Hình 2.3: Sơ đồ lực và momen tác dụng lên bánh xe khi phanh.
Khi xe hoạt động mỗi bánh xe được phân bố một trọng lượng lên cầu xe là chịu một momen quay do lực kéo tiếp tuyến Pk tạo nên, tải trọng lên bánh xe Gb,
𝑃𝑝 𝑟𝑏 𝑀𝑝 𝑃𝑝 𝑀𝑓 𝑀𝑗𝑏 v 𝑍𝑏 𝐺𝑏
lực đẩy khung xe đặt vào tâm bánh xe theo hướng cùng chiều với chuyển động của xe Pp, có phản lực thẳng góc tác dụng lên Zb, hợp lực của phản lực tiếp tuyến song song với mặt đường và ngược chiều chuyển động của xe Pp, ngồi ra cịn có các lực và momen ma sát, momen quán tính trong ổ trục.
Khi đạp phanh thì ở cơ cấu phanh tạo ra lực phanh và momen ma sát còn gọi là momen phanh Mp. Tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với đường xuất hiện lực phanh (Pp) ngược với chiều chuyển động của ôtô.
Từ lực phanh đã xác định được theo (2.57) của 2.3 ta có :
𝑀𝑝 = 𝑃𝑝. 𝑟𝑏 (2.58) Trong đó:
𝑀𝑝 – Momen phanh tác dụng lên bánh xe (Nm).
𝑃𝑝 – Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường.
𝑟𝑏 – Bán kính làm việc của bánh xe.
Bán kính lăn của bánh xe THACO FRONTIER K165S được tính như sau: Ký hiệu của lốp 6,50 – 16, có nghĩa là với bề rộng của lốp B = 6,5 inc và đường kính vành bánh xe d = 16 inc.
𝑟𝑜 = (𝐵 +𝑑
2) . 25,4 = 369 𝑚𝑚 = 0,369 𝑚
𝑟𝑏 = 𝑟𝑜. 𝜆 = 0,369 . 0,935 ≈ 0,345𝑚 (2.59)
Từ trị số momen phanh 𝑀𝑝 theo cơ cấu phanh của xe tạo ra hay tiêu chuẩn
nhà sản xuất xe đã kiểm định và đăng ký khi xuất xưởng chúng ta xác định được lực phanh tác dụng lên bánh xe theo cơng thức:
Vậy ta tính được Pp:
𝑀𝑝 = 𝑃𝑝. 𝑟𝑏 = 23070. 0,345 = 7959,2 (𝑁𝑚) (2.60)
Chúng ta nhận thấy, khi momen phanh 𝑀𝑝 tăng thì lực phanh 𝑃𝑝 tăng, nhưng lực phanh không thể tăng một cách tùy ý. Bởi vì lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, tức là;
𝑃𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝜑 = 𝑍𝑏. 𝜑 (2.61) Trong đó:
𝑃𝜑 – Lực bám giữa bánh xe với mặt đường.
𝑍𝑏 – Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe.
𝜑 – Hệ số bám dọc giữa bánh xe với mặt đường.
Từ biểu thức (2.61) ta thấy rằng để có Pp lớn thì cả hệ số bám 𝜑 và Zb đều phải có giá trị lớn. Để có được giá trị Zb của các bánh xe có giá trị lớn chúng ta phải sử dụng toàn bộ trọng lượng của xe trở thành trọng lượng bám. Vì vậy phải bố trí cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe và được biểu biễn bằng biểu thức sau:
𝑃𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝜑 = (𝑍1 + 𝑍1 ). 𝜑 = 𝐺. 𝜑 (2.62) Trong đó:
𝑍1 - Phản lực bánh trước.
𝑍2 - Phản lực bánh sau.
𝐺 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô.
Thay các trị số của 𝐺, 𝜑 vào ta có:
𝑃𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝐺 . 𝜑 = 38450 . 0,7 = 26915 (N).
Như vậy lực phanh tính theo điều kiện bám (Pb = 26915 N) lớn hơn lực phanh u cầu và cịn có hệ số an tồn là 1,5 (26915/17889) vậy theo điều kiện bám xe có hệ thống phanh đảm bảo yêu cầu khi hoạt động trên địa hình của địa bàn huyện Kỳ Sơn đang nghiên cứu.
Khi phanh bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, do đó cịn có momen qn tính Mjb và momen lực cản lăn tác dụng lên bánh xe. Bởi vậy lực hãm tổng cộng có tác dụng lên bánh xe là:
𝑃𝑝𝑜 =𝑀𝑝+𝑀𝑓−𝑀𝑗𝑏𝑟
𝑏 = 𝑃𝑝 +𝑀𝑓−𝑀𝑗𝑏𝑟
𝑏 (2.63)
Trong quá trình phanh, do Mp tăng dần nên Pp cũng tăng dần lên và đến một
lúc nào đó Pp = Ppmax = 𝑃𝜑 thì các bánh xe bị trượt lết. Khi bánh xe bị trượt lết thì
hệ số bám 𝜑 giảm xuống giá trị 𝜑𝑚𝑖𝑛, cho nên lực phanh cũng giảm xuống giá trị
nhỏ nhất dẫn đến hiệu quả phanh thấp nhất. Ngoài ra, nếu các bánh xe bị trượt lết sẽ làm mất tính ổn định khi phanh.
Khi phanh động năng hoặc thế năng của xe bị tiêu hao cho ma sát giữa má phanh và trống phanh, giữa lốp với mặt đường cũng như để khắc phục các lực cản chuyển động.
Nếu momen phanh càng tăng thì cơ năng biến thành nhiệt năng giữa trống phanh và mà phanh, giữa lốp với mặt đường càng tăng.
Khi bánh xe bị hãm cứng hồn tồn thì cơng ma sát giữa trống phanh và má phanh khơng có nữa, tất cả biến thành nhiệt năng ở vùng tiếp xúc giữa lốp với mặt đường.
Từ kết quả tính tốn được của trị số lực phanh của xe Pp và của Trị số lực phanh theo điều kiện điện bám chúng ta nhận thấy.
Khi xe THACO FRONTIER K165S chở đầy tải chuyển động xuống dốc có
độ dốc 60 với vận tốc tối đa 80 km/h trên địa hình giao thơng của huyện Kỳ Sơn
mà chúng tơi dang nghiên cứu thì:
+ Lực phanh tối thiểu của xe đã có theo chế tạo, hoặc đã được kiểm định cho phép (23070 N) và lực phanh theo điều kiện bám (26915 N) đều lớn hơn lực cần thiết để phanh dừng xe và đảm bảo cho xe hoạt động an tồn (vì lực phanh của xe luôn lớn hơn tất cả lực phanh cần thiết phải có tại bánh xe theo các số truyền tương ứng).
+ Các bánh xe sẽ khơng có hiện tượng trượt lết khi người lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh để tạo ra lực phanh ở các bánh xe nhỏ hơn hoặc bằng trị số lực phanh tối thiểu (23070 N). Muốn vậy chúng ta cần phát hiện ra chướng ngại vật từ xa và tác dụng vào bàn đạp phanh một lực phù hợp để tạo ra lực phanh tại bánh xe nhỏ hơn lực bám, bánh xe sẽ không bị trượt lết và xe sẽ giảm tốc độ từ từ, hoặc dừng xe nhanh nhất mà không bị trượt lết bánh xe.
+ Trường hợp người lái phanh gấp, nếu lực phanh lớn hơn lực bám (lớn hơn 23070 N) sẽ xảy ra hiện tượng bánh xe bị bó cứng và trượt lết trên đường. Để khắc phục hiện tượng này trên nhiều loại xe hiện nay đã thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS).