Đặt vấn đề Hiện nay, ngành công nghiệp ô tô trên thế giới và ở Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ. Vì vậy, nhu cầu sử dụng ô tô của con người ngày càng tăng với nhiều mục đích sử dụng khác nhau như vận chuyển hành khách, vận chuyển hàng hóa.từ đó tạo ra sự cạnh tranh giữa các hãng, kéo theo sự phát triển của khoa học công nghệ để nâng cao chất lượng, tính năng vượt trội của chiếc xe. Bên cạnh việc gia tăng về số lượng ô tô mỗi năm thì vấn đề xảy ra va chạm trên đường cũng tăng theo (ước tính khoảng 4000 vụ tai nạn giao trong 2022, theo Ủy ban An toàn giao thông quốc gia). Do đó việc đảm bảo an toàn là vấn đề được quan tâm hàng đầu, đặc biệt là về an toàn chủ động (hệ thống phanh).
Như vậy về góc độ an toàn, hệ thống phanh trên ô tô đóng vai trò rất quan trọng, không những đảm bảo an toàn mà còn là cơ cấu điều khiển ổn định xe trong suốt quá trình chuyển động. Để quá trình phanh đạt hiệu quả cao nhất, thì ta phải sử dụng hết trọng lượng bám Fp max F G. của ô tô và lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe theo biểu thức Khi phanh phản lực pháp tuyến ở cầu trước Z1 tăng và ở cầu sau Z2 giảm. Vì vậy để đảm bảo hiệu quả phanh cao, phanh tối ưu thì cần tạo ra mômen phanh ở các cơ cấu phanh cho ra lực phanh tỉ lệ với phản lực pháp tuyến hoặc có thể cải thiện giá trị hệ số bám.
Việc cải thiện giá trị hệ số bám đang được hệ thống ABS giải quyết rất tốt và đang được áp dụng trên các dòng xe hiện đại. Tuy nhiên, trong thực tế còn rất nhiều xe chưa sử dụng hệ thống ABS, cụ thể là một số xe tải ở Việt Nam. Đa phần những loại xe này đang được trang bị bộ điều hòa lực phanh. Chính vì những điều trên đã thúc đẩy nhóm nghiên cứu chọn đề tài “Tìm hiểu về điều hòa lực phanh ô tô”.
Giới hạn đề tài Trong đề tài này chủ yếu tìm hiểu về cơ sở lý thuyết điều hòa lực phanh. Từ đó xây dựng các phương pháp điều hòa lực phanh cho cơ cấu phanh tang trống và hệ thống dẫn động phanh thủy lực. Ngoài ra, thực hiện tính toán, lựa chọn van trên xe cụ thể. Mục đích đề tài Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối lực phanh.
Tìm hiểu về nguyên tắc điều hòa lực phanh và các van điều hòa áp suất phanh. 1 Tính toán, lựa chọn van phân phối lực phanh cho xe ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng. Tìm hiểu về hệ thống phân phối lực phanh điện tử. Tìm hiểu những hư hỏng và cách sửa chữa van điều hòa áp suất phanh.
Phương pháp thực hiện Kết hợp giữa việc đọc, tìm hiểu và tham khảo tài liệu, giáo trình về động lực học phanh ô tô và các tài liệu trên internet để khảo sát sự phân phối lực phanh trên ô tô. Từ đó, tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối lực phanh tối ưu. Phân tích các biểu đồ đặc tính khi phanh để xây dựng nguyên tắc điều hòa lực phanh đảm bảo sự phanh tối ưu. 2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thông thường, hiện tượng bánh xe sớm bị hãm cứng khi phanh hay xảy ra khi ô tô phanh gấp hoặc phanh khi di chuyển trên các loại đường có hệ số bám thấp.
Và sự hãm cứng của các bánh xe cầu trước và cầu sau thường xảy ra không đồng thời. Khi ô tô phanh với lực phanh lớn hoặc phanh gấp, toàn bộ tải trọng của ô tô sẽ có xu hướng dồn về phía trước do quán tính. Vì vậy nên tải trọng ở cầu trước tăng lên và tải trọng ở cầu sau thì giảm xuống. Nếu như lực phanh ở cầu trước và cầu sau là bằng nhau thì bánh xe phía sau sẽ có xu hướng bị bó cứng sớm hơn, và làm cho bánh xe sau bị trượt lết.
Chính vì sự trượt lết này sẽ làm giảm hiệu quả phanh, tăng độ mòn lốp, ảnh hưởng xấu đến tính ổn định và tính dẫn hướng của ô tô. Trong điều kiện này, trừ khi ô tô chuyển động thẳng, còn không nó sẽ bị xoay ngang rất nguy hiểm. Để khắc phục những điều trên thì ta cần phải điều hòa áp suất dẫn động phanh, mặc khác áp suất dẫn động phanh có mối quan hệ với lực phanh và mômen phanh tại mỗi cơ cấu phanh. Vì vậy, đầu tiên, ta đi tìm hiều về cơ sở lý thuyết điều hòa lực phanh.
Lực phanh trên ô tô Khi người lái đạp phanh, tại cơ cấu phanh sẽ tạo ra mômen ma sát (mômen phanh M p ). Khi đó, điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường sẽ sinh ra lực phanh ( Fp ) ngược chiều chuyển động của xe. Lúc này, lực phanh được xác định theo mômen phanh như sau: F p (2.1) Với: M p mômen phanh tác dụng lên bánh xe. Fp lực phanh tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường.
rbx bán kính tính toán của bánh xe. Phương trình cân bằng lực khi phanh Hình 2.1: Lực tác dụng lên ô tô khi phanh Khi phân tích các lực tác dụng lên ô tô, ta có thể viết phương trình lực kéo khi phanh như sau: F F F F (2.2) j p f Trong đó: Fj : Lực quán tính sinh ra khi phanh. Fp : Lực phanh sinh ra tại các bánh xe. Ff : Lực cản lăn.
F : Lực cản không khí. F : Lực để thắng tiêu hao do ma sát cơ khí. Fi : Lực cản dốc. Thực tế cho thấy khi phanh thì Ff , F , F là không đáng kể, vì các lực này rất nhỏ F so với Fp ngoài ra khi ô tô di chuyển trên đường nằm ngang i = 0.
Như vậy phương trình (2.2) được viết lại thành phương trình sau: F j F (2. Tải trọng thẳng đứng khi phanh Lực phanh và Fp 2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và ngược chiều với chiều chuyển động của ô tô. Lực quán tính Fj đặt tại trọng tâm O và cùng chiều với chiều chuyển động của ô tô. Lực quán tính được tính theo công thức: 4 F G j (2.4) g Với: jp - Gia tốc chậm dần khi phanh.
g 9, 8 m / s2 - Gia tốc trọng trường. Khi phanh lực cản không khí Fw không đáng kể, có thể bỏ qua và sự bỏ qua này gây sai số khoảng (1,5 2)%. Lập phương trình cân bằng moment tại A và B, ta có thể xác định được các phản lực thẳng góc Z1 , Z2 tác dụng lên các bánh xe trước và sau: Phương trình cân bằng moment tại A: Z .5) j Phương trình cân bằng moment tại B: Z .6) Với: a, b, hg – tọa độ trọng tâm của ô tô. L – chiều dài cơ sở của ô tô.
Thay giá trị F j từ công thức (2. Lực phanh cực đại Trong quá trình phanh thì mômen phanh tăng dần, do đó lực phanh cũng tăng theo. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả phanh thì lực phanh không thể gia tăng một cách tùy ý mà lực phanh lớn nhất sẽ bị giới hạn bởi điều kiện bám của bánh xe và mặt đường. Ta có: Fp max F G ( Z1 Z2 ) (2.9) Với Z 1 là tải trọng pháp tuyến tại cầu trước.
Z 2 là tải trọng pháp tuyến tại cầu sau. là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường. 5 Từ công thức (2.9) ta rút ra nhận xét sau: để lực phanh đạt giá trị lớn thì hệ số bám và tải trọng tác dụng lên bánh xe cũng phải có giá trị lớn. Vì vậy muốn sử dụng hết trọng lượng bám của xe, ta phải bố trí cơ cấu phanh cho tất cả bánh xe.
Điều kiện đảm bảo lực phanh tối ưu Phanh tối ưu là quá trình phanh đạt hiệu quả cao nhất và thể hiện qua các chỉ tiêu như quãng đường phanh, thời gian phanh là ngắn nhất và gia tốc phanh là lớn nhất. Phanh có hiệu quả 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 lực quán tính Fj. Trong trường hợp phanh hiệu quả nhất thì ta có tỷ số giữa lực phanh ở các bánh trước và lực phanh ở các bánh sau là: F Z Z Gb F h p1 1 (2.10) j F Z 2 Z 2 Ga F h 1 p2 j Và ta có F j Fp Fp1 Fp 2 .11) j max p max Thay Fj max vào biểu thức (2.12) F a h p2 g Như vậy, biểu thức (2.12) chính là điều kiện để đảm bảo lực phanh là tối ưu. Nghĩa là muốn phanh có hiệu quả nhất thì khi phanh quan hệ giữa lực phanh cầu trước và cầu sau phải thỏa mãn biểu thức (2.
Trong quá trình phanh thì các tọa độ trọng tâm ( a , b, hg ) và hệ số bám dọc luôn F p1 thay đổi nên tỷ số giữa các lực phanh cầu trước và sau cũng luôn thay đổi. Nếu F p2 muốn vậy thì mômen phanh sinh ra tại cơ cấu phanh của các bánh xe cầu trước và cầu sau tức là M p1 , M p 2 phải được thay đổi. Đặc biệt, muốn thay đổi mômen phanh thì ta phải thay đổi áp suất dẫn động đến các xilanh bánh xe. Ở hệ thống phanh thông thường, sự thay đổi áp suất nói trên là không có nên khi phanh gấp, trong một khoảng thời gian ngắn thì Z1 tăng lên và Z2 thì giảm xuống từ đó dẫn đến lực bám tại cầu trước F1 tăng và tại cầu sau giảm F 2.
Hậu quả là lực phanh nhỏ hơn lực bám tại cầu trước, lực phanh lớn hơn lực bám tại cầu sau. Vì vậy mà làm cho các bánh xe cầu sau bị bó cứng sớm và trượt lết hoàn toàn. Khi đó nếu có lực ngang tác dụng vào xe thì 6 cầu sau sẽ trượt ngang làm xe mất ổn định, không đảm bảo được an toàn cho người lái và những người xung quanh. Như vậy, để tránh hiện tượng bó cứng sớm ở bánh sau thì phải điều chỉnh được áp suất dẫn động phanh.
Mặc khác, trong một hệ thống phanh thì lực phanh, mômen phanh và áp suất dẫn động phanh có mối quan hệ mật thiết với nhau.