PHẦN 5 : ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH
5.1 ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT PHANH
5.1.1 Đặc tính phân bố mơ-men phanh
5.1.1.1 Đặc tính mơ-men phanh lý thuyết:
Theo lý thuyết ơ tơ, đối với xe có các thơng số cơ bản về trọng lượng Ga với tọa độ trọng tâm (a, b, hg) cùng với kích thước cơ bản khác như chiều dài cơ sở Lo và bán kính làm việc của bánh xe Rbx, thì chúng ta dễ dàng tính được mơ- men phanh ở mỗi bánh xe cầu trước, cầu sau bởi hệ phương trình [1]:
{¿Mbx1=2 LGa o (b+ℎgφbx)φbxRbx ¿Mbx2= Ga 2 Lo (a −ℎgφbx)φbxRbx (5.1) Với: Ga = 120000 [N]; Lo = 3,95 [m]; Rbx = 0,45 [m] hg = 1,58[m]; a = 2,765 [m]; b = 1,185 [m]
Bằng cách cho hệ số bám ϕbx biến đổi từ 0,10 đến 0,85 với bước tính 0,05 rồi áp dụng cơng thức tính mơ-men phanh cho mỗi bánh xe ở cầu trước, mô- men phanh ở cầu sau biến đổi theo hệ số bám được cho bới các công thức ở (5.1), chúng ta sẽ có kết quả tính tốn mơ-men phanh lý tuyết ở các bánh xe cầu trước Mbx1 và cầu sau Mbx2 và được cho như trên bảng 5.1.
Bảng 5.1: Kết quả tính mơ-men phanh u cầu ở mỗi bánh xe trước/sau
ϕbx 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Mbx1 0 432 918 1458 2052 2700 3402 4158 4968 Mbx2 0 918 1782 2592 3348 4050 4698 5292 5832 ϕbx 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 Mbx1 5832 6750 7722 8748 9828 10962 12150 13392 14688 Mbx2 6318 6750 7128 7452 7722 7938 8100 8208 8262
Bằng cách lập tỷ số, quan hệ mô-men phanh yêu cầu của cầu sau và cầu trước theo lý thuyết ơ tơ có quan hệ phi tuyến như sau:
M2 M1= (a−hgϕbx) (b+hgϕbx) (5.2) Hay M2 = (a−hgϕbx) (b+hgϕbx) .M1 (5.2b) 5.1.1.2 Đặc tính mơ-men phanh thực tế
Để xác định mô-men phanh thực tế, chúng ta cần xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh theo mô-men phanh yêu cầu lớn nhất. Nghĩa là về lý thuyết mô-men phanh thực tế lớn nhất phải trùng mô men phanh lớn nhất lý thuyết.
Như vậy giá trị mô-men phanh lớn nhất thiết kế sẽ tướng ứng với giá trị giới hạn trên của hệ số bám mà tại đó khi phanh thơng thường tránh được hiện tượng trượt giữa lốp với mặt đường.
Hệ số bám bx giữa lốp với mặt đường khi phanh phải là “giá trị lớn nhất
có thể có” mà tại đó bánh xe khơng bị trượt hồn tồn khi phanh nhằm đạt hiệu
quả phanh cao nhất có thể. Vì vậy, khi tính tốn thiết kế, hệ số bám không được chọn lớn quá; không được vượt giá trị giới hạn mà tại đó khi phanh bánh xe có thể bắt đầu bị trượt lết hồn tồn. Khi vượt quá giới hạn thì các bánh xe bị trượt lết, bánh xe sẽ bị mất dẫn hướng và do đó xe dễ bị lệch khỏi hướng chuyển động; xe có thể bị xoay và quay đầu xe, thậm chí có thể bị lật xe rất nguy hiểm.
Hệ số bám giữa lốp với mặt đường của bánh xe bx thường được xác định bằng thực nghiệm. Với các kiểu lốp hiện nay, trên các loại đường nhựa hoặc bê-tơng tốt và khơ ráo thì hệ số bám lớn nhất max có thể đạt đến giá trị 0,750,85 đối với lốp có xăm cịn hoa lốp tốt (có ruột làm kín khơng khí nén); với loại lốp có bản rộng của xe con hiện đại (khơng cần ruột làm kín khí nén)
thì hệ số bám lớn nhất max có thể đạt đến giá trị 0,850,95 khi hoa lốp cịn tốt. Tuy vậy hệ số bám hình thành giữa lốp với mặt đường trong quá trình phanh bị thay đổi theo cường độ phanh và độ trượt giữa lốp với mặt đường (hình 5.1).
Hình 5.1: Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt tương đối .
Trên hình 3.1 thể hiện quan hệ giữa hệ số bám bx và độ trượt tương đối giữa lốp với mặt đường . Giá trị cực đại của hệ số bám đạt được khi trị số độ trượt tương đối khoảng 20%. Khi độ trượt tương đối đạt đến giới hạn bắt đầu trượt 100% bên trái (điểm B -lốp bắt đầu có xu hướng bị trượt hồn tồn) thì hệ số bám giảm khoảng 20% so với giá trị cực đại của nó. Vượt qua giới hạn này thì lốp sẽ trượt hồn tồn và gây nguy hiểm cho xe khi phanh.
Vì vậy khi chọn hệ số bám bx để tính tốn thiết kế cho hệ thống phanh phải xét đến khả năng bám của các bánh xe đối với mặt đường cùng với đó là cơng nghệ kiểm sốt độ trượt bánh xe với mặt đường của hệ thống phanh khi xe phanh khẩn cấp.
Với hệ thống phanh có trang bị hệ thống kiểm soát và điều chỉnh độ trượt bánh xe (xe có trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS – Anti-lock
Braking System, hay trang bị hệ thống phanh điều khiển điện tử EBS - Electronic Brake System) thì hệ số bám có thể đạt đến giá trị cực đại; tức là bx
max = 0,85 0,95 [20] (tương ứng với độ trượt tương đối = 15% 25% ). Ngược lại, với hệ thống phanh thông thường; không có khả năng kiểm sốt độ trượt giữa lốp và mặt đường thì hệ số bám khi phanh chỉ có thể đạt bx (0,750,80).max.
Như vậy với hệ thống phanh có trang bị hệ thống kiểm soát và điều chỉnh
độ trượt bánh xe (xe có trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS – Anti-
lock Braking System, hay trang bị hệ thống phanh điều khiển điện tử EBS - Electronic Brake System) thì hệ số bám có thể đạt đến giá trị cực đại; tức là bx
max = 0,85 0,95.
Mô-men phanh thực tế biến đổi do áp suất trong hệ thống thay đổi; trong khi các thông số kết cấu của hệ thống khơng biến đổi trong q trình phanh. Nghĩa là mơ-men phanh trước (M1), mơ-men phanh sau (M2 đều có cùng quan hệ tuyến tính với áp suất; tức là chúng có thể được minh họa bởi các biểu thức như sau [1]:
M1 = K1.p1 và M2 = K2.p2 (5.3)
Trong đó: K1 và K2 là các hệ số hằng số, đặc trưng cho các thông số và kích
thước khơng đổi của cơ cấu phanh trước/sau; p1 và p2 là áp suất lớn nhất của
chất lỏng trong các dịng phanh cầu trước và cầu sau.
Do tính chất bình thơng nhau trong hệ thống phanh truyền động bởi chất lỏng, nên áp suất dòng trước và sau đều bằng nhau và cùng bằng áp suất chung trong hệ thống (p1 = p2 = p) nên ta có tỷ số phân bố lực phanh sau/trước bằng:
M2 M1= K2. p2 K1. p1= K2 K1=KC (5.4)
Suy ra: M2 = KC.M1 (y=a.x) (5.4b)
Nghĩa là quan hệ mô-men phanh thực tế của cầu sau và cầu trước là tuyến tính với hệ số góc KC đi qua gốc tọa độ (xem hình 5.2).
Trong tính tốn minh họa này, vì vậy có thể chọn max = 0,85; tương ứng ta có mơ-men thực tế lớn nhất ở mỗi bánh xe cầu trước/cầu sau là (xem bảng 5.2):
Mbx1 = 14688 [N.m]; Mbx2 = 8262[N.m] (5.5)
Để tạo được mô-men phanh này, với hệ thống phanh thông thường, áp suất phanh lớn nhất nằm trong khoản từ [MN/m2]; trong tính tốn minh họa
này, vì vậy có thể chọn p = 18.106[N/m2].
Suy ra gía trị thơng số kết cấu K1[m2] và K2[m2] của cơ cấu phanh tương ứng ở các bánh xe trước và sau có thể được xác định bằng:
{K1=Mbx1
p1 =1468818.106=0,000816¿¿¿¿
(5.6) Trong quá trình phanh thực tế, áp suất phanh trong hệ thống phanh thay đổi với p1 = p2 = p = 0 đến pmax = 18.106[N/m2] nhưng các thông số kết cấu K1 và K2 không thay đổi; nghĩa là mô-men phanh thực tế ở mỗi bánh xe cầu trước
M1[N.m] cầu sau M2_TT[N.m] sẽ thay đổi tuyến tính theo áp suất phanh.
Để đơn giản và thuận lợi trong việc vẽ đồ thị đặc tính phanh lý thuyết và thực tế trên cùng đồ thị với cùng tọa độ trục hồnh (dùng cầu trước tương ứng
cho trục hồnh) thì có thể đồng nhất các giá trị mô-men phanh cơ cấu phanh
trước với mô-men phanh lý thuyết tương ứng (M1_TT = M1_LT = M1). Với thông số K1 K2 đã xác định thì áp suất phanh p1 tương ứng với các điểm tính cũng được xác định từ sự đồng nhất của mơ-men cầu trước.
Bảng kết quả tính các giá trị mơ-men phanh cầu trước (M1), mô-men phanh cơ cấu phanh sau lý thuyết (M2_LT) và thực tế (M2_LT) cùng với áp suất dòng trước p1[MPa] được cho trên bảng 5.3,
Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của mô-men phanh lý thuyết và thực tế của cầu sau theo mơ-men phanh cầu trước có thể được minh họa trên hình 5.2; theo
đó đường cong phi tuyến là biểu thị cho đường mô-men phanh lý thuyết, trong khi đường thẳng tuyến tính là biểu thị cho đường mơ-men phanh thực tế.
Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của mô-men phanh lý thuyết và thực tế của cầu sau theo mơ-men phanh cầu trước có thể được minh họa trên hình 5.2; theo đó đường cong phi tuyến là biểu thị cho đường mô-men phanh lý thuyết, trong khi đường thẳng tuyến tính là biểu thị cho đường mơ-men phanh thực tế.
Bảng 5.2: Kết quả tính mơ-men phanh ở mỗi bánh xe trước/sau
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 Series2 Series4 Hệ số bám Fi [-] M ô- m en p ha nh lý th uy ết M [N .m ]
Hình 5.2: Đồ thị đặc tính mơ-men phanh: đường tuyến tính – thực tế (M2_TT); đường phi tuyến – lý thuyết (M2_LT)
5.1.1.3 Đồ thị đặc tính phân bố áp suất phanh
Theo biểu thức mô-men phanh lý thuyết ở trên, chúng ta có thể biểu diễn qua biểu thức quy ước; theo đó đồng nhất giá trị của mơ-men theo một hằng số quy ước cùng với áp suất quy dẫn biến đổi; nghĩa là:
{¿Mbx1=2LGa
o (b+ℎg.φbx). φbx.Rbx=C1. p1=K1. p1
¿Mbx2= Ga
2Lo (a−ℎg.φbx). ϕbx. Rbx=C2. p2=K2. p2 (5.7)
Trong công thức này, các hằng số C1 và C2 có thể tùy chọn; tuy nhiên để dễ so sánh với thực tế khi đồng nhất mô-men thực tế và lý thuyết theo cùng giá trị biến đổi mơ-men cầu trước, thì có thể lấy C1 = K1 và do đó cũng có thể suy ra C2 = K2 khi cùng xác định giá trị mô-men ở chế độ định mức đạt max. Như vậy, áp suất quy dẫn của dòng trước và sau lý thuyết được xác định theo (5.7) nêu trên.
Đối với áp suất thực tế, áp suất quy ước của dòng trước ký hiệu chung là p1 (dùng chung cho cả lý thuyết và thực tế khi đồng nhất giá trị thực tế theo lý
thuyết lý); tức là áp suất dòng trước thực tế được lấy cùng tọa độ với trục hoành
của lý thuyết: p1_LT = p1_TT = p1. Áp suất thực tế ở dịng sau chính bằng dịng trước thực tế (do tính chất bình thơng nhau): p2_TT = p1_TT = p1. Dữ liệu tính cho ở bảng 5.4; cịn đồ thị đặc tính áp suất phanh lý thuyết và thực tế được cho trên hình 5.2.
Hình 5.3: Đặc tính áp suất phanh của hệ thống phanh không điều chỉnh
Nhận xét: Để ý rằng, vì áp suất phanh thức tế trong dịng trước và sau
theo nguyên lý bình thơng nhau, nên phương trình p2_TT = p1_TT có hệ số góc bằng 1. Vì vậy đặc tính áp suất phanh thực tế đi qua gốc tọa độ và lập với trục hồnh một góc 45[độ]. Hai đường đặc tính thức tế và lý thuyết vẫn giao nhau tại duy nhất một điểm có áp suất phanh p = 18.106[N/m2] như đồ thị đặc tính mơ-men phanh ở hình 5.2 và xác định giá trị ở công thức (5.6).