Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS đến khả nang chuyển động ổn định của ôtô khi phanh

Cơ sở khoa học và thực tiễn của ủề tài

Việt Nam đang trải qua giai đoạn bùng nổ về phương tiện giao thông, trong khi cơ sở hạ tầng kỹ thuật vẫn còn thấp kém Hệ thống giao thông và luật lệ hướng dẫn giao thông còn nhiều bất cập và hạn chế Các phương tiện tham gia giao thông đa dạng về chủng loại, phong phú về kết cấu và tình trạng kỹ thuật Ý thức của người tham gia giao thông chưa cao, với thói quen sản xuất nhỏ và tiểu nông ăn sâu trong tiềm thức của nhiều người Do đó, trong những năm gần đây, vấn đề tai nạn giao thông trở thành một trong những vấn đề nghiêm trọng đối với toàn bộ hệ thống chính trị và xã hội Việt Nam.

Hệ thống phanh trên ôtô đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn, giúp giảm tốc độ hoặc dừng xe khi cần thiết Đây là một trong những bộ phận chính, quyết định khả năng điều khiển và kiểm soát phương tiện trên đường.

Chất lượng phanh của xe ô tô được đánh giá qua hiệu quả phanh, bao gồm quãng đường phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian và lực phanh Đồng thời, việc đảm bảo ổn định cho xe khi phanh là rất quan trọng Đây là vấn đề mà các nhà nghiên cứu ô tô luôn chú trọng và tìm kiếm giải pháp cải thiện.

Khi phanh trên đường trơn hoặc đường có hệ số bám (ϕ) thấp, hiện tượng trượt lết có thể xảy ra do bánh xe bị khóa cứng Điều này dẫn đến quãng đường phanh dài hơn và hiệu quả phanh giảm sút Nếu tất cả các bánh xe đều bị hãm cứng, ô tô sẽ mất ổn định, gây khó khăn cho việc điều khiển Trong trường hợp quay vũng, tình trạng này có thể dẫn đến hiện tượng quay vũng thiếu hoặc thừa, làm giảm tính ổn định khi vào cua.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu về luận văn thạc sĩ kỹ thuật, tập trung vào giải quyết vấn đề phanh Hệ thống phanh chống hãm cứng, hay còn gọi là “Anti-lock Braking System” (ABS), được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn trong quá trình phanh.

Ngày nay, hệ thống phanh ABS đóng vai trò quan trọng và trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho hầu hết các xe trên toàn thế giới Tại Việt Nam, nhiều xe nhập khẩu đã qua sử dụng và một số xe lắp ráp trong nước cũng được trang bị hệ thống này Tại hội thảo khoa học “Quản lý – Kỹ thuật trong công tác đăng kiểm phương tiện cơ giới đường bộ – Nha Trang 2000”, các chuyên gia đã đề xuất ban hành tiêu chuẩn quy định sử dụng xe có trang bị ABS với thời gian cụ thể, bắt đầu từ ô tô khách liên tỉnh, và trong tương lai sẽ không cho phép xe không có hệ thống ABS hoạt động.

Với xu hướng hội nhập ngày càng sâu rộng, thị trường ô tô tại Việt Nam đang trở nên phong phú về chủng loại và số lượng Việc khai thác, bảo trì và sửa chữa ô tô đóng vai trò quan trọng, giúp tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống chung và hệ thống ABS riêng biệt.

Tìm hiểu kỹ về hệ thống phanh và phân tích các tính năng kỹ thuật của nó là rất quan trọng Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống đến tính năng chuyển động ổn định khi phanh sẽ giúp giảm thiểu tai nạn giao thông tại Việt Nam.

Mục ủớch của ủề tài

Tìm hiểu đặc điểm về kết cấu hệ thống chống bó cứng phanh xe và nghiên cứu ảnh hưởng của nó đến tính năng chuyển động ổn định khi phanh, từ đó giúp khai thác và sử dụng hệ thống phanh với ABS hiệu quả cao nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông tại Việt Nam hiện nay.

Nhiệm vụ của ủề tài

- Xõy dựng mụ hỡnh chuyển ủộng của ụtụ khi phanh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3

- Sử dụng phương phỏp giải tich ủể giải bài toỏn mụ phỏng

- Sử dụng phần mềm thớch hợp ủể giải mụ hỡnh toỏn

- Kết luận ảnh hưởng của ABS ủến tớnh năng chuyển ủộng ổn ủịnh của mô hình

ðối tượng nghiờn cứu của ủề tài

ðề tài chọn ủối tượng nghiờn cứu là xe ụtụ Quõn sự UAZ-31512 cú lắp ABS

Nội dung nghiên cứu

Để giải quyết bài toán phanh, cần hiểu rõ về kết cấu hệ thống chống bó cứng bánh xe và nghiên cứu ảnh hưởng của nó đến tính năng chuyển động ổn định khi phanh Việc nghiên cứu lý thuyết về quá trình phanh chống bó cứng là rất quan trọng Từ đó, cần đưa ra các thông số cơ bản, thuật toán điều khiển của ABS, tính toán các số liệu hoạt động của ABS và thu thập, xử lý dữ liệu để đưa vào bảng dữ liệu.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHANH ÔTÔ CÓ SỬ DỤNG ABS

Nhiêm vụ quá trình phanh

Khi xe chuyển động với vận tốc ban đầu, việc cắt nguồn động lực từ động cơ sẽ làm xe chạy chậm lại hoặc dừng hẳn Năng lượng quán tính của xe sẽ bị tiêu hao do lực cản chuyển động của đường và lực cản không khí Để giảm vận tốc theo ý muốn, cần tạo ra lực cản để tiêu hao năng lượng quán tính, do đó hệ thống phanh trên xe được thiết kế Lực cản chủ yếu đến từ lực ma sát trong cơ cấu phanh, bao gồm ma sát giữa trống phanh với má phanh hoặc giữa bố phanh và đĩa phanh.

Một vấn đề quan trọng trong hoạt động của hệ thống phanh là hiện tượng hãm cứng bánh xe khi phanh gấp trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, đường ướt, hoặc băng tuyết Khi xảy ra hiện tượng này, quãng đường phanh sẽ kéo dài, dẫn đến hiệu quả phanh giảm và tình trạng mất tính ổn định, khả năng điều khiển xe cũng bị ảnh hưởng Nếu bánh xe trước bị hãm cứng, xe sẽ không thể chuyển hướng theo điều khiển; nếu bánh sau bị hãm cứng, sự khác biệt về hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải có thể gây ra hiện tượng lạng, khiến xe trượt ngang và chuyển động lệch hướng Đặc biệt, khi phanh trong lúc quay vũng, hiện tượng trượt ngang dễ dẫn đến việc quay vũng thiếu hoặc thừa, làm giảm tính ổn định của xe.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu luận văn thạc sĩ kỹ thuật về hiệu quả và tính ổn định khi phanh Hiện nay, hầu hết các phương tiện đều được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh, giúp ngăn chặn hiện tượng trượt lết của bánh xe, được gọi là Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS).

Chớnh vỡ vậy, ủể hệ thống phanh hoạt ủộng hiệu quả nú phải thoả món một loạt các yêu cầu riêng

Giữ tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn ủạp hoặc ủũn ủiều khiển với lực phanh trên bánh xe là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng phanh hiệu quả trong thời gian dài Việc này giúp duy trì sự ổn định và an toàn khi lái xe, đặc biệt trong những tình huống khẩn cấp.

Sự biến ủổi hệ số bỏm bỏnh xe với mặt ủường trong quỏ trỡnh phanh

Để chuyển động của bánh xe và mặt đường được hiệu quả, cần có một hệ số bám nhất định, được biểu thị bằng hệ số bám ϕ Hệ số này tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật thể, nhưng mối quan hệ giữa bánh xe và mặt đường rất phức tạp Nó không chỉ mang tính chất của một ly hợp ma sát mà còn liên quan đến nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng, do sự tiếp xúc giữa bề mặt gai lốp và mặt đường.

Hệ số bám của xe ảnh hưởng lớn đến khả năng điều khiển, đặc biệt khi hệ số bám thấp có thể dẫn đến hiện tượng trượt quay Hệ số bám ϕ giữa bánh xe và mặt đường được chia thành hai thành phần: hệ số bám dọc ϕ x, liên quan đến chuyển động trong mặt phẳng dọc, và hệ số bám ngang ϕ y, tương ứng với mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc.

Hệ số bỏm ϕ x giữa bỏnh xe và mặt ủường là tỷ số giữa lực phanh cực đại P P max và tải trọng thẳng đứng G tác dụng lên bỏnh xe.

Từ cụng thức trờn ta cú thể xỏc ủịnh lực phanh cực ủại sinh ra theo ủiều kiện bỏm của bỏnh xe chủ ủộng và mặt ủường b x p G

2.2.1 Cỏc yếu tố ảnh hưởng ủến hệ số bỏm:

+ Áp suất trong lốp xe: Khi tăng áp suất trong lốp xe thì hệ số bám lúc ủầu tăng nhưng sau ủú giảm

+ Tốc ủộ chuyển ủộng của bỏnh xe: Khi tăng tốc thỡ hệ số bỏm giảm từ từ theo dạng ủường cong

+ Tải trọng thẳng ủứng trờn bỏnh xe: Khi tăng tải trọng thẳng ủứng thỡ hệ số bỏm giảm ủi một ớt

Độ trượt giữa bánh xe chủ động và mặt đường ảnh hưởng lớn đến áp suất trong lốp, tốc độ chuyển động và tải trọng thẳng đứng Khi độ trượt tăng, hệ số bám sẽ gia tăng nhanh chóng, đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt từ 10 đến 30% Tuy nhiên, nếu độ trượt tiếp tục tăng, hệ số bám sẽ giảm, và khi độ trượt đạt 100% (tức là lốp trượt hoàn toàn khi phanh), hệ số bám giảm từ 20 đến 30% so với giá trị cực đại Đặc biệt, trên mặt đường ướt, mức giảm này có thể lên tới 50 đến 60%.

+ Ngoài hệ số bám dọc ϕ x còn hệ số bám ngang ϕ y nêu trên nó cũng chịu ảnh hưởng của các yếu tố trên

Hỡnh 2-1: ðặc tớnh trượt ứng với cỏc loại ủường khỏc nhau

Bảng 2-1: Thể hiện hệ số bỏm của một sụ loại ủường

Loại ủường vàtỡnh trạng mặt ủườg Hệ số bỏm ϕ

0.2-0.3 0.4-0.5 Độ trượt tối ưu Đường bê tông khô

2.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

2.2.2.1 Lực và moment tác dụng lên bánh xe khi phanh

Hỡnh 2-2: Sơ ủồ lực và moment tỏc dụng lờn bỏnh xe khi phanh

Khi người lái tác động vào bàn đạp phanh, cơ cấu phanh sẽ tạo ra moment phanh M p để giúp giảm tốc độ xe Lực phanh xuất hiện sẽ tạo ra phản lực tiếp tuyến pp, ngược chiều với hướng di chuyển của xe, được gọi là phản lực phanh.

+ Mp - moment phanh tác dụng làm hãm bánh xe

Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe và mặt đường, cùng với mô-men phanh Mp.

+ rb - bán kính làm việc bánh xe

Lực phanh giới hạn bởi ủiều kiện bỏm giữa bỏnh xe và mặt ủường ϕ P p Z b ϕ

+ Ppmax - lực phanh cực ủại cú thể sinh ra từ khả năng bỏm của bỏnh xe với mặt ủường

+P ϕ - lực bỏm của bỏnh xe với mặt ủường

+ Zb - phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe

+ ϕ - hệ số bỏm của bỏnh xe với mặt ủường ðiều kiện ủể bỏnh xe khụng bị trượt lết : P p max < P ϕ ðiều kiện ủể xe khụng bị trượt quay: P k max < P ϕ

Khi phanh, xe chuyển động với gia tốc chậm dần do mômen quán tính M jb tác dụng lên bánh xe, cùng chiều với chuyển động Đồng thời, mômen cản lăn Mf cũng tác động làm hãm bánh xe Do đó, lực hãm tổng cộng khi phanh bánh xe được xác định bởi các yếu tố này.

Trong quá trình phanh ô tô, moment phanh Mp tăng lên, nhưng khi bánh xe trượt hoàn toàn, hệ số ma sát ϕ giảm xuống mức thấp nhất, dẫn đến lực phanh giữa bánh xe và mặt đường cũng giảm, gây hiệu quả phanh kém Hơn nữa, nếu bánh xe trước bị trượt, sẽ làm mất tính ổn định hướng khi phanh, và nếu bánh sau cũng bị trượt, tình trạng này càng làm giảm tính ổn định trong quá trình phanh.

Do ủú ủể trỏnh hiện tượng trượt lết hoàn toàn thỡ trờn ụtụ hiện ủaị cú gắn thêm bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh

2.2.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

Momen phanh do cơ cấu phanh của bánh xe sinh ra, và mặt đường là nơi tiếp nhận lực từ bánh xe Lực này được tạo ra bởi sự tương tác giữa bánh xe và mặt đường, ảnh hưởng đến hiệu quả phanh.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cung cấp chương trình luận văn thạc sĩ kỹ thuật, trong đó nghiên cứu về 10 phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe và mặt đường Đặc trưng của hiện tượng này là hệ số bám ϕ, được thể hiện qua mối quan hệ giữa các yếu tố P và Z.

P max = = (2-4) Với: P p max - lực phanh cực ủại cú thể sinh ra từ khả năng bỏm của bỏnh xe với mặt ủường ϕ

P - lực bỏm giữa bỏnh xe với mặt ủường

Z b - phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe

Khi phanh gấp trên các loại đường có hệ số bám thấp, như đường trơn, lực phanh Pp có thể vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến tình trạng bánh xe bị hóm cứng và trượt Hệ số bám ϕ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường Do đó, duy trì hệ số bám cao trong quá trình phanh là mục tiêu cần được chú trọng đối với hệ thống phanh để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu.

Hình 2-3: Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết

Ký hiệu: v o - là vận tốc lý thuyết của bánh xe v - là vận tốc thực của bánh xe (là vận tốc thực của xe)

Trong ủú: ω k - vận tốc gúc của bỏnh xe [rad/s] r b - bán kính tính toán [m] r l - bán kính lăn của bánh xe [m]

Khi vận tốc thực tế của bánh xe vượt quá vận tốc lý thuyết, hiện tượng trượt sẽ xảy ra khi phanh, với tốc độ trượt được xác định bởi công thức: v = v_o - v_λ Độ trượt khi phanh có thể được hiểu như là sự chênh lệch giữa vận tốc thực tế và vận tốc lý thuyết của bánh xe.

= v v v v v v v λ o o λ (2-5) Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn, tức khi phanh bánh xe bị hãm cứng thì:

Dấu ( - ) chỉ ủộ trượt khi phanh Thực tế, người ta tớnh ủộ trượt tương ủối:

Khi λ = 100%, bánh xe bị hãm cứng và trượt lết hoàn toàn trên bề mặt ủường

2.2.2.3 ðặc tính trượt khi phanh ðộ trượt bỏnh xe xỏc ủịnh theo cụng thức sau: v r v ω b b λ = −

Trong ủú : ω b , λ b - lần lượt là vận tốc góc và bán kính tính toán của bánh xe v - tốc ủộ thực tế xe

Hỡnh 2-4: Sơ ủồ thể hiện sự thay ủổi hệ số bỏm

Từ ủồ thị, ϕ xmax phụ thuộc vào λ o, với λ o trong khoảng 20-30% cho thấy hệ số bỏm ủạt đạt giá trị cực đại và ϕ y cũng cao Tuy nhiên, ngoài khoảng này, hiệu quả phanh sẽ giảm.

Nếu giữ quá trình phanh xảy ra ở độ trượt λ o, lực phanh sẽ đạt hiệu quả tối ưu, đảm bảo ổn định cho xe khi phanh.

đánh giá chất lượng phanh

Xột theo quan điểm an toàn chuyển động và tính trực quan, việc quáng ủường phanh là chỉ tiêu cụ thể và dễ nhận biết nhất khi đánh giá hiệu quả phanh.

Quóng ủường phanh ký hiệu Sp là quá trình xe chuyển động được tính từ thời điểm người lái xe đặt chân lên bàn đạp phanh cho đến khi xe dừng hẳn lại.

S1: Quá trình phanh xe bắt đầu từ lúc người lái tác động lên bàn đạp phanh cho đến khi lực phanh đạt giá trị tối đa.

Khoảng thời gian này bao gồm thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh và thời gian cần thiết để tăng lực phanh từ không đến giá trị cực đại.

+ S2: là phần quóng ủường ủi ủược từ thời ủiểm lực phanh ủạt giỏ trị cực ủại tới khi xe dừng lại

+ S2 cũn gọi là phần quóng ủường phanh với hiệu quả phanh hoàn toàn

Ta cú cụng thức ủơn giản tớnh S2 : ϕ g

Quãng đường phanh S2 phụ thuộc vào hệ số bỏm ϕ và vận tốc chuyển động của xe, được mô tả bằng hàm bậc hai Nếu có sai số ∆v trong vận tốc ban đầu V0 của xe, quãng đường phanh S2 thực tế sẽ bị ảnh hưởng.

So sánh với S2 ta có:

Bỏ qua vô cùng bé bậc cao ∆ 2 v ta có:

∆ v là sai số tương ủối trong phộp ủo vận tốc V 0

Như vậy, sai số tương ủối khi xỏc ủịnh quóng ủường phanh thực tế lớn gấp hai lần sai số tương ủối khi ủo vận tốc của xe

Phân tích cho thấy rằng thông số quãng đường phanh là tiêu chí cụ thể dễ nhận biết để đánh giá hiệu quả phanh, nhưng nhược điểm là nó phụ thuộc vào việc xác định vận tốc ban đầu (V0) và thời gian chậm tác dụng khi phanh (S1).

2.3.2 Gia tốc chậm dần khi phanh

Thụng gia tốc phanh ớt phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của xe, điều này giúp chúng ta dễ dàng so sánh các kết quả thí nghiệm ở những chế độ chuyển động khác nhau.

Xét sự cân bằng của các lực tác dụng lên ô tô khi phanh (phương trình cân bằng lực kéo khi phanh) ta có: p i f j k P P P P P P

Khi phanh lực kộo P k = 0 trên ủường nằm ngang và lực cản lờn dốc Pi = 0, thực nghiệm cho thấy các lực cản như lực cản lăn Pf, lực cản không khí P ω, và lực cản do ma sát cơ khí P η đều rất nhỏ so với lực phanh P p Lực phanh P p chiếm đến 98% tổng lực cản sự chuyển động của ụ tụ, do đó có thể bỏ qua các lực P f, P η, P ω trong phương trình.

11) ủược viết lại như sau: P j = P p p a p i j P g j G

Nếu bỏ qua ảnh hưởng của các khối quay δ i ta có: a p G g j P ϕ

Từ (2-12) ta thấy trị số của gia tốc phanh phụ thuộc chủ yếu vào lực phanh tác dụng lên các bánh xe và trọng lượng của bánh xe G a

Khi phanh với lực phanh lớn nhất (phanh gấp) và theo ủiều kiện bỏm ta cú lực phanh cực ủại là Ppmax = ϕ G a

Từ (2-4) ta cú gia tốc phanh cực ủại là Jpmax = ϕ g Như vậy gia tốc phanh cực ủại phụ thuộc vào hệ số bỏm ϕ giữa bỏnh xe với mặt ủường

Giỏ trị lớn nhất ϕ max = 0,75 ữ 0,8 trờn ủường nhựa tốt và gia tốc trọng trường là g = 10 m/s 2 do ủú gia tốc cực ủại cú thể ủạt trị số Jpmax = 7,5 ữ 8 m/s 2

Hỡnh 2-5: Giản ủồ phanh thực tế

Thời gian phanh của xe phụ thuộc vào tốc độ ban đầu V0 khi thực hiện phanh Do đó, để sử dụng chỉ tiêu này một cách chính xác, cần xác định rõ tốc độ V0 của xe khi phanh.

Một trong những khú khăn khi xỏc ủịnh thời gian phanh là việc ủỏnh dấu thời ủiểm cuối cựng của quỏ trỡnh phanh (thời ủiểm dừng xe)

Ngoài ra ta khụng thể dựa vào cỏc kết quả ủo thời gian phanh ủể tớnh cỏc trị số Sp và Jp một cỏch chớnh xỏc ủược

2.3.4 Lực phanh trên các bánh xe

Cú thể căn cứ vào kớch thước kết cấu cơ cấu phanh, dẫn ủộng phanh ủể tính toán về mặt lý thuyết giá trị lực phanh bx p p r

P = M hoặc tính theo lực phanh riêng a p p G

= P γTrong ủú: P p - Lực phanh ụ tụ

Mp - Mô men phanh của các cơ cấu phanh rbx - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

G a - Trọng lượng toàn bộ của ô tô

Tuy nhiờn, kết quả nhận ủược sẽ sai khỏc nhiều so với kết quả ủo khi thí nghiệm

Trị số lực phanh thường được xác định thông qua các băng thử phanh, bao gồm băng thử kiểu quán tính và kiểu động lực Khi thực hiện thử nghiệm trên băng thử, chúng ta có thể loại bỏ các ảnh hưởng ngẫu nhiên từ điều kiện thời tiết và đường sá.

Nhược điểm của thí nghiệm đo hiệu quả phanh trên băng thử là giá trị lực phanh được sinh ra ở các bánh xe thông qua lực bám của lốp xe với bề mặt tựa của sàn (trong băng thử kiểu quán tính) hoặc bề mặt ngoài con lăn (trong băng thử con lăn).

Điều kiện tiếp xúc giữa bánh xe và mặt tựa (mặt ngoài con lăn) không hoàn toàn giống với điều kiện tiếp xúc thực tế của bánh xe với mặt đường.

+ Tốc ủộ của xe khi lăn trờn băng thử thấp 8 – 12 km/h.

Tớnh ổn ủịnh hướng ụtụ khi phanh

Tiêu chuẩn ổn định hướng của ụ tụ khi phanh rất quan trọng để đảm bảo rằng xe không va chạm vào các xe đang chạy song song hoặc ngược chiều, cũng như không bị lấn vào lề đường Tính ổn định hướng khi phanh được đánh giá qua các thông số cụ thể.

2.4.1 Góc lệch ôtô khi phanh

Cuối quá trình phanh, ụ tụ có thể bị quay một góc so với hướng chuyển động ban đầu do tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải khác với tổng lực phanh ở các bánh xe bên trái, tạo ra mô men quay vũng cưỡng bức M p quanh trục thẳng ứng.

Z thẳng gúc với mặt ủường ủi qua trọng tõm A của ụ tụ

Dựa vào hỡnh 2-6 cú thể xỏc ủịnh ủược gúc xoay thõn xe β bằng biểu thức:

+ β: Góc lệch khi phanh (góc nghiêng của trục dọc ô tô sau khi phanh so với hướng chuyển ủộng ban ủầu

Mô men quay vòng cưỡng bức xảy ra khi lực phanh tổng cộng ở các bánh xe bên phải không bằng lực phanh tổng cộng ở các bánh xe bên trái, cụ thể là P p ph = P p ph 1 + P p ph 2 khác với P p tr = P p tr 1 + P p tr 2.

Hỡnh 2-6: Sơ ủồ lực tỏc dụng lờn ụ tụ khi phanh và xe bị quay ngang

+ Iz: Moment quỏn tớnh của ụ tụ ủối với trục thẳng ủứng Z thẳng gúc với mặt ủường ủi qua trọng tõm ụ tụ

+ B: Chiều rộng cơ sở của xe

Hành lang phanh là chiều rộng của luồng đường cho phép, đảm bảo rằng khi phanh, xe không vượt ra ngoài phạm vi này để tránh va chạm với các phương tiện đang di chuyển song song hoặc vào lề đường.

2.4.3 Hệ số khụng ủồng ủều lực phanh

Hệ số khụng ủồng ủều lực phanh Kp được xác định riêng cho từng trục hoặc cho cả ụ tụ khi thử phanh trên bệ thử Công thức tính toán hệ số này là: max min max p p p p P.

Trong ủú, Ppmax và Ppmin đại diện cho lực phanh lớn nhất và nhỏ nhất tác dụng lên các bánh xe ở hai phía trên một trục hoặc ở hai bên (phải và trái) của ô tô.

Hệ số K p cho phép của các nhà máy chế tạo khi ô tô xuất xưởng (chế tạo hoặc sửa chữa) không vượt quá 15%.

Ảnh hưởng dẫn ủộng phanh ủến hiệu quả phanh

Để xác định hiệu quả của quá trình phanh, cần nghiên cứu mối quan hệ giữa gia tốc phanh Jp và thời gian t, cũng như mối quan hệ giữa lực phanh Pp và thời gian t thông qua các mô hình thực nghiệm.

Nhiều tỏc giả bằng cỏc thớ nghiệm ủó cú nhận xột là sự phụ thuộc của gia tốc phanh theo cỏc thời gian cú ủặc tớnh gần tuyến tớnh

Hình 2-7 minh họa giản ủồ phanh thực nghiệm của hệ thống phanh, cho thấy rằng khi cường độ phanh đạt khoảng 60 ÷ 65%, điểm 0 trên hình (2-8) tương ứng với thời điểm người lái xe phát hiện chướng ngại vật phía trước và nhận thức được cần phải thực hiện phanh.

Thời gian phản xạ của người lái (t1) từ khi phát hiện chướng ngại vật đến khi tác động vào bàn đạp phanh nằm trong khoảng 0,3 đến 0,8 giây, phụ thuộc vào trình độ của người lái Thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh (t2) là khoảng 0,05 đến 0,1 giây cho dẫn động phanh thủy lực và 0,2 đến 0,4 giây cho dẫn động phanh cơ khí Thời gian tăng gia tốc phanh (t3) từ 0 đến giá trị ổn định là 0,2 đến 0,4 giây cho dẫn động phanh thủy lực và 0,5 đến 0,75 giây cho dẫn động phanh cơ khí Thời gian phanh với giảm tốc ổn định (t4) là từ 1,5 đến 1,8 giây Cuối cùng, thời gian nhả phanh (t5) là 0,2 giây cho dẫn động phanh thủy lực và từ 1,5 đến 2 giây cho dẫn động phanh cơ khí.

Nếu không tính đến quãng đường trong thời gian phản xạ của người lái, quãng đường phanh thực tế tính từ khi tác dụng lực lên bàn đạp cho đến khi xe dừng hẳn sẽ dài hơn nhiều.

Trong thực tế thường sử dụng cụng thức tiện dụng sau: Nếu Sp ủo bằng m, t ủo bằng giõy, V0 ủo bằng km/h, Jp ủo bằng m/s 2

Hiệu quả của quá trình phanh phụ thuộc vào thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh (t2) và thời gian tăng gia tốc phanh (t3), với giá trị t2 và t3 phụ thuộc vào kiểu dẫn động và trạng thái kỹ thuật của hệ thống phanh Đối với dẫn động phanh thủy lực, t2 và t3 nằm trong khoảng từ 0,25 đến 0,5 giây, với thời gian chậm tác dụng khi phanh gấp cho xe du lịch là ≤ 0,25 giây và cho xe tải là ≤ 0,5 giây Nếu dẫn động phanh hoạt động không bình thường, t2 và t3 sẽ tăng lên đáng kể Cụ thể, nếu phanh chỉ tác dụng ở lần đạp thứ hai, t2 và t3 có thể tăng lên đến 0,6-0,7 giây, và nếu là lần đạp thứ ba, có thể lên tới 1 giây Đối với dẫn động phanh khí nén, t2 và t3 dao động trong khoảng 0,7 đến 1,0 giây, trong khi đối với dẫn động phanh điện, giá trị t2 và t3 nhỏ khoảng 1/1000 giây.

Ảnh hưởng tải trọng ụ tụ ủến quỏ trỡnh phanh

Để đảm bảo sự chuyển động ổn định giữa bánh xe và mặt đường, cần có một hệ số bám nhất định Nếu hệ số bám thấp, xe sẽ dễ bị trượt quay và khó khăn trong việc di chuyển về phía trước Hệ số bám này phụ thuộc vào tình trạng mặt đường (khô, ướt hay trơn trượt), tốc độ di chuyển của xe và độ trượt của bánh xe trên mặt đường.

Qua các nghiên cứu, chúng ta nhận thấy rằng sự phân bố tải trọng của xe phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe, và tọa độ này ảnh hưởng đến chất lượng vận hành của xe.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cung cấp chương trình luận văn thạc sĩ kỹ thuật, nghiên cứu về lượng bỏm của bánh xe trên mặt đường và tính ổn định dẫn hướng của xe.

Tải trọng phân bố lên xe như sau:

Trong ủú: m 1 - hệ số tải trọng phân bố các bánh xe cầu trước; m 2 - hệ số tải trọng phân bố lên các bánh xe cầu sau

Nếu xe ủứng yờn trờn ủường nằm ngang khụng kộo moúc thỡ :

 m1T, m2T - hệ số phân bố tải trọng tĩnh cầu trước và sau

Khi phanh xe trờn ủường bằng

Hệ số phân bố tải trọng cầu trước (m1p) và cầu sau (m2p) ảnh hưởng đáng kể đến sự phân bố tải trọng của xe, điều này phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm G của xe Trọng tâm G không chỉ tác động lớn đến lực bám của bánh xe với mặt đường mà còn ảnh hưởng đến tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe.

Lực bám P ϕ = G ϕ ϕ nên khi trọng lượng bám G ϕ tăng thì P ϕ cũng tăng làm lực phanh lớn nhất P p max cũng tăng

Phanh hoạt động hiệu quả nhất khi lực phanh tỷ lệ thuận với tải trọng của xe, điều này là cơ sở để điều chỉnh lực phanh trên hệ thống phanh ABS.

Xe không có ABS gặp khó khăn khi phanh do lực phanh không đồng đều giữa các bánh xe Tình trạng này xảy ra khi tải trọng phân bố không đều, thường là cầu trước chịu tải nặng hơn cầu sau Mặc dù lực phanh không tăng, nhưng cầu sau lại có thể mất tải trọng, dẫn đến tình trạng xe bị trượt và mất ổn định.

Khi xe có ABS, hệ thống sẽ điều chỉnh áp suất dầu phanh cho từng bánh xe Các cảm biến ở mỗi bánh sẽ gửi thông tin về tình trạng phanh đến ECU, từ đó ECU điều khiển bộ điều chỉnh áp suất dầu để đảm bảo các bánh xe không bị khóa Điều này giúp tối ưu hóa lực phanh theo chiều dọc và ngang, ngăn chặn hiện tượng trượt lết và nâng cao hiệu quả phanh.

Cấu trúc hệ thống phanh ABS

2.7.1 Cấu trúc hệ thống phanh ABS

Hỡnh 2.9: Sơ ủồ hệ thống phanh ABS trờn xe

1 Cảm biến tốc ủộ bỏnh xe, 2 Xi lanh,3 Xi lanh chớnh và cụm thủy lực

4 Hộp ựiều khiển,5 đèn báo ABS

2.7.1 Phõn loại hệ thống ABS theo kiểu ủiều khiển

ABS ủược ủiều khiển theo cỏc phương phỏp sau:

+ ðiều khiển theo ngưỡng trượt:

+ ðiều khiển ủộc lập hay phụ thuộc:

Loại 1 kờnh: Hai bánh sau được điều khiển chung, tương tự như hệ thống ABS thế hệ đầu tiên, chỉ trang bị ABS cho hai bánh sau vì chúng dễ bị hóm cứng hơn hai bánh trước khi phanh.

Loại 2 kờnh bao gồm một kờnh ủiều khiển chung cho hai bánh xe phía trước và một kờnh ủiều khiển chung cho hai bánh xe phía sau, hoặc một kờnh ủiều khiển cho hai bánh xe chéo nhau.

- Loại 3 kờnh: Hai kờnh ủiều khiển ủộc lập cho hai bỏnh trước, kờnh cũn lại ủiều khiển chung cho hai bỏnh sau

- Loại 4 kờnh: Bốn kờnh ủiều khiển riờng rẽ cho 4 bỏnh

Hiện nay, loại ABS điều khiển theo 3 và 4 kênh đang được sử dụng phổ biến Mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm riêng, được thể hiện qua các phương án bố trí khác nhau.

Một số mô hình thực tế

Hỡnh 2-10: S ơ ủồ hệ thống ABS ủiều khiển cỏc bỏnh sau

Hỡnh 2-11: S ơ ủồ hệ thống ABS ủiều khiển tất cả cỏc bỏnh

Bơm trợ lực lái và bình chứa dầu Đèn báo Khoá điện

LSP & BV chấp Bộ hành

Van ủieọn ba vũ trớ

ABS ECU Cảm biến tốc độ

Xi lanh bánh xe sau phải

Xi lanh bánh xe sau trái

Xi lanh bánh xe trước phải

Xi lanh bánh xe trước trái

2.7.2 Chu trỡnh ủiều khiển và nguyờn lý hoạt ủộng của ABS

Hỡnh 2-12 : Chu trỡnh ủiều khiển kớn của ABS

1 - Bộ chấp hành thủy lực; 2 - Xy lanh phanh chính;

3 - Xy lanh làm việc; 4 - Bộ ủiều khiển (ECU);

5 - Cảm biến tốc ủộ bỏnh xe

Quỏ trỡnh ủiều khiển của hệ thống ABS ủược thực hiện theo một chu trình kín như (hình 2-12) Các cụm của chu trình bao gồm:

- Tớn hiệu vào là lực tỏc dụng lờn bàn ủạp phanh của người lỏi xe, thể hiện qua áp suất dầu tạo ra trong xy lanh phanh chính

Tín hiệu điều khiển bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe và hộp điều khiển (ECU) Các tín hiệu tốc độ từ bánh xe cùng với các thông số như gia tốc và độ trượt được nhận diện và phản hồi liên tục về hộp điều khiển để xử lý kịp thời.

- Tớn hiệu tỏc ủộng ủược thực hiện bởi bộ chấp hành, thay ủổi ỏp suất dầu cấp ủến cỏc xy lanh làm việc ở cỏc cơ cấu phanh bỏnh xe

Hệ thống ABS (Chống bó cứng phanh) điều khiển lực phanh giữa bánh xe và mặt đường, tạo ra moment phanh thích hợp để duy trì hệ số bám tối ưu ABS giúp tận dụng khả năng bám đường cực đại, đảm bảo lực phanh lớn nhất khi cần thiết.

- Cỏc nhõn tố ảnh hưởng: như ủiều kiện mặt ủường, tỡnh trạng phanh, tải trọng của xe, và tỡnh trạng của lốp (ỏp suất, ủộ mũn,…)

- Quỏ trỡnh ủiều khiển của ABS ủược trỡnh bày dưới dạng sơ ủồ trạng thỏi ủược trỡnh bày trờn hỡnh (2-23)

Khi phanh chậm, gia tốc của xe giảm từ từ và hoạt động của hệ thống phanh diễn ra bình thường, không cần sự can thiệp của ABS Tuy nhiên, khi phanh gấp hoặc trên đường trơn, gia tốc giảm nhanh chóng có thể dẫn đến hiện tượng bó cứng phanh, lúc này ABS sẽ kích hoạt để điều chỉnh áp suất phanh nhằm ngăn chặn hiện tượng này Sau đó, áp suất phanh sẽ được điều khiển ở các chế độ giữ áp hoặc tăng/giảm áp, thực hiện chế độ tăng áp chậm hoặc nhanh để duy trì tình trạng trượt trong khoảng tối ưu.

Hỡnh 2-13 : Sơ ủồ trạng thỏi khụng gian biểu diễn hoạt ủộng của ABS

Giữ hay tăng, giảm áp

Chu kỳ giảm áp, giữ áp và tăng áp được điều khiển lặp lại tùy thuộc vào tình trạng trượt của các bánh xe Số chu kỳ điều khiển có thể dao động từ 4 đến 10 lần trong một giây, tùy vào điều kiện bề mặt đường Hệ thống ABS hoạt động hiệu quả với tốc độ điều khiển nhanh nhờ vào các tín hiệu điện tử và khả năng phản ứng, xử lý nhanh chóng của các bộ vi xử lý trong ECU.

2.7.2.2 Nguyờn lý hoạt ủộng ABS

Khi tác động lên bàn đạp phanh, áp suất trong dẫn động phanh tăng lên, làm gia tăng gia tốc chậm dần của bánh xe và tăng độ trượt của nút Sau khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong, gia tốc chậm dần của bánh xe tăng đột ngột, cho thấy bánh xe có xu hướng bị hóm cứng, giai đoạn này được gọi là pha I (pha tăng áp suất trong dẫn động phanh) Lúc này, bộ điều khiển ABS-ECU ghi lại gia tốc tại điểm 1 và ra lệnh cho bộ chấp hành giảm áp suất trong dẫn động phanh Sự giảm áp suất bắt đầu với độ chậm trễ nhất định do quán tính của các bộ phận trong hệ thống ABS, quá trình này diễn ra từ điểm 1 đến điểm 2, được gọi là pha II (pha giảm áp suất trong dẫn động phanh) Gia tốc của bánh xe giảm dần đến gần giá trị không tại điểm 2 Sau khi ghi lại giá trị này, bộ điều khiển ABS-ECU ra lệnh cho bộ chấp hành thực hiện ổn định áp suất trong dẫn động phanh, lúc này bánh xe lại tăng tốc gần đến vận tốc của xe, độ trượt giảm, hệ số bám dọc tăng lên, giai đoạn này được gọi là pha III (pha giữ áp suất ổn định).

Hỡnh 2-14: Sự thay ủổi cỏc thụng số M p , P, j khi phanh có chống hãm cứng bánh xe

Trong giai đoạn III, mụ men phanh được giữ cố định, làm tăng tốc độ của xe, trong khi gia tốc của xe giảm đến ngưỡng hạn chế 3 ứng với đoạn c3 Lúc này, ECU-ABS ghi lại giá trị gia tốc và ra lệnh cho bộ chấp hành tăng áp suất trong dẫn động phanh.

Sau khi hoàn thành giai đoạn 3, hệ thống ABS sẽ bắt đầu pha I của chu kỳ làm việc mới Phân tích cho thấy hệ thống này điều khiển mũi men phanh theo chu kỳ khép kín 1-2-3-1, như minh họa trong hình 2-14 a Trong giai đoạn này, bánh xe hoạt động gần với hệ số bám dọc cực đại ϕ x max và hệ số bám ngang ϕ y cũng đạt giá trị cao Nếu bánh xe bị hãm cứng, các thông số sẽ diễn biến theo đường nét trên hình 2-14a.

ðối tượng nghiên cứu

Xe UAZ-31512 là loại xe được sản xuất bởi Liên Xô cũ và đã được nhập khẩu vào Việt Nam từ nhiều năm trước với số lượng lớn Loại xe này chủ yếu phục vụ cho quân đội và các cơ quan dân sự có yêu cầu tính cơ động cao.

ðặc trưng kỹ thuật của xe ABS cho xe UAZ- 31512

3.2.1 Hệ thống phanh ô tô UAZ- 31512

Trên loại xe ôtô UAZ – 31512 thường sử dụng hệ thống phanh chính dẫn ủộng bằng thủy lực cú sơ ủồ nguyờn lý làm việc như sau

Hệ thống phanh của xe chỉ huy UAZ-31512, như mô tả trong hình 3.1, sử dụng dẫn động phanh hai dòng Xy lanh chính có hai đường dầu độc lập dẫn đến các xy lanh con, với mỗi dòng dẫn động được kết nối với một khoang của xy lanh phanh chính Khoang thứ nhất tương ứng với dòng dẫn động ra cầu sau, trong khi khoang thứ hai tương ứng với dòng dẫn động ra cầu trước.

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE UAZ – 31512

Stt Tên gọi Ký hiệu ðơn vị Giá trị

2 Khối lượng bản thân xe kg 1590

3 Khối lượng khi ủầy tải m kg 2350

4 Khối lượng chia ra cầu trước mt kg 970

5 Khối lượng chia ra cầu sau ms kg 1380

6 Chiều dài cơ sở của ô tô L m 2,38

7 Khoảng cỏch từ trọng tõm ủến tõm cầu trước a m 1,382

8 Khoảng cỏch từ trọng tõm ủến tõm cầu sau b m 0,998

9 Chiều cao trọng tâm xe h m 0,65

10 Bán kính tĩnh của bánh xe r m 0,4

3.2.2 Hệ thống phanh ô tô UAZ- 31512 sau khi cải tiến hệ thống phanh

Xe UAZ-31512 là một loại xe quân sự được ưa chuộng, thường được sử dụng làm xe chỉ huy và hoạt động tốt trên các loại địa hình khó khăn Để nâng cao khả năng ổn định, các nhà khoa học thuộc Học viện Kỹ thuật quân sự đã tiến hành lắp đặt hệ thống ABS cho xe Sau khi lắp đặt, hệ thống ABS đã được thử nghiệm và chứng minh đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của một chiếc ô tô trang bị ABS.

Cỏc yờu cầu ủối với hệ thống phanh ABS:

Khi phanh gấp cần ủảm bảo tớnh ổn ủịnh phanh và tớnh ổn ủịnh lỏi cho xe( giữ cho xe chuyển ủộng ủỳng quỹ ủạo)

Khi có sự cố về hệ thống ABS thì hệ thống phanh của xe vẫn làm việc như một hệ thống phanh thường

Thớch ứng nhanh về thời gian tỏc ủộng trờn cỏc loại ủường hệ số bỏm khỏc nhau, làm việc ổn ủịnh trờn mặt ủường cú hệ số bỏm thấp

Duy trỡ ủược ủộ trượt tương ủối giữa bỏnh xe với mặt ủường và ủiiốu chỉnh ủược ủộ trượt của bỏnh xe quanh giỏ trị λ 0 trong giới hạn hẹp

Hệ thống dẫn động điều khiển ABS cho xe UAZ-31512 được thiết kế với cấu trúc dẫn động K, bao gồm 4 kênh điều khiển độc lập cho từng bánh xe Hệ thống này sử dụng bộ chấp hành thủy lực loại 8 van với 2 vị trí, đảm bảo hiệu suất và an toàn khi vận hành.

Hỡnh 3-2 sơ ủồ hệ thống phanh ủược lắp trờn xe UAZ-31512 ðối với sơ ủồ ABS với 4 cảm biến và 4 kờnh ủiều khiển ủộc lập

“IRM/IR” bố chớ chộo, cỏc bỏnh xe phớa trước hoạt ủộng ủộc lập cải biờn

Bộ điều khiển "IRM/IR" với cấu trúc 2+2 giúp người lái xe dễ dàng điều khiển trong các tình huống phanh khẩn cấp Hệ thống ABS sử dụng 8 van điện tử ở 2 vị trí, bao gồm 4 van giữ áp suất và 4 van giảm áp suất, đảm bảo hoạt động hiệu quả trong việc duy trì an toàn cho xe.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cung cấp chương trình đào tạo thạc sĩ kỹ thuật với chuyên ngành liên quan đến chấp hành thủy lực Hệ thống này hoạt động tương tự như van ba vị trí, trong đó tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển các van dưới dạng điện áp.

Xây dựng mô hình toán

Quá trình phanh ô tô là một hệ thống phức tạp, với nhiều yếu tố biến đổi liên tục và phụ thuộc lẫn nhau Việc xây dựng một mô hình toán hoàn chỉnh để xem xét tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phanh gặp nhiều khó khăn Hệ thống phanh ô tô bao gồm ba yếu tố chính: Con người, thiết bị và điều kiện vận hành.

Môi trường có thể ảnh hưởng đến quá trình phanh, trong đó các yếu tố không phải lúc nào cũng được mô tả bằng phương trình toán học Để nghiên cứu quá trình này, có thể chia thành nhiều phương án và giải quyết từng trường hợp cụ thể, thậm chí cho từng loại đường khác nhau Mục đích là đơn giản hóa bài toán mà vẫn giữ được tính tổng quát Trước khi trình bày mô hình toán học, cần chấp nhận một số giả thiết nhất định.

+ Quá trình phanh là phanh gấp

+ Trong quỏ trỡnh phanh người lỏi khụng ủỏnh tay lỏi

Lực phanh không chỉ phụ thuộc vào khả năng bám của các bánh xe mà còn chịu ảnh hưởng từ các ngoại lực khác, tuy nhiên, những yếu tố này thường không được tính đến trong quá trình phanh Lực phanh là yếu tố duy nhất gây ra sự mất ổn định trong chuyển động Ngoài ra, các lực đàn hồi từ hệ thống treo cũng có thể được bỏ qua trong phân tích này.

+ Toạ ủộ trọng tõm của ụtụ nằm trờn mặt phẳng ủối xứng dọc của ụtụ + Coi mômen phanh sinh ra trên bốn bánh của ôtô là như nhau

Tình trạng mặt đường và lốp xe trên bốn bánh cần phải đồng nhất để đảm bảo an toàn khi lái xe Quá trình phanh sẽ diễn ra hiệu quả hơn trên mặt đường phẳng, không có độ dốc dọc và dốc ngang.

3.3.2 Mô hình không gian ô tô khi phanh

Trong nghiên cứu động lực học của hệ thống, chúng ta có thể thiết lập mô hình không gian với 6 bậc tự do để xây dựng các phương trình cân bằng lực và mômen Việc giải các phương trình này giúp chúng ta thu được các thông số động học và hình học theo thời gian Tuy nhiên, để đảm bảo kết quả khảo sát chính xác, mô hình cần phản ánh đầy đủ các yếu tố tác động lên hệ thống Trong thực tế, nghiên cứu động lực học có sự đa dạng, tùy thuộc vào mục đích mà các mô hình đơn giản hơn được đưa ra với một số yếu tố tác động và thông số nghiên cứu cụ thể Điều này mang lại hai lợi ích: thứ nhất, mô hình đơn giản giúp việc giải toán thuận lợi hơn; thứ hai, việc đưa vào ít thông số hơn giúp khảo sát mối quan hệ tương tác giữa các thông số đầu vào và đầu ra trở nên dễ dàng và chính xác hơn Để xây dựng mô hình toán khảo sát động học quá trình phanh, chúng ta cần xác định không gian các lực tác dụng trong quá trình phanh.

Mô hình không gian các lực tác dụng lên ôtô khi phanh giúp khảo sát quá trình động lực học của ô tô Để thực hiện việc này, chúng ta gắn các hệ trục tọa độ phù hợp.

Hệ trục toạ ủộ oxoyozo là hệ toạ ủộ cố ủịnh ủặt trờn mặt ủường, trục ozo là trục vuụng gúc vớớ mặt ủường zo y y yo x o

Hệ trục toạ ủộ oxyz là hệ toạ ủộ di ủộng ủược ủặt tại trọng tõm ụtụ

Trong ủú: Pfi: lực cản lăn trờn cỏc bỏnh xe

Z i : phản lực pháp tuyến của các bánh xe

Ryi: phản lực ngang của các bánh xe

M cq : mômen cản qoay của bánh xe

Mqt: mômen lực quán tính của bánh xe

Pjx,Pjy: lực quán tính theo phương các trục tương ứng

X1,2,3,4: lực phanh trên các bánh xe

Từ mô hình không gian trên, ta có các mô hình phẳng trong mặt phẳng song song với mặt ủường và mặt phẳng thẳng ủứng như sau :

Hỡnh 3.4: Sơ ủồ cỏc lực tỏc dụng trờn ụtụ khi phanh trong mặt phẳng nằm ngang

Hỡnh 3.5 Sơ ủồ lực tỏc dụng trờn ụtụ khi phanh trờn mặt phặng thẳng ủứng 3.3 3.Tính toán giá trị các thành phần lực và mômen

Trong quá trình phanh ôtô, các lực tác dụng chủ yếu đến từ mặt đường, và các lực này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giá trị, phương chiều và điểm đặt Để tính toán chính xác các lực này, cần phải xem xét các yếu tố ảnh hưởng cơ bản nhất và áp dụng kết quả nghiên cứu thực nghiệm vào công tác tính toán.

3.3.3.1 Xỏc ủịnh phản lực phỏp tuyến ðể xỏc ủịnh phản lực thẳng ủứng của mặt ủường lờn ụtụ ta viết phương trình cân bằng mômen cho hình 3.3 như sau:

Giải hệ phương trình ta có:

3.3.3.2 Xỏc ủịnh lực phanh trờn bỏnh xe

Điều kiện và hình thức không đồng nhất cùng trạng thái làm việc của các chi tiết trong hệ thống khiến lực phanh trên mỗi bánh xe luôn có giá trị biến đổi và khác nhau Do đó, lực phanh trên các bánh xe có thể xác định theo công thức sau: pi = pi/b.

M pi : mômen phanh tại các bánh xe do cơ cấu phanh sinh ra

R b: Bỏn kớnh ủộng lực học của bỏnh xe có hệ số sử dụng mụmen phanh (à≤1) Ở phần trước, ủó đã chỉ ra rằng ở giai đoạn đầu của quá trình phanh, lực phanh phát triển theo quy luật tuyến tính, có thể được diễn đạt bằng công thức 3.3: pmi pi b t.

P = K R à (3.4) t: khoảng cỏch thời gian từ lỳc bắt ủầu phanh cho tới khi lực phanh ủạt giỏ trị cực ủại

Kpmi: hệ số phát triển mômen phanh ở mỗi bánh xe Ở giai ủoạn t > t 1 lực phanh ủạt tới giỏ trị cực ủại, giỏ trị này cú thể là

+ Nếu Ppi < Pϕ thì lực phanh Pp=Ppi (3.5)

+ Nếu Ppi > Pϕ thì lực phanh Pp=Pϕ

Như vậy lực phanh tối ủa cú thể ủạt ủược theo khả năng bỏm: ΣPϕ= G.ϕ (3.6)

Trong ủú ϕ: hệ số bỏm của bỏnh xe với mặt ủường

3.3.3.3 Xỏc ủịnh phản lực ngang trên các bánh xe

Khi bánh xe không bị bó cứng, mômen quay của thân xe sẽ tạo ra các ngoại lực ngang từ mặt đường lên lốp, những lực này chống lại sự quay của thân xe Dưới tác dụng của lực bên, lốp xe bị biến dạng và lăn lệch một góc Mối quan hệ giữa lực bên và góc lăn lệch của lốp là phức tạp, nhưng có thể áp dụng công thức cho góc γ nhỏ.

Hệ số lăn lệch K y của lốp được xác định thông qua thực nghiệm Kết quả thực nghiệm cho thấy khi lực phanh thay đổi, hệ số K y cũng sẽ thay đổi tương ứng.

Giỏ trị của gúc γ sẽ ủược tớnh dựa trờn quan hệ ủộng học cho từng trường hợp cụ thể

Lực bám ngang của bánh xe với mặt đường đạt giá trị cực đại khi xe đứng yên, và giảm dần theo độ trượt của lốp Khi bánh xe bị trượt hoàn toàn, trị số lực bám này sẽ nhỏ nhất.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu luận văn thạc sĩ kỹ thuật, trong đó đề cập đến việc tính giá trị lực tác động lên bánh xe Dưới tác dụng của mô men xoay, vận tốc chuyển động của bánh xe sẽ bị lệch một góc γ so với trục đối xứng dọc thân xe Phản lực R từ mặt đường có xu hướng cản trở chuyển động và luôn ngược chiều với hướng vận tốc V.

` Mặt khỏc, ta biết rằng trong mọi trường hợp khi xe lăn trờn mặt ủường lực bỏm tổng hợp cú thể xỏc ủịnh:

Ri=Zi.ϕ (3.9) Phân tích lực bám này ra làm hai thành phần ta có:

Để xác định lực ngang tại mỗi bánh xe, ta xem xét hai trường hợp: khi bánh xe lăn không trượt (theo công thức 3.7) và khi bánh xe bị trượt (theo công thức 3.9) Phản lực tổng hợp của lực tác dụng lên bánh xe theo phương ngang được xác định như sau: Y i = Z i ϕ sinγ (3.10).

Y t, Y s : Tổng các lực ngang tác dụng lên các bánh xe cầu trước và sau

Lực cản lăn của bánh xe phụ thuộc vào các yếu tố cơ lý tính, mức độ biến dạng của mặt đường và lốp, áp suất lốp xe, cũng như tải trọng phương tiện Đặc biệt, lực cản lăn còn liên quan đến vận tốc di chuyển, mặc dù trong nhiều trường hợp, ảnh hưởng của vận tốc đến lực cản lăn có thể bị bỏ qua Công thức tính lực cản lăn được áp dụng để xác định giá trị chính xác.

P fi = G i f (3.12) f: hệ số ma sát cản lăn

Gi: trọng lượng trên các bánh xe

Cỏc kết quả khảo sỏt ủộng lực học phanh ụ tụ UAZ- 31512

3.5.1.Phanh cú ABS và khụng ABS trờn ủường nhựa

PAKS ðiều kiện mặt ủường thớ nghiệm Vo (km/h)

Phanh trong trường hợp có ABS

PAKS 1.1 Trờn ủường bờ tụng nhựa khụ 40

PAKS 1.2 Trờn ủường cỏt sỏi 35

PAKS 1.2 Trờn ủường khụ hệ số bỏm là ủồng nhất 35

Phanh trong trường hợp khụng cú tỏc ủộng của ABS

PAKS 2.1 Trờn ủường bờ tụng nhựa khụ 40

PAKS 2.2 Trờn ủường cỏt sỏi 35

Do thi gia toc khi phanh

KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUA ðỒ THỊ (PAKS 1.1 - PAKS 2.1)

Do van toc khi phanh

V a n t o c k h i p h a n h ( m /s ) a Có ABS b Không có ABS

Hình 3.11 ðồ thi thời gian phanh

Thoi gian phanh (s) g ia t o c p h a n h ( 1 /s -2 ) a.Có ABS b Không có ABS

Hình 3.12 ðồ thị gia tốc khi phanh

Do thi quang duong phanh th o i g ia n p h a n h ( s )

Do thi quang duong phanh

S y ( m ) a.Có ABS b Không có ABS

Hỡnh 3.13 ðồ thị quóng ủường phanh

Do thi goc quay than xe

Thoi gian phanh (s) a.Có ABS b Không có ABS

Hình 3.14 ðồ thị góc quay thân xe khi phanh

Phương án khảo sát 1.1 ( PAKS 1.1) ðiều kiện khảo sát:

Phanh ụ tụ cú tỏc ủộng của ABS

Vận tốc bắt ủầu phanh V 0 = 40 km/h

Kết quả chạy mô phỏng:

Toạ ủộ trọng tõm là:

Yc=-0.266 (m) ðộ lệch trọng tâm là: b=0.266 (m)

Bề rộng hành lang quét là:

Thời gian phanh là: tp=2.126 (s)

Thời ủiểm vận tốc gúc max: tm=0.737 (s)

Gia tốc phanh lớn nhất là: j=-5.227 (m/s2)

Phương án khảo sát 1.2( PAKS 2.1) ðiều kiện khảo sát:

Phanh ụ tụ khụng cú tỏc ủộng của ABS Vận tốc bắt ủầu phanh V 0 = 40 km/h Kết quả chạy mô phỏng:

Toạ ủộ trọng tõm là:

Xc.443 (m) Yc=-0.544 (m) ðộ lệch trọng tâm là : b=0.544 (m)

Bề rộng hành lang quét là : B=2.072 (m)

Thời gian phanh là: tp=2.332 (s) Quóng ủường phanh là:

S.750 (m) Thời ủiểm vận tốc gúc max là: tm=0.775 (s) Gia tốc phanh lớn nhất là: j=-4.764 (m/s2)

2 x 10 -3 Do thi goc quay than xe

3.5.2.Phanh cú ABS và khụng ABS trờn ủường cỏt sỏi

Phương án khảo sát 1.2 ( PAKS 1.2- PAKS 2.2)

V a n t o c k h i p h a n h ( m /s ) a Có ABS b Không có ABS

Hình 3.15 ðồ thi thời gian phanh

Thoi gian phanh (s) g ia t o c p h a n h ( 1 /s -2 ) a Có ABS b Không có ABS

Hình 3.16 ðồ thị gia tốc khi phanh

Quang duong phanh (s) a Có ABS b Không có ABS

Hỡnh 3.17 ðồ thị quóng ủường phanh

2 x 10 -3 Do thi goc quay than xe

Thoi gian phanh (s) a Có ABS b Không có ABS

Hình 3.18 ðồ thị góc quay thân xe khi phanh

Kết quả khảo sát PAKS 2.1 và PAKS 2.2

Phanh ụ tụ cú tỏc ủộng của ABS

Vận tốc bắt ủầu phanh V0 = 35 km/h

Kết quả chạy mô phỏng:

Toạ ủộ trộng tõm là:

Yc = -0.336 (m) ðộ lệch trọng tâm là : b=0.214 (m)

Bề rộng hành lang quét:

Thời ủiểm vận tốc gúc max: tm = 0.804 (s)

Gia tốc phanh lớn nhất :

Phanh ụ tụ khụng cú tỏc ủộng của ABS Vận tốc bắt ủầu phanh V0 = 35 km/h Kết quả chạy mô phỏng:

Toạ ủộ trộng tõm là:

Yc = -0.340 (m) ðộ lệch trọng tâm là : b=0.280 (m)

Bề rộng hành lang quét:

B = 1.850 (m) Thời gian phanh là: tp = 2.696 (s) Quóng ủường phanh :

S = 15.709 (m) Thời ủiểm vận tốc gúc max: tm = 0.844 (s) Gia tốc phanh lớn nhất:

3.5.3 Phanh cú ABS trờn ủường khụ,bằng phẳng cú hệ số bỏm bằng nhau và lực phanh các bánh là như nhau

Do thi goc quay than xe

Toạ ủộ trọng tõm: Xc=7.189 (m)

Yc=0.000 (m) ðộ lệch trọng tâm: b=0.000 (m)

Bề rộng hành lang quét: B=1.480 (m)

Thời ủiểm vận tốc quay max là: t m =1.466 (s)

Gia tốc lớn nhất là: j = -6.752 (m/s2)

Nhận xột: Dựa kết quả nghiờn cứu lý thuyết trờn ta cú thể ủưa ra một số kết kết luận sau

Với cựng vận tốc khi ủi trờn hai loại ủường khỏc nhau cú hệ số bỏm khác nhau

Khi xe ủi di chuyển trên các bề mặt có hệ số ma sát khác nhau, sự gia tăng quãng đường phanh và thời gian phanh, cũng như sự giảm gia tốc phanh, phụ thuộc vào sự suy giảm tổng lực phanh.

Các trạng thái gây nên lệch ngang quỹ đạo khi phanh gấp trong chuyển động thẳng xảy ra khi hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường giống nhau dọc theo trục dọc của xe.

Quá trình phanh sẽ trở nên nguy hiểm hơn khi tốc độ xe tăng lên, đặc biệt khi hệ số bám đường của xe ở một bên so với trục đối xứng dọc thân xe Điều này dẫn đến quỹ đạo lệch lớn, như được thể hiện trong PAKS-2.1.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHỆM

Tiêu đề	Luận Văn Thạc Sĩ Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Chống Bó Cứng Bánh Xe ABS Đến Khả Năng Chuyển Động Ổn Định Của Ôtô Khi Phanh
Tác giả	Nguyễn Trung Kiên
Người hướng dẫn	PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quạ
Trường học	Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	2,65 MB