Nghiên cứu tính toán ổn định phanh
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 CHƯƠNG 1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE BUS SAMCO – BG4W 1.1 Bảng thông số kỹ thuật 1. ĐỘNG CƠ Động cơ Động cơ Diesel 4HK1 E2N, 4 kỳ, 4 xy lanh thẳng hàng, làm mát bằng nước, tăng áp, làm mát khí nạp, phun nhiên liệu trực tiếp. Dung tích công tác 5193 (cm 3 ) Tỉ số nén 17,5 : 1 Công suất tối đa 110/2600 (HP/rpm) Mô men xoắn tối đa 404/1500 – 2600 (Kg.m/rpm) Đường kính xy lanh và hành trình piston 115 x 125 (mm) 2 . THÔNG SỐ VỀ TÍNH NĂNG CHUYỂN ĐỘNG Tốc độ tối đa 112 (Km/h) Khả năng leo dốc cực đại (%) 31 Hộp số Hộp số cơ khí 6 số tiến, 1 số lùi Tỷ số truyền các tay số 5,979 : 3,434 : 1,862 : 1,297 : 1,000 : 0,759 Tỷ số truyền tay số lùi 5,701 3 . PHANH Phanh chính Tang trống/ tang trống Dẫn động phanh Thủy lực, trợ lực chân không Phanh tay Tang trống tác dụng lên trục thứ cấp của hộp số Dẫn động Cơ khí 3.THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC Chiều dài cơ sở L = 4715 (mm) ; a = 2738 (mm) ; b = 1437 (mm) Chiều dài đầu xe 1470 (mm) Chiều dài đuôi xe 2580 (mm) Kích thước xe: Dài x Rộng x Cao (L, B, H) 8225 x 2310 x 2920 (mm) 4.THÔNG SỐ VỀ TRỌNG LƯỢNG Trọng lượng không tải 5500 (kg) Trục trước 2295 (kg) Trục sau 3205 (kg) Trọng lượng hành khách 3000 (kg) Trọng lượng toàn tải 8500 (kg) Trục trước 2925 (kg) Trục sau 5575 (kg) Bán kính quay vòng tối thiểu 8750 (mm) Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước khi đầy tải 2738 (mm) Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau khi đầy tải 1437 (mm) GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 Số hành khách cho phép chở 50 ( 28 chỗ ngồi + 22 chỗ đứng ) Thông số lốp 8,25 – 16 1.2 Thông số tính toán phanh Trọng lượng tính toán: . 8500.9,81 83385( )G m g N = = = Hệ số chiều cao trọng tâm: 0,28 hg H χ = = Hệ số phân bố lực phanh lên cầu sau: 0,27 φ = Bán kính động học bánh xe: dyn r Thông số bánh xe: 8,25 – 16 8,25( ) 209,55( ) 16( ) 406,4( ) B inch mm d inch mm = = = = 0 0 0,65 0,65.209,55 136,2( ) 406,4 136,2 339,4( ) 2 2 . 0,94.339,4 319,036( ) b H H mm B d r H mm r r mm λ = ⇒ = = = + = + = ⇒ = = = Suy ra bán kính động học bánh xe: 0,32( ) dyn r m= Hệ số bám khi bắt đầu phanh: 1 0,8 XB µ = Hệ số bám cuối quá trình phanh: 2 0,2 XB µ = Mô men quán tính bánh xe: 2 1,3( . ) R J kg m = Hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau: 0,656 ψ = Góc lên dốc: 0 3,5 α = Xét tốc độ lúc bắt đầu phanh: 1 20( / )v m s= , 1 10( / )v m s= , 1 5( / )v m s= Gia tốc trọng trường: 2 9,81( / )g m s= GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC KHI PHANH 2.1Phanh bánh xe Nhìn vào hình vẽ ta có phương trình cân bằng mômen: 0 . 0 P b j p f M P r M M M= + − − = ∑ P f j p b M M M P r + − ⇒ = Trong đó : p P - Lực phanh xe p M - Mô men phanh f M - Mô men cản lăn j M - Mô men quán tính Khi xe dừng hẳn thì p P đạt cực đại, lúc đó 0 j f M M= = max max p p b M P r ⇒ = Để xe không bị trượt ta xét điều kiện an toàn, với lực bám .P G ϕ ϕ = Điều kiện phanh an toàn: max . p P P G ϕ ϕ ≤ = Với: ϕ - độ bám của mặt đường G - Trọng lượng của xe GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 2.2 Phương trình tính toán động lực học khi phanh Hình 1-1: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh Phương trình cân bằng động lực học của xe khi phanh: 0 P w f i j P P P P P P= + + + − = ∑ p j w f i P P P P P⇒ = − − − - Lực cản lên dốc ( i P ) .sin i P G α = - Lực cản gió ( w P ) 2 w P KFV= F - Tiết diện ngang của xe V - Tốc độ chuyển động của xe K - Hệ số cản gió - Lực cản lăn ( f P ) 1 2 1 2 . . f f f P P P Z f Z f= + = + ∑ ∑ 1 2 cosZ Z G α + = ∑ ∑ cos . f P G f α ⇒ = 1 2 , f f P P - Lực cản lăn ở bánh xe cầu trước và cầu sau 1 2 ,Z Z - Phản lực ở bánh xe cầu trước và cầu sau GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 f - Hệ số cản lăn α - Góc lên dốc - Lực quán tính ( j P ) . . . . j j j G P m j j g δ δ = = j - Gia tốc chuyển động của xe 2 1,05 0,05. j h i δ = + - Hệ số ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay g - Gia tốc trọng trường Vậy: 2 . . . . . .cos .sin p j G P j K F V G f G g δ α α = − − − 2.3 Lực phanh riêng ( p p ) Xét theo điều kiện phanh an toàn ta có lực phanh cực đại: max . p P G ϕ = Suy ra lực phanh riêng cực đại max max . p p P G p G G ϕ ϕ = = = 2.4 Gia tốc chậm dần khi phanh ( p j ) Trong quá trình phanh tốc độ giảm rất nhanh: 0 0 w V P≈ ⇒ ≈ Khi phanh xe dừng hẳn lực cản lăn: 0 f P = Lúc này lực phanh cực đại sẽ là: max max . . .sin p j p G P j G g δ α = − Xét điều kiện an toàn ta có: max . p P G ϕ = max sin . p j j g ϕ α δ + ⇒ = 2.5 Thời gian ngắn nhất khi phanh ( minp t ) Gia tốc cực đai khi phanh: 1 1 max min min max p p p p v v j t t j = ⇒ = Vậy ( ) 1 min . . sin j p v t g δ ϕ α = + trong đó 1 v là tốc độ xe bắt đầu phanh. 2.6 Quãng đường phanh ngắn nhất ( minp S ) Khi phanh xe chuyển động chậm dần nên ( ) 2 0 . 0,5. .S v v t a t= − − GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 2 min 1 min max min 1 . . . 2 p p p p S v t j t⇒ = − Vậy quãng đường phanh ngắn nhất: ( ) 2 1 min . 1 . 2 . sin j p v S g δ ϕ α = + 2.7 Giản đồ phanh Hình 1-2: Giản đồ phanh Thời gian phanh bao gồm: o t - Thời gian phản ứng của tài xế, 0 0,3 1t s= ÷ ' 1 t - Thời gian bắt đầu đạp phanh đến khi phanh có tác dụng, ' 1 0,1 0,5t s= ÷ '' 1 t - Thời gian phanh bắt đầu tăng từ max 0 p P→ , '' 1 0,2 1t s= ÷ ( ) 1 2 . . sin j v t g δ ϕ α = + - Thời gian xe bắt đầu giảm tốc đến khi dừng hẳn Suy ra tổng thời gian phanh: ' '' 0 1 1 2p t t t t t= + + + ∑ 2.7.1 Gia tốc phanh trung bình ( ptb j ) Để xác định gia tốc phanh trung bình, trên giản đồ phanh vẽ BC // Ot sao cho diện tích tứ giác ABCD bằng diện tích tứ giác EFKD: ABCD EFKD ABCD EFI IFKD S S S S S = = + (1) Trong đó: 1 2 .( ) ABCD ptb S j t t= + GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 '' max 1 .( / 2) EFI p S j t= max 2 . IFKD p S j t= Thay tất cả vào (1) ta được: '' 1 2 max 1 max 2 .( ) .( / 2) . ptb p p j t t j t j t+ = + ( ) '' max 1 2 1 2 0,5 p ptb j t t j t t + ⇒ = + Chọn '' 1 0,5( )t s= ; ' 1 0,3( )t s= và 2 minp t t= ta được: ( ) ( ) max min max min min min 0,5.0,5 0,25 0,5 0,3 0,8 p p p p ptb p p j t j t j t t + + ⇒ = = + + + 2.7.2 Quãng đường phanh tối thiểu ( ) ptt S m Quãng đường phanh tối thiểu được tính qua diện tích hình thang AB’F’D: ' ' min ' ' ' ' ' AB F D p AB F D AB F I IF D S S S S S = = + thay ' ' 1 1 ' 1 2 2 min . 1 . 2 AB F I IF D p S v t S v t t t = = = Ta tính được quãng đường phanh tối thiểu: min 1 1 1 min . 0,5 . p p S v t v t= + GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 2.8 Tính toán các thông số động học ở 6 tay số truyền ta có Bảng 1-1: Giá trị các thông số động học tính được ứng với 1 20( / )V m s= Tay số j δ ϕ 2 max ( / ) p j m s min ( ) p t s min ( ) p s m 2 ( / ) ptb j m s ( ) ptt s m 1 2,8374 0,8 2,977 6,718 67,187 2,759 83,187 2 1,6396 0,8 5,152 3,882 38,824 4,546 54,824 3 1,2234 0,8 6,904 2,897 28,967 5,877 44,967 4 1,1341 0,8 7,448 2,685 26,854 6,272 42,854 5 1,1 0,8 7,679 2,605 26,047 6,438 42,047 6 1,0788 0,8 7,829 2,555 25,545 6,546 41,545 Bảng 1-2: Giá trị các thông số động học tính được ứng với 1 10( / )V m s= Tay số j δ ϕ 2 max ( / ) p j m s min ( ) p t s min ( ) p s m 2 ( / ) ptb j m s ( ) ptt s m 1 2,8374 0,8 2,977 3,359 16,797 2,583 24,797 2 1,6396 0,8 5,152 1,941 9,706 4,118 17,706 3 1,2234 0,8 6,904 1,449 7,242 5,215 15,241 4 1,1341 0,8 7,448 1,343 6,714 5,536 14,714 5 1,1 0,8 7,679 1,303 6,512 5,670 14,512 6 1,0788 0,8 7,829 1,278 6,386 5,756 14,386 Bảng 1-3: Giá trị các thông số động học tính được ứng với 1 5( / )V m s= Tay số j δ ϕ 2 max ( / ) p j m s min ( ) p t s min ( ) p s m 2 ( / ) ptb j m s ( ) ptt s m 1 2,8374 0,8 2,977 1,680 4,199 2,316 8,199 2 1,6396 0,8 5,152 0,971 2,427 3,551 6,427 3 1,2234 0,8 6,904 0,725 1,811 4,413 5,811 4 1,1341 0,8 7,448 0,672 1,678 4,663 5,678 5 1,1 0,8 7,679 0,652 1,628 4,768 5,628 6 1,0788 0,8 7,829 0,639 1,597 4,836 5,597 Nhận xét: Sau khi tính toán các thông số đánh giá chất lượng hệ thống phanh, ta thấy các thông số tính được không đạt yêu cầu, có sai lệch rất lớn so với những số liệu thực tế. Nguyên nhân là những công thức tính toán này chỉ phụ thuộc vào vận tốc 1 v lúc bắt đầu phanh và hệ số bám ϕ giữa bánh xe với mặt đường chứ không phụ thuộc vào đặc tính của xe. Vì vậy, những chương tiếp sau đây chúng em sẽ đi sâu khảo sát các đặc tính của xe và độ bám của mặt đường để tính toán đánh giá chất lượng hệ thống phanh một cách chính xác hơn. GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 CHƯƠNG 3 SỰ HÃM CỨNG CỦA BÁNH XE KHI PHANH 3.1 Hãm cứng khi xe chuyển động thẳng Khi phanh xe sẽ xuất hiện lực quán tính F lệch với hướng chuyển động một góc α . '' .F m X= , lực này là hợp lực của 2 lực: Theo phương Ox: '' . cos x F m X α = Theo phương Oy: '' . sin y F m X α = Lực quán tính y F tạo ra các phản lực bên của bánh trước và bánh sau ( t S ), ( s S ) 3.1.1 Khi hãm cứng ở các bánh sau Hình vẽ 3-1: Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng Khi cầu sau bị hãm cứng thì các phản lực bên: 0 s S = , 0 t S ≠ và lực quán tính '' . sin 0 y F m X α = ≠ sẽ tạo ra các mômen có giá trị: . . Z y t M F a S a= = Lực mômen này sẽ làm quay đầu xe, với lực quay Z M như hình vẽ làm cho góc α tăng lên dẫn đến lực y F cũng tăng lên và làm cho giá trị Z M càng tăng, xe có khả năng quay ngang và nguy cơ lật đổ là khó tránh khỏi. Vì vậy, nếu các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh là trạng thái chuyển động không ổn định. GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 3.1.2 Khi hãm cứng ở các bánh trước Hình vẽ 3-2: Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng Khi cầu trước bị hãm cứng thì các phản lực bên: 0 t S = , 0 s S ≠ và lực quán tính '' . sin y F m X α = sẽ tạo ra các mômen có giá trị: . . Z y s M F b S b= = Lực mômen này sẽ làm quay đuôi xe, với lực quay Z M như hình vẽ làm cho góc α giảm xuống dẫn đến lực y F cũng giảm xuống và làm cho giá trị Z M giảm xuống, tức là nguyên nhân làm quay xe càng giảm xuống nên khi xe chuyển động thẳng cầu trước bị hãm cứng sẽ ít nguy hiểm hơn về ổn định hướng chuyển động. Tuy nhiên khi các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng, do các phản lực ngang tác dụng lên các bánh trước bằng không nên xe không còn điều khiển được thông qua hệ thống lái, tức là xe mất tính ổn định hướng. Bởi vậy ở trường hợp này xe cũng ở trạng thái chuyển động không ổn định. Kết luận: Khi phanh xe đang chạy trên đường thẳng, để xe chuyển động ổn định thì không được để các bánh xe cầu trước hoặc cầu sau bị hãm cứng. Do đó, điều kiện an toàn khi phanh là không xảy ra tình trạng hãm cứng. 3.2 Khi xe quay vòng 3.2.1 Cầu sau bị hãm cứng Gây mất ổn định hướng chuyển động Ta có thể khắc phục bằng cách: quay ngược vòng tay lái hoặc giảm bớt lực phanh ở cầu sau. GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải [...]... bản nhất - Áp dụng các kiến thức đã học tính toán các thông số động lực học khi phanh - Khảo sát tính ổn định phanh của xe chạy trên đường có hệ số bám ϕ thay đổi - Tính toán an toàn phanh theo ngôn ngữ lập trình đồ họa Labview - Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của ôtô khi phanh • Những nghiên cứu trong đề tài có ý nghĩa - Để đánh giá các đặc tính phanh của ôtô thì phải kết hợp cả công... Trường hợp phanh xe từ từ 5.2.1 Áp lực phanh ( Phyd ) Khi phanh xe từ từ trên đường, áp lực phanh của hệ thống phanh sẽ giảm từ từ theo quy luật: Phyd = Phydsr e − K pab t Trong đó: K pab - Hệ số giảm áp lực phanh (1/s) t - Thời gian giảm áp lực phanh (s) Phydsr = 1000( N / cm 2 - Áp lực phanh sơ sở Ngoài ra áp lực phanh của hệ thống phanh còn phụ thuộc vào điều kiện mặt đường và xe: - Trường hợp phanh. .. 0,5(s) Phanh xe với tốc độ v1 = 10(m / s ) , v1 = 5(m / s ) thì xe chuyển động với trạng thái ổn định, phanh an toàn Phanh xe với tốc độ v1 = 20(m / s ) thì bánh xe sẽ bị hãm cứng, phanh không an toàn GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 6 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 6.1 Đánh giá Ổn định phanh là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ thống phanh, ... rsl Trong đó: M rsl - Mô men phanh tổng hợp ( Nm ) 2 J R = m.rdyn - Mô men quán tính bánh xe ( kgm 2 ) rdyn - Bán kính động học bánh xe (m ) w= v1 - Tốc độ góc bánh xe khi phanh ( 1/ s ) rdyn v1 - Tốc độ xe bắt đầu khi phanh (m/s) Mặt khác mô men phanh tổng hợp khi phanh ( M rsl ) bằng hiệu số của mô men tác dụng lên bánh xe từ hệ thống phanh ( M b ) và mô men do phản lực phanh từ mặt đường ( M R ):... (ms ) Thời gian giảm áp lực phanh của hệ thống phanh là ∆tap = 72, 45(ms ) Để phanh xe an toàn: ∆tap ≥ t p 2 ⇒ 72,45 ≥ 4,53.v1 (ms) ⇒ v1 ≤ 72, 45 = 15,99(m / s ) = 57,56( km / h) 4,53 Suy ra tốc độ cần thiết khi phanh xe không bị hãm cứng là: v1 ≤ 57,56( km / h) Nhận xét: Khi phanh xe ở tốc độ: v1 = 10(m / s ) , v1 = 5(m / s ) thì xe chuyển động ổn định, phanh an toàn nhưng phanh xe ở tốc độ v1 = 20(m... Như vậy, khi tác dụng lực phanh ( ∆Pp ) càng lớn thì góc quay ( α ) mất ổn định càng lớn GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng SVTH: Đỗ Sĩ Hải & Chu Thành Khải 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4 CÁC THÔNG SỐ PHANH XE AN TOÀN 4.1 Mức độ hãm phanh của hệ thống phanh thủy lực ( Z ) Mức độ hãm phanh phụ thuộc vào áp suất phanh: Z = Phyd Bv* (1 − φ )G Trong đó: Bv* = Z1 G ( 1 − φ ) - Đặc trưng phanh cầu trước ( cm 2 )... như hệ thống phanh chống hãm cứng ABS Ngoài ra tính ổn định của xe khi phanh còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và khả năng xử lí của tài xế, để lái xe an toàn cần: - Phân bố tải trọng đều trên xe - Chạy xe với tốc độ cho phép - Khi phanh xe trên đường có hệ số bám cao sang đường có hệ số bám thấp tài xế cần phải giảm tốc độ và lực tác dụng lên bàn đạp phanh 6.2 Kết luận • Việc nghiên cứu đã giải quyết... gian giảm áp lực phanh của hệ thống phanh là ∆tap = 72, 45(ms ) Để phanh xe an toàn: ∆tap ≥ t p1 ⇒ 72, 45 ≥ 2,78.v1 (ms ) ⇒ v1 ≤ 72, 45 = 26,06( m / s) = 93,81( km / h) 2,78 Suy ra tốc độ cần thiết khi phanh xe không bị hãm cứng là: v1 ≤ 93,81( Km / h) Nhận xét: Khi phanh xe ở tốc độ v1 = 20(m / s ) , v1 = 10(m / s ) , v1 = 5(m / s ) thì xe chuyển động ổn định, phanh an toàn - Trường hợp phanh xe trên... của hệ thống phanh là t pdn = 183(ms ) Để phanh xe an toàn: t pdn ≥ t p1 ⇒ v1 ≤ 183 = 65,8(m / s ) 2,78 Tốc độ cần thiết khi phanh xe không bị hãm cứng là: v1 ≤ 65,8(m / s) Nhận xét: Khi t p max = 0,5(s) Vận tốc an toàn khi phanh xe là v1 ≤ 65,8 ( m / s ) Vì vậy, khi phanh ở vận tốc v1 = 20(m / s ) , v1 = 10(m / s ) , v1 = 5(m / s ) thì xe vẫn chuyển động ổn định, an toàn - Trường hợp phanh xe trên... 2.0, 28 − 0, 27 60,871 Nhận xét: Thực tế do phản xạ nên khi phanh đột ngột tài xế sẽ đạp phanh mạnh 2 với áp lực phanh lớn nhất Phyd = 544( N / cm ) Vì vậy, phanh đột ngột trên đường có hệ số bám thấp là rất nguy hiểm 5.1.2 Thời gian tác dụng của hệ thống phanh π t pdn ) 2 t p max Từ công thức áp lực phanh: phyd = phyd max sin( Phyd max -Áp lực phanh cực đại t p max -Thời gian đạt áp lực cực đại t p . tức là xe mất tính ổn định hướng. Bởi vậy ở trường hợp này xe cũng ở trạng thái chuyển động không ổn định. Kết luận: Khi phanh xe đang chạy trên đường thẳng, để xe chuyển động ổn định thì không. dừng hẳn Suy ra tổng thời gian phanh: ' '' 0 1 1 2p t t t t t= + + + ∑ 2.7.1 Gia tốc phanh trung bình ( ptb j ) Để xác định gia tốc phanh trung bình, trên giản đồ phanh vẽ BC //. lốp 8,25 – 16 1.2 Thông số tính toán phanh Trọng lượng tính toán: . 8500.9,81 83385( )G m g N = = = Hệ số chiều cao trọng tâm: 0,28 hg H χ = = Hệ số phân bố lực phanh lên cầu sau: 0,27 φ = Bán