2.3.1. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
Từ cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu ở trên có thể dùng bốn chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh như sau:
- Quãng đường phanh
- Gia tốc chậm dần khi phanh
- Thời gian phanh
- Lực phanh hoặc lực phanh riêng.
Ba chỉ tiêu đầu đã được xem xét ở trên, còn lực phanh hoặc lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh. Chỉ tiêu này dùng thuận lợi nhất khi
thử phanh ô tô trên bệ thử. Lực phanh sinh ra ở các bánh xe của ô tô xác định theo biểu thức: bx q p r M P = (2.28) Trong đó: Pp - Lực phanh ô tô,
Mq - Mô men phanh của các cơ cấu phanh.
Lực phanh riêng P0 là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng của ô tô,
nghĩa là: G P
P0 = p
(2.29) Lực phanh riêng cực đại sẽ ứng với lực phanh cực đại:
ϕ ϕ = = = G G G P P0max pmax . (2.30)
Từ biểu thức (2.30) thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng hệ số bám ϕ.
Như vậy về lý thuyết mà nói, trên mặt đường nhựa khô nằm ngang lực phanh riêng cực đại có thể đạt được giá tri 70÷80%. Trong thực tế giá trị đạt được thấp hơn nhiều, chỉ trong khoảng 45÷56%.
Trong các chỉ tiêu đánh giá hiệu phanh thì chỉ tiêu quãng đường phanh là đặc trưng nhất và có ý nghĩa quan trọng nhất, vì khi biết được quãng đường phanh cho phép thì người lái hình dung được vị trí xe sẽ dừng trước một trướng ngại vật mà họ phải xử trí để khỏi xảy ra tai nạn khi người lái phanh ở tốc độ ban đầu nào đó.
Cần chú ý rằng bốn chỉ tiêu nêu trên đều có giá trị ngang nhau, nghĩa là khi đánh giá hiệu quả phanh chỉ cần một trong bốn chỉ tiêu nói trên.
Việc dùng chỉ tiêu nào để đánh giá hiệu quả phanh là tuỳ thuộc vào tình hình trang thiết bị đo lường của từng nước và sự phát triển nên công nghiệp của nước đó.
Để đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh nười ta dùng một trong các chỉ tiêu sau:
- Góc lệch β của ô tô khi phanh, góc này được xác định về mặt lý thuyết
bằng công thức (2.26) hoặc (2.27)
- Độ lệch của ô tô khi phanh. Độ lệch này được xác định bằng khoảng cách từ điểm A (hình 2.4) xa nhất của ô tô ở cuối quá trình phanh đến mặt phẳng dọc trung tuyến của ô tô trước khi phanh, nghĩa là độ lệch này được đánh giá bằng khoảng cánh AN (hình 2.4).
- Hành lang cho phép mà ô tô không được vượt ra ngoài ở cuối quá trình phanh.
- Hệ số không đồng đề lực phanh.
Giả sử rằng ô tô đang chạy trong hành lang có chiều rộng T và trục dọc của ô tô trùng với trục dọc của hành lang. Lúc bắt đầu phanh trọng tâm ô tô ở vị trí 0, cuối quá trình phanh trọng tâm 0 di chuyển đến vị trí 0’ nằm cách xa mặt phẳng dọc trung tuyến của ô tô trước khi phanh một khoảng cách Y và trục dọc của ô tô cuối quá trình phanh lệch với trục dọc của ô tô lúc bắt đầu phanh một góc β.
Điểm A là điểm xa nhất của ô tô ở cuối quá trình phanh so với mặt phẳng dọc trung tuyến của ô tô lúc bắt đầu phanh và đoạn AN sẽ là độ lệch của ô tô cuối quá trình phanh hay gọi tắt là độ lệch của ô tô khi phanh.
Từ hình ta thấy rằng: AN= Y + m (2.31)
Nhưng m= AE.sinβ + O’E.cosβ ⇒m = l.sinβ + B2'.cosβ (2.32)
Thay m từ (2.32) vào (2.31) ta được: β cosβ 2 sin . ' B l Y AN = + + (2.33) Hình 2.4: Sơ đồ xácđịnh độ lệch của ô tô khi phanh
Trong đó: + Y - Độ lệch của trong tâm ô tô cuối quá trình phanh; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ L - Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mép ngang ngoài cùng phía trước ô tô
+ B’ - Chiều rộng của ô tô.
Để ô tô không vượt khỏi hành lang cho phép T ở cuối quá trình phanh, cần phải đảm bảo điều kiện sau:
2 T AN Hay là: β .cosβ 2 ' sin . 2 B l Y T + + (2.34) Trong đó: T - Chiều rộng của hành lang cho phép.
Hệ số không đồng đều lực phanh là chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh. Hệ số này được sử dụng thuận lợi khi thử phanh trên bệ thử.
Hệ số không đồng đều lực phanh Kd được xác định riêng cho từng trục ô tô, nó bằng độ chênh lệch của các lực phanh ở phía bên phải và bên trái của trục
chia cho lực phanh lớn nhất tác dụng ở trục này. max min max P P P Kd = − (2.35) Trong đó: Pmax - Lực phanh lớn nhất ở 1 phía nào đó trên trục được đo, Pmin- Lực phanh nhỏ nhất ở một phía nào đó trên trục được đo.
2.4. Sự phân bố lực phanh trong quá trình phanh và điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu:
Khi phanh thì lực cản không khí Pω và lực cản lăn Pf1, Pf2 không đáng kể, có thể bỏ qua. Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5-2%. Bằng cách lập phương trình cân bằng mô men của các lực tác dụng lên ô tô (hình 2.5) đối với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường A và B, ta có thể xác định các phản lực thẳng góc Z1 và Z2 tác dụng lên ô tô khi phanh như sau:
Z Gb P h L j 1= + và L h P Ga Z − j = 2 (2.36) Trong đó: Pj - Lực quán tính sinh ra trong khi phanh a, b, h - Toạ độ trọng tâm của ô tô
Nhưng g J
G
Pj = .
(2.37) thay vào công thức (2.36) ta có
Z G L b jh g 1= ( + ) và Z G L a jh g 2= ( − ) (2.38)
Để sử dụng hết trọng lượng bám của ô tô thì cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe trước và sau, lực phanh lớn nhất đối với toàn xe là:
ϕ .
max G
Pp = (2.39)
Hình 2.5: Lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang
Sự phanh có hiệu quả nhất khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên ô tô trong quá trình phanh lại thay đổi do có lực quán tính Pj tác dụng.
Trong trường hợp phanh có hiệu quả nhất thì tỷ số giữa các lực phanh ở các
bánh xe trước và các bánh xe sau sẽ là: P P Z Z Z Z p p 1 2 1 2 1 2 = ϕ = ϕ (2.40)
Thay các giá trị của biểu thức (2.36) vào biểu thức (2.40) ta có:
P P Gb P h Ga P h p p j j 1 2 = + − (2.41)
Trong quá trình phanh thì lực cản không khí Pω và các lực cản lăn Pf1 và Pf2 coi như không đáng kể, do đó có thể viết:
2
1 P
P
J P P (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
P = + và PJm·=PPma x=Gϕ (2.42)
Thay Pjmax vào (2.41) ta có
P P b h a h p p 1 2 1 = − − ϕ ϕ (2.43)
Biểu thức (3.43) chính là điều kiện để đảm bảo sự phanh có hiệu quả nhất, nghĩa là muốn phanh đạt hiệu quả nhất (quãng đường phanh ngắn nhất, gia tốc chậm dần lớn nhất, thời gian phanh nhỏ nhất) thì trong quá trình phanh quan hệ giữa lực phanh của các xe bên trước Pp1 và lực phanh ở các bánh xe sau Pp2 phải luôn thoả mãn biểu thức (2.43).
Từ biểu thức (2.43) thấy rằng, trong điều kiện sử dụng của ô tô thì toạ độ trọng tâm (a, b, h) luôn thay đổi do chất tải khác nhau và hệ số bám ϕ cũng thay
đổi do ô tô có thể chạy trên các loại đường khác nhau, do vậy tỷ số Pp1/Pp2 luôn thay đổi trong điều kiện sử dụng. Vì vậy để đảm bảo hiệu quả phanh tốt cần phải có lực phanh Pp1 và Pp2 thích hợp để thoả mãn điều kiện ở biểu thức (2.43). Muốn vậy phải thay đổi được mô men phanh Mp1 và Mp2 sinh ra ở các cơ cấu phanh trước và sau.
Trong điều kiện đối với cơ cấu phanh đã thiết kế thì mô men phanh của các cơ cấu phanh có thể thay đổi bằng cách thay đổi áp suất dầu hoặc áp suất khí nén dẫn đến các xy lanh bánh xe hoặc dẫn đến các bầu phanh (phanh khi). Đa số các xe sản xuất trước kia thường có áp suất dầu hoặc áp suất khi nén dẫn động ra cơ cấu phanh trước và phanh sau như nhau, như vậy không đảm được điều kiện phanh tối ưu. Vì thế để thoả mãn tốt điều kiện phanh tối ưu nhằm tăng hiệu quả phanh thì ngày nay trên nhiều loại xe đã bố trí bộ điều hoà lực phanh hoặc bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh (ABS). Các cơ cấu này tự động điều chỉnh lực phanh ở các bánh xe bằng cách thay đổi quan hệ áp suất dẫn động ra có cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau của ô tô.
Quãng đường phanh thực tế bao giờ cũng lớn hơn quãng đường phanh lý thuyết do người lái xe cần một thời gian phản xạ nhất định, do cơ cấu phanh chậm tác dụng và gia tốc phanh không thể tăng đột ngột đến giá trị cực đại.
Để xác định quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh thông qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh Pp và thời gian phanh tp.
Đồ thị PP = f(t) được gọi là giản đồ phanh thực tế
Giản đồ phanh là quan hệ của lực phanh Pp và thời gian t, hay cũng là quan hệ của gia tốc chậm dần j với thời gian t.
Điểm O trên đồ thị ứng với lúc người lái nhìn thấy chướng ngại vật phía trước và nhận thức được cần phải phanh.
t1 - Thời gian phản xạ của người lái tức là từ lúc thấy được chướng ngại vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp phanh, thời gian này phụ thuộc vào trình độ của người lái. Thời gian t1 thường nằm trong giới hạn t1 = 0,3÷0,8 s.
t2 - Thời gian chậm tác dụng của dẫn động, tức là từ lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào trống phanh. Thời gian này đối với phanh dầu t2≈ 0,03 s và đối với phanh khí t2 ≈ 0,3 s.
t3 - Thời gian tăng (biến thiên) lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần. Thời gian này đối với phanh dầu t3≈ 0,2 s và đối với phanh khí t3 = 0,5 ÷ 1,0 s.
t4 - Thời gian phanh hoàn toàn, ứng với lực phanh cực đại. Thời gian này được xác định theo công thức (2.13) trong thời gian này lực phanh Pp hoặc gia tốc chậm dần j có giá trị không đổi.
t5 - Thời gian nhả phanh, lực phanh đến 0. Thời gian này có giá trị t5≈ 0,2 s đối với phanh dầu và t5 = 1,5 ÷2,0 s đối với phanh khí.
Khi ô tô dừng hoàn toàn rồi mới nhả phanh thì thời gian t5 không ảnh hưởng gì đến quãng đường phanh nhỏ nhất. Như vậy quá trình phanh kể từ khi người lái nhận tín hiệu cho đến khi ô tô dừng hẳn kéo dài trong thời t như sau:
t = t1 + t2 + t3 + t4 (2.44)
Từ giản đồ phanh (hình 2.5) ta thấy rằng ở thời gian t1 và t2 lực phanh hoặc gia tốc chậm dần bằng không. Lực phanh và gia tốc chậm dần bắt đầu tăng từ thời điểm A là thời điểm khởi đầu của thời gian t3, cuối thời gian t3 lực phanh và gia tốc chậm dần có giá trị cực đại và giữ không đổi trong suốt thời gian t4, cuối thời gian t4 thì lực và gia tốc chậm dần giảm và hết thời gian t5 thì chúng có giá trị bằng không. Gia tốc chậm dần trong thời gian t4 được gọi là gia tốc chậm dần ổn định.
Dựa trên trên giản đồ phanh nhận được từ thực nghiệm ta có thể đánh giá được hiểu quả phanh và từ đó xét được chất lượng của quá trình phanh.
Nếu kể đến thời gian chậm tác dụng t2 của dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế tính từ khi tác dụng lên bàn đạp phanh cho đến khi ô tô dừng hẳn được xác định theo công thức sau:
S v t k v g
s
= 1 2 + 12
2ϕ (2.45)
Trong đó: ks- hệ số đích quãng đường phanh, xác định bằng thực nghiệm, đối với xe du lịch ks = 1,2 ÷ 1,2; đối với xe tải và xe khách ks = 1,4 ÷ 1,7.
S - Quãng đường phanh thực tế.
Trong quá trình sử dụng thực tế do má phanh bị mòn và do diều chỉnh phanh không đúng sẽ làm quãng đường phanh lớn hơn và gia tốc chậm dần giảm đi 10 ÷ 15% so với khi phanh còn mới và điều chỉnh đúng.
Khi cơ cấu phanh bị ướt (trường hợp này thường xảy ra đối với ô tô làm việc ở vùng nhiệt đới, mưa nhiều như ở nước ta) thì giản đồ phanh không còn dạng như hình 2.6 trong lần đạp phanh đầu tiên. Muốn trở lại giản đồ phanh như ở hình 2.7 cần phải đạp phanh nhiều lần. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.7: Giản đồ phanh khi cơ cấu phanh bị ướt
I,II,III,IV,V- thứ tự lần đạp phanh
Trên hình 2.7 trình bày giản đồ phanh khi cơ cấu phanh bị ướt. Ở lần đạp phanh đầu tiên giản đồ phanh có dạng như đường I, ở lần đạp phanh thứ hai giản đồ phanh có dạng như đường II. . .và phải đến lần đạp phanh thứ năm giản đồ phanh mới trở lại dạng bình thường như ở cơ cấu phanh khô. Số lần cần đạp phanh để giản đồ phanh trở lại dạng bình thường như ở cơ cấu phanh khô tùy thuộc ở mức độ ướt của má phanh và trống phanh (của đôi bề mặt ma sát)
Từ giản đồ phanh ở hình 2.7 ta thấy rằng hiệu quả phanh ở lần đạp phanh đầu tiên rất thấp, tức là quãng đường phanh sẽ rất dài, do lực phanh hoặc gia tốc chậm dần rất nhỏ. Ở lần đạp đầu tiên quãng đường phanh có thể dài gấp 1,6÷1,8 lần quãng đường phanh khi cơ cấu phanh khô. Đây là điều cần chú ý khi sử dụng ô tô ở vùng nhiệt đới, mưa nhiều, để đảm bảo an toàn trong chuyển động. Để đánh giá sự chênh lệch hiệu quả phanh Kp, hệ số này được biểu thị bằng biểu thức sau: ,% puot pkho p pkho s s k s − = (2.46)
Ở đây: Sươt- quãng đường phanh của ô tô khi cơ cấu phanh ướt; Skhô- quãng đường phanh của ô tô khi cơ cấu phanh khô;
Hình 2.8: Sự thay đổi hệ số tăng quãng đường phanh Kp theo số lần đạp phanh
Hệ số Kp chỉ phần trăm tăng quãng đường phanh khi cơ cấu phanh bị ướt so với cơ cấu phanh khô.
Trên hình 2.8 trình bày sự thay đổi hệ số tăng quãng đường phanh Kp theo số lần đạp phanh khi cơ cấu phanh bị ướt của ô tô tải có tải trọng 50KN với dẫn động phanh khí ở áp suất 0,6 Mpa.
Chương III
THIẾT BỊ KIỂM ĐỊNH VÀ TIÊU CHUẨN KIỂM ĐỊNH 3.1. Các phương pháp kiểm tra hệ thống phanh theo tiêu chuẩn cũ
Trước đây việc kiểm tra hệ thống phanh thường sử dụng các phương pháp đo trên đường với cách làm như sau:
3.1.1. Đo quãng đường phanh trên đường
• Chọn đoạn đường phẳng dài, mặt đường khô, có hệ số bám cao. Tại 1/3 quãng đường cắm cọc chỉ thị điểm bắt đầu đặt chân lên bàn đạp phanh.
• Cho ô tô không tải gia tốc đến tốc độ qui định (v), duy trì tốc độ này cho đến vị trí cọc tiêu phanh. Tại vị trí cọc tiêu cắt ly hợp, đặt chân lên bàn đạp phanh và phanh ngặt. Khi phanh, giữ yên vị trí bàn đạp phanh, vành lái ở trạng thái đi thẳng. Chờ cho ô tô dừng lại.
• Đo khoảng cách từ cọc tiêu đến vị trí ô tô dừng, khoảng cách này là quãng đường phanh. So sánh với chỉ tiêu đánh giá.
Ưu điểm: Phương pháp này khá thuận lợi, không đòi hỏi nhiều thiết bị.
Nhược điểm: là độ chính xác không cao, quá trình đo phụ thuộc vào mặt
đường và trạng thái đạp phanh, dễ gây nguy hiểm khi thử trên đường.
3.1.2. Đo gia tốc chậm dần, thời gian phanh trên đường