Nghiên ứu sự suy giảm hiệu quả phanh khi phanh liên tụ trên dố dài

Các vùng giới hạn của các đường cong hệ số bám hiệu dụng Trang 24 Hình 1.12 Đồ thị giới hạn phạm vi phân bố của các đường quan hệ giữa hệ số lực phanh yt của xe kéo và áp suất pM trong đ

NGHIÊN CỨU SỰ SUY GIẢM HIỆU QUẢ PHANH KHI PHANH

LIÊN TỤC TRÊN DỐC DÀI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ QUỐC HƯNG

NGHIÊN CỨU SỰ SUY GIẢM HIỆU QUẢ PHANH KHI PHANH

LIÊN TỤC TRÊN DỐC DÀI

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực

MỤC LỤC

Trang

Danh mục các hình vẽ, đồ thị Trang 5

1.1 Giới thiệu chung về hệ thông phanh Trang 9

1.1.2 Phân tích đặc điểm và cấu tạo các loại phanh Trang 10

1.1.2.2 Phanh guốc hay còn gọi là phanh tang trống Trang 121.1.3 Các loại dẫn động phanh Trang 141.1.3.1 Dẫn động phanh thủy lực Trang 141.1.3.2 Dẫn động phanh khí nén Trang 161.1.3.3 Dẫn động phanh thủy khí Trang 17

1.2 Vật liệu sử dụng trong các loại cơ cấu phanh Trang 18

1.2.2 Các tính chất của vật liệu ma sát Trang 191.3 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh và các tiêu chuẩn Trang 211.3.1 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Trang 21

1.4 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số ma sát Trang 311.4.1 Sự nóng lên của cơ cấu phanh khi phanh liên tục Trang 311.4.2 Sự suy giảm hiệu quả phanh do nhiệt độ Trang 32

1.4.3 Hiện tượng mất phanh khi xuống dốc dài Trang 331.5 Vấn đề nghiên cứu của luận văn Trang 34

Chương 2 Phương pháp tính toán nhiệt phát sinh trong quá trình phanh Trang 36 2.1 Nhiệt sinh ra trong quá trình phanh Trang 36

2.1.2 Phanh liên tục trên dốc dài Trang 37 2.1.2.1 Trường hợp ngắt động cơ khi phanh Trang 372.1.2.2 Trường hợp phanh liên tục kết hợp với gài số Trang 402.2 Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ Trang 422.3 Sự suy giảm hiệu quả phanh do nhiệt độ Trang 432.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số ma sát Trang 432.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số truyền nhiệt Trang 452.3.3 Đánh giá mức suy giảm hiệu quả phanh Trang 462.4 Chương trình tính toán bằng matlab simulink Trang 47Chương 3: Tính toán khảo sát sự suy giảm hiệu quả phanh trên dốc dài Trang 483.1 Các số liệu tính toán Trang 48 3.2 Tính toán theo chế độ ử th “I” Trang 493.3 Tính toán trong các điều ki n v n hành kh c nghiệệ ậ ắ t, không gài s ố Trang 50 3.3.1 Kết qu tính toán chả o ô tô tải 16 tấn Trang 513.3.2 Kết quả tính toán cho ô tô khách 29 chỗ Trang 523.3.3 Kết quả tính toán cho ô tô khách 47 chỗ Trang 543.3.4 So sánh kết quả tính toán cho 3 ô tô Trang 573.4 Tính toán trong trường hợp phanh kết hợp với gài số Trang 583.5 Tính toán trong trường hợp vận tốc thấp Trang 61 3.6 Tính toán trong trường hợp chở quá tải Trang 62

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

- Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ trong một học vị nào

- Mọi sự giúp đỡ cho việc thuật hiện luận văn này đã được cảm ơn và thông tin trích dẫn trong luận văn điều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Lê Quốc Hưng

Bảng 3 ết quả tính toán cho xe khách 29 chỗ3 K Trang 54

Bảng 3 4 Kết quả tính toán cho xe khách 47 chỗ Trang 56

Bảng 3.5 So sánh kế t qu tính toán cho 3 xe ả Trang 57

Bảng 3.6 Kết quả tính toán khi phanh có động cơ các tay số 6, 5, 4, 3ở Trang 59Bảng 3.7 Kết quả tính toán vớ ộ ối đ d c 10%, quãng đư ng 5000m, tay số 4 ờ

Trang 60

Bảng 3.8 Kết quả tính toán cho một số trường hợp chở quá tải trọng thiết kế

Trang 62

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cơ cấu phanh đĩa kiểu khung cố định Trang 11Hình 1.2 Cơ cấu phanh đĩa kiểu khung bơi Trang 11Hình 1.3 Cơ cấu phanh kiểu “Simplex” Trang 13Hình 1.4 Cơ cấu phanh kiểu “Duplex” Trang 14Hình 1.5 Cơ cấu phanh kiểu “Duo-Duplex” Trang 14 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực Trang 15Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén Trang 16Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy khí Trang 18Hình 1.9 Các loại vật liệu sử dụng trong các loại cơ cấu phanh Trang 19Hình 1.10 Biểu đồ sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ Trang 20Hình 1.11 Các vùng giới hạn của các đường cong hệ số bám hiệu dụng Trang 24 Hình 1.12 Đồ thị giới hạn phạm vi phân bố của các đường quan hệ giữa hệ số lực phanh yt của xe kéo và áp suất pM trong đường điều khiển hệ thống phanh rơ móc

Hình 1.13 Nhiệt độ của các cơ cấu phanh khi phanh liên tục trên đường Trang 32 Hình 2.1 Sơ đồ các lực tác dụng theo phương dọc xe khi phanh trên đường dốc

Trang 37Hình 2.2 Đặc tính kéo ô tô tải Trang 41Hı̀nh 2.3 Sự phu ̣ thuô ̣c của hê ̣ số ma sát vào nhiê ̣t độ của một số loa ̣i vâ ̣t liê ̣u

Trang 42Hı̀nh 2.4 Sự phu ̣ thuô ̣c của hê ̣ số ma sát vào nhiê ̣t độ Trang 43Hình 2.5 Quy luật thay đổi hệ số ma sát theo nhiệt độ của một số vật liệu Trang 44Hình 2.6 Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ Trang 44Hình 2.7 Chương trình tính toán hiệu quả phanh còn lại bằng Matlab - Simulink

Trang 47Hình 3.1 Biến thiên nhi t đ cơ cệ ộ ấu phanh theo quãng đường Trang 49Hình 3.2 Biến thiên h s ma sát trong cơ c u phanh theo quãng đư ng ệ ố ấ ờ Trang 50

Hình 3.3 Biến thiên nhi t đệ ộ tang trống khi phanh trên các độ ố ừ d c t – 6 10%

Trang 51Hình 3 4 Kết qu tính toán nhi t độả ệ trên cơ c u phanh xe khách 29 chỗ ấ Trang 52Hình 3.5 Sự suy gi m h s ma sát theo quãng đư ng phanh ả ệ ố ờ Trang 53Hình 3.6 Sự suy giảm hệ ố s ma sát theo nhi t đ tang tr ng (i = 10%)ệ ộ ố Trang 53Hình 3.7 Kết qu tính toán nhi t độả ệ trên cơ c u phanh xe khách 47 chỗ ấ Trang 55Hình 3.8 Sự suy gi m h s ma sát theo quãng đư ng phanh ả ệ ố ờ Trang 55Hình 3.9 Sự suy gi m h s ả ệ ốma sát theo nhi t đ tang tr ng (i = 10%) ệ ộ ố Trang 56Hình 3.10 Nhiệ ột đ trên cơ c u phanh củấ a 3 xe v i đ d c c a đư ng tăng t 6-ớ ộ ố ủ ờ ừ 10%

7 Trang 5Hình 3.11 Bi n thiên nhiế ệ ột đ tang tr ng khi phanh mà không ngắ ộố t đ ng cơ

Trang 59Hình 3.12 Biến thiên nhiệt đ tang tr ng theo vậộ ố n tốc chuyển động: tay số 4,

Hình 3.13 Bi n thiên nhiế ệ ột đ tang tr ng trong trư ng hố ờ ợp ch ởquá tải 50%

Trang 61

LỜI NÓI ĐẨU

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển Ở nước ta xe ô tô cũng đang phát triển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng cao

Do mật độ ôtô tham gia trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao, ô tô tham gia giao thông ở nhiều loại đường và đại hình khác nhau cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết luôn phải quan tâm

Ở nước ta, số vụ tai nạn giao thông đang trong tình trạng báo động Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ÷ 70 % do con người gây ra 10 ÷ 15 % do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 ÷ 30% là do , đường sá quá xấu Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì theo thống kê cho thấy tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn (52 ÷ 75%) Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ Đặc biệt là mất phanh khi phanh liên tục trên đường dốc dài là tai nạn hiện nay tương đối phổ biến và xảy ra tương đối nhiều trong các vùng trong cả nước

Ðối với sinh viên ngành cơ khí ô tô việc khảo sát, nghiên cứu, tính toán về

hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh Từ đó tạo tiền đề cho việc khảo sát thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô Ðó là lý do em chọn đề tài Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tìm hiểu khảo sát, đánh giá sự suy giảm hiệu quả phanh khi phanh liên tục trên dốc dài theo các thông số như: Độ dốc của đường; Chiều dài của đoạn

đường; Vận tốc chuyển động Nhằm tìm giải pháp giúp người lái xe thực hiện lái

xe an toàn khi xe đang đi xuống đường dốc kéo dài và đưa ra một số giải pháp kỹ thuật, thông số kỹ thuật cảnh báo trong quá trình phanh trên đường dốc dài để nâng cao hiệu quả phanh khi xe chuyển động dốc dài liên tục

Em hy vọng đề tài này như là một tài liệu chung nhất để giúp người sử dụng

tự tìm hiểu kết cấu, nguyên lý làm việc cũng như cách khắc phục hiện tượng mất phanh khi điều khiển xe xuống dốc dài một cách tốt nhất để đảm bảo an toàn cho người và tài sản

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHANH

1.1.1 Chức năng, nhiệm vụ

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ chuyển động của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đó theo yêu cầu của người lái Ngoài ra hệ thống phanh còn giữ cho ô tô dừng ở ngang dốc trong thời gian lâu dài hoặc cố định xe trong thời gian dừng xe (phanh tay)

Đối với ô tô, máy kéo hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng vì nó đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở tốc độ cao hoặc dừng xe trong tình huống nguy

hiểm nhờ vậy mà nâng cao được năng suất vận chuyển, tăng được tính động lực

Trên ôtô thường có các hệ thống phanh sau: phanh chính, phanh dừng và phanh dự phòng

Phanh chính phải là một hệ thống hoàn chỉnh, độc lập với các hệ thống phanh khác Nó có nhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô đang chuyển động khi cần thiết Hệ thống phanh này được điều khiển bằng chân và thường được dẫn động bằng khí nén hoặc thuỷ lực

Phanh dừng có nhiệm vụ giữ cho ôtô ở trạng thái dừng trong thời gian dài, nó phải có khả năng giữ cho ôtô đỗ được trên độ dốc nhất định (tuỳ theo tiêu chuẩn quy định) Phanh dừng thường được dẫn động bằng cơ khí, điều khiển bằng tay

Phanh dự phòng có nhiệm vụ thay thế tạm thời cho phanh chính khi hệ thống phanh này bị sự cố trên đường Phanh dự phòng và phanh dừng có thể sử dụng chung một hệ thống

Ngoài ra trên một số loại ôtô thường có bố trí hệ thống phanh bổ trợ, có tác dụng giảm tốc độ ôtô ở các dốc dài mà không phải sử dụng tới phanh chính hoặc các phanh khác Hệ thống phanh này có thể là phanh thuỷ lực, bố trí ở trục thứ cấp

của hộp số hoặc phanh bằng động cơ với một van điều khiển đặt trên đường xả khí của động cơ

1.1.2 Phân tích đặc điểm và cấu tạo của các loại cơ cấu phanh

Trên các ô tô hiện đại sử dụng phổ biến 2 loại cơ cấu phanh: phanh tang trống (phanh guốc) và phanh đĩa Phanh guốc sử dụng chủ yếu trên các ôtô có tải trọng lớn: ôtô tải, ôtô chở khách và một số loại ôtô con Phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên ôtô con, đă ̣c biê ̣t là ở các cơ cấu phanh trước

1.1.2.1 Phanh đĩa

Cơ cấu phanh đĩa khung cố định thường được dùng trên các ô tô con loại lớn

và trên các ô tô thể thao vì nó có độ bền cao ( Hình 1.1) Nhược điểm của nó là nhạy cảm với nhiệt độ khi phanh trong thời gian dài

Cơ cấu phanh đĩa khung bơi được sử dụng phổ biến hơn do kết cấu gọn, thuận tiện cho việc lắp đặt trong không gian hẹp( Hình 1.2)

+ So với phanh tang trống, phanh đĩa có những ưu điểm sau:

- Có trọng lượng nhỏ;

- Khe hở giữa má phanh và trống phanh nhỏ (0,05 – 0,1 mm), nhờ đó cho phép tăng khá nhiều tỷ số truyền dẫn động phanh;

- Thoát nhiệt các bề mặt ma sát tốt;

- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh cân bằng;

- Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát

1.1.2.2 Phanh guốc (Phanh tang trống) hay còn gọi là phanh trống

Là loại phanh sử dụng má phanh áp vào mặt của guốc phanh mà khi tác động lực sẽ ép vào mặt trong của trống phanh, bộ phận thanh được liên kết với bánh xe Hầu hết guốc phanh của xe du lịch được cấu tạo bởi hai miếng ghép lại Độ cong của vành guốc phù hợp với mặt trong của trống phanh, bề mặt của vành guốc được gắn với má phanh Guốc phanh được chế tạo từ nhôm đúc, có trọng lượng nhẹ và tản nhiệt tốt Guốc phanh có nhiều hình dáng khác nhau, các kiểu đa dạng của guốc phanh được nhân dạng bằng số hiệu guốc được chỉ định bởi viện Tiêu chuẩn vật liệu ma sát (FMSI: Fricho n Materials Standards Institute) Thông thường guốc phanh được đặt hàng theo sự chế tạo, kiểu xe, năm sản xuất đối với từng loại xe riêng để đạt được sự chuẩn xác - Má phanh: Ở xe du lịch và xe tải nhẹ má phanh được gắn vào guốc phanh bằng một trong hai cách, dán keo hoặc tán rivê Còn đối với các xe tải hạng nặng má phanh được khoan lỗ để gắn bulong, cho phép việc

mặt trong trống phanh Má phanh thứ cấp luôn dài hơn má phanh sơ cấp, đôi khi má phanh được gắn ở vị trí cao hay thấp trên guốc để thay đổi đặc tính tự kích hoạt hay trợ động của guốc phanh -Mâm phanh: Được thiết kế, chế tạo để gắn cụm phanh, mâm phanh được gắn bằng bulong vào trục bánh sau hoặc khớp lái ở cầu trước, trên mâm phanh cũng có các lỗ, vấu lồi để gắn xilanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và cáp phanh tay - Lò xo phanh: Cụm phanh tang trống thông thường sử dụng hai lò

xo, một bộ kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, một bộ dùng để giữ guốc phanh tựa vào mâm phanh Các lò xo gắn thêm thường được dùng để vận hành cơ cấu tự điều chỉnh và chốnh trạng thái chùng lỏng của hệ thống phanh tay Lò xo trả về của guốc phanh có nhiệm vụ rất then chốt, đặc biệt ở loại phanh trợ động Trog khi nhả phanh

ra, các lò xo này sẽ kéo guốc phanh trở về và đẩy piston trở về trạng thái ban đầu

c)

Hình 1.3 Cơ cấu phanh kiểu

“Simplex”

Cơ cấu tạo lực ép:

a) cam; b) nêm; c) xi lanh thủy lực

Các bộ phận chı́nh:

1- mô men phanh; 2 lực xiết; 3- lực -

nhả; 4 chiều quay của guốc; 5 cơ - -

cấu tạo lực ép; 6 guốc xiết (chủ -

động); 7 guốc nhả (bị động); 8- -

chốt tựa của guốc

Có nhiều dạng cơ cấu phanh tang trống đang được sử dụng, tuy nhiên, có thể quy về các loại sau:

- Cơ cấu có một guốc xiết, loại “Simplex” (hình 1.3);

Cơ cấu có 2 guốc xiết, kiểu “Duplex” (hình 1.4) và “Duo-Duplex” (hình 1.5)

Trên các ô tô con, cơ cấu phanh tang trống ít khi được sử dụng và chủ yếu là loại

“Simplex” trên cầu sau

1.1.3 Các loại dẫn động phanh

1.1.3.1 Dẫn dộng phanh Thủy lực

Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực điển hình

sử dụng trên ôtô được thể hiện trên hình 1.6 Hiện nay, do yêu cầu về an toàn chuyển động ngày càng cao dẫn động phanh chính của ôtô thường có 2 dòng độc lập, nếu một trong 2 dòng có sự cố thì dòng còn lại phải đảm bảo được hiệu quả phanh nhất định

Hình 1.5 Cơ cấu phanh kiểu

“Duo-Duplex”

1- mô men phanh; 2 lực xiết; 3- -

các guốc phanh; 4- nêm

Hình 1.4 Cơ cấu phanh kiểu

“Duplex”

1- mô men phanh; 2 lực xiết; 3- -

chiều quay của guốc; 4- xi lanh

thủy lực; 5- chốt tựa của guốc;

6- guốc xiết.

Một trong những giải pháp tạo 2 dòng dẫn động độc lập là sử dụng xi lanh chính có 2 khoang công tác riêng biệt như thể hiện trên hình 1.6 : dòng thứ nhất bắt đầu từ khoang sau của xi lanh chính 3 theo đường ống 4 tới các xi lanh công tác 5

để điều khiển các cơ cấu phanh đĩa của các bánh xe cầu trước 6; dòng thứ hai đi từ khoang trước của xi lanh chính theo đường ống 7 qua bộ điều hoà lực phanh 8 tới các xi lanh công tác 9 điều khiển các cơ cấu phanh guốc của các bánh xe cầu sau

Dẫn động phanh hoạt động theo nguyên lý thuỷ tĩnh: xi lanh chính tiếp nhận

và biến đổi lực điều khiển của người lái thành áp suất chất lỏng truyền tới các xi lanh công tác tại các bánh xe Với nguyên lý hoạt động như vậy, toàn bộ năng lượng dùng để phanh ôtô đều do người lái sinh ra, nên nếu yêu cầu về lực phanh lớn thì người lái sẽ không đáp ứng được hoặc chóng mệt mỏi Vì vậy, dẫn động thuỷ lực chỉ sử dụng trên các ôtô con và ôtô tải loại nhỏ Để giảm nhẹ lực tác động của người lái, trong hệ thống dẫn động thường có bố trí bộ phận trợ lực bằng chân không 2

Ngoài ra, trong hệ thống còn có bộ điều hoà lực phanh nằm trên dòng dẫn động cầu sau Bộ điều hoà có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất chất lỏng trong dòng dẫn động phanh cầu sau sao cho lực phanh ở đây không vượt quá lực bám để tránh cho các bánh xe khỏi bị trượt lết trong mọi điều kiện phanh

Trên đây chỉ là một ví dụ điển hình, trong thực tế, dẫn động phanh thuỷ lực

có kết cấu và cách bố trí các phần tử rất đa dạng Cách chia dòng dẫn phanh cũng khác nhau tuỳ theo ôtô cụ thể

1.1.3.2 Dẫn động phanh Khí nén

Trên hình 1 thể hiện sơ đồ nguyên lý của hệ thống dẫn động phanh bằng 7 khí nén của ôtô tải có 3 cầu Hệ thống gồm có nguồn cung cấp khí nén, dẫn động phanh chính với 2 dòng độc lập và dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng

Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van an điều áp 2, qua bộ lọc tách nước 3, van an toàn kép 4 tới các bình chứa khí 5 và 6 Van an toàn kép 4 đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành 2 nguồn cung cấp khí độc lập cho 2 dòng dẫn động phanh Van bảo vệ 17 có nhiệm

vụ ngắt bình chứa kính 17 không cho thông với hệ thống nếu có sự cố lọt khí trên đường dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng

Dẫn động phanh chính gồm có 2 dòng độc lập với nhau Dòng dẫn động phanh cầu trước bắt đầu từ bình khí 6 đi qua ống dẫn 7, qua khoang trên của tổng van 11, qua van hạn chế áp suất 12 tới các bầu phanh 13 Dòng dẫn động phanh cầu sau đi từ bình khí 5 qua ống dẫn 8, qua khoang dưới của tổng van 11, qua bộ điều hoà lực phanh 14 tới các bầu phanh 15, 16 của cụm cầu sau

Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệ thống chung, gồm có các bình chứa khí 18, 19, van điều khiển 20, van gia tốc 21 và các bầu tích năng dạng lò xo 22, 23 bố trí tại các cầu sau của ôtô

Máy nén khí sử dụng trong các hệ thống dẫn động phanh trên các ôtô tải thường là máy nén dạng pít tông có 2 xi lanh Máy nén được thiết kế với năng suất sao cho có thể nạp nhanh tất cả các bình khí trên ôtô sau khi khởi động động cơ Trong khi ôtô hoạt động, nếu hệ thống đã được cung cấp đủ khí nén thì máy nén tạm thời ngừng cung cấp khí và chuyển sang làm việc ở chế độ không tải nhờ một van điều khiển tự động

Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm việc trong hệ thống trong phạm vi giới hạn nhất định

Bộ tách nước 3 có tác dụng tách hơi nước lẫn trong không khí và ngưng tụ lại thành nước rồi xả ra ngoài, tránh không cho hơi nước lọt vào các bộ phận của hệ thống phanh và làm gỉ chúng

1.1.3.3 Dẫn động phanh Thủy khí

Những phân tı́ch trên đây cho thấy, đối với ô tô có tải trọng lớn nên sử du ̣ng

hê ̣ thống dẫn đô ̣ng khı́ nén Tuy nhiên, xe lớn có chiều dài đường ống lớn làm tăng đáng kể đô ̣ châ ̣m tác du ̣ng và giảm hiê ̣u quả phanh Vı̀ vâ ̣y, trên các loa ̣i ô tô này thường sử du ̣ng hê ̣ thống dẫn đô ̣ng phanh liên hơ ̣p thuỷ lực – khı́ nén

Để khắc phục nhươ ̣c điểm và phát huy ưu điềm của từng loa ̣i dẫn động, hê ̣ thống phanh thuỷ khı́ được tổ chức như trên sơ đồ hı̀nh 1.8 Với cách bố trı́ này, người lái chı̉ cần tác động một lực rất nhỏ lên bàn đa ̣p để điều khiển tổng van khı́

Xi lanh thuỷ khı́ chuyển hoá áp suất khı́ nén thành áp suất thuỷ lực có giá tri ̣ lớn hơn nhiều lần để ta ̣o nên mô men phanh ta ̣i các bánh xe

Để giảm tối đa đô ̣ châ ̣m tác du ̣ng của hê ̣ thống, phần dẫn động khı́ nén được thiết kế sao cho chiều dài đường ống là ngắn nhất có thể

1.1.3.4 Dẫn động Điện

Hiện nay trên một số ô tô con hiện đại người ta sử dụng dẫn động phanh bằng điện Ưu điểm của hệ thống này là điều khiển nhẹ nhàng, tác động nhanh và dễ tích hợp với các hệ thống điều khiển trên xe tạo thành một hệ thống đồng bộ nâng cao tính an toàn

1.2 VẬT LIỆU MA SÁT SỬ DỤNG TRONG CÁC LOẠI CƠ CẤU PHANH Ô

TÔ

1.2.1 Thành phần vật liệu ma sát

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy khí 1- Bàn đạp phanh; 2 - tổng van khí; 3,4 xi lanh thủy khí; 5- - nguồn cấp khí nén; 6- bánh xe cầu trước; 7- bánh xe cầu giữa; 8- bánh xe cầu sau

− Có khả năng chống mài mòn cao;

− Có hệ số ma sát cao và ổn định;

− Chịu được nhiệt độ cao

Các thành phần chính cấu thành vật liệu ma sát và tỷ lệ của chúng được mô

tả trên các biểu đồ hình 1.9

Chất làm đầy 34%

Cốt sơ 27%

Cốt sơ 10%

Chất bôi trơn 29%

Chất mài mòn 6%

Chất kết dính 40%

Thành phần vật liệu má phanh 1 Thành phần vật liệu má phanh 3

Chất làm đầy 70%

Cốt sơ 35%

Chất bôi trơn 5%

Chất kết dính 20%

Thành phần vật liệu má phanh 2 Thành phần vật liệu má phanh 4

Hình 91 Các loại vật liệu sử dụng trong các loại cơ cấu phanh

Có thể nhận thấy rằng, các má phanh có thể được hình thành từ các vật liệu

cơ sở khác nhau và tỷ lệ pha trộn chúng cũng khác nhau tùy theo trường hợp nhằm đạt được các tính chất đáp ứng các yêu cầu cụ thể

1.2.2 Các tính chất của của vật liệu ma sát

Các loại vật liệu ma sát đều có hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ Tuy nhiên, quy luật biến thiên hệ số ma sát theo nhiệt độ của các loại vật liệu khác nhau không giống nhau Một ví dụ của sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ được thể hiện trên hình 1.10

Từ biểu đồ 1.10 ta thấy sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ, khi nhiệt

độ của vật liệu ma sát tăng từ 50 °C đến khoảng 200 °C thì hệ số ma sát cũng tăng theo làm tăng hiệu quả phanh tuy nhiên khi nhiệt độ tiếp tục tăng cao hơn 200 °C thì hệ số ma sát sẽ giảm mạnh nếu nhiệt độ tiếp tục tăng cao hơn nữa thì có thể dẫn đến mất hệ số ma sát có thể bằng không thì sẽ gấy nên hiện tượng mất phanh

Quy luật biến thiên hệ số ma sát trên hình 1.10 được coi là đặc trưng cho các loại vật liệu ma sát nói chung Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cho thấy các loại

Hình 1.10 Biểu đồ sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ

Ngoài sự phụ thuộc vào nhiệt độ, hệ số ma sát còn phụ thuộc vào nhiều yếu

tố khác như vận tốc trượt, độ ẩm, … Tuy nhiên, luận văn xác định phạm vi nghiên cứu là ảnh hưởng của nhiệt độ, nên không phân tích các yếu tố ảnh hưởng khác

1.3 CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HỆU QUẢ PHANH VÀ CÁC TIÊU CHUẨN

Để đánh giá hê ̣ thống phanh người ta sử du ̣ng 4 chı̉ tiêu về hiê ̣u quả phanh

Có bốn chỉ tiêu chính thức được dùng để đánh giá hiệu quả phanh:

- Gia tốc chậm dần khi phanh

- Thời gian phanh

- Quãng đường phanh

- Lực phanh hoặc lực phanh riêng

Các tiêu chuẩn đă ̣t ra ngưỡng giới ha ̣n đối với các chı̉ tiêu và tiêu chı́ trên Theo ECE R13, yêu cầu khắt khe được đặt ra đối với tỷ lệ phân bố lực phanh trên các cầu nhằm đạt được độ ổn định cao nhất khi phanh (tránh hiện tượng trượt lết các bánh xe do phân bố trọng lượng thay đổi trong quá trình phanh)

Cơ sở lý thuyết để hình thành các quy định theo ECE R13 là phương trình chuyển động của ôtô khi phanh:

=

dt

dSkFfGTdt

Sd

g

G

a a

trong đó: δ'- hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay; ΣT- tổng các lực phanh tại các bánh xe; f hệ số cản lăn; S- - quãng đường xe chạy; k- hệ số cản không khí; F- diện tích cản chính diện của ôtô

Khi phanh có ngắt động cơ hệ số ảnh hưởng của các khối lượng quay có thể coi bằng 1 (δ' = 1,02 - 1,04)

Để đánh giá hiệu quả phanh ôtô người ta sử dụng hệ số lực phanh γT:

TΣ

=

Trong khi tính toán xác định gia tốc chậm dần và quãng đường phanh, người

ta có thể bỏ qua lực cản không khí

Như vậy, phương trình 1.1 có dạng:

fdt

Sdg

Để đánh giá mức độ sử dụng khả năng bám tại các bánh xe khi phanh người

ta đưa ra khái niệm hệ số bám hiệu dụng ϕi:

Với sự phân bố lực phanh lý tưởng ta có được gia tốc cực đại:

Trong trường hợp các hệ số bám hiệu dụng tại các cầu không bằng nhau, ta

có biểu thức sau:

a

n n

a

GG

GG

T (ϕ1 1 ϕ2 2 ϕ )

gG

GG

Gg

a

a

n n T

)(ϕ1 1 ϕ2 2 ϕ

Khi phanh tới giới hạn trượt tại một cầu nào đó trong khi tại cầu khác không

sử dụng hết khả năng bám thì hệ số bám hiệu dụng sẽ nhỏ hơn hệ số bám, còn gia tốc phanh sẽ nhỏ hơn gia tốc đạt được trong trường hợp phân bố lực phanh là lý tưởng

Việc phanh lết các bánh xe làm cho lốp bị mòn nhanh chóng và không đảm bảo an toàn Khi phanh lết sự trượt giữa lốp và đường tăng lên, hệ số bám giảm làm ôtô mất ổn định và mất khả năng điều khiển

Hiện nay vấn đề về hiệu quả phanh và phân bố lực phanh giữa các cầu sao cho đảm bảo ổn định chuyển động ôtô khi phanh đang nhận được sự quan tâm ngày càng lớn

Theo quy định N013, tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505, các ôtô loại N3 không trang bị hệ thống chống hãm cững bánh xe ABS cần đáp ứng các yêu cầu sau:

− Đối với ϕ= 0,2 0,8 cần đạt được: - γT ≥0,1+0,85(ϕ−0,2);

− Đối với mọi chế độ tải trọng đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu trước phải nằm trên đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau với mọi giá trị của

30,015

08,0

2 Tính toán cho hệ thống phanh thực với các thông số đã được chọn theo kết quả tính toán của giai đoạn 1 có kể đến việc sử dụng các cụm, các thiết bị tiêu chuẩn với điều kiện tỷ lệ giữa mô men phanh cầu trước và mô men phanh cầu sau là không đổi Kết quả tính toán được đối chiếu với tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505 và xác định nhu cầu cần sử dụng bộ điều hoà lực phanh

3 Tính toán cho hệ thống phanh thực có sử dụng bộ điều hoà lực phanh có khả năng thay đổi một cách tự động tỷ lệ mô men phanh cầu trước và cầu sau Dựa trên các kết quả tính toán này người ta điều chỉnh lại các thông số của dẫn động phanh và xác định mức độ đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn

Hình 1.11 thể hiện các đường giới hạn theo tiêu chuẩn:

1- đường lý tưởng ϕ = γT;

2- đường ranh giới giới hạn các giá trị nhỏ nhất của hệ số lực phanh:

85,0

07,0+

02,0

−

=γT

ϕ

Đối với các ôtô được thiết kế để có thể kéo moóc và các đầu kéo có sử dụng

hệ thống phanh dẫn động khí nén, quan hệ cho phép giữa hệ số lực phanh và áp suất

pM trong đường ống, đo tại đầu nối sang rơ moóc cần phải nằm trong các miền thể hiện trên hình 1.12

Hình 1.12- Đồ thị giới hạn phạm vi phân bố của các đường quan hệ giữa hệ số lực

phanh γT của xe kéo và áp suất pM trong đường điều khiển hệ thống phanh rơ moóc

và bán moóc: I- đầy tải; II- không tải

Trong khi khảo sát, đánh giá chấp nhận một số giả thiết sau:

− áp suất khí nén trong dẫn động phanh tại cửa vào của các bộ điều hoà lực phanh là bằng nhau vào thời điểm phanh;

− ma sát giữa các lá nhíp và đặc tính của hệ thống treo không gây ảnh hưởng lớn tới quá trình phanh

1.3.2 Các tiêu chuẩn khác

Tại Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường được quy định tại tiêu chuẩn 22 TCN 224 2001: “Tiêu chuẩn an toàn kỹ -thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện cơ giới đường bộ” do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải Việt Nam ban hành ngày 05/12/2001 Tiêu chuẩn này quy định thử xe ở chế độ không tải, trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng bằng phẳng và khô, được đánh giá bằng một trong hai chỉ tiêu: SP hoặc JPmax, hệ số bám

ϕ không nhỏ hơn 0,6 Vận tốc bắt đầu phanh là 30[Km/h] hay là 8,33[m/s]

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác định kỳ trên đường ở

đến 09 chỗ (kể cả người lái) Không lớn hơn 7,2 Không nhỏ hơn 5,8Ôtô tải có trọng lượng toàn bộ

không lớn hơn 8000KG, ôtô khách

trên 09 chỗ (kể cả người lái) có tổng

chiều dài không lớn hơn 7,5m

Không lớn hơn 9,5 Không nhỏ hơn 5,0

Ôtô tải hoặc đoàn ôtô có trọng

lượng toàn bộ lớn hơn 8000KG, ôtô

khách trên 09 chỗ (kể cả người lái) Không lớn hơn 11 Không nhỏ hơn 4,2

Tiêu chuẩn trình bày ở bảng 1-1 trên được cho ứng với chế độ thử: Ô tô không tải, chạy trên đường nhựa khô, nằm ngang Vận tốc bắt đầu phanh là 30 [ Km/h ] ( 8,33 [ m/s ] )

Do yêu cầu về ố t c đ ô tô ngày càng tăng, cho nên có xu hư ng tăng vộ ớ ận tốc thử phanh đ cho phép lưu hành trên đư ng Tuy vậy thể ờ ử phanh t c đ ở ố ộ cao là rất nguy hiểm, nhất là trong đi u kiề ện chưa cho phép có nh ng bãi thử ữ chuyên dùng Vì

thế ở nư c ta vẫn đang áp dụng tốc độ ử ớ th phanh là 30 [ Km/h ]

S ố liệu cho ở ảng 1 1 chỉ ử ụ b - s d ng đ kiểể m tra phanh định kỳ nhằm cho phép ô tô lưu hành trên đường đ m b o an toàn chuyểể đả ả n đ ng Đ i vớộ ố i các cơ s ởnghiên cứu hay thiế ết k ch t o thì c n áp dế ạ ầ ụng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn

Bảng 1.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính Tiêu chuẩn (

của Nga )

Stt Chủng loại ô tô Tốc độ

trước khi phanh

Vo

[Km/h]

Lực tác dụng lên bàn đạp

Pbđ [ N ]( ) ≤

Dạng thử

Quãng đường phanh

Sp [ m ] ( ) ≤

Gia tốc chậm dần

ổn đ nh ị

Jp [ m/g ]( ) ≥

7,0 5,4 5,0

7,0 5,3 4,9

6,0 4,5 4,1

4 Ô tô t i vả ới trọng O 44,8 5,5

4,1 3,8

5,5 4,0 3,7

5,5 4,0 3,6

5,5 4,0 3,7

5,5 3,9 3,6

Bảng 1.3: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ ( tiêu chuẩn

Nga )

Stt Chủng loại ô tô Tốc độ

trước khi thử

Vo

[Km/h]

Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ[ N ]

( ) ≤

Quãng đường phanh

Sp [ m ] ( ) ≤

Gia tốc chậm dần

ổn đ nh ị

Jp [ m/s2 ] ( ) ≥Tay đòn Bàn đạp

Thử " I ": Đ xác đ nh hiệu quả ủể ị c a hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh đã làm việc nóng lên D ng thửạ này bao gồm hai giai đoạn:

Thử sơ bộ: Đ cho các cơ cấu phanh nóng lên ể

Thử " II ": Đ xác đ nh hiể ị ệu quả phanh chính, khi ô tô, máy kéo chuyển đ ng ộxuống dốc dài

Khi phanh bằng phanh dự ữ tr hoặc b ng các hằ ệ thống phanh khác thực hiện các chức năng của nó, gia t c chố ậm dần lớn nhấ ần phả ạt c i đ t 3 [ m/s2 ] đối với ô tô khách và 2,8 [ m/s2] đối với ô tô tải

Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh được đánh giá bằng tổng lực phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó có thể tạo ra Khi thử (theo cả hai chiều: đầu xe hướng xuống dốc và ngược lại - quay lên dốc) phanh dừng cần phải giữ được ô tô máy kéo chở đầy tải và động cơ tách ra khỏi hệ thống truyền lực, đứng - yên trên dốc có độ nghiêng không nhỏ hơn 25%

H ệ thống phanh chậm dần cần phả ải đ m bảo cho ô tô máy kéo, khi chuyển -

động xu ng các d c dài 6 [ Km ], độ ốố ố d c 7 %, t c đ không vư t quá 30±2 [ Km/h ] ố ộ ợ( 8,33 0,6 [ m/s ]), mà không c± ần sử dụng các hệ thống phanh khác Khi phanh bằng phanh này, gia tốc của ô tô, máy kéo thư ng đ t khoảng 0,6÷2,0 [ m/sờ ạ 2]

Để quá trình phanh đư c êm d u và đ ngư i lái c m giác, đi u khi n đư c đúng ợ ị ể ờ ả ề ể ợ

cường đ phanh, d n đ ng phanh phộ ẫ ộ ải có cơ cấu đ m b o t l thu n gi a lực tác ả ả ỷ ệ ậ ữ

dụng lên bàn đ p hoặạ c đòn đi u khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thời ềkhông có hiện tư ng t si t khi phanh ợ ự ế

Mô ̣t trong những hê ̣ tiêu chuẩn đươ ̣c áp dụng rô ̣ng rãi trên thế giới hiê ̣n nay là tiêu chuẩn Châu Âu (ECE) Đối với hê ̣ thống phanh, tiêu chuẩn ECE R13 quy

đi ̣nh hiê ̣u quả phanh được đánh giá bằng phương pháp thử nghiê ̣m trên đường với 2 chỉ tiêu là quãng đường phanh và gia tốc phanh cực đại jmax phải đáp ứng các các quy định theo bảng 11.1

Bảng 1.4 Hiệu quả phanh đối với hê ̣ thống phanh chính và phanh dự phòng (Xác đi ̣nh bằng thử nghiê ̣m trên đường với động cơ bi ̣ ngắt ra khỏi hệ thống truyền lực)

Loại xe M1 M2 M3 N1 N2 N3

Đánh giá ở chế độ thử nóng

Vận tốc ban đầu V (km/h) 80 60 80 60Quãng đường S (m), không quá 0,1V+V2/15

hơn (Hê ̣ thống phanh chính)

Gia tốc jmax (m/s2), không nhỏ

hơn (Hê ̣ thống phanh dự phòng)

1.4 SỰ Ả NH HƯ NG CỦA NHIỆ Ở T Đ T I HỆ S Ộ Ớ Ố MA SÁT.

1.4.1 Sự nóng lên của cơ cấu phanh khi phanh liên tục

Theo tài liệu The Automotive Chassis Volume 2 ( trang 244) [2], khi phanh liên tục nhiệt đ c a cơ c u phanh có thểộ ủ ấ tăng lên r t cao tới hơn 800ấ 0 C (hình 1.12)

Khi nhiệ ột đ tăng cao như v y thì hậ ệ ố s ma sát s giảm mạẽ nh làm giảm hiệu

qu phanhả Hiện tư ng này rất nguy hiợ ểm, vì khi hệ ố s ma sát giảm xuống quá thấp

s dẽ ẫn đ n hiệế n tư ng mất hoàn toàn khả năng phanh ợ

Ngoài ra nhiệ ột đ quá cao trong cơ c u phanh có ấ ảnh hư ng lớ ới các chi ở n ttiết và hoạt động c a nó.ủ