Phương pháp khảo sát động lực học phanh ô tô du lịch

Kết quả nghiên cứu cho thấy rõtrên xe ô tô được trang bi hệ thống phanh ABS, về các chỉ tiêu cơ bản đánh giá quá trình phanh được nâng cao hơn hẳn so với các xe ô tô sử dụng phanh thường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI VĂN HOÀNG

PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT

ĐỘNG LỰC HỌC PHANH Ô TÔ DU LỊCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S K C0 0 4 4 1 7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC

PHANH Ô TÔ DU LỊCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:

Họ và tên : Bùi Văn Hoàng Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh :16/08/1979 Nơi sinh: Bình Thuận Quê quán :Mộ Đức – Quãng Ngãi Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: 8/5 KP Long Sơn, Long Bình, Quận 9 TPHCM

Điện thoại di động : 0919659497

E mail : Bvhoang_79@yahoo.com.vn

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Thời gian Nơi học tập Công việc đảm nhiệm

9/2000

-5/2005 Trường đại học SPKT Tp.HCM Học đại học

10/2010 –

đến nay Trường đại học SPKT Tp.HCM Học cao học

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

nay Trường cao đẳng nghề số 8 Giáo viên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014

Ký tên

Bùi Văn Hoàng

LỜI CẢM TẠ

Vớikhoảngthờigian hai nămhọcCaohọc tạitrườngĐạihọcSư PhạmKỹThuật TpHồChíMinh,tôiđãtíchlũy đượcnhiềukiếnthứcbổíchvà nâng cao được khả năng tự nghiên cứu về chuyên môn nghiệp vụ cũng như tinh thần làm việc sau này

- Luận văn được hoàn thành tốt, tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Thầy TS LÂM MAI LONG đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn chuyên môn, giúp tôi xác định hướng đi để tôi có thể hoàn thành luận văn này

- Tôi cũng xin chân thành gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa cơ khí động lực của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn

- Quý thầy phản biện đề tài đã giành thời gian đọc và đóng góp ý kiến quý báu giúp đề tài hoàn thiện

- Cảm ơn các bậc sinh thành, người thân trong gia đình là nguồn động viên cho tôi trong suốt quá trình học tập, phấn đấu

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn với tất cả tấm lòng của mình

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014

Học viên thực hiện

Bùi Văn Hoàng

Kết quả nghiên cứu cho thấy rõtrên xe ô tô được trang bi hệ thống phanh ABS,

về các chỉ tiêu cơ bản đánh giá quá trình phanh được nâng cao hơn hẳn so với các

xe ô tô sử dụng phanh thường; tính ổn định hướng của xe vẫn được đảm bảo khi phanh gấp và tuổi thọ của lốp xe được kéo dài do lốp ít bị trượt lê trong trường hợp

xe có trang bị hệ thống phanh ABS Kết quả này đồng thuận với các nghiên cứu liên quan

ABSTRACT

A numerical simulation method was to survey dynamic brake Hyundai Sonata

2011 for both ABS and brake systems typically evaluated to compare the performance indicators of the brake after changing conditions: good grip on the road, it sits poorly with the initial braking velocity of 60 km/h and 40 km/h

The researchers have successfully developed a research model and program survey orbit dynamics and movement of the brake Hyundai Sonata 2011 with the aid of software Matlab

calculation-Besides, the thesis has developed assessment methods through efficient automobile brake distance, velocity, acceleration, braking time, rotation angle and rotation speed of the vehicle body Results are evaluated and graphically represented to assess a convenient way to ensure the accuracy and reliability quickly

In addition, the car is equipped with ABS brakes, the mechanical brake evaluation process is more advanced compared to the cars brakes are often used; direction of the vehicle stability is assured when braking and tire life is extended due to less tire slip pear in case vehicles equipped with ABS brakes This result agreed with the relevant research

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

Xác nhận của cán bộ hướng dẫn

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan ii

Lời cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Abstract v

Danh sách các chử viết tắt ix

Danh sách các hình x

Danh sách các bảng xii

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1

1.1.1 Tình hình nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống phanh trên thế giới 2

1.1.2 Thực trạng nghiên cứu hoàn thiện hệ thống phanh ở Việt Nam 5

1.2 Mục đích đề tài và giới hạn đề tài 6

1.2.1 Mục đích đề tài 6

1.2.2 Giới hạn đề tài 6

1.3 Nhiệm vụ đề tài 6

1.4 Phương pháp nghiên cứu 6

Chương 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ 7

2.1 Cơ học lăn bánh xe 7

2.1.1 Lực tác dụng lên bánh xe khi phanh 7

2.1.2 Động học bánh xe khi phanh 10

2.1.3 Đặc tính trượt và khả năng bám 12

2.1.4 Sự lăn không ổn định của bánh xe 14

2.2 Xác định các thông số đánh giá hiệu quả phanh 18

2.2.1 Phanh thường 18

2.2.1.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 18

2.2.1.2 Thời gian phanh 20

2.2.1.3 Quãng đường phanh 21

2.2.2 Phanh ABS 22

2.2.2.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 23

2.2.2.2 Thời gian phanh 23

2.2.2.3 Quãng đường phanh 24

Chương 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC PHANH XEHUYNDAI SONATA 25

3.1 Các thông số kỹ thuật dùng để tính toán 25

3.2Xây dựng mô hình tính toán 26

3.2.1 Các giả thiết 26

3.2.2 Mô hình toán học 27

3.3 Tính toán giá trị các thành phần lực và mômen 29

3.3.1 Xác định phản lực pháp tuyến 29

3.3.2 Xác định lực phanh trên bánh xe 30

3.3.3 Tính toán lực cản không khí 31

3.3.4 Tính toán mômen cản xoay thân xe 31

3.3.5 Xác định mômen quán tính 31

3.4 Phương pháp tính toán 32

3.5 Phương pháp xác định góc lệch hướng ô tô khi phanh 35

3.6 Phần mền Matlab 36

3.6.1 Giới thiệu 36

3.6.2 Lập trình trong Matlab 36

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

4.1 Phương án khảo sát 37

4.1.1 Đặc trưng kỹ thuật xe Huyndai Sonata 2011 37

4.1.2 Phương án khảo sát 38

4.2 Kết quả khảo sát hiệu quả phanh thường và phanh ABS trên đường bám tốt 39 4.2.1 Quãng đường phanh 39

4.2.2 Vận tốc trong quá trình phanh 42

4.2.3 Gia tốc phanh 44

4.2.4 Góc xoay thân xe khi phanh 45

4.3 Kết quả khảo sát hiệu quả phanh thường và phanh ABS trên đường bám kém 47 4.3.1 Quãng đường phanh 47

4.3.2 Vận tốc trong quá trình phanh 50

4.3.3 Gia tốc phanh 51

4.3.4 Góc xoay thân xe khi phanh 52

4.4 So sánh và đánh giá kết quả nghiên cứu 53

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 59

DANH SÁCH CÁC CHỬ VIẾT TẮT

ABS :Anti-lock Braking System – Hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe

EBD : Electronic Brakeforce Distribution – Hệ thống phối lực phanh điện tử BAS :Brake Assist System – Hệ thống hỗ trợ phanh gấp

ESP :Electronic Stability Program – Hệ thống ổn định điện tử

SBC :Sensotronic Brake Control – Hệ thống điều khiển kiểm soát quá trình phanh ECU : Electric Control Unit – Bộ vi xử lý

MATLAB : Matrix Laboratory – Phần mềm tính toán, mô phỏng

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ lực và mô men trên bánh xe phanh 7

Hình2.2: Trạng thái lăn của bánh xe khi trượt lết 10

Hình 2.3: Đồ thị sự thay đổi hệ số bám φ theo độ trượt λ trên các loại đường 12

Hình 2.4 : Sơ đồ cân bằng mô men trên bánh xe 14

Hình 2.5: Sự thay đổi mô men phanh và khả năng bám của bánh xe chuyển động 15 không ổn định khi phanh 15

Hình 2.6: Các dạng đồ thị lực phanh chống hãm cứng bánh xe 16

Hình 2.7: Quá trình phanh thường (a) và quá trình phanh chống hãm cứng (b) 17

Hình 2.8: Các lực tác dụng lên xe trên đường nằm ngang 18

Hình 2.9: Độ trượt của phanh chống hãm cứng bánh xe 22

Hình 2.10: Đồ thị hệ số thay đổi theo thời gian 24

Hình 3.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh 27

Hình 3.2: Sơ đồ lực tác dụng trên ô tô khi phanh trên mặt phặng thẳng đứng 29

Hình 3.3: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm ô tô 35

Hình 3.4: Giao diện Matlab 36

Hình 4.1: Huyndai Sonata 2011 37

Hình 4.2: Đồ thị quãng đường phanh ABS và phanh thường ở vận tốc 60km/h trên đường bám tốt 39

Hình 4.3: Đồ thị quãng đường phanh ABS và phanh thường ở vận tốc 40 km/h 40

trên đường bám tốt 40

Hình 4.4: Đồ thị vận tốc của phanh ABS và phanh thường ở vận tốc 60 km/h (a), 42 ở vận tốc 40km/h (b) trên đường bám tốt 42

Hình 4.5: Đồ thị gia tốc của phanh ABS và phanh thường ở vận tốc 60 km/h (a), 44 ở vận tốc 40 km/h (b) trên đường bám tốt 44

Hình 4.6: Đồ thị góc quay và vận tốc góc quay thân xe của phanh ABS và phanh thường ở vận tốc 60 km/h (a) và ở vận tốc 40 km/h (b) trên đường bám tốt 45

Hình 4.7: Đồ thị quãng đường phanh ABS và phanh thường ở vận tốc 60 km/h trên

Hình 4.11: Đồ thị góc quay và vận tốc góc quay thân xe của phanh ABS và phanh

thường ở vận tốc 60 km/h (a), ở vận tốc 40 km/h (b) trên đường bám kém 52

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật dùng để tính toán 25 Bảng 4.1: Các phương án khảo sát (PAKS) 38 Bảng 4.2: Kết quả các thông số khảo sát quãng đường phanh ảnh hưởng bởi vận tốc

phanh trên đường bám tốt 41

Bảng 4.3: Kết quả các thông số khảo sát quãng đường phanh ảnh hưởng bởi vận tốc

phanh trên đường bám kém 49

Bảng 4.4Mức tăng hiệu quả phanh ABS so với phanh thường trên các loại đường 50

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

Ngày nay ngành công nghệ ô tô trên thế giới đã phát triển vượt bậc, ô tô là phương tiện vận chuyển rất quan trọng đối với con người và hàng hóa cho các nghành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông cá nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển Ngay ở nước ta ô tô cá nhân cũng đang phát triển rất mạnh mẽ cùng với sự tăng trưởng kinh tế của đất nước

Sớm nhận thức được tầm quan trọng của ngành công nghệ này, các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Anh, Pháp, Đức, Hàn Quốc,v.v đã rất chú trọng phát triển ngành công nghệ ô tô đảm bảo về chất lượng và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của các cụm chi tiết đặc biệt là hệ thống phanh trong quá trình công nghiệp hoá để phục vụ không chỉ nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu sang các thị trường các nước khác trong có Việt Nam

Do mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết hàng đầu mỗi người tham gia giao thông luôn phải quan tâm đến các cụm chi tiết trên xe ô tô như hệ thống phanh, hệ thống lái và đường xá quá xấu, lái xe say rượu, đua xe, chạy

ẩu và buồn ngủ v.v

Qua thống kê ở nước ta trong năm 2013 có trên 29.385 vụ tai nạn giao thông, làm chết trên 9.369 người và bị thương 29.500 người

Tai nạn giao thông không những gây thiệt hại lớn về người mà còn gây thiệt hạn lớn

về tài sản của Nhà nước và của công dân Vì vậy ngày 29/ 05/ 1995 Chính phủ Nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam đã ban hành Nghị định 36 CP về bảo đảm an toàn giao thông đường bộ và trật tự giao thông an toàn đô thị

Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ

60 – 70 % do con người gây ra (như say rượu, mệt mỏi, buồn ngủ v.v.), 10 – 15 %

do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật và 20 – 30 % do đường sá quá xấu Trong các nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn

do các cụm của ô tô gây nên được thống kê như sau:

Phanh chân 52,2 – 74,4 % Phanh tay 4,9 – 16,1 % Lái 4,9 – 19,2 % Ánh sáng 2,3– 8,70 % Bánh xe 2,5– 10,0 % Các hư hỏng khác 2,0 – 18,2 %

Từ các số liệu trên thấy rằng, tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai nạn do kỹ thuật gây nên 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

1.1.1 Tình hình nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống phanh trên thế giới

Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, tránh hiện tượng các bánh xe bị hãm cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đường trơn trượt, người lái xe đạp phanh bằng cách nhấn liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn không cho bánh

xe bị trượt lết và đồng thời có thể điều khiển được hướng chuyển động của xe Về

cơ bản chức năng của cơ cấu phanh ABS cũng giống như vậy nhưng hiệu quả, độ chính xác và an toàn cao hơn

Cơ cấu ABS được sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thương mại vào năm

1949, chống hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh Với công nghệ thời đó, kết cấu của cơ cấu ABS còn cồng kềnh, hoạt động không tin cậy và không tác động đủ nhanh trong mọi tình huống Trong quá trình phát triển ABS đã được cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện và hiện nay là loại điện tử

Vào thập niên 60, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử ra đời, giúp cơ cấu ABS lần đầu tiên được lắp trên ô tô vào năm 1969, sau đó cơ cấu ABS

được nhiều công ty sản suất ô tô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng vào năm 1970 Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật Bản vào năm 1971 đây là

cơ cấu ABS một kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau Nhưng phải đến thập niên

80 cơ cấu này mới được phát triển mạnh nhờ cơ cấu điều khiển kĩ thuật số, vi xử lý thay cho các cơ cấu điều khiển tương tự đơn giản trước đó

Lúc đầu cơ cấu ABS chỉ được lắp ráp trên các xe du lịch mới, đắt tiền, được trang bị theo yêu cầu và theo thị trường Dần dần cơ cấu này được đưa vào sử dụng rộng rãi hơn, đến nay ABS gần như trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả các loại

xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đường băng, tuyết dễ trơn trượt, ngày nay cơ cấu ABS không chỉ được thiết kế trên các cơ cấu phanh thuỷ lực mà còn ứng dụng rộng rãi trên các cơ cấu phanh khí nén của các xe tải và xe khách lớn

Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt động như khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đường vòng với tốc độ cao, khi phanh trong những trường hợp khẩn cấp, v.v Cơ cấu ABS còn được thiết kế kết hợp với nhiều cơ cấu khác Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu kiểm soát lực kéo Traction Control (hay ASR) làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe

để tránh hiện tượng các bánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bởi điều này làm tổn hao vô ích một phần công suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển động của ôtô Các công ty như BOSCH, AISIN, DENCO, BENDI là những công ty đi đầu trong việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các cơ cấu ABS và cung cấp cho các công ty sản xuất ô tô trên toàn thế giới

Tuy nhiên, những sáng chế cải tiến của các nhà thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống phanh trong khoảng thời gian 70-80 năm kể từ khi xe ô tô ra đời vẫn tỏ ra không đáp ứng được yêu cầu Chỉ với việc áp dụng các thành tựu của ngành công nghiệp điện tử, hệ thống phanh xe ô tô mới dần đạt được những tính năng cần thiết

Việc ứng dụng các thiết bị điện tử trong các bộ phận, hệ thống của xe ô tô nói chung và hệ thống phanh nói riêng, thể hiện ở sự kết hợp những thành phần cơ học,