanh giảm. thời gian này được xác định theo công thức IX-18. Trong thời gian này lực phanh Pp hoặc gia tốc chậm dần j có giá trị không đổi. t5 - thời gian nhả phanh lực phanh giảm đến 0. Thơi gian này có giá trị t5 = 0,2s đối với phanh dầu và t5 = 1,5- 2s đối với phanh khí. Khi ôtô dừng hoàn toàn rồi mới nhả phanh thì thời gian t5 không ảnh hưởng gì đến quãng đường phanh nhỏ nhất. Như vậy quá trình phanh kể từ khi người lái nhận được tín hiệu cho đến khi dừng lại kéo dài thời gian t như sau: t= t1+ t2+ t3+ t4 (IX-33) Từ giản đồ phanh IX-12 thấy rằng ở thời gian t1 và t2 lực phanh hoặc gia tốc chậm dần bằng không. Lực phanh và gia tốc chậm dần bắt đầu tăng lên từ thời điểm A là điểm khởi đầu của thời gian t3 cuối thời gian t3 lực phanh và gia tốc chậm dần có giá trị cực đại và giữ không đổi trong suốt thời gian t1, cuối thời gian t4 thì lực phanh và gia tốc chậm dần và hết thời gian t5 thì chúng có giá trị bằng 0. Nếu kể đến thời gian chậm tác dụng t2 của dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế tính từ khi tác dụng lên bàn đạp phanh cho đến khi ôtô dừng hẳn được xác định theo công thức sau: S = v1t2+ ϕg vks 2 2 1 (IX-34) ở đây: ks - hệ số hiệu đính quãng đường phanh, xác định bằng thực nghiệm; đối với xe du lịch ks= 1,1÷1,2 đối với xe tải và xe khách ks = 1,4 ÷ 1,6 s - quãng đường phanh thực tế. Trong quá trình sử dụng thực tế do má phanh bị mòn do điều chỉnh phanh không đúng sẽ làm cho quãng đường phanh lớn và gia tốc chậm dần khi gia tốc giảm 10÷ 15% so với khi phanh còn mới và điều chỉnh đúng. Bảng IX-2. Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường (Bộ GTVT Việt Nam qui định,2000) Loại ôtô Quãng đường phanh Gia tốc chậm dần m, không lớn hơn cực đại, m/s2 không nhỏ hơn Ôtô con và các loại ôtô khác thiết kế trên cơ sở ôtô con. Ôtô tải trọng lượng toàn bộ nhỏ hơn 80 KN và ôtô khách có chiều dài toàn bộ dưới 7,5m Ôtô tải hoặc đoàn ôtô có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 80 KN và ôtô khách có chiều lớn 7,5m 7,2 9,5 11 5,8 5,0 4,2 Tiêu chuẩn trình bày ở bảng IX-2 là ứng với chế độ thử phanh khi ôtô chạy trên đường nhựa khô nằm ngang ở vận tốc bắt đầu phanh là 8,33m/s (30Km/h) Vấn đề thử phanh ở vận tốc cao là rất nguy hiểm nhất là khi kiểm tra định kỳ đại trà mà chưa có những bãi thử chuyên dùng. Vì vậy ở nước ta hiện nay vẫn đang dùng vận tốc thử 8,33m/s (30Km/h) Ngoài việc đảm bảo hiệu quả phanh như trong bảng IX-2 thì yêu cầu về độ ổn định khi phanh tức là khi phanh ôtô không bi xoay ngang là điều rất cần thiết. Tiêu chuẩn của châu Âu và liên hợp quốc về vấn đề thử phanh và chế tạo phải đảm bảo các nội dung và chi tiêt sau đây. Về chế độ thử phải tiến hành ở loại O, I, II. Thử phanh loại O: dùng để xác định hiệu quả của hệ thống phanh khi cơ cấu phanh nguội (nhiệt độ trống phanh < 1000) Thử phanh loại I: dùng để xác định hiệu quả của hệ thống phanh khi cơ cấu phanh nóng Thử phanh loại II: dùng để xác định hiệu quả của hệ thống phanh khi chuyển động trên dốc dài. Bảng IX-3 Loại ôtô Tốc độ bắt đầu phanh m/s (Km/h) Lực trên bàn đạp phanh N Gia tốc chậm dần ổn định khi phanh không nhỏ hơn m/s2 Quãng đường phanh không lớn hơn m Ôtô du lịch Ôtô khách với trọng lượng toàn bộ đến trọng lượng 50KN Ôtô khách với trọng lượng toàn bộ trên 50 KN Ôtô tải với trọng lượng toàn bộ đến: 35KN Từ 35 - 120KN Trên 120 KN 22,22(80) 16,66(60) 16,66(60) 19,44(70) 13,88(50) 11,11(40) 500 700 700 700 700 700 7,0 7,0 6,0 5,5 5,5 5,5 43,2 25,8 32,1 44,8 25,0 17,2 Đoàn xe với trọng lượng toàn bộ : Đến 35 KN Từ 35 - 120 KN Trên 125KN 19,44 (70) 13,88 (50) 11,11(40) 700 700 700 5,5 5,5 5,5 46,9 26,5 18,4 Trên bảng IX-3 trình bày tiêu chuẩn thử phanh loại O (ứng với ôtô đầy tải) Khi thử theo loại I thì tiêu chuẩn về quãng đường phanh tăng lên 25% và khi thử theo loại II thì tằng lên 33% Trên hình IX-13 trình bày giản đồ phanh khi cơ cấu phanh bị ướt. ở lần đạp phanh đầu tiên giản đồ phanh có dạng như đường I, ở lần đạp phanh thứ hai thì giản đồ phanh có dạng như đường II .. . và phải đến lần đạp phanh thứ 5 giản đồ phanh mới trở lại bình thường như của cơ cấu phanh (đường V) Số lần đạp phanh để giản đồ phanh trở lại bình thường như của cơ cấư phanh khô tuỳ thuộc ở mớc độ ướt cua má phanh và trống phanh (của đôi bề mặt ma sát) Từ giản đồ phanh ở hình IX-13 ta thấy rằng ở hiệu quả phanh lần đạp phanh lần thứ nhất rất thấp tức là quãng đường phanh sẽ rất dài, so lực phanh hoặc gia tốc chậm dần rất nhỏ. ở lần đạp phanh lần đầu tiên quãng đường phanh có thể dài gấp 1,6 - 1,8 lần quãng đường phanh khi cơ cấu phanh khô. Đây là điều cần chú ý khi sử dụng ôtô ở vùng nhiệt đới, mưa nhiều để đảm bảo an toàn trong chuyển động. Để đánh giá sự giảm hiệu quả phanh khi cơ cấu phanh bị ướt chúng ta sẽ dùng hệ số tăng quãng đường phanh KP, hệ số này được biểu thị bằng biểu thức sau: kP = pkhoS pkhopuot S -S , % (IX-35) ở đây: SP ướt - quãng đường phanh của ôtô khi cơ cấu phanh ướt SP khô - quãng đường phanh của ôtô khi cơ cấu phanh khô Hệ số KP chỉ phần trăm tăng quãng đường phanh khi cơ cấu phanh bị ướt so với khi cơ cấu phanh khô. Ji (m/s2) V IV III II I tj (s) 0 Giản đồ phanh khi cơ cấu phanh bị uớt I, IIV –Th tự lần lượt khi đạp phanh Sự thay đổi hệ số tăng quãng đường phanh kP Số lần đạp phanh VI. PHANH ĐOÀN XE Khi nghiên cứu sự phanh của đoàn xe (ô tô có moóc kéo) chúng ta cần xác định quãng đường phanh, số moóc kéo theo cầm đặt phanh. Nếu gọi : G – trọng lượng toàn bộ của ô tô khi tải đầy; Q – trọng lượng của một moóc khi tải đầy. n - số moóc kéo theo . Thì động năng của đoàn xe khi bắt đầu phanh được xác định theo biểu thức : M = g nQG 2 + v 21 (IV-36) Ở đây : v1 - vận tốc của đoàn xe khi bắt đầu phanh. Giả sử rằng trong số n moóc kéo theo có n1 moóc được đặt phanh, hệ số bám giữa các bánh xe với mặt đường của ô tô kéo và moóc kéo là như nhau và bỏ qua lực cản không khí, chúng ta nhận được phương trình chuyển động của đoàn xe khi phanh như sau : P p = (G + n1 m , Q ϕ )ϕ + (G + nQ)i (IX-37) Ở đây : Q ϕ - trọng lượng mà moóc tác dụng lên các bánh xe có đặt phanh của moóc đó: m , - hệ số thay đổi tải trọng phân bố lên các bánh xe có đặt phanh của moóc; i - độ dốc của mặt đường. Công do lực phanh sinh ra trên quãng đường phanh S p được biểu thị theo công thức : L = P p S p = [ ]inQGQmnG )()( ,1 +++ ϕϕ S p (IX-38) Kết hợp biểu thức (IX-36) và (IX-38) ta được : g nQQ 2 + v 21 = [ ]inQGQmnG )()( ,1 +++ ϕϕ S p (IX-39) Từ biểu thức (IX-39) chúng ta xác định được quãng đường phanh S p như sau: S p = g v 2 2 1 . i nQG QmnG ±+ + ϕϕ )( 1 , 1 (IX- 40) Số moóc cần đặt phanh sẽ là : n1 = ϕϕ ϕ Qm GigSv gS nQG p p , 2 1 )2(2 −±+ (IX-41) Nếu tất cả các bánh xe của các moóc đều có phanh nghĩa là : m , Q ϕ = Q và n = n 1 thì ta có : S p = )(2 2 1 ig v ±ϕ . Khi phanh đoàn xe có phanh bố trí ở tất cả các bánh xe của moóc trên mặt đường nằm ngang ta sẽ có biểu thức để xác định quãng đường phanh giống như các biểu thức (IX-21). Như vậy chúng ta nhận thấy rằng : vế lý thuyết quãng đường phanh của đoàn xekhi các bánh xe đều đặt phanh chỉ phụ thuộc vào vận tốc ban đầu khi phanh và hệ số bám mà không phụ thuộc vào số moóc kéo theo. Trong thực tế quãn đường phanh của đoàn xe có phụ thuộc vào số moóc kéo theo, nghĩa là vào trọng lượng của đoàn xe. VII. PHANH ÔTÔ KHÔNG MỞ LY HỢP. Mục đích của hệ thống phanh là để thay đổi vận tốc của ôtô theo điều kiện cụ thể trên đường mà người lái cần phải xử lý .Trong quá trình phanh cần mở ly hợp để ngắt mô men truyền từ động cơ đến bánh xe nhằn tăng hiệu quả phanh .Tuy nhiên một số trường hợp khi phanh ôtô không cần mở ly hợp . Trong trường hợp ôtô chuyển động chậm dần với gia tốc nhỏ chỉ cần giảm nhiên liệu cung cấp vào xylanh ( để động cơ chạy ở chế độ không tải ). Khi xe chạy trên đường trơn , ôtô có khả năng bị lệch bên hoặc ở đường đồi núi với dốc dài thì hệ số bám của mặt đường là nhỏ . Nếu ngắt ly hợp thì vận tốc xe thay đổi đột ngột ,xe dễ bị lật hoặc trượt lê. Trường hợp này ta có thể kết hợp với việc phanh bằng động cơ .Tức là để số truyền của hộp số ở tỉ số truyền nhỏ.Khi đó trục khuỷu của động cơ là bị động ,bánh xe là chủ động.Ở số truyền này thì số vòng quay của trục khuỷu nhiều hơn số vòng quay của bánh xe, do đó sự ma sát trong động cơ tăng lên góp phền tăng thêm lực phanh. Tóm lại khi phanh ôtô không mở ly hợp thì do nhiên liệu đã cung cấp ít không đủ để động cơ giữ vai trò chủ động ma bánh xe chở thành chủ động còn trục khuỷu trở lên bị động .Do đó ma sát của các chi tiết trong động cơ sẽ tạo thành sức cản và phụ thêm vào lực phanh. Lực cản do ma sát trong động cơ :Pmsđ có hướng ngược với lực quán tính của động cơ khi phanh xe mà không mở ly hợp. Lực cản do ma sát trong động cơ có tác dụng làm cho ôtô chuyển động chậm dần với nhịp độ cao so với trường hợp khi mở ly hợp tức là phanh sẽ êm hơn và an toàn hơn. Khi phanh không mỏ ly hợp thì phương trình cân bằng lực là: PP + Pf + Pi +Pw + Pmsđ + Pmst - Pj = 0 ( IX.43). Trong đó Pmsđ là lực ma sát của các chi tiết trong động cơ quy dẫn về bánh xe chủ động. Pmsđ = η ⋅ ⋅ ® ms t t b M i r . ®msM - Mô men ma sát của các chi tiết trong động cơ khi phanh. ϕη = + ® ® ms t ms ms N N N Trong đó : ®msN , tmsN - công suất tiêu hao do ma sát trong động cơ và hệ thống truyền lực khi phanh xe. Mô men ma sát ®msM ở động cơ bốn kì có thể tính gần đúng theo công thức : ® msM = 0,8 p. v . i. Trong đó : p: áp suất tổn thất cơ khí trung bình . v: thể tích công tác của xylanh động cơ. i: số xylanh của động cơ Pmst : Lực ma sát trong hệ thống truyền lực .Khi động cơ làm việc không tải lực này bao gồm lực tiêu hao cho khuấy dầu, cho ma sát giữa các các bánh răng ăn khớp v.v. Pmst = 1tmsP + 2 t msP Trong đó: 1tmsP - Lực tiêu hao cho khuấy dầu. 2tmsP - Lực tiêu hao cho ma sát giữa các bánh răng ăn khớp , các ổ bi v.v. Lực Pmst có thể tính gần đúng đối với ôtô loại 4× 2 khi động cơ làm việc không tải theo công thức thực nghiệm sau: Pmst = ( 2+ 0,09. v) G. −310 ; N. Ở đây: v – vận tốc của ôtô , m/s. Đối với ôtô loại 4×4 thì Pmst cao hơn 1,5 đến 2 lần , loại 6×6 cao hơn 2 đến 3 lần so với loại ôtô cơ sở là 4×2. Từ phương trình IX-43, ta xác định được gia tốc chậm dần của ôtô như sau: / pJ = δ /j g ⋅ + + + + + ® t p f i w ms msP P P P P P G Ở đây: δ /j : Hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng của các chi tiết quay trong động cơ và hệ truyền lực khi phanh mà không mở ly hợp. Như vậy khi phanh ôtô không mở ly hợp , muốn hiệu quả phanh tốt hơn so với khi mở ly hợp cần phải thoả mãn điều kiện : /pJ 〉 pJ , nghĩa là: δ + + + + +® / t p f i w ms ms j P P P P P P 〉 δ + + + + tp f i w ms j P P P P P ( IX- 45). δ j Là hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng của các chi tiết quay trong hệ thống truyền lực khi phanh có mở ly hợp . Muốn dùng phanh một cách hợp lý tức là có mở ly hợp hay không , phải chú ý đến các lực cản trong quá trình ôtô chuyển động như fP ; iP ; wP ; ®msP ; tmsP cũng như giá trị của lực phanh pP và hệ số δ /j ;δ j .
File đính kèm:
- giao_trinh_su_phanh_o_to.pdf