Nghiên cứu khảo sát các nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả phanh bằng phần mềm carsim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHAN VĂN CÔNG NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ PHANH BẰNG PHẦN MỀM CARSIM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN VĂN CÔNG NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ PHANH BẰNG PHẦN MỀM CARSIM Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS HỒNG THĂNG BÌNH Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Những nội dung trình bày luận văn tơi thực với hướng dẫn khoa học thầy giáo TS Hồng Thăng Bình, thầy giáo Bộ môn ô tô – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Toàn nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với nội dung đăng ký phê duyệt Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết luận văn trung thực Hà Nội, ngày 23 tháng 09 năm 2018 Tác giả Phan Văn Công MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẾ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .8 1.1 Tính thực tế đề tài 1.2 Tổng quan phanh ô tô 1.2.1 Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống phanh ô tô .10 1.2.2 Lý thuyết trình phanh .11 1.2.3 Các tiêu đánh giá hiệu phanh .18 1.2.4 Sự biến đổi hệ số bám bánh xe với bề mặt đường trình phanh 25 CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM CARSIM PRO 8.02 31 2.1 Giới thiệu CarSim 31 2.2 Cách khởi động .31 2.3 Tạo sở liệu 33 2.4 Chạy hình điều khiển Run Control Screen .35 2.5 Bảng cài đặt thông số cho xe mô 40 2.6 Bảng cài đặt thông số mô 40 CHƯƠNG 3: nghiên cứu khảo sát nhân tố ảnh hưởng tới hiệu phanh carsim 42 3.1 Ảnh hưởng hệ số bám 44 3.1.1 Ảnh hưởng loại đường trạng thái mặt đường 44 3.1.2 Ảnh hưởng áp suất lốp 49 3.2 Ảnh hưởng vận tốc ban đầu đến hiệu phanh .51 3.3 Ảnh hưởng tải trọng chuyên chở đến hiệu phanh .54 3.4 Ảnh hưởng thời gian tác động phanh .58 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ lực mô men tác dụng lên bánh xe phanh 11 Hình 1.2: Các lực tác dụng lên ô tô phanh 13 Hình 1.3: Mơ men phanh hợp lí bánh xe hệ số bám thay đổi 17 Hình 1.4: Mỗi quan hệ mơ men phanh hợp lí bánh xe hệ số bám thay đổi 17 Hình 1.5: Mối quan hệ quãng đường phanh với vận tốc xe hệ số bám đường .22 Hình 2.1: Chọn sở liệu gần 32 Hình 2.2: Thiết lập giấy phép 32 Hình 2.3: Bảng điều khiển .33 Hình 2.4: Chọn mục menu 33 Hình 2.5: Chọn thư mục để load 34 Hình 2.6: Đường dẫn thư mục .35 Hình 2.7: Ba vùng hình Điều khiển Chạy .35 Hình 2.8: Màn hình chạy điều khiển .37 Hình 2.9: Danh sách tập tin thả xuống 39 Hình 2.10: Bảng thông số xe mô 40 Hình 2.11: Bảng thiết lập thơng số cho mơ hình mơ 41 Hình 3.1: Lựa chọn thơng số cho xe sedan mô 42 Hình 3.2: Bảng thơng số khối lượng treo xe sedan 43 Hình 3.3: Các thơng số mơ hình hệ thống phanh 43 Hình 3.4: Bảng thiết lập thông số cho xe mô .44 Hình 3.5: Bảng thiết lập điều kiện đường khảo sát .45 Hình 3.6: Hình mơ 46 Hình 3.7: Ảnh hưởng mặt đườngkhơ đến qng đường phanh .46 Hình 3.8: Ảnh hưởng mặt đường khô tới gia tốc phanh 47 Hình 3.9: Hình mơ 47 Hình 3.10: Ảnh hưởng mặt đường ướt tới quãng đường phanh .48 Hình 3.11: Ảnh hưởng mặt đường ướt tới gia tốc phanh .48 Hình 3.12: Các thơng số mơ hình lốp .49 Hình 3.13: Hình mơ 50 Hình 3.14: Ảnh hưởng áp suất lốp tới quãng đường phanh 50 Hình 3.15: Ảnh hưởng áp suất lốp tới gia tốc phanh 51 Hình 3.16: Bảng thiết lập thông số cho xe mô .52 Hình 3.17: Bảng thiết lập điều kiện đường khảo sát .52 Hình 3.18: Hình mơ 53 Hình 3.19: Ảnh hưởng vận tốc bắt đầu phanh tới quãng đường phanh 53 Hình 3.20: Ảnh hưởng vận tốc bắt đầu phanh tới gia tốc phanh 54 Hình 3.21: Hộp ghi thơng số kích thước tải .55 Hình 3.22: Bảng thiết lập thơng số cho xe mơ .55 Hình 3.23: Bảng thiết lập điều kiện đường khảo sát .56 Hình 3.24: Ảnh hưởng tải trọng tới quãng đường phanh 56 Hình 3.25: Ảnh hưởng tải trọng chuyên trở tới gia tốc phanh 57 Hình 3.26: Lực phanh 57 Hình 3.27: Hình mơ 58 Hình 3.28: Ảnh hưởng thời gian chậm tác động phanh tới quãng đường phanh 58 Hình 3.29: Ảnh hưởng thời gian chậm tác động phanh tới gia tốc phanh 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tiêu chuẩn an toàn kĩ thuật bảo vệ môi trường phương tiện giới đường 18 Bảng 1.2: Quãng đường phanh tính theo cơng thức .22 Bảng 1.3: Hệ số bám loại đường 28 Bảng 1.4: Phụ thuộc hệ số bám vào tốc độ chuyển động V .29 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Kí hiệu Đơn vị kgm2 Ý nghĩa Mômen phanh tác dụng lên bánh xe N Lực phanh tác dụng điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường m Bán kính tính tốn bánh xe N Lực phanh kgm2 φ Mơmen qn tính Hệ số bám bánh xe mặt đường N Lực cản lăn bánh xe trước sau , N Lực phanh bánh xe trước sau , N Lực phanh bánh xe trước sau N Lực cản khơng khí N Lực quán tính g m/s2 Gia tốc trọng trường m/s2 Gia tốc chậm dần phanh a, b, m Tọa độ trọng tâm ô tô L m Chiều dài sở ô tô , kg Tải trọng tác dụng lên bánh xe cầu trước cầu sau phanh Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên bánh xe cầu trước cầu sau phanh , Tải trọng tĩnh tác dụng lên bánh xe cầu trước cầu sau Phản lực thẳng góc tác dụng lên bánh xe cầu trước cầu sau xe đứng yên mặt phẳng nằm ngang , kg , N Fz N Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe N Trọng lượng đặt lên bánh xe phanh N Lực phanh riêng pp jp m/s2 m kg t s v m/s λ Rad/s Carsim TCVN Khối lượng ô tô Thời gian phanh Vận tốc xe Độ trượt m δ Gia tốc chậm dần Bán kính bánh xe Vận tốc góc bánh xe Hệ số kể đến ảnh hưởng khối lượng quay phanh xe Car Simulation Tiêu Chuẩn Việt Nam LỜI NĨI ĐẦU Ngày mà tơ trở thành phương tiện lại ngày phổ biến, tốc độ tơ ngày tăng cao yêu cầu độ an toàn thuận tiện điều khiển ô tô ngày phải yêu cầu cao Khi tơ chuyển động chịu nhiều tác động từ phía người lái phanh, quay vơ lăng, hay ga…Ngồi tác động người lái yếu tố khách quan từ ngoại cảnh…rồi yếu tố bất ngờ tất ảnh hưởng lớn đến an tồn xe lưu thơng Phanh trình ảnh hưởng nhiều đến an tồn Mặt khác lại có nhiều nhân tố làm ảnh hưởng tới hiệu phanh Với đề tài “ Nghiên cứu,khảo sát nhân tố ảnh tới hiệu phanh phần mềm Carsim “ mục đích nghiên cứu cuả luận văn đánh giá định lượng ảnh hưởng nhân tố tới hiệu phanh từ làm sở cho việc đề xuất giải pháp thiết kế cải tiến để nâng cao hiệu phanh nhằm vận hành xe an toàn Trong thời gian làm luận văn, tác giả có nhiều cố gắng tích cực, chủ động học hỏi, vận dụng kiến thức học tìm hiểu kiến thức Dưới hướng dẫn trực tiếp TS Hồng Thăng Bình thầy mơn tơ xe chun dụng, Viện khí động lực, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đề tài hoàn thành mục tiêu nhiệm vụ đề Mặc dù cố gắng kiến thức thời gian có hạn nên luận văn khó tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp ý kiến thầy để đề tài hồn thiện đường cát có = 6.5 m/ Như hiệu phanh phanh xe đường bê tông khô tốt so với đường đất đường đá dăm Hình 3.8: Ảnh hưởng mặt đường khô tới gia tốc phanh Tương tự khảo sát xe phanh chuyển động đường bê tông ướt (φ = 0,4), đường đất ướt (φ = 0.2) đường đá dăm ướt (φ = 0,3), thu kết quả: Hình 3.9: Hình mơ 47 Hình 3.10: Ảnh hưởng mặt đường ướt tới quãng đường phanh Hình 3.11: Ảnh hưởng mặt đường ướt tới gia tốc phanh Trong trường hợp quãng đường phanh gia tốc phanh thay đổi nhiều so với trường hợp khảo sát điều kiện mặt đường khô Cụ thể quãng đường phanh đường bê tông tăng lên tới 17,85m cịn gia tốc cực đại giảm xuống 4,4m/ Quãng đường phanh đường đá dăm đường đất tăng lên tới 23m 33,2m , gia tốc cực đại giảm xuống cịn 3,27m/ 2,3m/ Có thể thấy phanh xe đường ướt hiệu phanh giảm rõ rệt đặc biệt đường đất đường đá dăm Trường hợp chạy xe đường đất ướt đường đá dăm ướt người lái xe nên chạy với số thấp, chạy với tốc độ chậm có thể, giữ vững tay lái hạn 48 chế sử dụng phanh điều kiện mặt đường loại này, hiệu phanh giảm thấp nên dễ gây lái xảy tai nạn Qua kết thấy ảnh hưởng loại đường điều kiện mặt đường đến hiệu phanh lớn rõ rệt Nên phanh người lái xe phải ý tới loại đường điều kiện mặt đường để phanh theo mong muốn, đạt hiệu cao an toàn 3.1.2 Ảnh hưởng áp suất lốp Các thơng số lốp thể hình 3.11 Hình 3.12: Các thơng số mơ hình lốp Tiến hành khảo sát xe phanh với vận tốc v = 40km/h đường có hệ số bám φ = 0,8 với áp suất lốp 15N/ 25N/ được: 49 35N/ Kết khảo sát thu Hình 3.13: Hình mơ Hình 3.14: Ảnh hưởng áp suất lốp tới quãng đường phanh 50 Hình 3.15: Ảnh hưởng áp suất lốp tới gia tốc phanh Theo kết hình 3.14 3.15 hiệu phanh cao áp suất lốp đạt khoảng 25N/ với gia tốc phanh cực đại = 8,1 m/ quãng đường phanh = 10,2m, áp suất lốp tăng lên 35N/ m/ giảm xuống 15 N/ có = 11,6m; = 7,21 = 7,01 m/ hiệu phanh giảm Như vận hành xe không nên bơm nốp căng không để nốp non nên kiểm tra áp suất lốp đặc biệt trước sau chuyến dài 3.2 Ảnh hưởng vận tốc ban đầu đến hiệu phanh Tiến hành khảo sát phanh xe vận tốc ban đầu 30km/h, 40km/h, 60km/h 80km/h đường có hệ số bám φ= 0,5 thiết lập hình 3.16 3.17 51 Hình 3.16: Bảng thiết lập thơng số cho xe mơ Hình 3.17: Bảng thiết lập điều kiện đường khảo sát Sau tiến hành khảo sát thu kết sau: 52 Hình 3.18: Hình mơ Hình 3.19: Ảnh hưởng vận tốc bắt đầu phanh tới quãng đường phanh 53 Hình 3.20: Ảnh hưởng vận tốc bắt đầu phanh tới gia tốc phanh Từ đồ thị kết hình 3.19 3.20 nhận thấy vận tốc phanh ban đầu có ảnh hưởng đến tiêu hiệu phanh, vận tốc lớn quãng đường phanh, thời gian phanh tăng lên nhanh, riêng gia tốc phanh ko thay đổi mà giữ nguyên giá trị Ở = 30km/h = 40km/h quãng đường phanh 8,8m 15m, hiệu phanh tương đối Nhưng = 60 km/h = 80km/h quãng đường phanh lại lớn với giá trị 32m 54.8m, hiệu phanh khơng có Như vậy, mức độ ảnh hưởng vận tốc ban đầu đến quãng đường phanh đáng kể với mức độ ảnh hưởng tăng nhanh dần tăng vận tốc ban đầu, chạy với tốc độ cao người lái khó phanh dừng xe khoảng cách mong muốn nên trường hợp người lái phải giữ khoảng cách an toàn với xe trước để kịp thời xử lý 3.3 Ảnh hưởng tải trọng chuyên chở đến hiệu phanh Tải trọng chuyển chở ảnh hưởng đến thành phần lực quán tính theo phương chuyển động X, theo phương thẳng đứng Z, ảnh hưởng đến tọa độ trọng tâm phân bố tải trọng nên cầu xe ảnh hưởng đến tiêu đánh giá trình phanh Tuy nhiên, tải trọng chun chở dịng xe sendan thay đổi khơng nhiều, khảo sát mức xe không tải có khối lượng m = 1370 kg xe đầy tải với m = 1820 kg Đường khảo sát có hệ số bám φ = 0,5 vận tốc bắt đầu phanh xe 40km/h 54 Hình 3.21: Hộp ghi thơng số kích thước tải Hình 3.22: Bảng thiết lập thông số cho xe mô 55 Hình 3.23: Bảng thiết lập điều kiện đường khảo sát Kết khảo sát thu được: Hình 3.24: Ảnh hưởng tải trọng tới quãng đường phanh 56 Hình 3.25: Ảnh hưởng tải trọng chuyên trở tới gia tốc phanh Hình 3.26: Lực phanh Theo đồ thị kết hình 3.24 3.25 thấy giá trị quãng đường phanh gia tốc phanh trường hợp khảo sát khơng thay đổi nhiều Xe đầy tải có qng đường phanh = 14,7m gia tốc phanh cực đại j = 6,4m/ Xe khơng tải có = 14,8m, j = 6,15m/ Cịn theo kết hình 3.22 thấy lực phanh xe đầy tải lớn xe không tải Như tải trọng chuyên trở tăng lên người lái xe cần tăng thêm lực đạp phanh đảm bảo hiệu phanh xe không tải 57 3.4 Ảnh hưởng thời gian tác động phanh Thời gian chậm tác động phanh thường nhỏ phần ảnh hưởng tới hiệu phanh Tiến hành khảo sát với thời gian chậm tác động phanh t= 0; t = 0,2 t = 0,4 Đường khảo sát có hệ số bám φ = 0,5 vận tốc bắt đầu phanh xe 40km/h Kết khảo sát thu được: Hình 3.27: Hình mơ Hình 3.28: Ảnh hưởng thời gian chậm tác động phanh tới quãng đường phanh 58 Hình 3.29: Ảnh hưởng thời gian chậm tác động phanh tới gia tốc phanh Theo kết hình 3.28 3.29 thấy quãng đường phanh trường hợp thời gian gia tăng lực phanh thay đổi nhiều với t = có 16,8m t= 0,4 có = 14,8 m, t = 0,2 có = = 19 m Cịn gia tốc phanh gần không thay đổi Như vậy, người lái xe chậm tác động phanh quãng đường phanh tăng nhanh, gia tốc phanh khơng thay đổi nhiều Cho nên q trình sử dụng sửa chữa bảo dưỡng xe, cần điều chỉnh cấu phanh khe hở má phanh trống phanh đến giá trị nhỏ cho phép yêu cầu kĩ thuật nhằm đạt hiệu phanh xe tốt Ngoài ra, người lái xe cần phán đoán phản xạ nhanh tác động phanh sớm hiệu phanh cao, giúp đảm bảo an tồn vận hành xe tơ 59 KẾT LUẬN - Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng trình vận hành điều khiển xe ô tô nhằm giúp cho xe chuyển động ổn định an tồn đường Vì việc nghiên cứu tiêu hiệu phanh để làm sở cho việc đánh giá, đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng thiết kế cải tiến hệ thống phanh xe cho phù hợp với điều kiện vận hành cần thiết - Sử dụng phần mềm Carsim để khảo sát ảnh hưởng nhân tố hệ số bám, áp suất lốp, vận tốc bắt đầu phanh, tải trọng xe, thời gian chậm tác động phanh… đến tiêu hiệu phanh, bao gồm : quãng đường phanh, gia tốc chậm dần phanh, thời gian phanh lực phanh riêng để làm sở cho việc đề xuất giải pháp thiết kế cải tiến để nâng cao hiệu phanh nhằm vận hành xe an toàn - Do hạn chế thời gian, tài liệu tham khảo, điều kiện thực nghiệm thực tế kiến thức phần mềm Carsim nên luận văn chưa khảo sát đầy đủ hết nhân tố ảnh hưởng tới hiệu phanh Tác giả mong nhận bảo góp ý thầy bạn mơn khí động lực 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] File hưỡng dẫn sử dụng phần mềm carsim (2009), Mechanical Simulation Corporation [2] Nguyễn Hữu Cẩn (2004), Phanh ô tô – sở khoa học thành tựu mới, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Huy Hải (2015), Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu phanh xe bus 60 chỗ vận chuyển đường, Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật, Học viện Nông nghiệp Việt Nam [4] Phạm Hữu Nam (1991), Nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu phanh ô tô, Luận án PTS, Đại học Bách khoa Hà Nội [5] TS Đặng Q (2012), Giáo trình lý thuyết tơ, Nhà xuất Đại học quốc gia Hồ Chí Minh [6] PGS.TS.Lưu Văn Tuấn (2015), Bài giảng Lý thuyết ô tô, Tài liệu lưu hành nội 61 ... nhân tố làm ảnh hưởng tới hiệu phanh Với đề tài “ Nghiên cứu, khảo sát nhân tố ảnh tới hiệu phanh phần mềm Carsim “ mục đích nghiên cứu cuả luận văn đánh giá định lượng ảnh hưởng nhân tố tới hiệu. .. cao hiệu phanh nhằm vận hành xe an toàn - Xác định nhân tố ảnh hưởng tới hiệu phanh lý thuyết thực nghiệm - Cài đặt nắm bắt phần mềm mô Carsim - Khảo sát nhân tố ảnh hưởng tới hiệu phanh Carsim. .. + 0.096 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, khảo sát số nhân tố ảnh hưởng tới hiệu phanh xe ô tô phần mềm máy tính Carsim nhằm đánh giá định lượng ảnh hưởng chúng đến hiệu phanh từ làm sở cho