Phanh chống hãm cứng ABS và vấn đề ổn định hướng khi phanh đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

TĨM TẮT
Đồ án này sẽ trình bày hai chủ đề là phanh chống hãm cứng ABS và vấn đề ổn định
khi phanh. Và phần trọng tâm chính là vấn đề ổn định khi phanh. Trong phần ABS do lĩnh
vực nghiên cứu rất rộng nên chỉ nghiên cứu nguyên lý hoạt động chung của ABS từ đó phục
vụ mục đích nghiên cứu vấn đề ổn định. Bố cục của đồ án gồm có 6 chương.
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu. Trình bày tóm tắt tình hình nghiên cứu
trong và ngồi nước, mục đích nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết. Trình bày lý thuyết về sự bám sự trượt và đặc tính trượt,
từ đó vận dụng lý thuyết này để nghiên cứu phanh ABS và vấn đề ổn định khi phanh.
chương 3. Nguyên lý chung của phanh ABS. Phần này trình bày nguyên lý hoạt động,
điều khiển của ABS.
Chương 4. Vấn đề ổn định khi phanh. Phần này sẽ trình bày khái niệm ổn định phanh
và các nguyên nhân gây mất ổn định. Trọng tâm là sự ổn định của phanh ABS và phanh
thường so sánh ổn định của hai loại phanh từ đó khẳng định phanh ABS ổn định hơn phanh
thường.
Chương 5. Hệ thống phanh ABS trên Toyota Yaris 2015. Phần này giới thiệu hệ
thống phanh trên ô tô cụ thể nhằm giúp hiểu rõ hơn hoạt động của phanh ABS.
Chương 6. Kết luận và kiến nghị. Trình bày kết quả đặt được và nêu lên hướng
nghiên cứu mở rộng.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................i
TĨM TẮT .................................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU .................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................... x
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................. 1
1.1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................................ 1

1.2. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 2
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................ 2
1.5. Tình hình nghiên cứu...................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 4
2.1. Sự bám khi phanh ........................................................................................................... 4
2.1.1. Sự truyền lực phanh từ bánh xe tới mặt đường ........................................................ 4
2.1.2. Khả năng bám .......................................................................................................... 6
2.1.3. Hệ số bám và lực bám .............................................................................................. 6
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám. ..................................................................... 9
2.2. Sự trượt khi phanh ........................................................................................................ 12
2.2.1. Sự trượt của bánh và cách xác định độ trượt khi phanh ........................................ 12
2.2.2. Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh .................................................................... 16
CHƯƠNG 3. NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA PHANH ABS ............................................... 19
3.1. Sự ra đời của phanh ABS ............................................................................................. 19
3.2. Nguyên lý chung của phanh ABS ................................................................................ 20
3.3. Các phương pháp điều khiển của ABS......................................................................... 29
3.3.1. Điều khiển theo ngưỡng trượt: ............................................................................... 29
3.3.2. Điều khiển độc lập hay phụ thuộc:......................................................................... 29
3.3.3. Điều khiển theo kênh: ............................................................................................ 30
CHƯƠNG 4: VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH KHI PHANH ............................................................... 31
iii


4.1. Đối với phanh hãm cứng .............................................................................................. 31
4.1.1. Khái niệm ổn định khi phanh, các nguyên nhân gây mất ổn định và chỉ tiêu đánh
giá ổn định phanh ............................................................................................................. 31
4.1.2. Ổn định của ô tô khi phanh nếu các bánh xe bị hãm cứng .................................... 35
4.1.3. Ổn định của ô tô khi phanh nếu các lực phanh phân bố không đều ...................... 39
4.2. Đối với phanh ABS ...................................................................................................... 43

4.3. Kết luận chương 4 ........................................................................................................ 46
CHƯƠNG 5. HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG ABS TRÊN XE TOYOTA
YARIS G 1.3 AT 2015 .......................................................................................................... 48
5.1. Thông số kỹ thuật của xe Toyota Yaris G 1.3 AT 2015 .............................................. 48
5.2. Hệ thống phanh chống hãm cứng ABS trên xe Toyota Yaris G 1.3 AT 2015 ............. 49
5.2.1. Cấu tạo của hệ thống phanh chống hãm cứng ABS ............................................... 49
5.2.2. Cảm biến tốc độ bánh xe. ....................................................................................... 55
5.2.3. ABS ECU ............................................................................................................... 64
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 69
6.1. Kết luận ........................................................................................................................ 69
6.2. Kiến nghị ...................................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 70

.

iv


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
𝐹𝜑𝑥

Lực bám dọc (N).

𝐹𝜑𝑦

Lực bám ngang (N).

𝑣𝛿

Vận tốc trượt (m/s).

𝛿1

Góc lệch hướng bánh trước (0).

𝛿2

Góc lệch hướng bánh sau (0).

𝛿𝑘

Độ trượt khi kéo.

𝛿𝑝

Độ trượt khi phanh.

𝜑𝑡𝑞

Hệ số bám tổng quát.

𝜑𝑥

Hệ số bám dọc.

𝜑𝑦

Hệ số bám ngang.

𝜔𝑏

vận tốc gốc của bánh xe (rad/s).

a

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước (m).

B

Chiều rộng cở sở (m).

b

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau (m).

B’

Chiều rộng tồn bộ ơ tô (m).

Bh

Bề rộng hành lang phanh (m).

Ff

Lực cản lăn (N).

Fk

Lực kéo tiếp tuyến (N).

Fkmax

Lực kéo tiếp tuyến cực đại (N).
v


Fp

Lực Phanh (N).

Fp.p, Fp.t

Lực phanh bánh phải, bánh trái (N).

Fpmax

Lực phanh cực đại(N).

Fx

Lực đẩy từ khung xe truyền đến tâm bánh xe (N).

G

Trọng lượng tồn bộ ơ tơ (N).

Gb

Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe (N).

KSL

Hệ số sai lệch lực phanh trên cùng một trục (%).

Iz

Momen quán tính khối lượng của ô tô (kg.m2).

l

Khoảng cách từ trọng tâm đên phía trước xe (m).

Mf

Momen cản lăn (Nm).

Mj

Momen quan tính của bánh xe (Nm).

Mk

Momen kéo của bánh xe chủ động (Nm).

Mp

Momen phanh (Nm).

Mq

Momen xoay cầu (Nm).

P

Tâm quay tức thời của bánh xe.

Q, Qmax

Phản lực tổng quát và phản lực tổng quát cực đại (N).

r0

Bán kính danh định (m).

rb

Bán kính tính tốn (m).

rl

Bán kính lăn (m).

t

Thời gian phanh (s)
vi


T

Tọa độ trọng tâm.

v

Vận tốc thực tế (m/s).

v0

Vận tốc lý thuyết (m/s).

v1, v2

Hướng di chuyển của bánh xe cầu trước, cầu sau khi phanh.

Y

Lực ngang tác dụng lên thân xe (N).

Yb

Lực bám ở bánh xe (N).

Yb1, Yb2

Phản lực ngang ở bánh xe cầu trước, cầu sau (N).

Z1 , Z2

Phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước, cầu sau (N).

Zb

Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe (N).

𝛾

Góc xoay thân xe (0) .

𝛾′

Góc xoay thân xe trong trường hợp có ABS (0).

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Sơ đồ lực và momen tác dụng lên bánh xe khi phanh. ............................................. 5
Hình 2.2. Lực và phản ngang trên bánh xe. .............................................................................. 8
Hình 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám. .................................................................... 10
Hình 2.4. Bánh xe lăn trượt lết................................................................................................ 15
Hình 2.5. Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh. .................................................................... 16

Hình 3.1. BOSCH ABS 2 và ECU…………………………………………………………..20
Hình 3.2. Sơ đồ của ABS với bộ điều khiển điện tử - thủy lực…………………………….. 22
Hình 3.3. Sơ đồ cân bằng lực và mô men trên bánh xe…………………………………….. 23
Hình 3.4. Sự thay đổi các thơng số Mp, p và ε khi phanh có hệ thống chống hãm cứng bánh
xe……………………………………………………………………………………………. 24
Hình 3.5. Sơ đồ làm việc của chu kỳ hai pha (a) và chu kỳ ba pha (b)…………………….. 26
Hình 3.6. Sự thay đổi vận tốc ωb của bánh xe, tốc độ vận tốc v và độ trượt δ theo thời gian t

khi có phanh ABS…………………………………………………………………………... 28

Hình 4.1. Sơ đồ xác định độ lệch của ô tô. ............................................................................. 34
Hình 4.2. Các bánh xe cầu sau bị hãm cứng. .......................................................................... 36
Hình 4.3. Các bánh xe cầu trước bị hãm cứng. ....................................................................... 37
Hình 4.4. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh mà có hiện tượng quay xe do lực phanh phân
bố khơng đều. .......................................................................................................................... 39

Hình 5.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Yaris 2015. ............................ 50
Hình 5.2. Sơ đồ mạch dầu phanh trên xe Toyota Yaris 2015. ................................................ 50
Hình 5.3. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Yaris 2015. ............................ 51
Hình 5.4. Sơ đồ hệ thống ABS trên Toyota Yaris 2015. ........................................................ 53
Hình 5.5. Vị trị lắp đặt cảm biến tốc độ bánh xe. ................................................................... 56
viii


Hình 5.6. Cấu tạo của bộ chấp hành ABS. ............................................................................. 57
Hình 5.7. Van giữ áp suất. ...................................................................................................... 58
Hình 5.8. Van giảm áp suất..................................................................................................... 59
Hình 5.9. Sơ đồ cơ cấu chấp hành ABS của Toyota Yaris 2015. ........................................... 60
Hình 5.10. Chế độ phanh bình thường (ABS khơng hoạt động). ........................................... 61
Hình 5.11. Chế độ giữ áp. ....................................................................................................... 62
Hình 5.12. Chế độ giảm áp. .................................................................................................... 63
Hình 5.13. Chế độ tăng áp. ..................................................................................................... 64
Hình 5.14. Sơ đồ mạch điện ABS ECU .................................................................................. 66
Hình 5.15. Đồ thị điều khiển tốc độ bánh xe. ......................................................................... 67

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2. 1. Hệ số bám dọc trên một số loại đường. ................................................................. 11

Bảng 5.1. Thông số kích thước của xe: .................................................................................. 48
Bảng 5.2. Thơng số động cơ của xe: ....................................................................................... 48
Bảng 5.3. Thơng số an tồn của xe: ........................................................................................ 49
Bảng 5.4. Bảng thể hiện trạng thái của các van khi phanh bình thường ................................ 61
Bảng 5.5. Bảng thể hiện trạng thái của các van và bơm ở chế độ giữ áp. .............................. 62
Bảng 5.6.Bảng thể hiện trạng thái của các van và bơm ở chế độ giảm áp ............................. 63
Bảng 5.7.Bảng thể hiện trạng thái của các van và bơm ở chế độ tăng áp .............................. 64

x


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội thì phương tiện giao thơng cũng khơng
ngừng phát triển trong đó đặc biệt phải kể đến ơ tơ. Số lượng ô tô trên thế giới đang tăng
vượt bậc, ô tô dần trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hóa
cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời trở thành phương tiện giao thông tư nhân chính ở
các nước phát triển. Ngay ở nước ta, số ô tô tư nhân cũng đang phát triển cùng với sự tăng
trưởng của nền kinh tế, mật độ xe trên đường ngày càng cao. Tuy nhiên, khi mật độ giao
thơng và vận tốc trung bình của ơ tơ khi tham gia giao thông tăng lên, nguy cơ dẫn đến tai
nạn giao thông càng cao, các biện pháp bảo đảm an tồn giao thơng càng có ý nghĩa đặc biệt
quan trọng.
Hệ thống phanh giữ một vai trò quan trọng đảm bảo an tồn khi chuyển động của ơ
tơ, có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo đảm an toàn cho người và phương tiện khi tham gia
giao thông. Hệ thống phanh có tác dụng làm giảm tốc độ chuyển động của xe, dừng hẳn
hoặc giữ xe ở một vị trí nhất định. Tuy nhiên trong một số trường hợp như dừng xe khẩn

cấp, mặt đường trơn trượt, ẩm ướt… bánh xe có thể bị hãm cứng dẫn đến hiện tượng trượt
lết. Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh không chỉ làm tăng quãng đường phanh, mà
nếu diễn ra ở bánh xe dẫn hướng sẽ làm mất khả năng điều khiển, tính năng chuyển động ổn
định về hướng của xe khi phanh bị giảm và có thể dẫn đến xoay thân xe và lật đổ xe. Để
khắc phục điều đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống phanh
chống hãm cứng ABS.
ABS là hệ thống điều khiển tự động giúp nâng cao tính ổn định và an tồn chuyển
động của ơ tơ, góp phần giảm thiểu các tai nạn giao thơng có thể xảy ra. Chính vì thế, vấn đề
ổn định hướng chuyển động của ơ tơ khi phanh có trang bị ABS là vấn đề hết sức quan trọng
cần được nghiên cứu, tìm hiểu một cách kỹ lưỡng.
Xuất phát từ lý do đó, chúng em đã chọn đề tài “Phanh chống hãm cứng ABS và vấn
đề ổn định hướng khi phanh”.
1


1.2. Mục đích nghiên cứu
So sánh ổn định của xe khi phanh trong trường hợp các bánh xe bị hãm cứng với
trường hợp bánh xe không bị hãm cứng, từ đó có thể chứng minh rằng phanh ABS giúp xe
ổn định khi phanh tốt hơn so với phanh thường. Góp phần củng cố thêm tầm quan trọng của
hệ thống phanh ABS và vì sao chúng được lắp đặt ở hầu hết các loại ô tô ngày nay.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng của đồ án là những xe ô tô con bốn bánh phổ biến
ngày nay, và các yếu tố tác động phổ biến nhất.
Phạm vi nghiên cứu: chỉ nghiên cứu sâu vào các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp nhất đến
ổn định phanh như sự bám, sự trượt và phân tích sự mất ổn định ở hai loại phanh. Không
nghiên cứu sâu vào quá trình phát triển của hệ thống ABS, cấu tạo chi tiết, các kiểu của
chúng, hay cách sữa chữa hệ thống…
1.4. Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp nghiên cứu tài liệu: trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến
khái niệm ổn định phanh, tính ổn định của xe khi phanh, thu thập tài liệu qua sách,
luận văn thạc sĩ, qua Internet và các tiêu chuẩn đánh giá ổn định phanh.

-

Phương pháp phân tích triển khai và giải phương trình.

-

So sánh đánh giá.

1.5. Tình hình nghiên cứu
Tình hình nghiên cứu trên thế giới: từ khi ra đời cho đến nay hệ thống phanh ABS
không ngừng được phát triển, nghiên cứu, và ứng dụng rộng rãi hơn. Những nhà sản xuất xe
hơi quan trên thế giới quan tâm nhiều hơn đến sự an toàn của phương tiện, hệ thống phanh
ABS được ca ngợi là giúp phương tiện trở nên an tồn hơn. Hằng năm có nhiều bài báo cáo

2


viết về đề tài ABS phần nhiều trong số đó là nghiên cứu về phương pháp điều khiển và viết
chung chung về động lực học phanh và lái.
Tình hình nghiên cứu trong nước: Chúng ta có nhiều đề tài viết về ABS, phần lớn
trong số đó là khai thác hệ thống phanh ABS trên một loại xe cụ thể, thiết kế một hệ thống
phanh ABS, phương pháp điều khiển ABS, sữa chữa hệ thống, và cũng có đề cập đến vấn đề
ổn định khi phanh nhưng số lượng không nhiều.

3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phanh ABS làm việc dựa trên ảnh hưởng sự bám, sự trượt và đặc tính trượt của bánh
xe với mặt đường. Đồng thời khi nghiên cứu về vấn đề ổn định khi phanh, chúng ta cũng vận
dụng các khái niệm này. Vì vậy, nghiên cứu sự bám, sự trượt và đặc tính trượt là một cơng
việc quan trọng và dùng nó làm cơ sở để nghiên cứu đề tài này.
Đối với ô tô, bánh xe là thành phần trực tiếp tiếp xúc với mặt đường và nhận phản lực
từ mặt đường để tăng tốc, giảm tốc hoặc đánh lái. Tuy nhiên không phải tất cả momen xoắn
từ động cơ hoặc momen phanh từ cơ cấu phanh truyền đến đều được tận dụng hết để xe tăng
hoặc giảm tốc mà phụ thuộc rất lớn vào sự bám sự trượt. Về bản chất sự bám, sự trượt của
bánh xe với mặt đường là một dạng ma sát. Ta có ma sát nghỉ (hay cịn gọi là ma sát tĩnh)
ngăn không cho bánh xe ô tô trượt trên mặt đường và khi có lực tác dụng vượt quá giới hạn
của ma sát nghỉ ta có ma sát trượt (hay còn gọi là ma sát động). Do lốp xe được làm bằng
cao su nên tính chất ma sát tại khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường rất phức tạp.
Phần này sẽ nghiên cứu lần lượt sự bám, sự trượt và cách xác định giá trị của chúng trong
trường hợp ô tô đang phanh.
2.1. Sự bám khi phanh
2.1.1. Sự truyền lực phanh từ bánh xe tới mặt đường
Khi ô tô phanh, cơ cấu phanh tạo ra momen phanh Mp ngược chiều chuyển động quay
của bánh xe. Khi đó tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện một phản lực
tiếp tuyến chống lại sự chuyển động của ô tô gọi là lực phanh Fp. Lực phanh Fp ngược chiều
chuyển động của của xe va có điểm đặt tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (Hình
2.1).

4


Hình 2.1. Sơ đồ lực và momen tác dụng lên bánh xe khi phanh.

𝐹𝑝 =

𝑀𝑝
𝑟𝑏

(2.1)

Trong đó:
Fp – Lực phanh tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (N).
Ff – Lực cản lăn (N).
Fx – Lực đẩy từ khung xe truyền đến tâm bánh xe (N)
Mj – Momen quán tính của bánh xe (Nm).
Mf – Moomen cản lăn (Nm).
Mp – Momen phanh của bánh xe đang phanh (Nm).
Gb – Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe ( còn được gọi là trọng lượng bám )
(N).
Zb – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lênh bánh xe (N)

5


ωb – Vận tốc gốc bánh xe (rad/s).
rb – Bán kính tính tốn của bánh xe (m).
2.1.2. Khả năng bám
Điều kiện để ơ tơ có thể chuyển động được là ở các bánh xe chủ động phải có momen
xoắn truyền đến và tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường phải có độ bám nhất định.
Nếu độ bám nhỏ thì bánh xe có thể bị trượt quay khi ở bánh xe có momen chủ động lớn hoặc
bánh xe bị trượt lết khi ở bánh xe có momen phanh lớn.
Như vậy, khả năng bám là khả năng bánh xe chuyển động bình thường mà khơng có
trượt quay dưới tác dụng của momen chủ động hoặc khơng có trượt lết khi bánh xe đang
chịu momen phanh.

2.1.3. Hệ số bám và lực bám
Độ bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám. Tùy theo chiều
của phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe mà hệ số bám và lực bám có tên gọi khác
nhau. Ta có các loại hệ số bám sau:
➢ Hệ số bám dọc 𝝋𝒙 và lực bám dọc 𝑭𝝋𝒙 :
Nếu xét khả năng bám theo chiều dọc (khi dưới bánh xe chỉ có phản lực dọc: lực kéo
hoặc lực phanh) thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc φx và được định nghĩa là tỷ số
giữa lực kéo tiếp tuyến cực đại (hoặc lực phanh cực đại Fpmax) sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa
bánh xe bị phanh với mặt đường trên tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Gb.
Đối với bánh xe đang phanh:

𝜑𝑥 =

𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥
𝐺𝑏

(2.2)

Fpmax –Lực phanh cực đại tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (N)
Cần chú ý rằng, lực phanh Fpmax trên công thức (2.2) được xác định bằng biểu thức:

6


𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥 =

𝑀𝑝𝑚𝑎𝑥

(2.3)

𝑟𝑏

Tức là lực phanh được tạo ra là do khả năng của động cơ hoặc cơ cấu phanh, nhưng
lực này có được sử dụng hết hay khơng cịn phụ thuộc vào khả năng bám giữa bánh xe với
mặt đường.
Từ định nghĩa hệ số bám dọc ta có thể xác định lực phanh cực đại phát sinh theo điều
kiện bám giữa bánh xe và mặt đường như sau:
𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝜑𝑥 𝐺𝑏

(2.4)

Nếu gọi Zb là phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thì:
𝑍𝑏 = 𝐺𝑏

(2.5)

Lúc đó lực bám dọc 𝐹𝜑𝑥 được xác định như sau:
𝐹𝜑𝑥 = 𝜑𝑥 𝑍𝑏

(2.6)

Nếu bánh xe đang phanh, đẻ bánh xe không bị trượt lết khí phanh thì lực phanh cực
đại ở bánh xe đó phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc:
𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝐹𝜑𝑥

(2.7)

➢ Hệ số bám ngang 𝝋𝒚 và lực bám ngang 𝑭𝝋𝒚
Nếu xét khả năng bám theo chiều ngang (khi bánh xe chỉ có phản lực ngang Yb) thì hệ
số bám được gọi là hệ số bám ngang 𝜑𝑦 và được định nghĩa tỉ số giữa phản lực ngang cực

đại với tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Gb.

𝜑𝑦 =

𝑌𝑏𝑚𝑎𝑥
𝐺𝑏

(2.8)

7


Hình 2.2. Lực và phản ngang trên bánh xe.

Yb – Phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên bánh xe (N)
Fy – Lực ngang tại bánh xe (N).
Khả năng bám theo chiều ngang cũng được thể hiện qua hệ số bám ngang 𝐹𝜑𝑦 :
𝐹𝜑𝑦 = 𝜑𝑦 𝑍𝑏

(2.9)

Để cho bánh xe khơng bị trượt ngang thì phản lực ngang cực đại phải nhỏ hơn hoặc
bằng lực bám ngang:
𝑌𝑏𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝐹𝜑𝑦

(2.10)

➢ Hệ số bám và lực bám tổng quát
Trong trường hợp tổng quát, khi dưới bánh xe đồng thời có cả phản lực dọc Xb và
phản lực ngang Yb, phải xét khả năng bám theo chiều của vectơ lực 𝑄 = √𝑋𝑏 2 + 𝑌𝑏 2 là hợp

lực của Xb (Xb = Fp + Ff khi phanh) và Yb. Lúc này, hệ số bám được gọi là hệ số bám tổng
quát 𝜑𝑡𝑞 và được định nghĩa như sau:
8


𝜑𝑡𝑞 =

𝑄𝑚𝑎𝑥
𝐺𝑏

(√𝑋𝑏 2 +𝑌𝑏 2 )

=

𝑚𝑎𝑥

𝐺𝑏

(2.11)

Qmax – Giá trị cực đại của Q (N)
Xb – Phản lực tiếp tuyến (N). Xb = Fp + Ff khi phanh và Xb = Fk - Ff khi kéo
Khả năng bám theo chiều của vectơ hợp lực Q được thể hiện qua lực bám tổng quát
𝐹𝜑𝑡𝑞 :
𝐹𝜑𝑡𝑞 = 𝜑𝑡𝑞 𝑍𝑏

(2.12)

Lúc này, để cho bánh xe không bị trượt theo hướng của vectơ hợp lực Q, phản lực
tổng hợp cực đại Q phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám tổng quát:

𝑄𝑚𝑎𝑥 = (√𝑋𝑏 2 + 𝑌𝑏 2 )

𝑚𝑎𝑥

≤ 𝐹𝜑𝑡𝑞

(2.13)

Như vậy, nếu xét theo chiều dọc thì lực phanh cực đại Fpmax bị giới hạn bởi lực bám
Fφx . Nếu muốn tận dụng hết lực phanh do cơ cấu phanh tạo ra để hãm chuyển động của ơ tơ,
thì cần phải tăng lực bám. Để tăng lực bám, chúng ta phải tăng hệ số bám hoặc trọng lượng
bám và tốt nhất là tăng cả hai.
Để tăng hệ số bám, người ta sử dụng lốp có vấu cao. Để tăng trọng lượng bám, người
ta thiết kế nhiều cầu chủ động nhằm sử dụng toàn bộ trọng lượng của xe làm trọng lượng
bám.
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám.
Giá trị cụ thể của hệ số bám phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, và để thuận tiện
cho việc nghiên cứu chúng ta có thể chia làm hai yếu tố chính.
Nhóm 1: các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng đến hệ số bám ít thay đổi trong quá trình
phanh như loại đường, trạng thái mặt đường, kết cấu và tình trạng lốp, ảnh hưởng của các

9


nhân tố này đã được nghiên cứu kỹ bằng thực nghiệm. Các kết quả nghiên cứu thường được
công bố dưới dạng bảng hoặc đồ thị.
Nhóm 2: là nhóm bao gồm các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng của nó tới hệ số bám
biến đổi trong quá trình phanh như vận tốc của xe, tải trọng thẳng đứng và độ trượt của bánh
xe trong quá trình phanh.

Hình 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám.

1. Đường khô.

2. Đường ướt.

a. ảnh hưởng của áp suất trong lốp
b. ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của ô tô.
c. ảnh hưởng của phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe.
10


d. ảnh hưởng của độ trượt của bánh xe với mặt đường.
q- áp suất lốp (N/cm2).
v – vận tốc (m/s)
Zb – tải trọng thẳng đứng lên bánh xe (kN).
δ – Độ trượt (%).
Từ đồ thị (2.3a) thấy rằng, khi tăng áp suất q trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên,
sau đó giảm xuống. Giá trị hệ số bám cực đại sẽ tương ứng với áp suất tiêu chuẩn ghi trên
lốp. Khi tăng tốc thì hệ số bám giảm từ từ theo một đường cong (đồ thị 2.3b). Khi tăng tải
trọng thẳng đứng lên bánh xe thì hệ số bám sẽ giảm đi một ít và có dạng tuyến tính (đồ thị
2.3c). Đặc biệt ảnh độ trượt giữa bánh xe với mặt đường (đồ thị 2.3d) ảnh hưởng rất lớn đến
hệ số bám, phần này sẽ được đề cập đến phần “đặc tính trượt”.
Trong tất cả các yếu tố trên ta thấy rằng, mặt đường ướt có hệ số bám bám nhỏ đáng
kể so với mặt đường khô. Nguyên nhân là vì nước dưới mặt đường tạo thành một màng nhỏ
ngăn cách sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và chúng đóng vai trị như là chất bôi
trơn. Hiện tượng này được gọi là aquaplaning (hoặc hydroplaning).
Các yếu tố ảnh hưởng đến số bám được nói đến ở trên là hệ số bám dọc 𝜑𝑥 . Hệ số
bám ngang 𝜑𝑦 cũng chịu các yếu tố ảnh hưởng như hệ số bám dọc.
Do hệ số bám phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, và việc xác định các yếu tố này

để áp dụng trong tính tốn gặp nhiều khó khăn. Cho nên người ta sử dụng giá trị hệ số bám
trung bình được cho ở bảng sau:
Bảng 2.1. Hệ số bám dọc trên một số loại đường.
Loại đường và tình trạng mặt đường

Hệ số bám dọc trung bình 𝜑𝑥

Đường nhưa hoặc đường bê tơng
- Khơ và sạch

0,7 – 0,8
11


- Ướt

0,35 – 0,45

- pha sét, khô

0,5 – 0,6

- ướt

0,2 – 0,4

Đường đất

Đường cát
- khô

0,2 – 0,3

- ướt

0,4 – 0,5

2.2. Sự trượt khi phanh
2.2.1. Sự trượt của bánh và cách xác định độ trượt khi phanh
Khi xe chuyển động ở tốc độ không đổi, tốc độ của xe và bánh xe là như nhau (nói
cách khác, bánh xe khơng trượt). Tuy nhiên, khi người lái đạp phanh để giảm tốc độ xe, tốc
độ của các bánh xe sẽ giảm từ từ và không thể bằng tốc độ của thân xe lúc này đang chuyển
động nhờ qn tính của nó. Tức là, có thể xảy ra trượt nhẹ giữa các lốp xe với mặt đường.
Để xác định được độ trượt thì cần phải tìm hiểu đến khái niệm các loại bán kính và các loại
vận tốc:
➢ Bán kính thiết kế (bán kính danh định) r0: là bán kính của một bánh xe đang
quay, khơng chịu tải, áp suất khơng khí trong lốp ở mức danh định và được xác
định theo kích thước tiêu chuẩn trên lốp được cho bởi nhà chế tạo.
➢ Bán kính lăn rl: là tỉ lệ giữa vận tốc tịnh tiến thực thế v và vận tốc góc của
bánh xe ωb , nó là bán kính của bánh xe ảo, chuyển động khơng có trượt với vận
tốc tịnh tiến tương đương với bánh xe thực tế và được xác định như sau:

rl =

v
ωb

(2.14)

Giá trị rl phụ thuộc vào các thơng số sau:

• Tải trọng tác dụng lên bánh xe.
• Áp suất đàn hồi khơng khí trong lốp.
• Độ đàn hồi của vật liệu chế tạo lốp.
12


• Khả năng bám của bánh xe với mặt đường.
• Giá trị momen chủ động Mk hoặc momen phanh Mp.
➢ Bán kính tính tốn (bán kính làm việc trung bình) rb: trong tính tốn thực tế,
người ta thường sử dụng bán kính của bánh xe có kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh
hưởng của các thông số đã trình bày ở trên. Giá trị của bán kính này so với thực tế là:

rb = λr0

(2.15)

ro – bán kính danh định (m).
λ – hệ số kể đến sự biến dạng của lốp.
λ = 0,93 ÷ 0,935 (cho lốp áp suất thấp).
λ = 0,945 ÷ 0,95 (cho lốp áp suất cao).
➢ Vận tốc chuyển động lý thuyết vo: là vận tốc của xe khi chuyển động hồn tồn
khơng có trượt.

v0 =

Sl
t

=

2πrb Nb
t

= ωb r b

(2.16)

Sl – quãng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn (m)
t – Thời gian bánh xe đã lăn (s)
rb – Bán kính tính tốn của bánh xe (m).
Nb- tổng số vòng quay của bánh xe (vịng).
ωb – tốc độ góc của bánh xe (rad/s).
➢ Vận tốc chuyển động thực tế v: là vận tốc chuyển động của xe khi có tính đến
ảnh hưởng của sự trượt của bánh xe với mặt đường.

v=

St
t

=

2πrl Nb
t

= ωb rl (m/s)

(2.17)

13

St – quãng đường thực tế mà xe đã lăn (m)
t – thời gian mà bánh xe đã lăn (s)
rl- bán kính lăn của bánh xe (m)

➢ Vận tốc trượt 𝐯𝛅 : là sự chênh lệch giữa vận tốc thực tế với vận tốc lý thuyết.

vδ = v − v0 = ωb rl − ωb rb (m/s)

(2.18)

Vận tốc trượt có thế dương hay âm tùy theo hiện tượng trượt là trượt lết hay trượt
quay.
➢ Hệ số trượt (độ trượt) khi phanh: Độ trượt của bánh xe với mặt đường được xác
định như sau:

δp = −

vδ
v

=

v0 −v
v

=

v0

v

−1=

rb
rl

−1

(2.19)

với:
δp – độ trượt khi phanh.
vδ – vận tốc trượt (m/s).
v – vận tốc thực tế (m/s).
v0 – vận tốc lý thuyết (m/s).
rb – bán kính tính tốn (m).
➢ Bánh xe lăn có trượt lết:
Trong trường hợp bánh xe lăn có trượt lết (bánh xe đang được phanh), tốc độ thực tế
v lớn hơn tốc độ lý thuyết v0, tâm quay tức thời P nằm bên ngoài bánh xe rl > rb. Tại vùng

14


tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường cũng xuất hiện tốc độ trượt vδ nhưng theo hướng
dương của trục x.

Hình 2.4. Bánh xe lăn trượt lết.

Ta có hệ quả sau:

𝑣 = 𝑣0 + 𝑣𝛿 = 𝜔𝑏 𝑟𝑏 + 𝑣𝛿 = 𝜔𝑏 𝑟𝑙

(2.20)

𝑣𝛿 = 𝑣 − 𝑣0 = 𝜔𝑏 𝑟𝑙 − 𝜔𝑏 𝑟𝑏 > 0

(2.21)

Do đó:

Theo (2.19) hệ số trượt khi phanh được tính:

𝛿𝑝 = −

𝑣𝛿
𝑣

=

𝑣0 −𝑣
𝑣

=

𝑟𝑏
𝑟𝑙

−1

(2.22)

Do 𝑣𝛿 > 0 nên 𝛿𝑝 < 0
Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn (bánh xe bị hãm cứng không quay, xe và bánh xe vẫn
chuyển động tịnh tiến), ta có:
15


𝑣 ≠ 0, 𝜔𝑏 = 0 => 𝑟𝑙 =

𝑣
→∞
𝜔𝑏

𝑣0 = 𝜔𝑏 𝑟𝑏 = 0 => 𝑣𝛿 = 𝑣 − 𝑣0 = 𝑣
Thay vào (2.19) suy ra: 𝛿𝑝 = −1 (trượt lết hồn tồn).
2.2.2. Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh
Khi giá trị lực phanh Fp tác dụng lên bánh xe thay đổi thì độ trượt giữa bánh xe với
mặt đường cũng thay đổi và độ bám giữa bánh xe với mặt đường cũng thay đổi theo. Bằng
thực nghiệm người ta đã xác định được mối quan hệ giữa hệ số trượt và hệ số bám được gọi
là đặc tính trượt (hình 2.5).

Hình 2.5. Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh.
φx , φy – Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang.
δp0 – Giá trị độ trượt lúc hệ số bám dọc đạt giá trí cực đại.
16