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 PHỤ LỤC 1.MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ PHANH TRÊN Ô TÔ 1.1 Phương trình động lực học phanh 1.2 Điều kiện phanh xe có hiệu 1.3 Động lực học trình phanh xe hai cầu sở lý thuyết điều hòa lực phanh CHƯƠNG XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH MÔ MEN PHANH THEO ĐIỀU KIỆN BÁM CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 16 34 MỞ ĐẦU Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ kinh tế quốc dân nhu cầu vận tải quan trọng, đặc biệt nhu cầu vận chuyển người, hàng hóa với số lượng lớn Bởi ngày xuất nhiều loại ô tô khác đa dạng Việc lưu thông loại ô tô đường gây tai nạn vấn đề ảnh hưởng lớn đến an toàn phương tiện người tham gia giao thông Một giải pháp hữu hiệu thiết kế hệ thống phanh an toàn đến mức tối ưu phanh phận quan trọng xe, đảm bảo cho ô tô chạy an toàn tốc độ cao Nên hệ thống phanh ô tô cần thiết đảm bảo: bền vững, tin cậy, phanh êm dịu, hiệu cao, tính ổn định xe, điều chỉnh lực phanh được… để tăng tính an toàn cho ô tô vận hành Nhiều nước giới có Việt Nam, yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo sử dụng hệ thống phanh ngày nghiêm ngặt chặt chẽ Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Trà nhóm chúng em nghiên cứu đề tài: “ Xây dựng đặc tính mô men phanh theo điều kiện bám xe KIA K3000S” Đây loại xe tải nhẹ hãng KIA Motor Hàn Quốc thiết kế chế tạo phù hợp với điều kiện kinh tế, giao thông nước ta Mặc dù cố gắng, thời gian, kiến thức kinh nghiệm thực tế có hạn nên trình nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong thầy góp ý, bảo tận tâm để kiến thức chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo giảng dạy hướng dẫn tận tình giúp đỡ bảo chúng em hoàn thành tốt đề tài CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ PHANH TRÊN Ô TÔ Các hệ thống phanh trang bị ô tô phong phú chủng loại đa dạng hình dáng Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật hệ thống phanh ô tô không ngừng trọng hoàn thiện Trên đời xe trang bị nhiều loại phanh điều khiển điện tử như: Hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe phanh (ABS), hệ thống phanh phân phối lực phanh điện tử (EBD) đặc biệt xuất hệ thống phanh thông minh (SBC) … Tất thay đổi nhằm mục tiêu cuối nâng cao chất lượng trình phanh bao gồm: thời gian phanh nhỏ, quãng đường phanh ngắn, gia tốc chậm dần phanh cực đại phải đảm bảo tính điều khiển ổn định hướng chuyển động ô tô trình phanh Điều cho phép nâng cao vận tốc trung bình xe, nâng cao suất vận chuyển mà đảm bảo tính an toàn cao Phương trình động lực học phanh Hình 1.1 Lực tác dụng lên ô tô phanh Khi phanh có cáclực tác dụng lên ô tô sau: + Trọng tâm G đặt trọng tâm xe + Lực phanh Pp1 Pp2 đặt điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường ngược chiều với chuyển động ôtô + Lực quán tính Pj đặt trọng tâm G chiều với chiều chuyển động ôtô Để nâng cao hiệu trình phanh, phanh người điều khiển thường cắt ly hợp Do ta bỏ qua hệ số quán tính quay δj lực quán tính tính theo công thức sau : Pj = G jp g (1.1) + Lực cản không khí Pw +Phản lực pháp tuyến R K1, RK2 lực cản lăn Pf1, Pf2 tương ứng đặt điểm tiếp xúc bánh xe, cầu trước, cầu sau đường Lực phanh: lực cản không khí P W lực cản lăn Pf1, Pf2 nhỏ bỏ qua Sự bỏ qua gây sai số khoảng (1,5 ÷ 2)% Sử dụng phương trình cân lực kéo áp dụng trường hợp phanh xe đường nằm ngang ta có: Pj = P f + P w + P p Hay ta viết: Jp = Pp + G.f + Kw.F.()2 Trong đó: Pp – tổng lực phanh tất bánh xe S – quãng đường phanh – hệ số ảnh hưởng khối lượng quay ngắt ly hợp Kw – hệ số cản không khí F – diện tích cản diện ô tô g – gia tốc trọng trường Tỉ số lực phanh với trọng lượng xe gọi lực phanh đơn vị: p = Khi bỏ qua lực cản không khí = ta có biểu thức xác định gia tốc phanh sau: Jp= = (p + f).g Khi phanh cấp tốc đường phủ tốt bỏ qua lực cản lăn: Jp = p.g 1.2 Điều kiện phanh xe có hiệu Để sử dụng lực bám hiệu lực phanh đơn vị bánh xe phải p1 = p2 = … = pm = = Trong đó:p1, p1, …, pi - lực phanh đơn vị tương ứng cầu thứ i Ppi – lực phanh tương ứng cầu thứ i RKi – phản lực pháp tuyến đường tác dụng lên bánh xe cầu thứ i Như lực phanh phải tỉ lệ thuận với phản lực pháp tuyến.Nếu điều kiện không thỏa mãn xảy hãm cứng bánh xe cầu trước sau đến cầu khác Điều dẫn đến làm ổn định chuyển động xe + Khi có phân bố lực phanh lý tưởng gia tốc phanh lớn xác định theo công thức: Ppmax=Pj G Jpmax =>Jpmax = g Gia tốc phanh lớn trường hợp không phụ thuộc vào trọng lượng xe mà phụ thuộc vào hệ số bám bánh xe với đường +Phanh dừng đỗ Jp=0=Jpmin 1.3 Động lực học trình phanh xe hai cầu sở lý thuyết 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, ta phản lực vuông góc R1 R2 tác dụng lên ôtô phanh sau : R1 = Gb + Pj hg R2 = L (1.2) Ga − Pj hg L Trong : Pj- lực quán tính sinh phanh a, b:khỏang trọng tâm xe tới cầu trước,cầu sau hg- tọa độ trọng tâm ôtô L- chiều dài sở ôtô Thay giá trị Pj = Jp ta : (1.3) R1 = R2 = j h  G  b + p g  L g  j h  G  a − p g  L g  (1.4) (1.5) Để sử dụng hết trọng lượng bám ôtô cấu phanh bố trí bánh xe trước sau, lực phanh lớn toàn xe : Pp.max = G.ϕ (1.6) Sự phanh có hiệu lực phanh sinh bánh xe tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên bánh xe lại thay đổi có lực quán tính tác dụng Khi phanh đạt hiệu cao tỷ số lực phanh bánh trước lực phanh bánh sau : Pp1 Pp = ϕ R1 R1 = ϕ R2 R2 (1.7) Thay biểu thức (1.2), (1.3) vào (1.7) ta có : Pp1 Pp = Gb + Pj hg Ga − Pj hg (1.8) Trong trình phanh lực cản lăn P f1 Pf2 không đáng kể, bỏ qua, ta viết sau : Pj = Pp1 + Pp2 Và : Pj.max = Pp.max = Gϕ Thay giá trị Pj.max từ biểu thức (1.10) vào (1.8) ta có : (1.9) (1.10) Pp1 Pp = b + ϕ hg a − ϕ hg (1.11) Biểu thức (1.11) điều kiện để đảm bảo phanh có hiệu nhất, nghĩa muốn phanh đạt hiệu cao (quãng đường phanh nhỏ nhất, gia tốc chậm dần lớn nhất, thời gian phanh nhỏ nhất) trình phanh quan hệ lực phanh sinh bánh trước Pp1 lực phanh bánh xe sau Pp2 phải thỏa mãn biểu thức (1.11) Ta thấy điều kiện sử dụng ô tô tọa độ trọng tâm (a, b, h g) thay đổi chất tải khác hệ số bám ϕ thay đổi ô tô chạy PP1 PP cung đường khác nhau, tỷ số thay đổi điều kiện sử dụng Nghĩa để đảm bảo hiệu phanh tốt cần phải có lực phanh thích hợp Muốn phải thay đổi mô men phanh M P1, MP2 sinh cấu phanh trước sau Đa số xe sản xuất trước thường có áp suất dẫn động cấu phanh trước sau Vì vậy, ngày nay, ô tô đại thường lắp thêm điều hòa lực phanh chống bó cứng bánh xe phanh Các cấu tự động điều chỉnh lực phanh cách thay đổi quan hệ áp suất dẫn động cấu phanh cầu trước cấu phanh cầu sau Mô men phanh cần sinh bánh xe trước sau xác định theo điều kiện bám qua biểu thức sau: MP1=ϕ.R1.rk = MP2=ϕ.R2.rk = G.rk ϕ (b + ϕ hg ) L (1.12) G.rk ϕ (a − ϕ hg ) L (1.13) Dựa vào công thức ta có biểu thị quan hệ M P1, MP2 phụ thuộc vào ϕ Mp MP1 ϕ MP2 ϕ Ký hiệu tỷ số MP1 MP2 C, ta có: C= M P1 RK b.g + J p hg = = ; M P2 RK a.g − J p hg (1.14) Công thức xác định tỷ số tối ưu M P1 MP2 Phụ thuộc vào JP nghĩa ứng với giá trị khác gia tốc phanh ta có tương ứng giá trị C tối ưu Như vậy, phanh với cường độ phanh khác cần có giá trị C tối ưu tương ứng Mặt khác, thay đổi tải giá trị a, b, hg thay đổi, C thay đổi Ta xây dựng đồ thị thể mối quan hệ mô men bánh sau bánh trước Đồ thị gọi đặc tính phanh lý tưởng ô tô 10 Hình 1.7.Đặc tính phanh lý tưởng ô tô không tải  TH2: Xe 50% tải 21 - Go = 1980 (kg) = 19423,8 (N) - Gt=700(kg)=6867(N) - G1 =55% G0 + 20% Gt = 1229 (kg)=12056,49(N) - G2 =45% G0 + 80% Gt = 1451 (kg)=14234,31(N) - G=G+Gt=26290,8(N) - hg = 1175(mm) = 1,163(m) - rk1 = 0,345 (m) - rk2 = 0,285 (m) Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước cầu sau: - a= = - b = L – a = 2,76 – 1,64 = 1,12 (m) - Từ thông số xác định trên, ta có phản lực pháp tuyến đường tác dụng lên bánh xe cầu trước cầu sau: - Z1 = - Z2 = = = 15622,07 – Pp1 = Z1= Pp2 = Z2= 15622,07 – - - Mô men phanh cần sinh bánh xe trước bánh xe sau xác định từ điều kiện bám theo biểu thức sau đây: 22 Mp1 = rk1 = 0,345 = 3680,7 + 3822,02 Mp2 = rk2 = 0,285 = 4452,3 -3157,3  Lập trình Matlab trường hợp 50% tải hg=1.163; Go=19423.8; Ga=6867; G1=12056.49; G2=14234.31; G=Go+Ga; %tai toan bo xe(N) L=2.76; %chieu dai co so xe(m) a=(G2/G)*L; %khoang cach tu tam den tam banh xe cau truoc(m) b=(G1/G)*L; 23 %khoang cach tu tam den tam banh xe cau sau(m) r1=0.345; %r1 ban kinh banh xe cau truoc(m) r2=0.285; %r2 ban kinh banh xe cau sau(m) phi=linspace(0,0.8,500); for i=1:500 Z1(i)=(G*b)/L*(1+(phi(i)*hg)/b); %tai phan bo len cac banh xe truoc(N) Z2(i)=(G*a)/L*(1-(phi(i)*hg)/a); %tai phan bo len banh cac xe sau(N) P1(i)=phi(i)*Z1(i); %luc phan cac banh xe truoc(N) P2(i)=phi(i)*Z2(i); M1(i)=P1(i)*r1; %momen phanh banh truoc(N.m) M2(i)=P2(i)*r2; %momen phanh banh sau(N.m) end -Đồ thị có dạng: 24 Hình 1.8.Đồ thị quan hệ momen phanh cần sinh Mp1,Mp2 với hệ số bám 25 Hình 1.9.Đặc tính phanh ô tô 50% tải 26  TH3: 100% tải - G = 1980 (kg) = 19423,8 (N) - Gt=1400(kg)=13734 (N) - G1 = 55% G0 + 10% Gt = 1229 (kg) = 12056,49 (N) G2 = 45% G0 + 90% Gt = 2151 (kg) = 21101,31(N) G = 3380 (kg) = 33157,8 (N) rk1 = 0,345 (m) rk2 = 0,285 (m) Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước cầu sau: - a= = - b = L – a = 2,76 – = (m) - Từ thông số xác định trên, ta có phản lực pháp tuyến đường tác dụng lên bánh xe cầu trước cầu sau: - Z1 = - Z2 = = = 21144,1 – 13815,75 - Pp1 = Z1 = Pp2 = Z2 = 21144,1 – 13815,75 - Mô men phanh cần sinh bánh xe trước bánh xe sau xác định từ điều kiện bám theo biểu thức sau đây: Mp1 = rk1 =0,345 27 = 4144.72 + 4766.43 Mp2 = rk2 = 0,285 = 6026,07 - 3937,49  Lập trình Matlab trường hợp 100% tải hg=1.15; Go=19423.8; Ga=13734; G1=12056.49; G2=21101.31; G=Go+Ga; %tai toan bo xe(N) L=2.76; %chieu dai co so xe(m) a=(G2/G)*L; %khoang cach tu tam den tam banh xe cau truoc(m) b=(G1/G)*L; %khoang cach tu tam den tam banh xe cau sau(m) 28 r1=0.345; %r1 ban kinh banh xe cau truoc(m) r2=0.285; %r2 ban kinh banh xe cau sau(m) phi=linspace(0,0.8,500); for i=1:500 Z1(i)=(G*b)/L*(1+(phi(i)*hg)/b); %tai phan bo len cac banh xe truoc(N) Z2(i)=(G*a)/L*(1-(phi(i)*hg)/a); %tai phan bo len banh cac xe sau(N) P1(i)=phi(i)*Z1(i); %luc phan cac banh xe truoc(N) P2(i)=phi(i)*Z2(i); M1(i)=P1(i)*r1; %momen phanh banh truoc(N.m) M2(i)=P2(i)*r2; %momen phanh banh sau(N.m) end -Đồ thị có dạng: 29 Hình 1.10.Đồ thị quan hệ momen phanh cần sinh Mp1,Mp2 với hệ số bám 30 Hình 1.11.Đặc tính phanh lý tưởng ô tô toàn tải 31 -Đồ thị đặc tính phanh ba trường hợp -Đồ thị quan hệ momen phanh ba trường hợp 32 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 33 Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng phương trình mô tả đặc tính mô men phanh theo điều kiện bám Từ đánh giá mức độ ảnh hưởng mô men phanh theo điều kiện bám tới hiệu phanh xe cụ thể Kết mô cho thấy đặc tính mô men phanh phù hợp với kết lý thuyết Đó sở tham khảo kiểm nghiệm thí nghiệm xe thực tế, đánh giá hiệu phanh thiết kế cách nhanh chóng dễ dàng cho ô tô Đề tài nghiên cứu góp phần giải vấn đề cấp thiết giải pháp nâng cao hiệu phanh xe ô tô, giúp khai thác xe hiệu bảo đảm an toàn giao thông Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Đại tá, TS Nguyễn Văn Trà - Trưởng môn Ô tô quân sự, khoa Động lực, Học viện kỹ thuật quân thầy môn giúp đỡ chúng em suốt trình giảng dạy hướng dẫn đề tài 34 35 ... tính khả thi cao nên phương án khả quan, đơn giản hiệu cao CHƯƠNG XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH MÔ MEN PHANH THEO ĐIỀU KIỆN BÁM Trên sở lý thuyết phần 1, ta vào xây dựng đặc tính mô men phanh theo điều kiện. .. em nghiên cứu đề tài: “ Xây dựng đặc tính mô men phanh theo điều kiện bám xe KIA K3000S Đây loại xe tải nhẹ hãng KIA Motor Hàn Quốc thiết kế chế tạo phù hợp với điều kiện kinh tế, giao thông... VỀ PHANH TRÊN Ô TÔ 1.1 Phương trình động lực học phanh 1.2 Điều kiện phanh xe có hiệu 1.3 Động lực học trình phanh xe hai cầu sở lý thuyết điều hòa lực phanh CHƯƠNG XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH MÔ MEN PHANH