Kỹ thuật công nghệ - Phanh ô tô và hệ thống phanh

6.1. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG PHANH : 6.1.1. Công dụng : 6.1.2. Yêu cầu : 6.1.3. Phân loại : 6.2. LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH PHANH : 6.2.1. Lực phanh và các mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh : CHƯƠNG 6 : PHANH Ô TÔ VÀ HỆ THỐNG PHANH Hình 6.1 : Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh Ta có : (6.1) Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám bám giữa bánh xe với mặt đường : PPmax = = P = Zb. (6.2) Lực hãm tổng cộng tác dụng lên bánh xe là : (6.3) 6.2.2. Lực phanh ô tô và điều kiện đảm bảo phanh tối ưu : 6.2.2.1. Lực phanh ô tô : Hình 6.2 : Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh Lực quán tính Pj được xác định bởi công thức sau : (6.4) Xác định phản lực thẳng góc Z1 và Z2 tác dụng lên bánh xe cầu trước và cầu sau : (6.5) (6.6) Thay Pj ở công thức (6.4) vào Z1 và Z2 , ta có : (6.7) (6.8) Với : Các lực phanh sinh ra ở cầu trước và cầu sau sẽ là : (6.9) (6.10) Lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là : Ppmax = Gφ (6.11) 6.2.2.2. Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu : Trong trường hợp phanh hiệu quả nhất thì : (6.12) Quá trình phanh thì Pf1 và Pf2 không đáng kể có thể bỏ qua, ta có : Pj = Pp1 + Pp2 Và Pjmax= Ppmax = G  (6.13) Thay Pjmax vào (6.12), ta có : (6.14) 6.2.3. Mômen phanh cần thiết tại các cơ cấu phanh : Lực phanh cực đại có thể tác dụng lên một bánh xe ở cầu trước trên đường bằng phẳng : (6.15) Ở cầu sau : (6.16) Các hệ số phanh mp1 , mp2 cho trường hợp phanh với cường độ phanh lớn nhất ( jp = jpmax ) sẽ là : (6.17) (6.18) Ở cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở các bánh xe, mômen cần sinh ra ở mổi cơ cấu phanh cầu trước là : (6.19) (6.20) Xét cơ cấu phanh guốc, ta có : Mp1 = M’p1 + M’’p1 (6.21) Mp2 = M’p2 + M’’p2 (6.22) 6.2.4. Xác định các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh : 6.2.4.1. Gia tốc chậm dần khi phanh : Phương trình cân bằng lực kéo khi phanh : Pj = Pp + Pf + Pω + Pη  Pi (6.23) Khi phanh trên đường ngang Pi = 0 , bỏ qua các lực Pω, Pf, Pη , ta có : Pj = Pp (6.24) Lực phanh lớn nhất theo điều kiện bám khi bánh xe bị phanh hoàn toàn : Ppmax = G.φ Hay (6.25) Từ (6.25) xác định được gia tốc chậm dần cực đại khi phanh : (6.26) 6.2.4.2. Thời gian phanh : Thời gian phanh : (6.27) Suy ra : (6.28) Xác định thời gian nhỏ nhất tpmin cần tích phân biểu thức với v1 vận tốc lúc bắt đầu phanh và v2 vận tốc lúc kết thúc phanh : (6.29) Khi phanh ô tô đến lúc dừng hẳn thì v2 = 0 (6.30) 6.2.4.3. Quảng đường phanh : Xác định quảng đường phanh nhỏ nhất bằng cách dùng biểu thức (6.27) nhân hai vế với dS : Hay là : (6.31) Quảng đường phanh nhỏ nhất được xác định bằng tích phân dS với v1 và v2 , ta có : (6.32) (6.33) Khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn v2 = 0 : (6.34) 6.2.4.4. Lực phanh và lực phanh riêng : Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ô tô được xác định : (6.35) Lực phanh riêng là lực tính trên một đơn vị trong lượng toàn bộ : (6.36) Lực phanh riêng cực đại ứng với khi lực phanh cực đại : (6.37) 6.2.5. Phân bố lực phanh và ổn định của ô tô khi phanh : Quan hệ của các mômen phanh của bánh xe trước Mp1 và Mp2 : (6.38) Kết hợp (6.14) và (6.38), ta có : (6.39) Mômen sinh ra ở bánh xe trước và bánh xe sau được xác định như sau : (6.40) (6.41) Hình 6.3 : Đồ thị biểu hiện mối quan hệ giữa mômen phanh Mp1 và Mp2 và φ Hình 6.4 : Đường đặt tính phanh lý tưởng của ô tô Quan hệ giữa mômen phanh sinh ra ở bánh xe và áp suất dẫn động phanh thể hiện như sau : Mp1 = k1.p1dđ (6.42) Mp2 = k2.p2dđ (6.43) Từ (6.42) và (6.43) có thể xác định quan hệ áp suất trong dẫn động phanh trước và sau : (6.44) Hình 6.5 : Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh 6.3. PHANH CHỐNG HÃM CỨNG ABS. KHẢ NĂNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ VÀ ỔN ĐỊNH KHI PHANH : Hình 6.6 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λp Hệ số bám dọc khi phanh : (6.45) Hình 6.7 : Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy của bánh xe khi phanh Hình 6.8 : Sự thay đổi các thông số Mp , p và ε khi phanh có hệ thống chống hãm cứng bánh xe 6.4. SƠ ĐỒ CẤU TẠO HỆ THỐNG PHANH DẦU, PHANH KHÍ VÀ PHANH THỦY KHÍ : 6.4.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh dầu : Hình 6.9 : Sơ đồ hệ thống phanh dầu ô tô 6.4.2. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí : Hình 6.10 : Sơ đồ làm việc của hệ thống phanh khí ô tô 6.4.3. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh thủy khí : Hình 6.12 : Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh thủy khí một dòng 6.5. TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH GUỐC : 6.5.1. Quy luật phân bố áp suất trên má phanh : Hình 6.13 : Sơ đồ dịch chuyển má phanh trong trống phanh Xét tam giác ABA’ , ta có : Nhưng AA’ = O1A . ( tính theo rad) cho nên : (6.46) Tam giác OO1A cho ta biểu thức sau : Hay là : (6.47) Thay từ (6.46) vào (6.45), ta có : Áp suất q tại điểm A theo giả thiết thứ nhất sẽ tỷ lệ với biến dạng hướng kính, ta có : (6.48) Áp suất bất kì điểm nào trên má phanh : q = Ksin (6.49) Áp suất cực đại tại C là : qmax = K Công thức (6.48) có thể viết : q = qmax sin (6.50) 6.5.2. Tính toán cơ cấu phanh : Mômen phanh ô tô ở cầu trước và cầu sau : 6.5.2.1. Xác định góc  và bán kính  của lực tổng hợp tác dụng vuông góc lên má phanh : 6.5.2.1.1. Trường hợp thừa nhận áp suất phân bố đều trên má phanh q = q1 = const Lực ma sát được tính : dT1 = dN1 Lực thẳng góc dN1 trên phần tử sẽ là : dN1 = q1brtd (6.51) dT1 = dN1 =  q1brtd (6.52) Góc δ tạo bởi lực N1 và trục X1 – X1 sẽ là : (6.53) Hình 6.14 : Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh với các guốc phanh có điểm tựa cố định riêng rẻ về một phía và lực ép lên các guốc phanh bằng nhau Hình 6.15 : Xác định góc đặt δ của lực N1 khi áp suất phân bố đều Chiếu lực dN1 lên trục X1 - X1 và Y1 - Y1 ta có : dN 1x = q1brtsind dX1y = q1brtcosd Tích phân giới hạn trong góc β1 đến góc β2 , ta cò : (6.54) (6.55) Lực tổng hợp thẳng góc N1 tác dụng lên má phanh là : (6.56) Mômen phanh do một phần tử má phanh sinh ra : dM’pl = rtdT1 = q1brt2d Mômen phanh tác dụng lên cả má phanh trước là : (6.57) Mômen phanh ở má phanh tính theo công thức (6.57) có thể được tính như sau : M’pl = T1 = N1 (6.58) Từ đó (6.59) Thay (6.57) và (6.58) vào (6.59) ta có : (6.60) Đơn giản ta có : (6.61) Thay , công thức (6.61) có dạng sau : (6.62) Chú ý : 6.5.2.1.2. Trường hợp áp suất tên má phanh phân bố theo quy luật đường sin , q = qmax . Sinβ : Khi áp suất phân bố theo đường sin thì các phần tử lực dN1 và dT1 tác dụng lên má phanh : dN1 = qmaxbrtsind (6.63) dT1 = qmaxbrtsind (6.64) Chiếu dN1 lên trục X1 – X1 ta có : dN1x = qmax brtsin2d Từ đó : (6.65a) Chiếu lực dN1 lên trục Y1 – Y1 , ta có : (6.65b) Góc δ tạo bởi lực N1 với trục X1 – X1 ta có : Đơn giản ta có : (6.66) Mômen phanh sinh ra trên phần tử má phanh là dM’p1 =rtdT1=qmaxbrt2sind Mômen phanh sinh ra trên cả má phanh trước : (6.67) Lực tổng hợp N1 là : (6.68) Bán kính ρ xác định theo công thức : Thay công thức M’p1 và N1 (6.67) và (6.68), ta có : Cuối cùng ta có : (6.69) 6.5.2.2. Tính toán lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh P1 và P2 : Góc φ xác định như sau : (6.70) Mômen phanh của cơ cấu phanh là : Mp1 = M’p1 + M’’p1 = R1ro + R2ro = (R1 + R2)ro (6.71) Bán kính r0 xác định theo công thức : (6.72) Xác định tổng số lực theo công thức sau : (6.73) Khi guốc phanh bị ép bởi cam quay chúng ta xác định được R1 và R2 : (6.74) 6.6. TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG PHANH : 6.6.1. Truyền động phanh bằng cơ khí : 6.6.2. Truyền động phanh bằng chất lỏng (dầu) : 6.6.2.1. Truyền động phanh một dòng : 6.6.2.2. Truyền động phanh hai dòng : 6.6.3. Truyền động phanh bằng khí nén : 6.6.3.1. Máy nén khí : 6.6.3.2. Van điều khiển áp suất : 6.6.3.3. Bình chứa khí nén : 6.6.3.4. Van phân phối : 6.6.3.5. Bầu phanh :