NGUYEN HỮU CẨN PHANH O TO (CƠ SỞ KHOA HỌC VA THÀNH TỰU MỚI) NHÀ XUẤT BẢN = KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2004 Cuốn sách dùng làm tài liệu học tập cho học viên cao học, tham khảo cho sinh viên đại học chuyên ngành ô tô và các cán bộ kỹ thuật cùng ngành 60 — 6V2. ~ 118 — 351 - 03 Lời nói đầu Sản xuốt ô tô trên thế giới ngày nay tăng uượt bộc, ô tô trỏ thành phương tiện uận chuyển quan trọng uề hành khách 0ò hàng hóa cho các ngành kinh tế quốc dân, dồng thời đã trỏ thanh phuong tiện giao thông tu nhân ở các nước có nền hỉnh lế phat trién. Ngay 6 nude ta 36 6 t6 tu nhân cũng dang phát triển cùng uới sụ tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ xe trên đường ngày càng cao, - Mỹ uà Nhật Bản là hai nước sân xuất 6 t6 nhiều nhất trên thế giới, hàng năm mỗi nuóc sản xuốt khoảng 12 đến 13 triệu chiếc (năm 1993 Nhật Ban sản xuốt 12,5 triệu chiếc). Sản xuất 6 t6 du lịch trên thế giới chiếm tỷ lệ 78 + 80% , ô tô tải chiếm 18 + 20%, cớc loại ô tô khác chiếm 1 + 3%.
Do mật độ ô tô trên dường ngày càng lớn Uè tốc độ chuyển động ngày càng cao (do đường sứ ngày càng được cải thiện tốt hơn) cho nên uốn đề tại nạn giao thông trên dường là uấn đề cốp thiết hàng đầu luôn phải quan tâm. ` Ỏ nước ta trong hai năm. 1998 — 2000 bình quân mỗi năm có 20.000 0uụ tại nạn giao thông làm chết 7.866 người chết uì tại nạn giao thông.484 vu tai nan giao théng lam 12.989 người chết uù 30.772 người bị thương. Tai nẹn giao thông không những gôy thiệt hạt lớn vé người ma con gay thiệt hại lớn uề tài sản của Nhà nước uờ của công dén.
Vi vay ngay 29-5-1995 Chính phủ Nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam đã bạn hành Nghị dịnh 36 CP uề bảo dâm trật tu an toàn giao thông đường bộ uờ trột tu œn toàn giao thông đô thị. Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 + 70% do con người gây ra (như lới xe sdy rượu, mệt môi, buồn ngủ 0.) 10 + 15% do hụ hỏng máy móc, trục trặc uề ky thuét va 20 + 30% do đường số quá xấu. Trong nguyên nhân do hư hông máy móc, trục trộc vé hỹ thuật thì tỷ lệ tại nạn do cóc cụm của ô tô gây nên được thống kê như sơu : Phanh chân ` 52,2 + 74,4% Phanh tay 4,9 + 16,1% Lái 49 + 19,2% Anh sang 2,3 + 8,7% Bánh xe 2,5 + 10% Các hư hỏng khác 2 + 18,2% Tù các số liệu nêu trên thấy rằng, tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai nạn do kỹ thuột gây nên. Cũng uì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn uề thiết kế chế tạo va sit dụng hệ thống phanh ngày cùng nghiêm ngặt va chặt chẽ.
Ö nước ta trước hỉa uiệc biểm tra hệ thống phanh trong lần hiểm tra xe dinh ky con mang tinh chất thô thiển, tùy tiên, dụa trên sự quan sót bằng mới, không dụa trên một tiêu chuẩn nào va chưa dùng thiết bị do nòo cả. Tù ngày thục hiện nghị định 36 CP của Chính phủ thì Bộ Giao thong van tải mới ra những tiêu chuẩn bude diu dé kiém tra phanh va dé ding những phương tiện do dé xác dịnh hiệu quả phanh. Hién nay cả nước đã có 79 trạm dang hiểm phương tiện cơ giới dường bộ có các thiết bị hiện dại bể cả thiết bị để biểm tra phanh. Tuy nhiên các thiết bị kiểm tra phanh hiện có ỏ nước ta còn han chế ỏ dạng bệ thủ uới tốc dộ thấp, còn thiết bị kiếm tra phanh dịnh kỳ trên dường uẫn chưa có, cóc thiết bị để nghiên cứu uề phanh ô tô lợi cùng hiếm nữa.
Hệ thống phanh ngày nay đã được cải tiến nhiều nhằm tang hiéu quad phanh, tang tính ổn định hướng 0à tinh dén hướng khi phanh, tăng độ tín cậy làm oiệc uới mục dích đảm bdo an toàn chuyển dộng uờ tăng hiệu quả uận chuyển của ô lô. Tộp tài liệu này trình bày các uốn dé cơ bản uề lý thuyết phanh ô tô, oề các chỉ tiêu đónh giá chất lượng phanh, 0ề các thành tụu mới trong thiết hế tính toán hệ thống phanh nhằm phục 0uụ học tập cho học Uuiên cao học của chuyên ngành ô tô, đồng thời cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh uiên dại học chuyên ngành ô tô uà cóc cón bộ kỹ thuật công tác trong ngành. Trong cuốn sách không tránh khôi những sơ suốt, mong nhận được ý hiến đóng góp của dộc giả dễ củi tiến trong cóc lần biên soạn sơu. , Tác giả Chương Ï CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA SỰ PHANH Ô TÔ L1.
LỰC TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI PHANH VÀ PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG LỰC KHI PHANH Trong trường hợp chung khi ô tô đang chạy trên đốc và tiến hành quá trình phanh ta có các lực tác dụng lên 6 tô như sau (hình L1) : Trong hình I1 : G - trọng lượng ô tô (trọng lượng này được nhân thành hai thành phần Gsinz và Gcosơ) ; Pry, Ppp - lực cản lăn ở các bánh trước và các bánh sau ; P Pha - lực phanh sinh ra ở các bánh trước và các bánh pl sau ; P„, - lực cân của không khí ; Hình LÍ. Lực tác dụng lên ô tô khi phanh. P, - lực quán tính sinh ra trong khi phanh, lực này có chiều cùng với chiều chuyển động của 6 tô. Sở di như vậy là vỉ khi phanh thì gia tốc chậm dần cớ chiều ngược với chiều chuyển động của ô tô, mà lực quán tính cố chiều ngược với chiều của gia tốc ; P¡ - luc can lên dốc, chính là thành phần của trọng lượng ˆ chiếu trên mặt đường QP; = G sina ; a - góc đốc của đường) ; P, ~ lực cản do ma sát trong hệ thống truyền động : Z;, Z, - phản lực thẳng góc từ mặt đường lên các bánh xe trước và các bánh xe sau.
Lực phanh tổng cộng Pp, sẽ là : Py = Pu + Poo Giá trị cực đại của lực phanh PEmax xác định như sau : Pomax = 9 6, (4) trong đó : @ - hệ SỐ bám giữa bánh xe và mặt đường. Lực cản chuyển động tổng cộng sẽ là : P= Py t+ Po = tG 2) trong đó : f - hệ số cản chuyển động của đường. Lực cân không khí xác định như sau : P, = KFv, (1.3) trong đó : K - hệ số cản không khí ; PP - điện tích chính điện của 6 tô ; v - tốc độ bất đầu phanh. Lực quán tinh P, được tính theo công thức : - G dv Đị = 6 5 a? (1.4) trong đó : 6 —hé s6 tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô ; t - thời gian phanh ; E ~ gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s’).
Hé s6 6 duge xdc dinh nhu sau : Gathion + Zin) 8 (1.5) G rh œ II trong đó : dạ - mô men quán tính của bánh đà và các chỉ tiết quay của động cơ ; Jụy - mô men quán tính của bánh xe ; rụ„ ~ bán kính làm việc của bánh xe ; in - tỷ số truyền của hộp số ở số cấp đang gài ; i, - ty s6 truyền của truyền lực chính ; yn — hiệu suất của hệ thống truyền lực. Chiếu các lực tác dụng lên ô tô khi phanh lên bể mặt nghiêng của đường ta có phương trình cân bằng lực khi phanh như sau : Pj= Pg+ P¿+ Pyt+ P, + P; (1.6) Lực cân dốc P, có thể tính như sau khi góc dốc ø nhỏ : : Đị = G sinz ~ G tga H _. Nhung tga = To H, L — kich thước xem ở hình I2 ¡ - độ đốc của đường.7) Đối với đường loại I và loại II độ đốc ¡ cớ giá trị i= 0 + 3%. Thí nghiệm chứng tỏ rằng trong quá trình phanh thì lực phanh P,„ chiếm 96 + 98% của tổng các lực cản lại sự chuyển động của ô tô.
Như vậy lực để hãm ô tô chủ yếu là lực phanh P,. Kích thước của đường dốc. CÓ SỞ LÝ LUẬN CUA QUA TRINH PHANH Khi phanh thỉ ô tô không dừng ngay tại vị trí lúc bất đầu phanh mà sẽ dừng cách vị trí bắt đầu phanh một khoảng cách nào đấy. Không những thế ô tô còn có thể bị lệch khỏi hướng chuyển động trước lúc bắt đầu phanh.
Vì vậy để đánh giá quá trình phanh cẩn phải nghiên cứu cả hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ô tô khi phanh. HIỆU QUÁ PHANH Từ phương trình cân bằng lực tác dụng lên ô tô khi phanh (1.6), bỏ qua các lực Pạ P¿„, P, vi chúng rất nhỏ so với tổng lực cản nơi chung khi phanh và xét trường hợp khi phanh trên đường nằm ngang hoặc ở trên đốc có góc œ rất bé (P, ~ 0) ta có thể viết phương trình như sau : P= Py 8) 11 Thay giá trị P từ biểu thức (4) và Py từ biểu thức (1) ' vào biểu thức (L8) ta có : Gd 2g = 9G (1.9) Tu biéu thitc (1.9) cé thé xdc dinh gia t6c cham dan cực đại khi phanh J,,,, nhu sau : Jae = Spdv = TE (1.10) Ti bigu thie (1.10) thay rằng để tăng gia tốc chậm dần cực đại khi phanh cần phải giảm hệ số ð. VÌ vậy khi phanh đột ngột người lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó ô sẽ giảm và j„„„ sẽ tăng, nghĩa là hiệu quả phanh sẽ lớn. Gia t6c cham dan cực đại Jmax phụ thuộc vào hệ số bám ø giữa lốp và mặt đường mà giá trị của hệ số bám lớn nhất max = 0,7 + 0,8 trên đường nhựa tốt, vì vậy nếu cơi ổ = 1 va gia tốc trọng trường g = 10 m/s” thì gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh ngặt trên đường nhựa tốt, khô, nầm ngang có thể đạt trị số j„.
đến 7 + 8 m/s”, Trong qua trinh 6 t6 lam việc, thường phanh với gia tốc chậm dần thấp hơn nhiều, phanh đột ngột (phanh ngặt) chỉ xây ra trong những lức cấp thiết. Từ biểu thức (10) ta cớ thể viết : 12 dt = oo dv đŒ11) PE - Để xác định thời gian phanh nhỏ nhất cần tích phân dt trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu vị tới thời điểm ứng với vận tốc v;ạ ở cuối quá trình phanh.