Nghiên cứu điều khiển lực phanh ô tô tải

- Động lực học bánh xe chịu mômen phanh.
- Sự trƣợt của bánh xe khi phanh.
- Khả năng bám của bánh xe và hệ số bấm khi phanh.
- Sơ đồ các lực trên bánh xe khi phanh.
- Mô hình ô tô đã tách bánh xe khỏi thân xe.
- Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe khi phanh.
- Sơ đồ bánh xe chịu mômen xoắn.
- Khi ngƣời lái tác dụng lên bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ phát sinh một môment phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại, làm cho vận tốc xe giảm xuống.
- Khi đó ở bánh xe sẽ xuất hiện lực tiếp tuyến Fp gọi là lực phanh.
- Lực phanh từ cơ cấu phanh sẽ đƣợc truyền tới tất cả các bánh xe.
- Tuy nhiên trên ô tô ngoài khối lƣợng chuyển động tịnh tiến còn có các khối lƣợng chuyển động quay bao gồm bánh xe và các chi tiết liên quan động học đến bánh xe.
- Nhƣ vậy lực cản lại sự chuyển động của xe (tức lực phanh) chỉ có thể là lực ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng.
- Khi bánh xe lăn tự do trên mặt đƣờng, lực ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng chính là lực cản lăn Ff.
- Có nghĩa là thực chất khi phanh, hệ thống phanh phải sinh ra một mô men cản lại chuyển động quay của bánh xe.
- Lực ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng là lực cản lại sự chuyển động của xe chính là lực phanh.
- Ta có sơ đồ các lực trên bánh xe khi phanh thể hiện trên hình 1.3.
- Hệ số ma sát µ giữa bánh xe và mặt đƣờng lúc này chính là hệ số bám φ.
- Mà trên trên đƣờng tốt φ hoặc hơn nữa cho nên lực ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng có giá trị lớn và do đó có thể dùng để phanh xe.
- Đến một giá trị Fp nào đó sẽ xảy ra hiện tƣợng Mp tăng nhƣng Fp không tăng, nếu Mp tiếp tục tăng lên, bánh xe sẽ bị trƣợt.
- Phản lực từ mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe hay trọng lƣợng xe phân bố lên bánh xe đó.
- Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đƣờng φ.
- Cả hai thông số này không cố định trong quá trình phanh ô tô, có nghĩa là lực phanh cực đại trên từng bánh xe luôn thay đổi trong quá trình phanh.
- Trong lúc đó hệ thống phanh truyền thống lực phanh trên các bánh xe không thay đổi đƣợc.
- Vấn đề đƣợc đặt ra là phải thay đổi đƣợc lực phanh trên từng bánh xe trong quá trình phanh thì hiệu quả phanh mới đạt đƣợc tối đa.
- Lực từ mặt đƣờng tác dụng vào bánh xe tại điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đƣờng: các lực Fz1, Fx1 tác dụng vào bánh xe trƣớc và Fz2, Fx2 tác dụng vào bánh xe sau.
- Mô hình ô tô theo phƣơng dọc 23 Khi xe chuyển động, phản lực từ mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe dịch chuyển về phía trƣớc một khoảng e, trên hình 2.2 tƣơng ứng có e1 và e2 ứng với bánh trƣớc và bánh sau.
- (2.3) Mô men quán tính khối lƣợng Iy do khối lƣợng của toàn bộ ô tô gây ra, ngoài ra còn phải kể đến ảnh hƣởng của các khối lƣợng vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay của xe nhƣ các bánh xe và các chi tiết liên quan.
- Khi xe chuyển động có gia tốc x thì các bánh xe sẽ có gia tốc góc.
- Do vậy để thuận tiện ta tách cấu trúc xe, tách bánh xe ra khỏi thân xe và thay liên kết bằng các lực liên kết.
- Mô hình tách cấu trúc xe Hình 2.2.thể hiện mô hình ô tô đã tách bánh xe khỏi thân xe.
- Trên các bánh xe có mô men chủ động M1 và M2, vận tốc góc và gia tốc góc lần lƣợt là ω1, 1, ω2, 2.
- 24 Trọng lƣợng toàn bộ xe đƣợc tách thành trọng lƣợng thân xe mAg, trọng lƣợng các bánh xe trƣớc và sau m1g và m2g.
- Viết cho bánh xe trƣớc 1'1 1 1 1xxm F F m gsinx.
- Mô hình ô tô đã tách bánh xe khỏi thân xe Ix d zM F r e F.
- (2.9) Trong đó: I1 là mô men quán tính khối lƣợng của bánh xe trƣớc và các chi tiết có liên quan động học đến bánh xe trƣớc (nhƣ hệ thống truyền lực.
- Viết cho bánh xe sau '2 2 2 2 2sinxxm x F F m g.
- (2.12) Trong đó: I2 là mô men quán tính khối lƣợng của bánh xe sau và các chi tiết có liên quan động học đến bánh xe sau (nhƣ hệ thống truyền lực.
- (2.14) Trong đó: φ1, φ2 là góc quay của bánh xe trƣớc và sau.
- rd1, rd2 là bán kính động lực học bánh xe trƣớc và sau.
- 1, 2là gia tốc góc bánh xe trƣớc và sau.
- (2.16) Trong đó: mA + m1 + m2 = m là khối lƣợng của cả xe Cộng các phƣơng trình chuyển động quay của 2 bánh xe trƣớc và sau: 2.9 và x d z x d zI I M F r e F M F r e F.
- Lực kéo Trong biểu thức 2.21 thành phần 12ddMMrr là lực kéo trên các bánh xe Trong đó: 1dMr là lực kéo trên bánh xe trƣớc ký hiệu là Fk1.
- 2dMrlà lực kéo trên bánh xe trƣớc ký hiệu là Fk2.
- M1, M2 là mô men chủ động trên các bánh xe trƣớc và sau, ta ký hiệu các mô men này là Mk1 và Mk2.
- 2212ΣΣb e t n nI I I I i I i (2.25) Trong đó: Ib là mô men quán tính của một bánh xe.
- in là tỉ số truyền từ chi tiết thứ n của hệ thống truyền lực đến bánh xe.
- Lực cản lăn Thành phần 2121ddzzeeFFrr là lực cản lăn tại các bánh xe trƣớc và sau ký hiệu là Ff.
- Khi xe có tất cả các bánh xe là bánh chủ động: Fx1max + Fx2max = Fz1φk + Fz2φk = mgφk(2.46) Xe trƣợt khi: ikmv mg.
- Phanh xe trên đƣờng bằng Phanh xetrên đƣờng bằng, phanh tất cả các bánh xe.Tuy nhiên đây là trƣờng hợp phanh nênv và các phản lực Fx1, Fx2 có giá trị âm.
- (2.59) Trong đó φp là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đƣờng trong trƣờng hợp bánh xe chịu lực phanh (φp có giá trị âm) ipgvmin (2.60) Nếu chỉ phanh các bánh xe sau: 2xiFvm.
- piphLagv min (2.65) Tƣơng tự khi chỉ phanh các bánh xe trƣớc.
- Động lực học bánh xe chịu mômen phanh Xét bánh xe khi phanh có sơ đồ chịu lực nhƣ trên hình 3.1.
- Bánh xe có khối lƣợng mb, mô men quán tính khối lƣợng Ib.
- Mô men cản lại sự quay của bánh xe tức là mô men phanh, ngƣợc chiều với chiều quay của bánh xe (Mp trên hình 3.1).
- Ngoài mô men phanh, bánh xe còn chịu các lực và các mô men sau: Phản lực thẳng đứng Fz là tổng hợp lực từ mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đƣờng.
- Phản lực tiếp tuyến Fx ngƣợc chiều với chiều chuyển động (hình 3.1) Phản lực từ khung xe tác dụng vào bánh xe theo chiều ngang Fbvà chiều thẳng đứng Fz’ Trọng lƣợng bánh xembg Lực quán tính (tịnh tiến) của bánh xe Fqb và mô men quán tính của bánh xe và các chi tiết liên quan Mqb Hình 3.1 40 Phƣơng trình chuyển động của bánh xe: Theo phƣơng dọc: b b xm x F F (3.1) Theo phƣơng ngang: ,b z z bm z F F m g.
- Từ (3.2) ta có: Fz = Fz’+ mbg Fz’ chính là trọng lƣợng thân xe phân bố lên bánh xe, mbg là trọng lƣợng bản thân bánh xe.
- (3.10) Từ biểu thức 3.10 ta thấy: Lực phanh Fp một phần thắng lực quán tính của bánh xe, phần còn lại (lực Fb) thông qua bánh xe tác dụng lên khung xe để cản lại chuyển động của xe khi phanh và là lực tạo ra gia tốc chậm dần của xe khi phanh.
- Lúc này lực cản lăn ở bánh xe cũng nhƣ lực cản khác của xe (nhƣ lực cản không khí) có tác dụng hỗ trợ cho lực phanh.
- Để đánh giá khả năng truyền lực phanh của bánh xe ngƣời ta đƣa ra thông số hệ số lực phanh pp.
- Hệ số lực phanh đƣợc định nghĩa là tỉ số giữa lực phanh Fp và phản lực thẳng đứng từ mặt đƣờng tác dụng vào bánh xe Fz.
- Hiện tƣợng s ≠ 2nπrd đƣợc gọi là hiện tƣợng trƣợt của bánh xe.
- Chúng ta biết rằng sự lăn không trƣợt (lăn tinh) chỉ có thể có ở bánh xe lý tƣởng.
- Đối với bánh xe không có mô men xoắn (bánh xe bị động không phanh) sự trƣợt thƣờng không đáng kể.
- Tuy nhiên đối với các bánh xe có mô men xoắn, cụ thể trên bánh xe ô tô là mô men chủ động Mk và mô men phanh Mp thì luôn có sự trƣợt.
- Đối với bánh xe khi phanh tức có mô men phanh, quãng đƣờng thực tế đi đƣợc lớn hơn quãng đƣờng lý thuyết (đƣợc tính ở công thức 3.11), tức: s> 2nπrd.
- Hiện tƣợng s> 2nπrđ đƣợc gọi là hiện tƣợng trƣợt của bánh xe khi phanh.
- Để đánh giá mức độ trƣợt ngƣời ta đƣa ra hệ số trƣợt đối với bánh xe khi phanh λp.
- (3.13) vl là vận tốc (tịnh tiến) lý thuyết của bánh xe.
- vt là vận tốc (tịnh tiến) thực tế của bánh xe.
- (3.16) Trong đó rl là bán kính lăn của bánh xe.
- Khi vl = vt : bánh xe không bị trƣợt: λp = 0.
- Khi bánh xe bị hãm cứng (không quay), vl = 0: bánh xe bị trƣợt lết hoàn toàn: λp = 1.
- 43 Sự trƣợt của bánh xe khi phanh xảy ra chủ yếu theo hai quá trình và do hai nguyên nhân chính sau đây.
- Tƣơng tự nhƣ bánh xe chủ động, lúc này quan hệ giữa độ trƣợt δp và mô men Mp không còn tuyến tính nữa.
- Hình 3.2 biểu diễn mối quan hệ giữa độ trƣợt và hệ số lực phanh của bánh xe lắp lốp mành chéo ký hiệu 7.75 – 14 trên một số loại đƣờng.
- Khả năng bám của bánh xe và hệ số bấm khi phanh 3.3.1.
- Khả năng bám Khả năng bám là khả năng giữ cho bánh xe không bị trƣợt khi có mô men xoắn tác dụng vào bánh xe.
- Khả năng bám của bánh xe khi phanh: là khả năng giữ cho bánh xe không bị trƣợt lết khi có mô men phanh Mp.
- Khả năng bám của bánh xe phụ thuộc vào vật liệu lốp, cấu tạo hoa văn và tình trạng của lốp, vật liệu đƣờng và tình trạng mặt đƣờng.
- Lực bám Xét bánh xe chịu mô men xoắn M nhƣ hình 3.3.
- nhƣng chỉ tăng đến một giá trị nhất định rồi không tăng đƣợc nữa, nếu M tiếp tục tăng thì bánh xe sẽ bị trƣợt.
- Khi lực phanh vƣợt quá lực bám, bánh xe sẽ bị trƣợt (trƣợt lết).
- Hệ số bám Hệ số bám là một hệ số không thứ nguyên, có giá trị bằng tỉ số giữa lực bám của bánh xe và phản lực thẳng đứng từ mặt đƣờng tác dụng vào bánh xe đó.
- (3.18) Phản lực thẳng đứng từ mặt đƣờng tác dụng vào bánh xe cũng chính là trọng lƣợng toàn bộ xe phân bố lên bánh xe (bao gồm cả trọng lƣợng của bản thân bánh xe).
- Trọng lƣợng xe phân bố lên bánh xe Gb trong trƣờng hợp này đƣợc gọi là trọng lƣợng bám, ký hiệu Gφ.
- Khi λ vƣợt quá giá trị đó, hệ số bám giảm đi, khi bánh xe trƣợt hoàn toàn (cả trƣợt lết lẫn trƣợt quay) thì hệ số bám chỉ còn khoảng φmax .
- Điều này rất có ý nghĩa khi phanh cực đại: nếu khi phanh mà bánh xe bị trƣợt lết hoàn toàn thì hệ số bám giảm đi và hệ quả là lực phanh cực đại giảm đi, gia tốc chậm dần khi phanh giảm đi và quãng đƣờng phanh dài ra.
- Fx1, Fx Phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe.
- Cơ cấu phanh: là bộ phận sinh ra mô men cản lại sự quay của bánh xe (mô men phanh).
- Cơ cấu phanh đƣợc đặt tại bánh xe hoặc bộ phận có liên quan động học đến bánh xe (sau hộp số chẳng hạn).
- Đặt vấn đề Nhƣ đã trình bày ở mục 3.3.4, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đƣờng khi phanh thay đổi theo độ trƣợt.
- Trong trƣờng hợp tổng quát, giá trị độ trƣợt bánh xe và hệ số bám khi phanh có giá trị âm.
- Để giải quyết vấn đề này ngƣời ta đƣa vào hệ thống phanh một bộ phận gọi là bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS (Antilock brake system).
- Bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh Quá trình điều khiển mô men phanh theo độ trƣợt giữa bánh xe với mặt đƣờng nhƣ trình bày ở trên có khó khăn là khó xác định đƣợc độ trƣợt.
- Sơ đồ hình 3.23 trình bày sơ đồ điều khiển áp suất phanh theo gia tốc góc bánh xe.
- Áp suất phanh p tăng, gia tốc góc bánh xe b giảm dần (chú ý rằng bánh xe quay chậm lại và gia tốc góc có giá trị âm), vận tốc xe v và vận tốc góc bánh xe ωb giảm dần.
- Giai đoạn này p không đổi, btăng đến 0 và tiếp tục tăng lên (đạt giá trị dƣơng), bvận tốc góc bánh xe giảm cho đến khi 0b và sau đó tăng lên khi 0b.
- Hình 3.23 Hoạt động của van điều khiển, sự thay đổi áp suất phanh p, gia tốc góc bánh xe, vận tốc góc bánh xe và vận tốc xe khi phanh có ABS 65 Ta thấy rằng vận tốc ô tô giảm gần nhƣ theo một đƣờng thẳng, còn vận tốc góc của bánh xe giảm và tăng gần với quy luật “hình sin”.
- Khảo sát động lực học xe theo phƣơng dọc trên cơ sở đó thiết lập các biểu thức tính toán các lực chủ động các lực cản và phản lực tại các bánh xe

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt