Ở các công thức 1.18; 1.19; 1.22 được chứng minh ở trên để xác định gia tốc chậm dần, thời gian phanh và quãng đường phanh mang tính chất lý thuyết, tức là trong điều kiện lý tưởng, nghĩa là khi phanh thì áp suất chất lỏng (hoặc khí nén) có giá trị cực đại ngay tại thời điểm bắt đầu phanh và thời gian phản ứng của người lái xe không kể đến.
Để xác định quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh Pp sinh ra ở bánh xe (hoặc mô men phanh Mp) với thời gian t. Đồ thị này được gọi là giản đồ phanh (hình 1.6).
Giản đồ phanh nhận được bằng thực nghiệm và qua giản đồ phanh có thể phân tích được bản chất của quá trình phanh.
Giản đồ phanh là quan hệ của lực phanh Pp với thời gian t, hay cũng là quan hệ của gia tốc chậm dần j với thời gian t.
25
Điểm O trên hình 1.6 ứng với lúc người lái nhìn thấy chướng ngại vật ở phía trước và nhận thức được cần phải phanh.
Hình 1.6. Giản đồ phanh
t1- thời gian phản xạ của người lái tức là từ lúc thấy được chướng ngại vật cho đến lúc lực 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 từ 0,3 – 0,8 s
t2 – thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh, 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 = 0,03s và đối với phanh khí t2 = 0,3s.
t3 – thời gian tăng (biến thiên) lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần. Thời gian này đối với phanh dầu t3 = 0,2s và đối với phanh khí t3 = 0,5 - 1s.
t4 – thời gian phanh hoàn toàn ứng với lực phanh cực đại. Thời gian này được xác định theo công thức 1.19. 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 giảm đến 0. Thời gian này có giá trị t5 = 0,2s đối với phanh dầu và t5 = 1,5 - 2s đối với phanh khí.
Khi ô tô dừng hoàn toàn rồi mới nhả phanh thì thời gian t5 không ảnh hưởng gì tới quãng đường phanh nhỏ nhất. Như vậy quá trình phanh kể từ khi người lái nhận được tín hiệu đến khi ô tô dừng hẳn kéo dài trong thời gian t như sau:
26
Từ giản đồ phanh ta thấy rằng thời gian t1 và t2 lực phanh hoặc gia tốc chậm dần bằng không. Lực phanh và gia tốc chậm dần bắt đầu tăng lên từ thời điểm A là 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 phanh và gia tốc chậm dần giảm và hết thời gian t5 thì chúng có giá trị bằng không.
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:
Ở đây ks: hệ số hiệu đính quãng đường phanh, xác định bằng thực nghiệm; đối với xe du lịch ks = 1,1 – 1,2; đối với xe tải và xe khách ks = 1,4 – 1,6.
S: Quãng đường phanh thực tế.
Trong quá trình sử dụng thực tế do má phanh bị mòn và do điều chỉnh phanh không đúng sẽ làm cho quãng đường phanh lớn hơn và gia tốc chậm dần khi phanh giảm đi 10 – 15% so với khi phanh còn mới và điều chỉnh đúng.
1.3.4. Ổn định hƣớng của ô tô khi phanh
Trong quá trình phanh ô tô thì trục dọc của ô tô có thể bị lệch đi một góc β so với hướng của quỹ đạo đang chuyển động. Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải và bên trái không đồng đều nhau tạo thành mô men quay vòng Mq quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ô tô. (Hình 1.7)
Khi phanh mà ô tô bị lệch đi 1 góc quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến an toàn chuyển động trên đường. Vậy tính ổn định hướng của ô tô khi phanh là khả năng ô tô giữ được quỹ đạo chuyển động theo ý muốn ban đầu của người lái xe trong quá trình phanh.
Giả sử ô tô đang chuyển động theo hướng trục X, nhưng sau khi phanh thì trục dọc ô tô bị lệch đi một góc β so với hướng của trục Y. Trong khi phanh thì ở các bánh xe bên phải có các lực phanh Fp.ph1 ở trục trước và Fp.ph2 ở trục sau, còn các bánh xe bên trái có các lực phanh Fp.tr1 ở trục trước và Fp.tr2 ở trục sau.
27
Tổng các lực phanh ở bánh xe bên phải là:
Fp.ph = Fp.ph1 + Fp.ph2 (1.28)
Hình 1.7. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên khi phanh mà bị quay ngang
Tổng các lực phanh ở bánh xe bên trái là:
Fp.tr = Fp.tr1 + Fp.tr2 (1.29)
Giả sử rằng Fp.ph > Fp.tr lúc đó ô tô sẽ quay theo hướng mũi tên trên hình vẽ, quay quanh trọng tâm A của ô tô.
Moment quay vòng Mq được xác định theo biểu thức:
( )
Trong đó B là chiều rộng cơ sở của ô tô
Do có sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho nên khi xuất hiện của mô men quay vòng Mq thì ở các bánh xe của trục trước sẽ có phản lực Ry1 tác dụng từ mặt đường theo phương ngang và ở các bánh xe sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng
28
Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm A được viết dưới dạng sau:
̈
Iz Mô men quán tính của ô tô quanh trục Z đi qua trọng tâm A.
Vì ô tô đã bị xoay đi một góc nghĩa là mô men quay vòng Mq lớn hơn nhiều so với mô men do các lực tác dụng Ry1 và Ry2 sinh ra, cho nên để đơn giản cho tính toán có thể bỏ qua các lực Ry1 và Ry2 lúc đó phương trình 1.31 có dạng
̈ hoặc:
̈
Lấy tích phân hai lần phương trình trên ta được:
Để tìm giá trị của C ta sử dụng điều kiện ban đầu khi t = 0 thì β = 0, ⇒C = 0
( *
1.3.5. Các chỉ tiêu để đánh giá tính ổn định hƣớng của ô tô khi phanh
Để đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh người ta dùng một trong các chỉ tiêu sau: Góc lệch khi phanh, độ lệch khi phanh, hành lang cho phép, hệ số không đồng đều lực phanh.
Góc lệch β của ô tô khi phanh, góc này được xác định về mặt lý thuyết theo công thức:
( *
29
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 (Hình 1.8). Lúc bắt đầu phanh, trọng tâm của ô tô ở vị trí O, cuối quá trình phanh trọng tâm đó di chuyển đến O’ nằm cách xa mặt phẳng dọc trung tuyến của ô tô trước khi phanh một khoảng cách Y và trục dọc của ô tô bị lệch đi 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. Đoạn AN là độ lệch của ô tô khi phanh.
Hình 1.8. Sơ đồ để xác định độ lệch của ô tô khi phanh Ta thấy rằng: n = AE.sinβ + O’E.cosβ
Như vậy:
Trong đó: Y - độ lệch của trọng tâm ô tô cuối quá trình phanh
l – khoảng cách từ trọng tâm đến mép ngang ngoài cùng trước xe B’ – chiều rộng của ô tô
- Hành lang cho phép, đây là bề rộng T của đường mà trong quá trình phanh thì ô tô không được phép vượt ra ngoài ở cuối quá trình phanh.
30
- Hệ số không đồng đều lực phanh Kđ. Hệ số này được đánh giá riêng cho từng trục của ô tô, nó bằng độ chênh lệch của lực phanh ở phía bên phải và bên trái của trục chia cho lực phanh lớn nhất tác dụng ở trục này.
Trong đó: Pmax – lực phanh lớn nhất ở một phía nào đó trên trục được đo. Pmin – lực phanh nhỏ nhất ở một phía nào đó trên trục được đo.
1.4. Các tiêu chuẩn về hiệu quả phanh ô tô
1.4.1. Tiêu chuẩn phanh dùng cho kiểm tra phanh định kỳ trên đƣờng a) Tiêu chuẩn của Nga
Theo tiêu chuẩn GOST 25478 – 82 khi thử phanh trên mặt đường, tốc độ quy định lúc bắt đầu phanh là 40 km/h và xe ở trạng thái không tải trên đường nhựa khô, bằng phẳng nằm ngang.
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn phanh dùng cho kiểm tra phanh định kỳ trên đường của Nga[4].
Loại ô tô
Quãng đường phanh Sp
không lớn hơn (m)
Gia tốc jmax không nhỏ hơn (m/s2 ) Ô tô SX trước ngày 01/01/1981 Ô tô SX sau ngày 01/01/1981 Ô tô SX trước ngày 01/01/1981 Ô tô SX sau ngày 01/01/1981 Ô tô con 14.5 12.2 6.1 6.8 Ô tô khách với khối lượng toàn tải
Đến 5 tấn 18.7 13.6 5.5 6.8
Trên 5 tấn 19.9 16.8 5 5.7
Ô tô tải với khối lượng toàn tải
Đến 3,5 tấn 19 15.1 5.4 5.7
3,5 – 12 tấn 18.4 17.3 5.7 5.7
31
b) Tiêu chuẩn của Việt Nam
Tiêu chuẩn hiệu quả phanh được Ban hành kèm theo Thông tư số 10/2009/TT- BGTVT ngày 24/06/2009 của Bộ Giao thông vận tải Quy định về kiểm tra an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường phương tiện giao thông cơ giới đường bộ:
Kiểm tra quãng đường phanh hoặc gia tốc chậm dần khi phanh và độ lệch quỹ đạo chuyển động. Thử phanh xe không tải ở vận tốc 30 km/h trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng bằng phẳng, khô, có hệ số bám không nhỏ hơn 0,6. Ngắt động cơ khỏi hệ truyền lực, đạp phanh đều hết hành trình và giữ bàn đạp phanh tới khi xe dừng hẳn. Quan sát và ghi nhận quãng đường phanh Sp hoặc dùng thiết bị đo gia tốc phanh lớn nhất jmax.
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn phanh dùng cho kiểm tra phanh định kỳ trên đường của Việt Nam.
Loại ô tô Quãng đường phanh Skhông lớn hơn (m) p
Gia tốc chậm dần cực đại jmax không nhỏ hơn (m/s2
) Ô tô con, kể cả ô tô con chuyên dùng có
số chỗ (kể cả người lái) đến 9 chỗ. 7.2 5.8 Ô tô tải; ô tô chuyên dùng có trọng
lượng toàn bộ không lớn hơn 8.000 kG; ô tô chở người có số chỗ (kể cả người lái) trên 9 chỗ và có tổng chiều dài không lớn hơn 7,5 m
9.5 5
Ô tô tải; ô tô chuyên dùng có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 8.000 kG; ô tô chở người có số chỗ (kể cả người lái) trên 9 chỗ và có tổng chiều dài lớn hơn 7,5 m
11 4.2
Khi phanh quỹ đạo chuyển động của xe không lệch quá 8o
so với phương chuyển động ban đầu và xe không lệch khỏi hành lang phanh 3,5m;
32
Tiêu chuẩn hiệu quả phanh ở phần a và b mục 1.4.1 chỉ sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ nhằm mục đích cho phép ô tô lưu hành trên đường để đảm bảo an toàn chuyển động. Đối với các cơ sở nghiên cứu, thiết kế chế tạo ô tô thì tiêu chuẩn kiểm tra phanh (thử phanh) còn nghiêm ngặt hơn nhiều.
a) Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh chính của Châu Âu và Liên hiệp quốc
Tiêu chuẩn của Châu Âu và Liên hiệp quốc, TCVN 6919-2001 về vần đề thử phanh khi nghiên cứu thiết kế và chế tạo phải đảm bảo các nội dung và chỉ tiêu sau đây:
Về chế độ thử phải tiến hành ở loại 0, loại I và loại II
Thử 0: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanh còn nguội và thường được tiến hành cho 2 trường hợp: Động cơ được tách và không tách khỏi hệ thống truyền lực
Thử I: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi các cơ cấu phanh đã làm việc nóng lên. Dạng thử này bao gồm hai giai đoạn, giai đoạn thử sơ bộ để cho các cơ cấu phanh nóng lên sau đó đến giai đoạn thử chính để xác định hiệu quả phanh.
Thử II: để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính khi ô tô chuyển động xuống dốc dài.
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn phanhchính của Châu Âu và Liên hiệp quốc (ứng với ô tô đầy tải)[4]
Số TT Chủng loại ôtô Tốc độ trƣớc khi phanh V0, Km/h Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ(N)(≤) Dạng thử Quãng đƣờng phanh. Sp(m),() Gia tốc chậm dần ổn định. Jp (m/s2),() 1 Ô tô du lịch và Micro buýt với số
chỗ ngồi ≤ 8 80 500 0 I II 43,2 54,0 57,5 7,0 5,4 5,0
33 2 Ô tô buýt > 8CN và trọng lượng toàn bộ ≤ 5 tấn 60 700 0 I II 25,8 32,3 34,3 7,0 5,3 4,9 3
Ô tô buýt với trọng lượng toàn bộ > 5 tấn 60 700 0 I II 32,1 40,1 42,7 6,0 4,5 4,1 4 Ô tô tải, trọng lượng toàn bộ < 3,5 tấn 70 700 0 I II 44,8 56,0 59,6 5,5 4,1 3,8 5 Ô tô tải, trọng lượng toàn bộ từ 3,5 tấn đến 12 tấn 50 700 0 I II 25,0 31,3 33,3 5,5 4,0 3,7 6 Ô tô tải, trọng lượng toàn bộ >12 tấn. 40 700 0 I II 17,2 21,5 22,9 5,5 4,0 3,7 7
Đoàn ô tô với TL toàn bộ từ 3,5 đến 12 tấn. 50 700 0 I II 26,5 33,1 35,2 5,5 4,0 3,7 8
Đoàn ô tô với trọng lượng toàn bộ > 12 tấn. 40 700 0 I II 18,4 23,0 24,5 5,5 3,9 3,6
b) Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh theo ECE[4]
Bảng 1.4. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ECE-R13 khi phanh cắt động cơ
ECE-R13
Ô tô chở người Ô tô chở hàng Ô tô con Ô tô buýt Ô tô tải
M1 M2 M3 N1 N2 N3
34 Phanh
chính (chân)
Tốc độ ban đầu phanh
v (km/h) 80 60 60 80 60 60 Công thức tính toán gần đúng quãng đường phanh Quãng đường phanh 50,7 36,7 36,7 61,2 36,7 36,7 Gia tốc chậm dần trung bình m/s2 5,8 5,0 5,0 Lực bàn đạp max N 500 700 700 Thời gian chậm tác dụng max s 0,36s 0,54s 0,54s Phanh tay
Tốc độ ban đầu phanh
v (km/h) 80 60 60 70 50 40 Công thức tính toán gần đúng quãng đường phanh
Quãng đường phanh
(m) tối thiểu 93,3 64,4 64,4 95,7 54,0 38,3 Gia tốc chậm dần tối
thiểu trung bình (m/s2)
2,9 2,5 2,2
Lực kéo tay max (N)
400 600 600
Ở bảng trên:
Loại M - Ô tô chở người.
M1 - Ô tô con chỉ dùng để chở người (đến 9 chỗ ngồi, kể cả người lái), có khối lượng toàn bộ 2,5 tấn.
M2 – Ô tô chở khách (lớn hơn 9 chỗ ngồi đến khối lượng toàn bộ 5 tấn). M3 - Ô tô chở khách (lớn hơn 9 chỗ ngồi đến khối lượng toàn bộ 5 tấn). Loại N – Ô tô chở hàng.
35
N1 – Khối lượng toàn bộ 3,5 tấn.
N2 – Khối lượng toàn bộ 3,5 tấn đến 12 tấn. N3 – Khối lượng toàn bộ 12 tấn.
Chỉ tiêu hiệu quả phanh được đánh giá theo các kiểu sau đây: - Kiểu 0: Kiểm tra thông thường;
- Kiểu I: Kiểm tra phanh nhiều lần; - Kiểu II: Kiểm tra phanh rà xuống dốc.
Ngoài ra còn kiểm tra hiệu quả phanh khi bị hư hỏng trong hệ thống truyền lực.
+ Kiểm tra phanh kiểu 0:
Chế độ kiểm tra thông thường theo hai trạng thái làm việc: - Cắt khỏi động cơ ở vận tốc quy định;
- Nối liền động cơ, phanh nguội.
Với các chế độ từ không tải tới đầy tải, theo các điều kiện: - Nhiệt độ cơ cấu phanh nhỏ hơn 100oC
- Trên nền đường phẳng nằm ngang.
Bảng 1.5. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ECE-R13 khi phanh nối động cơ
ECE-R13
Ô tô chở người Ô tô chở hàng Ô tô con Ô tô buýt Ô tô tải
M1 M2 M3 N1 N2 N3
Kiểu thử: Nối động cơ 0, I 0, I 0, I, II 0, I 0, I 0, I, II
Phanh chính (chân)