Đề tài Ứng dụng phần mềm MatlabSimulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch

ĐỀ TÀI

“Ứng dụng phần mềm Matlab-

Simulink mô phỏng hệ thống phanh

ABS trên xe du lịch”

Giảng viên hướng dẫn : Ths Đồng Minh Tuấn

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Trọng Khương

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển của ngành ô tô của Việt Nam như hiện nay, cùng với chiến lược

phát triển của nhà nước, chính sách nội địa hoá phụ tùng ôtô trong việc sản xuất và lắp ráp

đã tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo các cụm, các hệ thống trên ôtô

trong nước, trong đó có hệ thống phanh. Vấn đề nghiên cứu thiết kế và chế tạo các phần tử

của hệ thống phanh ABS là phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới và chủ trương nội

địa hoá sản phẩm ôtô của Việt Nam. Chính vì vậy, chúng em được giao đề tài:

“Ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink

mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch”

Trong tình hình hiện nay, ngành ôtô của nước ta chủ yếu là lắp ráp nên để có thể độc

lập chế tạo các chi tiết của ôtô rất cần những nghiên cứu ứng dụng vào thực tế. Nghiên cứu

các vấn đề về lý thuyết và điều khiển hệ thống phanh ôtô hiện đại nhằm ứng dụng thiết kế

và chế tạo các hộp đen ECU điều khiển hệ thống phanh là một vấn đề rất phức tạp nhưng

đó là công việc cần phải bắt tay vào làm để trong tương lai khô ng xa chúng ta có thể tự

nghiên cứu và sản xuất ra những sản phẩm ôtô riêng của Việt Nam.

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là nhằm xây dựng cơ sỏ lí

thuyết cho hệ thống phanh ABS,trên cơ sở đó mô phỏng trên simulink để thấy rừ nhất mụ

hỡnh và hiệu quả của cơ cấu phanh

Đề tài cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc nghiên cứu về tính hiệu quả của phanh khi

cần giảm tốc độ cũng như hiệu quả phanh trong quá trình điều khiển động học của ôtô

thông qua việc sử dụng phần mềm lập trình.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Ths.Đồng Minh Tuấn người trực tiếp hướng dẫn cùng

các thầy trong bôn môn ôtô, Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường ĐHSPKT Hưng Yên đã giúp

đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.

Hưng yên, ngày 15 tháng 7 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trọng Khương

www.oto-hui.com

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

Hưng yên, ngày…...tháng..…năm..…

Giáo viên hướng dẫn.

www.oto-hui.com

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

Hưng yên, ngày…...tháng..…năm..…

Giáo viên phản biện.

www.oto-hui.com

MỤC LỤC

Trang

Giới thiệu chung…………………………………………...............................................

4



Lý do chọn đề tài……...………………………...…….…………......................... . 4

Bố cục của đồ án...……………...…………………………………...................... 5

Chương I : Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

1.1. Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS...................................................................... 6

1.2. Nội dung , nhiệm vụ của đề tài........................................................................... 7

1.3. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu.................................................................... 8

Chương II : Hệ thống chống bó cứng bánh xe

2.1. Lực và mô men tác động lên xe trong trong mặt phẳng dọc............................ . 9

2.2. Cơ sở lí thuyết về điều hòa lực phanh chống bó cứng bánh xe khi phanh……. 17

2.3. Sự bám của bánh xe với mặt đường………………………………………… 27

2.4. Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS.......................................................

33

2.5. Sơ đồ của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS)…………………............. 40

2.6. Quá trình điều khiển của ABS…………………………………...................

46

2.7. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cả cơ cấu ABS ……………………

2.8. Các trạng thái phanh………………………………………………………

.55

65

Chương III : Mô phỏng bằng Matlab - Simulink

3.1 Giới thiệu nội dung chính của Matlab – Simulink; Matlab - State flow……… 67

3.2. Sơ đồ mô phỏng ............................................................................................... 69

3.3. Mô phỏng các cụm của hệ thống ………………………………………………

Chương IV : Kết quả mô phỏng và phân tích

71

4.1. Trường hợp 1 :

4.2. Trường hợp 2 :

4.3. Trường hợp 3 :

4.4. Trường hợp 4:

......................................................

....................................................

........................................................

...................................................

90

92

95

97

4.5. Trường hợp5: bốn bánh hệ số bám khác nhau………………………………

4.6. Kết luận và kiến nghị …………………………………………………………..

101

103

www.oto-hui.com

GIỚI THIỆU CHUNG

1. Lý do chọn đề tài

Cơ cấu phanh là cơ cấu an toàn chủ động của ô tô, dùng để giảm tốc độ hay dừng và

đỗ ôtô trong những trường hợp cần thiết.

Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát trểi n mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh,

mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn. Các xe ngày càng được thiết kế với công suất

cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì yêu cầu đặt ra với cơ cấu phanh cũng càng cao

và nghiêm ngặt hơn. Một ô tô có cơ cấu phanh tốt, có độ tin cậy cao thì mới có khả năng

phát huy hết công suất, xe mới có khả năng chạy ở tốc độ cao, tăng tính kinh tế nhiên liệu,

tính an toàn và hiệu quả vận chuyển của ô tô.

10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế đạp phanh

mạnh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái. Hệ thống ABS giúp khắc

phục tình trạng này không phụ thuộc vào kỹ thuật phanh của người lái.

Ở VN tai nạn giao thông ngày một gia tăng cả về số vụ và tính chất nguy hiểm

Năm

2005

15000

11200

2006

15500

12300

2007

2008

16700

15740

Số vụ tai nạn

16060

14600

Số người chết( người )

Số người bị thương( người )

11840

12140

12410

12780

Trên thế giới cũng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp,số vụ tai nạn ngày càng tăng

nên tính cấp thiết là phải nâng cao kỹ thuật cho xe cơ giới nói chung và cho ô tô nói riêng

Báo cáo năm 2004 của WHO cho biết mỗi ngày trên thế giới, hơn 3000 người chết

do tai nạn giao thông. Trong số này, cá c nước có thu nhập thấp và trung bình chiếm đến

85% số ca tử vong.

Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ô tô về sự an toàn giao thông trong quá

trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật sử lí cho hệ thống phanh.mà nhà

trường đã giao cho em tìm hiểu về hệ thống phanh ABS

2. Bố cục của đồ án

* Đồ án gồm 4 chương

- Chương I : Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

- Chương II : Hệ thống chống bó cứng bánh xe

- Chương III : Mô phỏng hệ thống chống bó cứng bánh xe

- Chương IV : Phân tích các kết quả mô phỏng điển hình

Kết luận và kiến nghị

www.oto-hui.com

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS.

Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, tránh hiện tượng các bánh xe bị hãm

cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đường trơn trượt, người lái xe đạp phanh bằng

cách nhấn liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn không cho bánh xe bị trượt

lết và đồng thời có thể điều khiển được hướng chuyển động của xe. Về cơ bản chức năng

của cơ cấu phanh ABS cũng giống như vậy nhưng hiệu quả, độ chính xác và an toàn cao

hơn.

Cơ cấu ABS được sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thương mại vào năm 1949,

chống hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh. Với công nghệ thời đó,

kết cấu của cơ cấu ABS còn cồng kềnh, hoạt động không tin cậy và không tác động đủ

nhanh trong mọi tình huống. Trong quá trình phát triển ABS đã được cải tiến từ loại cơ khí

sang loại điện và hiện nay là loại điện tử.

Vào thập niên 60, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử ra đời, giúp cơ

cấu ABS lần đầu tiên được lắp trên ô tô vào năm 1969, sau đó cơ cấu ABS được nhiều

công ty sản suất ô tô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng vào năm 1970. Công ty toyota sử

dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật Bản vào năm 1971 đây là cơ cấu ABS một kênh điều

khiển đồng thời hai bánh sau. Nhưng phải đến thập niên 80 cơ cấu này mới được phát triển

mạnh nhờ cơ cấu điều khiển kĩ thuật số, vi xử lý thay cho các cơ cấu điều khiển tương tự

đơn giản trước đó.

Lúc đầu cơ cấu ABS chỉ được lắp ráp trên các xe du lịch mới, đắt tiền, được trang bị

theo yêu cầu và theo thị trường. Dần dần cơ cấu này được đưa vào sử dụng rộng rãi hơn,

đến nay ABS gần như trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả các loại xe du lịch và cho

phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đường băng, tuyết dễ trơn trượt, ngày nay

cơ cấu ABS không chỉ được thiết kế trên các cơ cấu phanh thuỷ lực mà còn ứng dụng rộng

rãi trên các cơ cấu phanh khí nén của các xe tải và xe khách lớn.

Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt động như

khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đường vòng với tốc độ cao, khi phanh

trong những trường hợp khẩn cấp … Cơ cấu ABS còn được thiết kế kết hợp với nhiều cơ

cấu khác.

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu kiểm soát lực kéo Traction Control (hay ASR) làm

giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để tránh hiện tượng các bánh xe bị trượt

lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bởi điều này làm tổn hao vô ích một

phần công suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển động của ô tô.

www.oto-hui.com

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu phân phối lực phanh bằng điện tử EBD (Electronic

Break force Distribution) nhằm phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh xe phù hợp với

các chế độ tải trọng và các chế độ chạy của xe.

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu BAS ( Break Assist System) làm tăng thêmựlc

phanh ở các bánh xe để quãng đường phanh là ngắn nhất trong trường hợp phanh khẩn cấp.

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu ổn định ô tô bằng điện tử (ESP) không chỉ có tác

dụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp vào cả quá trình tăng tốc và chuyển động quay

vòng của ô tô, giúp nâng cao hiệu quả chuyển động của ô tô trong mọi trường hợp.

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc và hỗ trợ rất lớn của kĩ thuật điện tử của ngành điều

khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình đã cho phép nghiên cứu và đưa vào ứng

dụng các phương pháp điều khiển mới trong ABS như đềiu khiển mờ, điều khiển thông

minh, tối ưu hoá quá trình điều khiển ABS.

Các công ty như BOSCH, AISIN, DENCO, BENDI là nữhng công ty đi đầu trong

việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các cơ cấu ABS và cung cấp cho các công ty sản xuất ô

tô trên toàn thế giới.

1.2 Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực chống bó cứng bánh xe

1.2.1. Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe trên thế giới.

Trên thế giới đã có rất nhiều nhà nghiên cứu về lĩnh vực này ví dụ như :

Asami, K., Nomura, Y. and Naganawa, T.(1989). Traction Control (TRC) System for 1987

Toyota Crown. Cho, D. and Hedrick, J.K. (1989). Choi, S. H. and Cho, D. W. (1998).

Nonlinear Sliding mode controller with pulse width modulation for vehicular slip ratio

control. Proceedings of the KSAE 1999 Spring Annual Meeting. K. Fujita, K., Inous, Y.

and Masutomi S. (1990). The ‘Lexus’ Traction Control (TRAC) System. Kawabe, T.,

Nakazawa, M.,Notsu, I. and Watanabe, Y. (1997). A Sliding Mode Controller for Wheel

Slip Ratio Control System. Vehicl Systems Dynamics, Vol. 27.Tan, H.S. and Chin, Y. K.

(1992). Vehicle antilock braking and traction control.

Qua nghiên cứu các đề tài trên, mỗi đề tài có mục tiêu, nội dung phương pháp

nghiên cứu khác nhau và đạt được kết quả nhất định trong đó nổi trội nhât là: Công trình

nghiên cứu với đề tài (wheel slip control with moving slipding surface for traction control

system) của K.CHUN và M.SUNWOO đại học Hanyang –seoul -Hàn Quốc (11/4/2004);

trong đó tác giả đã phân tích được quá trình điều khiển, tiến hành mô phỏng bằng phần

mềm Matlap- Simulink và được thử nghiệm trên xe điện (electric kart) công trình đã đạt

được :

www.oto-hui.com

- Đã tính tới yếu tố thời gian tăng tốc và thời gian phản ứng của hệ thống

- Mô phỏng được quá trình điều khiển

- Kiểm nghiệm trong phòng thí nghiệm trên loại xe điện nhỏ

Hạn chế của đề tài :

- Mới chỉ kiểm nghiệm dưới dạng mô hình đơn giản

1.2.2. Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe ở Việt Nam.

Những kết quả nghiên cứu về về hệ thống chống bó cứng bánh xe trên ô tô ở việt

nam đến nay còn rất nhiều hạn chế,chưa có công trình chuyên sâu nghiên cứu tổng thể về

hệ thống .Một số công trình đã được thực hiện ở Việt Nam hoặc ở nước ngoài của các tác

giả Việt Nam chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu một phần trong hệ thống như hệ thống chống

hãm cứng bánh xe khi phanh như:

Đề tài: Nghiên cứu hệ thống phanh ABS trên cơ sở hệ thống thử nghiệm tương

đương, thực hiện năm 2005; Đề tài : Mô phỏng hệ dẫn động phanh dầu sử dụng trợ lực

chân không, thực hiện năm 2005; Đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phanh chống

hãm cứng bánh xe, thực hiện năm 2006; Đề tài “Tổng hợp bộ điều khiển điện tử và mô

phỏng hệ thống phanh có ABS trên ô tô du lịch” của tác giả anh Vũ. v.v.

Nhìn chung với các hiểu biết chưa nhiều ở nước ta, đề tài mong muốn tham gia một

phần trong mảng nghiên cứu chống trượt quay bánh xe giúp ô tô tăng khả năng tăng tốc

trên đường đặc biệt là đường có hệ số bám thấp. Đây là vấn đề liên quan đến an toàn giao

thông khi điều kiện đường xá nước ta còn chưa phát triển và tạo điều kiện cho xe có khả

năng tăng tốc tốt khi điều kiện thời tiết xấu.

Để khắc phục những hiện tượng đó, phần lớn các ô tô con sang trọng hiện nay đều

được trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe, gọi tắt là ASR (Traction Control

System). Tại thị trường ô tô Việt Nam rất ít hãng trang bị hệ thống này trên ôtô chỉ có vài

hãng như: BMW, GM Daewoo,Toyota.

1.3. Nội dung , nhiệm vụ của đề tài

1.3.1.Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) trên

xe du lịch.

- Mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của hệ thống chống bó cứng bánh xe bằng

Simulink, từ đó phân tích yếu tố như: vận tốc chuyển động của xe, hệ số bám bánh xe với

mặt đường đến quá trình phanh ôtô

- Đánh giá kết quả mô phỏng các chế độ làm việc điển hình

www.oto-hui.com

1.3.2. Nội dung nghiên cứu

- Một là : Phân tích làm rõ quá trình chống bó cứng bánh xe và thông số đánh giá,

từ đó phân tích hệ số bám của bánh xe với mặt đường và ảnh hưởng của nó đến quá trình

phanh ôtô

- Hai là : Trình bày quá trình điều khiển và mô tả các phần tử chính của hệ thống

phanh chống bó cứng bánh xe(ABS).

- Ba là : Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS và

tiến hành mô phỏng quá trình làm việc ở một số chế độ làm việc điển hình

- Bốn là : Phân tích kết quả mô phỏng.

1.4. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

1.4.1. Phạm vi nghiên cứu.

Do giới hạn về thời gian và kinh phí, nên phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới

hạn ở hệ thống phanh thuỷ lực có trang bị cơ cấu ABS trên xe đu lịch, đây là cơ cấu phanh

điển hình được trang bị cơ cấu ABS nhiều trên các xe hiện nay.

1.4.2. Phương pháp nghiên cứu

Với mục tiêu là “mô phỏng cơ cấu phanh ABS bằng simulink” để phục vụ công

tác nghiên cứu và giảng dạy, nên phương pháp nghiên cứu chính ở đây là phương phá p

tham khảo tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm, phù hợp với nhiệm vụ nghiên

cứu của đề tài.

Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến hành

chọn lọc, phân tích và cơ cấu hóa, giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong

quá trình phanh, từ đó có những phân tích đánh giá tính hiệu quả và phạm vi ứng dụng của

cơ cấu ABS, giúp người đọc nắm được một cách có cơ cấu bản chất hoạt động của cơ cấu.

Sử dụng phương pháp nghiên cứu để xây dựng mô hình hoạt động của cơ cấu ABS

và giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của ABS.

1.5. Mục tiêu của đề tài

Trước những yêu cầu cấp thiết đó về sự an toàn và chất lượng điều khiển thì

đề tài ”mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch” được thực hiện với mục tiêu sau

* Mục tiêu:

- Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) trên

xe du lịch.

- Mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của hệ thống chống bó cứng bánh xe bằng

Simulink, từ đó phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như: vận tốc chuyển động của xe, hệ

số bám bánh xe với mặt đường.đến quá trình phanh ôtô

- Đánh giá kết quả mô phỏng các chế độ làm việc điển hình

www.oto-hui.com

CHƯƠNG II

HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG BÁNH XE ABS

2.1. Lực và mô men tác động lên xe trong trong mặt phẳng dọc

2.1.1. Lực phanh sinh ra ở bánh xe

 Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát

còn gọi là mô men phanh M_Pnhằm hãm bánh xe lại. Lúc đó ở bánh xe xuất hiện phản lực

tiếp tuyến P_p

- Chiều P_pngược chiều chuyển động

- Phương song song với mạt phẳng nằm ngang

- Điểm đặt tại tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp và đường

 Xét tại một bánh xe như hình vẽ:

Hình 1: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh.

Trong đó : M_P: mô men phanh tác dụng lên bánh xe

P_P: lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

M _jb: Mômen quán tính của bánh xe

M _f: Mômen cản lăn

P _f: Lực cản lăn

Z_b: Phản lực của bánh xe

r_b: bán kính làm việc trung bình của bánh xe

www.oto-hui.com

- Khi đó lực phanh P_pđược xác định theo công thức:

M _P

P_P=

r_b

(2.1)

- Do đó lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường

(2.2)

P_{p max}= P = Z_b.ϕ

ϕ

Trong đó:

P_pmax: Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường

P_ϕ: Lực bám giữa bánh xe với mặt đường ;

Z_b: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe ;

ϕ : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường

Khi phanh thì bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, do đó trên bánh xe sẽ có

mô men quán tính M_jbtác dụng, mô men này cùng với chiều chuyển động của bánh xe;

ngoài ra còn có mômen cản lăn M_ftác dụng, mômen này ngược với chiều chuyển động và

có tác dụng hãm bánh xe lại. Như vậy trong khi phanh bánh xe thì lực hãm tổng cộng là:

M _p+ M _f− M _jb

r_b

M _f− M _jb

r_b

(2.3)

P_po=

= P_p+

Trong quá trình phanh ôtô, mômen phanh sinh raở cơ cấu phanh tăng lên, đến một

lúc nào đấy sẽ dẫn đến sự trượt lê bánh xe. Khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì hệ số bám

ϕ có giá trị thấp nhất thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đường là nhỏ nhất, dẫn tới

hiệu quả phanh thấp nhất. Không những thế, nếu các bánh xe trước bị trượt sẽ làm mất tính

dẫn hướng khi phanh, còn nếu bánh sau bị trượt khi phanh làm mất tính ổn định khi phanh.

Vì vậy để tránh hiện tượng trượt lê hoàn toàn bánh xe (tức là không để bánh xe bị

bó cứng khi phanh)trên ôtô hiện đại có đặt bộ chống bó cứng bánh xe khi phanh.

2.1.2. Điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu.

Giả sử ôtô chuyển động với vận tốc v₁, khi phanh thì v₁giảm dần và gia tốc j<0.

Lúc này các lực tác dụng lên ôtô (hình 2)

Hình 2: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh

www.oto-hui.com

Trong đó:

G: Trọng lượng ôtô đặt tại trọng tâm của xe

Z₁, Z ₂: Các phản lực thẳng góc của bánh xe trước và sau

P _f, P _f: Lực cản lăn của bánh trước và sau

1

2

P _P, P _P: Lực phanh sinh ra ở bánh trước và sau

1

2

P _j: Lực quán tính

P_ω: Lực cản không khí

L: Chiều dài cơ sở của xe

 Lực quán tính P_jsinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần, P_jđặt tại trọng tâm

và cùng chiều với chiều chuyển động, và P_jđược xác định theo biểu thức sau :

G

P_j= j_p.δ_i

(2.4)

g

Trong đó:

g: Gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s²)

j_p: Gia tốc chậm dần khi phanh.

δ_i: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay.

 Khi phanh thì lực cản không khí P_ωvà lực cản lăn P_f1và P_f2không đáng kể, có

thể bỏ qua. Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5 ÷ 2%

 Bằng cách lập các phương trình cân bằng mômen của các lực tác dụng lên ô tô

khi phanh đối với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường A và B, ta có thể xác định

các phản lực thẳng góc Z₁và Z₂như sau:

Ta có phương trình mômen tại điểm A:

∑

= Z₁.L − G.a + P_j.h_g− P .h_ω= 0

m_A

ω

Hay:

1

Z₁= (G.a − P_j.h_g+ P .h_ω)

ω

L

Gb + P_jh_g

Z₁=

(2.5)

(2.6)

L

Tương tự lập phương trình mômen tại điểm B ta được:

1

Z₂= (G.b + P_j.h_g− P .h_ω)

ω

L

Ga − P_jh_g

Z₂=

L

 Nhận xét : Các phản lực tiếp tuyến tại bánh xe là hàm bậc nhất đối với lực phanh

và phụ thuộc vào trọng lượng ôtô khi phanh và toạ độ trọng tâm.

www.oto-hui.com

 Thay giá trị P_jtừ công thức (2.4) vào (2.5), (2.6) ta được :

j_ph_g

g





G

L





Z₁=

Z₂=

b +

(2.7)

(2.8)





j_ph_g

g





G

L





a −





 Lực phanh P_p1và P_p2đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường và ngược

chiều với chiều chuyển động của ôtô.

 Theo điều kiện bám P_{p max}≤ Pϕ nhưng khi tính toán người ta lấy P

= Pϕ nên

p max

ta có :

P

_pmax= G.ϕ

(2.9)

 Nhận xét: Sự phanh có hiệu quả nhất là khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỷ lệ

thuận với tải trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong quá

trình phanh lại thay đổi do có lực quán tính P_jtác dụng

Vậy để phanh có hiệu quả nhất thì tỷ số giữa các lực phanh ở các bánh xe trước và

lực phanh ở các bánh xe sau sẽ là:

P_p1

ϕ.Z₁Z₁

=

(2.10)

P_p2ϕ.Z₂Z₂

Hay:

p_p

G.b + P_j.h_g

G.a − P_j.h_g

1

=

(2.11)

P_p

2

Do bỏ qua P_ωvà P _fnên khi phanh thì:

P_{j max}= P_{p max}= G.ϕ

và

P_j= P_p

Thay giá trị P_{j max}vào (2.11) ta được:

P_p

b +ϕ.h_g

a −ϕ.h_g

1

=

(2.12)

P_p

2

 Nhận xét: Tỷ số lực phanh bánh xe trước – sau phụ thuộc toạ độ trọng tâm của xe

và gia tốc chậm dần khi phanh. Để tỷ số này không thay đổi trong suốt quá trình phanh là

điều kiện không thể vì: Trên xe tải trọng lớn kết hợp với hệ thống treo làm thay đổi chiều

cao trọng tâm khi xe chuyển động.

Mặt khác do sức cản mặt đường thì gia tốc chậm dần khi phanh không phải

là chậm dần đều, do cách chất tải vì thế hệ số bám

ϕ

thay đổi nên toạ độ trọng tâm cũng

P_p/ P_p

thay đổi làm tỷ số

cũng luôn thay đổi.

1

2

www.oto-hui.com

P_p/ P

Để đảm bảo điều kiện phanh thì tỷ số

phải tuân theo (2.12), muốn

p₂

1

bảo đảm điều kiện này thì: Thay đổi mômen phanh tại bánh xe bằng cách dùng áp suất dầu

hoặc khí nén tác dụng vào xylanh phanh mà có thể điều chỉnh được, vì vậy ta phải lắp thêm

bộ điều hoà lực phanh trong hệ thống phanh ôtô.

2.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh.

 Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh ta phải xét đến các yếu tố sau:

1- Gia tốc chậm dần khi phanh

2- Thời gian phanh

3- Quãng đường phanh

4- Lực phanh và lực phanh riêng

2.1.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh.

 Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh

giá chất lượng phanh. Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô, có thể viết phương trình cân

bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau:

P_j= P_p± P_f+ P + P ± P

(2.13)

ω

η

i

Trong đó:

P_j: Lực quán tính sinh ra khi phanh ôtô

P_p: Lực phanh sinh ra ở các bánh xe

P_f: Lực cản lăn

P_ω: Lực cản không khí

P_i: Lực cản lên dốc

P_η: Lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí

 Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực cản lại chuyển động của ôtô có giá trị rất bé so

với lực phanh. Vì thế có thể bỏ qua các lực cản P_f; P_ω; P_ηvà khi phanh trên đường nằm

ngang có phương trình:

P_j= P_p

Khi đó lực phanh lớn nhất P_Pmaxsinh ra tại bánh xe được xác định theo biểu thức :

P_{p max}= P_{j max}

Theo điều kiện bám P_{p max}≤ Pϕ ≤ Gϕ nên ta có :

δ_i.G

ϕ.G =

j_{p max}

(2.14)

g

Trong đó: δ_i: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ôtô

j_pmax: Gia tốc chậm dần khi phanh

g: Gia tốc trọng trường

www.oto-hui.com

Từ biểu thức (2.14) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:

ϕ.g

j_pmax

=

(2.15)

δ_i

 Nhận xét: Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số δ_i. Vì vậy khi phanh

đột ngột người lái cần tắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực lức đó δ_isẽ

giảm j_Pmaxtăng. Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh còn phụ thuộc vào hệ số bám ϕ của

lốp với mặt đường(mà giá trị của hệ số bám lớn nhất ϕ_max= 0,75 ÷ 0,8 trên đường nhựa tốt).

2.1.3.2. 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 cần sử dụng công thức sau:

dv ϕ.g

j =

=

(2.16)

dt

δ_i

Từ biểu thức (2.16) có thể viết :

δ_i

ϕ.g

dt =

dv

 Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất chỉ cần tích phân dt trong giới hạn từ thời

điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v₁tới thời điểm ứng với v₂ở cuối quá trình phanh:

v₁

δ_i

ϕ.g

δ_i

ϕ.g

t_min

=

dv =

(

v₁− v₂

)

(2.17)

(2.18)

∫

v₂

Khi phanh ôtô đến khi dừng hẳn thì v₂=0 do đó :

v₁.δ_i

ϕ.g

t_min

=

Trong đó:

v₁: Ứng với vận tốc phanh ban đầu

v₂: Ứng với vận tốc khi kết thúc phanh

Từ biểu thức (2.18) ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc bắt

đầu phanh của ôtô, phụ thuộc vào hệ số δ_ivà hệ số bám ϕ giữa bánh xe với mặt đường. Để

thời gian phanh nhỏ cần giảm δ_i, vì vậy người lái xe cần cắt ly hợp khi phanh.

www.oto-hui.com

2.1.3.3. Quãng đường phanh.

 Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng, thực tế nhất để đánh giá chất lượng phanh

của ôtô. So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có thể

nhận thức được một cách trực quan, dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe xử trí tốt trong

khi phanh ôtô trên đường.

Từ công thức:

ϕ.g dv

=

δ_i

dt

Ta nhân 2 vế với ds ta được:

dv

dt

ϕ.g

δ_i

dS =

dS

ϕ.g

δ_i

⇒ vdv =

dS

(2.19)

Quãng đường phanh nhỏ nhất được xác định bằng cách tích phân ds hai vế của biểu

thức (2.19) với giới hạn từ v₁đến v₂ta được:

v₁

δ_i

ϕ.g

δ_i

ϕ.g

S_min

=

vdv =

vdv

∫

v₂

δ_i

2ϕ.g

⇔ S_min

=

(

v²− v²

)

1

2

(2.20)

(2.21)

Ta phanh đến khi ôtô dừng hẳn thì v₂=0

δ_iv₁²

S_min

=

2ϕ.g

Từ biểu thức trên ta thấy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào:

- Vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh v₁

- Hệ số bám ϕ

- Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay δ₁

Muốn giảm quãng đường phanh thì ta cần phải giảm δ₁. Vì vậy nếu người lái cắt ly

hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn. Ta thấy ở biểu thức trên S_minphụ

thuộc vào ϕ, mà ϕ phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bánh xe. Do vậy S_minphụ thuộc vào

trọng lượng toàn bộ của ôtô G

Ta có đồ thị thể hiện sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo vận tốc bắt

đầu phanh v₁và theo giá trị hệ số bám như sau:

www.oto-hui.com

Hình 3: Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất

theo tốc độ bắt đầu phanh v₁và hệ số bám

Từ đồ thị thấy rằng:

Ở vận tốc bắt đầu phanh v₁càng cao thì quãngđường phanh S càng lớn vì quãng

đường phanh phụ thuộc bậc 2 vào v₁.

Hệ số bám ϕ càng cao thì quãng đường phanh S càng giảm.

2.1.4. 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 bánh xe được xác định theo biểu thức:

M_P

P_p=

(2.22)

r_b

Trong đó:

P_P: Lực phanh của ôtô.

M_P: Mômen phanh của các cơ cấu phanh.

r_b: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe.

Lực phanh riêng P là lực phanh được tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G

của ôtô:

P

P =

(2.23)

G

Lực phanh riêng P lớn nhất khi lực phanh P_pcực đại:

P_{P max}

G

ϕ.G

G

P_max

=

= ϕ

(2.24)

www.oto-hui.com

Từ biểu thức trên ta thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng giá trị hệ số bám ϕ :

Về mặt lý thuyết thì: Trên mặt đường nhựa khô nằm ngang, lực phanh riêng cực đại

÷

có thể đạt giá trị 75 80%.

Trong thực tế giá trị đạt được thấp hơn nhiều khoảng 45% đến 65%.

 Nhận xét: 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 mà họ phải xử trí để

khỏi xảy ra tai nạn khi người lái xe phanh ở tốc độ ban đầu nào đấy.

2.2. Cơ sở lí thuyết về điều hòa lực phanh và chống bó cứng bánh xe khi phanh

2.2.1. Điều hòa lực phanh

Muốn đảm bảo phanh có hiệu quả nhất thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước

P_p

b +ϕ.h_g

a −ϕ.h_g

1

=

P_p1và ở các bánh xe sau P_p2phải thỏa mãn:

P_p

2

Nếu coi bán kính các bánh xe r_b1và r_b2là bằng nhau thì trong quá trình phanh ta có

thể viết quan hệ giữa mômen phanh ở bánh xe như sau:

M _p2P_p2.r_b2P_p2

=

(2.25)

M _p1

P_p1.r_b1

P_p1

Kết hợp biểu thức (2.12) và (2.25) ta có quan hệ sau:

M _p2a −ϕ.h_g

=

(2.26)

M _p1b −ϕ.h_g

Trong đó :

M_p1: Mômen phanh cần sinh ra ở các bánh xe trước.

M_p2: Mômen cần sinh ra ở các bánh xe sau.

Mômen phanh cần sinh ra ở các bánh xe trước M_p1và các bánh xe sau M_p2có thể xác định

từ điều kiện bám theo biểu thức sau:

G.r_b.ϕ

M _p1= ϕ.Z₁.r_b=

(b +ϕ.h_g)

(a −ϕ.h_g)

(2.27)

(2.28)

L

G.r_b.ϕ

L

M _p2= ϕ.Z₂.r_b=

Đối với ôtô đã chất tải nhất định, ta có a, b, h_gcố định. Bằng cách thay đổi giá trị ϕ,

dựa trên biểu thức (2.27) và (2.28) ta có thể vẽ đồ thị M_p1= f₁(ϕ) và M_p2= f₂(ϕ).

www.oto-hui.com

Hình4: đồ thị chỉ quan hệ giữa mômen phanh M_p1và M_p2với hệ số bám

Đối với ôtô hiện nay thường dùng dẫn động thủy lực hoặc khí nén quan hệ giữa

mômen phanh sinh ra ở bánh xe và áp suất trong dẫn động phanh biểu thị như sau:

M _p1= k₁.P

(2.29)

(2.30)

1dd

M _p2= k₂.P

2dd

p_1dd, p_2dd: Là áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau

k₁, k₂: Là hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau.

Từ các biểu thức (2.29) và (2.30) ta có thể xác định quan hệ giữa áp suất trong dẫn

động phanh trước và phanh sau:

k₁.M _p2

p_2dd

=

(2.31)

p_1ddk₂.M _p1

Như vậy để đảm bảo sự phanh lý tưởng thì quan hệ giữa áp suất trong dẫn động

phanh sau và trong dẫn động phanh trước phải tuân thủ theo đồ thi chỉ trên (hình4) đồ thị

này được gọi là đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hòa lực phanh.

Hình 5. đồ thị quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh đảm bảo sự phanh lý tưởng

1- đầy tải ; 2- không tải

www.oto-hui.com

Muốn đảm bảo đường đặc tính này thì bộ điều hòa lực phanh phải có kết cấu rất

phức tạp. Các kết cấu trong thực tế chỉ đảm bảo đường đặc tính gần đúng với đường đặc

tính lý tưởng.

Hình 6: đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh.

1- Đầy tải ; 2- không tải

Trên hình 6 trình bàyđường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh loại piston bậc.

Đường đặc tính lý tưởng đậm nét ứng với tải đầy và đường nét đứt ứng với lúc không tải.

* Trước hết chúng ta xét trường hợp khi xe đầy tải.

Ở giai đoạn đầu áp suất p₁ở dẫn động ra phanh trước và p₂dẫn động ra

phanh sau đều bằng nhau, đường đặc tính đi theo đường thẳng OA nghiêng với trục hoành

1 góc 45⁰, lúc đó bộ điều hòa lực phanh chưa làm việc.

Khi áp suất trong xylanh phanh chính đạt giá trị p_đch(áp suất điều chỉnh) thì

lúc đó bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc.

Từ thời điểm đó áp suất p₂nhỏ hơn áp suất p₁và đường đặc tính điều chỉnh

đi theo đường thẳng AB gần sát với đường cong lý tưởng.

* Nếu xét ở trạng thái xe không tải thì.

Ở giai đoạn đầu đường đặc tính đi theo đường thẳng OC nghĩa là lúc đó bộ

điều hòa lực phanh chưa làm việc. Áp suất p’_đchứng với điểm C là áp suất ở dẫn động

phanh trước ở thời điểm mà bộ điều hòa bắt đầu làm việc.

Tiếp đó đường đặc tính di theo đường CD là đường đặc tính của bộ điều hòa

lực phanh khi xe không tải.

Như vậy ứng với mỗi tải trọng khác nhau ta có đường đặc tính lý tưởng khác

nhau và đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh ở các tải trong khác nhau sẽ là một

chùm đường nghiêng khác nhau.

www.oto-hui.com

⇒ Tóm lại bộ điều hòa lực phanh đảm bảo cho áp suất p₂ở dẫn động phanh sau

gần với áp suất lý tưởng yêu cầu và có giá trị nhỏ hơn áp suất lý tưởng để tránh bó cứng

bánh xe sau. Khi bánh xe sau bị bó cứng thì hiệu quả phanh sẽ giảm do hệ số bám

bởi bánh xe bị trượt lê đồng thời làm mất tính ổn định khi phanh.

ϕ

giảm

2.2.2. Vấn đề chống bó cứng bánh xe khi phanh

Trong tính toán động lực học của quá trình phanh ôtô thường sử dụng giá trị hệ số

bám cho trong các bảng. Hệ số bám này thường được xác định bằng thực nghiệm bánh xe

đang chuyển động bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là khi bánh xe bị trượt lê 100%.

Thực tế ra, hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường ngoài việc phụ thuộc vào loại

đường và tình trạng mặt đường còn phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố bởi độ trượt của bánh

xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh. Sự thay đổi hệ số bám dọc ϕ_xvà hệ số

bám ngang ϕ_ycủa bánh xe với mặt đường theo độ trượt tương đối λ giữa bánh xe và mặt

đường.

Độ trượt tương đối λ được xác định theo biểu thức:

v −ω_b.r_b

λ =

(2.32)

v

Trong đó:v : Vận tốc của ôtô.

_b: Vận tốc góc của bánh xe đang phanh.

r_b: Bán kính làm việc của bánh xe.

ω

Hệ số bám dọc được hiểu là tỷ số của lực tiếp tuyến P_ptrên tải trọng G_btác dụng

P_p

lên bánh xe.

ϕ_x=

G_b

Vậy hệ số bám dọc bằng không khi lực phanh tiếp tuyến bằng không, nghĩa là lúc

chưa phanh.

Ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại ϕ_{x max}ở giá trị độ trượt tối ưu λ₀

không những đảm bảo hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang ϕ_ycũng có giá

trị khá cao.

Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là λ₀thì sẽ đạt

được lực phanh cực đại, P_{p max}= ϕ_{x max}.G_bnghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo

độ ổn định tốt khi phanh.

Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh là giữ cho bánh

xe trong quá trình phanhở độ trượt thay đổi trong một giới hạ n hẹp quanh giá trị λ₀, nhờ

vậy sẽ đảm bảo hiệu quả phanh, tính ổn định và tính dẫn hướng khi phanh tốt nhất.

www.oto-hui.com

Để giữ cho các bánh xe không bị hãm cứng và đảm bảo hiệu quả phanh cao cần

phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh cao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường

thay đổi quanh giá trị λ₀trong giới hạn hẹp. Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi

phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh sau đây:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh.

- Theo giá trị độ trượt cho trước.

- Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó.

* Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh gồm các phần tử sau:

- Cảm biến để phát tín hiệu về tình trạng của đối tượng cần được thông tin, cụ thể là

tình trạng của bánh xe đang được phanh. Tùy theo sự lựa chọn nguyên lý điều chỉnh có thể

dùng cảm biến vận tốc góc, cảm biến áp suất trong dẫn động phanh, cảm biến gia tốc của

ôtô và các loại cảm biến khác.

- Bộ điều khiển để xử lý thông tin và phát các lệnh nhả phanh hoặc phanh bánh xe.

- Bộ thực hiện để thực hiện các lệnh do bộ điều khiển phát ra (bộ thực hiện có thể là

thủy lực, loại khí hoặc hỗn hợp thủy khí).

Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường sử dụng nguyên lý điều

chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe có bố trí cảm biến

vận tốc góc.

Bảng 2.1. kết quả thí nghiệm ôtô du lịch có hệ thống chống hãm cứng bánh xe

Tốc độ bắt đầu Quãngđường phanh

Lợi về hiệu

quả

Loại đường

phanh v(m/s)

Có hệ thống Không có hệ

phanh

chống hãm

thống chống hãm

cứng bánh xe. cứng bánh xe.

Đường bêtông khô

Đường bêtông ướt

Đường bêtông khô

Đường bêtông ướt

13,88

27,77

10,6

18,7

41,1

62,5

13,1

23,7

19,1

21,1

17,8

37,5

50,0

100,0

2.2.3. Giản đồ phanh và chỉ tiêu phanh thực tế.

 Các công thức xác định gia tốc chậm dần, thời gian phanh và quãng đường phanh

mang tính lý thuyết, trong điều kiện lý tưởng, tức là khi phanh thì áp suất chất lỏng có giá

trị cực đại tại thời điểm bắt đầu phanh, không kể thời gian phản ứng của người lái

 Để xác định được quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh

qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh P_psinh ra ở bánh xe với thời

gian t. Đồ thị này được gọi là ‘‘giản đồ phanh ’’.

www.oto-hui.com

Giản đồ phanh được xây dựng bằng thực nghiệm, qua giản đồ phanh ta phân tích

và thấy được bản chất của quá trình phanh

Giản đồ phanh là quan hệ giữa lực phanh P_pvới thời gian t hay cũng là quan hệ

của gia tốc chậm dần j với thời gian t

Hình 7: Giản đồ phanh

 Quan sát giản đồ ta thấy:

Điểm O : Lúc người lái nhìn thấy chướng ngại ở phía trước và nhận thức được cần

phải phanh.

t₁: Thời gian phản xạ của người lái.

+ Từ lúc thấy được chướng ngại vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp phanh.

+ Thời gian t₁phụ thuộc vào trình độ người lái.Thường giới hạn t₁= 0,3 - 0,8 (s).

t₂: Thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh.

+ Từ lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào

trống phanh.

+ Thời gian này đối với các loại phanh là khác nhau.

Với phanh dầu t₂= 0,03(s)

Với phanh khí t₂=0,3 (s)

t₃: Thời gian biến thiên lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần

+ Với phanh dầu: t₃= 0,2 (s)

+ Với phanh khí: t₃= 0,5 - 1(s)

t₄: Thời gian phanh hoàn toàn, ứng với lực phanh cực đại, được xác định theo công

δ_iv₁

ϕ.g

t_min

=

thức

(2.33)

Trong thời gian t₄này lực phanh P_pvà gia tốc chậm dần j có giá trị không đổi.

t₅: Thời gian nhả phanh, lực phanh P_pgiảm đến 0

+ Với phanh dầu t₅có giá trị t₅= 0,2 (s)

+ Với phanh khí t₅có giá trị t₅= 1,5- 2(s)

www.oto-hui.com

Khi ôtô dừng hoàn toàn rồi mới nhả phanh thì thời gian t₅không ảnh hưởng gì đến

quãng đường phanh nhỏ nhất.

Vậy quá trình phanh kể từ khi người lái xe nhận được tín hiệu cho đến khi ôtô dừng

hẳn kéo dài thời gian t như sau:

t = t₁+ t₂+ t₃+ t₄

(2.34)

 Quan sát trên giản đồ phanh ta thấy :

Ở thời gian t₁, t₂lực phanh P_phoặc gia tốc chậm dần j bằng không. Lực phanh P_p

và gia tốc chậm dần j bắt đầu tăng lên từ điểm A là điểm khởi đầu của thời gian t₃, cuối

thời gian t₃lực phanh và gia tốc chậm dần có giá trị cực đại và giữ không đổi trong suốt

thời gian t₄, cuối thời gian t₄thì lực phanh và gia tốc chậm dần giảm cho đến hết thời gian

t₅thì chúng có giá trị bằng 0.

Nếu kể đến thời gian chậm tác dụng t₂của dẫn động phanh thì quãng đường phanh

thực tế tính từ khi tác dụng lên bàn đạp phanh cho đến khi ôtô dừng hẳn được xác định theo

k_sv₁²

S = v₁t₂+

công thức sau:

(2.35)

2gϕ

Trong đó:

k_s: Hệ số hiệu đính quãng đường phanh, được xác định bằng thực nghiệm:

÷

Với xe du lịch: k_s= 1,1 1,2

Với xe tải và xe khách: k_s= 1,4 1,6

S: Quãng đường phanh thực tế

 Trong thực tế khi sử dụng má phanh bị mòn và điều chỉnh phanh không đúng sẽ

÷

làm cho quãng đường phanh lớn và gia tốc chậm dần khi gia tốc giảm 10 15% so với khi

phanh còn mới và điều chỉnh đúng.

 Những qui định về hiệu quả phanh được Bộ Giao thông vận tải Việt Nam quy

định rõ trong “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của phươgn tiện cơ giới

đường bộ” trình bày ở bảng sau:

Bảng 2.2: Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường

.

Quãng đường

phanh (m)

không lớn hơn

7,2

Gia tốc chậm dần

cực đại, (m/s²)

không nhỏ hơn

5,8

Loại ôtô

- Ôtô con và các loại ôtô khác thiết kế trên cơ

sở ôtô con

- Ôtô tải, trọng lượng toàn bộ nhỏ hơn 80 KN và

ôtô khách có chiều dài toàn bộ dưới 7,5m

- Ôtô tải hoặc đoàn ôtô có trọng lượng toàn bộ

lớn hơn 80 KN ,ôtô khách có chiều lớn hơn 7,5m

9,5

11

5,0

4,2

www.oto-hui.com

2.2.4. Tính ổn định của ôtô khi phanh.

Trong quá trình phanh của ôtô thì trục dọc của ôtô có thể bị nghiêng đi một góc β

nào đấy so với hướng của quỹ đạo đang chuyển động. Sở dĩ như vậy là do tổng các lực

phanh sinh raở các bánh xe bên phải khác với tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe

bên trái và tạo thành mômen quay vòng M _qquanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A

của ôtô.

Khi phanh mà ôtô quay đi một góc quá mức quy định thì sẽ mất an toàn chuyển

động trên đường. Vậy tính ổn định khi phanh là khả năng ôtô dữ được quỹ đạo chuyển

động như ý muốn của người lái trong quá trình phanh.

Giả sử ôtô đang chuyển động theo hướng của trục X nhưng sau khi phanh thì lệch

một góc β. Trong khi phanh thì các bánh xe bên phải có lực phanh P_P.Ph1ở trục trước, P_P.Ph2

ở trục sau, còn ở các bánh xe bên trái có các lực phanh P_P.tr1ở trục trước và P_P.tr2ở trục sau

:

Tổng các lực phanh bên phải là:

P_P.Ph= P_P.Ph1+ P_P.Ph2

(2.36)

Tổng các lực phanh bánh xe bên trái là:

P

_P.tr= P_P.tr1+P_P.tr2

(2.37)

Giả sử rằng tổng các lực phanh bên phải P_P.Phlớn hơn bên trái P_Ptr, lúc đó ôtô sẽ qua

vòng quanh trọng tâm A của ôtô.

Mômen quay vòng M_qxác định theo biểu thức:

B

(

)

M_q= P_{p. ph}− P_p.tr= P_{p. ph}− P_p.tr

(2.38)

2

Do có sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho lên khi suất hiện mômen quay vòng

M_qthì các bánh xe của trục trước sẽ có phản lực R _Y1tác dụng từ mặt đường theo phương

ngang và ở các bánh xe sau sẽ có phản lực R_y2tác dụng:

Phương trình chuyển động của ôtô đối với trọng tâm A được viết dưới dạng:

I_Z.β= M_q- R_y1a- R_y2b

(2.39)

Vì ôtô đang bị xoay đi một góc β nghĩa là mômen quay vòng M_qlớn hơn nhiều so

với khi tác dụng R_y1và R_y2sinh ra, cho lên để đơn giản khi tính toán có thể bỏ qua các lực

R_y1và R_y2lúc này phương trình(5.39) có dạng:

M _q

I_Z.β= M_qhoặc

β

=

(2.40)

I_Z

Ở đây: I_z- Mômen quán tính của ôtô quanh trục Z đi qua trọng tâm A.

Lấy tích phân hai lần phương trình (2.40) ta được:

M _q

β =

t²+ C

(2.41)

2I_Z

Ở đây:

t- Thời gian phanh.

www.oto-hui.com

Để tìm giá trị của C ta sử dụng điều kiện ban đầu t=0 thì β=0 và lắp vào phương

trình (2.41) ta có C=0 ừt đó rút ra được biểu thức cuối cùng để xác định góc lệch β do

mômen quay M_qgây nên, mà mômen M_qlà do sự không đồng đều lực phanh ở các bánh xe

bên phải và bên trái của ôtô tạo ra:

M_q

β =

t²

(2.42)

2I_Z

Từ biểu thức (2.42) ta thấy góc lệch β tỷ lệ thuận với mômen quay vòng và tỷ lệ

nghịch với quán tính i_zcủa ôtô đi quanh trục Z đi qua trọng tâm của nó ;

Theo yêu cầu của nhà máy chế tạo thì ôtô khi xuất xưởng phải đảm bảo lực phanh ở các

bánh xe trên cùng một trục là như nhau nhằm đảm bảo tính ổn định khi phanh. Độ chênh

lệch tối đa giữa các lực phanh ở các bánh xe trên cùng một trục không được vượt quá 15%

so với giá trị lực phanh cực đại ở các bánh xe của trục này.

Giả sử rằng các bánh xe ở bên phải có lực phanh lớn nhất P_P.Phmaxtheo điều kiện

bám giữa bánh xe với mặt đường thì lực phanh thấp nhất ở bánh xe bên trái cho phép :

P_P.trmin= 0,85 P_P.phmax

(2.43)

Lúc đó mômen quay vòng cực đại M_qmaxđược xác định như sau:

B

M _{q max}= P_{P. ph max}− P_{P.tr min}

2

B

(

)

hay :

M _{q max}= P_{P. ph max}− P_{P.tr min}

2

B

(

)

M_qmax

=

P_{P. ph max}− 0,85P_{P. ph max}

2

Từ đó ta có :

M _{q max}= 0,075BP_{P. ph max}

(2.44)

Lắp giá trị M_qmaxtừ biểu thức (2.44) vào (2.42) ta tìm được góc lệch cực đại β_max

0,075BP'_{P max}

β_max

=

t²

(2.45)

2I_Z

Ở biểu thức (2.45) thành phần P’_Pmaxcần phải hiểu là lực phanh cực đại ở một phía

theo điều kiện bám.

G

Lực phanh cực đại:

P’_Pmax

=

ϕ_max

(2.46)

2

Lắp giá trị P’_Pmaxtừ biểu thức (2.46) và (2.45) cuối cùng ta có biểu thức xác định β_max

BGt²ϕ_max

β_max= 0,019

(2.47)

I_Z

0

Góc lệch cực đại β_maxcho phép khi phanh không vượt quá 8 hoặc khi phanh ôtô

không vượt ra ngoài hành lang có chiều rộng 3,5 m.

www.oto-hui.com

2.3. Sự bám của bánh xe với mặt đường

2.3.1. Đặt vấn đề

Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần phải giải quyết đối với hoạt động

của cơ cấu phanh, đó là khi ô tô phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám

thấp như đường trơn, đường đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng

bánh xe, tức hiện tượng bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh. Khi đó quãng đường

phanh sẽ kéo dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời dẫn đến tình trạng mất ổn định

và khả năng điều khiển của xe. Nếu các bánh trước bị hãm cứng sẽ làm cho xe không thể

chuyển hướng theo sự điều khiển được, nếu các bánh sau bị hãm cứng do sự khác nhau về

hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải với mặt đường nên làm cho đuôi xe bị lạng, xe bị

trượt ngang và chuyển động lệch hướng so với trước lúc bắt đầu phanh. Trong trường hợp

xe phanh khi quay vòng, hệin tượng trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn tới hiện tượng

quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay vòng.

Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi phanh, phần lớn các xe

ô tô hiệ n nay đều trang bị cơ cấu chống hãm cứng bánh xe khi phanh, tức là chống hiện

tượng trượt lết của bánh xe, gọi là “Anti-Lock Braking System’’ và thường được viết và gọi

tắt là ABS.

Cơ cấu ABS hoạt động chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng cách điều khiển

thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các xylanh bánh xe để ngăn không cho nó bị hãm cứng

khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp, đảm bảo tính hiệu quả và tính ổn định của ô

tô trong quá trình phanh.

Hệ số bám và lực bám có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển

động của ô tô, nó có liên quan chặt chẽ đến tính chất động lực học của ô tô, đến hiệu quả

phanh và độ ổn định khi phanh, tính năng dẫn hướng … Cơ cấu ABS được thiết kế dựa

trên cơ sở phân tích và xử lý đã đạt được các giá trị tối ưu này.

2.3.2. Hệ số bám

Bánh xe là phần tử đàn hồi kết hợp giữa xe và mặt đường. Nhờ có sự bám giữa bánh

xe với mặt đường mới có sự truyền động các mô men kéo, mô men phanh được tạo ra từ

động cơ hay cơ cấu phanh tới mặt đường, giúp cho xe chuyển động hay dừng lại được.

Sự bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám . Về cơ bản có

thể xem hệ số bám tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật thể cơ học. Tuy nhiên do mối

quan hệ truyền động giữa bánh xe và mặt đường là vấn đề rất phức tạp, vừa có tính chất

của một ly hợp ma sát, vừa theo nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng- thanh răng,vì ở đây

còn có sự bám của bề mặt gai lốp vào mặt đường.

Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường được chia thành hai thành phần: Hệ số bám

trong mặt phẳng dọc, tức trong mặt phẳng chuyển động của ô tô được gọi là hệ số bám dọc

www.oto-hui.com

ϕ_xvà hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc và được gọi là hệ

số bám ngang ϕ_y.

Hệ số bám dọc ϕ_xđược hiểu là tỷ số của lực phanh cực đại trên tải trọng tác dụng

lên bánh xe và được xác định bằng biểu thức:

P_pMax

ϕ_x=

(2.48)

_yđược xác định theo biểu thức:

(2.49)

G_b

Tương tự, hệ số bám ngang

ϕ

Y_Max

ϕ_y=

G_b

Trong đó:

Y

_max- Là lực ngang cực đại tác dụng lên bánh xe.

_pmax- Là lực phanh lớn nhất.

G_b- Tải trọng tác dụng lên bánh xe

P

Thực nghiệm chứng tỏ rằng hệ số bám phụ thuộc nhiều yếu tố như: Loại mặt đường

và tình trạng mặt đường, kết cấu và nguyên liệu lốp, áp suất không khí ở trong lốp, tải

trọng tác dụng lên bánh xe, tốc độ chuyển động của xe, điều kiện nhiệt độ làm việc, độ

trượt giữa bánh xe với mặt đường. Do đó, trong quá trình chuyển động của xe, giá trị của

hệ số bám là thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố kể trên.

Hình 8 trình bày sự thay đổi của hệ số bám ϕ_xtheo áp suất trong lốp, theo tải trọng

thẳng đứng, theo tốc độ chuyển động của ô tô và theo độ trượt giữa bánh xe và mặt đường.

Hệ số bám ngang ϕ_ycũng có tính chất tương tự như vậy. Từ đồ thị ở (hình 8a), khi tăng áp

suất p trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên, nhưng sau đó lại giảm xuống. Giá trị hệ số

bám cực đại sẽ tương ứng với áp suất qui định của nhà chế tạo. Khi tăng tải trọng thẳng

đứng lên bánh xe thì hệ số bám sẽ giảm đi một ít và đồ thị có dạng tuyến tính. Khi tăng tốc

độ chuyển động thì hệ số bám giảm từ từ theo dạng đường cong. Khi đường ướt thì ảnh

hưởng của áp suất trong lốp, của tải trọng và tốc độ chuyển động đến hệ số bám càng lớn

đường số 2 ở các (hình 8a, b, c).

www.oto-hui.com

φx

1

2

1

0,7

0,6

0,7

0,6

2

0

N ₂

20

(a)

40

0

Z;kN

2

4

P;

6

cm

(b)

φx

0,8

0,6

0,4

1

0,4

0,2

0,4

0,2

2

m

s

40

0

80

λ%

100

60

0

10 20 30 40 50

20

v;

(c)

(d)

Hình 8 : Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám

2-Đường ướt.

1-Đường khô.

a) Áp suất trong lốp.

b)Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe.

d)Độ trượt giữa bánh xe và mặt đường.

c)Tốc độ chuyển động của xe.

Đặc biệt là hệ số trượt ở giữa bánh xe và mặt đường ảnh hưởng rất nhiều đến hệ số

bám, khi tăng độ trượt ( trượt lết hay trượt quay) của bánh xe thì hệ số bám lúc đầu tăng

lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt (10 - 30%). Nếu độ trượt tiếp

tục tăng thì hệ số bám giảm, khi độ trượt ở =100% (nghĩa là lốp bị trượt lết hoàn toàn đối

với bánh xe khi phanh) thì hệ số bám ϕ_xgiảm (20-30%) so với hệ số bám cực đại. Khi

đường ướt còn có thể giảm nhiều hơn nữa đến (50-60%).

2.3.3. Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

2.3.3.1. Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

Mô men phanh do cơ cấu phanh của bánh xe sinh ra, nhưng mặt đường là nơi tiếp

nhận thông qua điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường. Nên lực phanh lớn nhất bị giới

hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường. Mà đặc trưng là hệ số bám

quan hệ sau:

ϕ

theo mối

www.oto-hui.com