KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ BẰNG MÔ HÌNH PHẲNG HAI VẾT

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong chương này luận văn đề cập đến tình hình và vấn đề giao thông đối với ô tô ở Việt Nam, lý thuyết về động lực học quá trình phanh ôtô và tính ổn định hướng của ô tô khi phanh, tình hình nghiên cứu về hệ thống phanh trong và ngoài nước. Trên cơ sở phân tích đó đặt ra mục tiêu, nội dung, phương pháp và phạm vi nghiên cứu đề tài.1.1. Tình hình giao thông và vấn đề an toàn giao thông đối với ô tô ở Việt Nam.1.1.1. Tình hình giao thông ở nước ta Hiện nay, ở nước ta mật độ các phương tiện tham gia giao thông trên đường ngày càng lớn, nhất là xe ô tô có nhiều chủng loại và tốc độ chuyển động cho phép ngày càng cao. Trong khi đó hạ tầng giao thông còn yếu kém , không theo kịp sự phát triển đa dạng của các phương tiện giao thông đường bộ. Tai nạn giao thông không chỉ gây ra thiệt hại về người mà còn gây lãng phí lớn tài sản của Nhà nước và nhân dân. Do vậy đặt ra vấn đề cấp thiết hàng đầu về việc quản lý, sử dụng xe và bảo đảm an toàn giao thông trên đường như thế nào để giảm thiểu tai nạn giao thông. Mặc dù trong những năm gần đây, đảng và nhà nước ta đã có những nghị quyết chuyên đề về an toàn giao thông, có rất nhiều biện pháp để giảm thiểu tai nạn giao thông nhưng kết quả đạt được chưa cao, vẫn còn ở mức báo động cao. Cụ thể:Năm201120122013 (Tính đến tháng 10)Số vụ tai nạn11869105608320Số người bị thương968075435848Số người chết949191817119(Theo trang thông tin điện tử lực lượng cảnh sát QLHC về TTATXH) Trong đó 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 mát lái. Theo số liệu thống kê sơ bộ của các nước, trong các nguyên nhân gây tai nạn giao thông đường bộ thì: + 60  70% do con người gây ra. + 20  30% do đường sá. + 10  15% do hư hỏng máy móc và trục trặc kỹ thuật. Trong 10  15% do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các hệ thống trên ôtô gây nên được thống kê như sau: + Hệ thống phanh : 52,2 – 74,4% + Hệ thống lái : 4,9 – 19,2% + Hệ thống chiếu sáng tín hiệu : 2,3 – 8.7% + Bánh xe : 2.5 – 10% + Hệ thống khác : 2,0 – 18,2% Từ các số liệu trên ta thấy rằng tai nạn giao thông do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai nạn do lỗi kỹ thuật. Do đó các nhà sản xuất, các nhà thiết kế liên tục đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu và phát triển để cải tiến, hoàn thiện hệ thống phanh. Tất cả đều hướng tới mục tiêu tăng hiệu quả phanh và tính ổn định hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc của hệ thống, qua đó đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả khai thác phương tiện. Hiện nay nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam, tiêu chuẩn về thiết kế, chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng đề ra những tiêu chuẩn nghiêm ngặt và chặt chẽ.1.1.2. Vấn đề an toàn giao thông đối với ô tô ở Việt Nam Giao thông đường bộ, mặt đường thường giới hạn, sự chuyển động của của các phương tiện tham gia giao thông mà nhất là ô tô không thể và không cho phép là những mặt đường vô tận. Nếu ô tô mất ổn định điều khiển dễ dàng dẫn tới mất an toàn giao thông. Khi ô tô chuyển động trên đường phải thực hiện theo quĩ đạo phức tạp, người lái luôn luôn thay đổi góc quay vành tay lái. Khi nâng cao tốc độ chuyển động của ô tô phải đảm bảo mối quan hệ giữa quĩ đạo chuyển động và góc quay vành tay lái phải tương đối với nhau. Trong nhiều trường hợp sự sai sót nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quĩ đạo chuyển động và mất an toàn giao thông. Chẳng hạn khi đi vào đường vòng ở tốc độ cao, gặp chướng ngại vật, phanh xe quá gấp dẫn đến bó lết các bánh xe làm mất khả năng điều khiển hoặc gia tốc hướng tâm tăng lên đột biến dẫn tới trượt bên các bánh xe và lật đổ. Khi khảo sát, quá trình xảy ra tai nạn của ô tô có thể do nhiều nguyên nhân. Trong mô hình “ Xe Môi trường Người lái” có thể chỉ ra các nhóm nguyên nhân: + Đối với người lái: Trình độ kỹ thuật thấp, chưa có kinh nghiệm nhiều. Trạng thái phản ứng chậm (Tâm sinh lý) Mệt mỏi tức thời. + Đối với môi trường: Đường xấu, chất lượng bề mặt không đồng đều, không đáp ứng các tiêu chuẩn đường bộ. Mật độ chướng ngại trên đường cao. Gió bên và các ngoại lực phát sinh. Tầm quan sát hạn chế. + Đối với ô tô: Các thông số kết cấu không hợp lý. Các hư hỏng sự cố bất thường của kết cấu. Sự liên quan của quĩ đạo chuyển động của ô tô tới an toàn chuyển động cũng tương tự như các nguyên nhân trên. Trách nhiệm của cán bộ kỹ thuật trong ngành ô tô là phải hạn chế đến mức thấp nhất các nguyên nhân gây mất an toàn. Trong đó các nguyên nhân thuộc về cấu trúc của ô tô là những nguyên nhân trước hết cần được giảm thiểu. Hiện nay các nước có nền công nghiệp ô tô hiện đại, vấn đề đảm bảo hiệu quả phanh của ô tô được đặt lên hàng đầu và đưa ra các tiêu chuẩn pháp lý rất cao, do vậy đã góp phần rất lớn trong việc giảm các tai nạn giao thông. Sự tăng tốc độ trung bình của ô tô đi kèm theo các yêu cầu về tính điều khiển ngày càng chặt chẽ. Do vậy cơ sở lý thuyết về tính điều khiển của ô tô cũng được đề cập ở mức độ sâu sắc hơn. Việc đưa các hệ thống điều khiển tự động vào ô tô trước hết phải nắm chắc cơ sở lý luận về tính điều khiển. Từ những năm thuộc thập kỷ 80 của thế kỷ 20 này cơ sở lý luận này đã được đưa vào giáo trình Đại học ở các nước với mức độ khác nhau. Ở nước ta trong quá trình sử dụng ô tô cũng cần thiết phải hiểu biết các kết cấu liên quan nhằm bước đầu khai thác tốt sau đó sử dụng chúng để giảm bớt các tai nạn giao thông trên đường.1.2. Động lực học quá trình phanh và tính ổn định hướng của ô tô khi phanh1.2.1 Động lực học quá trình phanh ôtô Phanh ôtô là một quá trình tạo ra và thay đổi lực cản chuyển động nhân tạo đối với ôtô nhằm mục đích giảm vận tốc chuyển động của nó hoặc giữ cố định ôtô trên đường. Hay trong những trường hợp cần phải giảm tốc độ đột ngột (trường hợp phanh gấp). Quá trình phanh ôtô được đánh giá bởi hiệu quả phanh. Hiệu quả phanh là tập hợp các tính chất nhằm xác định gia tốc phanh lớn nhất của ôtô khi nó chuyển động trên các loại đường khác nhau và làm việc ở chế độ phanh, xác định giới hạn của ngoại lực khi ôtô được phanh cố định trên đường hoặc có vận tốc chuyển động tối thiểu khi chuyển động xuống dốc. Quá trình phanh ôtô gồm có các quá trình sau: Phanh cấp tốc, phanh chậm dần, phanh cố định xe trên dốc. Để đạt được chất lượng phanh tối ưu, hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau đây: Làm việc ổn định, bền vững, tin cậy. Độ nhạy phải cao. Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm. Phanh êm dịu trong các trường hợp, nhằm đảm bảo an toàn cho khách và hàng hóa. Giữ cho ôtô đứng yên khi cần thiết. Đảm bảo tính ổn định chuyển động, tính ổn định hướng và tính điều khiển của ôtô khi phanh. Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe chuyển động thẳng và khi quay vòng. Hệ số ma sát giữa má phanh và tang phanh cao, ổn định trong mọi điều kiện sử dụng. Có khả năng thoát nhiệt tốt. Điều khiển thuận tiện, nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ và hệ thống phanh phải có tác dụng tùy động.1.2.1.1 Lực và mô men phanh sinh ra ở bánh xe Trên hình 1 trình bày lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh. 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 Mp nhằm hãm bánh xe lại. Lúc đó tại chỗ tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp: Chiều Pp ngược chiều chuyển động Phương song song với mặt phẳng nằm ngang Điểm đặt tại tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp và đườngHình 1.1: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanhTrong đó:Mp : Là mô men phanh tác dụng lên bánh xeMJK : Mô men quán tính của bánh xeMf : Mô men cản lănPp : Là lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đườngPj : Lực quán tínhrd : Là bán kính động lực học của bánh xeRK : Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe Phản lực tiếp tuyến Pp này gọi là lực phanh và được xác định theo biểu thức: (1.1) Lực phanh sinh ra ở bánh xe có thể điều chỉnh từ 0 đến giá trị lớn nhất Ppmax Lực phanh lớn nhất Ppmax bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường: (1.2) Trong đó: P : Lực bám giữa bánh xe với mặt đường : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường Khi phanh bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, do đó trên bánh xe xuất hiện mô men quán tính MJK tác dụng cùng chiều với chuyển động của bánh xe. Ngoài ra còn có mô men cản lăn Mf tác dụng ngược chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hãm bánh xe lại. Như vậy khi phanh, lực hãm tổng cộng sẽ là: (1.3) Trong quá trình phanh ôtô mô men phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ dẫn đến sự trượt lết bánh xe. Khi bánh xe bị trượt hoàn toàn thì hệ số bám sẽ có giá trị thấp nhất. Điều này làm cho lực phanh sinh ra giữa các bánh xe với mặt đường là nhỏ nhất, làm cho hiệu quả phanh thấp nhất và do vậy quãng đường phanh sẽ tăng lên (khi phanh bánh xe bị hãm cứng hiệu quả phanh có thể giảm từ 25% 30%). Mặt khác, nếu bánh xe trước bị trượt lết (hãm cứng) sẽ làm mất tính dẫn hướng khi phanh, còn nếu các bánh xe sau bị trượt lết sẽ làm mất tính ổn định khi phanh.1.2.1.2 Phương trình động lực học khi phanh Khi đang chuyển động trên đường cũng như khi bắt đầu vào chế độ phanh ôtô chịu tác dụng của nhiều nội lực và ngoại lực phức tạp. Để đơn giản và thuận tiện cho việc tính toán, ta đưa ra một số giả thiết sau: + Khảo sát mô hình phẳng của ôtô hai cầu, không tính đến ảnh hưởng của chiều rộng bánh xe, các bánh xe của một cầu được coi là một. + Hệ số bám của các bánh xe ở các cầu là không đổi và bằng nhau. + Toàn bộ khối lượng của ôtô tập trung tại trọng tâm xe. + Xe chuyển động trên đường phẳng, nằm ngang, lớp phủ đồng nhất. + Phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe đi qua trục bánh xe. Sự chuyển dời tâm áp lực được kể đến qua mô men cản lăn. + Bánh xe tiếp xúc với mặt đường tại một điểm. + Không kể đến các yếu tố ảnh hưởng của người lái và ảnh hưởng kết cấu của hệ thống phanh. + Khi tính toán được tính cho chế độ phanh có cường độ phanh là lớn nhất (phanh cấp tốc). + Xe chuyển động thẳng không đổi hướng trong khi phanh Từ các giả thiết trên, sơ đồ khảo sát động lực học quá trình phanh xe được đưa ra như trên hình 2. Giả sử ô tô chuyển động thẳng trên đường nằm ngang với vận tốc , khi phanh vận tốc giảm dần và gia tốc j < 0 Trên hình 1.2 là sơ đồ mô tả lực tác dụng lên ô tô khi phanh Hình 1.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh Trong đó:Pp1, Pp2 : Lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước và sauG : Trọng lượng toàn bộ ô tôRK1, RK2 : Các phản lực thẳng góc của bánh xe trước và sauPj : Lực quán tínhPw : Lực cản không khíL : Chiều dài cơ sở của xe a : là khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước.b : là khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau.hg : Chiều cao từ trọng tâm của xe đến mặt đườnghw : Khoảng cách lực cản không khí đến mặt đườngMf1, Mf2 : Mô men cản lăn bánh xe trước và sau + Lực phanh Pp1 và Pp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và ngược chiều chuyển động của ôtô. + Lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần, Pj đặt tạitrọng tâm ô tô, cùng chiều chuyển động của ô tô. Được xác định theo biểu thức sau: (1.4) Trong đó:g : Gia tốc trọng trườngJp : Gia tốc chậm dần khi phanh : Hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay + Trọng lượng ôt ô G đặt tại trọng tâm của ô tô. + Phản lực pháp tuyến của đường RK1 và RK2 và các lực cản lăn Pf1, Pf2 tương ứng đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe cầu trước, cầu sau với đường. + Lực cản không khí Pw Khi phanh, lực cản không khí Pw và lực cản lăn Pf1, Pf2 là nhỏ có thể bỏ qua, điều này chỉ gây sai số khoảng (1,5 2%). Bằng cách lập các phương trình cân bằng mô men của các lực tác dụng lên ô tô khi phanh đối với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường ở bánh trước hoặc bánh sau , ta có thể xác định các phản lực thẳng góc RK1 và RK2 như sau: => (1.5) Nhận xét: Các phản lực tiếp tuyến tại bánh xe là hàm bậc nhất đối với lực phanh và phụ thuộc vào trọng lượng của ô tô khi phanh và tọa độ trọng tâm. Từ (1.4) và (1.5) ta có: (1.6) Theo điều kiện bám thì Ppmax . Khi tính toán ta lấy: => (1.7) 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 Pj tác 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: (1.8) Do bỏ qua lực cản không khí và lực cản lăn, nên khi phanh thì:Pj = Pp và Pjmax = Ppmax = G. Thay Pjmax vào (1.8) ta được: (1.9) Nhận xét: Tỷ số giữa lực phanh bánh xe trước và bánh xe 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 trong điều kiện sử dụng của ô tô thì tọa độ trọng tâm luôn thay đổi do chất tải khác nhau và hệ số bám cũng thay đổi do ô tô có thể chạy trên các loại đường khác nhau, do vậy tỷ số Pp1Pp2 luôn thay đổi trong điều kiện sử dụng. Để đảm bảo điều kiện phanh thì tỷ số Pp1Pp2 phải tuân theo (1.9). Muốn vậy phải thay đổi được mô men phanh MP1, MP2 sinh ra ở các cơ cấu phanh trước và phanh sau. Trên các ô tô hiện đại thường lắp thêm các cơ cấu nhằm tự động điều chỉnh lực phanh bằng cách thay đổi quan hệ áp suất dẫn động ra cơ cấu phanh cầu trước và cơ cấu phanh cầu sau. Sử dụng phương trình cân bằng lực kéo áp dụng trong trường hợp khi xe chuyển động trên đường nằm ngang, không kéo moóc theo sơ đồ khảo sát như hình 1.2 ta có:Pj Pf Pp Pw = 0 Pj = Pf + Pp + Pw (1.10)Hay có thể viết: (1.11) Trong đó:Pp : Tổng lực phanh ở các bánh xeNS : Quãng đường phanhmKw : Hệ số cản không khíF = B.H: Diện tích cản chính diện của ô tô B : là chiều rộng lớn nhất của xe«t«mH : là chiều cao lớn nhất của xe «t«mf : là hệ số cản lăn của xe Trong thực tế, khi ô tô chuyển động với vận tốc nhỏ hơn 100kmh thì lực cản không khí có thể bỏ qua.

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình giao thông và vấn đề an toàn giao thông đối với ô tô ở Việt Nam

Tình hình giao thông ở nước ta

Hiện nay, mật độ phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô, ngày càng tăng nhanh tại Việt Nam, trong khi hạ tầng giao thông còn yếu kém và không theo kịp sự phát triển này Tai nạn giao thông không chỉ gây thiệt hại về người mà còn lãng phí tài sản của Nhà nước và nhân dân Do đó, việc quản lý và sử dụng xe cũng như đảm bảo an toàn giao thông trở thành vấn đề cấp thiết để giảm thiểu tai nạn Mặc dù Đảng và Nhà nước đã ban hành nhiều nghị quyết và biện pháp nhằm tăng cường an toàn giao thông trong những năm gần đây, nhưng kết quả đạt được vẫn chưa cao, tình trạng tai nạn vẫn ở mức báo động.

(Theo trang thông tin điện tử lực lượng cảnh sát QLHC về TTATXH)

Khoảng 10% vụ tai nạn giao thông xảy ra do tình huống cần dừng khẩn cấp, khi tài xế đạp phanh mạnh đột ngột, dẫn đến hiện tượng rê bánh và trượt xe, gây mất lái Theo thống kê sơ bộ từ nhiều quốc gia, đây là một trong những nguyên nhân chính gây ra tai nạn giao thông đường bộ.

+ 60  70% do con người gây ra

+ 10  15% do hư hỏng máy móc và trục trặc kỹ thuật

Trong 10  15% do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các hệ thống trên ôtô gây nên được thống kê như sau:

+ Hệ thống chiếu sáng tín hiệu : 2,3 – 8.7%

Tai nạn giao thông do lỗi hệ thống phanh chiếm tỷ lệ cao nhất trong các vụ tai nạn kỹ thuật, thúc đẩy các nhà sản xuất và thiết kế không ngừng nghiên cứu và cải tiến hệ thống phanh Mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả phanh, tính ổn định khi phanh và độ tin cậy của hệ thống, từ đó đảm bảo an toàn trong di chuyển và tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phương tiện Hiện nay, nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam, đã thiết lập các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về thiết kế, chế tạo và sử dụng hệ thống phanh.

Vấn đề an toàn giao thông đối với ô tô ở Việt Nam

Giao thông đường bộ thường gặp phải những hạn chế về mặt đường, khiến cho sự di chuyển của các phương tiện, đặc biệt là ô tô, không thể diễn ra một cách tự do Sự mất ổn định trong việc điều khiển ô tô có thể dẫn đến những rủi ro nghiêm trọng về an toàn giao thông.

Khi ô tô di chuyển, người lái cần liên tục điều chỉnh góc quay của vô lăng để phù hợp với quỹ đạo phức tạp của xe Tăng tốc độ đòi hỏi mối quan hệ hợp lý giữa quỹ đạo chuyển động và góc quay vô lăng Một sai sót nhỏ trong điều khiển có thể dẫn đến mất quỹ đạo và gây nguy hiểm trong giao thông Ví dụ, khi vào khúc cua với tốc độ cao hoặc khi phanh gấp, xe có thể bị trượt hoặc lật do bánh xe không còn khả năng kiểm soát.

Khi khảo sát tai nạn ô tô, có nhiều nguyên nhân có thể dẫn đến sự cố Mô hình "Xe - Môi trường - Người lái" giúp xác định các nhóm nguyên nhân khác nhau.

- Trình độ kỹ thuật thấp, chưa có kinh nghiệm nhiều.

- Trạng thái phản ứng chậm (Tâm sinh lý)

- Đường xấu, chất lượng bề mặt không đồng đều, không đáp ứng các tiêu chuẩn đường bộ.

- Mật độ chướng ngại trên đường cao.

- Gió bên và các ngoại lực phát sinh.

- Tầm quan sát hạn chế.

Động lực học quá trình phanh ôtô và tính ổn định hướng của ô tô khi

- Các thông số kết cấu không hợp lý.

- Các hư hỏng sự cố bất thường của kết cấu.

Quỹ đạo chuyển động của ô tô có mối liên quan chặt chẽ đến an toàn giao thông, tương tự như các nguyên nhân khác gây mất an toàn Cán bộ kỹ thuật trong ngành ô tô cần phải nỗ lực giảm thiểu các nguyên nhân gây mất an toàn ở mức thấp nhất Đặc biệt, các nguyên nhân liên quan đến cấu trúc của ô tô là những yếu tố cần được ưu tiên giảm thiểu đầu tiên.

Hiện nay, các quốc gia có nền công nghiệp ô tô hiện đại đặt vấn đề hiệu quả phanh lên hàng đầu, áp dụng các tiêu chuẩn pháp lý cao nhằm giảm tai nạn giao thông Sự gia tăng tốc độ trung bình của ô tô yêu cầu tính điều khiển ngày càng chặt chẽ, dẫn đến việc nghiên cứu sâu sắc hơn về cơ sở lý thuyết của tính điều khiển Việc tích hợp các hệ thống điều khiển tự động vào ô tô yêu cầu hiểu biết vững chắc về lý thuyết này, và từ thập kỷ 80, nó đã được đưa vào giáo trình đại học ở nhiều quốc gia Tại Việt Nam, việc hiểu biết về các kết cấu ô tô là cần thiết để khai thác và sử dụng hiệu quả, từ đó giảm thiểu tai nạn giao thông trên đường.

1.2 Động lực học quá trình phanh và tính ổn định hướng của ô tô khi phanh

1.2.1 Động lực học quá trình phanh ôtô

Phanh ôtô là quá trình tạo ra lực cản để giảm tốc độ hoặc giữ ôtô đứng yên trên đường Điều này đặc biệt quan trọng trong các tình huống cần giảm tốc độ đột ngột, như khi phanh gấp.

Hiệu quả phanh ôtô được đánh giá qua khả năng gia tốc phanh tối đa trên các loại đường khác nhau Nó xác định giới hạn của ngoại lực khi ôtô phanh cố định hoặc khi di chuyển với vận tốc tối thiểu trên đường dốc.

Quá trình phanh ôtô bao gồm phanh cấp tốc, phanh chậm dần và phanh cố định xe trên dốc Để đạt chất lượng phanh tối ưu, hệ thống phanh cần đáp ứng các yêu cầu cần thiết.

- Làm việc ổn định, bền vững, tin cậy.

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm.

- Phanh êm dịu trong các trường hợp, nhằm đảm bảo an toàn cho khách và hàng hóa.

- Giữ cho ôtô đứng yên khi cần thiết.

- Đảm bảo tính ổn định chuyển động, tính ổn định hướng và tính điều khiển của ôtô khi phanh.

- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe chuyển động thẳng và khi quay vòng.

- Hệ số ma sát giữa má phanh và tang phanh cao, ổn định trong mọi điều kiện sử dụng.

- Có khả năng thoát nhiệt tốt.

- Điều khiển thuận tiện, nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ và hệ thống phanh phải có tác dụng tùy động.

1.2.1.1 Lực và mô men phanh sinh ra ở bánh xe

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra mô men ma sát (mô men phanh Mp) để hãm bánh xe Tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, phản lực tiếp tuyến Pp xuất hiện, góp phần vào quá trình phanh.

- Chiều Pp ngược chiều chuyển động

- Phương song song với mặt phẳng nằm ngang

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

Hình 1.1: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

Mp : Là mô men phanh tác dụng lên bánh xe

MJK : Mô men quán tính của bánh xe

Mf : Mô men cản lăn

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

M f rd : Là bán kính động lực học của bánh xe

RK : Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe

Phản lực tiếp tuyến Pp này gọi là lực phanh và được xác định theo biểu thức: p p d

- Lực phanh sinh ra ở bánh xe có thể điều chỉnh từ 0 đến giá trị lớn nhất

Ppmax Lực phanh lớn nhất Ppmax bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường: P p max  P   R K  (1.2) Trong đó:

P  : Lực bám giữa bánh xe với mặt đường

Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường ảnh hưởng lớn đến hiệu quả phanh Khi phanh, bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, tạo ra mô men quán tính MJK cùng chiều với chuyển động, trong khi mô men cản lăn Mf lại tác dụng ngược chiều, làm giảm tốc độ bánh xe Tổng lực hãm khi phanh được xác định bởi sự kết hợp của các yếu tố này.

Trong quá trình phanh ôtô, mô men phanh tăng lên có thể dẫn đến tình trạng trượt lết bánh xe, làm giảm hệ số bám và hiệu quả phanh Khi bánh xe trượt hoàn toàn, lực phanh giữa các bánh xe và mặt đường giảm, dẫn đến quãng đường phanh tăng lên, có thể giảm hiệu quả phanh từ 25% đến 30% Nếu bánh xe trước bị trượt, tính dẫn hướng sẽ bị mất, trong khi trượt ở bánh xe sau sẽ làm giảm tính ổn định khi phanh.

1.2.1.2 Phương trình động lực học khi phanh

Khi ô tô di chuyển trên đường và khi bắt đầu phanh, nó phải chịu tác động của nhiều lực nội và ngoại phức tạp Để thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta sẽ đưa ra một số giả thiết cơ bản.

+ Khảo sát mô hình phẳng của ôtô hai cầu, không tính đến ảnh hưởng của chiều rộng bánh xe, các bánh xe của một cầu được coi là một.

+ Hệ số bám của các bánh xe ở các cầu là không đổi và bằng nhau.

+ Toàn bộ khối lượng của ôtô tập trung tại trọng tâm xe

Xe di chuyển trên bề mặt đường phẳng và đồng nhất, nơi phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác động lên bánh xe thông qua trục bánh xe Sự dịch chuyển của tâm áp lực cũng được tính đến qua mô men cản lăn.

+ Bánh xe tiếp xúc với mặt đường tại một điểm.

+ Không kể đến các yếu tố ảnh hưởng của người lái và ảnh hưởng kết cấu của hệ thống phanh.

+ Khi tính toán được tính cho chế độ phanh có cường độ phanh là lớn nhất (phanh cấp tốc).

+ Xe chuyển động thẳng không đổi hướng trong khi phanh

Từ các giả thiết trên, sơ đồ khảo sát động lực học quá trình phanh xe được đưa ra như trên hình 2.

Giả sử ô tô chuyển động thẳng trên đường nằm ngang với vận tốc v 1, khi phanh vận tốc v 1 giảm dần và gia tốc j < 0

Trên hình 1.2 là sơ đồ mô tả lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Hình 1.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Pp1, Pp2 : Lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước và sau

G : Trọng lượng toàn bộ ô tô

RK1, RK2 : Các phản lực thẳng góc của bánh xe trước và sau

Pw : Lực cản không khí

Chiều dài cơ sở của xe được xác định bằng khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước (a) và khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau (b) Ngoài ra, chiều cao từ trọng tâm của xe đến mặt đường (hg) và khoảng cách lực cản không khí đến mặt đường (hw) cũng là những yếu tố quan trọng trong thiết kế và vận hành xe.

Mf1, Mf2 : Mô men cản lăn bánh xe trước và sau

+ Lực phanh Pp1 và Pp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và ngược chiều chuyển động của ôtô.

Lực quán tính Pj xuất hiện khi ô tô phanh, gây ra gia tốc chậm dần Pj được đặt tại trọng tâm của ô tô và có cùng chiều với chuyển động của xe Lực này được xác định theo công thức: j p j.

Trong đó: g : Gia tốc trọng trường

Jp : Gia tốc chậm dần khi phanh

 j : Hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay + Trọng lượng ôt ô G đặt tại trọng tâm của ô tô.

Phản lực pháp tuyến tại các điểm tiếp xúc của bánh xe cầu trước (RK1) và cầu sau (RK2) được xác định cùng với các lực cản lăn Pf1 và Pf2 tương ứng Bên cạnh đó, lực cản không khí Pw cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến hiệu suất di chuyển của phương tiện.

Khi phanh, lực cản không khí Pw và lực cản lăn Pf1, Pf2 là nhỏ có thể bỏ qua, điều này chỉ gây sai số khoảng (1,5 � 2%).

Bằng cách thiết lập các phương trình cân bằng mô men cho các lực tác động lên ô tô khi phanh, chúng ta có thể xác định các phản lực thẳng góc R K1 và RK2 tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, bao gồm cả bánh trước và bánh sau.

Các phản lực tiếp tuyến tại bánh xe là hàm bậc nhất của lực phanh, và chúng phụ thuộc vào trọng lượng của ô tô cũng như tọa độ trọng tâm khi thực hiện phanh.

Theo điều kiện bám thì Ppmax � P  Khi tính toán ta lấy:

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3.1 Tình hình nghiên cứu về hệ thống phanh trên thế giới

Trên thế giới, nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống phanh đã được thực hiện, đặc biệt là bởi các hãng sản xuất ôtô và các trung tâm nghiên cứu Mặc dù các số liệu và công thức tính toán cho từng dòng xe thường không được công bố rộng rãi, nhưng các đề tài nghiên cứu đều có mục tiêu và phương pháp khác nhau Nổi bật trong số đó là nghiên cứu của K CHUN và M SUNWOO từ Đại học Hanyang, Seoul, về kiểm soát trượt bánh xe với bề mặt trượt di động cho hệ thống kiểm soát lực kéo, trong đó họ đã mô phỏng quá trình điều khiển bằng phần mềm Matlab-Simulink Ngoài ra, M Oudghiri và các cộng sự đã đề xuất phương pháp điều khiển mờ cho hệ thống ABS, sử dụng logic mờ để điều chỉnh lực phanh dựa trên các thông số đầu vào chưa biết Hyeongcheol Lee và Masyoshi Tomizuka từ Đại học California cũng đã ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi trong nghiên cứu chống trượt bánh xe từ năm 1995.

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam, trong thời gian qua nhiều nhà khoa học và chuyên gia đầu ngành đã tập trung nghiên cứu những vấn đề có liên quan đến hệ thống phanh ô tô Đó là những công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh ô tô khi cơ cấu phanh ở trạng thái ướt của GS-TSKH Nguyễn Hữu Cẩn, PGS-TS Phạm HữuNam đây là một chỉ tiêu bổ sung để đánh giá đầy đủ và hoàn thiện hơn hiệu quả phanh ô tô đang sử dụng ở nước ta Công trình nghiên cứu của TS Dương

Tiến Minh đã nghiên cứu nâng cao chất lượng phanh ô tô quân sự bằng cách lắp đặt bộ điều hoà lực phanh Công trình của TS Nguyễn Sĩ Đỉnh đề xuất giải pháp cải thiện quá trình phanh thông qua việc lắp bộ chống hãm cứng bánh xe (ABS) trên xe ô tô quân sự ThS Vương Xuân Sinh cũng thực hiện nghiên cứu mô phỏng động lực học cho hệ thống phanh khí nén trên ô tô quân sự Tuy nhiên, các đề tài hiện tại chủ yếu chỉ dừng lại ở giai đoạn tính toán tĩnh mà chưa có những nghiên cứu toàn diện hơn.

Dựa trên những kết quả từ các nghiên cứu trước và khắc phục những hạn chế hiện có, đề tài “Nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ô tô khi phanh bằng phương pháp mô phỏng” được lựa chọn nhằm khảo sát sâu hơn các vấn đề liên quan đến hệ thống phanh.

Mục tiêu, nội dung, phương pháp và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ô tô khi phanh rất quan trọng, đặc biệt trong các tình huống xảy ra sự cố giảm mô men phanh Điều này có thể xảy ra ở một hoặc hai cơ cấu phanh bánh xe, ảnh hưởng đến khả năng kiểm soát và an toàn của xe Việc phân tích các tình huống này giúp cải thiện thiết kế và hiệu suất của hệ thống phanh, từ đó nâng cao sự an toàn khi lái xe.

Chương 1 của đề tài cung cấp cái nhìn tổng quan về vấn đề nghiên cứu, bao gồm khái niệm và mối quan hệ động lực học cùng tính ổn định hướng của ô tô khi phanh, cũng như tình hình giao thông và vai trò của hệ thống phanh trong an toàn giao thông Ngoài ra, chương này cũng nêu rõ mục tiêu, phương pháp và phạm vi nghiên cứu Chương 2 tập trung vào việc thiết lập mô hình tính toán mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô, giới thiệu một số mô hình tính toán và xây dựng chương trình tính toán làm cơ sở cho việc khảo sát quỹ đạo chuyển động của ô tô khi phanh, được thực hiện bằng phần mềm MATLAB trong chương 3.

Chương 3 của bài viết tập trung vào việc khảo sát quỹ đạo chuyển động của ô tô khi xảy ra sự cố giảm mô men ở cơ cấu phanh Trong chương này, chúng tôi đề xuất và tiến hành khảo sát ba phương án cụ thể: sự cố giảm 50% mô men phanh, sự cố giảm 100% mô men phanh trên các bánh xe, và sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở các bánh xe Những phương án này sẽ giúp đánh giá ảnh hưởng của các sự cố đến quỹ đạo di chuyển của ô tô.

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thí nghiệm mô phỏng 1.4.4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là hệ thống phanh ô tô tải hai cầu.

Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của ô tô

THIẾT LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ

Khi phanh bằng phần mềm MATLAB, việc thiết lập mô hình là rất quan trọng Đề tài lựa chọn mô hình phẳng để đơn giản hóa quá trình tính toán, dựa trên một số giả thiết nhất định Để khảo sát động lực học của xe, hệ trục tọa độ O0X0Y0Z0 được sử dụng, là hệ tọa độ cố định đặt trên mặt đường.

O0Z0 là trục vuông góc với mặt đường;

-Hệ trục tọa độ CXYZ là trục tọa độ di động, được đặt tại trọng tâm C của ô tô.

2.1.1 Mô hình phẳng tổng quát

Hình 2.6 Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng

Mô hình ô tô được trình bày dưới dạng phẳng, với trọng tâm của xe được coi là nằm trên mặt đường Trong phân tích này, chúng ta bỏ qua tác động của lực ly tâm và hệ thống treo đối với sự lật nghiêng của thân xe.

Quỹ đạo chuyển động của ô tô được thể hiện qua đường cong, xác định bởi các vị trí liên tiếp của trọng tâm ô tô C Vận tốc tức thời tại trọng tâm ô tô là v, và nó tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động, nghiêng một góc α so với trục dọc của ô tô, được gọi là góc lệch hướng chuyển động Góc quay tương đối giữa hai hệ tọa độ là ε, đồng thời cũng là góc quay của trục dọc khi ô tô di chuyển.

Chiếu vận tốc v lên 2 trục OX0 và OY0 ta có:

Vị trí của ô tô tại một thời điểm nhất định (sau khoảng thời gian từ 0 đến t) được xác định thông qua tọa độ trọng tâm theo hệ tọa độ tuyệt đối, được tính toán bằng công thức cụ thể.

Với hệ trục tọa độ mặt đường và các thông số X0, Y0 cùng với các góc α và ε, chúng ta hoàn toàn có thể xác định vị trí của ô tô trên đường tại một thời điểm cụ thể.

Mục tiêu của bài toán là xác định các góc α và ε cùng với tọa độ X0, Y0 để mô phỏng quỹ đạo chuyển động thực tế của ô tô Góc α thể hiện độ lệch của thân xe so với vận tốc tức thời, giúp người lái nhận biết và điều chỉnh hướng đi Trong khi đó, góc quay ε phản ánh sự xoay chuyển của thân xe trên mặt đường quanh trục thẳng đứng 0Z, là yếu tố quan trọng trong việc khảo sát tính ổn định của ô tô Việc cảm nhận và điều chỉnh khi giá trị ε thay đổi lớn là thách thức đối với người lái, yêu cầu kỹ năng và kinh nghiệm để thực hiện hiệu quả.

Các thông số khác cần xác định trên hình (2.6) là:

Gia tốc hướng tâm (ah) là loại gia tốc xuất hiện khi ô tô di chuyển trên một quỹ đạo cong, với gia tốc chuyển động tịnh tiến không trùng với vận tốc (v) Công thức liên quan đến gia tốc này được thể hiện qua R v (2.3).

Bán kính cong tức thời R của quỹ đạo có thể được xác định thông qua các phương pháp khác nhau, tuy nhiên việc tính toán và đo đạc R trong thực nghiệm gặp nhiều khó khăn Từ hình (2.7) và các công thức (2.1), (2.2), ta có thể đạo hàm theo thời gian của v x0 và v y0 để thu được các kết quả cần thiết.

 v v v v v v y x (2.4) ở đây v.( ) là gia tốc hướng tâm ah : a h v.( ) (2.5)

Gia tốc tiếp tuyến và gia tốc hướng tâm được xác định theo hình 2.6 Khoảng cách CP biểu thị bán kính cong của quỹ đạo R_t, trong khi khoảng cách CP cũng đại diện cho bán kính quay của trọng tâm ô tô.

Nếu trong trường hợp: v= const; α=const thì R i =R lúc đó a h =a ht ; έ= έ t và ở đây sử dụng “t” để chỉ trạng thái quay vòng ổn định (quay vòng đều). aht = 

Hình 2.7 Xác định vị trí trọng tâm ô tô tại một thời điểm nhất định

Hình2.8 Sơ đồ xác định gia tốc trọng tâm ô tô

* Các quan hệ động lực học a Mô hình phẳng tổng quát của ô tô

Mô hình phẳng tổng quát của ô tô được mô tả trên hình 2.9.

Các lực tác dụng lên bánh xe bao gồm lực kéo (Xi), lực phanh (khi phanh, Xi mang dấu “-”), lực cản lăn (Pfi), phản lực bên (Si) và mô men cản quay (Msi) Chỉ số I có giá trị từ 1 đến 4, tùy thuộc vào thứ tự của bánh xe Trọng tâm ô tô C nằm cách tâm trục cầu sau một đoạn b và cách tâm trụ cầu trước là a, với chiều dài cơ sở l = a + b Lực cản không khí, bao gồm cả gió, tác động tại điểm C, cách trọng tâm một đoạn e và được chia thành hai thành phần: lực cản không khí theo phương dọc x (P ω) và lực gió bên (N).

Hình 2.9 Sơ đồ lực tổng quát

Tại trọng tâm ô tô có lực quán tính m.ύ; lực ly tâm là m.v.( ά+έ) trong đó m là khối lượng của ô tô

Khi thân xe quay, mô men quán tính xuất hiện quanh trục Tz với giá trị Jz έ ’, trong đó Jz đại diện cho mô men quán tính của ô tô đối với trục CZ đi qua trọng tâm.

Góc quay của bánh xe trước là βt, trong khi kích thước chiều rộng vết lốp của cầu trước là tt và cầu sau là ts Phương trình vi phân chuyển động của ô tô được thiết lập dựa trên các thông số này, cho phép phân tích gia tốc góc quay của thân xe.

Phương trình cân bằng các lực và mô men sẽ là:

* Đối với trục dọc ô tô (trục x):

* Đối với trục ngang ô tô (trục y):

1 2 3 4 1 2 1 2 sin ( ) os ( ) os t ( f f )sin t 0 mv  mv   c  S S c  S S X X P P  N

* Phương trình cân bằng mô men đối với trọng tâm ô tô C:

Theo mục tiêu nghiên cứu của đề tài, bài toán được đặt ra với các giả thiết sau đây:

- Khảo sát trong trường hợp xe chuyển động thẳng phương vận tốc trùng với trục dọc của xe.

- Khi phanh người lái không đánh tay lái và cắt ly hợp

- Bỏ qua ảnh hưởng của các mô men đàn hồi bánh xe Msi (i=1 � 4)

- Do xe chạy trên đường thẳng nên phản lực ngang của mặt đường tác dụng lên các bánh xe nhỏ

- Mô hình trên hình toán học (9) được thu gọn như sau:

Hình 2.10 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Cân bằng các lực và mô men ta được hệ phương trình:

Xác định các phản lực:

Lực phanh: p1 = ppmax1(1 - e -kt ); p2 = ppmax2.(1 - e -kt ); p3 = ppmax3(1- e -kt ); p4 = ppmax4.(1- e -kt );

- k: là tốc độ tăng lực phanh

KHẢO SÁT QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ

Thông số kết cấu của xe GAZ-53A

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của ô tô GAZ-53A Động cơ 3M3-53,xăng, 4 kỳ,

Hộp số Cơ khí, 4 cấp, có đồng tốc ở số III, IV

Chiều dài cơ sở mm 3700

Khoảng sáng gầm xe (trước/sau) mm 347/265

Bán kính vòng quay tối thiểu m 9

Trọng lượng Không tải kg 3250

Dung tích bình nhiên liệu L 90

Kích thước thùng xe mm 3740 x 2170 x 680

Kết quả khảo sát

3.3.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của sự cố mất 50% mômen phanh (PA1i)

Các phương án khảo sát cho các trường hợp phanh xe và có sự cố mất

50% mômen phanh trên các bánh xe được thể hiện trên bảng 3.2:

Bảng 3.2 Các phương án khảo sát cho các trường hợp phanh xe và có sự cố mất 50% mômen phanh trên các bánh xe

Phương án khảo sát Mất mômen phanh(%) V o (km/h)

Mất phanh không đều theo dọc trục của xe

Sau khi chạy bằng phần mềm matlab ta thu được kết quả như hình 3.12

Hình 3.11 Kết quả khảo sát sự số 50% mô men phanh

Sau đây ta phân tích kết quả từng trường hợp cụ thể:

3.3.1.1 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố mất 50% mômen phanh trên bánh 1 (PA11)

Ta thu được kết quả khảo sát như ở hình (3.12):

Hình 3.12 Đồ thị kết quả khảo sát PA11 a Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét

Khi một bánh xe mất phanh, lực phanh sẽ không được phân bố đều, dẫn đến việc xe bị lệch hướng di chuyển Nếu người lái giữ nguyên tay lái ở vị trí trung gian, quỹ đạo chuyển động sẽ theo hình dạng như hình 3.12 Tọa độ trọng tâm của ô tô khi dừng lại sẽ được xác định như mô tả.

Do mất phanh trên 1 bánh nên tổng lực phanh bị giảm, gây nên gia tăng quãng đường phanh.

Sự lệch bên trọng tâm ô tô trong trường hợp này là b=1.054 (m) tính đến khi dừng hẳn.

Bề rộng của hanh lang quét: B=2.805 (m)

Thời gian phanh là tp=2.135 (s)

Hình 3.13 Giải thích hiện tượng giảm mô men phanh bánh 1

Sự mất phanh chỉ diễn ra trên một bánh xe sẽ dẫn đến sự phân bố lực phanh không đồng đều theo trục dọc của ô tô Điều này tạo ra mô men Mpc tại trọng tâm của xe, gây ra hiện tượng quay quanh trục dọc của ô tô.

Mpc = 0,5t.(Pp2 – Pp1) Chính mô men này gây hiện tượng lệch hướng của trục ô tô. b Vận tốc, gia tốc

Vận tốc giảm nhanh về 0.

Gia tốc tăng dần đến cực đại.

Gia tốc phanh cực đại j= 6.505 (m/s2). c Vận tốc quay thân xe

Vận tốc quay của thân xe quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm xe có sự thay đổi theo quy luật tương tự như hàm bậc 2 Ban đầu, vận tốc góc tăng nhanh đến mức cực đại, sau đó giảm dần cho đến khi xe dừng lại, lúc này vận tốc góc giảm về 0.

Vận tốc góc của thân xe mang giá trị âm, cho thấy xe đang quay sang bên phải, đặc biệt trong các tình huống mất phanh bên trái.

Khi lực phanh không đồng đều theo trục dọc của ô tô, mô men Mpc sẽ xuất hiện tại trọng tâm xe, dẫn đến việc quay trục dọc của ô tô.

Trong điều kiện tác động của các yếu tố như lực gió ngang, lốp mòn không đều và sự không đồng đều của mặt đường là không đáng kể, góc quay của thân xe tăng theo thời gian sẽ không thay đổi một cách tuyến tính.

Vì phương của vận tốc luôn tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động, nên đồ thị góc lệch bên và đồ thị góc quay của thân xe sẽ luôn nằm ở một phía so với trục hoành.

3.3.2.2 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố mất 50% mô men phanh trên bánh 4 (PA14)

Ta thu được kết quả như trên hình 3.14

Hình 3.14 Đồ thị kết quả khảo sát PA14 a Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét

Khi một bánh xe bị mất phanh, lực phanh sẽ không còn được phân bố đồng đều, dẫn đến việc xe bị lệch hướng khi người lái giữ vô lăng ở vị trí trung gian Tọa độ trọng tâm của ô tô khi dừng lại sẽ bị ảnh hưởng, như thể hiện trong hình 3.14.

Do mất phanh trên 1 bánh xe nên tổng lực phanh bị giảm, gây nên gia tăng quãng đường phanh Quãng đường phanh: S.507 (m)

Sự lệch bên của trọng tâm xe trong trường hợp này là 0,32 m tính đến khi xe dừng hẳn

 Bề rộng của hành lang quét: B=2.647 (m)

 Độ lêch ngang trọng tâm: b=0.909 (m)

 Thời gian phanh là: tp=2.079 (s)

Hình 3.15 Giải thích hiện tượng giảm mô men phanh bánh 4

Sự mất phanh chỉ xảy ra trên bánh xe thứ tư, dẫn đến sự phân bố lực phanh không cân đối theo trục dọc của ô tô Khi hiện tượng này xảy ra, sẽ xuất hiện mô men MPC tại trọng tâm ô tô, gây ra sự quay quanh trục dọc của xe.

Trong trường hợp này Mpc nhỏ ở PA14 dẫn đến độ lệch quỹ đạo của xe ở phương án này cũng nhỏ hơn so với PA11. b Vận tốc, gia tốc

0,5 Đồ thị vận tốc và gia tốc cũng biến đổi theo quy luật giống như ở PA11, ở phương án này gia tốc phanh đạt giá trị cực đại j= 6.682 (m/s2)

So với phương án PA11, phương án này cho thấy gia tốc phanh lớn hơn, thời gian và quãng đường phanh được rút ngắn Nguyên nhân là do tải trọng phân bố lên cầu sau khi phanh trong điều kiện khảo sát thấp hơn so với cầu trước, dẫn đến tổng lực phanh giảm ít hơn Bên cạnh đó, cần lưu ý đến vận tốc góc quay và góc quay của thân xe trong quá trình phanh.

Cả vận tốc góc quay và góc quay của thân xe đều phụ thuộc vào Mpc, tương tự như quy luật biến đổi của PA11 Do đó, phương án này cần được xem xét kỹ lưỡng.

Mpc có giá trị thấp hơn PA11, dẫn đến vận tốc góc quay thân xe và góc quay thân xe đều nhỏ hơn Điều này tạo ra giá trị dương cho vận tốc góc quay thân xe, góc lệch bên và góc quay thân xe, khiến xe chuyển động quay sang trái do mất phanh bên phải.

3.3.2.3 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố mất 50% mô men phanh trên bánh 1&3 (PA113)

Ta thu được kết quả như trên hình 3.16

Hình 3.16 Đồ thị kết quả khảo sát PA113 a Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét

Khi mất phanh ở hai bánh xe cùng phía, lực phanh không được phân bố đều, dẫn đến xe bị lệch hướng Nếu người lái không điều chỉnh tay lái, ô tô sẽ di chuyển theo quỹ đạo không mong muốn, và tọa độ trọng tâm của xe khi dừng lại sẽ bị ảnh hưởng.

Do mất phanh trên hai bánh nên tổng lực phanh bị giảm nhiểu hơn so với

2 phương án trên, gây nên gia tăng quãng đường phanh nhiều hơn.

Sự lệch bên trọng tâm xe trong trường hợp này là 2.598 m tính đến khi dừng hẳn.

Bề rộng của hành lang quét: b=2.598 (m)

Thời gian phanh là tp=2.437 (s)

Hình 3.17 Giải thích hiện tượng giảm mô men phanh bánh 1 và bánh 3

Sự mất phanh ở bánh 1 và 3 dẫn đến sự phân bố lực phanh không đều theo trục dọc của ô tô, tạo ra mô men Mpc và làm lệch quỹ đạo chuyển động của xe.

Mpc = (Pp4 – Pp3).0,5t + (Pp2 – Pp1).0,5t

Trong trường hợp này, Mpc có giá trị lớn nhất so với các phương án khác, dẫn đến độ lệch quỹ đạo chuyển động cũng lớn nhất Đồ thị vận tốc và gia tốc biến đổi theo quy luật tương tự như ở PA11 và PA14, nhưng do mất phanh trên hai bánh xe, tổng lực phanh bị giảm nhiều hơn, khiến gia tốc phanh cũng giảm đáng kể Ở phương án này, gia tốc phanh đạt giá trị cực đại là 5.699 (m/s²) Vận tốc góc quay của thân xe và góc lệch bên cũng được đề cập trong phân tích.

NHẬN XÉT CHUNG

Từ các kết quả khảo sát trên đây, có bảng tổng hợp kết quả như sau:

Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả khảo sát

Khi xe đi thẳng có sự cố mất 50% mô men phanh trên các bánh (PA1i)

Khi xe đi thẳng có sự cố mất 100% mô men phanh trên các bánh (PA2i)

Khi xe đi thẳng có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh trên các bánh (PA3i)

Từ các kết quả nghiên cứu trên, có thể đưa ra một số nhận xét:

1 Khi xe đi thẳng có sự cố mất mô men phanh trên các bánh:

Sự gia tăng quãng đường phanh và thời gian phanh, cùng với sự giảm gia tốc phanh, phụ thuộc vào sự suy giảm tổng lực phanh, trong đó tỷ lệ tăng quãng đường phanh nhanh hơn so với tỷ lệ mất mô men phanh Khi phanh gấp trong chuyển động thẳng, các trạng thái gây lệch ngang quỹ đạo xảy ra do lực phanh phân bố không cân đối theo trục dọc của xe Nguy hiểm nhất là tình huống mất phanh ở hai bánh xe cùng một bên so với trục đối xứng dọc thân xe, dẫn đến quỹ đạo lệch lớn như trong trường hợp PA224.

2 Khi xe đi thẳng có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh trên các bánh thì sự nguy hiểm cũng xảy ra theo quy luật tương tự như khi có sự cố mất mô men phanh trên các bánh xe tương ứng Mức độ nguy hiểm phụ thuộc vào thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh, nếu thời gian này càng lớn thì mức độ nguy hiểm xảy ra càng cao.

3 Các trường hợp không đối xứng nguy hiểm hơn các trường hợp mất phanh đối xứng vì khi ấy góc lệch quỹ đạo tăng lên dẫn đến tăng bề rộng hành lang quét, nếu người lái không đánh tay lái kịp thời thì có thể sẽ gây va chạm với các xe gần đó.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua nghiên cứu tổng quan và tìm hiểu cơ sở lý thuyết, luận văn đã xây dựng mô hình tính toán và đạt được một số kết quả nghiên cứu quan trọng.

- Xây dựng được mô hình toán học khảo sát động lực học phanh ô tô GAZ-53A

Phương pháp đánh giá hiệu quả phanh ôtô được xây dựng dựa trên thời gian và quãng đường phanh Kết quả đánh giá được biểu diễn bằng đồ thị, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và đảm bảo độ chính xác, tin cậy và nhanh chóng trong quá trình đánh giá.

Chương trình xử lý số liệu được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình Matlab, mang lại sự tiện lợi khi sử dụng trên máy tính Bằng cách thay đổi các số liệu đầu vào một cách đơn giản, chương trình có thể áp dụng khảo sát động lực học quá trình phanh cho nhiều loại xe ôtô khác nhau, cũng như cho các loại máy liên hợp.

- Chương trình tính toán trong đề tài cho phép khảo sát nhiều phương án, khi thay đổi các thông số ảnh hưởng khác nhau đến quá trình phanh ô tô.

Vấn đề giao thông là một thách thức nghiêm trọng ở mọi quốc gia, đặc biệt là sự cố liên quan đến hệ thống phanh ô tô có thể gây ra hậu quả nặng nề Mặc dù các kết quả nghiên cứu cần được kiểm chứng thực nghiệm, nhưng chúng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô Điều này là cần thiết để cải thiện công tác vận tải ô tô trong bối cảnh phát triển của đất nước Để nâng cao tính an toàn khi xe hoạt động trên đường, việc khai thác và sử dụng ô tô cần được thực hiện một cách cẩn trọng và có kế hoạch.

+ Thường xuyên tiến hành kiểm tra tình trạng kỹ thuật ô tô, tập trung vào các đề mục được nêu ra ở từng phương án.

+ Việc xếp tải khi chạy trên đường cần cân đối và dàn đều trên thùng xe.

+ Hết sức thận trọng khi đi trên đường có tính chất bề mặt đường không đồng đều.

Các vấn đề nêu ra ở trên càng cần quan tâm khi xe hoạt động ở tốc độ cao.

Sau khi hoàn thành đề tài "Nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ô tô khi phanh bằng phương pháp mô phỏng", tôi nhận thấy rằng động lực học quá trình phanh của ô tô là một vấn đề phức tạp và cần được nghiên cứu sâu hơn Để nâng cao tính thuyết phục của kết quả, tôi đề xuất tiếp tục khảo sát động lực học quá trình phanh theo phương án đã thực hiện và kiểm chứng kết quả bằng thực nghiệm trên xe thật.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ và quan tâm của các thầy cô và bạn bè đã giúp tôi hoàn thành luận văn này Đặc biệt, tôi rất biết ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Sĩ Đỉnh cùng các thầy trong Bộ môn ôtô quân sự trong suốt thời gian qua.