MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Số lượng phương tiện giao thông đường bộ ngày càng nhiều, đa dạng về chủng loại, trong khi đó, hạ tầng giao thông chưa đáp ứng kịp. Tai nạn giao thông do ô tô gây ra phụ thuộc điều kiện môi trường giao thông, người lái và tình trạng kỹ thuật ô tô. Hệ thống phanh trên ô tô là hệ thống cơ bản giúp bảo đảm ổn định và an toàn chuyển động của xe.
Hệ thống phanh giữ một vai trò quan trọng đảm bảo an toàn khi chuyển động của ô tô, giúp giữ an toàn cho người, hàng hóa và phương tiện. Để quá trình phanh ô tô đạt hiệu quả cao, giữ ổn định hướng chuyển động tốt phụ thuộc rất nhiều vào điều khiển quá trình phanh. Do yêu cầu ngày càng cao về tính an toàn chuyển động và tiện nghi của ô tô, việc nghiên cứu động lực học chuyển động xe nói chung, nghiên cứu chuyển động của xe khi phanh và phát triển các hệ thống điều khiển quá trình phanh nói riêng luôn được các nhà khoa học và hãng sản xuất ô tô trên thế giới dành sự quan tâm đặc biệt. Có thể nói, trên thế giới việc nghiên cứu hệ thống phanh và điều khiển quá trình phanh đã phát triển tương đối toàn diện nhưng vì nhiều lý do khác nhau mà các kết quả nghiên cứu chưa công bố một cách đầy đủ, chủ yếu mang tính chất giới thiệu, vì vậy việc ứng dụng vào sản xuất ô tô trong nước còn hạn chế.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và mang tính cấp thiết của ngành công nghiệp ô tô đòi hỏi nhanh chóng làm chủ kỹ thuật, công nghệ hiện đại, tiến tới tự chủ trong khai thác, sửa chữa và sản xuất chế tạo các cụm, hệ thống, trong đó có hệ thống phanh. Tuy đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống phanh, điều khiển quá trình phanh ô tô, nhưng cho đến nay, các kết quả nghiên cứu đó chưa đáp ứng yêu cầu thiết kế, chế tạo các cụm, hệ thống, chi tiết nhằm nâng cao chất lượng ô tô lắp ráp và sản xuất trong nước. Ý tưởng phân tích động lực học quá trình phanh tổ hợp xe đầu kéo - bán móc kết hợp sử dụng phần mềm mô phỏng Matlab – Simmechanics được đưa ra từ 2 những phân tích trên. Qua đó đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng của hệ dẫn động và độ tin cậy của hệ thống phanh.
Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là tính năng động lực học của tổ hợp xe đầu kéo và sơ mi rơmooc 3 trục. Cụ thể, các thông số của mô hình nghiên cứu được lấy từ xe đầu kéo Hyundai HD700 và một sơmi rơmoóc 3 trục có tải trọng 30T tiêu chuẩn. Phạm vi nghiên cứu Vấn đề dao động của xe khi chuyển động là một vấn đề rất phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và các trạng thái làm việc khác nhau. Vì vậy đề tài nghiên cứu chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu động lực học quá trình phanh của tổ hợp xe đầu kéo bán móc trên đường thẳng.
Ứng dụng phần mềm MATLAB Simmechanics, tiến hành mô phỏng, phân tích các tính năng động lực học khi phanh của xe đầu kéo bán móc. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài • Tổng thể: Mục đích chính của đề tài này mang tính từng bước góp phần xây dựng cơ sở cho việc nghiên cứu có bài bản về xe đầu kéo bán móc ở Việt Nam. Nội dung đề cập ở đây là nghiên cứu phân tích các tính năng động lực học quá trình phanh, qua đó đánh giá được hiệu quả sử dụng của xe, từ đó khắc phục những nhược điểm về cấu tạo, đề xuất phương án cải tạo, nếu có nhu cầu phát triển để sử dụng phổ biến. Tìm hiểu phần mềm mô phỏng MATLAB - SIMMECHANICS và nghiên cứu ứng dụng phần mềm trong phần tính để đánh giá các tiêu chí kỹ thuật của xe về tính năng động học, động lực học của xe.
Phát triển các đề tài mô phỏng trước đây bằng cách thay đổi thông số để tìm ra kết quả mô phỏng tốt nhất. • Cụ thể: + Xây dựng mô hình tính toán các thông số động lực học quá trình phanh xe đầu kéo – bán móc. + Phân tích các thông số động lực học của quá trình phanh. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: 1.
Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Sử dụng các kiến thức về cơ học chuyển động của ô tô để phân tích bài toán dao động xe, từ đó đưa ra được ảnh hưởng của thông số hệ thống phanh tới tính năng ổn định của xe. Tìm hiểu về các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả hệ thống phanh để phân tích khả năng thay đổi thời gian phanh của đầu kéo và bán móc, từ đó rút ra được kết luận về khả năng cải thiện được sự ổn định của xe với việc sử dụng hệ thống phanh. Sử dụng phần mềm MATLAB Simmechanics để mô phỏng lại sự thay đổi các thông số của hệ thống phanh, ứng với các các trạng thái làm việc khác nhau. Từ các đồ thị kết quả thu được ta rút ra các nhận xét và đánh giá mức độ ổn định của tổ hợp xe đầu kéo bán móc.
4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Lực phanh và các moment tác dụng lên bánh xe khi phanh Mjb Mp ɛ G v Px rb w Fp Hình 2.1: Lực phanh trên bánh xe Khi ñaïp phanh thì ôû cô caáu phanh taïo ra moâmen ma saùt coøn goïi laø moâmen phanh Mp. Taïi vuøng tieáp xuùc giöõa baùnh xe vôùi ñöôøng xuaát hieän löïc phanh (Fp) ngöôïc vôùi chieàu chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ.1) * Mp – Moâmen phanh taùc duïng leân baùnh xe. Fp – Löïc phanh taùc duïng taïi ñieåm tieáp xuùc giöõa baùnh xe vôùi maët ñöôøng.
rb – Baùn kính tính toaùn cuûa baùnh xe. Khi moâmen phanh Mp taêng thì löïc phanh Fp taêng, nhöng löïc phanh khoâng theå taêng moät caùch tuøy yù. Bôûi vì löïc phanh lôùn nhaát bò giôùi haïn bôûi ñieàu kieän baùm giöõa baùnh xe vôùi maët ñöôøng, nghóa laø: !%+,- = !# = .2) 5 Trong ñoù : !# – Löïc baùm doïc giöõa baùnh xe vôùi maët ñöôøng. Wb – Phaûn löïc phaùp tuyeán taùc duïng leân baùnh xe.
1 – Heä soá baùm doïc giöõa baùnh xe vôùi maët ñöôøng. Khi phanh, ngoaøi moâmen phanh, coøn coù moâmen quaùn tính Mjb vaø moâmen caûn laên taùc duïng leân baùnh xe.Bôûi vaäy löïc haõm toång coäng taùc duïng leân baùnh xe seõ laø : '3 4'5 6'7* ': 6'7* !2 = )* = !8 + )* (2.3) Trong quaù trình phanh, do Mp taêng daàn neân Fp cuõng taêng daàn leân vaø ñeán moät luùc naøo ñoù Fp = Fpmax = !# thì caùc baùnh xe bò tröôït leát. Khi baùnh xe bò tröôït leát hoaøn toaøn thì heä soá baùm 1 giaûm xuoáng giaù trò 1min, cho neân löïc phanh cuõng giaûm xuoáng giaù trò nhoû nhaát, daãn ñeán hieäu quaû phanh thaáp nhaát. Ngoaøi ra, neáu caùc baùnh xe tröôùc bò tröôït leát seõ laøm maát tính daãn höôùng khi phanh (xe khoâng ñieàu khieån ñöôïc), coøn neáu caùc baùnh xe sau bò tröôït leát seõ laøm maát tính oån ñònh khi phanh (caùc baùnh xe deã daøng bò tröôït ngang khi coù löïc ngang nhoû taùc duïng leân xe).
Töø bieåu thöùc (2.2) ta thaáy raèng ñeå coù Fp lôùn thì caû heä soá baùm 1 vaø Wb ñeàu phaûi coù giaù trò lôùn. Cho neân ñeå söû duïng heát toaøn boä troïng löôïng baùm cuûa xe, chuùng ta phaûi boá trí cô caáu phanh ôû taát caû caùc baùnh xe. Khi phanh, ñoäng naêng hoaëc theá naêng cuûa xe bò tieâu hao cho ma saùt giöõa maù phanh vaø troáng phanh, giöõa loáp vaø maët ñöôøng cuõng nhö ñeå khaéc phuïc caùc löïc caûn chuyeån ñoäng. Neáu moâmen phanh caøng taêng thì cô naêng bieán thaønh nhieät naêng giöõa troáng phanh vaø maù phanh, giöõa loáp vaø maët ñöôøng caøng taêng.
6 Khi baùnh xe bò haõm cöùng hoaøn toaøn thì coâng ma saùt giöõa troáng phanh vaø maù phanh cuõng nhö söï caûn laên khoâng coù nöõa, taát caû naêng löôïng haàu nhö bieán thaønh nhieät naêng ôû vuøng tieáp xuùc giöõa loáp vaø maët ñöôøng. Söï tröôït leát seõ laøm giaûm hieäu quaû phanh,taêng ñoä moøn cuûa loáp, taêng ñoä tröôït doïc vaø aûnh höôûng xaáu ñeán tính oån ñònh ngang cuûa xe. Lực phanh trên ô tô và điều kiện đảm bảo phanh tối ưu 2. Lực phanh trên ô tô L a b v F Fj ɛ G hg Ff1 Fp1 Ff2 Fp2 W1 W2 Hình 2.2: Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh Caùc löïc taùc duïng leân oâtoâ khi phanh : + G: Troïng löôïng toaøn boä cuûa oâ toâ ñaët taïi troïng taâm. + Ff1, Ff2: Löïc caûn laên ôû caùc baùnh xe tröôùc vaø sau. + W1, W2: Phaûn löïc thaúng goùc taùc duïng leân caùc baùnh xe tröôùc vaø sau.
7 + Fp1, Fp2: Löïc phanh ôû caùc baùnh xe tröôùc vaø sau. + !$ : Löïc caûn khoâng khí. + Fj: Löïc quaùn tính khi phanh coù gia toác chaäm daàn. Löïc quaùn tính Fj ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau : < !; = = >8 (2.4) g – Gia toác troïng tröôøng (g = 9,8 m/s2). jp – Gia toác chaäm daàn khi phanh. Khi phanh thì löïc caûn khoâng khí !$ vaø löïc caûn laên Ff1 vaø Ff2 khoâng ñaùng keå, coù theå boû qua. Söï boû qua naøy chæ gaây sai soá khoaûng 1,5 ÷ 2%.
Baèng caùch laäp caùc phöông trình caân baèng moâmen cuûa caùc löïc taùc duïng leân oâ toâ khi phanh ñoái vôùi caùc ñieåm tieáp xuùc giöõa baùnh xe vôùi maët ñöôøng taïi cầu trước, sau. Ta coù theå xaùc ñònh caùc phaûn löïc thaúng goùc W1 vaø W2 taùc duïng leân caùc baùnh xe caàu tröôùc vaø caàu sau : <.6) D Trong ñoù : a, b, hg – Toïa ñoä troïng taâm cuûa oâ toâ. L – Chieàu daøi cô sôû cuûa oâ toâ. G1, G2 – Taûi troïng taùc duïng leân caùc baùnh xe caàu tröôùc vaø caàu sau khi phanh.
Thay Fj ôû coâng thöùc (2.4) vaøo W1 vaø W2, ta ñöôïc : 8 H LM NO HR L N WA = I Jb + Q= J1 + M O Q = WAT .7) P I PR H LM NO HZ L N WF = I Ja − Q= J1 − M O Q = WFT .8) P I PZ W1t, W2t – Phaûn löïc thaúng goùc taùc duïng leân caùc baùnh xe caàu tröôùc vaø caàu sau khi xe ñöùng yeân treân maët phaúng naèm ngang (phaûn löïc tónh). m1p, m2p – Heä soá thay ñoåi taûi troïng taùc duïng leân caùc baùnh xe caàu tröôùc vaø caàu sau khi phanh. G1t, G2t – Taûi troïng tónh taùc duïng leân caùc baùnh xe caàu tröôùc vaø caàu sau. Caùc löïc phanh sinh ra ôû caùc baùnh xe caàu tröôùc vaø caàu sau seõ laø : < ;3 2C !8A = !