1.2.1. Thành phần vật liệu ma sát
Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy khí
1- Bàn đạp phanh; 2- tổng van khí; 3,4 xi lanh thủy khí; 5- - nguồn cấp khí nén; 6- bánh xe cầu trước; 7- bánh xe cầu giữa; 8- bánh xe cầu sau.
1
2 3
4 5
6 7 8
9 ống dẫn khí
ống dẫn dầu
− Có khả năng chống mài mòn cao;
− Có hệ số ma sát cao và ổn định;
− Chịu được nhiệt độ cao.
Các thành phần chính cấu thành vật liệu ma sát và tỷ lệ của chúng được mô tả trên các biểu đồ hình 1.9.
Chất làm đầy 34%
Cốt sơ 27%
Chất bôi trơn 10%
Chất mài mòn 9%
Chất kết dính 20%
Chất làm đầy
15%
Cốt sơ 10%
Chất bôi trơn 29%
Chất mài mòn
6%
Chất kết dính 40%
Thành phần vật liệu má phanh 1 Thành phần vật liệu má phanh 3
Chất làm đầy 70%
Cốt sơ 6%
Chất bôi trơn 5%
Chất mài mòn 0%
Chất kết dính 19%
Chất làm đầy
40%
Cốt sơ 35%
Chất bôi trơn
5%
Chất kết dính 20%
Thành phần vật liệu má phanh 2 Thành phần vật liệu má phanh 4 Hình 91. . Các loại vật liệu sử dụng trong các loại cơ cấu phanh
Có thể nhận thấy rằng, các má phanh có thể được hình thành từ các vật liệu cơ sở khác nhau và tỷ lệ pha trộn chúng cũng khác nhau tùy theo trường hợp nhằm đạt được các tính chất đáp ứng các yêu cầu cụ thể.
1.2.2. Các tính chất của của vật liệu ma sát
Các loại vật liệu ma sát đều có hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ. Tuy nhiên, quy luật biến thiên hệ số ma sát theo nhiệt độ của các loại vật liệu khác nhau không giống nhau. Một ví dụ của sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ được thể hiện trên hình 1.10.
Từ biểu đồ 1.10 ta thấy sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ, khi nhiệt độ của vật liệu ma sát tăng từ 50 °C đến khoảng 200 °C thì hệ số ma sát cũng tăng theo làm tăng hiệu quả phanh tuy nhiên khi nhiệt độ tiếp tục tăng cao hơn 200 °C thì hệ số ma sát sẽ giảm mạnh nếu nhiệt độ tiếp tục tăng cao hơn nữa thì có thể dẫn đến mất hệ số ma sát có thể bằng không thì sẽ gấy nên hiện tượng mất phanh.
Quy luật biến thiên hệ số ma sát trên hình 1.10 được coi là đặc trưng cho các loại vật liệu ma sát nói chung. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cho thấy các loại
Hình 1.10. Biểu đồ sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ
Ngoài sự phụ thuộc vào nhiệt độ, hệ số ma sát còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như vận tốc trượt, độ ẩm, … Tuy nhiên, luận văn xác định phạm vi nghiên cứu là ảnh hưởng của nhiệt độ, nên không phân tích các yếu tố ảnh hưởng khác.
1.3. CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HỆU QUẢ PHANH VÀ CÁC TIÊU CHUẨN.
1.3.1 Chỉ tiêu đánh giá h ệu quả phanh.i
Để đánh giá hê ̣ thống phanh người ta sử du ̣ng 4 chı̉ tiêu về hiê ̣u quả phanh Có bốn chỉ tiêu chính thức được dùng để đánh giá hiệu quả phanh:
- Gia tốc chậm dần khi phanh.
- Thời gian phanh.
- Quãng đường phanh.
- Lực phanh hoặc lực phanh riêng.
Các tiêu chuẩn đă ̣t ra ngưỡng giới ha ̣n đối với các chı̉ tiêu và tiêu chı́ trên.
Theo ECE R13, yêu cầu khắt khe được đặt ra đối với tỷ lệ phân bố lực phanh trên các cầu nhằm đạt được độ ổn định cao nhất khi phanh (tránh hiện tượng trượt lết các bánh xe do phân bố trọng lượng thay đổi trong quá trình phanh).
Cơ sở lý thuyết để hình thành các quy định theo ECE R13 là phương trình chuyển động của ôtô khi phanh:
2 2
2
'
+ + Σ
= dt
kF dS f G dt T
S d g G
a
δ a (1.1)
trong đó: δ'- hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay; ΣT- tổng các lực phanh tại các bánh xe; f hệ số cản lăn; S- - quãng đường xe chạy; k- hệ số cản không khí; F- diện tích cản chính diện của ôtô.
Khi phanh có ngắt động cơ hệ số ảnh hưởng của các khối lượng quay có thể coi bằng 1 (δ' = 1,02 - 1,04).
Để đánh giá hiệu quả phanh ôtô người ta sử dụng hệ số lực phanh γT:
a
T G
ΣT
γ = (1.2)
Trong khi tính toán xác định gia tốc chậm dần và quãng đường phanh, người ta có thể bỏ qua lực cản không khí.
Như vậy, phương trình 1.1 có dạng:
dt f S d
g 22 =γT + 1
Khi phanh ngặt hệ số γT gần bằng hệ số bám ϕ, mà trên đường tốt khô ráo ta có: ϕ>>f, vì vậy khi phanh ngặt ta có thể bỏ qua lực cản lăn. Khi đó:
dt T
S d g 2 =γ
1 2
Gọi gia tốc chậm dần là a, ta có thể viết:
dt T
S d g g
a = 2 =γ
1 2 (1.3)
Công thức trên cho thấy gia tốc chậm dần khi phanh tỷ lệ thuận với hệ số lực phanh.
Để đánh giá mức độ sử dụng khả năng bám tại các bánh xe khi phanh người ta đưa ra khái niệm hệ số bám hiệu dụng ϕi:
i i
i G
= T
ϕ (1.4)
Hiệu quả phanh cực đại đạt được khi hệ số bám hiệu dụng tại tất cả các bánh xe bằng nhau:
i i
n G
= T
=
=
=ϕ ϕ
ϕ1 2
Như vậy, để có được hiệu quả phanh cực đại cần thoả mãn điều kiện là lực phanh tác dụng trên các cầu ôtô tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên các cầu đó trong khi phanh.
Với sự phân bố lực phanh lý tưởng ta có được gia tốc cực đại:
ϕ
γ g
g
a = = .
Trong trường hợp các hệ số bám hiệu dụng tại các cầu không bằng nhau, ta có biểu thức sau:
a
n n a
T G
G G
G G
T (ϕ1 1 ϕ2 2 ϕ )
γ =Σ = + ++ (1.5)
G g
G G
g G a
a
n n T
) (ϕ1 1 ϕ2 2 ϕ
γ = + + +
= (1.6)
Khi phanh tới giới hạn trượt tại một cầu nào đó trong khi tại cầu khác không sử dụng hết khả năng bám thì hệ số bám hiệu dụng sẽ nhỏ hơn hệ số bám, còn gia tốc phanh sẽ nhỏ hơn gia tốc đạt được trong trường hợp phân bố lực phanh là lý tưởng.
Việc phanh lết các bánh xe làm cho lốp bị mòn nhanh chóng và không đảm bảo an toàn. Khi phanh lết sự trượt giữa lốp và đường tăng lên, hệ số bám giảm làm ôtô mất ổn định và mất khả năng điều khiển.
Hiện nay vấn đề về hiệu quả phanh và phân bố lực phanh giữa các cầu sao cho đảm bảo ổn định chuyển động ôtô khi phanh đang nhận được sự quan tâm ngày càng lớn.
Theo quy định N013, tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505, các ôtô loại N3 không trang bị hệ thống chống hãm cững bánh xe ABS cần đáp ứng các yêu cầu sau:
− Đối với ϕ= 0,2 0,8 cần đạt được: - γT ≥0,1+0,85(ϕ−0,2);
− Đối với mọi chế độ tải trọng đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu trước phải nằm trên đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau với mọi giá trị của
30 , 0 15 ,
0 −
T =
γ . Điều này được coi là đạt yêu cầu nếu với các giá trị đó các đường cong hệ số bám hiệu dụng của mỗi cầu nằm giữa hai đường thẳng song song với đường lý tưởng, được thể hiện bởi phương trình sau:
08 ,
±0
=γT
ϕ (1.7)
và nếu với γT ≥0,30 đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau thoả mãn:
) 38 , 0 ( 74 , 0 3 ,
0 + −
≥ ϕ
γT
Các miền phân bố các đường cong hệ số bám hiệu dụng được thể hiện trên hình 1.
Việc tính toán khảo sát quá trình phanh ôtô được thực hiện theo 3 giai đoạn như sau:
1. Tính toán cho trường hợp phân bố lực phanh lý tưởng. Theo kết quả tính toán này người ta xác định kết cấu và các kích thước của cơ cấu phanh, dẫn động phanh và áp suất khí nén sử dụng trong hệ thống.
2. Tính toán cho hệ thống phanh thực với các thông số đã được chọn theo kết quả tính toán của giai đoạn 1 có kể đến việc sử dụng các cụm, các thiết bị tiêu chuẩn với điều kiện tỷ lệ giữa mô men phanh cầu trước và mô men phanh cầu sau là không đổi. Kết quả tính toán được đối chiếu với tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505 và xác định nhu cầu cần sử dụng bộ điều hoà lực phanh.
3. Tính toán cho hệ thống phanh thực có sử dụng bộ điều hoà lực phanh có khả năng thay đổi một cách tự động tỷ lệ mô men phanh cầu trước và cầu sau. Dựa trên các kết quả tính toán này người ta điều chỉnh lại các thông số của dẫn động phanh và xác định mức độ đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn.
Hình 1.11 thể hiện các đường giới hạn theo tiêu chuẩn:
1- đường lý tưởng ϕ = γT;
2- đường ranh giới giới hạn các giá trị nhỏ nhất của hệ số lực phanh:
85 , 0
07 , +0
=γT
ϕ ;
3 và 4- các đường thẳng giới hạn miền phân bố các đường cong hệ số bám hiệu dụng:
08 ,
±0
=γT
ϕ ;
5- đường thẳng giới hạn vị trí của đường cong hệ số bám hiệu dụng cầu sau:
74 , 0
02 ,
−0
=γT ϕ
Đối với các ôtô được thiết kế để có thể kéo moóc và các đầu kéo có sử dụng hệ thống phanh dẫn động khí nén, quan hệ cho phép giữa hệ số lực phanh và áp suất pM trong đường ống, đo tại đầu nối sang rơ moóc cần phải nằm trong các miền thể hiện trên hình 1.12.
Hình 1.12- Đồ thị giới hạn phạm vi phân bố của các đường quan hệ giữa hệ số lực phanh γT của xe kéo và áp suất pM trong đường điều khiển hệ thống phanh rơ moóc
và bán moóc: I- đầy tải; II- không tải.
Trong khi khảo sát, đánh giá chấp nhận một số giả thiết sau:
− áp suất khí nén trong dẫn động phanh tại cửa vào của các bộ điều hoà lực phanh là bằng nhau vào thời điểm phanh;
− ma sát giữa các lá nhíp và đặc tính của hệ thống treo không gây ảnh hưởng lớn tới quá trình phanh.
1.3.2. Các tiêu chuẩn khác
Tại Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường được quy định tại tiêu chuẩn 22 TCN 224 2001: “Tiêu chuẩn an toàn kỹ - thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện cơ giới đường bộ” do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải Việt Nam ban hành ngày 05/12/2001. Tiêu chuẩn này quy định thử xe ở chế độ không tải, trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng bằng phẳng và khô, được đánh giá bằng một trong hai chỉ tiêu: SP hoặc JPmax, hệ số bám
ϕ không nhỏ hơn 0,6. Vận tốc bắt đầu phanh là 30[Km/h] hay là 8,33[m/s].
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác định kỳ trên đường ở Việt Nam
Loại ôtô Quãng đường phanh
SP [m]
Gia tốc phanh JPmax [m/s2] Ôtô con, kể cả ôtô con chuyên dùng
đến 09 chỗ (kể cả người lái) Không lớn hơn 7,2 Không nhỏ hơn 5,8 Ôtô tải có trọng lượng toàn bộ
không lớn hơn 8000KG, ôtô khách trên 09 chỗ (kể cả người lái) có tổng chiều dài không lớn hơn 7,5m
Không lớn hơn 9,5 Không nhỏ hơn 5,0
Ôtô tải hoặc đoàn ôtô có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 8000KG, ôtô
khách trên 09 chỗ (kể cả người lái) Không lớn hơn 11 Không nhỏ hơn 4,2
Tiêu chuẩn trình bày ở bảng 1-1 trên được cho ứng với chế độ thử: Ô tô không tải, chạy trên đường nhựa khô, nằm ngang. Vận tốc bắt đầu phanh là 30 [ Km/h ] ( 8,33 [ m/s ] ).
Do yêu cầu về ố t c đ ô tô ngày càng tăng, cho nên có xu hư ng tăng vộ ớ ận tốc thử phanh đ cho phép lưu hành trên đư ng. Tuy vậy thể ờ ử phanh t c đ ở ố ộ cao là rất nguy hiểm, nhất là trong đi u kiề ện chưa cho phép có nh ng bãi thử ữ chuyên dùng. Vì thế ở nư c ta vẫn đang áp dụng tốc độ ử ớ th phanh là 30 [ Km/h ].
S ố liệu cho ở ảng 1 1 chỉ ử ụ b - s d ng đ kiểể m tra phanh định kỳ nhằm cho phép ô tô lưu hành trên đường đ m b o an toàn chuyểể đả ả n đ ng. Đ i vớộ ố i các cơ s ở nghiên cứu hay thiế ết k ch t o thì c n áp dế ạ ầ ụng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn.
Bảng 1.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính Tiêu chuẩn ( của Nga )
Stt Chủng loại ô tô Tốc độ trước khi phanh
Vo
[Km/h]
Lực tác dụng lên
bàn đạp Pbđ [ N ]
( ) ≤
Dạng thử
Quãng đường phanh Sp [ m ]
( ) ≤
Gia tốc chậm dần
ổn đ nh ị Jp [ m/g ]
( ) ≥
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
1 Ô tô du lịch và Microbuys với số ỗ ch
ngồi ≤ 8
80 500
O I II
43,2 54,0 57,5
7,0 5,4 5,0 2 Ô tô buýt > 8 chỗ
ngồi và tr ng lượọ ng toàn bộ ≤5 t n ấ
60 700
O I II
25,8 32,3 34,3
7,0 5,3 4,9 3 Ô tô buýt với tr ng ọ
lượng toàn b > 5 t n ộ ấ 60 700
O I II
32,1 40,1 42,7
6,0 4,5 4,1
4 Ô tô t i vả ới trọng O 44,8 5,5
lượng toàn b < 3,5 ộ t n ấ
70 700 I
II
56,0 59,6
4,1 3,8 5 Ô tô t i vả ới trọng
lượng toàn b t 3,5 ộ ừ tấn ÷12 tấn
50 700
O I II
25,0 31,3 33,3
5,5 4,0 3,7 6 Ô tô t i vả ới trọng
lượng > 12 tấn 40 700
O I II
17,2 21,5 22,9
5,5 4,0 3,6
7
Đoàn ô tô vớ ải t i trọng toàn bộ ừ t 3,5
tấn ÷12 tấn
50 700
O I II
26,5 33,1 35,2
5,5 4,0 3,7
8
Đoàn ô tô với tr ng ọ lượng toàn b > 12 ộ
t n ấ
40 700
O I II
18,4 23,0 24,5
5,5 3,9 3,6
Bảng 1.3: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ ( tiêu chuẩn Nga )
Stt Chủng loại ô tô Tốc độ trước khi thử
Vo
[Km/h]
Lực tác dụng lên bàn đạp Pbđ[ N ]
( ) ≤
Quãng đường phanh Sp [ m ]
( ) ≤
Gia tốc chậm dần
ổn đ nh ị Jp [ m/s2 ]
( ) ≥ Tay đòn Bàn đạp
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
1 Ô tô du lịch và Microbuys vớ ối s
chỗ ngồi ≤ 8
80 400 500 90,1 3,0
2 Ô tô buýt > 8 chỗ
lượng toàn b ộ≤5 t n ấ
3 Ô tô buýt với trọng lượng toàn
b ộ > 5 tấn
60 600 700 52,2 3,0
4 Ô tô t i vả ới trọng lượng toàn b < ộ
3,5 tấn
70 600 700 79,0 2,8
5 Ô tô t i vả ới trọng lượng toàn b t ộ ừ
3,5 tấn ÷ 12 tấn
50 600 700 42,5 2,8
6 Ô tô t i vả ới trọng lượng > 12 tấn
40 600 700 28,4 2,8
7 Đoàn ô tô vớ ải t i trọng toàn bộ ừ t 3,5 tấn ÷ 12 tấn
50 600 700 44,0 2,8
8 Đoàn ô tô với trọng lượng toàn
b ộ > 12 tấn
40 600 700 29,6 2,8
Đối với hệ thống phanh chính, giá trị các chỉ tiêu được cho tương ứng ba dạng thử khác nhau là.
Thử " O ": Để xác đ nh hiệu quả ủị c a hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh còn nguội và thư ng tiếờ n hành hai trư ng hợờ p: đ ng cơ đư c tách và không ộ ợ tách ra kh i hỏ ệ thống truyền lực.
Thử " I ": Đ xác đ nh hiệu quả ủể ị c a hệ thống phanh chính, khi các cơ cấu phanh đã làm việc nóng lên. D ng thửạ này bao gồm hai giai đoạn:
. Thử sơ bộ: Đ cho các cơ cấu phanh nóng lên ể . Thử chính: Để xác định hiệu quả phanh.
Thử " II ": Đ xác đ nh hiể ị ệu quả phanh chính, khi ô tô, máy kéo chuyển đ ng ộ xuống dốc dài.
Khi phanh bằng phanh dự ữ tr hoặc b ng các hằ ệ thống phanh khác thực hiện các chức năng của nó, gia t c chố ậm dần lớn nhấ ần phả ạt c i đ t 3 [ m/s2 ] đối với ô tô khách và 2,8 [ m/s2] đối với ô tô tải.
Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh được đánh giá bằng tổng lực phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó có thể tạo ra. Khi thử (theo cả hai chiều:
đầu xe hướng xuống dốc và ngược lại - quay lên dốc) phanh dừng cần phải giữ được ô tô máy kéo chở đầy tải và động cơ tách ra khỏi hệ thống truyền lực, đứng - yên trên dốc có độ nghiêng không nhỏ hơn 25%.
H ệ thống phanh chậm dần cần phả ải đ m bảo cho ô tô máy kéo, khi chuyển - động xu ng các d c dài 6 [ Km ], độ ốố ố d c 7 %, t c đ không vư t quá 30±2 [ Km/h ] ố ộ ợ ( 8,33 0,6 [ m/s ]), mà không c± ần sử dụng các hệ thống phanh khác. Khi phanh bằng phanh này, gia tốc của ô tô, máy kéo thư ng đ t khoảng 0,6÷2,0 [ m/sờ ạ 2].
Để quá trình phanh đư c êm d u và đ ngư i lái c m giác, đi u khi n đư c đúng ợ ị ể ờ ả ề ể ợ cường đ phanh, d n đ ng phanh phộ ẫ ộ ải có cơ cấu đ m b o t l thu n gi a lực tác ả ả ỷ ệ ậ ữ dụng lên bàn đ p hoặạ c đòn đi u khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thời ề không có hiện tư ng t si t khi phanh. ợ ự ế
Mô ̣t trong những hê ̣ tiêu chuẩn đươ ̣c áp dụng rô ̣ng rãi trên thế giới hiê ̣n nay là tiêu chuẩn Châu Âu (ECE). Đối với hê ̣ thống phanh, tiêu chuẩn ECE R13 quy đi ̣nh hiê ̣u quả phanh được đánh giá bằng phương pháp thử nghiê ̣m trên đường với 2 chỉ tiêu là quãng đường phanh và gia tốc phanh cực đại jmax phải đáp ứng các các quy định theo bảng 11.1.
Bảng 1.4. Hiệu quả phanh đối với hê ̣ thống phanh chính và phanh dự phòng (Xác đi ̣nh bằng thử nghiê ̣m trên đường với động cơ bi ̣ ngắt ra khỏi hệ thống truyền lực).
Loại xe M1 M2 M3 N1 N2 N3 Đánh giá ở chế độ thử nóng
Vận tốc ban đầu V (km/h) 80 60 80 60
Quãng đường S (m), không quá 0,1V+V2/15 0
0,15V+V2/130
Gia tốc jmax (m/s2), không nhỏ hơn
5,8 5,0
Đánh giá ở chế độ thử nguội
Vận tốc ban đầu V (km/h) 80 60 70 50 40
Gia tốc jmax (m/s2), không nhỏ hơn (Hê ̣ thống phanh chính)
7 6 5,5
Gia tốc jmax (m/s2), không nhỏ hơn (Hê ̣ thống phanh dự phòng)
2,9 2,5 2,2