II. Tính toán dẫn động phanh
1. Cơ sở lý thuyết
Trên ôtô có trang bị hệ thống phanh nhằm mục đích giảm vận tốc hoặc dừng hẳn xe khi cần thiết. Lúc đó ngời lái giảm lợng nhiên liệu cung cấp vào động cơ,
đồng thời đạp phanh để hãm xe lại. Nhờ hệ thống phanh ngời lái có thể nâng cao vận tốc chuyển động trung bình của ôtô mà vẫn đảm bảo an toàn khi chuyển động. Do vận tốc chuyển động của xe ngày càng cao nên việc đi sâu nghiên cứu hoàn thiện sự làm việc của hệ thống phanh nhằm tăng tính hiệu quả khi phanh là cấp thiết. Nh ta đã biết, khi ngời lái xe tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mômen ma sát giữa má phanh với tang trống hay đĩa phanh và đợc gọi là mômen phanh nhằm hãm bánh xe lại, lúc đó tại vị trí bánh xe tiếp xúc với mặt đờng xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngợc chiều với chuyển động của xe. Phản lực này đợc gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức:
rM M P b p p= (1-1) Trong đó:
Mp - Mômen phanh tác dụng lên bánh xe
Pp - Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đờng rb - Bán kính làm việc của bánh xe
Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi lực bám của bánh xe với mặt đờng Pϕ tức phụ thuộc vào điều kiện bám giữa bánh xe với mựt đờng và phản lực pháp tuyến giữa bánh xe với mặt đờng và đợc thể hiện qua biểu thức:
Ppmax = Pϕ = Zb.ϕ (1-2) Trong đó:
Ppmax – Lực phanh cực đị có thể sinh ra tứ khả năng bám của bánh xe với mặt đờng.
Pϕ - Lực bám giữa bánh xe với mặt đờng
Zb – Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
Ta đã biết trong hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực có bộ điều hoà thì điều kiện phanh có hiệu quả và ổn định là:
Lực cản trong cơ cấu phanh < Lực cản giữa lốp và mặt đờng
Trong quá trình phanh ôtô, mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên làm lực cản trong cơ cấu phanh tăng theo, đến một lúc nào đấy lực cản trong cơ cấu phanh sinh ra sẽ lớn hơn lực cản lốp sẽ dẫn đến sự trợt lê bánh xe. Khi bánh xe bị trợt lê hoàn toàn thì hệ số bám ϕ có giá trị thấp nhất. Theo biểu thức (1-2) thì khi bánh xe bị trợt lê hoàn toàn thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đờng là
nhỏ nhất, dẫn đến hiệu quả phanh thấp nhất. Không những thế, nếu các bánh xe tr- ớc bị trợt lê sẽ làm cho hệ số bám dọc ϕx giảm đồng thời làm cho hệ số bám ngang
ϕy giảm khi đó mất bánh trớc sẽ không có khả năng dẫn hớng vì thế đầu xe sẽ chuyển động theo lực quán tính hoặc độ nghiêng của mặt đờng, còn nếu các bánh xe sau bị trợt lê thì xe sẽ bị trợt ngang theo về bên trái hoặc bên phải theo độ nghiêng của mặt đơng và xe sẽ có xu hớng quay ngoắt vòng tròn khi lực quán tính đẩy trọng tâm về phía trớc và tâm quay là bánh xe trớc có hệ số bám lớn. Nếu tất cả các bánh xe bị trợt lê thì xe sẽ mất hoàn toàn tính ổn định. Khi đó xe sẽ bị văng theo lực quán tính hoặc do độ nghiêng của mặt đờng.
Hệ số bám này đợc xác định bằng thực nghiệm bánh xe đang chuyển động bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là bánh x bị trợt lê 100%.
Trên thực tế, hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đờng ngoài việc phụ thuộc vào loại đờng và tình trạng mặt đờng mà còn phụ thuộc khá nhiều bởi đọ trợt của bánh xe tơng đối với mặt đờng trong quá trình phanh.
Trên hình (3-1) chỉ ra mối quan hệ giữa hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám ngang ϕy của bánh xe với mặt đờng theo độ trợt ngang tơng đối λ giữa bánh xe và mặt đờng.
Hình 3.1 Sự thay đổi hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám ngang ϕy theo độ trợt tơng đối λ của bánh xe với mặt đờng khi phanh
Độ trợt tơng đối λ của bánh xe với mặt đờng đợc xác định theo biểu thức:
v r r w v − b. b = λ Trong đó: v - Vận tốc của ôtô
wb - Vận tốc góc của bánh xe khi phanh rb - Bán kính làm việc của bánh xe
Từ hình 1.1 ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại ϕxmax ở giá trị độ tr- ợt tối u λo . Thực nghiệm chứng tỏ thấy rằng giá trị λo thờng nằm trong giới hạn 15 ữ 20%. ở giá trị độ trợt tối u không những đảm bảo hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang cũng có giá trị khá cao. Nh vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trợt của bánh xe là λo thì sẽ đạt đợc lực phanh cực đại Ppmax
= ϕxmax.Zb nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo tính ổn định và tính dẫn hớng khi phanh. Giải pháp tiên tiến nhất hiện nay để đảm bảo mối quan hệ trên khi phanh là hệ thống phanh có sự trợ giúp của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS). Nh vậy chức năng cơ bản của hệ thống phanh có trang bị ABS là giữ cho các bánh xe trong quá trình phanh ở độ trợt thay đổi trong một giới hạn hẹp quanh giá trị λo, do đó đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất đồng thời đảm bảo tính ổn định hớng và tính dẫn hớng khi phanh đặc biệt ở tốc độ cao và đờng có hệ số bám thấp. Để giữ cho các bánh xe lam việc ở vùng độ trợt quanh giá trị λo trong giới hạn hẹp và không dẫn tới hiện tợng hãm cứng bánh xe khi phanh thì phải điều chỉnh áp suất môi chất (dầu hoặc khí) dẫn đến các cơ cấu phanh vì vậy hệ thống ABS điều
khiển chống bó cứng các bánh xe trên cơ sở điều khiển áp suất môi chất dẫn động đến các bánh xe, đó cũng chính là chức năng cơ bản của hệ thống ABS.