CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG ĐẾN LỰC PHANH VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHANH
2.6. Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh
Để đánh giá chất lượng phanh của quá trình phanh có thể dùng các chỉ tiêu sau: Quãng đường phanh, gia tốc chậm dần, thời gian phanh, lực phanh. Chúng ta sẽ lần lượt xem xét các chỉ tiêu nói trên.
2.6.1. Gia tốc chậm dần khi phanh
Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh ôtô. Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô có thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau:
𝑃𝑗 = 𝑃𝑝 + 𝑃𝑓 + 𝑃𝜔 + 𝑃𝜂 ± 𝑃𝑖 (2.77) Ở đây:
𝑃𝑗 – lực quán tính sinh ra khi phanh ôtô 𝑃𝑝 – lực phanh sinh ra ở các bánh xe 𝑃𝑓 – Lực cản lăn
𝑃𝜔– Lực cản không khí
𝑃𝜂 – lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí
𝑃𝑖 – lực cản lên dốc. Khi phanh trên đường nằm ngang thì lực cản lên dốc 𝑃𝑖= 0.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực 𝑃𝑓, 𝑃𝜔, 𝑃𝜂 cản lại sự chuyển động của ôtô có giá trị rất bé so với lực phanh 𝑃𝑝. Vì thế có thể bỏ qua các lực 𝑃𝑓, 𝑃𝜔, 𝑃𝜂 trong phương trình (2.77) và khi ôtô phanh trên đường nằm ngang (𝑃𝑖= 0), ta có phương trình sau:
𝑃𝑗 = 𝑃𝑝 (2.78)
Lực phanh lớn nhất 𝑃𝑝𝑚𝑎𝑥 được xác định theo điều kiện bám khi các bánh xe bị phanh hoàn toàn và đồng thời theo biểu thức:
𝑃𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝜑𝐺 (2.79) Từ đó phương trình (2.78) có thể viết như sau:
𝛿𝑖 𝐺
𝑔𝑗𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝜑𝐺 (2.80) Ở đây :
𝛿𝑖 – hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ôtô.
Từ biểu thức (2.80) ta xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:
𝑗𝑝𝑚𝑎𝑥 =𝜑𝑔
ẟ𝑖 (2.81)
Do hệ số bám phụ thuộc bởi nhiều yếu tố khác nhau và việc xác định các yếu tố này để áp dụng trong tính toán gặp nhiều khó khăn nên người ta thường sử dụng hệ số bám trung bình, phụ thuộc vào từng loại đường theo bảng sau:
Bảng 2.4: Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. [6]
Loại đường và tình trạng mặt đường Hệ số bám 𝝋 Đường nhựa hoặc đường bê tông:
. Khô và sạch 0,7 ÷ 0,8
. Ướt 0,35 ÷ 0,45
Đường đất:
. Pha sét, khô 0,5 ÷ 0,6
. Ướt 0,2 ÷ 0,4
Trường hợp xe chạy trên loại đường nhựa:
Gia tốc chậm dần cực đại phụ thuộc hệ số bám 𝜑 của lốp và mặt đường.
Chọn giá trị hệ số bám 𝜑 = 0,7 đối với loại đường của huyện Kỳ Sơn, ẟ𝑖 là hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ôtô, để tính lực quán tính thì ẟ𝑖 càng lớn ảnh hưởng đến chuyển động của xe càng lớn vì vậy ta chọn ẟ𝑖𝑚𝑎𝑥 trong các số truyền là 𝛿𝑖= 1,08 tại số truyền cao nhất và gia tốc trọng trường g ≈ 9,81 m/s2. Vậy gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh với loại đường nhựa của huyện Kỳ Sơn được tính như sau:
𝑗𝑝𝑚𝑎𝑥𝑛 =𝜑𝑔 𝛿
𝑖 = 0,7 . 9,81
1,08 ≈ 6,3 m/s2. (2.82)
Trường hợp xe chạy trên loại đường bê tông:
𝑗𝑝𝑚𝑎𝑥𝑏 = 𝜑𝑔
ẟ𝑖 = 0,8 . 9,81
1,08 ≈ 7,2 m/s2. (2.83) Trường hợp xe chạy trên loại đường đất khô:
𝑗𝑝𝑚𝑎𝑥đ = 𝜑𝑔
ẟ𝑖 = 0,6 . 9,81
1,08 ≈ 5,4 m/s2. (2.84) Để 𝑗𝑝𝑚𝑎𝑥 tăng cần phải giảm hệ số 𝛿𝑖. Vì vậy khi phanh đột ngột người lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó 𝛿𝑖 sẽ giảm và 𝑗𝑝𝑚𝑎𝑥 sẽ tăng.
2.6.2. Thời gian phanh
Thời gian phanh cũng là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh. Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt. Để xác định thời gian phanh có thể sử dụng biểu thức sau:
𝐽 = 𝑑𝑣𝑑𝑡 =𝜑𝑔𝛿
𝑖 (2.85)
Từ biểu thức (2.85) có thể viết:
𝑑𝑡 = 𝛿𝑖
𝜑𝑔𝑑𝑣 (2.86)
Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất cần tích phân dt trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v1 tới thời điểm ứng với vận tốc v2 ở cuối quá trình phanh:
𝑡𝑚𝑖𝑛 = ∫𝑣2𝑣1𝜑𝑔𝛿𝑖 𝑑𝑣 = 𝜑𝑔𝛿𝑖 (𝑣1− 𝑣2) (2.87) Khi phanh ôtô đến lúc dừng hẳn thì v2 = 0, do đó:
𝑡𝑚𝑖𝑛 =𝛿𝑖𝑣1
𝜑𝑔 (2.88)
Ở đây :
v1 – vận tốc của ôtô ứng với thời điểm bắt đầu phanh.
Tính thời gian phanh của xe Thaco frontier K165S khi di chuyển trên địa bàn huyện Kỳ Sơn với vận tốc lớn nhất và bắt đầu phanh v1 = 80km/h = 22,2m/s.
(v1max) thay các trị số vào biểu thức (2.88) ta có:
Trường hợp xe chạy trên đường nhựa có độ dốc 6°:
𝑡𝑚𝑖𝑛𝑛 = 𝛿𝑖𝑣1
𝜑𝑔 =1,08 . 22,2
0,7 . 9,81 ≈ 3,4 s. (2.89) Trường hợp xe chạy trên đường nhựa bê tông có độ dốc là 5°:
𝑡𝑚𝑖𝑛𝑏 =𝛿𝑖𝑣1
𝜑𝑔 =1,08 . 22,2
0,8 . 9,81 ≈ 3,1 s. (2.90) Trường hợp xe chạy trên đường đất khô có độ dốc là 3°:
𝑡𝑚𝑖𝑛đ = 𝛿𝑖𝑣1
𝜑𝑔 =1,08 . 22,2
0,6 . 9,81 ≈ 4,1 s. (2.91) Từ biểu thức (2.88) ta thấy thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh của ôtô, phụ thuộc vào hệ số 𝛿𝑖 và hệ số bám 𝜑 giữa bánh xe với mặt đường. Để cho thời gian phanh nhỏ nhất cần phải giảm 𝛿𝑖, vì vậy người lái xe cần cắt ly hợp khi phanh.
2.6.3. Quãng đường phanh
Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh của ôtô. Cũng vì vậy mà trong tính năng kỹ thuật của ôtô, các nhà máy chế tạo thường cho biết quãng đường phanh của ôtô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định.
Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất có thể sử dụng công thức (2.85) bằng cách nhân hai vế với dS (dS – vi phân của quãng đường), ta có:
𝑑𝑣
𝑑𝑡𝑑𝑆 = 𝜑𝑔𝛿
𝑖 𝑑𝑆 Hay là:
𝑣𝑑𝑣 = 𝜑𝑔𝛿
𝑖 𝑑𝑆 (2.92)
Quãng đường phanh nhỏ nhất được xác định bằng cách tích phân dS trong giới hạn từ thời điểm ứng với tốc độ bắt đầu phanh v1 đến thời điểm ứng với vận tốc cuối quá trình phanh v2. Ta có:
𝑆𝑚𝑖𝑛 = ∫ 𝛿𝑖 𝜑𝑔
𝑣1
𝑣2
𝑣𝑑𝑣 = 𝛿𝑖
𝜑𝑔 ∫ 𝑣𝑑𝑣
𝑣1
𝑣2
𝑆𝑚𝑖𝑛 =2𝜑𝑔𝛿𝑖 (𝑣12 − 𝑣22) (2.93)
Khi phanh đến lúc ôtô dừng hẳn v2 = 0.
𝑆𝑚𝑖𝑛 =𝛿2𝜑𝑔𝑖𝑣12 (2.94)
Tính quãng đường phanh của xe ôtô Thaco frontier K165S khi di chuyển trên đường nhựa của địa bàn huyện Kỳ Sơn với vận tốc bắt đầu phanh v1 = 80km/h = 22,2m/s.
Trường hợp xe chạy trên đường nhựa (v1max, 𝛿𝑖𝑚𝑎𝑥):
𝑆𝑚𝑖𝑛𝑛 =𝛿𝑖𝑣12
2𝜑𝑔 = 1,08 . 22,22
2 . 0,7 . 9,81 ≈ 38,7 m. (2.95) Trường hợp xe chạy trên đường nhựa bê tông (v1max, 𝛿𝑖𝑚𝑎𝑥):
𝑆𝑚𝑖𝑛𝑏 = 𝛿2𝜑𝑔𝑖𝑣12 = 1,08 . 22,22
2 . 0,8 . 9,81≈ 33,9 m. (2.96) Trường hợp xe chạy trên đường đất (v1max, 𝛿𝑖𝑚𝑎𝑥):
𝑆𝑚𝑖𝑛đ = 𝛿𝑖𝑣12
2𝜑𝑔 = 1,08 . 22,22
2 . 0,6 . 9,81≈ 45,2 m. (2.97) Từ biểu thức trên ta thấy rằng quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh, phụ thuộc vào hệ số bám 𝜑 và hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay 𝛿𝑖. Để giảm quãng đường phanh cần giảm hệ số 𝛿𝑖 cho nên nếu người lái cắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn và không chạy xe với vận tốc quá mức cho phép.
2.6.4. Lực phanh và lực phanh riêng
Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh.
Chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất là khi thử phanh ôtô trên bệ thử. Lực phanh sinh ra ở các bánh xe của ôtô được xác định theo biểu thức:
𝑃𝑝 = 𝑀𝑟𝑝
𝑏 (2.98)
Ở đây :
𝑃𝑝 - lực phanh ôtô
𝑀𝑝 - momen phanh của các cơ cấu phanh 𝑟𝑏 - bán kính làm việc trung bình của bánh xe.
Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của ôtô, tức là:
𝑃 = 𝑃𝐺𝑝 (2.99)
Lực phanh riêng cực đại ứng với lực phanh cực đại khi xe hoạt động trên đường nhựa bê tông khu vực huyện Kỳ Sơn:
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑝𝑚𝑎𝑥𝐺 = 𝜑𝐺𝐺 = 𝜑 = 0,8 (2.100) Từ biểu thức (2.100) ta thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng hệ số bám 𝜑. Như vậy về lý thuyết, trên mặt đường nhựa khô nằm ngang, lực phanh riêng cực đạo có thể đạt được giá trị 75 ÷ 80%. Trong thực tế giá trị đạt được thấp hơn nhiều, chỉ khoảng 45 ÷ 65%.
Chúng ta cần chú ý rằng bốn chỉ tiêu: Gia tốc chậm dần khi phanh; thời gian phanh; quãng đường phanh; lực phanh và lực phanh riêng đã nghiên cứu trên đây đều có giá trị tương đương nhau, nghĩa là trong thực tế, khi sử dụng chúng ta có thể chỉ cần dùng một trong bốn chỉ tiêu trên để xem xét, kiểm tra, đánh giá chất lượng phanh của xe ôtô.
Tuy nhiên trong các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh thì chỉ tiêu quãng đường phanh là đặc trưng nhất và có ý nghĩa quan trọng nhất, vì quãng đường phanh cho phép người lái hình dung được vị trí xe sẽ dừng trước một chướng ngại vật đang nhìn thấy, từ đó họ phải xử lý (phanh xe) ở tốc độ ban đầu và cách chướng ngại vật đó là bao nhiêu cho phù hợp, để không xảy ra tai nạn, đảm bảo an toàn cho người tài sản và hàng hóa trên xe cũng như mọi người và các phương tiện khác đang cùng tham gia giao thông trên tuyến đường.