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

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


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


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:

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


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

đến nay

Nai

Giảng Viên

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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


Luận văn Th.sỹ

HVTH: NGÔ DUY SONG – GVHD: PGS.TS: NGUYỄN VĂN PHỤNG

Trường ĐHSPKT.TPHCM

Page xii


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


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


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  
 rl 

k

v

k

. rl
(m )

(2 - 1)
(2 - 2)

- 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


Luận văn Th.Sỹ

Trường ĐHSPKT.TPHCM

Nhận xét:
- Vậy rl biến thiên từ (0→∞)
- Nếu theo định nghĩa r l  

v

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 ( rl  0) khi đó lực kéo đạt giá trị cực đại Pk max
0

- 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 rl và
0

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

Luận văn Th.Sỹ

Trường ĐHSPKT.TPHCM

+ Bánh xe phanh lăn có trượt lết
2.2.1.Lăn không trượt.
- Vì lăn không trượt

 r l  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 l  r  v  k .rl  v0  k .r (2 - 4)
- Xuất hiện tốc độ trượt
 Tốc độ trượt được tính

v
v  v v0  0

- Độ trượt khi kéo  k .

k 

 vs v0  v
v


 1
v0
v0
v0

  K  1

rl
 0 (2 - 5)
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

rl  r  v  v0
Khi phanh lúc này thì v  0 (tốc độ trượt).

v  v  v0
HVTH:NGÔ DUY SONG – GVHD:PGS.TS:NGUYỄN VĂN PHỤNG

Page 5

Luận văn Th.Sỹ

Trường ĐHSPKT.TPHCM

- Độ trượt khi phanh

p 

v v0 v v0

 1 0
v
v
v

p 

r
 1  0 (2 - 6)
rl

- Khi trượt lết hoàn toàn  p  1(100%)
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


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
xe nên còn gọi là lực cản lăn và ký hiệu là Pf.

Z  a  Pf  r  Pf  Z 

a
a

 G1 
r
r

Z G

Đặt f 

a
 P  f  Z  f  G1 (2 - 7)
r

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