Chương 4 động lực học phanh của ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT Ô TÔ CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ GIẢNG VIÊN: VŨ THẾ TRUYỀN CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ NỘI DUNG 4.1 Lực phanh bánh xe 4.2 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu cho ô tô 4.3 Các tiêu đánh giá chất lượng phanh 4.4 Giản đồ phanh tiêu thực tế phanh 4.5 Điều hòa lực phanh tính ổn định tô phanh Kiểm tra CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4.1 Lực phanh bánh xe +MP: Mômen phanh tác dụng lên bánh xe +PP: Lực phanh tác dụng điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường +Mjb : Mơmen qn tính bánh xe +Mf : Mômen cản lăn +Pf : Lực cản lăn +Zb : Phản lực bánh xe +rb: Bán kính làm việc trung bình bánh xe Hình 4-1: Sơ đồ lực mômen tác dụng lên bánh xe phanh CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4.1 Lực phanh bánh xe - Lực phanh Pp : PP = MP rb - Lực phanh lớn bị giới hạn điều kiện bám: Pp max = Pϕ = Z b ϕ => Khi phanh bánh xe lực hãm tổng cộng là: Ppo = M p + M f − M jb rb = Pp + M f − M jb rb CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4.2 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu cho tơ Hình 4-2: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô phanh +Pj : Lực qn tính +G : Trọng lượng ơtơ đặt trọng tâm xe +P ω : Lực cản khơng khí +Z1 , Z2 : Các phản lực thẳng góc bánh xe +L: Chiều dài sở xe trước sau +a, b, hg tọa độ trọng tâm xe +Pf1 , Pf2 : Lực cản lăn bánh trước sau +Pp1 , Pp2 : Lực phanh sinh bánh trước sau CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4.2 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu cho tơ - Lực qn tính Pj sinh phanh có gia tốc chậm dần : - Ta có phương trình mơmen điểm A: Z1 = - Ta có phương trình mơmen điểm B: Z2 = Z1 = - Thay giá trị Pj ta : j h  G  b + p g  L g  Gb + Pj hg G Pj = j p δ i g L Ga − Pj hg L Z2 = j h  G  a − p g  L g  Theo điều kiện bám Ppmax Ppmax =G.ϕ Để phanh có hiệu tỷ số lực phanh bánh xe trước lực phanh bánh xe sau là: Pp1 Pp = ϕ Z Z = ϕ Z Z p p1 Pp2 = G.b + Pj hg G.a − Pj hg Thay giá trị Pjmax : Pp1 Pp2 = b + ϕ hg a − ϕ hg CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4.3 Các tiêu đánh giá chất lượng phanh 4.3.1 Gia tốc chậm dần phanh Ta có phương trình cân lực kéo phanh ôtô sau: Pj = Pp ± Pf + Pω + Pη ± Pi Khi phanh đường nằm ngang có phương trình: Pj = Pp Pp max = Pj max Theo điều kiện bám Pp max ≤ Pϕ ≤ Gϕ => => ϕ G = δ i G j p max g j p max ϕ g = δi CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4.3 Các tiêu đánh giá chất lượng phanh 4.3.2 Thời gian phanh Xác định thời gian phanh dùng công thức: δi dv  dt = ϕ g dv ϕ g j= = dt δi Xác định thời gian phanh cần tích phân dt giới hạn từ v1 đến v2 : v1 δi δ dv = i ( v1 − v ) ϕ g ϕ g v2 t = ∫ Khi phanh ôtô đến dừng hẳn v2=0 : t 4.3.3 Quãng đường phanh ϕ g dv = δi dt v1 δ i = ϕ g Ta nhân vế với ds ta được: ⇒ vdv = v1 => S v δi δi =∫ vdv = vdv ∫ ϕ g ϕ g v2 v2 Với v2 =0 => S δ i v12 = 2ϕ g ϕ g dS δi CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4.3 Các tiêu đánh giá chất lượng phanh 4.3.4 Lực phanh lực phanh riêng Lực phanh sinh bánh xe xác định theo biểu thức: Pp = MP rb Lực phanh riêng P lực phanh tính đơn vị trọng lượng tồn G ôtô: PP P = G Lực phanh riêng P lớn lực phanh Pp cực đại: Pmax = PP max ϕ G = =ϕ G G CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4.4 Giản đồ phanh tiêu thực tế phanh - t1 : Thời gian phản xạ người lái - t2: Thời gian chậm tác dụng dẫn động phanh - t3 : Thời gian biến thiên lực phanh tăng gia tốc chậm dần - t4 : Thời gian phanh hoàn toàn, ứng với lực phanh cực đại t = Hình 4-4: Giản đồ phanh δ i v1 ϕ g - t5: Thời gian nhả phanh, lực phanh Pp giảm đến Vậy trình phanh kể từ người lái xe nhận tín hiệu ơtơ dừng hẳn kéo dài thời gian t sau: t = t1+ t2+ t3+ t4 CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ƠTƠ Ta có bảng trình bày tiêu chuẩn thử phanh loại O (ứng với ôtô đầy tải) sau: Bảng 5.1 bảng trình bày tiêu chuẩn thử phanh loại O (ứng với ôtô đầy tải) CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ Khi cấu phanh bị ướt giản đồ phanh khơng dạng hình vẽ lần đạp phanh Muốn trỏ lại giản đồ phanh hình 5-4 cần phải đạp phanh nhiều lần Trên hình vẽ sau trình bày giản đồ phanh cấu phanh bị ướt Hình 5-5: Giản đồ phanh cấu phanh bị ướt I, II, III, IV, V thứ tự lần đạp phanh CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ Từ giản đồ phanh hình 5-5 ta thấy rằng: + Hiệu phanh lần đạp phanh thấp tức quãng đường phanh dài Do: lực phanh nhỏ gia tốc chậm dần phanh nhỏ + Ở lần đạp quãng đường phanh dài gấp 1,6 đến 1,8 lần quãng đường phanh cấu phanh khô Để đánh giá giảm hiệu phanh cấu phanh bị ướt dùng hệ số tăng quãng đường phanh kp, hệ số biểu thị biểu thức sau: kp = Trong đó: Spuot - Spkho S pkho (%) (5.28) Sp ướt: Quãng đường phanh ôtô cấu phanh ướt Sp khô: Quãng đường phanh ôtô cấu phanh khô Hệ số kp phần trăm tăng quãng đường phanh cấu phanh bị ướt so với cấu phanh khô CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ƠTƠ Hình vẽ sau trình bày thay đổi hệ số tăng quãng đường phanh kp theo số lần đạp phanh cấu phanh bị ướt ơtơ tải có tải trọng 50 KN với dẫn động phanh khí áp suất 0,6 MPa (6 KG/cm2) Hình5-6: Sự thay đổi hệ số tăng quãng đường phanh kp theo số lần đạp phanh CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 5.5 Các trường hợp phanh khác 5.5.1 Phanh khơng mở ly hợp - Phương trình cân lực trường hợp biểu thị sau: đ t p p + p f + pi + pω + pms + pms + pj = (5.29) - Gia tốc chậm dần ô tô phanh không mở ly hợp đ t p + p + p + p + p + p g f i ω ms ms j' p = ' p δj G (5.30) - Muốn hiệu tốt so với mở ly hợp cần phải thỏa mãn điều kiện : j ' p > jp đ t đ t p + p + p + p + p + p p + p + p + p + p + p f i ω ms ms p f i ω ms ms ⇔ p > δ 'j δj (5.31) - Muốn dùng phanh cách hợp lý tức có mở ly hợp hay không, phải ý đến lực cản ô tô chuyển động : đ t p f , pi , pω , pms , pms , p p , δ j' , δ j CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 5.5.2 Phanh đoàn xe - Khi nghiên cứu phanh đoàn xe (ơ tơ có kéo mc) cần xác định quãng đường phanh, số moóc kéo theo cần đặt phanh - Thì động đồn xe bắt đầu phanh : M = G + nQ v1 2g (5.32) - Phương trình chuyển động đồn xe phanh : PP = (G + n1m'Qϕ )ϕ ± (G + nQ )i (5.33) - Công lực phanh sinh quãng đường phanh : L = Pp S p = [(G + n1m 'Qϕ )ϕ ± (G + nQ )i ]S p (5.34) Kết hợp biểu thức (5.32) (5.34) ta : G + nQ v1 n1 = [(G + n1m 'Qϕ )ϕ ± (G + nQ )i ]S p 2g (5.35) CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ Từ biểu thức (5.35) xác định quãng đường phanh S p sau : v12 Sp = (5.36) g (G + n1m 'Qϕ )ϕ ±i G + nQ Số moóc cần đặt phanh : n1 = G + nQ (v1 ± 2igS p ) − Gϕ gS p m'Qϕϕ (5.37) Nếu tất bánh xe moóc có phanh nghĩa : m'Qϕ = Q n1 = n2 v12 Thì ta có: Sp = (5.38) g (ϕ ± i ) Như nhận thấy : lý thuyết quãng đường phanh đoàn xe tất bánh xe đặt phanh phụ thuộc vào số moóc kéo theo Trong thực tế qng đường phanh đồn xe có phụ thuộc vào số moóc kéo theo, nghĩa vào trọng tâm đoàn xe CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ƠTƠ 4.5 Điều hòa lực phanh tính ổn định tơ phanh 4.5.1 Điều hòa lực phanh Để phanh có hiệu lực phanh sinh bánh xe thỏa mãn : Pp1 Pp2 = b + ϕ hg a − ϕ hg Nếu coi bán kính bánh xe rb1 rb2 q trình phanh ta viết quan hệ mômen phanh bánh xe sau: M p Pp rb Pp M p a − ϕ hg = = = => M p1 Pp1 rb1 Pp1 M p1 b − ϕ hg Mômen phanh cần sinh bánh xe trước M p1 bánh xe sau Mp2 xác định từ điều kiện bám theo biểu thức sau: G.rb ϕ G.rb ϕ M p1 = ϕ Z rb = (b + ϕ hg ) M p = ϕ Z rb = (a − ϕ hg ) L L CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ƠTƠ 4.5 Điều hòa lực phanh tính ổn định tơ phanh 4.5.1 Điều hòa lực phanh Đường đặc tính lý tưởng điều hòa lực phanh loại piston bậc Tóm lại : Bộ điều hòa lực phanh đảm bảo cho áp suất p2 dẫn động phanh sau gần với áp suất lý tưởng yêu cầu có giá trị nhỏ áp suất lý tưởng để tránh bó cứng bánh xe sau Khi bánh xe sau bị bó cứng hiệu phanh giảm hệ số bám ϕ giảm bánh xe bị trượt lê đồng thời làm tính ổn định phan 1- Đầy tải ; 2- không tải CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ - Trước hết xét trường hợp xe đầy tải +Ở giai đoạn đầu áp suất p1 dẫn động phanh trước p2 dẫn động phanh sau nhau, đường đặc tính theo đường thẳng OA nghiêng với trục hồnh góc 450, lúc điều hòa lực phanh chưa làm việc + Khi áp suất xylanh phanh đạt giá trị pđch (áp suất điều chỉnh) lúc điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc +Từ thời điểm áp suất p2 nhỏ áp suất p1 đường đặc tính điều chỉnh theo đường thẳng AB gần sát với đường cong lý tưởng - Nếu xét trạng thái xe khơng tải + Ở giai đoạn đầu đường đặc tính theo đường thẳng OC nghĩa lúc điều hòa lực phanh chưa làm việc Áp suất p’đch ứng với điểm C áp suất dẫn động phanh trước thời điểm mà điều hòa bắt đầu làm việc + Tiếp đường đặc tính di theo đường CD đường đặc tính điều hòa lực phanh xe không tải CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ƠTƠ 4.5 Điều hòa lực phanh tính ổn định tơ phanh 4.5.2 Chống bó cứng bánh xe phanh Hệ số bám bánh xe ôtô với mặt đường việc phụ thuộc vào loại đường tình trạng mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố độ trượt bánh xe tương mặt đường trình phanh Độ trượt tương đối λ xác định theo biểu thức: v − ω b rb λ= v CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ - Hệ số bám dọc hiểu tỷ số lực tiếp tuyến Pp tải trọng Gb tác dụng lên bánh xe Pp ϕx = Gb Vậy hệ số bám dọc không lực phanh tiếp tuyến không, nghĩa lúc chưa phanh Hình 5-10 : Sự thay đổi hệ số bám dọc ϕx hệ số bám ngang ϕy theo độ trượt tương đối λ bánh xe phanh CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ Ta thấy hệ số bám dọc có giá trị cực đại ϕxmax giá trị độ trượt tối ưu λo đảm bảo hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang ϕy có giá trị cao Như giữ cho trình phanh xảy độ trượt λo bánh xe đạt lực phanh cực đại Pp max = ϕ x max Gb nghĩa hiệu phanh cao đảm bảo độ ổn định tốt phanh Nhiệm vụ hệ thống chống hãm cứng bánh xe phanh giữ cho bánh xe trình phanh độ trượt thay đổi giới hạn hẹp quanh giá trị λo nhờ đảm bảo hiệu phanh, tính ổn định tính dẫn hướng phanh tốt Để giữ cho bánh xe không bị hãm cứng đảm bảo hiệu phanh cao cần phải điều chỉnh áp suất dẫn động phanh cao cho độ trượt bánh xe với mặt đường thay đổi quanh giá trị λo giới hạn hẹp CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe phanh sử dụng nguyên lý điều chỉnh sau đây: + Theo gia tốc chậm dần bánh xe phanh + Theo giá trị độ trượt cho trước + Theo giá trị tỷ số vận tốc góc bánh xe với gia tốc chậm dần - Hệ thống chống hãm cứng bánh xe phanh gồm phần tử sau: + Cảm biến để phát tín hiệu tình trạng đối tượng cần thông tin, cụ thể tình trạng bánh xe phanh Tùy theo lựa chọn nguyên lý điều chỉnh dùng cảm biến vận tốc góc, cảm biến áp suất dẫn động phanh, cảm biến gia tốc ôtô loại cảm biến khác + Bộ điều khiển để xử lý thông tin phát lệnh nhả phanh phanh bánh xe + Bộ thực để thực lệnh điều khiển phát (bộ thực thủy lực, loại khí hỗn hợp thủy khí) CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe thường sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần bánh xe có bố trí cảm biến vận tốc góc Bảng 5.2 Kết thí nghiệm ơtơ du lịch có hệ thống chống hãm cứng bánh xe ...CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ NỘI DUNG 4. 1 Lực phanh bánh xe 4. 2 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu cho ô tô 4. 3 Các tiêu đánh giá chất lượng phanh 4. 4 Giản đồ phanh tiêu thực tế phanh 4. 5... δi CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4. 3 Các tiêu đánh giá chất lượng phanh 4. 3 .4 Lực phanh lực phanh riêng Lực phanh sinh bánh xe xác định theo biểu thức: Pp = MP rb Lực phanh riêng P lực phanh. .. vị trọng lượng toàn G tô: PP P = G Lực phanh riêng P lớn lực phanh Pp cực đại: Pmax = PP max ϕ G = =ϕ G G CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA ÔTÔ 4. 4 Giản đồ phanh tiêu thực tế phanh - t1 : Thời gian