2.3.2.1. Hiện tượng trượt lết của bánh xe
Mô men phanh do cơ cấu phanh của bánh xe sinh ra, nhưng mặt đường là nơi tiếp nhận thông qua điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường. Nên lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường. Mà đặc trưng là hệ số bám theo mối quan hệ sau:
max .
p b
P P Z (2.39)
Trong đó : Ppmax: Lực phanh cực đại có thể sinh ra.
P: Lực bám giữa bánh xe với mặt đường.
b
Z : Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe. : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường.
Từ đây ta thấy khi phanh gấp hay khi phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp thì phần lực phanh Pp dư vượt quá giới hạn trên, do mặt đường không có khả năng tiếp nhận sẽ làm cho bánh xe sớm bị hãm cứng và trượt lết trên đường.
Theo biểu thức (2.39) thấy rằng hệ số bám đóng vai trò quan trọng trong việc xác định điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường. Duy trì hệ số bám cao trong quá trình phanh để đạt giá trị lực cực đại là mục tiêu cần quan tâm đối với cơ cấu phanh.
Hình 2-9: Giải thích hiện tượng trượt lế của bánh xe khi phanh
Trong hình: v0: Vận tốc lý thuyết của bánh xe.
v: Vận tốc thực của bánh xe. Với: 0 . . k b k l v r v r (2.40) k : Vận tốc góc của bánh xe. b r : Bán kính thực tế bánh xe. l r: Bán kính lăn bánh xe.
Khi vận tốc thực tế của bánh xe lớn hơn vận tốc lý thuyết của nó sẽ dẫn đến hiện tượng trượt của bánh xe khi phanh với vận tốc trượt v:
0
v v v (2.41)
Để kể đến ảnh hưởng của sự trượt khi phanh, người ta đưa ra khái niệm độ trượt khi phanh:
0 0 1
v v v v
v v v
(2.42)
Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn, tức khi phanh bánh xe bị hãm cứng thì: 0
k
, v0 0, rl , 1
Dấu (-) chỉ độ trượt khi phanh. Trên thực tế, người ta tính độ trượt tương đối:
0 .100%
v v
v
(2.43)
Khi = 100% bánh xe bị hãm cứng và trượt lết hoàn toàn trên mặt đường.
2.3.2.2. Đặc tính trượt khi phanh
Hình 2-10: Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh.
Hình 2-10 thể hiện đường đặc tính trượt, biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt dọc , được xác định bằng thực nghiệm.
Hình 2-11: Đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau
Hình 2-11 chỉ ra các đường đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau. Từ đó ta có thể rút ra một số nhận xét:
- Các hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang yđều thay đổi theo độ trượt . Lúc đầu, khi tăng độ trượt thì x tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt từ 10 – 30%. Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì x
giảm, khi độ trượt =100% (lốp xe bị trượt lết hoàn toàn khi phanh) thì x giảm 20- 30% so với hệ số bám cực đại, khi đường ướt còn giảm nhiều hơn nữa, đến 50-60%. Đối với hệ số bám ngang y, sẽ giảm nhanh khi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì giảm xuống gần bằng không.
- Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại xmaxở giá trị độ trượt đạt tối ưu 0. Thực nghiệm chứng tỏ rằng ứng với các loại đường khác nhau thì giá trị 0 thường nằm chung trong giới hạn từ (10-30%), ở giá trị tối ưu 0 này, không những đảm bảo x có giá trị cực đại mà y cũng có giá trị khá cao.
- Vùng (a) gọi là vùng ổn định, ứng với khi mới bắt đầu phanh, vùng (b) là vùng không ổn định của đường đặc tính trượt. Ở cơ cấu phanh thường, khi độ trượt tăng đến giới hạn bị hãm cứng λ =100% (vùng b), do thực tế sử dụng
max
x x
nên chưa tận dụng hết khả năng bám (Ppmax P Zb.)
- Ở cơ cấu phanh thường, khi phanh đến giới hạn bị hãm cứng λ =100% thì y giảm xuống gần bằng không, thậm chí đối với loại đường có x cao như đường bê tông khô, nên khả năng bám ngang không còn nữa, chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng cũng đủ làm cho xe bị trượt ngang, không tốt về phương diện ổn định khi phanh.
Trên đây là những nhược điểm cơ bản của cơ cấu phanh thường (phanh hãm cứng) vì nó chưa phát huy hết khả năng bám để nâng cao hiệu quả phanh và đảm bảo ổn định của xe khi phanh.
Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là 0
thì sẽ đạt lực phanh cực đại Ppmax xmax.Gb, nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo độ ổn định tốt khi phanh nhờ y có giá trị cao. Một cơ cấu phanh chống hãm cứng (ABS ) được thiết kế thực hiện mục tiêu này.