Chơng 7
phanh ô tô và máy kéo bánh
Hệ thống phanh trên ô tô máy kéo dùng để làm giảm vận tốc hoặc dừng hẳn khi
cần thiết. Nhờ có hệ thông phanh ta có thể nâng cao vận tốc trung bình của ô tô máy
kéo và đảm bảo an toàn chuyển động.
Để phanh ô tô máy kéo có thể sử dụng các phơng pháp sau: phanh các bánh xe,
phanh bằng động cơ hoặc kết hợp cả hai phơng pháp.
7.1. Phanh ô tô máy kéo bằng cơ cấu phanh bánh xe
7.1.1. Lực phanh sinh ra ở bánh xe
Xét trờng hợp chỉ sử dụng phanh các bánh xe, khi đó để thực hiện phanh ngời lái
ngắt ly hợp để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực đồng thời tác động lên bàn đạp
phanh để hãm bánh xe lại .
Trên Hình 7.1 biểu diễn các lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh.
Khi tác động lên bàn đạp phanh thì cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát còn gọi
là mô men phanh M
P
làm giảm tốc độ quay của bánh xe hoặc ngừng quay. Lúc đó ở
bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến P
P
ngợc với chiều chuyển động. Phản lực P
P
còn
đợc gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức:

P
M
r
p
p
b
=

(7.1)
trong đó : r
b
bán kính động lực học của bánh xe.
Lực phanh lớn nhất P
pmax
bị giới hạn bới điều kiện bám của bánh xe với mặt đờng,
nghĩa là:
P
pmax
= P

= Z
b
(7.2)
trong đó: P

, lực bám và hệ số bám của bánh xe ;
Z
b
phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe .
Khi phanh còn có mô men của lực quán tính tiếp tuyến M
jb
và mô men cản lăn M
f
tác dụng lên bánh xe . Do đó lực phanh tổng cộng P
P0
sẽ là:

P

M M M
r
P
M M
r
p
p f jb
b
p
f jb
b
0
=
+
= +

(7.3)
Thực tế M
f

và M
jb
ảnh hởng không đáng kể, do đó khi tính toán chỉ tính theo mô
men phanh.
105
G
M
jb
v
M

P
P
P
r
b
M
f
P
P
Z
Hình 7.1
Sơ đồ lực và mô men tác dụng
lên bánh xe khi phanh
Trong quá trình phanh xe, động năng hoặc thế năng (khi xe chuyển động xuống
dốc) của xe bị tiêu hao cho ma sát giữa trống phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đờng
cũng nh để khắc phục lực cản lăn, lực cản không khí, ma sát trong hệ thống truyền lực,
ma sát trong động cơ . Năng lợng bị tiêu hao phụ thuộc vào chế độ phanh của xe.
Mô men phanh càng tăng thì cơ năng biến thành nhiệt năng giữa trống phanh và
má phanh cũng nh sự trợt lê giữa lốp và mặt đờng càng tăng, còn năng lợng để khắc
phục các lực cản khác tơng đối nhỏ. Khi các bánh xe bị phanh cứng hoàn toàn thì tất
cả năng lợng hầu nh biến thành nhiệt năng ở khu vực tiếp xúc giữa lốp và mặt đờng. Sự
trợt lê sẽ làm giảm hiệu quả phanh, tăng độ mòn lốp và ảnh hởng xấu đến tính ổn định
ngang của xe. Do vậy, để tránh hiện tợng trợt lê trên các xe hiện đại thờng đặt bộ
chống hãm cứng khi phanh.
7.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá của quá trình phanh
Để đánh giá chất lợng của quá trình phanh ô tô máy kéo có thể sử dụng các chỉ
tiêu sau: gia tốc chậm dần lớn nhất j
max
,quãng đờng phanh nhỏ nhất S
min

, thời gian
phanh nhỏ nhất t
min
và lực phanh.
Các chỉ tiêu trên đợc xác định trong điều kiện phanh ô tô máy kéo không kéo rơ
mooc và ngắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực.
1) Gia tốc chậm dần khi phanh
Trên hình 7.2 trình bày sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô máy kéo khi
phanh. Lập phơng trình cân bằng lực theo phơng chuyển động nhận đợc :
P
j
= P
P
+ P
f
+ P
w
P

(7.4)
P
j
lực quán tính;
P
f
lực cản lăn;
P
w
lực cản không khí;
P


lực cản dốc, lấy dấu (+) khi lên dốc hoặc dấu () khi xuống dốc.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng, trị số của các lực P
f
và P
w
rất nhỏ so với lực phanh
P
P
do đó có thể bỏ qua và phơng trình (7.4) có thể viết lại:
P
j
= P
P
P


hoặc P
j
= P
P
G.sin
hoặc
P
G
g
j P G
j j p
= = sin
(7.5)

trong đó: góc dốc của mặt đờng ; j gia tốc chậm dần của xe;
j
hệ số
tính đến sự ảnh hởng các khối lợng quay trên xe ; G trong lơng sử dụng xe .
Từ phơng trình (7.5) rút ra :

j
g
G
P G
j
p
=

( sin )
(7.7)
106
Hình 7.2
Sơ đồ lực tác dụng lên
máy kéo khi phanh
P
W
b
P
j
h
Gsin

Gcos


Z
n
P
f
P
P
v
L

Z
K
Gia tốc phanh lớn nhất j
max
đạt đợc khi lực phanh lớn nhất P
max
:

j
g
G
P G
j
pmax max
( sin )=


(7.7)
Lực phanh lớn nhất P
pmax
theo điều kiện bám của bánh xe với mặt đờng:

P
pmax
= Z
P
(7.8)
trong đó : hệ số bám của bánh xe;
Z
P
phản lực pháp tuyến tác dụng lên tất cả các bánh đợc phanh.
Đối với máy kéo thờng chỉ phanh các bánh chủ động sau. Trong trờng hợp này
phản lực pháp tuyến đợc xác định theo công thức:

Z
G L b G h P h
L
p
j
=
cos ( ) sin
Thay Z
P
vào (7.8), P
Pmax
vào (7.7) sẽ xác định đợc gia tốc cực đại:

j g
L b L h
L h
j
max

( )cos ( ) sin
( )
=
+
+


(7.9)
Khi phanh trên đờng bằng phẳng ( = 0 ):

j g
L b
L h
j
max
( )
( )
=

+


(7.10)
Đối với ô tô và một số loại máy kéo (T150K, K700) cơ cấu phanh lắp trên tất
cả các bánh xe:
P
Pmax
= Gcos

)sincos(

max


=
j
g
j
(7.11)
Khi phanh trên đờng nằm ngang ( = 0):

j
g
j
max
=


(7.12)
Từ các công thức trên thấy rằng, để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần giảm hệ
số
j
. Vì vậy khi phanh đột ngột, ngời lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ
thống truyền lực nhằm làm giảm
j
và tăng j
max
. Gia tốc phanh cực đại phụ thuộc vào
hệ số bám giữa lốp và mặt đờng. Giá trị của hệ số bám phụ thuộc vào kết cấu lốp,
tình trạng mặt đờng. Trên đờng nhựa tốt = 0,75 ữ 0,8 . Nếu coi
j

1 và g = 10 m/s
2
thì gia tốc phanh cực đại trên đờng nhựa tốt có thể đạt trị số j
max
= 7,5 ữ 8 m/s
2

2) Thời gian phanh
Để xác định thời gian phanh có thể sử dụng công thức (7.12) viết ở dạng sau:

j
dv
dt
g
j
= =


(7.13)
Suy ra:
dt
g
dv
j
=



Muốn xác định thời gian nhỏ nhất cần tích phân biểu thức dt trong giới hạn từ
thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v

1
tới thời điểm ứng với vận tốc v
2
ở cuối
quá trình phanh.:

t
j j
v
v
g
dv
g
v v
min
( )= =





1 2
2
1
107
Khi xe dừng hẳn v
2
= 0 do đó:

t

v
g
j
min
=


1
(7.14)
Từ biểu thức (7.14) ta thấy thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc bắt
đầu phanh v
1
, hệ số
j
và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đờng. Để giảm thời gian
phanh cần giảm hệ số
j
bằng cách cắt ly hợp khi phanh để tách động cơ khỏi hệ thống
truyền lực.
3). Quãng đờng phanh
Quãng đờng phanh là chỉ tiêu quan trọng
nhất để đánh giá chất lợng phanh của ô tô. Vì
vậy trong tính năng kỹ thuật của ô tô, các nhà
chế tạo thờng cho biết quãng đờng phanh của
ô tô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định.
So với các chỉ tiêu khác thì quãng đờng
phanh là chỉ tiêu mà ngời lái xe có thể nhận
thức đợc một cách trực quan và dễ dàng tạo
điều kiện cho ngời lái xe xử lý tốt trong khi
phanh ô tô trên đờng .

Để xác định quãng đờng phanh nhỏ
nhất, có thể sử dụng biểu thức (5.13) bằng
cách nhân hai vế với vi phân quãng đờng dS,
ta có:

dS
g
vdvhay
dS
g
dS
dt
dv
j
j




=
=
(7.15)
Tích phân biểu thức trên với các cận v
1
và v
2
ta nhận đợc quãng đờng phanh nhỏ
nhất:

S

g
vdv
g
vdv
j j
v
v
v
v
min
= =





2
1
2
1
S
g
v v
j
min
( )=

2
1
2

2
2
(7 .16)
Khi ô tô dừng hẳn v
2
= 0, ta có:

S
v
g
j
min
=


1
2
2
(7.17)
Qua biểu thức trên ta thấy để giảm quãng đờng phanh nhỏ nhất cần giảm hệ số

j
, cho nên nếu ngời lái cắt ly hợp trớc khi phanh thì quãng đờng phanh sẽ ngắn hơn.
Trên hình 7.3 biểu diễn sự phụ thuộc giữa quãng đờng phanh S với vận tốc ban
đầu v
1
và hệ số bám . Qua đó thấy rằng, vận tốc v
1
càng cao thì quãng đờng phanh S
càng lớn, ngợc lại hệ số bám càng tăng thì S càng giảm.

4). Lực phanh và lực phanh riêng
Lực phanh và lực phanh riêng là chỉ tiêu đánh giá chất lợng phanh và thờng đợc
sử dụng khi thử phanh trên bệ thử.
Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ô tô đợc xác định theo công thức:
108
Hiình 7.3
ảnh hưởng của vận tốc ban đầu v
1
và
hệ số bám

đến quãng đường phanh
nhỏ nhất
S (m)
120
100
= 0,3
80
= 0,7
= 0,5
20
40
60
v, m/s
22,2
16,6
11,1
5,5
0


P
M
r
p
p
b
=
(7.18)
Lực phanh riêng p là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lợng toàn bộ G của xe,
nghĩa là:

p
P
G
p
=
(7.19)
Lực phanh riêng cực đại nhận đợc khi lực phanh đạt cực đại:

p
P
G
G
G
p
max
max
= = =



(7.20)
Khi đánh giá chất lợng phanh của ô tô máy kéo có thể sử dụng một trong bốn chỉ
tiêu trên . Trong đó quãng đờng phanh là đặc trng nhất, vì nó cho phép ngời lái hình
dung đợc vị trí xe sẽ dừng trớc một chớng ngại vật mà họ phải xử trí để khỏi xảy ra tai
nạn khi ngời lái xe phanh ở vận tốc nào đấy. Do đó, chỉ tiêu này thờng đợc sử để đánh
giá hiệu quả tác động của phanh. Lực phanh và lực phanh riêng thuận lợi khi đánh giá
chất lợng phanh trên bệ thử.
5). Giản đồ phanh và chỉ tiêu phanh thực tế
Quãng đờng phanh thực tế bao giờ cũng lớn hơn quãng đờng phanh lý thuyết do
ngời lái xe cần một thời gian phản xạ nhất định, do cơ cấu dẫn động phanh chậm tác
dụng và gia tốc phanh không thể tăng nhanh đột ngột đến giá trị cực đại.
Để xác định quãng đờng phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh thông qua
các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh P
P
và thơi gian phanh t . Đồ
thị P
P
= f(t) đợc gọi là giản đồ phanh thực tế (hình 7.4) .

Cần lu ý rằng giản đồ phanh là quan hệ của lực phanh P
P
với thời gian phanh t,
hay cũng là quan hệ của gia tốc chậm dần j với thời gian t.
Điểm 0 trên đồ thị ứng với lúc ngời lái nhìn thấy chớng ngại vật ở phía trớc và
nhận thức đợc là cần phải phanh xe. Các thành phần thời gian nh sau:
t
1
thời gian phản xạ của ngời lái, từ lúc thấy đợc chớng ngại vật cho đến lúc tác
dộng vào bàn đạp phanh, thời gian này phụ thuộc vào trình độ của ngời lái. Thời gian t
1

thờng nằm trong khoảng 0,3 ữ 0,8s.
t
2
thời gian chậm tác dụng của hệ thống dẫn động phanh, tính từ lúc ngời lái tác
động vào bàn đạp phanh đến khi má phanh tác động vào trống phanh. Đối với phanh
dầu t
2
0,03 s và đối với phanh khí t
2
0,3 s.
t
3
thời gian tăng ( biến thiên) lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần. Với phanh
dầu t
3
0,2 s và với phanh khí t
3
= 0,5 ữ 1,0 s.
109
Hình 6.4
Giản đồ phanh thực tê
j
P
j
B
A
0
t
5
t

t
4
t
3
t
2
t
1
j
max