Luận văn Nghiên cứu so sánh các loại hệ thống phanh và chọn loại hệ thống phanh tối ưu đảm bảo an toàn khi phanh xe trên đường ở TP.HCM (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu so sánh các loại hệ thống phanh và chọn loại hệ thống phanh tối ưu đảm bảo an toàn khi phanh xe trên đường ở TP.HCM (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ DUY SONG NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC LOẠI HỆ THỐNG PHANH VÀ CHỌN LOẠI HỆ THỐNG PHANH TỐI ƯU ĐẢM BẢO AN TOÀN KHI PHANH XE TRÊN ĐƯỜNG Ở TPHCM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 4 6 4 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC LOẠI HỆ THỐNG PHANH VÀ CHỌN LOẠI HỆ THỐNG PHANH TỐI ƯU ĐẢM BẢO AN TOÀN KHI PHANH XE TRÊN ĐƯỜNG Ở TPHCM HVTH: NGÔ DUY SONG GVHD: PGS.TS. NGUYỄN VĂN PHỤNG Tphcm Ngày 18 tháng 11 năm 2015
3. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGÔ DUY SONG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11/07/1984 Nơi sinh: Phú yên Quê quán: An Xuân – Tuy An – Phú Yên Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Đại Học Công Nghệ Đồng Nai Đơn vị công tác: Đại Học Công Nghệ Đồng Nai Điện thoại đơn vị: Điện thoại riêng: 0934859784 Fax: E-mail: anhsangmoi2010@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2005 đến 8/2008 Nơi học: Trường Cao Đẳng Công Nghiệp 4 Ngành học: Cơ khí động lực 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2008 đến 09/2010 Nơi học: Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Công Nghệ Ô tô HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page i
4. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM Tên đồ án tốt nghiệp: Ngày & nơi thi tốt nghiệp: Giảng viên hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 2012 Trường Đại học Công Nghệ Đồng Giảng Viên đến nay Nai LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Ký tên HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page ii
5. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM LỜI CẢM ƠN  Với khoảng thời gian 2 năm theo học cao học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, người nghiên cứu đã được tiếp thu nhiều kiến thức mới quí báu từ các Thầy Cô.Từ đó người nghiên cứu có thể nâng cao khả năng tự nghiên cứu về lĩnh vực chuyên ngành của mình. Đề tài này với hơn 80 trang thuyết minh, bao gồm 6 chương. Mặc dù đã cố gắng tiếp thu nhiều kiến thức từ các thầy cô và cập nhật thêm nhiều tài liệu liên quan nhưng do trình độ hạn chế và thời gian thực hiện ngắn nên luận văn không thể nào tránh được sai sót. Rất mong sự góp ý của các thầy cô và bạn đọc để đề tài này hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu, Phòng tạo Cao học, khoa Cơ khí động lực trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, các thầy cô tham gia giảng dạy cao học, đặc biệt là thầy PGS.TS. NGUYỄN VĂN PHỤNG đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ tôi để tôi hoàn thành tốt luận văn này. Tp. HCM ngày tháng năm 2015 Học viên: Ngô Duy Song HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page iii
6. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM TÓM TẮT Một trong những vấn đề nguy hiểm khi tham gia giao thông trên đường là hệ thống phanh phải thật an toàn. Để một hệ thống phanh an toàn thì ta phải có các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh và ổn định phanh. Phanh ăn mà mất ổn định khi phanh thì càng nguy hiểm hơn là phanh không ăn. Nên việc cảnh báo an toàn và hỗ trợ người tài xế trong quá trình điều khiển ô tô lưu thông trên đường là rất cần thiết. Đề tài “Nghiên cứu so sánh các loại hệ thống phanh và chọn loại hệ thống phanh tối ưu đảm bảo an toàn toàn khi phanh xe trên đường ở TPHCM”. Trong đề tài này, em nghiên cứu thời gian tác dụng hệ thống phanh phải luôn luôn lớn hơn thời gian xe dừng để phanh xe được an toàn không gây các bánh xe bị hãm cứng hay mất ổn định của quá trình phanh khi xe lưu thông trên đường đặc biệt ở đường TPHCM tính cụ thể cho xe THACO KINGLONG KB12SE và sau đó chọn phanh tối ưu. Nội dung trong luận văn này được thực hiện bao gồm 4 phần chính: - Tính toán các thông số động học cần thiết cho ô tô ở 6 tay số truyền. - Tính toán thời gian tác dụng hệ thống luôn luôn lớn hơn thời gian xe dừng trong trường hợp phanh xe đột ngột và phanh xe từ từ. Để phanh xe an toàn không bị hãm cứng hay mất ổn định khi phanh, dùng công thức tính toán kết hợp kiểm nghiệm thực tế. - Tính toán mômen phanh sinh ra cầu trước, cầu sau của hệ thống phanh thủy khí, kiểm tra điều kiện tự xiết. - Xây dựng quy luật thay đổi các thông số khi có phanh ABS theo Geth và mark Derney. Toàn bộ những phân tích và chương trình tính toán ở đây có thể áp dụng cho các loại xe tương tự khác. Ta có thể sử dụng các cảm biến để thu thập các thông số đầu vào để tính toán và so sánh với các giá trị thực tế đo đạc được để hiệu chỉnh cho phù hợp trong quá trình thử nghiệm xe quá trình phanh không có ABS và có phanh ABS. HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page iv
7. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM Abstract One of the dangerous issues when joining the traffic on the road is the brake system is really safe. To a safe brake system, then we must have indicators evaluate the quality brakes and braking stability.The brake feeding instability when braking, the brake is not more dangerous to eat. Should the safety warning and driver support in the automobile drivers to traffic on the road is very necessary. The subject "comparative study of the type of brake system and select the optimal braking system ensures full safety when braking the vehicles on the road in the HO CHI MINH CITY". In this topic, I study the effects of brake system time is always greater than the time the truck stop to brake the car is safe and does not cause the wheel gets stiff brake or brake process of instability when the car traffic on the road especially in the path specific to HO CHI MINH CITY airport THACO KINGLONG KB12SE and then select the optimal braking. The content of this essay is made consists of 4 main parts: - Calculate the kinematic parameters required for cars in 6 hands of transmission. - Timing system effect is always greater than the time the car stopped in case of sudden car brakes and brake the vehicle slowly. To brake the car safely without being hard or lose stability when braking the brakes, use formulas to combine actual testing. - Calculate braking torque generated inquiries, the following requirements of the hydraulic brake system, check the conditions of the self. - Build a rule change the parameters when brake ABS according to the Geth and mark Derney. Comprehensive analysis and calculation program here can apply to other similar vehicles. We can use the sensor to collect input parameters to calculate and compare with the values actually measured was to adjust accordingly in the process of testing the car braking process do not have ABS and ABS brakes available. HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page v
8. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM MỤC LỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 2.1 Quan hệ giữa bán kính lăn bánh xe với lực kéo, lực phanh 4 Hình 2.2 Bánh xe lăn không trượt 5 Hình 2.3 Bánh xe lăn có trượt lết 5 Hình 2.4 Bánh xe lăn có trượt quay 6 Hình 2.5 Các lực tác dụng lên bánh xe bị động 7 Hình 2.6 Các lực tác dụng lên bánh xe chủ động 8 Hình 2.7 Các lực tác dụng lên bánh xe phanh 8 Hình 2.8 Mối quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt 11 Hình 2.9 Đặc tính trượt toàn bộ Fk và X 13 Hình 2.10 Đặc tính trượt của bánh xe chủ động và bánh xe phanh 13 Hình 3.1 Phanh bánh xe 15 Hình 3.2 Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh 16 Hình 3.3 Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng 22 Hình 3.4 Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng 23 Hình 3.5 Các bánh xe bên phải hãm cứng 24 Hình 3.6 Các bánh xe bên trái hãm cứng 24 Hình 3.7 Góc lệch hướng khi phanh xe 25 Hình 3.8 Phanh xe trên đường dốc 35 Hình 3.9 Lực tác dụng lên ô tô khi phanh 37 Hình 3.10 Sơ đồ tính áp suất phân bố trên má phanh theo quy luật hình sin 39 Hình 3.11 Biều đồ phân bố áp suất trên má phanh theo quy luật hình sin 41 HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page vi
9. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM Hình 3.12 Sơ đồ tính toán cơ cấu ép 41 Hình 3.13 Sơ đồ xây dựng quy luật thay đổi khi có phanh ABS 43 Hình 4.1 Giản đồ phanh 47 Bảng 1.1 Giá trị các thông số động học tính được ứng với v1=20(m/s) 53 Bảng 1.2 Giá trị các thông số động học tính được ứng với v1=10(m/s) 53 Bảng 1.3 Giá trị các thông số động học tính được ứng với v1=10(m/s) 54 Bảng 1.4 Giá trị ZBN thay đổi theo ϻXB 55 Bảng 1.5 Giá trị thời gian tp1 thay đổi theo vận tốc v1(m/s) 56 Bảng 1.6 Giá trị thời gian tp1 thay đổi theo vận tốc v1(m/s) 57 Bảng 1.7 Giá trị thời gian tpdn phụ thuộc áp lực phanh 59 Bảng 1.8 Giá trị quan hệ tốc độ chậm dần VR và tốc độ ban đầu v1 59 Bảng 1.9 Thời gian phụ thuộc tốc độ ban đầu v1 67 Bảng 1.10 Mô men phanh sinh ra cầu sau, trước theo hệ số bám 72 Bảng 1.11 Giá trị áp suất phanh cầu trước theo φ và Mp1 trường hợp xe đầy tải 79 Bảng 1.12 Giá trị áp suất phanh cầu sau theo φ và Mp2 trường hợp xe đầy tải 79 Bảng 1.13 Giá trị áp suất phanh cầu trước theo φ và Mp1 trường hợp xe không tải 79 Bảng 1.14 Giá trị áp suất phanh cầu trước theo φ và Mp1 trường hợp xe không tải 79 Bảng 1.15 Giá trị áp suất phanh cầu trước, sau theo φ và Mp trường hợp xe đầy tải, không tải 80 Đồ thị mức độ hãm phanh 55 Đồ thị thời gian phanh trên đường có hệ số bám cao 56 Đồ thị thời gian phanh trên đường có hệ số bám thấp 57 HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page vii
10. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM Đồ thị thời gian phanh tpdn phụ thuộc áp lực phanh Phyd 59 Đồ thị quan hệ tốc đô chậm dần VR và tốc độ ban đầu v1 61 Đồ thị thời gian điều chỉnh hệ thống phanh phụ thuộc v1 67 Đồ thị mối quan hệ mômen phanh cầu trước, sau với hệ số bám xe đầy tải 72 Đồ thị mối quan hệ mômen phanh cầu trước, sau với hệ số bám xe không tải 74 Đồ thị tổng hợp mối quan hệ mômen phanh cầu trước, sau với hệ số bám tải 74 MỤC LỤC Chương 1:TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI 1 I. Giới thiệu 1 II. Mục đích và nhiệm vụ của luận văn 1 III. Giới hạn và phương pháp nghiên cứu 2 Chương 2: CƠ HỌC LĂN BÁNH XE 3 2.1 Bán kính lăn và bán kính tính toán 3 2.1.1 Bán kính lăn 3 2.1.2 Bán kính tính toán 4 2.2 Quan hệ động học bánh xe khi lăn 4 2.2.1 Lăn không trượt 5 2.2.2 Bánh khi xe kéo 5 2.2.3 Bánh xe khi phanh 6 2.3 Quan hệ lực và moment 6 HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page viii
11. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM 2.3.1 Bánh xe lăn không trượt 7 2.3.2 Bánh xe chủ động 8 2.3.3 Bánh xe phanh 8 2.4 Sự trượt và khả năng bám bánh xe với mặt đường 9 2.4.1 Khả năng bám của bánh xe 9 2.4.2 Đặc tính trượt 10 Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHANH 15 3.1. Phanh bánh xe 15 3.1.1 Phương trình tính toán động lực học khi phanh 16 3.2 Các trường hợp khi phanh xe 17 3.2.1 Phanh bánh xe cầu sau 17 3.2.2 Phanh bánh xe cầu trước 19 3.2.3 Phanh bánh xe cầu trước và sau 19 3.2.4 Phanh xe một cầu chủ động 21 3.2.5 Phanh xe hai cầu chủ động 21 3.3 Sự hãm cứng bánh xe khi phanh 21 3.3.1 Hãm cứng khi xe chuyển động thẳng 21 3.4 Phanh xe khi quay vòng 25 3.4.1 Cầu sau bị hãm cứng 25 3.4.2 Cầu trước bị hãm cứng 25 HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page ix
12. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM 3.4.3 Hai cầu đồng thời bị hãm cứng 25 3.4.4 Góc lệch hướng khi phanh xe 25 3.5 Tính toán phanh thủy lực 27 3.5.1 Mức độ hãm phanh của hệ thống phanh thủy lực 27 3.5.2 Thời gian giảm tốc khi phanh xe an toàn 27 3.5.3 Trường hợp phanh xe đột ngột 29 3.5.4 Trường hợp phanh xe từ từ 32 3.5.5 Trường hợp phanh xe trên đường dốc 35 3.6 Tính toán phanh thủy khí 37 3.6.1 Mômen sinh ra theo yêu cầu 37 3.6.2 Mômen phanh do cơ cấu phanh sinh ra 39 3.6.2.1 Mômen phanh do cầu trước sinh ra 39 3.6.3 Xác định áp suất phanh 41 3.7 Tính toán kiểm tra cơ cấu phanh .42 3.7.1 Kiểm tra điều kiện tự xiết 42 3.8. Xây dựng quy luật thay đổi thông số khi có phanh ABS 43 Chương 4: CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHANH 46 4.1.Gia tốc chậm dần khi phanh 46 4.2.Thời gian ngắn nhất khi phanh 46 4.3.Quảng đường phanh ngắn nhất 46 HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page x
13. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM 4.4.Lực phanh riêng 48 Chương 5: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN PHANH CHO MỘT LOẠI XE CỤ THỂ 49 5.1.Thông số kỹ thuật ô tô THACO KINGLONG KB12SE 49 5.2.Hình ảnh xe 51 5.3.Tính toán phanh thủy lực 52 5.3.1 Thông số tính toán phanh 52 5.3.2 Tính toán các thông số động học ở 6 tay số truyền 53 5.3.3.Mức độ hãm phanh của hệ thống phanh thủy lực 54 5.3.4.Trường hợp phanh xe đột ngột 57 5.3.5 Trường hợp phanh xe từ từ 63 5.3.6.Trường hợp phanh xe trên đường dốc 66 5.4.Tính toán phanh thủy khí 68 5.4.1.Mômen phanh theo yêu cầu 68 5.5.Tính toán kiểm tra cơ cấu phanh 79 5.5.1.Kiểm tra điều kiện tự xiết 79 5.6.Tính toán quy luật thay đổi các thông số khi có phanh ABS 79 Chương 6: KẾT LUẬN. 81 6.1. Kết luận 81 6.2.Hướng phát triển 82 Tài liệu tham khảo 83 HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page xi
14. Luận văn Th.sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG Page xii
15. Luận văn Th.Sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM Chương I: TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI 1.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Hệ thống phanh sử dụng trên ôtô là một cơ cấu an toàn quan trọng, nhằm giảm tốc hay dừng xe trong những trường hợp cần thiết. Nó là một trong những bộ phận chính của ôtô, đóng vai trò quyết định cho việc điều khiển ôtô lưu thông trên đường. Chất lượng phanh của ôtô được đánh giá qua hiệu quả phanh (như quãng đường phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian phanh và lực phanh) và đồng thời bảo đảm cho ôtô chạy ổn định khi phanh. Đây là mấu chốt mà các nhà nghiên cứu ôtô luôn quan tâm và tìm giải pháp. 1.2.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Các hãng ô tô cũng như các phòng nghiên cứu của các trường đại học lớn trên thế giới đã có những công trình nghiên cứu, thử nghiệm để đưa ra một số giải pháp để chọn phanh tối ưu tránh được các tai nạn không đáng có khi tham gia giao thông: Công trình nghiên cứu với đề tài (wheel slip control with moving slipding surface for traction control system) của K.CHUN và M.SUNWOO đại học Hanyang –seoul -Hàn Quốc (11/4/2004); trong đó tác giả đã phân tích được quá trình điều khiển, tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Matlap- Simulink và được thử nghiệm trên xe điện (electric kart) công trình đã đạt được - Đã tính tới yếu tố thời gian tăng tốc và thời gian phản ứng của hệ thống - Mô phỏng được quá trình điều khiển - Kiểm nghiệm trong phòng thí nghiệm trên loại xe điện nhỏ Hạn chế của đề tài : - Mới chỉ kiểm nghiệm dưới dạng mô hình đơn giản. 1.2.2.Tình hình nghiên cứu trong nước Đề tài: Nghiên cứu hệ thống phanh ABS trên cơ sở hệ thống thử nghiệm tương đương, thực hiện năm 2005; Đề tài : Mô phỏng hệ dẫn động phanh dầu sử dụng trợ lực chân không, thực hiện năm 2005; Đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe, thực hiện năm 2006; Đề tài “Tổng hợp bộ điều khiển điện tử và mô HVTH:NGÔ DUY SONG – GVHD:PGS.TS:NGUYỄN VĂN PHỤNG Page 1
16. Luận văn Th.Sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM phỏng hệ thống phanh có ABS trên ô tô du lịch” của tác giả anh Vũ. v.v. Đề tài này nghiên cứu tính toán so sánh các loại hệ thống phanh để chọn ra được một loại hệ thống phanh tối ưu và hiệu quả nhất để sử dụng cho xe khi di chuyển trên đường ở TPHCM. Tên đề tài: ‘Nghiên cứu so sánh các loại hệ thống phanh và chọn loại hệ thống phanh tối ưu đảm bảo an toàn toàn khi phanh xe trên đường ở TPHCM’ 1.3.Mục đích và nhiệm vụ của luận văn. Đây là một đề tài khá phức tạp về cơ sở lý thuyết. Hiện nay có rất nhiều tài liệu nghiên cứu về cơ sở lý thuyết phanh nhưng chưa có tài liệu nào nghiên cứu khẳng định rằng loại hệ thống phanh nào là tối ưu nhất. Vì vậy đề tài này có nhiệm vụ: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cơ học lăn của bánh xe, đặc biệt quan tâm tới đặc tính trượt và bám. - Nghiên cứu động lực học phanh ở xe một cầu chủ động và hai cầu chủ động. - Nghiên cứu quá trình phanh bánh xe xảy ra hiện tượng hãm cứng khi xe chuyển động thẳng và khi xe quay vòng. - Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh. - Nghiên cứu phương pháp tính tốc độ giới hạn xe trên các loại đường cao tốc. - Nghiên cứu qui luật thay đổi các thông số khi có phanh ABS. 1.4.Giới hạn và phương pháp nghiên cứu 1.4.1.Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài. Do thời gian thực hiện đề tài có hạn, kiến thức về các phần mềm tin học còn hạn chế nên người nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu lý thuyết về các trạng thái hãm cứng khi phanh xe trên các loại đường có hệ số bám khác nhau. Tính toán kiểm nghiệm trên một loại xe thực tế. 1.4.2.Phương pháp nghiên cứu. Người nghiên cứu đã thực hiện phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp phân tích lý luận, tham khảo tài liệu. + Tính toán kiểm nghiệm lại thực tế. HVTH:NGÔ DUY SONG – GVHD:PGS.TS:NGUYỄN VĂN PHỤNG Page 2
17. Luận văn Th.Sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM Chương 2: CƠ HỌC LĂN BÁNH XE 2.1.Bán kính lăn và bán kính tính toán 2.1.1.Bán kính lăn rl. - Tốc độ lý thuyết : v0 k .r r: bán kính hình học bánh xe. - Thực tế: khi xe bị xa lầy: k 0 mà v=0 - Khi phanh trượt lết: k 0 (hãm cứng) mà v 0 Vậy tốc độ lý thuyết V0=ωk.r chỉ đúng khi không kể đến sự trượt thực tế trong quá trình xe chuyển động (bánh xe lăn) thì luôn luôn có trượt. Trượt quay khi kéo và trượt lết khi phanh, để tính đến sự trượt người ta đưa ra tốc độ thực tế v. v  . r k l (2 - 1) v r (m) l (2 - 2)  k - Khi sa lầy (trượt quay hoàn toàn) thì lúc này rl 0 - Khi trượt lết hoàn toàn (phanh cứng) thì bán kính lăn rl= HVTH:NGÔ DUY SONG – GVHD:PGS.TS:NGUYỄN VĂN PHỤNG Page 3
18. Luận văn Th.Sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM Nhận xét: - Vậy rl biến thiên từ (0→∞) v r - Nếu theo định nghĩa l thì bán kính lăn là một thông số động học.  k - Như vậy bán kính lăn phụ thuộc vào sự trượt của bánh xe khi lăn. Sự trượt bánh xe phụ thuộc vào lực kéo hay lực phanh, điều này được thể hiện qua đồ thị như sau.  Nhận xét: - rlo: là bán kính lăn bánh xe mà không có lực kéo, lực phanh nào đó là bánh xe bị động không phanh. - Khi lực kéo tăng lên thì bán kính lăn giảm, đến khi xảy ra sự trượt quay hoàn toàn thì bán kính lăn giảm đột ngột về 0 (r 0) khi đó lực kéo đạt giá trị cực đại P l0 k max - Khi lực phanh tăng lên sự trượt lết tăng lên bán kính lăn tăng lên. Khi xe trượt lết hoàn toàn thì bán kính lăn tăng rl và lúc này lực phanh đạt giá trị cực Ppmax . - Các giá trị Pkmax và Ppmax còn gọi giới hạn bám khi kéo và khi phanh. 2.1.2.Bán kính tính toán. - Trong những tính toán thông thường khi ta bỏ qua sự trượt thì người ta sử dụng bán kính tính toán r của bánh xe. Bán kính này được chọn chính là r và l0 được cho trong cataloge của xe. 2.2.Quan hệ động học bánh xe khi lăn. - Khi bánh xe lăn trên đường thì có thể ở 1 trong 3 trạng thái: + Lăn không trượt ( bánh xe bị động không phanh). + Lăn có trượt kéo (trượt quay) bánh xe chủ động. HVTH:NGÔ DUY SONG – GVHD:PGS.TS:NGUYỄN VĂN PHỤNG Page 4
19. Luận văn Th.Sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM + Bánh xe phanh lăn có trượt lết 2.2.1.Lăn không trượt. - Vì lăn không trượt rl r v v0 k .r (2 - 3) P: tâm quay tức thời. 2.2.2.Bánh xe khi kéo - Bán kính lăn nhỏ hơn bán kính tính toán. r r v  .r v  .r l k l 0 k (2 - 4) - Xuất hiện tốc độ trượt v  Tốc độ trượt được tính v v v0 0 - Độ trượt khi kéo  k . v v v v  s 0 1 k v v v 0 0 0 r  1 l 0 (2 - 5) K r - Khi trượt quay hoàn toàn v 0,rl 0 k 1(100%) - Khi không có trượt v v0 k 0 2.2.3.Bánh xe khi phanh. - Khi phanh thì r r v v l 0 Khi phanh lúc này thì v 0 (tốc độ trượt). v v v  0 HVTH:NGÔ DUY SONG – GVHD:PGS.TS:NGUYỄN VĂN PHỤNG Page 5
20. Luận văn Th.Sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM - Độ trượt khi phanh v v v v   0 0 1 0 p v v v r  p 1 0 (2 - 6) rl - Khi trượt lết hoàn toàn  1(100%) p 2.3.Quan hệ lực và môment (Lực và môment tác dụng lên bánh xe). Phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe. Khi ôtô chuyển động, bề mặt của bánh xe tiếp xúc với đường ở rất nhiều điểm tạo thành một khu vực tiếp xúc. Do tác dụng tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường, tại khu tiếp xúc sẽ xuất hiện các phản lực riêng phần từ đường tác dụng lên bánh xe. Hợp các phản lực riêng phần ta sẽ được một phản lực tập trung từ đường tác dụng lên bánh xe. Phân tích hợp lực này theo 3 phương trong hệ toạ độ 0xyz ta có: Z - phản lực pháp tuyến vuông góc với mặt đường. Y - phản lực tiếp tuyến theo phương ngang, nằm trong mặt phẳng song song với đường, tác dụng vuông góc với mặt phẳng dọc xe. X - phản lực tiếp tuyến, nằm trong mặt phẳng của đường, phương của trục ox. 2.3.1.Bánh xe lăn không trượt. Tải trọng tác dụng lên bánh xe G1. HVTH:NGÔ DUY SONG – GVHD:PGS.TS:NGUYỄN VĂN PHỤNG Page 6
21. Luận văn Th.Sỹ Trường ĐHSPKT.TPHCM Lực đẩy của khung xe đặt vào tâm bánh xe, hướng theo chiều chuyển động. Hợp lực Z của các phản lực pháp tuyến từ đường tác dụng lên bánh xe. Khi bánh xe lăn, các phần tử của bánh xe lần lượt tiếp xúc với đường và bị nén lại, các phần tử của bánh xe ở phía sau sẽ lần lượt ra khỏi khu vực tiếp xúc và phục hồi lại trạng thái ban đầu vì thế các phản lực riêng phần của đường tác dụng lên bánh xe ở phần trước của khu vực tiếp xúc sẽ lớn hơn ở phần sau, tổng hợp lực Z sẽ bị lệch về phía trước một khoảng a so với đường thẳng đứng đi qua tâm trục của bánh xe. Hợp lực X của các phản lực tiếp tuyến song song với mặt đường và ngược chiều chuyển động của xe, X cản trở sự lăn của bánh a a Z a Pf r Pf Z G1 xe nên còn gọi là lực cản lăn và ký hiệu là Pf. r r Z G a Đặt f P f Z f G (2 - 7) r 1 f - hệ số cản lăn, f = 0,010,015. Như vậy Pf phụ thuộc vào hệ số cản lăn và tải trọng Z. Khi dời lực về điểm tiếp xúc, ta có Mf gọi là mômen cản lăn : Mf = Z.a= Pf.r (2 - 8) 2.3.2.Bánh xe chủ động. Trên bánh xe chủ động có tác dụng của mômen kéo Mk từ động cơ truyền xuống. G2 tải trọng thẳng đứng. Lực cản Fx từ khung xe tác dụng lên bánh xe đặt tại tâm trục bánh xe và ngược chiều chuyển động. Z phản lực pháp tuyến. pf , Mf là lực cản lăn và mômen cản lăn. Fk là lực kéo tiếp tuyến, Fk = Mk / r . HVTH:NGÔ DUY SONG – GVHD:PGS.TS:NGUYỄN VĂN PHỤNG Page 7