Xây dựng đặc tính mô men phanh theo điều kiện bám trên xe KIA k3000s

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA ĐỘNG LỰC  BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH MÔ MEN PHANH THEO ĐIỀU KIỆN BÁM Giáo Viên Hướng Dẫn: TS Nguyễn Văn Trà... Một trong những giảiph

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

KHOA ĐỘNG LỰC



BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH MÔ MEN PHANH

THEO ĐIỀU KIỆN BÁM

Giáo Viên Hướng Dẫn: TS Nguyễn Văn Trà

PHỤ LỤC

1.1 Phương trình động lực học khi phanh 4 1.2 Điều kiện phanh xe có hiệu quả nhất 6 1.3 Động lực học của quá trình phanh xe hai cầu và cơ sở lý

thuyết về điều hòa lực phanh 7

THEO ĐIỀU KIỆN BÁM 16

MỞ ĐẦU

Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân thì nhu cầu vềvận tải rất quan trọng, đặc biệt là nhu cầu vận chuyển người, hàng hóa với số lượnglớn Bởi vậy ngày càng xuất hiện nhiều loại ô tô khác nhau và rất đa dạng Việc lưuthông của các loại ô tô trên đường gây tai nạn là vấn đề ảnh hưởng rất lớn đến sự

an toàn của các phương tiện và người tham gia giao thông Một trong những giảipháp hữu hiệu là thiết kế hệ thống phanh an toàn đến mức tối ưu nhất vì phanh làmột bộ phận rất quan trọng trên xe, nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn ở tốc độ cao.Nên hệ thống phanh ô tô cần thiết đảm bảo: bền vững, tin cậy, phanh êm dịu, hiệuquả cao, tính ổn định của xe, điều chỉnh lực phanh được… để tăng tính an toàn cho

ô tô khi vận hành

Nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam, các yêu cầu về tiêu chuẩnthiết kế, chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế đó, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn

Văn Trà nhóm chúng em đã nghiên cứu đề tài: “ Xây dựng đặc tính mô men phanh theo điều kiện bám trên xe KIA K3000S” Đây là loại xe tải nhẹ do hãng

KIA Motor Hàn Quốc thiết kế chế tạo rất phù hợp với điều kiện kinh tế, giao thôngcủa nước ta

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế cóhạn nên trong quá trình nghiên cứu sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Chúng emrất mong thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của chúng em được hoàn thiệnhơn Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo giảng dạy và hướng dẫn đã hếtsức tận tình giúp đỡ chỉ bảo chúng em hoàn thành tốt đề tài

Hình 1.1 Lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Các hệ thống phanh được trang bị trên ô tô hiện nay rất phong phú về chủngloại và đa dạng về hình dáng Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì hệthống phanh trên ô tô không ngừng được chú trọng và hoàn thiện Trên các đời xemới đã được trang bị nhiều loại phanh được điều khiển bằng điện tử như: Hệ thốngphanh chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS), hệ thống phanh phân phối lựcphanh điện tử (EBD) và đặc biệt là sự xuất hiện của hệ thống phanh thông minh(SBC) … Tất cả những sự thay đổi ấy nhằm một mục tiêu cuối cùng là nâng caochất lượng của quá trình phanh bao gồm: thời gian phanh nhỏ, quãng đường phanhngắn, gia tốc chậm dần khi phanh cực đại và phải đảm bảo tính điều khiển và ổnđịnh hướng chuyển động của ô tô trong quá trình phanh Điều ấy cho phép nângcao vận tốc trung bình của xe, nâng cao năng suất vận chuyển mà vẫn đảm bảođược tính an toàn cao

1 Phương trình động lực học khi phanh.

Khi phanh có cáclực tác dụng lên ô tô như sau:

+ Trọng tâm G đặt tại trọng tâm xe.

+ Lực phanh Pp1 và Pp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường vàngược chiều với chuyển động của ôtô

+ Lực quán tính Pj đặt tại trọng tâm G và cùng chiều với chiều chuyển động củaôtô Để nâng cao hiệu quả của quá trình phanh, khi phanh người điều khiển thườngcắt ly hợp Do đó ta có thể bỏ qua hệ số quán tính quay δ j và lực quán tính đượctính theo công thức sau :

p

j j g

G

P =

(1.1) + Lực cản không khí Pw

+Phản lực pháp tuyến RK1, RK2 và các lực cản lăn Pf1, Pf2 tương ứng đặt tại điểmtiếp xúc giữa bánh xe, cầu trước, cầu sau và đường

Lực khi phanh: lực cản không khí PW và lực cản lăn Pf1, Pf2 là nhỏ có thể bỏ qua

Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng (1,5 ÷ 2)%

Sử dụng phương trình cân bằng lực kéo áp dụng đối với trường hợp khi phanh

xe trên đường nằm ngang ta có:

Pj = Pf + Pw + Pp Hay ta có thể viết:

.Jp = Pp + G.f + Kw.F.()2 Trong đó: Pp – tổng lực phanh ở tất cả các bánh xe

S – quãng đường phanh

– hệ số ảnh hưởng khối lượng quay khi ngắt ly hợp

Jp= = (p + f).g Khi phanh cấp tốc trên đường phủ tốt có thể bỏ qua lực cản lăn:

Jp = p.g

1.2 Điều kiện phanh xe có hiệu quả nhất.

Để sử dụng lực bám hiệu quả lực phanh đơn vị của các bánh xe phải bằng nhau

p1 = p2 = … = pm = = Trong đó:p1, p1, …, pi - lực phanh đơn vị tương ứng ở cầu thứ i

Ppi – là lực phanh tương ứng ở cầu thứ i

RKi – là phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên các bánh xe của cầu thứ i Như vậy các lực phanh phải tỉ lệ thuận với các phản lực pháp tuyến.Nếu điều kiện không thỏa mãn thì sẽ xảy ra sự hãm cứng các bánh xe ở một cầu nào đó trước sau đó đến các cầu khác Điều này dẫn đến làm mất ổn định chuyển động của xe

+ Khi có sự phân bố lực phanh lý tưởng thì gia tốc phanh lớn nhất có thể xác định theo công thức:

Ppmax=Pj<=> G Jpmax =>Jpmax = g.

Gia tốc phanh lớn nhất trong trường hợp này không phụ thuộc vào trọng lượng

xe mà chỉ phụ thuộc vào hệ số bám của các bánh xe với đường

+Phanh dừng đỗ Jp=0=Jpmin

1.3 Động lực học của quá trình phanh xe hai cầu và cơ sở lý thuyết về điều

hòalực phanh

Dựa vào hình 1.1 ta có hệ phương trình:

Để dễ dàng tính toán bỏ qua lực cản không khí, lực cản lăn,giải hệ phương trình, tađược phản lực vuông góc R1 và R2 tác dụng lên ôtô khi phanh như sau :

L

h P Gb

R − j g

=

2

(1.3)Trong đó :

Pj- lực quán tính sinh ra trong khi phanh

a, b:khỏang các trọng tâm xe tới cầu trước,cầu sau

hg- tọa độ trọng tâm của ôtô

L- chiều dài cơ sở của ôtôThay giá trị Pj = Jp ta được :

=  + g 

h j b L

Khi phanh đạt hiệu quả cao nhất thì tỷ số giữa các lực phanh ở các bánh trước

R P

j g

g j p

p

h P Ga

h P Gb P

(1.8)Trong quá trình phanh thì lực cản lăn Pf1 và Pf2 không đáng kể, có thể bỏqua, do vậy ta có thể viết như sau :

Pj = Pp1 + Pp2 (1.9)

Và : Pj.max = Pp.max = Gϕ (1.10)

Thay giá trị Pj.max từ biểu thức (1.10) vào (1.8) ta có :

g

g p

p

h a

h b P

Ta thấy trong điều kiện sử dụng của ô tô thì tọa độ trọng tâm (a, b, hg) luônthay đổi do chất tải khác nhau và hệ số bám ϕ cũng thay đổi do ô tô có thể chạy

trên các cung đường khác nhau, do vậy tỷ số 2

cơ cấu phanh trước và sau là như nhau Vì vậy, ngày nay, trên các ô tô hiện đạithường lắp thêm bộ điều hòa lực phanh hoặc chống bó cứng bánh xe khi phanh.Các cơ cấu này sẽ tự động điều chỉnh lực phanh bằng cách thay đổi quan hệ áp suấtdẫn động ra cơ cấu phanh cầu trước và cơ cấu phanh cầu sau

Mô men phanh cần sinh ra ở các bánh xe trước và sau có thể xác định theođiều kiện bám qua các biểu thức sau:

MP1=ϕ.R1.rk =

) (

g

k b h L

g

k a h L

r

(1.13)

MP2

ϕ

ϕ0

Dựa vào công thức trên ta có biểu thị quan hệ giữa MP1, MP2 phụ thuộc vào

ϕ

Ký hiệu tỷ số giữa MP1 và MP2 là C, ta có:

C=

;

M

M

2

1 P2

P1

g p

g p K

K

h J g a

h J g b R

là ứng với mỗi giá trị khác nhau của gia tốc phanh ta có tương ứng một giá trị C tối

ưu Như vậy, khi phanh với cường độ phanh khác nhau thì cần có giá trị C tối ưu

tương ứng Mặt khác, khi thay đổi tải thì các giá trị a, b, hg cũng sẽ thay đổi, do vậy

C cũng thay đổi

Ta có thể xây dựng đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa mô men ở các bánh sau

và bánh trước Đồ thị này được gọi là đặc tính phanh lý tưởng của ô tô

Mp

Hình 1.3 Đường đặc tính phanh lý tưởng của ô tô

1 Đầy tải 2 Không tải

Để có mối quan hệ phức tạp trên trong dẫn động phanh, phải có cơ cấu tựđộng điều chỉnh lực phanh trên các bánh xe Cơ cấu này được gọi là cơ cấu điềuchỉnh lực phanh hay là cơ cấu điều hòa lực phanh

Trên ô tô hiện nay thường dùng dẫn động phanh thủy lực hoặc khí nén, quan

hệ giữa mô men phanh sinh ra ở bánh xe với áp suất trong dẫn động phanh biểu thịnhư sau:

1 1

2 K p

M P =

(1.16)

p1

Hình 1.4 Đồ thị chỉ quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau và dẫn động phanh trước để đảm bảo sự phanh lý tưởng

1- Đầy tải; 2- Không tải

Trong đó: p1, p2: áp suất dẫn động phanh của cơ cấu phanh cầu trước và cơcấu phanh cầu sau

K1, K2: Hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau Hệ sốnày phụ thuộc vào kết cấu cơ cấu phanh, hệ số ma sát giữa má phanh với tang

phanh

Từ quan hệ này suy ra:

1 1

2 2

M K p

(1.17)Trên hình biểu thị quan hệ giữa áp suất p1, p2 khi quan hệ giữa MP1 và MP2tuân theo đường đặc tính lý tưởng Đồ thị này gọi là đặc tính lý tưởng của bộ điều

hòa lực phanh (hình 1.4)

Muốn đảm bảo đường đặc tính p2=f(p1) theo đúng hình trên thì bộ điều hòalực phanh phải có kết cấu rất phức tạp Các kết cấu điều hòa lực phanh trong thực

tế chỉ đảm bảo đường đặc tính gần đúng với đặc tính lý tưởng Bộ điều hòa lựcphanh đảm bảo cho áp suất p2 ở dẫn động phanh sau gần với áp suất lý tưởng và cógiá trị nhỏ hơn áp suất lý tưởng để tránh bó cứng bánh xe sau Khi bó cứng bánh xesau thì hiệu quả phanh sẽ giảm do hệ số bám ϕ giảm do bánh xe bị trượt lết và làmmất ổn định hướng của xe khi phanh

Khi nghiên cứu hiệu quả phanh ô tô các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra kếtluận về mối quan hệ giữa lực phanh và lực bám Mô men phanh do cơ cấu phanh bánh

xe sinh ra, nhưng mặt đường là nơi tiếp nhận thông qua điều kiện bám giữa bánh xe vàmặt đường

Do đó, lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe với mặtđường, mà đặc trưng là hệ số bám ϕ theo mối quan hệ sau:

.

pmax

P = Pϕ = Gϕ ϕ

(1.18) Trong đó: Ppmax là lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh

xe với mặt đường; Pϕ là lực bám giữa bánh xe với mặt đường;

Gϕ

là trọng lượngbám (

M

và P2

M

sẽ không đổi

Q Q1

Q0 Q2

Trong trường hợp này trọng lượng bám chỉ được sử dụng hoàn toàn tại một điểmứng với hệ số bám ϕo được xác định theo công thức:

g p

g p p

p

h J g a

h J g b M

M C

.

.

14

+ Khi phanh xe trên đường có lớp phủ tốt với ϕ = ϕmax >ϕo

Trong trường hợp này trọng lượng bám được sử dụng hoàn toàn ở cầu

sau khi người lái tác dụng lên bàn đạp một lực là Q1 Khi đó ở cầu trước chưa sửdụng hết khả năng bám do Mp1 < Mp2 Nếu tiếp tục tăng lực tác dụng lên bàn đạpphanh Q > Q1 thì lực phanh sẽ tăng, cầu sau bị hãm cứng và sẽ xảy ra trượt ngang

Để khắc phục hiện tượng này, phải bố trí bộ điều hòa lực phanh để phân bố lại tỷ lệ

mô men phanh sinh ra trên cầu trước và cầu sau

+ Khi phanh xe trên đường trơn với ϕ = ϕmin <ϕo

Trong trường hợp này lực tác dụng lên bàn đạp bị giới hạn bởi điều kiệnhãm cứng các bánh xe cầu trước Nếu Q = Q2 cầu trước bị hãm cứng, mô menphanh tác dụng lên cầu sau nhỏ hơn mô men bám: Mp2 < Mϕ2 Việc hãm cứng cácbánh xe cầu trước là rất nguy hiểm bởi nó làm mất tính điều khiển và dễ gây ra tainạn

Để sự phân bố mô men phanh thực tế ở cầu sau tiến dần đến sự tối ưu, cầnthiết phải giảm áp suất trong dẫn động cầu sau Mô men phanh thực tế lúc đó biến

phanh thực tế ở cầu trước và cầu sau đều bằng mô mem yêu cầu Điều này có đượcnhờ các bộ điều chỉnh lực phanh.

Phương án sử dụng bộ điều hòa lực phanh tuy không khắc phục hoàntoàn hiện tượng trượt lết nhưng cũng hạn chế đáng kể hiện tượng này, lại cókết cấu đơn giản, giá thành thấp, tính khả thi cao nên đây vẫn là một phương

án khả quan, đơn giản và hiệu quả cao

KIỆN BÁM

Trên cơ sở lý thuyết trong phần 1, ta đi vào xây dựng đặc tính mô menphanh theo điều kiện bám

BẢNG THÔNG SỐ BAN ĐẦU XE KIA 3000S

Trọng lượng xe 50% tải G1 2680 Kg

Trọng lượng toàn bộ khi toàn tải G 3380 Kg

Lốp trước / Lốp sau 6,50-16/5,50-13

Bán kính tính toán được xác định như sau:

rk = λ.r (m)

trong đó : +) r là bán kính thiết kế của xe

r = r1 = r2 = )

- Mô men phanh cần sinh ra ở các bánh xe trước và bánh xe sau có thể xácđịnh từ điều kiện bám theo các biểu thức sau đây:

MP1 = ϕ.Z1.rk1 =

) ( 1

g

k b h L

r G

ϕ

= 0,345

 Lập trình Matlab đối với trường hợp không tải

Hình 1.6.Đồ thị chỉ quan hệ giữa momen phanh cần sinh ra Mp1,Mp2 với hệ

số bám

Hình 1.7.Đặc tính phanh lý tưởng của ô tô khi không tải.

TH2: Xe 50% tải

%khoang cach tu trong tam den tam banh xe cau sau(m)

Hình 1.8.Đồ thị chỉ quan hệ giữa momen phanh cần sinh ra Mp1,Mp2 với hệ

số bám

Hình 1.9.Đặc tính phanh của ô tô 50% tải.

Hình 1.10.Đồ thị chỉ quan hệ giữa momen phanh cần sinh ra Mp1,Mp2 với hệ

số bám

Hình 1.11.Đặc tính phanh lý tưởng của ô tô khi toàn tải.

-Đồ thị đặc tính phanh trong cả ba trường hợp.

-Đồ thị quan hệ momen phanh trong cả ba trường hợp.

Đề tài đã tập trung nghiên cứu và xây dựng phương trình mô tả đặc tính mômen phanh theo điều kiện bám Từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của mô menphanh theo điều kiện bám tới hiệu quả phanh trên một xe cụ thể

Kết quả mô phỏng cho thấy đặc tính của mô men phanh phù hợp với kết quả

lý thuyết Đó là cơ sở tham khảo khi kiểm nghiệm bằng thí nghiệm trên xe thực tế,đánh giá hiệu quả phanh hoặc thiết kế mới một cách nhanh chóng và dễ dàng cho ôtô

Đề tài nghiên cứu đã góp phần giải quyết một vấn đề cấp thiết hiện nay làgiải pháp nâng cao hiệu quả phanh của các xe ô tô, giúp khai thác xe hiệu quả vàbảo đảm an toàn giao thông

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Đại tá, TS NguyễnVăn Trà - Trưởng bộ môn Ô tô quân sự, khoa Động lực, Học viện kỹ thuật quân sựcùng các thầy trong bộ môn đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình giảng dạy vàhướng dẫn đề tài