Nghiên cứu nâng cao độ an toàn cho hệ thống phanh lắp trên xe môtô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


HỒ MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN CHO HỆ
THỐNG PHANH LẮP TRÊN XE MÔTÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


HỒ MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN
CHO HỆ THỐNG PHANH LẮP TRÊN XE MÔTÔ

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số

: 60.52.01.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học:TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Đà Nẵng – Năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Mọi kết quả
nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đầy đủ.
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.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây.
Tác giả luận văn

Hồ Mạnh Cường


ii

TÓM TẮT
Xe máy là phương tiện đi lại chủ yếu của người dân, chiếm hơn 85% tổng số
phương tiện giao thông đang hoạt động trên cả nước, với nhiều ưu điểm như tính cơ
động cao, linh hoạt, giá thành rẻ. Tuy nhiên, xe máy cũng là nguyên nhân gây ra gần
70% vụ tai nạn giao thông đường bộ. Ở thời điểm hiện tại hãng sản xuất môtô ở Việt
Nam liên tục tung ra các sản phẩm xe mới có dung tích thiết kế lớn hơn 125cc càng
làm cho tỷ lệ tai nạn và vấn đề an toàn giao thông nghiêm trọng hơn.
Đang lái xe mà gặp một tình huống nguy hiểm trước mặt, phản ứng tự nhiên
của chúng ta là đạp mạnh chân phanh, xiết cứng lốp xe xuống mặt đường. Tuy nhiên,
do nguyên lý quán tính, chiếc xe đang chạy nhanh không dễ gì đứng lại ngay được, lốp
xe bị xiết cứng bị trượt lê trên mặt đường, lúc đó tài xế không còn điều khiển được tay
lái và nguy cơ một tai nạn khác rất dễ xảy ra. Vì vậy, việc tính toán thiết kế hệ thống

phanh an toàn cho xe môtô có thể được xem như một giải pháp tiêu chuẩn kỹ thuật bắt
buộc để hạn chế tai nạn do xe môtô gây ra, góp phần đảm bảo an toàn cho người tham
gia giao thông và thực hiện mục tiêu An toàn giao thông quốc gia.
Luận văn đã đưa ra được phương pháp nhằm nâng cao hiệu quả phanh của hệ
thống phanh.Với bộ điều chỉnh được thiết kế áp dụng trên hệ thống phanh, hệ số bám
của xe ứng với chế độ đầy tải được xác định theo đặc tính điều chỉnh lên đến  = 0,774
(xem bảng 3.4 thay vì chỉ 0,5112 khi không điều chỉnh). Tuy nhiên áp suất lớn nhất
trong hệ thống cũng tăng tương ứng với giá trị nhận nhận được từ bảng tính toán 3.4 là
p1max = 10,71[MN/m2]. Áp suất này đều nằm trong giới hạn cho phép của dầu phanh
hiện hành.
Qua quá trình thử nghiệm và thực tế với hệ thống phanh trước và sau khi cải tạo
nhận thấy rằng quãng đường phanh của phanh trước khi cải tạo là: 7,25 m với sai số
trung bình  0,25m. Với việc áp dụng hệ thống phanh mới được tính toán thiết kế
nhằm nâng cao hiệu quả phanh, quãng đường phanh của phanh sau cải tạo là: 6,44 m
với sai số trung bình  0,26m. Trong cùng một thời gian phanh, quãng đường phanh
của hệ thống phanh được thiết kế mới là ngắn nhất.
ABSTRACT
Motorbikes are the main way of transport in Vietnam, accounting for over 85%
of the total number of vehicles, with many advantages such as high mobility,
flexibility and low cost. However, motorcycles are responsible for nearly 70% of road
traffic accidents. At present, motorcycle manufacturers in Vietnam continually launch
new models of vehicles with a design capacity of more than 125cc, making the
accident rate and traffic safety are more serious.
When we are driving in a dangerous situation in front, our natural reaction is to
step on the brake pedal, tightening the tire to the road. However, due to the principle of


iii

inertia, the car is not fast enough to stand upright, the tire slips on the road, the driver

can be no longer control the steering wheel and the risk of an ear. Other casualties are
very likely to occur. Therefore, the design of safety braking system for motorcycles
can be considered as a technical standard solution required to reduce the accident
caused by motorcycles, contributing to ensure safety for participants. transport and
implementation of national traffic safety objectives.
This thesis proposes a method for improving the braking performance of the
braking system. With the regulator designed to apply on the braking system, the
vehicle's grip coefficient for the full load is determined by the characteristic Adjust up
to  = 0,774 (see table 3.4 instead of just 0.5112 when not adjusted). However, the
maximum pressure in the system increases correspondingly to the value received from
table 3.4 as p1max = 10,71[MN/m2]. This pressure is within the allowable limits of the
brake fluid current
Based on the experiment data with brake system before and after reconstruction,
it shows that the braking distance of the brake before the renovation is 7.25 m with an
average error of 0.25 m. With the new braking system designed to improve the braking
performance, the braking distance of the brake after rehabilitation is 6.44 m with an
average error of 0.26 m. In the same time of braking, the braking distance of the newly
designed brake system is the shortest.


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
TÓM TẮT................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ vii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:......................................................................................... 1

2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: ................................................................................... 2
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: ...................................................... 2
3.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 2
3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 2
4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................... 2
4.1.Cách tiếp cận ........................................................................................................ 2
4.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH
TRÊN XE MÔTÔ ..................................................................................................... 3
1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH XE MÔTÔ .............. 3
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH TRÊN XE MÔTÔ 6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................ 8
2.1. YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHANH MÔTÔ .......................... 8
2.2. CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHANH MÔTÔ ..................... 8
2.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ............................................................... 8
2.2.2.Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh: ................................................. 12
2.2.3. Sự bám của bánh xe với mặt đường: .............................................................. 13
2.2.3.1. Đặt vấn đề.................................................................................................... 13
2.2.3.2. Hệ số bám. ................................................................................................... 14
2.3. BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH ..................................................................... 18
2.3.1. Cơ sở lý thuyết: .............................................................................................. 18
2.3.2 Các phương pháp điều chỉnh ........................................................................... 26
2.3.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc của các bộ điều chỉnh lực phanh ................... 30
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CẢI TẠO HỆ THỐNG PHANH XE YAMAHA
EXCITER 2010 ....................................................................................................... 42


v

3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE Yamaha Exciter 2010 VÀ HỆ THỐNG PHANH

CỦA XE. .................................................................................................................. 42
3.1.1. Giới thiệu chung về xe Yamaha Exciter 2010................................................ 42
3.1.2. Hệ thống phanh của xe Yamaha Exciter 2010. .............................................. 46
3.1.2.1 Kết cấu cụm phanh trước ............................................................................. 46
3.1.2.2 Kết cấu cụm phanh sau................................................................................. 50
3.2. CẢI TẠO TỪ DẪN ĐỘNG PHANH CƠ KHÍ Ở BÁNH SAU SANG DẪN
ĐỘNG HOÀN TOÀN BẰNG THỦY LỰC ............................................................ 54
3.2.1. Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh thủy lực xe Exciter 2010 sau cải tạo ........... 54
3.2.2. Tính toán dẫn động phanh thuỷ lực: ............................................................... 55
3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH ............................ 65
3.3.1. Phân tích chọn phương án thiết kế ................................................................. 65
3.3.2. Tính toán thiết kế: ........................................................................................... 66
CHƯƠNG 4. LẮP ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHANH SAU CẢI
TẠO CHO XE YAMAHA EXCITER 2010 ......................................................... 73
4.1. LẮP ĐẶT HỆ THỐNG PHANH THUỶ LỰC ................................................. 73
4.2. LẮP ĐẶT BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH ................................................... 73
4.3. THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC VÀ SAU CẢI TẠO. ............. 74
4.3.1. Tiêu chuẩn để đánh giá hiệu quả phanh: ........................................................ 74
4.3.2. Giá trị của phép đo: ........................................................................................ 74
4.3.3. Mục đích thử nghiệm quãng đường phanh:.................................................... 75
4.3.4. Điều kiện thử nghiệm quãng đường phanh .................................................... 75
4.3.5. Trang thiết bị sử dụng trong thử nghiệm đo quãng đường phanh: ................. 76
4.3.6. Thử nghiệm phanh chính ................................................................................ 77
CHƯƠNG 5. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..................................... 80
5.1. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC. ................................. 80
5.1.1. Phân tích các số liệu liệu thực nghiệm: .......................................................... 80
5.1.2. Xử lý kết quả đo quãng đường phanh của phanh trước cải tạo: ..................... 81
5.1.3. Xử lý kết quả đo quãng đường phanh của phanh sau cải tạo: ........................ 81
5.2. KẾT LUẬN. ...................................................................................................... 82
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO: ............................................................................... 84

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

Trang

2.1

Giá trị lực bám phụ thuộc vào loại đường

17

3.1

Thông số kỹ thuật xe Exciter 2010

42

3.2

Quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và độ trượt λ

59

3.3

Quan hệ giữa moment bám Mφ và độ trượt λ

59

3.4

Quan hệ giữa áp suất phanh và hệ số bám

72

3.5

Quan hệ giữa áp suất phanh và hệ số bám khi không tải

72

4.1

Yêu cầu giữa quãng đường phanh và gia tốc phanh tương
ứng(phanh một bánh)

75

4.2

Yêu cầu giữa quãng đường phanh và gia tốc phanh tương
ứng(phanh hai bánh)

75

4.3

Kết quả đo quãng đường phanh trước cải tạo

79

4.4

Kết quả đo quãng đường phanh sau cải tạo

79

5.1

Độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung

81

5.2

Độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung bình của hệ
thống phanh sau cải tạo

82

5.3

So sánh quãng đường phanh

82


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

Trang

1.

Thống kê tai nạn gia thông

1

1.1

Nguyên mẫu chiếc Michaux-Perreaux

3

1.2

Nguyên mẫu chiếc Roper

4

1.3

Hệ thống phanh dãi.

5

1.4

Hệ thống phanh tang trống

5

1.5

Hệ thống phanh đĩa trên xe môtô

6

2.1

Đồ thị thể hiện sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo
tốc độ bắt đầu phanh v1 và hệ số bám

11

2.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám

16

2.3

Mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số bám

17

2.4

Các lực tác dụng lên môtô khi phanh trên mặt đường ngang

18

2.5

Quan hệ phân bổ lực trên các cầu khi phanh với cường độ bất
kỳ

20

2.6

Đồ thị biểu diễn điều kiện xãy ra hãm cứng các bánh xe trước

20

2.7

Đồ thị biểu diễn điều kiện xãy ra hãm cứng các bánh xe sau

21

2.8

Biểu đồ phân vùng quá trình phanh

22

2.9

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số phân phối lực phanh tối ưu
và hệ số bám βp =f(ᵩ )

22

2.10

Các trường hợp bánh xe bị trượt ngang khi phanh

23

2.11

Sơ đồ trượt ngang ô tô khi các bánh sau bị hãm cứng trên mặt
đường có hệ số bám nhỏ

24

2.12

Quan hệ lý tưởng giữa các lực phanh ở cầu trước và sau của
môtô phụ thuộc vào tải trọng và hệ số bám

25

2.13

Quan hệ lý tưởng giữa áp suất phanh động trước và sau của mô
tô và các tia giới hạn của đặc tính điều chỉnh

25

2.14

Các đặc tính làm việc của bộ điều chỉnh

27

2.15

Đặc tính làm việc của bộ điều chỉnh giới hạn áp suất

29

2.16

Đặc tính của bộ điều chỉnh giới hạn áp suất có thời điểm làm
việc thay đổi

29

viii

2.17

c tinh cua bụ iờu chnh gii hn ỏp suõt co van ty lờ

29

2.18

c tinh cua bụ iờu chnh ỏp suõt co thi iờm lam viờc thay
ụi

29

2.19

Bụ iờu chnh loi tia dựng cho dn ụng phanh thuy lc

30

2.20

Cỏc bụ hn chờ ỏp suõt loi lũ xo cõn bng

32

2.21

Cỏc bụ hn chờ ỏp suõt

33

2.22

Bụ hn chờ ỏp suõt co van ty lờ

34

2.23

Bụ iờu chnh ỏp suõt co thi iờm lam viờc thay ụi kiờu van
bi

35

2.24

Bụ iờu chnh ỏp suõt co thi iờm lam viờc thay ụi kiờu van
mt u

35

2.25

c tinh cua bụ iờu chnh ỏp suõt co thi iờm lam viờc thay
ụi theo ti trong

36

2.26

Cấu tạo bộ điều hoà kiểu piston- vi sai

37

2.27

Đ-ờng đặc tính bộ điều hoà piston vi sai

38

2.28

Sơ đồ bộ điều hoà áp suất bằng thuỷ lực

38

2.29

Đ-ờng đặc tính bộ điều hoà dạng tia

39

2.30

Cõu to điều hoà lực phanh bằng van hạn chế áp suất

40

2.31

Đồ thị đặc tính điều chỉnh của van hạn chế áp suất

41

3.1

Tụng quan cua xe Exciter 2010

43

3.2

ụng c xe Exciter 2010

44

3.3

Hụp sụ xe Exciter 2010

45

3.4

Hờ thụng khung sn xe Exciter 2010

45

3.5

V tri cỏc thiờt b iờn trờn xe Exciter 2010

46

3.6

S dn ụng hờ thụng phanh xe Exciter 2010 trc ci to

46

3.7

S dn ụng phanh trc xe Exciter 2010

47

3.8

Tay phanh

47

3.9

Xylanh chớnh

48

3.10

a va mỏ phanh trc

48

3.11

Kờt cõu cum xylanh phanh bỏnh xe trc

49

3.12

Kờt cõu phanh bỏnh xe sau xe Exciter 2010

50


ix

3.13

Hệ thống phanh thủy lực điều khiển độc lập

52

3.14

Hệ thống phanh thủy lực điều khiển độc lập kết hợp ABS

52

3.15

Kết hợp giữa phanh thủy lực và bộ CBS

53

3.16

Phanh thủy lực kết hợp bộ điều hòa lực phanh

54

3.17

Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh thủy lực xe Exciter 2010

54

3.18

Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi phanh

55

3.19

Sơ đồ phân bố tải trọng lên 2 bánh xe

56

3.20

Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ
trượt tương đối λ của bánh xe

59

3.21

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của moment bám của bánh xe
trước và sau theo độ trượt

60

3.22

Sơ đồ tính toán bán kính trung bình của đĩa ma sát

61

3.23

Đồ thị diễn biến áp suất phanh sau theo áp suất phanh trước

65

3.24

Kết cấu bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm thay đổi theo tải
trọng

67

3.25

Kết cấu và kích thước bên ngoài của bộ điều chỉnh

67

3.26

Đặc tính bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi
theo tải trọng

68

3.27

Đồ thị xác định áp suất ban đầu điều chỉnh khi đầy tải

70

3.28

Đồ thị tổng hợp áp suất phanh lý tưởng và điều chỉnh trên xe

thiết kế

71

4.1

Hệ thống phanh sau sau cải tạo

73

4.2

Lắp đặt bộ điều hòa lực phanh

74

4.3

Đoạn đường thử nghiệm

76

4.4

Súng đánh dấu vị trí bắt đầu phanh

76

4.5

Đạn đánh dấu vị trí bắt đầu phanh

77

4.6

Thước dây

77

4.7

Lắp thiết bị đánh dấu vị trí bắt đầu phanh vào xe

78


1

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Báo cáo của Ủy ban An toàn giao thông Châu âu[11] chỉ ra rằng, trên cùng một
khoảng cách, lái xe môtô nguy hiểm hơn lái xe ôtô gấp 20 lần. Và thống kê tình trạng
tai nạn ở Đức từ năm 1990 đến 2011 cũng cho thấy tổng số người chết vì tai nạn giao
thông giảm đáng kể (từ 11.000 người xuống còn 4.009 người) nhưng số người chết vì
tai nạn môtô vẫn giữ nguyên không đổi.
Ở Việt Nam, theo thống kê của Cục Cảnh sát giao thông năm 2015 [7]cả nước
xảy ra 22.827 vụ, làm chết 8.727 người, bị thương 21.069 người. So với năm 2014,
giảm 2.842 vụ (- 11%), giảm 364 người chết (- 4%), giảm 3.794 người bị thương (15,26%). Trong đó:
Đường bộ: Xảy ra 22.326 vụ, làm chết 8.435 người, bị thương 20.815 người. So

với năm 2014, giảm 2.912 vụ (- 11,54%), giảm 410 người chết (- 4,64%), giảm 3.822
người bị thương (- 15,51%).
Xe máy là phương tiện đi lại chủ yếu của người dân, chiếm hơn 85% tổng số
phương tiện giao thông đang hoạt động trên cả nước, với nhiều ưu điểm như tính cơ
động cao, linh hoạt, giá thành rẻ. Tuy nhiên, xe máy cũng là nguyên nhân gây ra gần
70% vụ tai nạn giao thông đường bộ. Chính phủ đã ban hành nhiều giải pháp đồng bộ
tăng cường công tác quản lý nhằm đảm bảo an toàn, giảm nguy cơ tai nạn cho hoạt
động tham gia giao thông của người đi môtô, xe máy.

Hình 1. Thống kê tai nạn gia thông
Một trong những chính sách đó là tiêu chuẩn, quy chuẩn thiết kế hạ tầng, quản lý
tổ chức giao thông, tiêu chuẩn kỹ thuật phương tiện ... Trong khi các hãng sản xuất
môtô ở Việt Nam liên tục tung ra các sản phẩm xe mới có dung tích thiết kế lớn hơn
125cc càng làm cho tỷ lệ tai nạn và vấn đề an toàn giao thông nghiêm trọng hơn.
Đang lái xe mà gặp một tình huống nguy hiểm trước mặt, phản ứng tự nhiên của
chúng ta là đạp mạnh chân thắng, xiết cứng dàn bánh xuống mặt đường. Tuy nhiên, do
nguyên lý quán tính, chiếc xe đang chạy nhanh không dễ gì đứng lại ngay được, dàn


2

bánh xe bị xiết cứng vẫn cố lê thêm một đoạn nữa, với tiếng rít chói tai của cao su
nghiến trên mặt đường, rồi khói và mùi khét do bánh xe bốc cháy tỏa ra. Lúc đó, tài xế
không còn điều khiển được tay lái, chiếc xe phóng đi loạng choạng, và nguy cơ một tai
nạn khác rất dễ xảy ra.
Sự phát triển của công nghệ khiến cho các thiết bị, phương tiện ngày càng được
cải tiến với sự thân thiện và phục vụ tốt nhất cho cuộc sống, và trong số đó, xe máy
chịu sự tác động của rất nhiều những công nghệ hiện đại.
Vì vậy, việc tính toán thiết kế hệ thống phanh an toàn cho xe môtô có thể được
xem như một giải pháp tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc để hạn chế tai nạn do xe môtô gây

ra, góp phần đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông và thực hiện mục tiêu
An toàn giao thông quốc gia.
2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:
- Thiết kế cải tạo để nâng cao độ an toàn cho hệ thống phanh trên xe Yamaha Exciter
2010, cụ thể:
+ Cải tạo hệ thống phanh từ dẫn động cơ khí ở bánh sau sang dẫn động hoàn
toàn bằng thuỷ lực;
+ Chuyển từ điều khiển phanh riêng rẽ ở hai bánh sang điều khiển đồng thời
một lúc khi phanh;
+ Tính toán thiết kế, lắp đặt hệ thống điều hòa lực phanh cho xe Yamaha
Exciter 2010.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Xe gắn máy Exciter 2010 của hãng Yamaha.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm về việc sử dụng
hệ thống phanh thủy lực và bộ điều hòa lực phanh trên xe Yamaha Exciter 2010.
4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1.Cách tiếp cận
Tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin, dựa trên các cơ sở lý thuyết, thực nghiệm,
công trình đã công bố về các hệ thống phanh thủy lực được sử dụng trên môtô, thử
nghiệm kết quả, quan sát, phân tích số liệu, viết báo cáo, trình bày báo cáo.
4.2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm chế tạo.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH
TRÊN XE MÔTÔ

1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHANH XE MÔTÔ
Chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước Michaux-Perreaux là xe gắn máy ra đời đầu
tiên tại pháp do Pierre Michaux và Luois-Guillame Perreaux thực hiện. Pierre
Michaux (25/6/1813-1883) là một thợ rèn, người cung cấp phụ tùng cho các xe thương
mại Paris trong những năm 1850 và 1860. Luois-Guillame Perreaux (19/2/181605/4/1889) là một kỹ sư Pháp, người đã thiết kế chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước sử
dụng nhiên liệu cồn đầu tiên tại Pháp. Chiếc xe của họ được cấp bằng sáng chế vào
năm 1868 và năm 1869 đã được trưng bày cho công chúng.

Hình 1.1. Nguyên mẫu chiếc Michaux-Perreaux
Xe đạp gắn máy hơi nước đầu tiên tại Pháp ra đời không lâu thì ở Mỹ, vào năm
1896, Sylvester H.Roper giới thiệu lần đầu tiên chiếc xe gắn động cơ hơi nước của
mình tại Massachusetts. Sylvester Howard Roper (1823-1896) là một nhà phát minh
sung mãn trên nhiều lĩnh vực. Hiện tại, nguyên mẫu chiếc xe gắn máy hơi nước
Roper1896 được lưu giữ tại Viện Smithsonian Hoa kỳ.[9]


4

Hình 1.2. Nguyên mẫu chiếc Roper
Bên cạnh việc phát triển các chúc năng của xe máy thì các hệ thống trên xe dần
được cải tiến rõ rệt. Các hệ thống đó không thể không nhắc tới đó là hệ thống phanh.
Hệ thống phanh nói chung có vai trò giúp chiếc xe giảm tốc độ hoặc dừng lại một
cách an toàn. Về tầm quan trọng của hệ thống phanh thì có thể chắc chắn rằng không
ai trong chúng ta dám sử dụng một chiếc xe không được trang bị hệ thống phanh đáng
tin cậy, cho dù động cơ của nó có ưu việt thế nào đi nữa. Hệ thống phanh hoạt động
theo nguyên lý kiểm soát tốc độ bằng cách chuyển hóa động năng thành nhiệt năng.
Động năng phụ thuộc vào 2 yếu tố là trọng lượng và tốc độ, nên khi xe có trọng lượng
càng lớn, tốc độ càng cao thì càng cần một hệ thống phanh ưu việt hơn.
Từ khi ra đời xe môtô, vì tốc độ của xe chưa cao nên hệ thống phanh xe cực kỳ
đơn giản. Ban đầu là phanh niền, phanh đùm.

5

Hình 1.3.Hệ thống phanh dãi.
Đến ngày nay, vì nhu cầu sử dụng ngày càng cao, công nghệ ngày càng phát triển
nên hệ thống phanh trên xe môtô cũng phát triển nhanh chóng, hiện đại, đảm bảo an
toàn tối đa cho người sử dụng.
Hệ thống phanh trên xe máy hiện nay được chia làm 2 loại: phanh tang trống và
phanh đĩa. Một số xe thì được trang bị hệ thống phanh tang trống cho cả bánh trước và
bánh sau. Còn một số xe thì có bánh trước lắp phanh đĩa còn bánh sau lắp phanh tang
trống.
Với hệ thống phanh tang trống có quá trình hình thành và phát triển lâu đời

Hình 1.4.Hệ thống phanh tang trống


6

Hệ thống phanh đĩa mới được nghiên cứu và ứng dụng cho xe máy bắt đầu từ
năm 1960. Khi đó hệ thống đường cao tốc bắt đầu phát triển và dần trở nên phổ cập tại
Mỹ, Châu Âu, cũng như Nhật Bản.

Hình 1.5. Hệ thống phanh đĩa trên xemôtô
Và đến nay, hệ thống phanh trên xe máy vô cùng hiện đại và đảm bảo an toàn
cao cho người sử dụng. Hệ thống phanh được sử dụng phổ biến là phanh thủy lực
(phanh dầu, phanh đĩa).
1.2.CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BỘ ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH TRÊN XE MÔTÔ
Hệ thống phanh trên xe môtô phát triển mạnh mẽ, song còn nhiều hạn chế về mặt
ứng dụng ra thực tiễn. Từ phanh dãi, phanh tang trống, phanh đĩa.

Năm 1988, lần đầu tiên sau mười năm kể từ khi Daimler Benz và Bosh đưa hệ
thống ABS đầu tiên trên xe hơi vào sản xuất hàng loạt, BMW đã bán ABS điện tử/thủy
lực cho môtô. Dòng môtô BMWs K-100 được tùy ý trang bị thêm ABS. Nó được phát
triển cùng FAG Kugelfishcher, điều chỉnh áp lực trong các vòng phanh thông qua một
pít tông chìm (pít tông trụ trượt),
Năm 1992, hãng sản xuất Nhật đầu tiên bán môtô có ABS là Honda. Honda tùy ý
trang bị thêm một môđun ABS điện tử/thủy lực cho dòng xe ST1100. Nhà sản xuất


7

thiết bị chính hãng OEM thứ hai của Nhật là Yamaha cho gắn ABS trên môtô GST
1000 cũng trong cùng năm.
Năm 1997, Suzuki tiếp nối với việc trình làng dòng xe Bandit lần đầu tiên có
ABS.
Đến năm 2006, châu Âu cho ra chiếc môtô tích hợp ABS (MIB) đầu tiên. Nó đã
được cải tiến dựa trên sự cộng tác của BMW.
Khác với xe hơi, máy bay và tàu hỏa, bánh trước và bánh sau của xe môtô được
điều khiển riêng rẽ. Nếu người lái chỉ kéo/đạp phanh của bánh trước hoặc bánh sau,
bánh bị phanh sẽ khóa lại nhanh hơn. Hệ thống phanh xe kết hợp phân bổ lực phanh
đồng thời lên bánh không bị phanh để giảm khả năng bị khóa bánh, kéo dài sự giảm
tốc và giảm bước dừng.[11]


8

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHANH MÔTÔ
Cũng như tất cả các phương tiện giao thông khác, hệ thống phanh đặc biệt quan
trọng, liên quan trực tiếp đến tính an toàn và đảm bảo khả năng vận hành ở tốc độ cao

của xe. Để đảm bảo được những điều kiện đó, hệ thống phanh phải đáp ứng các yêu
cầu cơ bản sau:
- Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột .
- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp, bảo đảm sự ổn định khi phanh.
- Điều khiển nhẹ nhàng.
- Thời gian chậm tác dụng (còn gọi là thời gian phản ứng) nhỏ.
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.
- Phân bố mômen phanh ở các bánh xe, phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn
trọng lượng bám và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường ở bất kỳ cường độ
phanh nào (sử dụng điều chỉnh tự động lực phanh theo tải, sử dụng thiết bị chống
hãm cứng bánh xe).
- Có độ tin cậy cao (sử dụng dẫn động phanh nhiều mạch độc lập, nâng cao độ
bền các chi tiết của hệ thống phanh).
- Có hệ thống tự kiểm tra, chẩn đoán các hư hỏng một cách kịp thời.
2.2. CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHANH MÔTÔ
Tính năng phanh hay chất lượng quá trình phanh được định lượng thông qua 2
nhóm chỉ tiêu: hiệu quả phanh hay tính ổn định khi phanh.
Hiệu quả phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ của môtô khi người lái tác động lên
cơ cấu điều khiển phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp.
Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì của môtô theo ý muốn của
người lái trong quá trình phanh.
2.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh bao gồm: Gia tốc chậm dần lớn nhất j max,
quãng đường phanh nhỏ nhất Smin, và lực phanh hoặc lực phanh riêng. Để đánh giá
hiệu quả phanh có thể dùng một trong các chỉ tiêu sau:[2]
a.Thời gian phanh nhỏ nhất tmin:
Thời gian phanh là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh.Thời
gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt.
Trong trường hợp tổng quát, ta có:

dt 

dv
jp


9

tp 

v1

dv
j
v2 p

Trong trường hợp phanh khẩn cấp:

dt 

dv
j p. max

t p. min 



j
dv
 .g

j
j
dv

v .g .g (v1  v2 )
v1

(2.1)

2

Khi môtô phanh đến lúc dừng hẳn thì v2=0, lúc đó:

t min 

v1 . j

 .g

(2.2)

Trong đó:
v1: Vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh.
v2: Vận tốc của xe tại thời điểm kết thúc phanh.
Công thức (2.2) cho thấy thời gian phanh sẽ dài khi vận tốc khi bắt đầu phanh
lớn, thời gian phanh sẽ ngắn khi hệ số bám lớn.Thời gian phanh trong trường hợp ly
hợp vẫn đóng (δj>1) thì thời gian phanh sẽ dài hơn trong trường hợp ly hợp mở.
b.Gia tốc chậm dần khi phanh:
Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh

giá chất lượng phanh và là đại lượng đặc trưng cho mức độ giảm tốc độ của môtô
trong quá trình phanh. Khi phân tích các lực tác dụng lên môtô, có thể viết phương
trình cân bằng lực kéo như sau:
Pj  Pp  Pf  P  P  Pi

(2.3)

Trong đó:
Pj: Lực quán tính sinh ra khi phanh môtô
Pp: Lực phanh sinh ra ở các bánh xe
Pf: Lực cản lăn
Pω: Lực cản không khí
Pi: Lực cản lên dốc
Pη: Lực để thắng tiêu hao do ma sát cơ khí
Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực cản cản lại chuyển động của môtô rất bé so
với lực phanh, vì thế có thể bỏ qua các lực cản Pf, Pω, Pη và khi phanh trên đường
thẳng ta có:


10

Pj = Pp
Khi đó, lực phanh lớn nhất Pp.max sinh ra tại các bánh xe được xác định bằng biểu
thức:
Pp.max = Pj.max
Theo điều kiện bám ta có:
Pp. max  P  G

Suy ra:
G 

 j .G
g

. j p. max

(2.4)

Trong đó:
- δj: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay trên môtô.
- jp.max: Gia tốc chậm dần khi phanh.
- g: Gia tốc trọng trường.
Từ biểu thức (2.4) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:
g.
j p. max 
j

(2.5)

Nhận xét:
Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số δj.Vì vậy khi phanh
đột ngột, người lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó δj
sẽ giảm còn jp.max sẽ tăng. Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh còn phụ thuộc vào hệ số
bám φ của lốp với mặt đường (giá trị của hệ số bám lớn nhất φ max = 0.75-0.8 trên mặt
đường nhựa tốt)
c.Quãng đường phanh:
Quãng đường phanh Sp là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh
của môtô.Vì vậy, trong tính năng kỹ thuật của môtô, các nhà chế tạo cho biết quãng
đường phanh lớn nhất ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định. So với các chỉ tiêu khác
thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có thể nhận thức được một cách trực

quan, dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe có thể xử lý tốt khi phanh môtô trên
đường.
Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất, có thể sử dụng biểu thức sau:
dv g.
j p. max 

dt
j
Nhân 2 vế với dSp, ta có:
dv
g.
.dS p 
.dS p
dt
j


11

hay

v.dv 

g.

j

S p. min 

v2

.dS p

j

j

 g. .v.dv  g. .(v

2
1

 v22 )

v1

Khi phanh môtô đến lúc dừng hẳn thì v2 = 0, ta có:
S p. min 

j
j 2
.
v
.
dv

.v1
 g.
g.
v

v2

(2.6)

1

Từ biểu thức trên ta thấy, quãng đường phanh nhỏ nhất của môtô phụ thuộc
vào:
- Vận tốc chuyển động của môtô lúc bắt đầu phanh v1
- Hệ số bám φ.
- Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay δi
Muốn giảm quãng đường phanh thì ta cần phải giảm δi, vì vậy nếu người lái cắt
ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn. Ở biểu thức trên ta thấy,
quãng đường phanh Sp.min phụ thuộc vào hệ số bám φ, mà hệ số bám φ phụ thuộc vào
tải trọng tác dụng lên bánh xe.
Vì vậy, Sp.min phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ của môtô G.
Ta có đồ thị thể hiện sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo vận tốc
bắt đầu phanh v1 và giá trị hệ số bám như sau:

Hình 2.1. Đồ thị thể hiện sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầu
phanh v1 và hệ số bám


12

Từ đồ thị ta thấy rằng, ở vận tốc bắt đầu phanh v1 càng cao thì quãng đường
phanh S càng lớn vì quãng đường phanh phụ thuộc bậc 2 vào v1, hệ số bám càng cao
thì quãng đường phanh càng nhỏ.
d.Lực phanh và lực phanh riêng:

Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu đế đánh giá chất lượng phanh, chỉ
tiêu này được dùng thuận lợi nhất khi phanh môtô trên bệ thử. Lực phanh sinh ra ở các
bánh xe được xác định theo biểu thức sau:
Mp

Pp 

(2.7)

rb

Trong đó:
Pp: Lực phanh của xe
Mp: Momen của các cơ cấu phanh
rb: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe
Lực phanh riêng P là lực phanh được tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G
của môtô.
P 

Pp

(2.8)

G

Lực phanh riêng P lớn nhất khi lực phanh Pp đạt cực đại
Pmax 

Pp max
G



.G
G



(2.9)

Khi đánh giá chất lượng phanh của môtô có thể sử dụng 1 trong 4 chỉ tiêu trên.
Trong đó, quãng đường phanh là đặc trưng nhất, vì nó cho phép người lái hình dung
được vị trí xe sẽ dừng trước một chướng ngại vật mà họ cần xử lý để tránh va chạm.
Do đó, chỉ tiêu này thường được dùng để đánh giá hiệu quả tác động của phanh. Lực
phanh và lực phanh riêng thuận lợi khi đánh giá chất lượng phanh trên bệ thử.
2.2.2.Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh:
Tính ổn định khi phanh là khả năng đảm bảo chuyển động của xe theo ý muốn
của người lái trong quá trình phanh. Tính ổn định khi phanh được đánh giá bằng 2 chỉ
tiêu: Góc quay khi phanh (βp) và hành lang phanh (Bp)
- Góc quay khi phanh (βp) là góc quay trục đối xứng dọc của xe, được xác định
tại thời điểm cuối cùng của quá trình phanh so với hướng chuyển động ban đầu. Trị số
moment làm quay thân xe khi sử dụng toàn bộ lực bám trên các bánh xe:
Gs
G
..B0  t ..B0
4
4
Gt, Gs: tải trọng phân bố trên bánh trước và bánh sau.
Mq 

Trong đó:


13
 : Hệ số bám của xe với mặt đường.

B0: Chiều rộng cơ sở của xe.
Dưới tác dụng của moment quay Mq sẽ làm xe quay một góc xác định với gia
tốc góc ε được xác định theo công thức:


Trong đó:

Mq
Jz'



Gs
G
..B0  t ..B0
4.J z '
4.J z '

2.10
J’z là moment quán tính của xe theo trục Z đi qua trọng tâm, và ta

tính được góc quay thân xe cuối quá trình phanh là  

 .t 2

2

- Hành lang phanh: là dãi đường có bề rộng quy định mà xe không được vượt ra
ngoài trong quá trình phanh. Dựa vào góc quay thân xe và kích thước của xe ta có
hành lang an toàn như sau:
Bh
L
B
 SY  a . sin   a . cos 
2
2
2

Trong đó:
Bh: Bề rộng hành lang phanh
SY: Độ lệch ngang của trọng tâm xe
La: Chiều dài cơ sở của xe
Ba: Chiều rộng cơ sở của xe
β: Góc quay thân xe so với hướng chuyển động trước khi phanh
Để nâng cao tính an toàn cho xe, ta có thể sử dụng công thức tính gần đúng:
Bh
 S Y  Lx
2

Trong đó: Lx là khoảng cách từ điểm xa nhất đến trọng tâm xe.
2.2.3. Sự bám của bánh xe với mặt đường:
2.2.3.1. Đặt vấn đề.
Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần giải quyết đối với hoạt động
của cơ cấu phanh đó là khi xe phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám
thấp như đường trơn, đường bùn lầy thì hay xãy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh

xe, tức là bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh. Khi đó, quãng đường phanh sẽ dài
hơn, tức là hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời dẫn đến tình trạng mất ổn định và khả
năng điều khiển của xe. Nếu bánh trước bị hãm cứng sẽ làm cho xe không thể chuyển
hướng theo sự điều khiển được, nếu bánh sau bị hãm cứng có thể làm xe đuôi xe bị
lạng, xe bị trượt ngang và chuyển động trệch hướng so với khi bắt đầu phanh. Trong
trường hợp xe phanh khi quay vòng, hiện tượng trượt ngang của bánh xe, việc bánh xe


14

bị trượt ngang có thể dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất
tính ổn định khi xe quay vòng.
Để giải quyết vấn đề hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh, hầu hết các xe
môtô phân khối lớn hiện nay điều được trang bị cơ cấu chống hãm cứng bánh xe khi
phanh, tức là cơ cấu chống trượt lết của bánh xe, gọi là “Anti-lock Breaking System”
và thường được viết tắt gọi là ABS.
Cơ cấu ABS hoạt động chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng cách điều khiển
thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các xylanh bánh xe để ngăn không cho nó bị hãm
cứng khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp, đảm bảo hiệu quả và tính ổn định
của xe trong quá trình phanh.
2.2.3.2. Hệ số bám.
Để cho môtô,xe máy có thể chuyển động được thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe
và mặt đường phải có độ bám nhất định được đặc trưng bằng hệ số bám. Nếu độ
bám(hệ số bám)thấp thì bánh xe có thể bị trượt quay khi có momen xuắn lớn truyền từ
động cơ đến bánh xe chủ động và lúc đó môtô,xe máy không thể tiến về phía trước
được. Trường hợp này thường xảy ra khi bánh xe chủ động đứng trên mặt đất lầy hoặc
đứng trên băng.
Hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường là tỷ số giữa lực kéo tiếp
tuyến cực đại (sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường)trên tải
trọng thẳng đứng này thường gọi là trọng lượng bám G .



Pk max
G

Để dễ hình dung , có thể xem hệ số bám tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật
thể trong cơ học, tuy nhiên ở bánh xe môtô,xe máy ngoài ma sát còn có sự bám do
mấu bám của bánh xe tác dụng vào đất.
Pk max  .G

2.11

Nếu gọi Z là phản lực thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động ,
ta có: Z = G
Lúc ấy lực bám P được xác định theo biểu thức sau:
P  .Z

2.12

Để cho bánh xe chủ động không bị trượt quay khi môtô,xe máy chuyển động thì
lực kéo tiếp tuyến cục đại Pk max phải thỏa mãn điều kiện:
Pk max  P