Bài giảng Lý thuyết ô tô: Chương 6 - Trường CĐ Công nghệ

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

Chương 6

PHANH VÀ HỆ THỚNG PHANH TRÊN Ơ TƠ

6.1 GIẢN ĐỒ PHANH:

Giản đồ phanh là đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa lực phanh Pp sinh
ra ở các bánh xe (hoặc mômen phanh Mp) với thời gian t cũng như
quan hệ giữa gia tốc chậm dần và thời gian t. Nó nhận được từ thực
nghiệm và dùng để xác định quãng đường phanh thực tế.

Hình 6.1 Giãn đồ phanh





1s.

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Điểm O trên hình ứng với lúc người lái nhìn thấy chướng ngại
vật ở phía trước và nhận thấy cần phải phanh.
 t1 - Thời gian phản xạ của người lái, tức là từ lúc thấy chướng
vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp phanh ( thời gian này phụ
thuộc vào trình độ của người lái ), t1 nằm trong giới hạn t1 = 0,3
0,8s.
 t2 - Thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh, tức là từ lúc
người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép

sát vào trống phanh. Đối với phanh dầu t2 = 0,03s; phanh khí t2
= 0,3s.
 t3 - Thời gian tăng lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần, đối
với phanh dầu t3 = 0,2s; phanh khí t3 = 0,5 1s


t4 - Thời gian phanh hoàn toàn, ứng với lực phanh cực đại và
thời gian này được xác định theo công thức :


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

δi v1
t min =
φg

 Trong đó:
v1 - Vận tốc của ô tô ứng với thời điểm bắt đầu phanh.
δ i - Hệ số tính đến ảnh hưởncủa trọng khối quay của ô tô.
 Trong thời gian này, lực phanh hoặc gia tốc chậm dần có giá trị
không đổi.
 t5 - Thời gian nhả phanh, lực phanh giảm về 0, đối với phanh dầu
t5 = 0,2s ; phanh khí t5 =1,5 2s.
 Nếu ô tô dừng hoàn toàn mới nhả phanh thì thời gian của qua
trình phanh là :
t = t1 + t2 + t3 + t4
(6.1)


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Cần chú ý rằng giản đồ phanh trình bày ở hình trên đã được đơn
giản hoá còn giản đồ phanh lấy từ thực nghiệm có dạng đường
gợn sóng, nhấp nhô.
 Nếu kể đến thời gian chậm tác dụng t2 của dẫn động phanh thì
quãng đường phanh thực tế được tính như sau:

S = v1t 2 +

k s v 21
2φg

(6.2)


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

6.2. ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHI PHANH:
6.2.1.Ổn định của ô tô khi phanh nếu các bánh xe bị hãm cứng
 Để thấy rõ ổn định của ô tô khi phanh nếu các bánh xe bị hãm
cứng, trước hết chúng ta phải khảo sát mối quan hệ giữa phản
lực tiếp tuyến Xb và phản lực ngang Yb tác dụng từ mặt đường
lên bánh xe trong quá trình phanh
• Khi phanh, phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe sẽ là:
Xb = Ppb + Pfb
(6.3)

• Nhưng do Pfb rất nhỏ so với Ppb, nên có thể coi:
Xb = Ppb
 Ở đây:

Ppb – Lực phanh tác dụng lên bánh xe.
Pfb – Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe.

(6.4)


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

Hình 6.2 Ngun nhân xuất hiện phản lực ngang ở các bánh xe khi
phanh


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Trong quá trình phanh, nếu có lực ngang Y tác dụng lên thân xe,
thì tại tâm các bánh xe sẽ có lực ngang Py tác dụng, lập tức dưới
các bánh xe xuất hiện các phản lực ngang Yb ngược chiều với Py (
hình 6.2 ).
• Chúng ta giả thiết rằng: φx  φ y  φtq  φ
• Lúc này dưới bánh xe sẽ xuất hiện đồng thời các lực Ppb và Yb.
Hợp lực của chúng là Nb:
Nb 

2
Ppb
+ Yb2

(6.5)

• Phản lực tổng hợp Nb cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa

bánh xe với mặt đường. Nghóa laø:
Nb 

Ppb2 + Yb2  Nbmax  φZb

(6.6)


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Giá trị Nbmax xác định một vòng tròn có tâm O tại tâm bề mặt tiếp
xúc giữa bánh xe với mặt đường và bán kính R = Nbmax. Vòng tròn
này được gọi là vòng tròn giới hạn bám. Nếu các lực Ppb, Yb hoặc
Nb lớn hơn R thì bánh xe sẽ trượt ( hình 6.3).

Hình 6.3 Vòng tròn giới hạn bám của bánh xe khi phanh


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Từ (6.5) ta suy ra:

Yb =

2
N b2 - Ppb

• Theo (6.7) dễ thấy rằng: Khi lực phanh Ppb tăng thì phản lực
ngang Yb giảm và ngược lại.
• Đặt biệt nếu: Ppb = Ppbmax = Zb và Nb = Nbmax = Zb thì Yb = 0

 Kết luận:
• Nếu lực phanh Pp = Ppmax = Zb và bánh xe bắt đầu bị hãm cứng
thì phản lực ngang tác dụng lên bánh xe Yb = 0. Lúc này chỉ cần
một lực ngang nhỏ Y tác dụng lên thân xe thì ở bánh xe sẽ xuất
hiện một lực ngang Py rất nhỏ tác dụng tại tâm bánh xe là làm
cho bánh xe sẽ trượt ngang, do ở dưới bánh xe Yb = 0 và không
còn cân bằng lực theo chiều ngang.
• Chúng ta sẽ sử dụng kết luận trên để xét ổn định của xe khi
phanh nếu các bánh xe bị hãm cứng.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 6.2.1.1. Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh:
 Giả thiết rằng xe đang phanh trên đường không thẳng tuyệt đối,
cho nên lực quán tính Pj sẽ tạo với trục dọc của xe một góc :

α0
 Nếu đường thẳng thì vẫn có lực ngang tác dụng tại trọng tâm T,
đó là thành phần Gsin do mặt đường nghiêng ngang một góc :

β0
 Như vậy, khi phanh sẽ xuất hiện lực ngang Y tác dụg tại T ( Y =
Pjy hay Y = Gsin hoặc Y là lực của gió tạt ngang ).


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

Hình 6.4 Các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng .

, su ra
.

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Khi có lực ngang tác dụng tại T thì ở các bánh xe cầu trước xuất
"
= Y1 )
hiện các phản lực ngang Yb1' ,Yb1" ( Yb1' + Yb1
còn ở cầu sau do các bánh xe đã bị hãm cứng ( Pp2  Z2 ) nên :
'
"
Yb2
= 0, Yb2
= 0 suy ra Y2 = Yb2' + Yb2"  0
 Dễ thấy rằng Y1 = Pjy và Y1, Pjy là một ngẫu lực nên đã làm
xuất hiện mômen Mq làm quay xe:
Mq = Y1a = Pjya

(6.9)

 Với chiều của Mq như ở hình 9.4 sẽ làm góc  tăng lên, dẫn đến
Pjy tăng lên và làm cho giá trị Mq càng tăng, xe có khả năng bị
quay ngang và nguy cơ xe bị lật đổ là khó tránh khỏi. Bởi vậy,
nếu các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh là trạng thái
chuyển động không ổn định.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 6.2.1.2. Các bánh xe cầu trước bị hãm cứng khi phanh:
 Vẫn giả thiết rằng: khi xe đang phanh thì có lực ngang Y tác
dụng lên thân xe ( Y = Pjy hay Y = Gsin hoặc Y là lực của gió
tạt ngang ). Lúc này các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng ( xem
hình 6.5 ).

Hình 6.5 Các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng


.

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

'
"
Yb1
= Yb1
=0

Y1 = Yb1' + Yb1" = 0

 Ta thấy rằng Y2 = Pjy và Y2, Pjy là một ngẫu lực nên đã làm
xuất hiện mômen làm quay xe:
'
q

M = Y2 b = Pjy b

(6.10)

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Tuy nhiên, khi các bánh xe ở cầu trước bị hãm cứng, do các phản
lực ngang tác dụng lên các bánh xe trước bằng không nên xe
không còn điều khiển được thông qua hệ thống lái, tức là xe bị
mất tính ổn định hướng. Bởi vậy ở trường hợp này xe cũng
chuyển động không ổn định.
 Kết luận:

* Khi phanh xe, để xe chuyển động ổn định thì không được để các
bánh xe cầu trước và cầu sau bị hãm cứng
* Nếu tất cả các bánh xe ở cả hai cầu bị hãm cứng và không có lực
ngang tác dụng lên xe thì xe sẽ trượt thẳng. Nếu có lực ngang tác
dụng lên xe thì xe sẽ trượt xiên ( vì lúc này ngoài lực ngang Y
còn có lực Pj tác dụng theo chiều dọc của xe, nên hợp lực của
chúng làm cho xe trượt ) và xe chuyển động không ổn định. Nếu
hợp lực của lực ngang Y và lực Pj quá lớn thì xe có thể bị lật đo


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 6.2.2. Ổn định của ô tô khi phanh nếu các lực phanh phân bố
không đều:
 Trong quá trình phanh ô tô thì trục dọc của ô tô có thể bị nghiêng
đi một góc  nào đấy so với phương quỹ đạo đang chuyển động.
Sở dó như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên
phải khác với tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái
và tạo thành mômen quay vòng Mq quanh trục thẳng đứng z đi

qua trọng tâm T của ô tô ( hình 6.6).
 Khi phanh mà ô tô bị quay đi một góc quá mức quy định sẽ ảnh
hưởng đến an toàn chuyển động trên đường. Vậy tính ổn định của
ô tô khi phanh là khả năng ô tô giữ được quỹ đạo chuyển động
như ý muốn của người lái trong quá trình phanh
 Trong phần này chúng ta nghiên cứu sự ổn định của ô tô khi
phanh mà các lực phanh phân bố không đều. Sơ đồ nghiên cứu
như hình 6.6


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Giả sử ô tô đang chuyển động theo hướng của trục x nhưng sau
khi phanh thì ô tô bị lệch một góc .
 Trong khi phanh thì ở các bánh xe bên phải có các lực phanh Pp.p1
ở cầu trước và Pp.p2 ở cầu sau, còn ở các bánh xe bên trái có các
lực phanh Pp.t1 ở cầu trước và Pp.t2 ở cầu sau.
 Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là:

Pp.p = Pp.p1 +Pp.p2

(6.11)

 Và tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái baèng:
Pp.t = Pp.t1 + Pp.t2

(6.12)


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Giả sử rằng tổng các lực phanh bên phải Pp.p lớn hơn tổng các lực
phanh bên trái Pp.t lúc đó ô tô sẽ quay vòng theo hướng mũi tên
chỉ trên hình 9.6 quanh trọng tâm T của ô tô.
 Mômen quay Mq được xác định theo biểu thức:
Mq = Pp.p

B
B
B
- Pp.t
= ( Pp.p - Pp.t )
2
2
2

(6.13)

 Do coù ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho nên khi xuất hiện
mômen quay vòng Mq thì ở các bánh xe của cầu trước sẽ có phản
lực Ry1 tác dụng từ đường theo phương ngang (hình 6.6) và ở các
bánh xe sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm T được viết
dưới dạng :
..

Iz γ = Mq - R y1a - R y2 b

(9.14)

 Vì ô tô đã bị xoay đi một góc  nghóa là mômen quay vòng Mq
lớn hơn nhiều so với mômen do các lực Ry1 và Ry2 sinh ra, cho
nên để đơn giản cho tính toán ta có thể bỏ qua các lực Ry1 và Ry2 ,
lúc đó phương trình (9.14) có dạng:
..

Iz γ = Mq

hoặc

..

γ =

Mq
Iz

 Ở đây:
Iz – Mômen quán tính khối lượng của ô tô quanh trục z đi qua
trọng taâm T.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

Hình 6.6 Sơ đờ lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh mà có hiện
tượng quay xe do lực phanh phân bố không đều

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Lấy tích phân phương trình (6.15) ta được:
.

γ =

Mq
Iz

t + C1

(6.16)

C1 = 0 , nên:
.

γ =

Mq
Iz

t

(6.17)

 Lấy tích phân phương trình (9.17) ta được:
γ=

Ở đây:

Mq
2Iz

t 2 + C2

t – Thời gian phanh.

(6.18)


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Để tìm giá trị C2 ta cũng sử dụng điều kiện ban đầu khi t = 0 thì 
= 0 và lắp vào phương trình (6.18) ta có C2 = 0, từ đó rút ra được
biểu thức cuối cùng để xác định góc lệch  do mômen quay vòng
Mq gây ra, mà mômen Mq là do sự không đồng đều lực phanh ở
các bánh xe phía bên phải và phía bên trái của ô tô tạo ra:

γ =

Mq
2I z

t

2

(6.19)

 Từ biểu thức (6.19) thấy rằng góc lệch  tỷ lệ thuận với mômen
quay vòng Mq, với bình phương thời gian phanh t và tỷ lệ nghịch
với mômen quán tính khối lượng Iz của ô tô quanh trục z đi qua
trọng tâm của nó.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Theo yêu cầu của nhà máy chế tạo thì ô tô khi xuất xưởng ( chế
tạo hoặc sửa chữa) phải đảm bảo lực phanh ở các bánh xe trên
cùng một cầu là như nhau nhằm đảm bảo tính ổn định khi phanh.
Độ chênh lệch tối đa giữa các lực phanh ở các bánh xe trên cùng
một cầu không vượt quá 15% so với giá trị lực phanh cực đại ở
các bánh xe của cầu này.
 Giả sử rằng các bánh xe ở phía bên phải có lực phanh lớn nhất
Pp.pmax theo điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, thì lực
phanh thấp nhất của các bánh xe phía bên trái cho phép là:
Pp.tmin = 0,85 Pp.pmax

(6.20)

 Lúc đó mômen quay vòng cực đại Mqmax được xác định như
sau:
B
B
Mqmax = Pp.pmax
- Pp.tmin
2

2


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Hay :
M qmax = (Pp.pmax - Pp.tmin )
= (Pp.pmax

B
2

B
- 0,85 Pp.pmax )
2

 Từ đó ta có:
Mqmax = 0,075 BPp.pmax

(6.21)

 Thế giá trị mômen Mqmax từ biểu thức (6.21) vào biểu thức
(9.19) ta tìm được góc lệch cực đại :

γ max =

'
0,075 BPpmax

2Iz

t

2

(6.22)


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Ở biểu thức (6.22) thành phần cần phải hiểu là lực phanh cực
đại ở một phía ( có thể phía bên phải hoặc có thể phía bên trái )
theo điều kiện bám.
 Lực phanh cực đại P ' = G φ
(6.23)
pmax
max

2

γ max

BGt 2 φ max
= 0,019
Iz

(6.24)