MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TẢI KIA K125.....................................................................2
1.1. Giới thiệu về ô tô tải Kia K125.................................................................................................................................................2
1.2. Phân tích đặc điểm của hệ thống phanh ô tô KIA K125............................................................................................................4
1.2.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống phanh....................................................................................................................4
1.2.2. Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô KIA K125.........................................................................................................................7
1.2.3. Các phần tử cơ bản của hệ thống phanh..............................................................................................................................9
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH................................................................................20
2.1. Lực phanh sinh ra ở bánh xe..................................................................................................................................................20
2.2. Phương trình động lực học khi phanh.....................................................................................................................................21
2.3. Hiệu quả phanh ô tô................................................................................................................................................................30
2.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh.................................................................................................................................................30
2.3.2 Thời gian phanh.....................................................................................................................................................................31
2.3.3. Quãng đường phanh............................................................................................................................................................32
2.3.4. Lực phanh và lực phanh riêng..............................................................................................................................................36
2.3.5. Tính ổn định hướng của ô tô khi phanh................................................................................................................................37
CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH TRÊN DÒNG XE TẢI KIA K125 BẰNG THỰC NGHIỆM.....40
3.1. Thử nghiệm quá trình phanh của ô tô trên bệ thử...................................................................................................................40
3.1.1. Tổng quan của bệ thử phanh MBT 4250 EUROSYSTEM....................................................................................................40
3.1.2. Trình tự thí nghiệm................................................................................................................................................................41
3.1.3. So sánh thực nghiệm và lý thuyết.........................................................................................................................................48
3.2. Thử nghiệm quá trình phanh của ô tô trên đường...................................................................................................................52
3.2.1. Nội dung khảo sát.................................................................................................................................................................52
3.2.2. Thông số ban đầu.................................................................................................................................................................53
3.2.3. Tổng quan về bộ thiết bị SIRIUS demokit v2.0.....................................................................................................................55
3.2.4. Trình tự thí nghiệm................................................................................................................................................................57
3.2.5. Đánh giá kết quả thí nghiệm.................................................................................................................................................58
3.2.6. So sánh thực nghiệm và lý thuyết.........................................................................................................................................58
KẾT LUẬN......................................................................................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................................................................61
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành ô tô giữ một vai trò rất quan trọng trong hoạt động và phát triển của xã hội. Ô tô được sử dụng phổ biến để phục vụ nền kinh tế quốc dân và trong lĩnh vực quốc phòng như chở người, vận tải trang bị kỹ thuật,… Để đảm bảo cho hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu các hệ thống của ô tô phải luôn đạt trạng thái tốt nhất. Trong đó hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất của ôtô, nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở tốc độ cao, cho phép lái xe điều chỉnh được tốc độ chuyển động hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm, nhờ vậy mà nâng cao vận tốc trung bình của xe cũng như nâng cao được năng suất vận chuyển và an toàn cho người và hàng hóa trong quá trình xe vận hành.
Là một học viên được đào tạo 5 năm tại trường SQKTQS, em được các thầy cô trang bị những kiến thức cơ bản về chuyên môn, đến nay để tổng kết đánh giá quá trình học tập và rèn luyện tại trường, với sự hướng dẫn của giảng viên, thạc sĩ Lê Quang Việt, Khoa Ô tô, em đã được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Khảo sát động lực học quá trình phanh trên dòng xe tải Kia K125 bằng thực nghiệm.”
Nội dung đồ án gồm 3 chương sau:
Chương 1: Phân tích kết cấu hệ thống phanh trên xe tải Kia K125.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết động lực học quá trình phanh.
Chương 3: Khảo sát động lực học quá trình phanh trên dòng xe tải Kia K125 bằng thực nghiệm.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án, song do những hạn chế về kiến thức, thiếu sót về kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh được sai sót vì vậy tôi rất mong được sự đóng góp của các thầy cũng như toàn thể các bạn để đồ án của tôi được hoàn chỉnh hơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Học iên thực hiện
……………
CHƯƠNG 1
PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TẢI KIA K125
1.1. Giới thiệu về ô tô tải Kia K125
Kia K125 thuộc phân khúc xe tải nhẹ, của tập đoàn Kia Hàn Quốc được Thaco Trường Hải sản xuất và lắp ráp trong nước. Kia Frontier K125 là dòng xe tải cabin lật máy cơ (ga cơ) với mã động cơ Kia – J2, xe được trang bị động cơ Diesel có thể tích 2.665 cm3, công suất tương đương 92/4.000 (Ps/rpm), giúp xe hoạt động mạnh mẽ, bền bỉ và tiết kiệm nhiên liệu. Thùng xe được thiết kế chắc chắn và sơn nhúng tĩnh điện (ED) tăng khả năng chịu tải và độ bền cho sản phẩm.
Với yêu cầu về tính an toàn cao nhất cho dòng xe tải, Kia Frontier K125 có hệ thống phanh thuỷ lực được trang bị phanh đĩa (bánh trước) tăng thêm độ êm dịu và an toàn cho xe khi phanh. Về nội thất, xe được trang bị táp lô cao cấp với bảng đồng hồ đa thông tin, bộ ghế ngồi bằng nỉ cao cấp (công nghệ Hàn Quốc) đem lại sự êm ái cho khách hàng.
* Thông số chi tiết của xe Kia K125:
Thông số, tính năng kỹ thuật cơ bản của xe Kia K125 như bảng 1.1.
1.2. Phân tích đặc điểm của hệ thống phanh ô tô KIA K125
1.2.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống phanh
1.2.2.1. Công dụng, yêu cầu
a. Công dụng
Hệ thống phanh trên xe là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của xe, với những công dụng sau:
- Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động.
- Giữ xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có sự có mặt của người lái xe.
- Ngoài ra trên xe có khối lượng lớn, hoạt động ở vùng đồi núi còn được trang bị thêm hệ thống phanh bổ trợ còn được gọi là hệ thống phanh chậm dần, nhằm làm giảm tốc độ xe khi xuống dốc dài liên tục.
Hệ thống phanh trên xe rất đa dạng, song chúng đều bao gồm các cụm cơ bản sau:
- Dẫn động phanh: Là tập hợp các chi tiết dùng để truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiển đến các cơ cấu phanh và điều khiển năng lượng này trong quá trình truyền với mục đích phanh xe với các cường độ khác nhau, trên xe sử dụng các phương pháp điều khiển, đó là trực tiếp hay gián tiếp.
b. Yêu cầu
Hệ thống phanh trên xe là một hệ thống quan trọng. Hiệu quả hoạt động của nó có ảnh hưởng lớn đến khả năng an toàn, chất lượng vận tải do vậy các yêu cầu luôn luôn được bổ sung, hoàn thiện.
Có thể tóm tắt yêu cầu bằng những nội dung chính sau:
- Đảm bảo hiệu quả phanh cao: Có thể điều khiển theo ý muốn hay có quãng đường phanh ngắn nhất, gia tốc chậm dần của xe cao.
- Quá trình phanh phải êm dịu, sự thay đổi gia tốc phanh phải đều đặn, nhằm đáp ứng tính điều khiển, tính ổn định của xe trong mọi trạng thái hoạt động,
- Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng kể cả phanh chính (chân) và phanh phụ (tay).
- Hiệu quả phanh ít thay đổi kể cả khi phanh liên tục nhiều lần.
1.2.1.2. Phân loại
a. Phân loại theo đặc điểm kết cấu của hệ thống phanh
- Theo đặc điểm truyền năng lượng điều khiển cơ cấu phanh:
+ Cơ khí: Sử dụng trực tiếp năng lượng cơ bắp tiến hành điều khiển cơ cấu phanh (phanh tay nối cơ khí với cơ cấu phanh,…)
+ Thủy lực: Sử dụng chất lỏng (dầu phanh) có áp suất tiến hành điều khiển các tấm ma sát của cơ cấu phanh.
+ Khí nén: Sử dụng áp lực khí nén sinh ra thực hiện sự phanh.
b. Phân loại theo tiêu chí đánh giá chất lượng phanh.
Phân loại tiêu chí đánh giá chất lượng phanh thực hiện với việc phân chia theo mục đích sử dụng và khối lượng toàn bộ xe.
- Xe chở người (loại M).
- Xe chở hàng (Loại N).
- Phần nối theo của xe trong đoàn xe (Loại O).
1.2.1.3. Phân loại cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh thường được dùng gồm hai loại: Dạng tang trống và dạng đĩa.
a. Cơ cấu phanh dạng tang trống
Cơ cấu phanh dạng tang trống được phân chia phụ thuộc vào:
Theo dạng bố trí dạng guốc phanh: Đối xứng qua trục đối xứng, đối xứng qua tâm quay, các guốc phanh dạng tự lựa (bơi), các guốc phanh tự cường hóa.
Theo phương pháp truyền năng lượng: Phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh tay.
- Trên hệ thống phanh thủy lực:
+ Đối xứng qua trục, chung một xy lanh kép (simplex).
+ Đối xứng qua tâm, hai xy lanh kép như nhau (duplex).
b. Cơ cấu phanh đĩa
Cơ cấu phanh đĩa được phân chia phụ thuộc vào:
- Tính chất tạo nên ma sát: Khô, ướt.
- Số lượng đĩa ma sát.
1.2.2. Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô KIA K125
1.2.2.1.Cấu tạo chung hệ thống phanh trên xe Kia K125
Nguyên lý hoạt động
Khi không phanh: lò xo hồi vị kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, dầu áp suất thấp nằm chờ trên đường ống.
Khi người lái tác dụng vào bàn đạp, qua thanh đẩy sẽ tác động vào piston nằm trong xy lanh, ép dầu trong xy lanh đi đến các đường ống dẫn. Chất lỏng với áp suất cao (khoảng 5-8 Mpa) sẽ tác dụng vào các piston ở xy lanh bánh xe và pit tông ở cụm má phanh.
Khi thôi phanh người lái thôi tác dụng lên bàn đạp phanh, lò xo hồi vị sẽ ép dầu từ xilanh bánh xe, và xy lanh phanh đĩa về xi lanh chính.
Sự làm việc của dẫn động thủy lực dựa trên quy luật thủy tĩnh. Áp suất trong sơ đồ dẫn động được truyền đến các xilanh phanh bánh xe là như nhau, khi đó lực đẩy lên guốc phanh sẽ phụ thuộc vào pit tông xy lanh công tác.
1.2.2.2. Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má theo yêu cầu.
+ Hiệu suất cao.
+ Độ nhậy tốt, kết cấu đơn giản.
+ Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
- Nhược điểm:
+ Không thể làm tỷ số truyền lớn hơn được vì thế phanh dầu không có cường hóa chỉ dùng cho xe có trọng lượng toàng bộ nhỏ, lực tác dụng lên bàn đạp lớn.
1.2.3. Các phần tử cơ bản của hệ thống phanh
1.2.3.1. Cơ cấu phanh
a. Cơ cấu phanh trước
Đĩa phanh được chế tạo bằng gang có xẻ rãnh thông gió và có bề dày 25 (mm).
Má kẹp: Được đúc bằng gang rèn.
Xy lanh thuỷ lực: Được đúc bằng hơp kim nhôm. Để tăng tính chống mòn và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xilanh được mạ một lớp crôm. Khi xilanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh. Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữa pit tông với má phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim.
b. Cơ cấu phanh sau
Trống phanh: Hình trụ rỗng, thường được làm bằng gang xám, chịu được mài mòn, có đồ bền rất cao, có khả năng tiêu tán nhiệt khi phanh, nhưng nhược điểm là khá nặng và dễ vỡ.
Má phanh: Thường được làm từ nhôm đúc, có trọng lượng nhẹ và tản nhiệt tốt, được dán hoặc vít cố định lên guốc phanh, sẽ mòn đi khi phanh.
Guốc phanh: Thường được làm từ nhôm đúc, có trọng lượng nhẹ và tản nhiệt tốt.
Khi phanh người lái đạp bàn đạp, dầu được đẩy từ xy lanh chính đến bộ trợ lực, một phần trực tiếp đi đến các xilanh bánh xe để tạo lực phanh, một phần theo ống dẫn đến mở van không khí của bộ trợ lực tạo độ chênh áp giữa hai khoang trong bộ trợ lực. Chính sự chênh áp đó nó sẽ đẩy màng của bộ trợ lực tác dụng lên pit tông trong xy lanh thủy lực tạo nên lực trợ lực hỗ trợ cho lực đạp của người lái. Khi đó lực bàn đạp của người lái cộng với lực trợ lực sẽ tác dụng lên pit tông thủy lực ép dầu theo đường ống đến xy lanh an toàn, rồi theo các đường ống dẫn độc lập đến các xy lanh bánh xe trước và sau.
1.2.23.2 Dẫn động phanh
a. Xy lanh phanh chính
- Nhiệm vụ:
Xy lanh phanh phanh chính là một cơ cấu chuyển đổi lực tác động của bàn đạp phanh thành áp suất thủy lực. Xy lanh chính có hai buồng chứa hai pit tông tạo ra áp suất thủy lực trong đường ống phanh của hai hệ thống. Sau đó, áp suất thủy lực này tác động lên càng phanh đĩa hoặc các xilanh phanh của phanh tang trống.
- Cấu tạo:
+ Xy lanh phanh chính là xy lanh kép, tức là trong xy lanh phanh có hai pit tông, tương ứng với chúng là hai khoang chứa dầu riêng biệt.
+ Thân xy lanh được đúc bằng gang, trên thân có gia công các lỗ bù, lỗ thông qua, đồng thời đây cũng là chi tiết để gá đặt các chi tiết khác.
+ Pit tông: Mỗi buồng của xy lanh chính có một pit tông. Mỗi pit tông có một lò xo hồi vị riêng. Pit tông được chế tạo bằng nhôm đúc, phía đầu làm việc có gờ cố định gioăng làm kín, trên mỗi pit tông có khoan lỗ và có khoang chứa dầu để bù dầu trong hành trình trả. Phía đuôi của pit tông khoang thứ nhất có hốc để chứa đầu cần đẩy.
+ Cúp pen: Làm bằng cao su chịu dầu phanh, dịch chuyển trong xy lanh cùng với pit tông có tác dụng làm kín khi dầu có áp suất cao ở hành trình nén.
b. Van chia
- Nhiệm vụ:
Van chia của cơ cấu dẫn động phanh là một bộ phận dùng để phân dẫn động ra hai dòng độc lập, nhằm tăng tính an toàn trong trường hợp các phần tử của bánh xe trước hoặc bánh xe sau bị hư hỏng, tức là để ngắt (cắt) dòng khi bộ phận của cơ cấu dẫn động của dòng đó bị hư hỏng.
- Cấu tạo:
Vỏ của van chia được chế tạo từ thép đúc, được khoét thành thân xy lanh và các đường đầu trong thân van chia. Van chia có 1 đường dầu vào từ bộ trợ lực chân không đến 2 xy lanh được nối với 2 đường dầu đến các cơ cấu phanh. Mỗi xy lanh có 1 vít xả khí và một vít đóng đường dầu.
c. Bộ trợ lực chân không
- Nhiệm vụ:
Xy lanh phanh phanh chính là một cơ cấu chuyển đổi lực tác động của bàn đạp phanh thành áp suất thủy lực. Xy lanh chính có hai buồng chứa hai pit tông tạo ra ápsuất thủy lực trong đường ống phanh của hai hệ thống. Sau đó, áp suất thủy lực này tác động lên càng phanh đĩa hoặc các xy lanh phanh của phanh tang trống
- Cấu tạo :
Bên trong bộ trợ lực phanh được nối với đường ống góp nạp qua van một chiều. Van một chiều được thiết kế chỉ cho không khí đi từ trợ lực vào động cơ chứ không thể đi ngược lại được. Vì vậy nó đảm bảo độ chân không lớn nhất sinh ra trong bộ trợ lực phanh nhờ động cơ.
Trợ lực phanh được chia bởi màng 4 thành hai phần, buồng áp suất không đổi và buồng áp suất thay đổi. Vòng trong của màng 4 Được gắn lên thân van cùng với pit tông trợ lực. Pit tông trợ lực và thân van được lò xo màng đẩy sang phải. Cần điều khiển van được nối với bàn đạp phanh.
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH
2.1. Lực phanh sinh ra ở bánh xe
Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh như hình 2.1.
Khi người lái bàn đạp phanh thì cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát gọi là mô men phanh MP để hãm xe lại. Lúc này tại chỗ tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường xuất hiện phản lực PP ngược với chiều chuyển động. PP đựơc gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức theo tài liệu [4]:
Pp = Mp/ rb
Khi phanh bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần nên trên bánh xe có mô men quán tính Mjb tác dụng, mô men này có chiều cùng với chiều chuyển động của bánh xe, mô men cản lăn Mf ngược với chiều chuyển động.
2.2. 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.
+ 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 2.2
Khi phanh các lực tác dụng lên ô tô gồm có:
+ PP1, PP2 : là lực phanh
+ Pj : là lực quán tính
+ G : là trọng lượng toàn bộ của ôtô
+ Rk1 và Rk2 : là các phản lực pháp tuyến của đường
+ Mf1, Mf2 : là các mô men cản lăn ở các bánh xe cầu trước, bánh xe cầu sau của ôtô.
Sử dụng sơ đồ khảo sát hình 2.2 viết phương trình cân bằng lực của ôtô theo chiều chuyển động theo tài liệu [1] ta có:
Pj - PP - Pf - PW = 0 (2.1)
- Động lực học quá trình phanh xe:
a : là khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước.
b : là khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau.
hg : là chiều cao trọng tâm xe.
Muốn phanh đạt hiệu quả nhất thì trong quá trình phanh xe, quan hệ lực phanh ở các bánh xe cầu trước PP1 với lực phanh ở các bánh xe cầu sau PP2 phải luôn thỏa mãn biểu thức (2.5).
Ký hiệu tỷ số giữa MP1 và MP2 là C, ta có:
Công thức (2.7) xác định giá trị tối ưu của C phụ thuộc vào JP. Nghĩa là ứng với mỗi giá trị khác nhau của gia tốc phanh ta có tương ứng một giá trị C tối ưu. Như vậy, khi phanh với cường độ phanh khác nhau thì cần có giá trị C tương ứng và C cũng thay đổi khi tải của xe thay đổi.
Khi không có bộ điều hoà lực phanh thì tỷ số C sẽ không đổi (C = const). Trong trường hợp này trọng lượng bám chỉ được sử dụng hoàn toàn tại một điểm ứng với hệ số bám . Thay JP = g. vào công thức (2.7) ta có thể tìm được giá trị của khi đã biết giá trị C.
Việc sử dụng trọng lượng bám khi phanh ở các trị số khác nhau của hệ số bám được phân tích cụ thể như sau:
+ Khi phanh xe trên đường có lớp phủ tốt
Nếu tiếp tục tăng lực Q > Q1 tác dụng lên bàn đạp phanh thì lực phanh sẽ tăng, cầu sau bị hãm cứng và sẽ xảy ra trượt ngang.
+ Khi phanh xe trên đường trơn
Trọng lượng bám được sử dụng hoàn toàn ở cầu trước khi người lái tác dụng lên bàn đạp lực Q2. Tiếp tục tăng lực bàn đạp cầu trước sẽ bị hãm cứng, khiến xe dễ mất tính điều khiển.
- Nếu các bánh xe của cầu trước bị hãm cứng trước thì ôtô sẽ mất tính dẫn hướng. Bởi vì, khi đó hướng chuyển động của ôtô sẽ được quyết định không phải do góc quay của bánh xe dẫn hướng mà là do hướng của vectơ vận tốc trượt.
- Nếu các bánh xe cầu sau bị hãm cứng trước và ôtô chịu lực ngang tác dụng thì chúng sẽ bị trượt ngang và ôtô sẽ quay vòng theo hướng tác dụng của lực ngang chung quanh cầu trước.
2.3. Hiệu quả phanh ô tô
Khi phanh, ô tô không dừng ngay tại vị trí bắt đầu phanh mà sẽ dừng cách vị trí bắt đầu phanh một khoảng cách nào đó. Không những vậy, ôtô còn có thể lệch khỏi hướng chuyển động trước lúc bắt đầu phanh. Vì vậy để đánh giá quá trình phanh cần phải nghiên cứu cả hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ôtô khi phanh.
2.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh
Đây là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả phanh ôtô. Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô có thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau: theo tài liệu [4]
Pj = Pp +Pf + Pw + P + - Pi (2.13)
Trong đó: Pp , Pf , Pw , P , Pi : lần lượt là lực phanh sinh ra ở các bánh xe, lực cản lăn, lực cản không khí, lực để thắng tiêu hao ma sát không khí, lực cản dốc.
Thực nghiệm chứng tỏ Pf, Pw, P rất bé so với lực phanh Pp. Khi phanh trên đường nằm ngang (Pi = 0) thì lực phanh PP chiếm khoảng 98% tổng các có xu hướng cản sự chuyển động của ôtô, ta có phương trình sau:
Pj = Pp (2.14)
Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần giảm hệ số . Vì vậy khi
phanh đột ngột lái xe cần ngắt ly hợp để tách động cơ đang làm việc ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó giá trị giảm, JPmax sẽ tăng.
2.3.3. Quãng đường phanh
2.3.3.1. Quãng đường phanh lý thuyết
Như vậy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh v1, phụ thuộc vào hệ số ảnh hưởng của khối lượng quay và phụ thuộc vào hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. Để giảm quãng đường phanh cần giảm hệ số , nên người lái cần cắt ly hợp rồi mới phanh.
Các công thức (2.17), (2.20), (2.23) về mặt lý thuyết không phụ thuộc
vào trọng lượng toàn bộ G của ôtô, nhưng phụ thuộc vào hệ số bám , mà hệ số phụ thuộc vào tải trọng G của ôtô.
Khi G tăng lên thì giảm, do đó gia tốc phanh chậm dần sẽ giảm còn thời gian phanh và quãng đường phanh sẽ tăng lên. Thực nghiệm đã chứng minh quãng đường phanh của xe con, xe tải và xe khách khác nhau mặc dù bắt đầu phanh ở cùng một vận tốc v2.
2.3.3.2. Quãng đường phanh thực tế
Các công thức (2.17), (2.20), (2.23) xác định gia tốc chậm dần, thời gian phanh và quãng đường phanh đều mang tính lý thuyết, tức là trong điều kiện lý tưởng, nghĩa là áp suất chất lỏng (khí nén) có giá trị cực đại ngay tại thời điểm bắt đầu phanh và thời gian phản ứng của lái xe không được kể đến.
Để xác định quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh PP sinh ra ở bánh xe (hoặc mômen phanh MP) với thời gian t. Đồ thị này được gọi là giản đồ phanh.
Giản đồ phanh nhận được bằng thực nghiệm và qua giản đồ phanh có thể phân tích và thấy được bản chất của quá trình phanh.
Trên giản đồ, gốc toạ độ được coi là thời điểm người lái phát hiện ra chướng ngại vật ở phía trước và nhận thức được rằng cần phải phanh xe. Thời gian các giai đoạn trong quá trình phanh thực tế được xác định cụ thể gồm có:
+ t1: Thời gian phản xạ của người lái, tức là từ lúc thấy được chướng ngại vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp phanh. Thời gian này phụ thuộc vào trình độ của người lái. Thời gian t1 nằm trong giới hạn t1 = 0,3 - 0,8s.
+ t2: Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh do phải khắc phục hành trình tự do trong hệ thống, tức là thời gian từ lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào tang phanh. Thời gian này phụ thuộc vào kết cấu dẫn động phanh, đối với phanh khí nén t2 = 0,2 - 0,4s, phanh dầu t2 = 0,03 - 0,1s.
+ t3: Thời gian tăng lực phanh và tăng gia tốc chậm dần, nó phụ
thuộc vào kết cấu dẫn động phanh, với phanh khí nén t3 = 0,5 1s, phanh dầu t3 = 0,2 - 0,4s.
Khi ôtô đã dừng hoàn toàn thì thời gian phanh t5 không ảnh hưởng đến quãng đường phanh nhỏ nhất. Như vậy thời gian phanh thực tế tổng cộng kể từ lúc có tín hiệu phanh đến khi phanh dừng hẳn sẽ là:
tP = t1 + t2 + t3 + t4 (2.24)
Nếu kể đến thời gian phản xạ của người lái và thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế được xác định như sautheo tài liệu [4]
SP = S1 + S2 + S3 + S4 (2.25)
Khi phanh cấp tốc đến giới hạn hãm cứng bánh xe các cầu thì: JPmax = g.j
Trong quá trình sử dụng, do má phanh bị mòn và do điều chỉnh không đúng sẽ làm cho quãng đường phanh lớn hơn rất nhiều và gia tốc phanh chậm dần giảm đi 10 15% so với khi phanh còn mới và điều chỉnh đúng.
2.3.4. Lực phanh và lực phanh riêng
Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh. Chỉ tiêu này chỉ được dùng thuận lợi nhất khi thử phanh ôtô trên bệ thử.
Lực phanh riêng cực đại có giá trị bằng hệ số bám. Như vậy, về mặt lý thuyết, lực phanh riêng cực đại có thể đạt được giá trị 75 80% trên mặt đường nhựa khô nằm ngang. Nhưng trong thực tế, giá trị đạt được chỉ trong khoảng 45 - 65%.
Tại Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường được quy định tại tiêu chuẩn 22 TCN 224 - 2001: “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện cơ giới đường bộ” do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải Việt Nam ban hành ngày 05/12/2001.
Tiêu chuẩn này quy định thử xe ở chế độ không tải, trên mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng bằng phẳng và khô, được đánh giá bằng một trong hai chỉ tiêu: SP hoặc JPmax, hệ số bám không nhỏ hơn 0,6. Vận tốc bắt đầu phanh là 30[Km/h] (8,33[m/s]).
2.3.5. Tính ổn định hướng của ô tô khi phanh
Ta thấy khi phanh tải trọng động dồn về phía trước nên lực phanh cực đại ở các bánh trước có thể đạt được lớn hơn là lực phanh cực đại ở bánh sau. Mặt khác, lực phanh cực đại giới hạn bởi lực bám. Vì vậy, để có thể phanh hiệu quả cần phân phối áp suất tới các bánh trước và sau hợp lý.
Trong thực tế, hệ số bám trên mặt đường luôn luôn thay đổi và không đồng nhất. Vì thế, lực phanh ở các bánh xe sẽ không đồng đều và điều này cũng là một nguyên nhân dẫn đến sự lệch hướng của xe khi chuyển động. Trong hai trường hợp trên, vấn đề cơ bản là điều khiển lực phanh ở các bánh xe cho phù hợp với lực bám trên mặt đường để đảm bảo lực phanh tối ưu ở các bánh xe và như vậy, hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ô tô được đảm bảo.
- Bó cứng ở cầu sau trước.
- Bó cứng ở cầu trước trước.
Trên hình 2.9 và 2.10 chỉ ra hai trường hợp bó cứng cầu sau và bó cứng cầu trước.
Trong trường hợp này, nếu do một ngoại lực bất kỳ nào đó, lực quán tính theo phương y và x có Py và Px. Lực Py cân bằng với các phản lực ở các cầu xe St và Ss. Nếu bó cứng cầu sau (Ss = 0) lực bên chỉ tồn tại ở bánh trước và Py.a = St.a và cặp ngẫu lực Py, St làm quay ôtô theo chiều mũi tên dẫn tới mất ổn định. Nếu bó cứng bánh xe cầu trước, St = 0 và Ss ¹ 0 mô men do cặp ngẫu lực làm quay ôtô theo hướng giảm nhỏ góc a.
CHƯƠNG 3
KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH TRÊN DÒNG XE TẢI KIA K125 BẰNG THỰC NGHIỆM
3.1. Thử nghiệm quá trình phanh của ô tô trên bệ thử
3.1.1. Tổng quan của bệ thử phanh MBT 4250 EUROSYSTEM
Sơ đồ cấu tạo của bệ kiểm tra phanh như hình 3.1.
- Nguyên lỹ hoạt động:
Cho xe lên băng thử. Bánh xe nằm giữa hai rulô và đè thanh lăn quay trơn xuống làm cho hở cảm biến. Lúc này thiết bị sẵn sàng hoạt động. Dùng remote (hay điều khiển trên màn hình) điều khiển cho thiết bị hoạt động. Môtơ sẽ khởi động kéo rulô quay làm cho bánh xe quay theo chiều tiến của xe. Khi tốc độ ổn định, đạp phanh từ từ đến khi bánh xe dừng lại, lực phanh làm cho bánh xe quay chậm dần, do ma sát của bánh xe và rulô làm cho rulô quay chậm lại cũng tức là môtơ quay chậm lại trong khi đó sức điện động trong môtơ vẫn giữ nguyên.
3.1.2. Trình tự thí nghiệm
Trình tự thí nghiệm có thể chia làm các bước như sau:
- Bước 1: Chuẩn bị xe, các quy tắc bảo đảm an toàn
- Bước 2 Khởi động phần mềm điều khiển Eurosystem
- Bước 4: Di chuyển xe vào bệ thử với vận tốc từ 3 – 5 km/h
- Bước 5: Kiểm tra phanh
1. Lái bánh xe trục trước vào bệ thử phanh, nhả phanh và trả số về 0. Chú ý các bánh xe phải thẳng và ở giữa bộ rulô. Hệ thống cảm biến sẽ tự động cân xe.
3. Sau khi cả hai rulô đã quay thì sẽ tự động xác định lực cản rulô và màn hình sẽ yêu cầu rà phanh để xác định giá trị độ ôvan (như hình dưới).
5. Lái trục trước ra khỏi bệ thử phanh, đưa trục sau vào, thực hiện kiểm tra như trục trước Sau đó lưu kết quả kiểm tra lực phanh trục sau.
7. Khởi động các môtơ. Lái trục xe ra khỏi bệ thử phanh
- Bước 6: Lưu kết quả kiểm tra
1. Sau đó, màn hình quay trở lại như sau :
3. Lưu tạm thời kết quả kiểm tra: Nhấn phím <5> Lưu tạm thời kết quả kiểm tra
Chương trình trở về màn hình chính của Eurosystem để chọn xe khác kiểm tra.
3.1.3. So sánh thực nghiệm và lý thuyết
Theo tiêu chuẩn 22 TCN 307 – 06 với chế độ thử: ô tô không tải (có 1 lái xe)
* Điều kiện về lực phanh chính : Tổng lực phanh không nhỏ hơn 50% trọng lượng ô tô không tải
Sai lệch lực phanh trên một trục (giữa bánh bên phải và bánh bên trái ):
KSL=(Plớn – Pnhỏ).100%/Plớn
Tổng lực phanh tại thời điểm cuối là 5,13 + 4,72 = 9,85 kN > 50%.(6,34+6,34)
Như vậy lực phanh chính đạt yêu cầu theo 22 TCN 307 - 06.
Độ lệch phanh max 21% < 25% , như vậy đạt yêu cầu theo 22 TCN 307 - 06
Tổng lực phanh tại thời điểm cuối là 2,84 + 2,82 = 5,66 kN >50%.(4,23+4,23)
Như vậy lực phanh chính đạt yêu cầu theo 22 TCN 307 - 06.
- Phanh đỗ:
Tổng lực phanh đỗ tại thời điểm cuối là 2,28 + 2,47 = 4,75 kN > 16%.8,46
Như vậy lực phanh đỗ đạt yêu cầu theo 22 TCN 307 - 06.
Độ lệch phanh max 21% < 25% , như vậy đạt yêu cầu theo 22 TCN 307 - 06
3.2. Thử nghiệm quá trình phanh của ô tô trên đường
3.2.1. Nội dung khảo sát
Hệ thống phanh có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của ôtô, qua thống kê các tai nạn giao thông đường bộ thấy rằng tai nạn do hệ thống phanh bị hư hỏng chiếm hơn 50% của tổng số tai nạn hư hỏng kỹ thuật nói chung của ôtô. Cũng vì thế mà trong kỹ thuật định kỳ của ôtô có nội dung rất quan trọng là kiểm tra tình trạng kỹ thuật hệ thống phanh.Hệ thống phanh làm việc tốt hay xấu được thể hiện qua chất lượng của quá trình phanh.
- Phương pháp sủ dụng các thiết bị thủ công để đo quãng đường phanh, thời gian phanh.
- Phương pháp xác định các thông số của hệ thống phanh trên bệ thử (Tham khảo phần trên “Đánh giá hiệu quả phanh của ô tô trên bệ thử con lăn”)
- Phương pháp sử dụng các thiết bị hiện đai (GPS, Cảm biến gia tốc) để xách định quãng đường phanh, thời gian phanh và lực phanh riêng một cách chính xác.
Sử dụng thiết bị SIRIUS demokit v2.0 kết hợp với phần mềm Dewesoft x2 để xác định động lực học quá trình phanh của xe tải Kia K125 thực
3.2.2. Thông số ban đầu
Thử nghiệm hệ thống phanh xe Kia K125 ở trạng thái không tải.
Điều kiện mặt đường: đường bê tông xi măng bằng phẳng,thẳng, không dốc, khô, có hệ số bám không quá 0,6, có đủ về chiều dài và chiều rộng để tiến hành thử phanh an toàn.
Lốp sử dụng đúng kích cỡ, đúng số lượng được bơm áp suất đến mức yêu cầu của nhà sản suất (4 kg/cm2).
Vị trí thử nghiệm: tại sân chào cờ trường.
Số lượng người ngồi trê xe: 3 người.
Hệ thống phanh của xe Kia K125 là hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không, phanh trước đĩa tản nhiệt, phanh sau tang trống
3.2.3. Tổng quan về bộ thiết bị SIRIUS demokit v2.0
Các thiết bị để đo phanh như hình 3.10.
3.2.1.1. Thiết bị xử lý và hiển thị kết quả
- Vị trí: Đặt ở nơi có vị trí chắc chắn, thuận tiện để kết nối với các cảm biến và gần vị trí người sử dụng.
- Sử lí số liệu được đưa về từ các cảm biến và hiển thị các thông số đo được trên cảm biến lên màn hình hiển thị.
3.2.1.3 Cảm biến GPS
- Vị trí: Lắp ở phần cao, thoáng và không có các vật che chắn ở phía trên.
- Công dụng: xác định vị trí của xe trên thực tế và xác định quãng đường di chuyển của xe trên thực tế.
3.2.1.4 Cảm biến lực bàn đạp phanh
- Vị trí: Lắp ở bàn đạp phanh
- Công dụng: Xác định lực của người đạp phanh và xác định lực phanh.
3.2.4. Trình tự thí nghiệm
- Bước 1: Chuẩn bị xe và trang thiết bị
- Bước 2: Gắn các cảm biến, đưa thiết bị xử lí lên xe
- Bước 3: Cho xe khởi động, tiến hành tăng tốc đến vận tốc quy định
- Bước 6: Kết luận.
3.2.6. So sánh thực nghiệm và lý thuyết
Dựa vào đồ thị ta thấy:
- Lực bàn đạp phanh tăng dần đến khi đạt giới hạn lớn nhất là 221,09 N (do quá trình đạp phanh không dứt khoát mà có đến 2 lần lực phanh lên cao nhất), đồng thời khi phanh bắt đầu đạp, vận tốc xe giảm đột ngột đến khi dừng hẳn. Phần nhấp nhô của đồ thị vận tốc là do dao động của xe khi dừng.
- Gia tốc phanh giảm dần do phanh xe ( tốc độ chậm dần) , sau đó có thay đổi chút ít do dao động của xe phát sinh ra.
- Thời gian để phanh xe đến khi dừng hẳn là : 1,07 s
Kết luận: Xe thử trên đường đạt yêu cầu.
KẾT LUẬN
Qua một thời gian thực hiện đồ án tại trường, với sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn : ThS .................. và các thầy giáo trong Khoa Ô tô, cùng với sự giúp đỡ của các đồng chí cùng lớp, tôi đã hoàn thành đồ án “Khảo sát động lực học quá trình phanh trên xe tải Kia K125 bằng thực ngiệm”.
Trong đồ án này tôi đã thực hiện các nội dung cơ bản sau:
- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống phanh xe Kia K125
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết động lực học quá trình phanh
- Khảo sát động lực học quá trình phanh trên xe Kia K125 bằng thực nghiệm
Sau khi đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án tôi đã củng cố lại được kiến thức và nâng cao sự hiểu biết về một số nội dung khai thác thực tế tạo thuận lợi cho bản thân trong công việc sau này tại đơn vị, cũng như làm tiền đề cho việc tìm hiểu sâu hơn kết cấu của các hệ thống phanh khác.
Trong quá trình thực hiện, do thời gian ngắn và trình độ của bản thân còn nhiều hạn chế, đồ án của tôi không tránh khỏi các thiếu sót. Rất mong sự quan tâm chỉ bảo chân tình của các thầy, sự đóng góp của các bạn đối với đồ án của tôi.
Xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lý thuyết ô tô quân sự, Khoa Động lực, HVKTQS, Năm 2002.
[2]. Sổ tay tra cứu tính năng kỹ thuật ô tô_PGS.TS Vũ Đức Lập, HVKTQS, Năm 2004.
[3]. Hướng dẫn đồ án môn học Tính toán sức kéo xe bánh lốp, Tổng cục Kỹ Thuật, Bộ Quốc Phòng, Năm 2002.
[4]. Lý thuyết ô tô máy kéo, Nguyễn Hữu Cẩn, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội, Năm 2003
[5]. Tài liệu hướng dẫn “DEWESoft X2 and SIRIUS demokit v2.0”.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"