Nghiên cứu tính ổn định của ô tô khi phanh trên đường vòng

Nghiên cứu, tính ổn định của ôtô, khi phanh trên đường vòng

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 (cm3)

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

2 THÔNG SỐ VỀ TÍNH NĂNG CHUYỂN ĐỘNG

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

Chiều dài đuôi xe 2580 (mm)

Kích thước xe: Dài x Rộng x Cao

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)

Số hành khách cho phép chở 50 ( 28 chỗ ngồi + 22 chỗ đứng )

1.2 Thông số tính toán phanh

Suy ra bán kính động học bánh xe: r dyn =0,32( )m

Hệ số bám khi bắt đầu phanh: µXB1=0,8

Hệ số bám cuối quá trình phanh: µXB2 =0, 2

Mô men quán tính bánh xe: J R =1,3( )kg m2

Hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau: ψ =0,656

Góc lên dốc: α =3,50

Xét tốc độ lúc bắt đầu phanh:v1=20( / )m s , v1=10( / )m s , v1 =5( / )m s

Gia tốc trọng trường: g=9,81( / )m s2

CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC KHI PHANH 2.1 Phanh bánh xe

Nhìn vào hình vẽ ta có phương trình cân bằng mômen:

M - Mô men phanh f

M - Mô men cản lăn j

M - Mô men quán tính

Khi xe dừng hẳn thì P đạt cực đại, lúc đó p M j =M f =0

max max

p p

b

M P

r

Để xe không bị trượt ta xét điều kiện an toàn, với lực bám Pϕ =G.ϕ

Điều kiện phanh an toàn: P pmax ≤Pϕ =G.ϕ

Với: ϕ- độ bám của mặt đường

G - Trọng lượng của xe

2.2 Phương trình tính toán động lực học khi phanh

Hình 1-1: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanhPhương trình cân bằng động lực học của xe khi phanh:

Xét theo điều kiện phanh an toàn ta có lực phanh cực đại: P pmax =G.ϕ

Suy ra lực phanh riêng cực đại p pmax P pmax G.

= = =

2.4 Gia tốc chậm dần khi phanh ( j ) p

Trong quá trình phanh tốc độ giảm rất nhanh: V ≈ ⇒0 P w ≈0

Khi phanh xe dừng hẳn lực cản lăn: P f =0

Lúc này lực phanh cực đại sẽ là:P pmax G .j j pmax G.sin

2.5 Thời gian ngắn nhất khi phanh (t pmin)

Gia tốc cực đai khi phanh: max 1 min 1

j p

v t

g

δ

=

+ trong đó v1 là tốc độ xe bắt đầu phanh

2.6 Quãng đường phanh ngắn nhất (S pmin)

Khi phanh xe chuyển động chậm dần nên ( ) 2

0 0,5

2 min 1 min max min

.1

2 sin

j p

v S

j v t

2.7.1 Gia tốc phanh trung bình ( j ) ptb

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:

2.7.2 Quãng đường phanh tối thiểu S ptt( )m

Quãng đường phanh tối thiểu được tính qua diện tích hình thang AB’F’D:

AB F I

IF D p

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 V1=20( / )m s

Theo phương Ox:F x =m X ''cosα

Theo phương Oy: F y =m X ''sinα

Lực quán tính F y tạo ra các phản lực bên của bánh trước và bánh sau (S t), (S s)

3.1.1 Khi hãm cứng ở các bánh sau

Hình vẽ 3-1: Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứngKhi cầu sau bị hãm cứng thì các phản lực bên:S s =0, S t ≠0 và lực quán tính

''

sin 0

y

F =m X α ≠ sẽ tạo ra các mômen có giá trị:M Z =F a S a y = t

Lực mômen này sẽ làm quay đầu xe, với lực quay M Z như hình vẽ làm cho góc

α tăng lên dẫn đến lực F cũng tăng lên và làm cho giá trị y M Zcàng 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

3.1.2 Khi hãm cứng ở các bánh trước

Hình vẽ 3-2: Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứngKhi cầu trước bị hãm cứng thì các phản lực bên: S t =0, S s ≠0 và lực quán tính

''

sin

y

F =m X α sẽ tạo ra các mômen có giá trị: M Z =F b S b y = s

Lực mômen này sẽ làm quay đuôi xe, với lực quay M Z như hình vẽ làm cho góc

α giảm xuống dẫn đến lực F y cũng giảm xuống và làm cho giá trị M Z 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 khiphanh 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

3.2.2 Cầu trước bị hãm cứng

Xe chuyển động theo hướng mở rộng bán kính quay vòng

Bánh xe trước không còn tiếp nhận được phản lực ngang S t(bánh xe mất tínhbám) để điều chỉnh hướng chuyển động nên xe bị mất đi tính điều khiển

3.2.3 Hai cầu đồng thời bị hãm cứng

Không gây ra phản lực bên phụ

Ô tô có thể tiếp tục chuyển động theo quỹ đạo

Khi có xuất hiện lực bên phụ sẽ làm cho xe chuyển động quay vòng

Do đó khi chạy xe trên đường ô tô cần trang bị hệ thống điều hòa lực phanhnhằm giảm hiện tượng hãm cứng bánh xe và phân phối lực phanh hợp lý như hệ thốngphanh chống hãm cứng ABS

3.3 Góc lệch hướng khi phanh xe

Hình 3-3: Góc lệch hướng khi phanh xeKhi phanh ô tô thường bị lệch so với hướng chuyển động (Vur

) một góc α gọi làgóc lệch hướng khi phanh

Ta có phương trình cân bằng mô men đối với trọng tâm (T)

B P M

Mô men của các phản lực ngang đối với trọng tâm T: M Sy =S a S b1 + 2

Mô men quán tính xe M IZ do I Z tạo ra:

2 2

α = ∆ −

Như vậy, khi tác dụng lực phanh (∆P p) càng lớn thì góc quay (α) mất ổn định cànglớn

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:

*

(1 )

v hyd

4.2 Thời gian giảm tốc khi phanh xe an toàn

Khi phanh, tốc độ xe sẽ giảm dần cho đến khi bánh xe dừng hẳn mà không bịtrượt là tốt và an toàn nhất Nếu xe tiếp tục trượt đó là hiện tượng bánh xe bị hãm cứngkhi phanh

Thời gian cần thiết khi phanh được tính từ phương trình cơ học:

r

= - Tốc độ góc bánh xe khi phanh (1/ s)

1

v - 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 mentác dụng lên bánh xe từ hệ thống phanh (M b) và mô men do phản lực phanh từ mặtđường (M R): M rsl =M b−M R

XB dyn

XB

J v t

- Trường hợp phanh xe trên đường có hệ số bám cao (µXB1=0,8)

Thời gian giảm tốc:

Thay các thông số vào ta có:

Hình 4-2: Đồ thị thời gian phanh ở đường có hệ số bám (µXB1 =0,8)

- Trường hợp phanh xe trên đường có hệ số bám thấp (µXB2 =0, 2)

Thời gian giảm tốc :

XB dyn

XB

J v t

CHƯƠNG 5 CÁC TRƯỜNG HỢP PHANH XE TRÊN ĐƯỜNG 5.1 Trường hợp phanh xe đột ngột

Nhận xét: Thực tế do phản xạ nên khi phanh đột ngột tài xế sẽ đạp phanh mạnh

với áp lực phanh lớn nhất P hyd =544( /N cm2) 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

Từ công thức áp lực phanh: max

max

2

pdn hyd hyd

Ta chọn: Áp lực phanh cực đại P hydmax =1000( /N cm2)

Thời gian đạt áp lực cực đại t pmax =0,5(s)

- Trường hợp phanh xe trên đường có hệ số bám cao (µXB1=0,8)

Hình 5-1: Đồ thị thời gian phanh xe phụ thuộc áp lực phanh

5.1.5 Tốc độ v an toàn khi phanh đột ngột1

Điều kiện để phanh xe an toàn là: Thời gian tác dụng của hệ thống phanh phải luôn luôn lớn hơn thời gian giảm tốc của xe (thời gian từ khi xe giảm tốc độ đến khi xedừng hẳn).tpdn ≥ tp

Từ công thức tính thời gian giảm tốc (t p) theo tốc độ bắt đầu phanh (v1) và mức

- Trường hợp phanh xe trên đường có hệ số bám cao (µXB1=0,8)

Ta có được thời gian giảm tốc của xe là:t p1=2,78 (v ms1 )

Thời gian tác dụng của hệ thống phanh là t pdn =183(ms)

Để phanh xe an toàn: 1 1

183

65,8( / )2,78

v = m s ,v1=10( / )m s ,v1=5( / )m s thì xe vẫn chuyển động ổn định,an toàn

- Trường hợp phanh xe trên đường có hệ số bám thấp (µXB2 =0, 2)

Ta có được thời gian giảm tốc của xe là: t p2 =4,53 (v ms1 )

Thời gian tác dụng của hệ thống phanh là: t pdn =32,5(ms)

Để phanh xe an toàn: t pdn ≥t p2 ⇒32,5 4,53 ( )≥ v ms1

1

32,5

7,17( / ) 25,8( / )4,53

Tốc độ cần thiết khi phanh xe không bị hãm cứng là: v1≤25,8(km h/ )

Nhận xét: Khi t pmax =0,5(s)

Vận tốc an toàn khi phanh xe là v1 ≤ 7,17(m s/ ) .Vì vậy, xe phanh an toàn ở vận tốc

5.2.2 Thời gian giảm áp lực phanh của hệ thống phanh (∆t ap)

Khi phanh xe trên đường đủ bám sang đường không đủ bám, đường trơn ta phảigiảm áp lực phanh từ từ:

Áp lực phanh được giảm từ từ tính theo:

.

. K pab t

P = P e−

P - Áp lực cuối khi phanh ( bar); (N cm/ 2)

Ta có thời gian giảm áp lực phanh:

1 2

P K

Hình 5-3: Đồ thị thời gian giảm áp lực phanh

5.2.3 Tốc độ xe an toàn khi phanh (v )1

Từ công thức tính thời gian giảm tốc (t p) theo tốc độ bắt đầu phanh (v1) và múc độhãm phanh (Z):

- Trường hợp phanh xe trên đường có hệ số bám cao (µXB1=0,8)

Ta có được thời gian giảm tốc của xe là: t p1 =2,78 (v ms1 )

Thời gian giảm áp lực phanh của hệ thống phanh là ∆ =t ap 72,45(ms)

Để phanh xe an toàn: ∆ ≥t ap t p1⇒72, 45 2,78 (≥ v ms1 )

1

72,45

26,06( / ) 93,81( / )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 xechuyển động ổn định, phanh an toàn

- Trường hợp phanh xe trên đường có hệ số bám thấp (µXB2 =0, 2)

Ta có được thời gian giảm tốc của xe là: t p2 =4,53 (v ms1 )

Thời gian giảm áp lực phanh của hệ thống phanh là ∆ =t ap 72, 45(ms)

Để phanh xe an toàn: ∆ ≥t ap t p2 ⇒72,45 4,53 (≥ v ms1 )

1

72, 45

15,99( / ) 57,56( / )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 s thì bánh xe sẽ bị hãm cứng,

phanh không an toàn

5.3 Trường hợp phanh xe trên đường dốc

Hình 5-4: Phanh xe trên đường dốc

5.3.1 Mô men cần thiết để lên dốc

5.3.2 Thời gian điều chỉnh M rslh để tăng hệ số bám µXT1 theo sự tăng trưởng độ trượt từ λ=0, 2 0,3−

J v t

Hình 5-6: Đồ thị thời gian điều chỉnh mômen theo độ trượt

5.3.3 Áp lực phanh khi xe lên dốc

Hình 5-7: Đồ thị áp lực phanh phụ thuộc góc lên dốc

5.3.4 Thời gian tác dụng của hệ thống phanh (t ) ph

Trong đó : Áp lực phanh cực đại P hydmax =1000( /N cm2)

t pmax =0,5(s) với t pmax = 0,2 1,3(s)÷

p hydh =147,77( /N cm2)

2.0,5 147,77arcsin 0,004721( ) 47,21( )

Suy ra tốc độ cần thiết khi phanh xe không bị hãm cứng là: v1≤62,5(km h/ )

Nhận xét: Khi t pmax =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

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,khi xảy ra mất ổn định sẽ làm cho xe không tuân theo sự điều khiển của người lái, làmmất an toàn khi lái xe

•Nguyên nhân

- Do các yếu tố kĩ thuật của nhà thiết kế

- Tải trọng phân bố không đều giữa các bánh xe

- Điều kiện mặt đường không đảm bảo (hệ số bám ϕ thay đổi)

•Khắc phục

Khi chạy xe trên đường ô tô cần trang bị hệ thống điều hòa lực phanh nhằm giảmhiện tượng hãm cứng bánh xe và phân phối lực phanh hợp lý như hệ thống phanhchống hãm cứng ABS

Ngoài ra tính ổn định của xe khi phanh còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và khảnăng 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 xếcần phải giảm tốc độ và lực tác dụng lên bàn đạp phanh

6.2 Kết luận

• Việc nghiên cứu đã giải quyết được vấn đề cơ 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 thức lý thuyết

và thực nghiệm

- Tạo cơ sở lý thuyết tương đối đủ về hệ thống phanh trên ô tô từ đó nghiên cứu

và thiết kế tiếp theo về hệ thống phanh trên xe ô tô

- Cho người sử dụng bổ xung nhận thức về kĩ năng điều khiển xe

- Tạo cơ sở lý thuyết tương đối đủ về hệ thống phanh trên ô tô để làm tài thamkhảo cho sinh viên

VẼ ĐỒ THỊ BẰNG PHẦN MỀM ĐỒ HỌA LABVIEW

Sau khi đã cài đặt phần mềm đồ họa labview cho máy tính ta tiến hành lập trình Giả sử vẽ hình 5-7: Đồ thị áp lực phanh phụ thuộc góc lên dốc

- Khởi động chương trình labview

- Chọn dạng biểu đồ: Trên cửa sổ Front Panel> right click >Graph

Indicators>Express XY Graph

- Chọn loại bảng tính: Trên cửa sổ Block Diagram> Right click

>Mathematics>Scripts & Formulas>1D & 2D Evaluation>Eval y= f x vi( ) được bảng tính

Number of points: số điểm cần xác định để vẽ một đồ thị chọn: 1000

Start: Giá trị hoành độ nhỏ nhất α =0

End: Giá trị hoành độ lớn nhất α =0,541(góc lên dốc lớn nhất là 31 )0

X Values: Giá trị α nằm trong khoảng (0≤ ≤α 0,541)

Y Values: Giá trị P hydh tính được tương ứng với góc α

- Liên kết bảng tính và biểu đồ:

Trên cửa sổ Block Diagram: Right click tại vị trí number of points>create>contron

Tương tự các vị trí khách ta được

Trên cửa sổ Front Panel ta được:

PHỤ LỤC Danh sách các bảng tham khảo

Bảng 1: Giá trị của hệ số cản lăn

Loại đường Hệ số cản lăn ứng với v≤22, 2( / )m s

Bảng 2: Hệ số bám đối với từng loại đường

Đường nhựa hoặc bê tông Khô và sạch

Ướt 0,35-0,450,7-0,8

Khô

0,5-0,60,2-0,4

Ướt 0,2-0,30,4-0,5

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Lý thuyết ô tô, Nguyễn Văn Phụng, trường Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh, 2006

2 Lý thuyết ô tô, Nguyễn Tước, nhà xuất bản giáo dục, 2002

3 Lý thuyết ô tô máy kéo, Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Minh Tài, Lê Thị Vàng, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2005