GIÁO TRÌNH CƠ KHÍ Ô TÔ: SỰ PHANH Ô TÔ ppt

   GIÁO TRÌNH CƠ KHÍ Ô TÔ 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 thiệ n 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 M P . Nhằm hãm bánh xe lại. Lúc đó ở bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến P P 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) M P - mô men phanh tác dụng lên bánh xe P P - lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường r h - 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: P pmaz = P ϕ = Z b . ϕ . (IX - 2) Ở đây: P pmaz - lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường; P ϕ - lực bám giữa bánh xe với mặt đường; Z b - 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 M jb tác dụng, mô men này cùng với chiều chuyển động của bánh xe; ngoài ra còn có mô men cản lăn M f 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 P po 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 hướ ng 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 Z b 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 lượ ng 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 h ầu 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 Z 1 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 P W 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.Z 1 - b.G - P j .h g =0 Z2 P 2P V P W G P J Z 1 PP 1 f P 2 f a b L trọng tâm A B h g Z 1 = 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 : Z 1 = 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: 2 1 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 tr ước 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 giả m 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 , củ a 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 bám ϕ 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 . Z 1 .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 = f 1 ( 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: [...]... quãng đường phanh S càng giảm 4.Lực phanh và lực phanh riêng Lực phanhvà lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh Chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất khi thử phanh ô tô trên bệ thử Lực phanh sinh ra ở bánh xe ô tô được xác định theo biểu thức : PP = MP rb (IX-22) Ở đây: PP- lực phanh của tô MP - mômen phanh của các cơ cấu phanh rb- bán kính làm việc trung bìnhcủa bánh xe Lực phanh riêng... đánh giá chất lượng phanh tô Khi phân tích các lực tác dụng lên tô, có thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh tô như sau: Pj= PP+ Pf +Pω +Pη ± Pi (IX-13) Ở đây: PJ - Lực quán tính sinh ra khi phanh tô; PP - Lực phanh sinh ra ở các bánh xe; Pf –lực cản lăn ; Pω –lực cản không khí; P η - lực để thắng tiêu hao cho ma sất cơ khí (ma sát ở ổ bi v.v .); Pi –lực cản lên dốc Khi phanh trên đường... phanh của tô, phụ thuộc vào hệ sốδi 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 3 3 Quãng đường phanh Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đành giá chất lượng phanh của tô, cũng vì vậy mà trong tính năng kỹ thuất của tô, các nhà máy chế tạo thường cho biết quãng đường phanh vủa tô ứng với vận tốc bắt đầu phanh. .. 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 P max = ϕ G (20) Với ϕ là hệ số bám Lực bám P ϕ của ô tô được xác định theo biểu thức sau: P ϕ = ϕ Z (21) Với Z là lực bám thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động Để cho bánh xe không bị trượt quay khi phanh ô tô thì: P P max ≤ P ϕ (22) Nếu xảy sự trượt quay không những... 37.5 V GIẢN ĐỒ PHANH VÀ CHỈ TIÊU PHANH THỰC TẾ NHỮNG CÔNG THỨC 1 Gia tốc chậm dần đều khi phanh Gia tốc chậm dần đều khi phanh là mộ trong nhữn chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh Khi phân tích các lực tác dụng lên tô, có thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh tô như sau: Pj= PP+ Pf +Pω +Pη ± Pi (IX-13) ở đây: PJ - Lực quán tính sinh ra khi phanh tô; PP - Lực phanh sinh ra... của ô tô M p2 1 2 0 Hình VI – 5 Đường đặc tính phanh lý tưởng của ô tô 1 - Đầy tải 2 – Không tải Mp1 Trên các xe hiện nay thường dùng dẫn động phanh thủy lực hoặc khí nén, quan hệ giữa mômen phanh sinh ra ở bánh xe và áp suất dẫn động phanh theo công thức: M p1 = k1 P1d đ (VI - 29) M p 2 = k 2 P2 d đ (VI - 30) Trong đó: P1d đ , P2 d đ - áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh trước và sơ cấu phanh. .. thì hệ thống vẫn có khả năng dừng tô - Tiến hành phân bố lực phanh hợp lý trên các cầu xe - Phanh chính và phanh phụ có hệ thống dẫn động độc lập và không ảnh hưởng cấu lẫn nhau Để phanh tô có hiệu quả cao, cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản của phanh như trên Sau đây là các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh thông dụng 1 Gia tốc chậm dần khi phanh Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu... thống này là hai pha, nó khác sự làm việc của hệ thống được xét ở trên Hiệu quả của ABS rõ thấy ở bảng sau: Kết quả thí nghiệm xe ô tô có ABS (mỗi bánh xe đều có cảm biến và bộ điều khiển) Loại đường Đường bê tôngkhô Đường bê tông ướt Tốc độ bắt đầu phanh v(m/s) 13.88 13.88 Có ABS Không có ABS Lợi về hiệu quả phanh% 10.6 18.7 13.1 23.7 19.1 21.1 Đường bê tôngkhô Đường bê tông ướt 27.77 27.77 41.1 62.5... dần của tô cao - Quá trình phanh phải êm dịu, sự thay đổi gia tốc phanh phải đều dặn, nhằm đáp ứng tính điều khiển, tính ổn định của tô trong mọi trạng thái hoạt động - Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng kể cả phanh chính (phanh chân) và phanh phụ (phanh tay) - Hiệu quả phanh ít thay đổi kể cả khi phanh liên tục nhiều lần - Có độ tin cậy cao, ngay cả trong trường hợp có một phần của hệ thống phanh hư... 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 P1 = k 1 P 1d ,d (15) M P 2 = k 2 P 2 d ,d (16) Trong đ ó : P 1d ,d , P 1d ,d - áp trong dẫn động phanh tương ứng với cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau; k 1 và k 2 - hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh .    GIÁO TRÌNH CƠ KHÍ Ô TÔ SỰ PHANH Ô TÔ SỰ PHANH Ô TÔ Trên ô tô có trang bị hệ thống phanh nhằm mục đích giảm. 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. 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