Khảo sát động lực học quá trình phanh của ô tô Toyota Vios 1.5L

Từ lâu việc sử dụng phương tiện để đi lại cũng như vận chuyển hàng hoá đã chiếm vị trí quan trọng trong các hoạt động xã hội.

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẾ HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC .2 1.1 CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG PHANH .2 1.1.1 Công dụng .2 1.1.2 Phân loại 3 1.1.3 Kết cấu chung của hệ thống phanh 4 1.1.4 Yêu cầu 5 1.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ TOYOTA VIOS 8 1.2.1 Giới thiệu đôi nét về ô tô Toyota Vios 8 1.2.2 Thông số kỹ thuật của ô tô Toyota Vios .9 Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của ô tô Toyota Vios .9 1.2.3 Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô Toyota Vios 10 1.2.4 Các phần tử cơ bản của hệ thống phanh 13 1.3 NHỮNG CẢI TIẾN TRÊN HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ HIỆN NAY 21 1.3.1 Hệ thống phanh ABS .22 1.3.2 Hệ thống phanh thông minh giúp xe tiết kiệm nhiên liệu .25 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PHANH 28 2.1 LỰC PHANH SINH RA Ở BÁNH XE .28 2.2 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ TRONG QUÁ TRÌNH PHANH TRÊN DỐC .29 2.3 HIỆU QUẢ PHANH Ô TÔ .31 2.3.1 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu .31 2.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 34 CHƯƠNG Ш KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH – CÁC MÔ HÌNH TOÁN NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNH VỀ HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TOYOTA VIOS 38 3.1 CÁC GIẢ THIẾT 38 i 3.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC 38 3.2.1 Mô hình phẳng tổng quát 39 3.2.2 Mô hình tính toán .44 3.3 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT 46 3.3.1 Xây dựng chương trình tính 46 3.3.2 Các phương án khảo sát .49 3.3.3 Thông số đầu vào .49 3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT 50 3.4.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của sự cố mất mômen phanh trong các trường hợp xe đi thẳng mất phanh không đều theo trục dọc của xe 50 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của sự cố chậm tác dụng dẫn động phanh trên các bánh xe đến các chỉ tiêu phanh và tính ổn định hướng của ô tô khi phanh .60 3.5. NHẬN XÉT CHUNG 72 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .74 4.1 KẾT LUẬN .74 4.2 ĐỀ NGHỊ .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 PHỤ LỤC 77 ii LỜI NÓI ĐẦU Từ lâu việc sử dụng phương tiện để đi lại cũng như vận chuyển hàng hoá đã chiếm vị trí quan trọng trong các hoạt động xã hội. Ngày nay, giao thông vận tải có ý nghĩa đặc biệt đối với nền kinh tế của mỗi quốc gia. Ở nước ta hiện nay, giao thông đường bộ đóng vai trò chủ đạo và phần lớn lượng hàng và người được vận chuyển trong nội địa bằng ôtô. Vì vậy lĩnh vực ôtô - máy kéo đã nhận được được sự quan tâm của nhiều trường đại học, cũng như nhiều cơ quan có liên quan. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nghành công nghiệp ôtô đã có sự phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng những yêu cầu của con người. Những chiếc ôtô ngày càng trở nên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơn để theo kịp với xu thế của thời đại. Song song với việc phát triển ngành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho người và xe càng trở nên cần thiết. Do đó trên ôtô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như: cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí, trong đó cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất, được sử dụng thường xuyên nhất. Do đó việc nghiên cứu về hệ thống phanh đang là vấn đề được đặt ra hàng đầu đối với ngành cơ khí ôtô trong giai đoạn hiện nay. Nghiên cứu hệ thống phanh là một vấn đề tương đối phức tạp. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ thông tin đã giúp cho việc nghiên cứu hệ thống phanh được diễn ra thuận tiện hơn. Với sự trợ giúp của các phần mền tiện ích, trong đó đặc biệt kể đến sự hỗ trợ của phần mền Matlab đã giúp Tôi trong việc tìm hiểu nghiên cứu đồ án tốt nghiệp “ Khảo sát động lực học quá trình phanh của ô tô Toyota Vios 1.5L ” 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẾ HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC 1.1 CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG PHANH 1.1.1 Công dụng Hệ thống phanh trên ôtô được sử dụng để giảm tốc độ của xe ôtô đến một tốc độ nào đó hoặc cho đến khi ngừng hẳn. Ngoài ra hệ thống phanh có thể giữ cho ôtô dừng được ở trên đoạn đường dốc. Phanh là một trong những cụm hệ thống quan trọng nhất, nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn ở mọi tốc độ đặc biệt là ở tốc độ cao, do đó sẽ nâng cao được năng suất vận chuyển và nâng cao được vận tốc trung bình của ôtô. Hình 1.1 Công dụng của hệ thống phanh Trên hệ thống ô tô quá trình phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên của các cụm liên kết với bánh xe, giữa 2 tang trống với má phanh hoặc đĩa phanh với má phanh. Trong quá trình phanh ma sát giữa các cơ cấu phanh dẫn tới sự mài mòn và nung nóng các chi tiết ma sát, không xác định kịp thời và tiến hành hiệu chỉnh thì sẽ dẫn tới làm giảm hiệu quả phanh. Các hư hỏng trong hệ thống phanh làm mất an toàn chuyển động của ôtô và thường kèm theo những hậu quả nghiêm trọng. Phụ thuộc vào kết cấu hệ thống phanh mà có các hư hỏng khác nhau. 1.1.2 Phân loại Với hệ thống phanh có nhiều cách phân loại khác nhau. 1.1.2.1 Theo cấu tạo bộ phận phanh - Phanh dải. - Phanh trống. - Phanh đĩa. 1.1.2.2 Theo công dụng - Hệ thống phanh chính (phanh chân). - Hệ thống phanh dừng (phanh tay). - Hệ thống phanh dự phòng. - Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực, hoặc điện từ). 1.1.2.3 Theo nguyên tắc dẫn động cho cơ cấu phanh - Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ học. - Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực. - Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén. - Hệ thống phanh dẫn động bằng điện từ. 3 1.1.3 Kết cấu chung của hệ thống phanh Hệ thống phanh trên ôtô thuộc hệ thống điều khiển của xe bao gồm các bộ phận sau: Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu chung của hệ thống phanh Hình 1.3 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh trên ôtô 4 Hệ thống phanh chính dùng để phanh ôtô ở tất cả các chế độ chuyển động, còn hệ thống phanh dừng để giữ ôtô ở vị trí đứng yên. Ngoài ra còn có hệ thống phanh dự phòng được xử dụng khi hệ thống phanh chính đột ngột hư hỏng. Nguồn năng lượng chính có vai trò tích trữ năng lượng dưới dạng thế năng giúp cho phanh luôn ở trạng thái sẵn sàng làm việc. Cơ cấu điều khiển là cơ cấu trực tiếp tác động điều khiển từ lái xe và đảm bảo tính chất tùy động của hệ thống dẫn động, bộ phận truyền dẫn truyền năng lượng từ nguồn đến cơ cấu chấp hành. Tại cơ cấu chấp hành năng lượng được biến đổi thành dạng thích hợp để dẫn động cơ cấu phanh. Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp làm giảm tốc độ góc của bánh xe ôtô, luôn có mô men phanh lớn, luôn luôn ổn định khi điều kiện bên ngoài và chế độ phanh thay đổi. Dẫn động phanh là một hệ thống các chi tiết truyền lực tác dụng từ bàn đạp đến cơ cấu phanh làm cho cơ cấu phanh hoạt động thực hiện quá trình phanh. 1.1.4 Yêu cầu Xuất phát từ những tiêu chuẩn quốc gia về an toàn chuyển động của các phương tiện giao thông, và phổ biến hơn cả là quy định N0–13 EÝK 00H của Hội đồng kinh tế châu Âu, tiêu chuẩn F18-1969 của Thụy Điển , tiêu chuẩn FM VSS-121 của Mỹ Người ta đã đưa ra những yêu cầu quan trọng nhất như sau: Đối với hệ thống phanh thuộc thế hệ các xe hiện đại hệ thống phanh phải đạt được: - Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột . - Phanh êm dịu trong mọi trường hợp, bảo đảm sự ổn định khi phanh. - Điều khiển nhẹ nhàng. - Thời gian chậm tác dụng (còn gọi là thời gian phản ứng) nhỏ. 5 - Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt. - Phân bố mô men phanh ở các bánh xe, phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường ở bất kỳ cường độ phanh nào (sử dụng điều chỉnh tự động lực phanh theo tải, sử dụng thiết bị chống hãm cứng bánh xe). - Có độ tin cậy cao (sử dụng dẫn động phanh nhiều mạch độc lập, nâng cao độ bền các chi tiết của hệ thống phanh). - Có hệ thống tự kiểm tra, chẩn đoán các hư hỏng một cách kịp thời. Cũng từ những tiêu chuẩn trên, các phương tiện vận tải ô tô cần phải được trang bị các hệ thống phanh bao gồm: - Hệ thống phanh công tác (hoặc phanh chính, và cũng thường gọi là phanh chân), có tác dụng trên tất cả các bánh xe. - Hệ thống phanh dự phòng. - Hệ thống phanh dừng và hệ thống phanh phụ trợ (phanh chậm dần). Điểm đặc biệt về an toàn đối với phanh công tác là dẫn động phanh cần phải có không dưới hai mạch độc lập, ví dụ một mạch dẫn động cho cầu trước, một mạch dẫn động cho cầu sau và một mạch cho dẫn động phanh dừng . để lỡ khi hư hỏng một mạch nào đó, mạch còn lại vẫn đảm bảo phanh ôtô với hiệu quả phanh không thấp hơn 30% so với khi hệ thống phanh còn nguyên vẹn. Theo tiêu chuẩn của Thụy Điển thì giá trị này là 50%. - Đối với hệ thống phanh khí nén, phanh công tác cần có dung tích bình chứa tới mức đủ để phanh có hiệu quả 5 lần liên tiếp khi nguồn năng lượng (máy nén khí) không làm việc. Mỗi mạch dẫn động cần có các bình chứa riêng biệt khi nguồn năng lượng là chung của toàn hệ thống. Trong trường hợp một mạch dẫn động nào đó bị hư hỏng, nguồn năng lượng chung vẫn tiếp tục cung cấp năng lượng cho các mạch khác còn tốt. 6 - Hệ thống phanh dự phòng cần phải đảm bảo dừng được ô tô trong trường hợp hệ thống phanh chính bị hư hỏng. Có thể bố trí hệ thống phanh dự phòng riêng biệt, nếu không thì hệ thống phanh chính hoặc phanh dừng phải thực hiện chức năng này và vẫn được coi là hệ thống phanh dự phòng. - Hệ thống phanh dừng phải dừng và đỗ được xe trên dốc. Dẫn động phanh dừng có thể sử dụng bất kỳ dạng năng lượng nào, nhưng bộ phận tạo ra mô men phanh để giữ xe đứng yên phải là một cơ cấu hoạt động thuần tuý bằng phương pháp cơ khí và không phụ thuộc vào hệ thống phanh chính. - Hệ thống phanh chậm dần (phanh phụ trợ) đảm bảo duy trì cho ôtô chuyển động ở một tốc độ ổn định, điều chỉnh tốc độ ô tô một cách độc lập hoặc đồng thời cùng với hệ thống phanh chính, nhằm mục đích giảm tải cho phanh chính. - Khi làm việc với rơ moóc, trên ôtô kéo cần có thiết bị bảo vệ chống tụt áp suất khí nén (hoặc thuỷ lực) để đề phòng trường hợp đường ống nối giữa ô tô kéo và rơ moóc bị phá hủy. - Trường hợp xe đang chuyển động mà bị đứt moóc kéo, yêu cầu hệ thống phanh chính của rơ moóc phải tự động dừng được moóc với hiệu quả không thấp hơn quy định đối với xe đoàn tương ứng. - Trên rơ moóc cũng cần được trang bị cơ cấu phanh dừng để hãm rơ moóc khi tách nó ra khỏi đầu kéo. - Sự mài mòn của má phanh cần được bù lại bằng hệ thống điều chỉnh bằng tay hoặc tự động. Theo tiêu chuẩn Thụy Điển, mài mòn má phanh cần được bù lại bằng hệ thống điều chỉnh tự động hay phải có bộ phận tín hiệu để cảnh báo về việc tăng khe hở giữa má phanh và tang phanh. - Trong mỗi mạch dẫn động phanh cần phải có các bộ phận giao tiếp với thiết bị kiểm tra, để kiểm tra và thông báo tình trạng kỹ thuật của dẫn động phanh trong quá trình sử dụng. 7 1.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ TOYOTA VIOS 1.2.1 Giới thiệu đôi nét về ô tô Toyota Vios Công ty Ôtô Toyota Việt Nam vừa giới thiệu và tung ra thị trường xe Vios mới 2010. Vios 2010 tạo nên một hình ảnh mới mẻ của một chiếc xe thể thao, hướng tới sự hoàn hảo và bắt kịp sự thay đổi của thời đại nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng của khách hàng. Với thiết kế ấn tượng, đèn sương mù mạ bạc, kính chiếu hậu điều chỉnh gập, mở bằng nút bấm với mặt gương lớn tạo sự thoải mái tối ưu và tầm quan sát tốt hơn khi rẽ hoặc đỗ xe. Đèn báo rẽ được tích hợp trên kính chiếu hậu đã tăng thêm sự an toàn cho người lái và tôn thêm vẻ hiện đại của chiếc xe. Theo các nhà sản xuất thì xe ôtô Vios mới 2010 được trang bị một thiết bị an toàn tiêu chuẩn quốc tế ở mức cao nhất nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong trường hợp xảy ra va chạm từ phía trước như hệ thống chống bó cứng phanh cùng hệ thống phân lực phanh điện tử và trợ lực phanh khẩn cấp. Xe Vios mới 2010 trang bị động cơ 1.5 với 16 van DOHC và công nghệ VVT-i nên động cơ xe luôn được vận hành và tăng tốc ở chế độ ổn định, 8 [...]... mô men phanh 2.2 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ TRONG QUÁ TRÌNH PHANH TRÊN DỐC Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên tô khi phanh Khi tô đang chuyển động xuống dốc mà ta thực hiện quá trình phanh thì nó sẽ chịu các lực tác dụng (Hình 2.2) trong đó ta có: G - trọng lượng của tô (N); 30 Pf – Lực cản lăn của bánh xe tô (Pf1, Pf2) (N); Pp – Lực phanh sinh ra ở bánh tô (Pp1, Pp2) (N); Pj – Lực quán tính của tô. .. diện của ô tô vo : là vận tốc bắt đầu phanh G Lực quán tính của tô : Pj = δj g J = δ j Trong đó : G x1 g (2.4) 31 x - Là đạo hàm bậc hai của quãng đường dịch chuyển của tô theo thời gian J – Gia tốc phanh tô, m/s2; G – Trọng lượng của tô, N δj - Hệ số quy đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều của tô g - gia tốc trọng trường ( g = 9.81(m/s2)) - Lực cảm... tô sinh ra trong quá trình phanh, có chiều cùng với chiều chuyển động của tô (N); Pa – Lực cản dốc (chính là thành phần Gsinα chiếu xuống mặt đường) (N); Z1, Z2 – Phản lực thẳng góc từ mặt đường lên các bánh trước và sau của tô (N); v - Vận tốc chuyển động của tô (m/s); L,a – là các thông số xác định kích thước và tọa độ trọng tâm của tô H - là tọa độ trọng tâm của tô so với mặt đường Pw - lực. .. phanh và tính ổn định hướng của tô khi phanh Như vậy, để đưa ra được các biện pháp đúng đắn nhằm nâng cao chất lượng của quá trình phanh đối với tô thì việc nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh không thể tách rời việc nghiên cứu tính ổn định hướng của tô khi phanh Từ đó cho chúng ta thấy rằng các hiểu biết về động lực học điều khiển và quỹ đạo chuyển động của tô là một vấn đề nhất thiết... Cáp truyền lực của cần phanh tay đến phanh tay 3 - Phanh sau Ép guốc phanh (má phanh đĩa) vào trống phanh (đĩa rôto) để giữ xe 21 đứng yên tại chỗ Loại dùng chung với phanh chân Hình 1.22 Hệ thống phanh kết hợp 1 - Guốc phanh; 2 - Cần guốc phanh; 3 - Píttông ; 4 - Má phanh đĩa; 5 - Rôto phanh đĩa ; 6 - Cáp phanh tay A - Loại phanh trống Kéo cần guốc phanh có gắn cáp và ép guốc phanh vào trống phanh để... (dầu phanh) để truyền lực tác động Lực tác động sẽ từ bàn đạp phanh truyền tới các bánh xe nhờ quá trình di chuyển của dầu phanh 1.2.3.1 Cấu tạo hệ thống phanh của xe toyota vios 11 Phanh chân được sử dụng để điều khiển tốc độ xe và dừng xe Thông thường, phanh đĩa được sử dụng trên các bánh xe phía trước, còn phanh đĩa và phanh trống được dùng trên các bánh xe phía sau 1 - Bàn đạp phanh 2 - Trợ lực phanh. .. cầu thường không như nhau, trong khi hệ số bám của các bánh xe như nhau, do đó cần phải phân bố lực phanh trên các bánh xe cho hợp lý thì hệ thống phanh mới phát huy hiệu quả tốt 32 Hình 2.3 Các lực tác dụng lên tô khi phanh Trên hình 2.3 biểu diễn lực tác dụng lên tô khi phanh, bao gồm: trọng lượng tô G, lực cản lăn Pf1 và Pf2 ở các bánh xe trước và sau, phản lực pháp tuyến, phản lực pháp tuyến... thay đổi mô men phanh có thể thay đổi áp suất dầu hoặc áp suất khí nén dẫn đến các xylanh phanh bánh xe hoặc dẫn đến bầu phanh (phanh khí) Trên các tô hiện đại thường 34 lắp bộ điều hòa lực phanh hoặc bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh nhằm tự động điều chỉnh lực phanh để luôn thỏa mãn điều kiện phanh (2.12) Nhận xét Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh bao gồm hiệu quả phanh và tính... nguyên của những chiếc xe tự động không người lái Hệ thống Sentience sẽ được trang bị cho tô sớm nhất là vào năm 2012 28 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PHANH 2.1 LỰC PHANH SINH RA Ở BÁNH XE Để thực hiện phanh người lái ngắt ly hợp để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực đồng thời tác động lên bàn đạp phanh để hãm bánh xe lại Khi tác động lên bàn đạp phanh thì cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát còn... khe hở giữa má phanh và đĩa phanh khi tô đi vào chỗ lầy lội làm giảm ma sát giữa đĩa phanh và má phanh khi phanh, phanh sẽ kém hiệu quả - Má phanh phải chịu được ma sát và nhiệt độ lớn hơn Phanh đĩa có tiếng kêu rít do sự tiếp xúc giữa đĩa phanh và má phanh - Lực phanh nhỏ hơn Với ưu điểm lớn nhất đó là kết cấu đơn giản, hiệu quả phanh cao như phân tích trên thì loại phanh đĩa giá đỡ di động lại có ưu