Chương 9: Phanh ô Tô | Tài liệu môn Công nghệ kĩ thuật ôto Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
Mục đích: Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu quá trình phanh ô tô, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh và ỉn đỉnh của ô tô khi phanh. Mục tiêu: Sau khi học xong chương này, các sinh viên có khả năng: Nêu được lực phanh và mô men phanh cần thiết trên ô tô. Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Công nghệ kĩ thuật oto (OTO21) 155 tài liệu
Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 3.1 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
Ch±¡ng 9 PHANH Ô TÔ
Mÿc ích: Trong ch±¡ng này, chúng ta s¿ nghiên cÿu quá trình phanh
ô tô, các chß tiêu ánh giá ch¿t l±ÿng phanh và ßn ßnh cÿa ô tô khi phanh.
Mÿc tiêu: Sau khi hßc xong ch±¡ng này, các sinh viên có kh¿ nng: Nêu ±ÿc l c
ÿ phanh và mô men phanh c¿n thi¿t trên ô tô.
Xác ßnh ±ÿc lÿc phanh và các mômen tác dÿng lên bánh xe khi phanh. Xác ßnh c
±ÿ lÿc phanh ô tô và ißu kißn b¿o ¿m phanh tßi ±u. Tính toán c
±ÿ phân bß lÿc phanh và mô men phanh. Tính toán c
±ÿ mômen phanh c¿n thi¿t t¿i các c¡ c¿u phanh. Xác ßnh c
±ÿ các chß tiêu ánh giá hißu qu¿ phanh. Trình bày c
±ÿ ßn ßnh cÿa ô tô khi phanh. Trình bày c
±ÿ vß phanh chßng hãm c ng ÿ ABS, kh¿ nng nâng
cao hißu qu¿ và ßn ßnh cÿa ô tô khi phanh.
9.1. LþC PHANH VÀ MÔMEN PHANH C¾N THI¾T TRÊN Ô TÔ
9.1.1. Lÿc phanh và các mômen tác dÿng lên bánh xe khi phanh Hình 9.1: S¡ l
ß ÿc và mômen tác dÿng lên bánh xe khi phanh. 141
Khi ¿p phanh, ß c¡ c¿u phanh t¿o ra mômen ma sát còn gßi là mômen phanh M ¿ ¿ ÿ ß ±ß ¿ ß
p. T i vùng ti p xúc gi a bánh xe v i ng xu t hi n lÿc phanh (Fp) ng c
±ÿ vßi chißu chuyßn ßng cÿa ô tô. Ta có: M Fp = p (9.1) rb
Mp – Mômen phanh tác dÿng lên bánh xe.
Fp – Lÿc phanh tác dÿng t¿i i m
ß ti¿p xúc giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng.
rb – Bán kính tính toán cÿa bánh xe.
Khi mômen phanh Mp tng thì lÿc phanh Fp tng, nh n ± g l c ÿ phanh
không thß tng mßt cách tùy ý. Bßi vì lÿc phanh lßn nh¿t bß gißi h¿n bßi
ißu kißn bám giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng, ngh)a là: Fpmax = Fϕ = Zb.ϕ (9.2)
Fϕ – Lÿc bám dßc giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng.
Zb – Ph¿n lÿc pháp tuy¿n tác dÿng lên bánh xe.
ϕ – Hß sß bám dßc giÿa bánh xe v i ß m¿t ng. ±ß
Khi phanh, ngoài mômen phanh, còn có mômen quán tính Mjb và
mômen c¿n ln tác dÿng lên bánh xe. Bßi v¿y lÿc hãm tßng cßng tác dÿng lên bánh xe s¿ là: M + M − M M − M f jb Fh = p f jb = Fp + (9.3) r r b b
Trong quá trình phanh, do Mp tng d¿n nên Fp cing tng d¿n lên và ¿n mßt lúc nào ó F ß ±ÿ ¿
p = Fpmax = F ϕ thì các bánh xe b tr t l t. Khi bánh xe bß tr t
±ÿ l¿t hoàn toàn, hß sß bám ϕ gi¿m xußng giá trß ϕ min, cho nên
lÿc phanh cing gi¿m xußng giá trß nhß nh¿t, d¿n ¿n hißu qu¿ phanh th¿p
nh¿t. Ngoài ra, n¿u các bánh xe tr±ßc bß tr t
±ÿ l¿t s¿ làm m¿t tính d¿n
h±ßng khi phanh (xe không ißu khißn c
±ÿ ), còn n¿u các bánh xe sau bß
tr±ÿt l¿t s¿ làm m¿t tính ßn ßnh khi phanh (các bánh xe dß dàng bß tr t ±ÿ
ngang khi có lÿc ngang nhß tác dÿng lên xe). Tÿ bißu th c
ÿ (9.2) ta th¿y r¿ng ß có F p lßn thì c¿ hß sß bám ϕ và
Zb ßu ph¿i có giá trß lßn. Cho nên ß sÿ dÿng h¿t toàn bß trßng l ng ±ÿ
bám cÿa xe, chúng ta ph¿i bß trí c¡ c¿u phanh ß t¿t c¿ các bánh xe. 142
Khi phanh, ßng nng ho¿c th¿ nng cÿa xe bß tiêu hao cho ma sát
giÿa má phanh và trßng phanh, gi a
ÿ lßp và m¿t ±ßng cing nh± ß kh¿c
phÿc các lÿc c¿n chuyßn ßng.
N¿u mômen phanh càng tng thì c¡ nng bi¿n thành nhißt nng
giÿa trßng phanh và má phanh, giÿa lßp và m¿t ±ßng càng tng.
Khi bánh xe bß hãm cÿng hoàn toàn, công ma sát gi a ÿ trßng phanh và má phanh cing nh± s
ÿ c¿n ln không có nÿa, t¿t c¿ nng l ng ±ÿ h¿u
nh± bi¿n thành nhißt nng ß vùng ti¿p xúc giÿa lßp và m¿t ±ßng. Sÿ tr t
±ÿ l¿t s¿ làm gi¿m hißu qu¿ phanh,tng ß mòn cÿa lßp, tng ß tr±ÿt dßc và ¿ ±ß nh h ng x¿ ¿ u n tính ß ß n nh ngang cÿa xe.
9.1.2. Lÿc phanh ô tô và ißu kißn b¿o ¿m phanh tßi ±u
9.1.2.1. Lÿc phanh ô tô
Hình 9.2: Các lÿc tác d ng l ÿ ên ô tô khi phanh. Các l c
ÿ tác dÿng lên ô tô khi phanh: 7 Trßng l ng t ±ÿ
oàn bß cÿa ô tô G ¿t t¿i trßng tâm.
7 Lÿc c¿n ln ß các bánh xe tr±ßc và sau F f1, Ff2.
7 Ph¿n lÿc th¿ng góc tác dÿng lên các bánh xe tr±ßc và sau Z 1, Z2.
7 Lÿc phanh ß các bánh xe tr±ßc và sau F p1, Fp2.
7 Lÿc c¿n không khí F ω .
7 Lÿc quán tính F do khi phanh có gia tßc ch¿m d¿n. j 143
Lÿc quán tính F ±ÿc xác ßnh theo bißu th c ÿ sau: j G Fj = jp (9.4) g
g – Gia tßc trßng tr ng ( ±ß g = 9,8 m/s2).
jp – Gia tßc ch¿m d¿n khi phanh.
Khi phanh thì lÿc c¿n không khí F ω và lÿc c¿n ln Ff1 và Ff2 không
áng kß , có thß bß qua. Sÿ bß qua này chß gây sai sß kho¿ng 1,5 ÷ 2%.
B¿ng cách l¿p các ph±¡ng trình cân b¿ng mômen cÿa các lÿc tác
dÿng lên ô tô khi phanh ß i vß i các iß m ti¿p xúc gi ÿa bánh xe vß i m¿t
±ß ng t ¿i E và F, ta có thß xác ßnh các ph¿n lÿc th¿ng góc Z1 và Z2 tác
dÿng lên các bánh xe c¿u tr±ß c và c¿u sau: Gb + Fjhg Z1 = = G1 (9.5) L Ga − F h Z j g 2 = = G2 (9.6) L a, b, hg – Tßa t
ß rßng tâm cÿa ô tô. L
– Chißu dài c¡ sß cÿa ô tô. G ß ÿ ¿ ±ß ¿
1, G2 – T¿i tr ng tác d ng lên các bánh xe c u tr c và c u sau khi phanh.
Thay F ß công thÿc (9.4) vào Z j 1 và Z2 , ta ±ÿ c: G j h Gb û j h þ Z1 = p g (b + ) = p g ü 1+ ÿ = Z1t.m1p = G1t.m1p (9.7) L g L ý gb ø G j h Ga û j h þ Z2 = p g (a − ) = p g ü1 − ÿ = Z2t.m2p = G2t.m2p (9.8) L g L ý ga ø Gb Ga Vß i: Z1t = ; Z2t = L L j h j h
m1p = 1 + p g ; m2p = 1 – p g gb ga
Z1t, Z2t – Ph¿n lÿc th¿ng góc tác dÿng lên các bánh xe c¿u tr±ßc và c¿u sau khi xe ng ÿ
yên trên m¿t ph¿ng n¿m ngang (ph¿n lÿc t)nh). 144
m1p, m2p – Hß sß thay ßi t¿i tr ng ß
tác dÿng lên các bánh xe c¿u
tr±ßc và c¿u sau khi phanh.
G1t, G2t – T¿i trßng t)nh tác dÿng lên các bánh xe c¿u tr c ±ß và c¿u sau. Các l c
ÿ phanh sinh ra ß các bánh xe c¿u tr±ßc và c¿u sau s¿ là: G j h Fp1 = F ϕ1 = Z1 ϕ = p g (b + ) ϕ (9.9) L g G j h Fp2 = F ϕ2 = Z2 ϕ = p g (a − ) ϕ (9.10) L g *ß sÿ dÿn ¿
g h t trßng l±ÿng bám cÿa ô tô, c¡ c¿u phanh ±ÿc bß trí
ß các bánh xe tr±ßc và sau và lÿc phanh lß ¿
n nh t ßi vßi toàn bß xe là: Fpmax = G ϕ (9.11)
9.1.2.2. ißu kißn b¿o m
¿ phanh tßi ±u Phanh tßi u
± có ngh)a là quá trình phanh ¿t hißu qu¿ cao nh¿t.
Quá trình phanh có hißu qu¿ cao nh¿t thß hißn qua các chß tiêu:
Sp = Spmin, tp = tpmin, jp = jpmax . Vßi S p, tp, jp là quãng ±ßng phanh, thßi
gian phanh và gia tßc phanh.
Sÿ phanh có hißu qu¿ nh¿t là khi l c
ÿ phanh sinh ra ß các bánh xe tÿ lß
thu¿n vßi t¿i trßng tác d n
ÿ g lên chúng, mà t¿i trßng tác d ng ÿ lên các bánh
xe trong quá trình phanh l¿i thay ßi do lÿc quán tính F tác dÿng lên xe. j
Trong tr±ßng hÿp phanh có hißu qu¿ nh¿t, tÿ sß gi a ÿ các lÿc phanh
ß các bánh xe tr±ßc và sau là: F . ϕ Z Z Gb + F h p1 = 1 = 1 = j g (9.12) F . ϕZ Z Ga − F h p2 2 2 j g
Trong quá trình phanh,lÿc c¿n ln Ff1 và Ff2 không áng kß, có thß
bß qua, do ó có thß vi¿t: F = F j p1 + Fp2 Và: F ϕ j max = Fpmax = G (9.13) Thay F ß ÿ j max vào bi u th c (9.12), ta có: F b + ϕh . p1 = g (9.14) F a − ϕh . p2 g 145 Bißu th c
ÿ (9.14) chính là ißu kißn ß ¿m b¿o sÿ phanh có hißu
qu¿ nh¿t. Ngh)a là ß ¿m b¿o phanh tßi u,
± khi phanh quan hß giÿa các
lÿc phanh Fp1 và Fp2 ph¿i luôn thßa mãn bißu th c ÿ (9.14).
Do trong quá trình phanh tßa ß trßng tâm (a, b, h g) và hß sß bám F
dßc ϕ luôn thay ßi cho nên tÿ sß
p1 luôn thay ßi. Mußn v¿y, ph¿i Fp2
thay ßi ±ÿc mômen phanh M p1, Mp2 sinh ra ß các c¡ c¿u phanh ¿t ß
các bánh xe c¿u tr±ßc và c¿u sau.
*ß thay ßi M pi, ph¿i thay ßi áp su¿t
d¿u ho¿c khí nén d¿n ¿n các xy lanh ß các bánh xe (phanh d¿u) ho¿c
d¿n ¿n các b¿u phanh (phanh khí). Þ hß thßng phanh th±ßng, sÿ thay
ßi áp su¿t nói trên là không có, nên khi phanh g¿p, sau mßt thßi gian
ng¿n trong tßng thßi gian phanh, thì G 1 (ho¿c Z1) tng lên, G 2 (ho¿c Z2)
gi¿m xußng, d¿n ¿n lÿc bám F ϕ1 tng, Fϕ2 gi¿m, h¿u qu¿ là: Fp1 < Fϕ1, Fp2 > Fϕ ¿ ß ÿ ±ÿ ¿
2, làm cho các bánh xe c u sau b hãm c ng và tr t l t hoàn
toàn. Lúc này chß c¿n mßt lÿc ngang nhß tác dÿng lên xe là c¿u sau s¿
tr±ÿt ngang, làm cho ß ßn ßnh cÿa xe gi¿m nhanh, xe bß quay ngang và
có kh¿ nng bß l¿t ß.
Vì th¿, ß tránh x¿y ra hißn t n
±ÿ g này, hißn nay trên nhißu xe ã bß
trí bß ißu hòa lÿc phanh ho¿c bß chßng hãm cÿng bánh xe khi phanh.
Các c¡ c¿u này s¿ tÿ ßng ißu chßnh l c
ÿ phanh ß các bánh xe b¿ng cách
thay ßi quan hß áp su¿t d¿n ßng phanh ¿n các c¡ c¿u phanh ß c¿u tr±ßc và c¿u sau.
9.1.3. Phân bß lÿc phanh và mômen phanh cÿa ô tô khi phanh
Mußn quá trình phanh có hißu qu¿ nh¿t, phân bß các l c ÿ phanh
sinh ra ß các bánh xe tr±ßc F p1 và ß các bánh xe sau F p2 ph¿i tuân theo bißu th c
ÿ (9.14). N¿u coi bán kính cÿa bánh xe tr±ßc là r b1 và bánh xe
sau la rb2 b¿ng nhau trong quá trình phanh ta có thß vi¿t quan hß giÿa
mômen phanh ß các bánh xe tr±ßc M p1 và Mp2 nh± sau: M F .r F p2 = p2 b2 = p2 (9.15) M F .r F p1 p1 b1 p1
K¿t hÿp các bißu thÿc (6.14) và (6.38) ta có quan hß sau: M a − ϕ h . g p2 = (9.16) M b + ϕ h . p1 g
Mp1 – Mômen phanh sinh ra c
ß ác bánh xe tr±ßc.
Mp2 – Mômen phanh sinh ra c ß ác bánh xe sau. 146
Nh± v¿y mußn ¿m b¿o hißu qu¿ phanh tßt nh¿t, mômen phanh
sinh ra ß các bánh xe tr±ßc M ß
p1 và mômen phanh sinh ra bánh xe sau
M p2 ph¿i tuân theo bißu th c ÿ (9.16).
Mômen phanh sinh ra ß các bánh xe tr±ßc M p1 và mômen phanh
sinh ra ß các bánh xe sau M p2 có thß xác ßnh tÿ ißu kißn bám theo bißu thÿc sau: G.r .ϕ M b p1 = ϕ Z1 rb = (b + ϕ.hg ) (9.17) L G.r .ϕ M b p2 = ϕ Z2 rb = (a – ϕ.hg) (9.18) L
*ßi vßi ô tô ã ch¿t t¿i nh¿t ßnh, ta có a, b, h g cß ßnh. B¿ng
cách thay ßi giá trß ϕ d a
ÿ trên bißu thÿc (9.17) và (9.18) ta có thß v¿ ß
thß Mp1=f1(ϕ),Mp2 = f 2(ϕ) nh ± sau:
Hình 9.3 là ß thß bißu dißn quan hß giÿa M p1 và Mp2 vßi hß sß bám ϕ.
*±ßng nét lißn ÿng vßi ô tô ¿y t¿i, ±ßng nét ÿt n ÿ g vßi ô tô không t¿i.
Hình 9.3: ß thß bi u di ß n m ß ßi quan h gi
ß ÿa mômen phanh Mp1 và Mp2 v i ß h s ß ß bám ϕ.
Tÿ ß thß 9.3 có thß v¿ ß thß quan hß giÿa mômen phanh ß các
bánh xe tr±ßc M p1 và ß các bánh xe sau M p2.
*ß thß trình bày ß hình 9.4 ±ÿc gßi là ¿c tính phanh lý t±ßng cÿa
ô tô. Bßi vì n¿u quan hß giÿa M p1 và Mp2 theo úng ±ßng cong 1 (khi
¿y t¿i) ho¿c theo úng ±ßng cong 2 (khi không t¿i) thì ß các bánh xe tr±ßc M ß ¿ ß
p1 ≈ Mϕ1 và c u sau M p2 ≈ Mϕ2 (v i M ϕ1 , Mϕ2 là mômen bám 147
cÿa các bánh xe c¿u tr±ßc và c¿u sau). Tÿc là mômen phanh ß các bánh
xe ã lßn x¿p xß b¿ng mômen bám t¿i mßi thßi ißm trong sußt quá trình
phanh. Cho nên quãng ±ßng phanh s¿ ng¿n nh¿t, các bánh xe không bß hãm c ng t ÿ
rong khi phanh và ¿m b¿o c
±ÿ ßn ßnh cÿa ô tô khi phanh.
Hình 9.4: ±ßng ¿c tính phanh lý t ng c ±ß ÿa ô tô.
1 - ¿y t¿i 2 - Không t¿i.
*ßi vßi ô tô hißn nay th±ßng dùng d¿n ßng phanh thÿy l c ÿ ho¿c
d¿n ßng phanh b¿ng khí nén, quan hß gi a
ÿ mômen phanh sinh ra ß bánh
xe và áp su¿t trong d¿n ßng phanh bißu thß nh s ± au: M = k p (9.19) p1 1 1dñ M = k p (9.20) p2 2 2dñ p ¿ ¿ ßng phanh cÿ ¡ ¿u phanh 1d, p2d – Áp su t trong d n a c c
tr±ßc và c¡ c¿u phanh sau. k
– Hß sß tÿ lß t±¡ng ÿng vßi phanh tr±ßc và phanh sau. 1 và k2
Tÿ các bißu thÿc (9.19) và (9.20) có thß xác ßnh quan hß giÿa áp
su¿t trong d¿n ßng phanh tr±ßc và phanh sau: p k M 2dñ = 1 p2 (9.21) p k M 1dñ 2 p1
Hình 9.5 trình bày ß thß quan hß giÿa áp su¿t p 1d và p2d khi quan hß gi a
ÿ các mômen phanh M p1 và Mp2 tuân theo ±ßng ¿c tính phanh lý t±ßng.
Nh± v¿y, ß ¿m b¿o s
ÿ phanh lý t±ßng, quan hß gi a ÿ áp su¿t trong
d¿n ßng phanh sau và trong d¿n ßng phanh tr±ßc ph¿i tuân theo ß thß 148
trên hình 9.5. *ß thß này c
±ÿ gßi là ±ßng ¿c tính lý t±ßng cÿa bß ißu hòa l c ÿ phanh.
Mußn ¿m b¿o ±ßng ¿c tính p 2 = f(p1) theo úng ß thß trên hình
9.5, bß ißu hòa lÿc phanh ph¿i có k¿t c¿u r¿t phÿc t¿p.
Hißn nay, trên ô tô, ß b¿o ¿m ±ßng ¿c tính thÿc t¿ g¿n úng
vßi ±ßng ¿c tính lý t±ßng, ng±ßi ta ph¿i bß trí hß thßng chßng hãm cÿng bánh xe khi phanh.
Hình 9.5: ß thß bi u di ß
ßn quan hß giÿa áp su¿t trong d¿n ßng phanh
sau và d¿n ßng phanh tr c ±ß ß m
¿ b¿o sÿ phanh lý t±ßng.
1 - ¿y t¿i 2 - Không t¿i.
9.1.4. Mômen phanh c¿n thi t
¿ t¿i các c¡ c¿u phanh
Mômen phanh sinh ra ß các c¡ c¿u phanh cÿa ô tô ph¿i ¿m b¿o gi¿m tßc ß ho¿c d ng ÿ
ô tô hoàn toàn vßi gia tßc ch¿m d¿n trong gißi
h¿n cho phép. Ngoài ra còn ph¿i ¿m b¿o gi ô
ÿ tô ÿng ß ß dßc cÿc ¿i
(mômen phanh sinh ra ß phanh tay).
*ßi vßi ô tô lÿc phanh cÿc ¿i có thß tác dÿng lên mßt bánh xe ß
c¿u tr±ßc khi phanh trên ±ßng b¿ng ph¿ng là: G Gb 1t F = m ϕ = m ϕ (9.22) p1 1p 1p 2 2 L Þ c¿u sau là: G Ga 2t F = m ϕ = m ϕ (9.23) p2 2p 2p 2 2L G − Trßng l ng ô t ±ÿ ô khi t¿i y ¿ . 149 G1t, G2t − T¿i tr n ß g t±¡ng ng ( ÿ ph n ¿ l c
ÿ cÿa ¿t) tác d n ÿ g lên c¿u
tr±ßc và sau ß tr¿ng thái t)nh, trên bß m¿t n¿m ngang.
m1p, m2p − Hß sß thay i
ß t¿i trßng t±¡ng ÿng lên c¿u tr c ±ß và c¿u sau khi phanh. a, b
− Kho¿ng cách t±¡ng ÿng t
ÿ trßng tâm ô tô n ¿ c¿u tr±ßc và c¿u sau. L − Chißu dài c s ¡ c ß ÿa ô tô. ϕ
− Hß sß bám dßc giÿa lßp và ng ( ±ß ϕ = 0,7 ÷ 0,8). Các hß sß m ±ß ÿ ±ß ß ß 1p, m 2p cho tr
ng h p phanh vßi c ng phanh l n nh¿t (jp = jpmax ) s¿ là: j h ' ϕ h pmax g g m = 1 + = 1 + (9.24) 1p gb b j h ' ϕh pmax g g m = 1 - = 1 - (9.25) 2p ga a hg
− Chißu cao trßng tâm cÿa ô tô. g
− Gia tßc trßng tr±ßng. j ß ¿ ¿ ÿ ¿
pmax − Gia t c ch m d n c c i khi phanh. j ϕ’
− Hß sß ¿c tr±ng cho c±ßng ß phanh. (ϕ’ = pmax ) g
Þ ô tô, c¡ c¿u phanh ¿t trÿc ti¿p ß t¿t c¿ các bánh xe (phanh
chân). Do ó mômen phanh tính toán c¿n sinh ra cÿa mßi c¡ c¿u phanh ß c¿u tr±ßc là: G G 1t M = m ϕr = ( b + ϕ h ' ) ϕr (9.26) p1 1p b g b 2 2L
Þ c¿u sau (ô tô hai c¿u) là: G G 2t M = m ϕ r = (a - ϕ h ' ) ϕ r (9.27) p2 2p b g b 2 2L
rb – Bán kính làm vi c
ß trung bình cÿa bánh xe.
Khi tính toán có thß chßn ϕ’ = 0,4 ÷ 0,5 và ϕ = 0,7 ÷ 0,8.
*ÿng vß k¿t c¿u cÿa c¡ c¿u phanh gußc mà xét thì mômen phanh M p1 và Mp2 ph¿i b¿ng: 150 Mp1 = M’p1 + M’’p1 (9.28) Mp2 = M’p2 + M’’p2 (9.29)
M’p1, M’’p1 – Mômen phanh sinh ra ß má phanh tr c ±ß và má phanh sau cÿa mßi c c
¡ ¿u phanh ß c¿u tr±ßc.
M’p2, M’’p2 – Mômen phanh sinh ra ß má phanh tr c ±ß và má phanh sau cÿa mßi c c
¡ ¿u phanh ß c¿u sau. 9.2. XÁC N
Þ H CÁC CHÞ TIÊU ÁNH GIÁ HIÞU QU¾ PHANH
9.2.1. Gia tßc ch¿m d¿n khi phanh
Gia tßc ch¿m d¿n khi phanh là mßt trong nhÿng chß tiêu quan trßng
ß ánh giá ch¿t l±ÿng phanh ô tô. Khi phân tích các lÿc tác dÿng lên ô
tô có thß vi¿t ph±¡ng trình cân b¿ng lÿc kéo khi phanh ô tô nh s ± au:
Fj = Fp + F f + Fω + Fη ± Fi (9.30)
Fj – Lÿc quán tính sinh ra khi phanh ô tô.
Fp – Lÿc phanh sinh ra c ß ác bánh xe. F ¿ &n. f – Lÿc c n l
Fω – Lÿc c¿n không khí.
Fη – Lÿc ß th¿ng tiêu hao cho ma sát c¡ khí.
Fi – Lÿc c¿n lên dßc. Khi phanh trên ng ±ß n¿m ngang thì
lÿc c¿n lên dßc Fi =0.
Khi phanh, Fω, Ff và Fη không áng kß, có thß bß qua. Sÿ bß qua
này chß gây sai sß kho¿ng 1,5 ÷ 2%.
Khi bß qua các lÿc F ω, Ff , Fη, và khi ô tô phanh trên ±ßng n¿m ngang F ±¡ i = 0, ta có ph ng trình sau: Fj = Fp (9.31)
Lÿc phanh lßn nh¿t F pmax ±ÿc xác ßnh theo ißu kißn bám khi các
bánh xe bß phanh hoàn toàn và ßng thßi theo bißu thÿc: Fpmax = G ϕ G Hay δi jpmax = G ϕ (9.32) g δi – Hß sß tính n ¿ ¿nh h ng các tr ±ß
ßng khßi quay cÿa ô tô. 151 Tÿ (9.32), ta xác ßnh c
±ÿ gia tßc ch¿m d¿n cÿc ¿i khi phanh: . ϕ g jpmax = (9.33) · i *ß j ¿
pmax t ng, ta gi m δi và t ng ϕ.
7 Gi¿m δi b¿ng cách tách ly hÿp khi phanh g¿p.
7 Tng ϕ b¿ng cách c¿i thißn tình tr¿ng m¿t ±ßng.
9.2.2. Thßi gian phanh
Thßi gian phanh cing là mßt trong nhÿng chß tiêu ß ánh giá ch¿t
l±ÿng phanh. Thßi gian phanh càng nhß thì ch¿t l±ÿng phanh càng tßt.
*ß xác ßnh thßi gian phanh có thß sÿ dÿng bißu thÿc sau: dv . ϕ g jp = = (9.34) dt ·i · Suy ra: dt = i dv (9.35) . ϕ g
Muß n xác ßnh thß i gian phanh nhß nh¿t tpmin c¿n tích phân dt trong
giß i h¿n tÿ thß i iß m ÿng vß i v¿n tß c khi b¿t ¿u phanh v1, v¿n tß c khi
k¿t thúc phanh v2 (v1 > v 2). 1 v · · t i i pmin = + dv = (v1 – v2) (9.36) ϕ.g . ϕ g 2 v
Khi phanh ô tô ¿n lúc dÿng h¿n, v2 = 0, do ó: · .v t i 1 pmin = (9.37) . ϕ g
Tÿ biß u thÿc trên, ta th¿y r¿ng thß i gian phanh ô tô nhß nh¿ t phÿ
thuß c vào v¿n t ß c b¿t ¿u phanh cÿa ô tô, phÿ thuß c vào hß sß δi và hß sß
bám ϕ giÿ a các bánh xe vß i m¿t ±ß ng. *ß cho thß i gian phanh nh ß nh¿t
c¿n ph¿i gi¿m δi, vì v¿y ng±ß i lái xe nên c¿t ly hÿp khi phanh. Ngoài ra
ph¿i thÿc hiß n các biß n pháp ß tng hß sß bám dß c ϕ.
9.2.3. Quãng ±ßng phanh
Quãng ±ß ng phanh là chß tiêu quan trß ng nh¿t ß ánh giá ch¿t
l±ÿng phanh cÿ a ô tô. *ß xác ßnh quãng ±ß ng phanh nhß nh¿t, có thß
sÿ dÿng biß u th ÿc 9.34 b¿ng cách nhân hai v ¿ vß i dS (dS – Vi phân cÿa quãng ±ß ng), ta có: 152 dv . ϕ g dS = dS dt ·i . ϕ g Hay là: vdv = dS (9.38) · i
Quãng ±ß ng phanh nh ß nh¿t ±ÿc xác ßnh b¿ng cách tích phân
dS trong giß i h¿n tÿ v ¿ 1 n v2. Ta có: 1 v · · 1 v S i i pmin = + vdv= +vdv (9.39) ϕ.g ϕ v .g 2 v2 · S i 2 pmin = ( 2 v − v ) (9.40) . 2 . ϕ g 1 2
Khi phanh ¿n lúc ô tô dÿng h¿n, v2 = 0: · .v2 S i 1 pmin = (9.41) 2. . ϕ g
Tÿ biß u thÿc trên, ta th¿y r¿ng quãng ±ß ng phanh nhß nh¿ t phÿ
thuß c vào v¿n t ß c chuyß n ß ng cÿa ô tô lúc b¿t ¿u phanh, phÿ thuß c vào
hß sß bám ϕ và hß sß tính ¿n ¿nh h±ß ng cÿa các khß i l±ÿng quay δi. *ß
gi¿m quãng ±ß ng phanh c¿n gi¿m hß sß δi, cho nên n ¿u ng±ß i lái c ¿t ly
hÿp tr±ß c khi phanh thì quãng ±ß ng phanh s¿ ng¿n h¡n.
C¿n l±u ý r¿ng, theo các công thÿc trên, j pmax, t pmin, Spmin phÿ thuß c
vào hß s ß bám ϕ, nh±ng do ϕ l¿i phÿ thuß c vào t¿i trß ng tác dÿng lên các
bánh xe, tÿc là phÿ thuß c vào trß ng l ±ÿng toàn bß cÿa xe G. Bß i v¿y j p,
tp, Sp có phÿ thuß c vào G, m¿c dù trong các công thÿ c tính jp, tp, Sp không có m¿t c ÿa G.
9.2.4. Lÿc phanh và lÿc phanh riêng
Lÿc phanh và lÿc phanh riêng cing là ch ß tiêu ß ánh giá ch¿t
l±ÿng phanh. Chß tiêu này ±ÿc dùng thu¿n lÿi nh¿t là khi thÿ phanh ô tô
trên b ß thÿ. Lÿc phanh sinh ra ß các bánh xe cÿa ô tô xác ßnh theo bißu thÿc: Mp Fp = (9.42) rb
Fp – Lÿc phanh ô tô.
Mp – Mômen phanh ß các c¡ c¿u phanh.
rb – Bán kính làm vi c
ß trung bình cÿa bánh xe. 153
Lÿc phanh riêng là lÿc phanh tính trên mßt ¡n vß trßng l±ÿng toàn bß G cÿa ô tô, ngh)a là: F Fpr = p (9.43) G
Lÿc phanh riêng cÿc ¿i ÿng vßi khi lÿc phanh cÿc ¿i: F . ϕ G Fprmax = p max = = ϕ (9.44) G G
Tÿ biß u thÿc (9.44), ta th¿y r ¿ng lÿc phanh riêng cÿc ¿i b¿ng hß
sß bám ϕ. Nh± v¿y, vß lý thuy¿t mà nói, trên m¿t ±ß ng nhÿa khô n¿m
ngang, lÿc phanh riêng c ÿc ¿i có thß ¿t ±ÿc giá trß 75 ÷80%. Trong
thÿc t¿, giá trß ¿t ±ÿc th¿p h¡n nhiß u, chß kho¿ng 45÷65%. Nh¿n xét:
Trong các chß tiêu ánh giá ch¿t l±ÿng phanh, chß tiêu quãng ±ß ng
phanh là ¿c tr±ng nh¿t và có ý ngh)a quan trß ng nh¿t, vì quãng ±ß ng
phanh cho phép ng±ß i lái hình dung ±ÿc vß trí xe s¿ dÿng tr±ß c mß t
ch±ß ng ng¿i v¿t mà hß ph¿i xÿ trí ß khß i x¿y ra tai n ¿n khi ng±ß i lái xe
phanh ß tß c ß ban ¿u nào ¿y.
C¿n chú ý r¿ ng bß n chß tiêu nêu trên ß u có giá trß ngang nhau (giá
trß t±¡ng ±¡ ng), ngh)a là khi ánh giá ch¿t l±ÿng phanh chß c¿n dùng
mß t trong b ßn chß tiêu trên. 9.3. ÞN N
Þ H CþA Ô TÔ KHI PHANH 9.3.1. Þn n
ß h cÿa ô tô khi phanh n¿u các bánh xe bß hãm cÿng
*ß th¿y rõ ß n ßnh cÿa ô tô khi phanh n¿u các bánh xe bß hãm
cÿng, tr±ß c h¿t chúng ta ph¿i kh¿o sát mß i quan hß giÿ a ph¿n lÿc ti¿p
tuy¿ n Xb và ph¿n lÿc ngang Yb tác dÿng tÿ m¿t ±ß ng lên bánh xe trong quá trình phanh.
Khi phanh, ph¿n lÿc ti¿p tuy¿n tác dÿng lên bánh xe s¿ là: Xb = Fpb + Ffb (9.45)
Nh±ng do Ffb r¿t nhß so vß i Fpb, nên có thß coi: Xb = Fpb (9.46)
Fpb – Lÿc phanh tác dÿng lên bánh xe.
Ffb – Lÿc c¿n l&n tác dÿng lên bánh xe. 154
Hình 9.6: Nguyên nhân xu¿t hißn ph¿n lÿc ngang ß các bánh xe khi phanh.
Trong quá trình phanh, n¿u có l c
ÿ ngang Y tác dÿng lên thân xe, thì
t¿i tâm các bánh xe s¿ có lÿc ngang Fy tác dÿng, l¿p tÿc d±ßi các bánh xe
xu¿t hißn các ph¿n lÿc ngang Y b ng c
±ÿ chißu vßi F y (hình 9.6).
Lúc này, d±ßi bánh xe xu¿t hißn ßng thßi ph¿n l c ÿ ngang Y b và ph¿n l c ÿ ti¿p tuy¿n Fpb. Khi l c ÿ phanh F ß ±ÿ · pb càng t ng thì tr t p càng t ng và Ç càng y
gi¿m. Mßi quan hß giÿa hß sß bám Ç ,Ç ß ±ÿ · ±ÿ ß ß ß x và tr t c bi u th y p
hình 9.7 theo ¿c tính tr±ÿt cÿa bánh xe khi phanh.
Hình 9.7: Mßi quan h gi
ß ÿa hß sß bám Ç , Ç và ß tr t ±ÿ · x p . y
Nh± chúng ta ã bi¿t ß ch±¡ng 3: Y Ç b f Zb. (9.47) y
Tÿ ß thß ß hình 9.7 và bißu thÿc (9.47), chúng ta th¿y n¿u F pb tng thì · Ç p tng và gi¿m, làm cho Y ¿ *¿ ß ¿ y b gi m theo. c bi t, n u bánh xe bß hãm cÿng, tÿc là: 155 Fpb = F pbmax = Zb.Ç , · Ç = 0 và Y x p = 1 thì y b = 0 (9.48) K¿t lu¿n:
N¿u lÿc phanh Fpb = Fpbmax = Zb.Ç và bánh xe b¿t ¿u bß hãm x
cÿng thì ph¿n lÿc ngang tác dÿng lên bánh xe Yb = 0. Lúc này chß c¿n mßt
lÿc ngang nhß Y tác dÿng lên thân xe, ß bánh xe s¿ xu¿t hißn mßt lÿc ngang
Fy r¿t nhß tác dÿng t¿i tâm bánh xe là làm cho bánh xe s¿ tr±ÿt ngang, do ß
d±ßi bánh xe Y b = 0 và không còn cân b¿ng lÿc theo chißu ngang.
Chúng ta s¿ sÿ dÿng k¿t lu¿n trên ß xét ßn ßnh cÿa xe khi phanh
n¿u các bánh xe bß hãm cÿng. Þ ¿
ph n ti¿p theo, chúng ta s¿ sÿ dÿng mô hình mßt v¿t thay cho
mô hình hai v¿t cÿa ô tô ß cho hình v¿ ¡n gi¿n.
9.3.1.1. Các bánh xe ß c¿u sau bß hãm cÿng khi phanh
Þ hình 9.8, bánh xe tr±ßc ¿i dißn cho hai bánh xe ß c¿u tr±ßc và
bánh xe sau ¿i dißn cho hai bánh xe ß c¿u sau.
Gi¿ thuy¿t r¿ng khi phanh xe có lÿc ngang Y tác dÿng t¿i trßng tâm
T cÿa xe. N¿u phanh trên ±ßng cong thì Y = F jly (Fjly là thành ph¿n ngang
cÿa lÿc quán tính ly tâm Fjl), n¿u m¿t ±ßng nghiêng ngang mßt góc ³ b 0
thì Y = Gsin³ ho¿c n¿u có gió t¿t ngang thì Y chính là lÿc cÿa gió ngang.
N¿u khi phanh các bánh xe sau bß hãm cÿng thì Y2 = 0 và có lÿc
ngang Y tác dÿng thì theo k¿t lu¿n ß 9.3.1 các bánh xe sau s¿ tr±ÿt ngang
vßi góc lßch h±ßng · 2 r¿t lßn. Trong khi ó, ß các bánh xe tr±ßc, do F p1
< Z1.ϕx nên Y1 b 0 và góc lßch h±ßng · 1 t±¡ng ßi nhß (xem hình 9.8).
H±ßng vect¡ vlà h±ßng chuyßn ßng cÿa xe tr±ßc khi các bánh xe sau bß hãm cÿng.
Hình 9.8: Các bánh xe sau bß hãm cÿng. 156
Do xu¿t hißn các góc lßch h±ßng · 1 < ·2 nên xe s¿ chuyßn ßng
lßch h±ßng sang ph¿i (vì tâm quay vòng O cÿa xe ß bên ph¿i) so vßi
h±ßng chuyßn ßng ban ¿u.
N¿u thßi gian các bánh xe sau bß hãm cÿng kéo dài, xe có thß bß
quay ngang và nguy c¡ xe bß l¿t ß là khó tránh khßi n¿u lÿc ngang Y khá lßn.
Bßi v¿y, khi phanh xe n¿u các bánh xe sau bß hãm cÿng và có lÿc ngang tác d ng
ÿ là tr¿ng thái chuyßn ßng không ßn ßnh và r¿t nguy hißm.
9.3.1.2. Các bánh xe ß c¿u tr c
±ß bß hãm cÿng khi phanh
Þ hình 9.9, bánh xe tr±ßc ¿i dißn cho hai bánh xe ß c¿u tr±ßc và
bánh xe sau ¿i dißn cho hai bánh xe ß c¿u sau.
Gi¿ thuy¿t r¿ng khi phanh xe có lÿc ngang Y tác dÿng t¿i trßng tâm
T cÿa xe (Nguyên nhân xu¿t hißn lÿc ngang Y ã trình bày ß mÿc 9.3.1.1.).
N¿u khi phanh các bánh xe tr±ßc bß hãm c ng ÿ thì Y 1 = 0 và có l c ÿ
ngang Y tác dÿng thì theo k¿t lu¿n ß 9.3.1 các bánh xe tr±ßc s¿ tr t ±ÿ
ngang vßi góc lßch h±ßng · ¿ ß ß
1 r t l n. Trong khi ó, các bánh xe sau, do
Fp2 < Z2.ϕx nên Y 2 b 0 và góc lßch ±ß
h ng · 2 t±¡ng ßi nhß (xem hình
9.9). H±ßng vect¡ v là h±ßng chuyßn ßng cÿa xe tr±ßc khi các bánh xe tr±ßc bß hãm c ng. ÿ
Hình 9.9: Các bánh xe tr c ±ß bß hãm cÿng.
Do xu¿t hißn các góc lßch h±ßng · 1 > ·2 nên xe s¿ chuyßn ßng
lßch h±ßng sang trái (vì tâm quay vòng O cÿa xe ß bên trái) so vßi h±ßng chuyßn ßng ban ¿u. 157
M¿t khác, khi các bánh xe tr±ßc bß hãm cÿng, Y 1 = 0 và xe không còn
ißu khißn ±ÿc thông qua hß thßng lái, tÿc là xe bß m¿t tính ßn ßnh h±ßng.
Bßi v¿y, khi phanh xe n¿u các bánh xe tr±ßc bß hãm c ng ÿ và có lÿc
ngang tác dÿng là tr¿ng thái chuyßn ßng không ßn ßnh và cing khá nguy hißm. K¿t lu¿n:
7 Khi phanh xe, ß xe ti¿p tÿc chuyßn ßng ßn ßnh trong quá trình
phanh thì không ±ÿc ß các bánh xe ß c¿u tr±ßc ho¿c c¿u sau bß hãm cÿng.
7 N¿u t¿t c¿ các bánh xe ß c¿ hai c¿u bß hãm cÿng và không có l c ÿ
ngang Y tác dÿng lên xe thì xe s¿ tr t ±ÿ th¿ng do l c ÿ quán tính Fj. N¿u có
lÿc ngang tác dÿng lên xe thì xe s¿ tr t
±ÿ xiên theo h±ßng cÿa l c ÿ Q là hÿp l c
ÿ cÿa lÿc Fj và lÿc Y, lúc này xe s¿ chuyßn ßng không ßn ßnh. N¿u l c
ÿ Q quá lßn thì xe có thß bß l¿t ß. Nh± v¿y, ß xe chuyßn
ßng ßn ßnh khi phanh, cing không ±ÿc phép ß t¿t c¿ các bánh xe bß hãm c ng t ÿ rong quá trình phanh.
9.3.2. Þn ßnh cÿa ô tô khi phanh n¿u các lÿc phanh phân bß không ßu
Trong quá trình phanh ô tô, trÿc dßc cÿa ô tô có thß bß nghiêng i
mßt góc γ nào ¿y so vßi ph±¡ng quÿ ¿o ang chuyßn ßng. Sß d) nh± v¿y là do tßng các l c
ÿ phanh sinh ra ß các bánh xe bên ph¿i khác vßi tßng các l c
ÿ phanh sinh ra ß các bánh xe bên trái và t¿o thành mômen quay vòng M ÿ ¿ ÿ ß ÿ q quanh tr c th ng
ng z i qua tr ng tâm T c a ô tô (hình 9.10).
Khi phanh mà ô tô bß quay i mßt góc quá mÿc quy ßnh s¿ ¿nh
h±ßng ¿n an toàn chuyßn ßng trên ±ßng. V¿y tính ßn ßnh cÿa ô tô
khi phanh là kh¿ nng ô tô giÿ c
±ÿ quÿ ¿o chuyßn ßng ± nh ý mußn
cÿa ng±ßi lái trong quá trình phanh.
Trong ph¿n này, chúng ta nghiên cÿu sÿ ßn ßnh cÿa ô tô khi phanh
mà các lÿc phanh phân bß không ßu. S¡ ß nghiên cÿu nh hì ± nh 9.10.
Gi¿ sÿ ô tô ang chuyßn ßng theo h±ßng cÿa trÿc x nh±ng sau khi
phanh thì ô tô bß lßch mßt góc γ. Trong khi phanh, ß các bánh xe bên ph¿i
có các lÿc phanh Fp.p1 ß c¿u tr±ßc và F p.p2 ß c¿u sau, còn ß các bánh xe
bên trái có các lÿc phanh Fp.t1 ß c¿u tr±ßc và F p.t2 ß c¿u sau.
Tßng các lÿc phanh ß các bánh xe bên ph¿i là: Fp.p = Fp.p1 +Fp.p2 (9.49) Và tßng các l c
ÿ phanh ß các bánh xe bên trái b¿ng: 158 Fp.t = Fp.t1 + Fp.t2 (9.50)
Gi¿ sÿ r¿ng tßng các lÿc phanh bên ph¿i F ¡ ß ÿ p.p lßn h n t ng các l c
phanh bên trái Fp.t lúc ó ô tô s¿ quay vòng theo h±ßng mii tên chß trên
hình 9.10 quanh trßng tâm T cÿa ô tô.
Mômen quay Mq ±ÿc xác ßnh theo bißu thÿc: B B B M = F - F = ( F - F ) (9.51) q p.p p.t p.p p.t 2 2 2
Do có ma sát giÿa bánh xe và m¿t ±ß ng cho nên khi xu¿t hiß n
mômen quay vòng Mq thì ß các bánh xe cÿa c¿u tr±ß c s ¿ có ph¿n lÿc Ry1
tác dÿng tÿ ±ß ng theo ph±¡ng ngang (hình 9.10) và ß các bánh xe sau
s¿ có ph¿n lÿc R y2 tác dÿng.
Ph±¡ng trình chuyß n ß ng cÿa ô tô ß i vß i tr ß ng tâm T ±ÿc vi¿t d±ß i d¿ng: ..
I ³ = M - R a - R b (9.52) z q y1 y2
Vì ô tô ã bß xoay i mß t góc γ ngh )a là xe dß bß tr±ÿt ngang.
* iß u ó cho th¿y hß sß bám ngang Ç có giá trß r¿t nh ß . M¿t khác do R y y1 f Z Ç Ç 1. và R (Z y y2 f Z2 . y
1, Z2 là ph¿n lÿc pháp tuy¿n tác d ÿng lên c¿u
tr±ß c, c¿u sau) nên suy ra Ry1, R y2 cing có giá trß r¿t nhß . Bß i v ¿y, ß
¡n gi¿n cho tính toán, ta có thß bß qua các lÿc R y1 và Ry2 , lúc ó
ph±¡ng trình (9.52) có d¿ng: .. .. M q I ³ = M ho¿c ³ = (9.53) z q Iz
Iz – Mômen quán tính khßi l ng ±ÿ
cÿa ô tô quanh trÿc z i qua trßng tâm T. M ÿ ß ß
j – Mômen quán tính c a ô tô khi xe b xoay m t góc 159
Hình 9.10: S¡ ß lÿc tác dÿng lên ô tô khi phanh mà có hißn t±ÿng quay
xe do lÿc phanh phân bß không ßu.
L¿y tích phân ph±¡ng trình (9.53) ta c ±ÿ : . M q ³ = t + C (9.54) 1 Iz .
Theo ißu kißn ban ¿u, khi t = 0 thì γ = 0 nên ³ = 0, thay vào (9.54) ta có: C1 = 0 , nên: . M q ³ = t (9.55) Iz
L¿y tích phân ph±¡ng trình (9.55) ta c ±ÿ : Mq 2 ³ = t + C 2 2Iz (9.56)
t – Thßi gian phanh. 160