Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tọa độ trọng tâm tới quá trình phanh ô tô tải

TRẦN THANH AN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
*****

TRẦN THANH AN

KỸ THUẬT Ô TÔ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TỌA ĐỘ
TRỌNG TÂM TỚI QUÁ TRÌNH PHANH Ơ TƠ TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

KHĨA 2015B

Hà Nội – Năm 2017


l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
*****

TRẦN THANH AN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TỌA ĐỘ
TRỌNG TÂM TỚI Q TRÌNH PHANH Ơ TƠ TẢI

Chun ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS ĐÀM HOÀNG PHÚC

Hà Nội – Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu riêng tơi dƣới sự hƣớng dẫn của
TS. Đàm Hồng Phúc. Đề tài đƣợc thực hiện tại Bộ mơn Ơ tơ và Xe chun
dụng, Viện Cơ khí Động lực, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các nội dung
trình bày trong đề tài là hồn tồn trung thực và chính xác.
Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2017
Tác giả

Trần Thanh An

1


LỜI CẢM ƠN
Với tƣ cách là tác giả của luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
TS. Đàm Hồng Phúc, Thầy hƣớng dẫn tơi hết sức tận tình và chu đáo để tơi hồn
thành luận văn này.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ mơn Ơ tơ và

Xe chun dụng và các Bạn bè đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt trong thời gian tôi học
và làm luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Gia đình, Cơ quan và Bạn
bè những ngƣời đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi
học và làm luận văn.
Tác giả

Trần Thanh An

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 2
MỤC LỤC ................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ ĐỒ THỊ .......................................................... 7
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ 9
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................... 11
1.1. Tổng quan về an tồn giao thơng đƣờng bộ Việt Nam .................................................. 11
1.1.1. An toàn chuyển động ..................................................................................................... 11
1.1.2. Tai nạn giao thông......................................................................................................... 12
1.2. Đánh giá ảnh hƣởng của tọa độ trọng tâm để điều chỉnh phù hợp nhằm nâng cao hiệu
quả hoạt động của hệ thống phanh.......................................................................................... 16
1.3. Các hệ thống phanh trên ô tô hiện nay ............................................................................ 18
1.3.1. Hệ thống phanh trang bị ABS ....................................................................................... 18
1.3.2 ABS loại cơ-thuỷ lực ...................................................................................................... 19
1.3.3. ABS điều khiển điện cho xe con (BOSCH) ................................................................. 22
CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS TRÊN XE TẢI...... 25

2.1. Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS ........................................................................................ 25
2.1.1. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh ............................................. 25
2.1.2. Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh ................................................... 26
2.1.3. Đặc tính trượt khi phanh ................................................................................. 27
2.1.4. Nguyên tắc điều khiển của ABS. ..................................................................... 30
2.2. Hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén......................................................................... 33
2.2.1. Các phương án dẫn động hệ thống phanh ABS khí nén. ................................ 33
2.2.2. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của các phần tử hệ thống ABS khí nén............... 36
2.4. Xây dựng thuật tốn điều khiển ABS.............................................................................. 44
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC KHI PHANH CỦA XE
TẢI ............................................................................................................................ 47

3


3.1. Mơ hình cơ học về quỹ đạo chuyển động của ôtô .......................................................... 47
3.2. Quan hệ động lực học trong mơ hình tồn xe, xây dựng các phƣơng trình cân bằng.. 49
3.2.1. Mơ hình khơng gian của ơtơ............................................................................ 49
3.2.2. Các thành phần lực và mơmen trong mơ hình bao gồm: ........................................... 50
3.2.3. Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng khi phanh ................................................................ 53
CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM TỚI
HIỆU QUẢ PHANH ................................................................................................. 55
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 63

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Ý nghĩa (Tên gọi)

Đơn vị

a

Khoảng cách từ tâm cầu trƣớc đến trọng tâm xe

m

b

Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm xe

m

B

Chiều rộng cơ sở của xe

m

L

Chiều dài cơ sở của xe

m

M

Khối lƣợng xe khi đầy tải

Kg

m

Khối lƣợng phần đƣợc treo

Kg

hg

Chiều cao trọng tâm xe

m

G

Trọng lƣợng của xe

Kg

g

Gia tốc trọng trƣờng

m/s2

Fz

Phản lực từ mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe

Mk

Mô men kéo

N.m

Mp

Mô men phanh

N.m

P1

Áp suất phanh ra cầu trƣớc

kg/cm2

P2

Áp suất phanh ra cầu sau

kg/cm2

Fx1

Lực dọc bánh xe trƣớc

N

Fx2

Lực dọc bánh xe sau

N

φ

Góc quay thân xe

rad

φb

Hệ số bám

Fms

Lực ma sát

µ

Hệ số ma sát

J

Mơmen qn tính

N

N

kgm2

5


z, z, z

Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phƣơng thẳng đứng khối
lƣợng đƣợc treo

ABS

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Anti-lock Brake
System)




6

m, m/s, m/s2


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ ĐỒ THỊ

Ký hiệu

Tên gọi

Trang

Hình 1.1

Tình hình tai nạn giao thơng ở Việt Nam

14

Hình 1.2

Mối quan hệ Ngƣời lái – Đƣờng – xe

15

Hình 1.3

Động lực học bánh xe

18

Hình 1.4

Đặc tính phanh

18

Hình 1.5

Ngun lý ABS

19

Hình 1.6

Bố trí ABS

19

Hình 1.7

Cơ cấu chống hãm cứng cho cầu trƣớc chủ động

21

Hình 1.8

ABS cho xe ơtơ

22

Hình 1.9

Đặc tính hệ phanh ABS điển hình

24

Hình 2.1

Sơ đồ lực và mơ men tác dụng lên bánh xe khi
phanh

25

Hình 2.2

Trạng thái lăn của bánh xe khi có trƣợt lết

26

Hình 2.3

Đặc tính trƣợt thể hiện sự thay đổi hệ số bám dọc
 x , hệ số bám ngang  theo độ trƣợt tƣơng đối
y

28

 (a) và đặc tính trƣợt với các loại đƣờng khác
nhau(b).

Hình 2.4

Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trƣợt tƣơng
đối với các loại lốp

29

Hình 2.5

Mối quan hệ φx; φy với λ ứng với góc lệch bên φi

30

Hình 2.6

Sự thay đổi của mô men phanh Mb ,áp suất dẫn
động phanh p và gia tốc  của bánh xe khi phanh có
ABS

31

Hình 2.7

Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/3K

33

Hình 2.8

Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/4K

35

Hình 2.9

Cảm biến đo tốc độ góc

36

Hình 2.10

Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên xe thí nghiệm

37

7


Trạng thái tăng áp của van điều chỉnh áp suất

39

Hình 2.12-a

Trạng thái giữ áp của van điều chỉnh áp suất khí nén

40

Hình 2.12-b

Trạng thái giảm áp của van điều chỉnh áp suất

41

Hình 2.13

Cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS.

42

Hình 2.14

Sơ đồ tín hiệu từ cảm biếm đo vận tốc góc bánh xe

43

Hình 2.15

Pha điều khiển theo gia tốc của bánh xe

44

Hình 2.16

Sơ đồ khối thuật tốn

46

Hình 3.1

Mơ Hình cơ học ơtơ

48

Hình 3.2

Mơ hình động lực học của ơtơ

51

Hình 3.3

Mơ hình tính tốn cho ơtơ

52

Hình 3.4

Sự phân bố tải trọng thẳng đứng

53

Hình 3.5

Sự thay đổi tải trọng khi phanh

54

Bảng 4.1a

Giá trị quãng đƣờng phanh ứng với các thông số tọa
độ trọng tâm của xe không trang bị ABS.

56

Bảng 4.1b

Giá trị quãng đƣờng phanh ứng với các thông số tọa
độ trọng tâm của xe trang bị ABS

56

Hình 4.2

Đồ thị quãng đƣờng phanh khi thay đổi tọa độ trọng
tâm
của xe có và khơng có ABS

57

Hình 4.3

Đồ thị các thơng số của q trình phanh với a=55%L

58

Hình 4.4

Đồ thị các thơng số của quá trình phanh với h=1,6 (m)

59

Hình 2.11



8


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, trong những năm
gần đây nền công nghiệp ơ tơ đã có sự phát triển rất mạnh mẽ. Đặc biệt các nhà sản
xuất ô tô rất quan tâm đến các tính năng động lực học của ơ tơ, khả năng an tồn
chuyển động, nhất là tính ổn định của ô tô khi phanh.
Khi ngƣời lái tác dụng lên bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ phát sinh
một môment phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại, làm cho vận tốc xe giảm xuống.
Khi đó ở bánh xe sẽ xuất hiện lực tiếp tuyến Fp gọi là lực phanh. Lực phanh này
ngƣợc chiều chuyển động và bị giới hạn bởi giới hạn bám. Lực phanh từ cơ cấu
phanh sẽ đƣợc truyền tới tất cả các bánh xe. Khi phanh với cƣờng độ cực đại thì tất
cả các bánh xe phải đồng thời đƣợc hãm cứng và xe trƣợt lết trên đƣờng, khi đó cả
hai cầu đều đạt giới hạn bám, do trọng lƣợng của xe phân bố khơng đồng đều, lực
phanh thì phụ thuộc vào giới hạn bám nên lực phanh trên các cầu không bằng nhau
mà nó có tỉ lệ với nhau, tỉ lệ này cũng thay đổi trong q trình phanh do khi phanh
thì có sự biến dạng trong hệ thống treo, đồng thời do ảnh hƣởng của tình trạng mặt
đƣờng.
Một yêu cầu của hệ thống phanh khi phanh là hiệu quả phanh lớn nhất, tức
là phải có quãng đƣờng phanh ngắn nhất, thời gian phanh ngắn nhất và gia tốc
phanh là lớn nhất. Tuy nhiên do xuất hiện sự trƣợt làm tăng nhanh độ mòn của lốp,
làm hiệu quả phanh sẽ bị giảm. Khi có sự trƣợt xe cũng khơng thể có lực phanh tối
đa đƣợc vì một phần lực phanh từ cơ cấu phanh truyền xuống các bánh xe đã bị
tiêu hao do trƣợt, phần còn lại mới dùng để sinh ra lực hãm lại chuyển động của
xe, đồng thời do xuất hiện của sự trƣợt nên sẽ làm mất đi tính ổn định khi phanh.
Tính ổn định phanh của ơ tơ đƣợc hiểu là khi phanh ô tô không bị trƣợt ngang,
trƣợt lết hoặc bị lật, đảm bảo tính điều khiển lái và chuyển động an tồn của ơ tơ.
Điều này đặc biệt quan trọng khi ô tô chạy trên đƣờng trơn với tốc độ cao. Ơ tơ
mất tính ổn định khi phanh rất nguy hiểm vì khơng kiểm sốt đƣợc hƣớng chuyển

động của ơ tơ. Tính ổn định của ơ tơ khi phanh đƣợc phân tích ở hai trƣờng hợp:
Tính ổn định hƣớng và tính ổn định quay vịng của ơ tơ khi phanh. Tính ổn định

9


hƣớng và tính ổn định quay vịng của ơ tơ khi phanh là khả năng ô tô giữ đƣợc quỹ
đạo chuyển động nhƣ ý muốn ban đầu của ngƣời lái trong quá trình phanh, và hai
yếu tố này lại chịu ảnh hƣởng rất lớn bởi sự trƣợt.
Ơ tơ di chuyển trên rất nhiều điều kiện hoạt động rất khác nhau, tùy vào
điều kiện chuyển động có thể là đứng yên, lên dốc, xuống dốc, chuyển động trên
đƣờng nghiêng ngang, quay vịng, phanh hoặc có sự kết hợp của nhiều điều kiện kể
trên trên các loại đƣờng khác nhau, vì điều kiện chuyển động rất phức tạp nhƣ vậy
nên đòi hỏi ô tô phải giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động theo nhƣ sự điều khiển của
ngƣời lái. Tuy nhiên khi có trƣợt thì khả năng ổn định chuyển động của ơ tơ sẽ
giảm đáng kể, ơ tơ có thể sẽ chuyển động theo những quỹ đạo không mong muốn
của ngƣời lái, và khi ngƣời lái khơng kiểm sốt đƣợc quỹ đạo chuyển động thì sẽ
rất nguy hiểm.
Vì những lý do trên, việc Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tọa độ
trọng tâm tới q trình phanh ơ tơ tải để tìm ra các giải pháp khắc phục nhƣợc
điểm nêu trên là một vấn đề rất cần thiết.

10


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về an toàn giao thơng đƣờng bộ Việt Nam
1.1.1. An tồn chuyển động
Ơ tơ là một phƣơng tiện giao thông phổ biến hiện nay trên tồn thế giới. Ơ tơ
đã ra đời từ nửa cuối thế kỷ 18, ngay sau khi động cơ hơi nƣớc ra đời. Những “thế

hệ” ô tô đầu tiên ấy có số lƣợng khơng lớn và vận tốc ơ tơ không cao. Hơn 200 năm
đã trôi qua, ngày nay ô tô tràn ngập khắp thế giới, đi cả vào “hang cùng ngõ hẻm”
và đặc biệt vận tốc ô tô đã tăng lên vƣợt bậc. Ngày nay trên đƣờng bình thƣờng, ô tô
có thể chạy đến 100 km/h, đƣờng cao tốc vận tốc cho phép có thể lên đến 150 km/h
hoặc hơn nữa, còn đối với xe đua chạy trên đƣờng đặc biệt vận tốc đã lên q 200
km/h.
Ơ tơ với khối lƣợng m chạy với vận tốc v sẽ có động năng: L 

mv 2
2

Nếu ô tô va chạm với một đối tƣợng thì tùy theo tính chất của va chạm, một
phần năng lƣợng trên sẽ truyền cho đối tƣợng đó. Nếu đối tƣợng là một vật thể thì
sẽ gây hƣ hại cho vật thể đó. Nếu đối tƣợng là ngƣời thì đối tƣợng sẽ bị thƣơng
hoặc chết.
Đối với ơ tơ va chạm, vùng va chạm bị hƣ hỏng, ngồi ra vận tốc ô tô sẽ đột
ngột giảm xuống (đến một vận tốc nào đó hoặc dừng lại), ơ tơ sẽ chịu một gia tốc
rất lớn. Hậu quả là ô tơ bị hƣ hỏng, ngƣời và hàng hóa trên ơ tơ bị va đập gây hƣ
hỏng hàng hóa, gây thƣơng tích hoặc chết ngƣời.
Khi va chạm, ơ tơ có thể bị đổ, bị văng ra khỏi đƣờng, lao xuống ruộng,
sông, vực, ... gây nên hậu quả khôn lƣờng.
Do vậy “an tồn" ln ln đồng hành với sự vận hành ơ tơ.
Ơ tơ là một phƣơng tiện giao thơng đƣờng bộ, cùng tham gia giao thơng với
ơ tơ cịn có các phƣơng tiện khác. Ngồi đƣờng bộ ra cịn có các loại hình giao
thơng khác nhƣ đƣờng sắt, đƣờng thủy, đƣờng khơng. Vì thế có khái niệm chung
nhất là an tồn giao thơng.
An tồn giao thơng đƣợc hình thành trong mối quan hệ giữa ngƣời tham gia

11

giao thông, phƣơng tiện giao thông và môi trƣờng giao thơng.
An tồn giao thơng có thể đƣợc chia thành: an tồn của ngƣời tham gia giao
thơng, an tồn của phƣơng tiện tham gia giao thơng, an tồn của kết cấu hạ tầng
giao thơng và an tồn mơi trƣờng.
An tồn giao thơng đƣờng bộ có phạm vi hẹp hơn đó là: an tồn của ngƣời
tham gia giao thơng đƣờng bộ (ngƣời lái, hành khách và ngƣời đi bộ), an toàn của
phƣơng tiện tham gia giao thơng đƣờng bộ, an tồn của kết cấu hạ tầng giao thơng
đƣờng bộ và an tồn môi trƣờng.
Đối với lĩnh vực nghiên cứu về ô tô, có khái niệm an tồn chuyển động của
ơtơ.
1.1.2. Tai nạn giao thơng
Va chạm của ơ tơ nhƣ đã nói ở trên là một “tai nạn giao thông”. Tai nạn giao
thông đã có từ rất lâu trong lịch sử dƣới nhiều hình thức khác nhau. Tuy nhiên, hiện
tại vẫn chƣa có một định nghĩa thật chính xác có thể lột tả hết những đặc tính của
nó. Về cơ bản tai nạn giao thơng có những đặc tính nhƣ:
- Đƣợc thực hiện bằng những hành vi cụ thể.
- Gây ra những thiệt hại nhất định về tính mạng, sức khỏe con ngƣời, vật, tài
sản...
- Chủ thể trực tiếp thực hiện hành vi cuối cùng trong vụ tai nạn giao thông cụ
thể phải là đối tƣợng đang tham gia vào hoạt động giao thơng.
- Xét về lỗi, chỉ có thể là lỗi vơ ý hoặc là khơng có lỗi, khơng thể là lỗi cố ý.
Có thể tham khảo một vài định nghĩa sau đây:
- Tai nạn giao thông là sự việc bất ngờ xảy ra ngoài ý muốn chủ quan của
ngƣời điều khiển phƣơng tiện giao thông khi đang di chuyển trên đƣờng giao thơng,
do vi phạm các quy tắc an tồn giao thơng hay do gặp những tình huống, sự cố đột
xuất khơng kịp phịng tránh, gây nên thiệt hại nhất định về ngƣời và tài sản.
- Tai nạn giao thông đƣợc hiểu là một biến cố, trong đó có sự sai khác giữa
quá trình xe chạy và thực tiễn thực hiện q trình ấy. Sự sai khác này thơng thƣờng
là sự vƣợt quá một giới hạn cho phép hoặc không tuân thủ luật lệ giao thông. Do

12


vậy kết quả trực tiếp của tai nạn sẽ là mức độ thiệt hại trong quá trình xung đột và
mức độ chấn thƣơng liên quan đến ngƣời tham gia giao thông.
Ngày nay tai nạn giao thông đƣợc xem nhƣ là một hiểm họa của loài ngƣời.
Một vài con số sau đây nói lên điều đó.
Có tài liệu ghi nhận rằng bà Bridget Driscoll 44 tuổi, ngƣời Anh, là ngƣời
đầu tiên chết vì tai nạn ơ tơ. Bà bị một chiếc xe hơi đâm phải trƣớc dinh thự Crystal
ở Luân Đôn ngày 17/8/1896. Đáng chú ý là chiếc xe lúc đó đang chạy với vận tốc ...
12 km/giờ. Tại phiên họp công bố kết quả cuộc điều tra về nguyên nhân tử vong của
bà Bridget, nhân viên điều tra tuyên bố “sự việc sẽ không bao giờ tái diễn”. Thế
nhƣng, cùng với cuộc cách mạng công nghiệp và sự phát triển vƣợt bậc của công
nghệ chế tạo ô tô mà ngày nay mỗi ngày trên tồn thế giới có đến hơn 3.000 nạn
nhân nhƣ bà Bridget Driscoll.
Theo báo cáo của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) và Ngân hàng thế giới (WB)
thì mỗi năm, thế giới có khoảng 1,2 triệu ngƣời chết vì tai nạn giao thơng đƣờng bộ.
Thống kê còn cho thấy, khoảng 50 triệu ngƣời khác bị thƣơng trong các tai nạn đó.
Hai cơ quan này cảnh báo, nếu chính phủ các nƣớc khơng có biện pháp ngăn chặn
tình trạng này thì đến năm 2020, tai nạn giao thông sẽ đứng thứ ba trong các nguyên
nhân gây tử vong ở ngƣời.
Năm 2000, tai nạn giao thông là nguyên nhân thứ 9 gây tử vong, chiếm 2,8%
trong tổng số các trƣờng hợp tử vong trên thế giới. Ở Tây Âu, nơi có tỷ lệ ngƣời
chết vì tai nạn giao thơng ít hơn cả là 11 ngƣời/100.000 cƣ dân. Trong khi ở châu
Phi và các quốc gia phía Đơng Địa Trung Hải có tỷ lệ trung bình là 28,3 và 26,3
ngƣời/100.000 dân. WHO cho biết mỗi năm ở châu Mỹ có đến 134.000 ngƣời thiệt
mạng vì tai nạn giao thơng, chiếm hơn 10% của cả thế giới, trong đó Mỹ đứng đầu
với 44.000 ngƣời, tiếp đến là Brazil, Mexico và Venezuela. Tại Nga, trong năm
2003 có tới 35.600 ngƣời thiệt mạng, 244.000 ngƣời bị thƣơng do tai nạn giao

thông, gây thiệt hại kinh tế hơn 11 tỉ USD. Theo Bộ Cơng an Trung Quốc trong
năm 2006, đã có 89.455 ngƣời chết vì tai nạn giao thơng đƣờng bộ.
Ở Việt Nam theo số liệu thống kê của Ủy ban an toàn giao thông quốc gia

13


diễn biến tai nạn giao thông trong khoảng thời gian từ năm 1990 đến năm 2012
đƣợc thể hiện trên đồ thị hình 1.1 và có thể chia làm 3 giai đoạn nhƣ sau:
Từ năm 1990 đến năm 2002: Số vụ tai nạn, số ngƣời chết và bị thƣơng liên
quan đến tai nạn giao thơng có gia tăng mạnh. Thời kỳ này số ngƣời chết tăng 5,8
lần (từ 2.268 lên 13.186 ngƣời) và số ngƣời bị thƣơng tăng 6,2 lần (từ 4.956 ngƣời
lên 31.000 ngƣời). Đây là thời kỳ bùng nổ về số lƣợng các phƣơng tiện giao thông
nhƣng ý thức ngƣời tham gia giao thông cũng nhƣ cơ sở hạ tầng giao thơng, các quy
định để đảm bảo an tồn giao thông... đang rất thấp kém.
Từ năm 2002 đến năm 2005: Số vụ tai nạn, ngƣời bị thƣơng giảm rõ rệt: Số
tai nạn giảm 47% (từ 27.993 vụ xuống 14.177 ngƣời), số ngƣời bị thƣơng giảm
61% (từ 31.000 ngƣời xuống 12.013 ngƣời). Thời kỳ này chính phủ, các cơ quan
chức năng với sự tham gia của toàn dân đã quyết liệt thực thi các chính sách, giải
pháp nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông.
Từ năm 2005 đến năm 2012: Số vụ tai nạn, số ngƣời chết giảm nhẹ và có sự
dao động lên xuống.

Hình 1.1: Tình hình tai nạn giao thông ở Việt Nam

Theo các số liệu trên biểu đồ hình 1.1 thì số ngƣời chết năm 2012 vì tai nạn
giao thông ở nƣớc ta khoảng 10 ngƣời/100.000 dân, đứng vào khoảng trung bình
của thế giới. Tuy nhiên đây là một con số đáng suy ngẫm vì ở nƣớc ta phƣơng tiện
giao thông cơ giới chƣa nhiều. Nếu kinh tế phát triển, phƣơng tiện giao thông cơ
giới gia tăng mà hạ tầng cơ sở giao thông không đƣợc cải thiện, ý thức ngƣời tham

gia giao thông không đƣợc nâng lên thì tình hình tai nạn giao thơng ở nƣớc ta sẽ còn
14


diễn biến phức tạp.
Trong số các tai nạn kể trên tai nạn trên đƣờng bộ do ô tô (ở Việt Nam là ô tô
và xe máy) chiếm phần lớn. Tai nạn do đƣờng sắt, đƣờng không và đƣờng thủy
chiếm phần ít hơn.

Hình 1.2: Mối quan hệ Ngƣời lái - Đƣờng- Xe

Khi vận hành trên đƣờng mối quan hệ giữa ngƣời lái - đƣờng - xe đƣợc thể
hiện trên hình 1.2. Khi nghiên cứu mối quan hệ này ngƣời ta thấy rằng phần lớn các
tai nạn giao thơng đều có ngun nhân chủ quan từ con ngƣời. Ngƣời ta dùng cụm
từ “ý thức ngƣời tham gia giao thông” để chỉ nguyên nhân từ con ngƣời. Vì thế
nâng cao ý thức của ngƣời tham gia giao thông là nhiệm vụ trọng tâm của việc giảm
thiểu tai nạn giao thơng. Chính phủ các nƣớc trong đó có Việt Nam đã đề ra rất
nhiều giải pháp cho vấn đề này: tuyên truyền, giáo dục, nâng cao chất lƣợng các cơ
sở đào tạo lái xe, phạt nặng các hành vi vi phạm luật giao thông thậm chí kỷ luật cả
lãnh đạo địa phƣơng để xảy ra nhiều tai nạn giao thông… Tuy nhiên ý thức con
ngƣời không phải một sớm một chiều mà thay đổi đƣợc, cho nên có thể coi đây là
một “cuộc chiến” lâu dài.
Ngoài nguyên nhân chủ quan từ con ngƣời nhƣ đã nói ở trên, cịn có ngun
nhân khách quan từ ô tô, đƣờng và môi trƣờng. Tai nạn do các nguyên nhân này có
thể giảm bằng các giải pháp kỹ thuật. Một trong những giải pháp kỹ thuật đƣợc
quan tâm là đánh giá ảnh hƣởng của tọa độ trọng tâm tới q trình phanh ơ tơ tải

15

nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống phanh.
1.2. Đánh giá ảnh hƣởng của tọa độ trọng tâm để điều chỉnh phù hợp
nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống phanh.
Nhƣ đã trình bày ở trên trong các nguyên nhân tai nạn giao thông xuất phát
từ các lỗi của các hệ thống trên ô tô. Theo các thống kê trong các nguyên nhân gây
tai nạn do máy móc thì hệ thống phanh chiếm tỉ lệ cao nhất. Mặt khác hệ thống
phanh là hệ thống làm giảm vận tốc xe. Vận tốc xe giảm càng nhanh xe càng ít xảy
ra tai nạn.
Chúng ta sẽ xem xét quá trình phanh ơ tơ.
Khi xe chuyển từ v1 đến v2 (v2 < v1) xe thực hiện một chuyển động chậm
dần, nghĩa là phải tạo cho xe một gia tốc jp ngƣợc chiều với chiều chuyển động. Mà
ta biết rằng muốn tạo cho một vật thể có khối lƣợng m một gia tốc jp thì ta phải tác
dụng vào vật thể một ngoại lực F = mjp. Nhƣ vậy để làm giảm vận tốc của xe ta phải
tạo ra một lực, cản lại sự chuyển động của xe. Lực này đƣợc gọi là lực phanh.
Tuy nhiên trên ơ tơ ngồi khối lƣợng chuyển động tịnh tiến cịn có các khối
lƣợng chuyển động quay bao gồm bánh xe và các chi tiết liên quan động học đến
bánh xe.
Do vậy lực tác dụng vào xe để tạo ra gia tốc jp phải là: F  mj p

(1.1)

Trong đó δ là hệ số kể đến ảnh hƣởng của các khối lƣợng quay khi phanh xe.
Xe có khối lƣợng m chạy với vận tốc v sẽ có động năng:

mv 2
L
2

Mặt khác giả sử xe đang chạy với vận tốc v1 và có nhu cầu giảm vận tốc
xuống v2. Khi đó cần phải tiêu phí đi một lƣợng năng lƣợng:

m(v12  v22 )
L 
2

(1.2)

Vậy quá trình làm giảm vận tốc của xe phải giải quyết song song hai vấn đề:
- Tạo ra lực cản ngƣợc chiều chuyển động của ô tô;
- Tiêu tán đi một lƣợng động năng của xe.
Trong quá trình chuyển động, xe chỉ tiếp xúc với khơng khí và mặt đƣờng.

16


Nhƣ vậy để tạo ra một ngoại lực tác dụng vào xe thì chỉ có thể tạo ra từ khơng khí
và đƣờng.
Đối với ơ tơ lực cản do khơng khí tạo ra khơng đủ để phanh xe có hiệu quả.
Nhƣ vậy lực cản lại sự chuyển động của xe (tức lực phanh) chỉ có thể là lực
ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng. Khi bánh xe lăn tự do trên mặt đƣờng, lực ma
sát giữa bánh xe và mặt đƣờng chính là lực cản lăn Ff.
F f  Gf

Trong đó G là trọng lƣợng xe; f là hệ số cản lăn.
Lực cản này rất nhỏ (trên đƣờng tốt hệ số cản lăn f chỉ bằng khoảng 0,02)
đƣơng nhiên không thể dùng để phanh đƣợc. Nhƣng nếu ta giữ bánh xe lại khơng
cho bánh xe quay thì ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng chuyển thành ma sát trƣợt
và lực ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng lúc này là: Fms  G
Nhƣ vậy để tạo ra lực ma sát lớn giữa bánh xe và mặt đƣờng đủ để phanh xe
có hiệu quả phải tạo ra mơ men cản, cản lại chuyển động quay của bánh xe để ma
sát giữa bánh xe và mặt đƣờng chuyển từ “ma sát lăn” sang “ma sát trƣợt”. Có

nghĩa là thực chất khi phanh, hệ thống phanh phải sinh ra một mô men cản lại
chuyển động quay của bánh xe. Mô men này đƣợc gọi là mô men phanh, ta ký hiệu
là Mp. Lực ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng là lực cản lại sự chuyển động của xe
chính là lực phanh.
Ta có sơ đồ các lực trên bánh xe khi phanh thể hiện trên hình 1.3.
Hệ số ma sát µ giữa bánh xe và mặt đƣờng lúc này chính là hệ số bám φ. Mà
trên trên đƣờng tốt φ = 0,6 ÷ 0,8 hoặc hơn nữa cho nên lực ma sát giữa bánh xe và
mặt đƣờng có giá trị lớn và do đó có thể dùng để phanh xe.
Fp 

Lực phanh Fp đƣợc tính nhƣ sau:

Mp
rb

(1.3)

Nhìn vào biểu thức (1.3) ta thấy khi Mp tăng lên thì Fp cũng tăng lên tƣơng
ứng. Tuy nhiên trên thực tế, Fp không tăng lên vô hạn. Đến một giá trị Fp nào đó sẽ
xảy ra hiện tƣợng Mp tăng nhƣng Fp khơng tăng, nếu Mp tiếp tục tăng lên, bánh xe
sẽ bị trƣợt. Giá trị lực phanh lúc này đạt cực đại và bằng lực bám.
17


Fp max  F  Fz

(1.4)

Nhìn vào biểu thức (1.4) ta thấy lực phanh cực đại phụ thuộc vào hai thông số:
- Phản lực từ mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe hay trọng lƣợng xe phân bố

lên bánh xe đó.

Hình 1.3: Động lực học bánh xe
- Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đƣờng φ.
Trọng lƣợng của xe phân bố lên bánh xe đƣợc quyết định bởi sự bố trí tọa độ
trọng tâm của ơ tơ đó. Do vậy tọa độ trọng tâm ảnh hƣởng lớn đến hiệu quả của q
trình phanh.
1.3. Các hệ thống phanh trên ơ tơ hiện nay
1.3.1. Hệ thống phanh trang bị ABS

Hình 1.4: Đặc tính phanh

18


Hình 1.5: Nguyên lý ABS
Trên thực tế, nhiều khi bánh xe bị phanh đã dừng mà xe vẫn chuyển động.
Trong trƣờng hợp đó, lực phanh giảm nhanh và lực bám ngang bị triệt tiêu làm mất
ổn định khi phanh. Hình (1.4) chỉ ra rằng, lực phanh cực đại đạt đƣợc trong khoảng
hệ số trƣợt lớn hơn 0,06 và bé hơn 0,2. Khi phanh, lái xe vẫn giữ bàn đạp phanh
ngay cả khi bánh xe vƣợt khỏi vùng tối ƣu của lực bám mà vãn khơng biết. Vì vậy
ngƣời ta thiết kế cơ cấu chống hãm cứng bánh xe ABS (Antilocking Brake System)
nhƣ hình (1.5) để điều khiển lực phanh tự động (triệt tiêu áp suất phanh).
1.3.2 ABS loại cơ-thuỷ lực

Hình 1.6: Bố trí ABS

19

Sơ đồ bố trí hệ phanh ABS cơ-thuỷ lực nhƣ hình (1.6) gồm van tỷ lệ (1),
tổng van (2), đai truyền lực (3) và cụm ABS cơ. Bộ ABS gồm cảm biến gia tốc góc
bánh đà, bơm dầu kiểu piston truyền động bằng cam và các van áp suất. Cảm biến
gia tốc bánh đà xác định giá tốc định mức cho trƣớc. Khi đạt gia tốc ngƣỡng các
van đƣợc giảm áp suất. Nếu tốc độ lại tăng, bơm dầu sẽ tăng áp suất để lực phanh
đạt giá trị cực đại trở lại. Hệ thống này có thể tăng giảm áp suất 5 lần/giây để hạn
chế bánh xe hãm cứng, nâng cao hiệu quả phanh.

20


Hình 1.7: Cơ cấu chống hãm cứng cho cầu trước chủ động
1. quả văng quán tính; 2. ly hợp; 3. bi mở ly hợp; 4. cần mở van điều khiển;
5. van điều khiển; 7. van cắt; 8. ra bánh sau; 9. từ xi lanh chính;
10,11. van một chiều; 12. bơm piston
Khi phanh bình thường (hình 1.7 a): Ở điều kiện phanh thƣờng, van cắt (7)
mở, dầu từ tổng van đi qua van cắt vào các xy lanh phanh bánh sau. Van điều khiển
(5) đóng, piston bơm (12) khơng tiếp xúc với cam lệch tâm (13) do lò xo hồi vị.
Khi giảm lực phanh (hình 1.7 b): Khi gia tốc bánh trƣớc giảm, tức trục chủ
động (14), các bánh xe bắt đầu hãm cứng, tạo quán tính cho quả văng (1) quay
tƣơng đối với ly hợp (2), bi ly hợp trƣờn khỏi rãnh, đẩy quả văng dịch sang trái, làm
cho cần mở (4) mở van điều khiển (5). Áp suất trong hệ thống phanh sau khá cao
mà van (5) lại mở nên piston (6) bị đẩy lên trên, van cắt (7) đóng lại, do đó áp từ xy
lanh chính đẩy piston (12) lên trên tiếp xúc vơi cam (13), dầu đƣợc bơm trở lại qua
van điều khiển (5). Do van cắt đóng nên dịng dầu từ xy lanh chính và dịng dầu
phía hệ thống phanh sau bị ngăn cách, áp suất dầu trong xy lanh bánh xe giảm
nhanh.
Khi tăng lực phanh (hình 1.7c): Do việc giảm lực phanh ở trƣờng hợp vừa
nêu, má phanh đƣợc nhả ra, cho phép bánh xe tăng tốc đến tốc độ của quả văng

21


giảm tốc. Khi trục chủ động và quả văng có cùng tốc độ, bi (3) lăn về đúng rãnh của
nó, quả văng quán tính dịch chuyển sang phải, cho phép lò xo hồi vị của đòn (4) mở
van điều khiển (5). Cùng thời gian, piston bơm (12) tạo áp suất trên piston (6) bởi
van một chiều (10,11). Áp suất vào xy lanh bánh xe đƣợc khôi phục khi van cắt (7)
mở, piston bơm bị ngắt khỏi cam (13), áp suất trong xy lanh bánh xe tăng dần theo
áp suất tổng phanh.
1.3.3. ABS điều khiển điện cho xe con (BOSCH)

Hình 1.8: ABS cho xe ôtô
1. cảm biến tốc độ; 2. piston van điều khiển; 3. van điện từ; 4. van xả; 5. van
nạp; 6. ECU; 7. van giảm áp suất; 8. chân phanh; 9. bơm hồi; 10. xy lanh chính.

22


Sơ đồ phanh ABS điện tử nhƣ hình (1.8), gồm bốn van thuỷ lực-điện từ (2,3)
cho bốn xy lanh bánh xe (8), hai van giảm áp (6) cho hai dòng, một bơm hồi (9) với
hai van xả (4) và hai van nap (5) và bộ xử lý (6). Cảm biến số vòng quay (1) xác
định số vòng quay của các bánh xe; tin hiệu điện áp đƣợc gƣi cho bộ xử lý (6) nhằm
xác định hệ số trƣợt để xác định lực điện từ tại các van điện từ (3) nhằm đóng mở
các van thuỷ lực (2) để giảm, giữ, tăng áp suất vàp xy lanh bánh xe (8). Nguyên lý
của hệ đƣợc trình bày trong hình (1.8).
Phanh trong điều kiện bình thường(hình 1.8 a): Trong điều kiện phanh bình
thƣờng, các van điện từ (3) không làm việc; các piston van thuỷ lực (2) nằm ở vị trí
tháp nhất do lò xo đẩy chúng. Khi đạp chân phanh, xy lanh chính cấp dầu độc lập
cho hai dịng qua các van thuỷ lực mà khơng bị cản trở gì; áp suất dầu trong xy lanh
bánh xe tỷ lệ mức độ đạp phanh.

Trạng thái giữ (hình 1.8b) : Khi bánh xe giảm tốc độ đến một ngƣỡng định
lƣợng trƣớc, cảm biến tốc độ (1) gửi tín hiệu cho bộ xử lý (6) về sự trạng thái bánh
xe sắp bị bó cứng. Đồng thời máy tính (6) gửi dịng điện điều khiển đến van điện từ
(3), dịng điện sẽ kích hoạt cn cảm, lực điện từ kéo piston điều khiển lên cao đóng
các đƣờng dầu đến các xy lanh bánh xe và bây giờ áp suất dầu trong các xy lanh
bánh xe là ổn định (hình 1.9).
Trạng thái giảm áp suất (hình 1.8c) : Nếu cảm biến gửi đến máy tính một tín
hiệu giảm tốc độ đột ngột khơng bình thƣờng nhƣ là ngun nhân hãm cứng bánh
xe, máy tính tăng dịng điện vào van điện từ, kéo piston van thuỷ lực lên cao hơn
nữa, tại vị trí đó khơng có dầu vào từ xy lanh chính và làm thơng cửa sang van giảm
áp (7), cùng với bơm hồi, dầu trong xy lanh bánh xe giảm nhanh chóng. Kết quả là
bánh xe có khả năng tăng tốc và hệ số bám đƣợc thiết lập trở lại.
Trạng thái tăng áp suất (hình 1.8a): Một khi chuyển từ trạng thái giảm tốc
sang tăng tốc, máy tính đặt chế độ off cho van điện từ, lị xo trong van điện từ đẩy
piston thuỷ lực xuống vị trí thấp nhất, áp suất phanh lại tăng trở lại trong xy lanh
bánh xe. Độ nhạy của hệ thống khoảng 10 lần/giây.

23