Nghiên cứu điều khiển lực phanh ô tô tải

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu riêng dƣới hƣớng dẫn PGS.TS.Lƣu Văn Tuấn Đề tài đƣợc thực Bộ môn Ô tô Xe chuyên dụng, Viện Cơ khí Động lực, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Các nội dung trình bày đề tài hoàn toàn trung thực xác Hà Nội, ngày 30 tháng 09 năm 2016 Tác giả Hoàng Mai Nam LỜI CẢM ƠN Với tƣ cách tác giả luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS.Lƣu Văn Tuấn, Thầy hƣớng dẫn tận tình chu hoàn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn Thầy môn Ô tô Xe chuyên dụng Bạn bè giúp đỡ, tạo điều kiện tốt thời gian học làm luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Gia đình, Cơ quan Bạn bè ngƣời động viên chia sẻ với nhiều suốt thời gian học làm luận văn Tác giả Hoàng Mai Nam MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan giao thông đƣờng Việt Nam ……… 1.2 Vấn đề an toàn chuyển động tai nạn giao thông 13 1.3 Nâng cao hiệu hoạt động hệ thống phanh - Một biện pháp nâng cao độ an toàn chuyển động giảm thiểu tai nạn giao thông 18 CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƢƠNG DỌC 22 2.1 Phƣơng trình động lực học theo phƣơng dọc 22 2.2 Các thành phần lực 25 2.3 Điều kiện bám 31 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LỰC PHANH 39 3.1 Động lực học bánh xe chịu mômen phanh 39 3.2 Sự trƣợt bánh xe phanh 41 3.3 Khả bám bánh xe hệ số bấm phanh 44 3.4 Phân bố tối ƣu lực chủ động lực phanh 48 3.5 Điều khiển lực phanh 51 CHƢƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU HÒA LỰC PHANH 66 4.1 Xác định quan hệ Mp - p 66 4.2 Xây dựng quan hệ p1 – p2theo Fp1 – Fp2 67 4.3 Xây dựng đƣờng đặc tính điều hòa 69 4.4 Tính thiết kế điều hòa 71 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, BẢNG BIỂU Hình 1.1 Tình hình tai nạn giao thông Việt Nam 18 Hình 1.2 Mối quan hệ Ngƣời lái – Đƣờng - Xe 19 Hình 1.3 Sơ đồ lực bánh xe phanh 22 Hình 2.1 Mô hình ô tô theo phƣơng dọc 24 Hình 2.2 Mô hình ô tô tách bánh xe khỏi thân xe 26 Hình 2.3 Sơ đồ xe tăng tốc đƣờng 35 Hình 2.4 Đồ thị biểu diễn giá trị v./g max 37 Hình 2.5.Đồ thị biểu diễn giá trị v./g 39 Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe phanh 40 Hình 3.2 Quan hệ độ trƣợt hệ số lực phanh loại đƣờng 44 Hình 3.3 Sơ đồ bánh xe chịu mômen xoắn 45 Hình 3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ số bám 47 Hình 3.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ số bám 48 Hinh 3.6 Sơ đồ lực tác dụng lên xe chuyển động đƣờng 49 Hình 3.7 Phân bố tối ƣu lực kéo lực phanh 51 Hình 3.8 Phân bố tối ƣu lực kéo lực phanh xe Kamaz 51 Hình 3.9 Phân bố tối ƣu lực kéo lực phanh xe HINO 52 Hình 3.10 Phân bố tối ƣu lực kéo lực phanh xe HuynDai 52 Fx1p Fxp2 Hình 3.11 Biểu diễn quan hệ 53 mg mg Hình 3.12 Quan hệ tối ƣu p1 p2 55 Hình 3.13 Điều khiển lực phanh phƣơng pháp điều chỉnh cố định 56 Hình 3.14 Điều khiển lực phanh phƣơng pháp điều chỉnh giới hạn 57 Hình 3.15 Điều chỉnh lực phanh phƣơng pháp điều chỉnh suy giảm 57 Hình 3.16 Bộ điều hòa thông số kiểu pittông vi sai 58 Hình 3.17 Đƣờng đặc tính điều hòa thông số 60 Hình 3.18 Bộ điều hòa hai thông số 61 Hình 3.19 Đƣờng đặc tính điều hòa hai thông số 62 Hình 3.20 Mối quan hệ hệ số bám độ trƣợt 63 Hình 3.21 Nguyên lý làm việc hệ thống phanh có ABS 64 Hình 3.22 Sự thay đổi Mp, độ trƣợt, hệ số bám, … 66 Hình 3.23 Hoạt động van điều khiển, thay đổi áp suất phanh p, 68 Hình 4.1 Kết cấu cấu phanh đĩa 70 Hình 4.2.Sơ đồ lực tác dụng lên phanh guốc 71 Hình 4.3 Đƣờng đặc tính điều hòa thông số 74 Hình 4.4 Đƣờng đặc tính điều hòa hai thông số 76 Hình 4.5 Bộ điều hòa thông số kiểu pittông vi sai 78 Hình 4.6 Bộ điều hòa hai thông số 79 Hình 4.7 Áp suất phanh lý tƣởng cầu trƣớc cầu sau 81 Hình 4.8 Đƣờng đặc điều hòa 82 Bảng Sự gia tăng số lƣợng ô tô Việt Nam 11 Bảng 2.Kết thí nghiệm quảng đƣờng phanh loại đƣờng 69 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾTTẮT Ý nghĩa (Tên gọi) Ký hiệu Đơn vị a Khoảng cách từ tâm cầu trƣớc đến trọng tâm xe m b Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm xe m B Chiều rộng sở xe m L Chiều dài sở xe m M Khối lƣợng xe đầy tải kg m Khối lƣợng phần đƣợc treo kg hg Chiều cao trọng tâm xe m G Trọng lƣợng xe N g Gia tốc trọng trƣờng m/s2 Fz Phản lực từ mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe Mk Mô men kéo Nm Mp Mô men phanh Nm P1 Áp suất phanh cầu trƣớc Mpa P2 Áp suất phanh cầu sau Mpa Fx1 Lực dọc bánh xe trƣớc N Fx2 Lực dọc bánh xe sau N φ Góc quay thân xe rad φb Hệ số bám Fms Lực ma sát µ N N Hệ số ma sát LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, năm gần công nghiệp ô tô có phát triển mạnh mẽ Đặc biệt nhà sản xuất ô tô quan tâm đến tính động lực học ô tô, khả an toàn chuyển động, tính ổn định ô tô phanh Khi ngƣời lái tác dụng lên bàn đạp phanh cấu phanh phát sinh môment phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại, làm cho vận tốc xe giảm xuống Khi bánh xe xuất lực tiếp tuyến Fp gọi lực phanh Lực phanh ngƣợc chiều chuyển động bị giới hạn giới hạn bám Lực phanh từ cấu phanh đƣợc truyền tới tất bánh xe Khi phanh với cƣờng độ cực đại tất bánh xe phải đồng thời đƣợc hãm cứng xe trƣợt lết đƣờng, hai cầu đạt giới hạn bám, trọng lƣợng xe phân bố không đồng đều, lực phanh phụ thuộc vào giới hạn bám nên lực phanh cầu không mà có tỉ lệ với nhau, tỉ lệ thay đổi trình phanh phanh có biến dạng hệ thống treo, đồng thời ảnh hƣởng tình trạng mặt đƣờng Một yêu cầu hệ thống phanh phanh hiệu phanh lớn nhất, tức phải có quãng đƣờng phanh ngắn nhất, thời gian phanh ngắn gia tốc phanh lớn Tuy nhiên xuất trƣợt làm tăng nhanh độ mòn lốp, làm hiệu phanh bị giảm Khi có trƣợt xe có lực phanh tối đa đƣợc phần lực phanh từ cấu phanh truyền xuống bánh xe bị tiêu hao trƣợt, phần lại dùng để sinh lực hãm lại chuyển động xe, đồng thời xuất trƣợt nên làm tính ổn định phanh Tính ổn định phanh ô tô đƣợc hiểu phanh ô tô không bị trƣợt ngang, trƣợt lết bị lật, đảm bảo tính điều khiển lái chuyển động an toàn ô tô Điều đặc biệt quan trọng ô tô chạy đƣờng trơn với tốc độ cao.Ô tô tính ổn định phanh nguy hiểm không kiểm soát đƣợc hƣớng chuyển động ô tô Tính ổn định ô tô phanh đƣợc phân tích hai trƣờng hợp: Tính ổn định hƣớng tính ổn định quay vòng ô tô phanh Tính ổn định hƣớng tính ổn định quay vòng ô tô phanh khả ô tô giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động nhƣ ý muốn ban đầu ngƣời lái trình phanh, hai yếu tố lại chịu ảnh hƣởng lớn trƣợt Ô tô di chuyển nhiều điều kiện hoạt động khác nhau, tùy vào điều kiện chuyển động đứng yên, lên dốc, xuống dốc, chuyển động đƣờng nghiêng ngang, quay vòng, phanh có kết hợp nhiều điều kiện kể trên loại đƣờng khác nhau, điều kiện chuyển động phức tạp nhƣ nên đòi hỏi ô tô phải giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động theo nhƣ điều khiển ngƣời lái Tuy nhiên có trƣợt khả ổn định chuyển động ô tô giảm đáng kể, ô tô chuyển động theo quỹ đạo không mong muốn ngƣời lái, ngƣời lái không kiểm soát đƣợc quỹ đạo chuyển động nguy hiểm Vì lý trên, việc Nghiên cứu điều khiển lực phanh ô tô theo điều kiện vận hành để tìm giải pháp khắc phục nhƣợc điểm nêu vấn đề cần thiết CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan giao thông đƣờng Việt Nam 1.1.1 Phƣơng tiện giao thông đƣờng Sau năm đổi mới, kinh tế Việt Nam đạt đƣợc mức tăng trƣởng cao, đời sống ngƣời dân đƣợc cải thiện nhiều Song song với ngành công nghiệp ô tô có bƣớc phát triển nhảy vọt, ô tô nƣớc ta tăng lên số lƣợng chủng loại Hiện mô tô, xe máy ô tô phƣơng tiện giao thông chủ yếu Việt Nam số lƣợng nhƣ khối lƣợng vận chuyển hàng hóa toàn quốc, đặc biệt khu đô thị khu vực kinh tế phát triển động vốn có, phù hợp với hạ tầng giao thông, ô tô xe máy chiếm vị trí quan trọng Theo số liệu thống kê cục đăng kiểm Việt Nam từ năm 2001 đến nay, số lƣợng mô tô, xe máy tăng lên tới 4,5 lần, ô tô 4,12 lần BẢNG1: SỰ GIA TĂNG SỐ LƢỢNG Ô TÔ Ở VIỆT NAM TT Năm Đơn vị Tổng số Phân loại Ô tô Ô tô Ô tô tải Xechuyên Loại khách dụng khác 2001 Chiếc 387.540 109.840 69.850 140.690 42.430 24.730 2002 Chiếc 426.723 122.320 72.920 157.210 46.843 27.430 2003 Chiếc 463.080 141.510 75.380 168.520 49.460 28.210 2004 Chiếc 536.810 182.230 78.310 195.380 55.580 25.310 2005 Chiếc 601.550 208.760 80.030 225.660 58.170 28.930 2006 Chiếc 658.740 239.020 83.840 255.400 48.470 32.010 2007 Chiếc 786.690 301.190 89.240 316.910 44.730 34.620 2008 Chiếc 889.960 356.050 92.190 374.040 45.060 22.620 2009 Chiếc 1137.980 483.560 103.520 476.430 45.350 29.120 10 T6/2010 Chiếc 1228.850 529.620 105.920 541.220 18.030 34.060 11 2011 1509.030 645.53 31.230 Chiếc 118.810 670.340 43.120 Hiện nƣớc có khoảng 21 triệu xe gắn máy khoảng 1,6 triệu ô tô đƣợc phép lƣu hành, đáp ứng đến 90% nhu cầu lại ngƣời dân với nhiều kiểu dáng, chủng loại hãng sản xuất khác giới Tuy nhiên, tình hình tai nạn, ùn tắc giao thông ô nhiễm môi trƣờng nhiều ý kiến cho ô tô, xe máy thủ phạm giải pháp cần thực hạn chế loại phƣơng tiện lƣu thông đƣờng Dự thảo Chiến lƣợc đảm bảo ATGT đƣờng quốc gia đến năm 2020 tầm nhìn 2030 rõ nhu cầu phát triển hệ thống giao thông công cộng nhƣ hệ thống đƣờng sắt, tàu điện ngầm, tàu cao hệ thống xe buýt tốc hành nƣớc ta thực cấp thiết Để hoàn thành đƣợc dự án phải cần nhiều thời gian tiền bạc Rõ ràng, trung hạn Việt Nam chƣa thể hoàn chỉnh hệ thống vận chuyển giao thông công cộng nhƣ đô thị lớn Dự báo, đến năm 2020, việc sử dụng ô tô, xe máy chiếm tỷ lệ 50% Hà Nội 55% TPHCM, ô tô xe máy phƣơng tiện giao thông Dự báo đến năm 2020, số lƣợng ô tô nƣớc đạt khoảng 3,5 triệu xe, loại phƣơng tiện giao thông đƣờng chiếm vị trí quan trọng Việt Nam Vì phát triển ô tô, xe máy yêu cầu khách quan cần có nghiên cứu phát triển hài hòa với loại phƣơng tiện giao thông khác 1.1.2 Hệ thống đƣờng giao thông Việt Nam Hệ thống đƣờng giao thông nƣớc ta bao gồm hệ thống là: Hệ thống đƣờng bộ, Hệ thống đƣờng sắt, Hệ thống đƣờng thủy, Hệ thống đƣờng hàng không Hệ thống giao thông đƣờng bộ: Kết cấu hạ tầng giao thông đƣờng gồm công trình đƣờng bộ, bến xe, bãi đỗ xe hành lang an toàn đƣờng Mạng lƣới đƣờng gồm quốc lộ, đƣờng tỉnh, đƣờng huyện, đƣờng xã, đƣờng đô thị đƣờng chuyên dùng Mạng lƣới giao thông đƣờng Việt Nam phân bổ tƣơng đối hợp lý theo vùng với tổng chiều dài khoảng 252038 km, hệ thống quốc lộ có 18820km, chiếm 7.47%, đƣờng tỉnh có 25842km, chiếm 10.25%, đƣờng giao thông nông thôn có 207376 km, chiếm 82.28 % Mật độ đƣờng tính diện tích lãnh thổ 0.89 km/km2, dân số 2.65km/1000 dân Tỷ lệ đƣờng trải mặt Việt Nam đạt 10 - Đối với hệ số bám ngang φy, độ trƣợt λp tăng φy liên tục giảm đạt giá trị thấp λp = 100% Ta thấy phanh độ trƣợt lớn (đặc biệt λp đạt 100%) gây nên nên hậu xấu: - Hệ số bám dọc φx giảm, làm giảm lực phanh cực đại Fpmax = Fbφx - Hệ số bám ngang φy giảm mạnh làm tăng nguy lệch hƣớng xe, chí quay xe phanh phanh xuất lực quán tính theo chiều chuyển động xe, trọng tâm xe không nằm tâm hình học xe (mà điều xảy ra) làm xuất mô men Fqa (a khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâm hình học xe) tác dụng vào xe, lúc hệ số bám ngang giảm đáng kể khả lệch hƣớng quay xe xảy cao Nhƣ ta thấy phanh không nên để xe bị trƣợt lết để phanh đạt hiệu cao, độ trƣợt λ nên trì khoảng 15 ÷ 25% Để giải vấn đề ngƣời ta đƣa vào hệ thống phanh phận gọi chống hãm cứng bánh xe phanh ABS (Antilock brake system) b Bộ chống hãm cứng bánh xe phanh Quá trình điều khiển mô men phanh theo độ trƣợt bánh xe với mặt đƣờng nhƣ trình bày có khó khăn khó xác định đƣợc độ trƣợt Vì ngƣời ta phải dùng tín hiệu khác để điều khiển Sơ đồ hình 3.23 trình bày sơ đồ điều khiển áp suất phanh theo gia tốc góc bánh xe Trong trƣờng hợp van điều khiển hoạt động chế độ: tăng áp, giữ áp giảm áp Khi bắt đầu phanh, ngƣời lái tiến hành đạp phanh, van điều khiển chế độ tăng áp (vùng 1) Áp suất phanh p tăng, gia tốc góc bánh xe b giảm dần (chú ý bánh xe quay chậm lại gia tốc góc có giá trị âm), vận tốc xe v vận tốc góc bánh xe ωb giảm dần Khi b đạt giá trị b1 van điều khiển chuyển sang chế độ giữ áp (vùng 2) Giai đoạn p không đổi, b , b , v tiếp tục giảm Khi b đạt giá trị b van điều khiển chuyển sang chế độ giảm áp (vùng 3) Giai đoạn p giảm, b tiếp tục giảm thêm chút sau tăng lên, b , v tiếp tục giảm Khi b tăng đến giá 63 trị b1 van điều khiển chuyển sang chế độ giữ áp (vùng 4) Giai đoạn p không đổi, b tăng đến tiếp tục tăng lên (đạt giá trị dƣơng), b vận tốc góc bánh xe giảm b  sau tăng lên b  , v tiếp tục giảm Khi b đạt giá trị b van điều khiển chuyển sang chế độ tăng áp (vùng 5) Giai đoạn p tăng, b tiếp tục tăng chút sau giảm xuống có giá trị dƣơng, b tiếp tục tăng v tiếp tục giảm b từ b tăng lên sau giảm trở lại b van điều khiển lại chuyển sang chế độ giữ áp (vùng 6) Giai đoạn p không đổi, b tiếp tục giảm nhƣng có giá trị dƣơng, b tiếp tục tăng v tiếp tục giảm Khi b giảm đến giá trị b3 van điều khiển lại chuyển sang chế độ tăng áp (vùng 7) Trong vùng van điều khiển hoạt động xen kẽ tăng áp - giữ áp – tăng áp Và trình tiếp tục nhƣ sơ đồ hình 3.23 Hình 3.23 Hoạt động van điều khiển, thay đổi áp suất phanh p, gia tốc góc bánh xe, vận tốc góc bánh xe vận tốc xe phanh có ABS 64 Ta thấy vận tốc ô tô giảm gần nhƣ theo đƣờng thẳng, vận tốc góc bánh xe giảm tăng gần với quy luật “hình sin” Điều khiển áp suất phanh theo gia tốc góc ô tô không đạt đƣợc hệ số trƣợt tối ƣu (dao động xung quanh giá trị λ0) nhƣng dễ thực công nghệ Bảng kết thí nghiệm quãng đƣờng phanh ô tô du lịch loại đƣờng vận tốc khác có ABS ABS (Bảng – Kết tham khảo từ tài liệu) BẢNG2 Loại đƣờng Vận tốc bắt đầu phanh Quãng đƣờng phanh (m) Có ABS (km/h) Không có ABS Bê tông khô 50 10,6 13,1 Bê tông ƣớt 50 18,7 23,7 Bê tông khô 100 41,1 50 Bê tông ƣớt 100 62,5 100 65 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU HÒA LỰC PHANH 4.1 Xác định quan hệ Mp - p Nhƣ chƣơng trình bày, điều chỉnh mô men phanh cầu xe thông qua áp suất chất lỏng (hoặc khí nén) đến cấu phanh cầu trƣớc cầu sau Do ta phải biết đƣợc mối quan hệ mô men phanh M p áp suất p chất lỏng (hoặc khí nén) đến cấu phanh Mối quan hệ phụ thuộc kết cấu cấu phanh Sau ta xét cụ thể cho cấu phanh đĩa cấu phanh trống hai loại cấu phổ biến đƣợc lắp hệ thống phanh 4.1.2 Cơ cấu phanh guốc Phanh dẫn động chất khí: Sơ đồ lực tác dụng lên cấu phanh guốc đƣợc thể hình 4.2 Hình 4.2 Từ sơ đồ lực hình 4.2 ta có đƣợc quan hệ mô men phanh Mp lực 66 Tác dụng lên guốc phanh P = P1 = P2 P M p  f cos    f sin     f cos    f sin     2 f cos   f cos   e  (4.2) Lực P áp suất chất lỏng xi lanh công tác, cho nên: P p d2 (4.3) Trong d đƣờng kính xi lanh công tác Kết hợp 4.2 4.3 ta có: p 2M p  f cos    f sin     f cos    f sin     b cos   f cos   e   d Trong đó:  2rt (cos 1  cos   02  sin   2 cos1   sin  (4.4) (4.5) δ đƣợc tính từ công thức: tg  cos 21  cos 2 20  sin 21  sin 2 (4.6) 4.2 Xây dựng quan hệ p1 – p2theo Fp1 – Fp2 Từ công thức 3.29 chƣơng Fx1p  mg mg b   p h   p ; Fxp2    a   p h  p L L Ở ta xét trƣờng hợp phanh nên không xét đến dấu hệ số bám φ dấu lực phanh tức ta coi lực phanh hệ số bám dƣơng Ta viết lại nhƣ sau: Fp1  mg b  h  L Fp  mg  a   h  L 67 Và ta có phân bố mô men phanh lý tƣởng cấu phanh cầu trƣớc sau: M p1  M p2  P1  a  b cos   b cos   b sin    P2  a  b cos   b cos   b sin    (4.7) (4.8) 4.2.2 Cơ cấu phanh guốc Thay 4.7 4.8 vào 4.4 ta có áp suất phanh cầu trƣớc cầu sau lý tƣởng phanh xe có hệ thống phanh dẫn động chất lỏng – khí nén cấu phanh guốc: Trường hợp dẫn động phanh chất lỏng: P1 = P2 = P M p1  M p  M p  P1  P2  P  Pb cos  b cos   a  b cos   b sin    b cos   b sin     M p b cos   b sin    b cos   b sin     2b cos  b cos   a  Trường hợp dẫn động phanh khí nén: Lực P1 P2 cam phanh tạo ra,.ta có: R1 = R2 → Mp1 = Mp2 Khi đó: M p1  M p  Mp  P1  a  b cos   P2  a  b cos    b cos   b sin    b cos   b sin    P1  P2  Đặt A  M p b cos   b sin     2b cos  b cos   a  M p b cos   b sin     2b cos  b cos   a  b cos   b sin     , 2b cos  b cos   a  B (4.8) (4.9) b cos   b sin     2b cos  b cos   a  ta có phƣơng trình sau: P1  A.M p P2  B.M p (4.10) Trong trƣờng hợp cấu phanh cầu trƣớc có kết cấu khác cấu phanh cầu sau ta dùng công thức để tính Ví dụ cầu trƣớc có cấu phanh đĩa, cầu sau có cấu phanh guốc Khi ta áp dụng biểu thức 4.9 để tính áp suất 68 phanh dẫn động cầu trƣớc áp dụng biểu thức 4.11 để tính áp suất phanh dẫn động cầu sau 4.3 Xây dựng đƣờng đặc tính điều hòa Áp suất cần cấu đƣợc tính theo công thức: d p P1e  P2 f k S m k P1 e P2 f Trong ta có lực P1 P2 cam phanh tạo thay (4.14) vào biểu thức ta có: p A.M pb  B.M p a c.Sm  A.b  B.a Mp c.Sm Áp suất khí nén cần cấu phanh cầu trƣớc sau: Đối với cầu trƣớc: p1  A.e  B f G (b + φh) φ rb 2L k Sm (4.11) A.e  B f G (a - φh) φ rb 2L k Sm (4.12) Đối với cầu sau p2  Trong đó: p1 , p2 : -Là áp suất khí nén cần cấu cầu trƣớc cầu sau rb - Là bán kính bánh xe G – Tải trọng toàn ô tô G =15305 Kg e,f - Bán kính quay e = f = 0.015 m k – Chiều dài đòn quay k = 0.18 m Sm  d Diện tích màng d – Đƣờng kính màng d = 0.17 m 69 a, b khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục bánh xe trƣớc sau a = 2.75 m b = 1,1 m hg - Chiều cao trọng tâm xe hg = 1.36 m Thay thông số vào công thức (4.11) (4.12) ta có giá trị áp suất khí nén cần cấu phanh cầu trƣớc sau Khi xe đầy tải: G = 15305 Kg φ 0.1 0.2 0.3 p1 0.49 1.102 1.81 p2 1.05 1.99 2.82 Khi xe không tải G = 7080 Kg φ p1 p2 0.4 2.64 3.54 0.5 3.57 4.15 0.6 4.62 4.66 0.7 5.77 5.05 0.8 7.03 5.34 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.22 0.51 0.84 1.22 1.65 2.13 2.67 3.25 0.48 0.92 1.3 1.64 1.92 2.15 2.34 2.47 Nhƣng với cấu phanh điều hòa chỉnh lực phanh đặc tính đƣờng thẳng tạo với trục hoành góc 45 Khi hệ thống phanh tranh bị điều hòa lực phanh cầu sau đƣờng đặc tính hệ thống phanh có dạng tia Theo bảng quan hệ áp suất hệ số bám xây dựng đƣợc đồ thị đƣờng đặc tính dƣới Hình 4.3: Đồ thị đƣờng đặc tính điều hòa lực phanh 70 4.4 Tính thiết kế điều hòa Bộ điều hoà đƣợc lắp dẫn động phanh cầu sau điều chỉnh áp suất khí nén dẫn tới bầu phanh cầu sau theo tải trọng tác dụng lên cụm cầu sau Hiện điều hòa lực phanh có bán nhiều thị trƣờng, thay tính toán thiết kế lại điều hòa lực phanh, ta nên lựa chọn mua điều hòa có bán sẵn thị trƣờng sau đó, tính toán thông số lắp đặt ban đầu cho phù hợp với yêu cầu Trên thực tế , ngƣời ta vào đặc tính tĩnh hệ thống treo, sau kết hợp với đặc tính tĩnh điều hòa (đƣợc cung cấp nhà sản xuất, ta mua về) để thiết lập thông số lắp đặt ban đầu * Xây dựng đặc tính cho điều hòa loại tia Cấu tạo nguyên lí hoạt động Bộ điều hòa lực phanh dùng hệ thống phanh khí nén Nguyên lí hoạt động: Bộ điều hòa lực phanh đƣợc bắt khung nối đàn hồi với dầm cầu qua đòn 12 Khi phanh, không khí nén từ tổng van vào khoang A điều 71 chỉnh với áp suất Pt , tác dụng lên piston đẩy cuống Van 11 lắp piston tù vào mặt đầu cần đẩy đóng lỗ lại, cắt đƣờng thông khoang B C với khí Sau van 11 tách khỏi đế van mở ra, nối khoang A với khoang C, cho khí nén qua C đến bầu phanh Đồng thời qua khe hở vòng piston ống dẫn hƣớng 6, không khí nén vào không gian phía dƣới piston (khoang B) tác dụng lên piston mang áp suất Pm Khi áp suất đạt đến giá trị xác định, piston dịch chuyển lên đến vị trí mà van 11 bắt đầu đóng lại nhƣng ép sát mặt đầu vào cần đẩy Lúc piston trạng thái cân Quy luật thay đổi Ps phụ thuộc vào độ võng hệ thống treo đƣợc xác định phần đáy piston ống lồng nhƣ trụ trƣợt Để giảm mài mòi bù lại áp suất không khí Ps tác dụng lên cần 5, đòn đƣợc nối với piston phanh nhờ không khí nén đƣa vào khoang D Khi nhả phanh, áp suất khoang A giảm đi, piston dịch chuyển lên dƣới tác dụng lực khoang B Lúc van 11 đóng lại cắt đƣờng thông khoang A C, sau cần đầy mở đƣờng cho khí nén từ bầu phanh qua khoang C -> cần đẩy -> khoang E -> uốn mép van cao su thoát Tất chi tiết trở vị trí ban đầu Tính toán thông số cho điều hòa lực phanh Dựa vào kết tính toán ta có hệ số truyền K cho trƣờng hợp xe không tải đầy tải là: - Ôtô đầy tải: K = 1,56 - Ôtô không tải: K = 3,68 Hệ số truyền K đƣợc tính theo công thức : K S1 S2 Trong S1 S2 diện tích dƣới piston nhƣ sơ đồ cấu tạo Diện tích S1 đại lƣợng không đổi có giá trị S1  72 d2 Diện tích S2 đại lƣợng thay đổi nhờ kết cấu sau: Piston có gân hƣớng kính 10 lắp vào rãnh ống lồng có - mặt mút phía dƣới hình côn Khi piston vị trí (xe đầy tải) màng tì sát hoàn toàn vào - mặt côn ống nên diện tích hiệu dụng Khi tải trọng giảm đi, piston dịch chuyển dần xuống dƣới gân - tách dần khỏi ống nên diện tích hiệu dụng màng tác dụng nên piston tăng lên Nhƣ tải trọng lớn piston dịch chuyển lên cao, với pt = const ps cao để đảm bảo piston đƣợc cân Dựa vào sơ đồ nguyên lí hình ta đến thiết lập phƣơng trình cân cho piston 9, từ xác định đƣợc hệ số truyền K Phƣơng trình cân bằng: Pt.S1 = Ps.S2 Pt Ps áp suất trƣớc sau khỏi điều hòa Với S1  d2 d đƣờng kính diện tích phía piston Diện tích S2 đại lƣợng biến thiên phụ thuộc vị trí xác lập cần dẫn Ta có S2   ( Dm  d ) Với Dm đƣờng kính hiệu dụng màng tác dụng lên piston Ta hình vẽ sau: 73 Đƣờng kính hiệu dụng Dm màng đƣợc xác định theo công thức : Dm  2h d tan  Trong : d đƣờng kính diện tích hiệu dụng bề mặt phía piston h độ dịch chuyển cần đẩy theo phƣơng thảng đứng Góc  góc nghiêng bề mặt côn mặt đáy ống lồng so với phƣơng ngang (hình vẽ) Vậy diện tích S2 đƣợc tính nhƣ sau: S2   2h      d  d2   tan   Từ phƣơng trình ta có phƣơng trình cân piston nhƣ sau: Pt  d  h    d  d2   tan      Ps Vậy hệ số truyền K đƣợc tính nhƣ sau: K S1 d2  S  2h   tan   d   d   Gọi độ võng nhíp f chiều dài cần dẫn L ta có phƣơng trình sau 74 tan   h f  l L Suy ra: h f l L Ta có phƣơng trình phụ thuộc K độ võng nhíp f nhƣ sau: K Đặt A  d2   f l  L.tan   d   d   2.l ta có phƣơng trình sau: L.tan  K d2 d  2 2 A f ( A f  d )  d  A f d Suy ta có hệ số K phụ thuộc vào đƣờng kính d (đƣờng kính diện tích hiệu dụng bề mặt phía piston).Khi thiết kế phải tính toán đƣờng kính d, từ tính Dm chọn D > Dm thỏa mãn (D đƣờng kính ống lồng 8) Đặc tính điều hòa ta cần chọn điều hòa thỏa mãn phƣơng trình sau: K d A2 f  A f d 75 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu làm việc khẩn trƣơng, hoàn thành luận văn Luận văn thực đƣợc nội dung sau: - Giới thiệu chung phát triển nhanh chóng phƣơng tiện giao thông đƣờng mạng đƣờng giao thông đƣờng nhƣ thực trạng giao thông đƣờng nƣớc ta năm gần Trên sở phân tích nguyên nhân xảy tai nạn đề hƣớng nghiên cứu để giảm thiểu tai nạn có giải pháp nâng cao hiệu làm việc hệ thống phanh - Khảo sát động lực học xe theo phƣơng dọc sở thiết lập biểu thức tính toán lực chủ động lực cản phản lực bánh xe Khảo sát phân bố lực dọc trình vận hành có lực phanh làm sở cho việc điều khiển lực phanh theo yêu cầu - Phân tích sở lý thuyết chung điều khiển lực dọc ô tô sở xác định quy luật phân bố lực dọc tối ƣu điều kiện vận hành đặc biệt trọng phân tích quy luật phân bố tối ƣu lực phanh Nêu giải pháp điều khiển lực phanh bao gồm điều khiển lực phanh theo phân bố tải trọng điều khiển lực phanh theo thay đổi hệ số bám trình phanh - Nghiên cứu đề xuất phƣơng pháp thiết kế điều hòa lực phanh bao gồm xây dựng đƣờng đặc tính phân bố tối ƣu áp suất phanh, xây dựng đƣờng đặc tính điều hòa, tính thông số điều hòa Do thời gian nhƣ khả có hạn, luận án chƣa sâu vào phƣơng pháp điều khiển lực phanh theo hệ số bám Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc với giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Bộ môn Ô tô xe chuyên dụng - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt hƣớng dẫn tận tình thầy Lƣu Văn Tuấn suốt trình thực luận văn 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Văn Hƣờng, Nguyễn Tiến Dũng, Dƣơng Ngọc Khánh, Đàm Hoàng Phúc Động lực học ô tô – Nhà xuất Giáo dục Việt Nam -2014 Nguyễn Hữu Cẩn, Dƣ Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng – Lý thuyết ô tô máy kéo – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật – 2007 Lƣu Văn Tuấn - Tập giảng môn Lý thuyết ô tô Lƣu Văn Tuấn - Tập giảng môn Động lực học ô tô Lƣu Văn Tuấn - Tập giảng môn Thiết kế, tính toán ô tô J Y.Wong – Theory of ground vehicles – John Wiley & Sons – 1978 U Kiencke, L Nielsen – Automotive Control Systems for Engine, Driveline and Vehicle – Springer - 2005 77 ... định phanh ô tô đƣợc hiểu phanh ô tô không bị trƣợt ngang, trƣợt lết bị lật, đảm bảo tính điều khiển lái chuyển động an toàn ô tô Điều đặc biệt quan trọng ô tô chạy đƣờng trơn với tốc độ cao .Ô tô. .. động Ô tô phƣơng tiện giao thông phổ biến toàn giới Ô tô đời từ nửa cuối kỷ 18, sau động nƣớc đời Những “thế hệ” ô tô có số lƣợng không lớn vận tốc ô tô không cao Hơn 200 năm trôi qua, ngày ô tô. .. 2001 đến nay, số lƣợng mô tô, xe máy tăng lên tới 4,5 lần, ô tô 4,12 lần BẢNG1: SỰ GIA TĂNG SỐ LƢỢNG Ô TÔ Ở VIỆT NAM TT Năm Đơn vị Tổng số Phân loại Ô tô Ô tô Ô tô tải Xechuyên Loại khách dụng