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

PHAN VĂN CÔNG

NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC NHÂN TỐ
ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ PHANH
BẰNG PHẦN MỀM CARSIM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018


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

PHAN VĂN CÔNG

NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC NHÂN TỐ
ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ PHANH
BẰNG PHẦN MỀM CARSIM
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

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

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. HỒNG THĂNG BÌNH

Hà Nội - 2018

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Những nội dung được
trình bày trong luận văn do chính tơi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của thầy
giáo TS. Hồng Thăng Bình, cùng các thầy giáo Bộ môn ô tô – Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội. Toàn bộ nội dung trong luận văn hoàn toàn phù hợp với nội
dung đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực.

Hà Nội, ngày 23 tháng 09 năm 2018
Tác giả

Phan Văn Công

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...........................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ....................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................................5
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẾ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................8
1.1. Tính thực tế của đề tài ..............................................................................................9
1.2. Tổng quan về phanh ô tô ..........................................................................................9
1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ô tô ...............................................10
1.2.2. Lý thuyết quá trình phanh ...............................................................................11
1.2.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh .............................................................18
1.2.4. Sự biến đổi của hệ số bám giữa bánh xe với bề mặt đường trong quá trình

phanh .........................................................................................................................25
CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM CARSIM PRO 8.02 ......................................................31
2.1. Giới thiệu CarSim ...................................................................................................31
2.2. Cách khởi động .......................................................................................................31
2.3. Tạo một cơ sở dữ liệu mới ......................................................................................33
2.4. Chạy màn hình điều khiển Run Control Screen .....................................................35
2.5. Bảng cài đặt các thông số cho xe mô phỏng ..........................................................40
2.6. Bảng cài đặt các thông số mô phỏng ......................................................................40
CHƯƠNG 3: nghiên cứu và khảo sát các nhân tố ảnh hưởng tới hiệu quả phanh
trong carsim .................................................................................................................42
3.1. Ảnh hưởng của hệ số bám ......................................................................................44
3.1.1. Ảnh hưởng của loại đường và trạng thái mặt đường ......................................44
3.1.2. Ảnh hưởng của áp suất lốp ..............................................................................49
3.2. Ảnh hưởng của vận tốc ban đầu đến hiệu quả phanh .............................................51
3.3. Ảnh hưởng của tải trọng chuyên chở đến hiệu quả phanh .....................................54
3.4. Ảnh hưởng của thời gian tác động phanh ...............................................................58
KẾT LUẬN ..................................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................60

2


DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh ..................................11
Hình 1.2: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh ..............................................................13
Hình 1.3: Mô men phanh hợp lí trên các bánh xe khi hệ số bám thay đổi ....................17
Hình 1.4: Mỗi quan hệ mơ men phanh hợp lí của các bánh xe khi hệ số bám thay đổi 17
Hình 1.5: Mối quan hệ giữa quãng đường phanh với vận tốc xe và hệ số bám của
đường .............................................................................................................................22
Hình 2.1: Chọn cơ sở dữ liệu gần đây ...........................................................................32

Hình 2.2: Thiết lập giấy phép ........................................................................................32
Hình 2.3: Bảng điều khiển .............................................................................................33
Hình 2.4: Chọn mục trong menu ...................................................................................33
Hình 2.5: Chọn thư mục để load....................................................................................34
Hình 2.6: Đường dẫn thư mục .......................................................................................35
Hình 2.7: Ba vùng của màn hình Điều khiển Chạy .......................................................35
Hình 2.8: Màn hình chạy điều khiển .............................................................................37
Hình 2.9: Danh sách tập tin thả xuống ..........................................................................39
Hình 2.10: Bảng thơng số xe mơ phỏng ........................................................................40
Hình 2.11: Bảng thiết lập các thơng số cho mơ hình mơ phỏng ...................................41
Hình 3.1: Lựa chọn các thơng số cơ bản cho xe sedan mơ phỏng ................................42
Hình 3.2: Bảng thơng số khối lượng được treo của xe sedan ........................................43
Hình 3.3: Các thơng số của mơ hình hệ thống phanh....................................................43
Hình 3.4: Bảng thiết lập các thông số cho xe mô phỏng ...............................................44
Hình 3.5: Bảng thiết lập điều kiện đường khảo sát .......................................................45
Hình 3.6: Hình mơ phỏng ..............................................................................................46
Hình 3.7: Ảnh hưởng của mặt đườngkhơ đến qng đường phanh .............................46
Hình 3.8: Ảnh hưởng của mặt đường khơ tới gia tốc phanh .........................................47
Hình 3.9: Hình mơ phỏng ..............................................................................................47
Hình 3.10: Ảnh hưởng của mặt đường ướt tới quãng đường phanh .............................48
Hình 3.11: Ảnh hưởng của mặt đường ướt tới gia tốc phanh.......................................48
Hình 3.12: Các thơng số của mơ hình lốp .....................................................................49
Hình 3.13: Hình mơ phỏng ............................................................................................50
Hình 3.14: Ảnh hưởng của áp suất lốp tới quãng đường phanh ....................................50
Hình 3.15: Ảnh hưởng của áp suất lốp tới gia tốc phanh ..............................................51
Hình 3.16: Bảng thiết lập các thông số cho xe mô phỏng .............................................52

3



Hình 3.17: Bảng thiết lập điều kiện đường khảo sát .....................................................52
Hình 3.18: Hình mơ phỏng ............................................................................................53
Hình 3.19: Ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh tới quãng đường phanh ..................53
Hình 3.20: Ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh tới gia tốc phanh ...........................54
Hình 3.21: Hộp ghi các thơng số kích thước của tải .....................................................55
Hình 3.22: Bảng thiết lập các thơng số cho xe mơ phỏng .............................................55
Hình 3.23: Bảng thiết lập điều kiện đường khảo sát .....................................................56
Hình 3.24: Ảnh hưởng của tải trọng tới quãng đường phanh........................................56
Hình 3.25: Ảnh hưởng của tải trọng chuyên trở tới gia tốc phanh ................................57
Hình 3.26: Lực phanh ....................................................................................................57
Hình 3.27: Hình mơ phỏng ............................................................................................58
Hình 3.28: Ảnh hưởng thời gian chậm tác động phanh tới quãng đường phanh ..........58
Hình 3.29: Ảnh hưởng của thời gian chậm tác động phanh tới gia tốc phanh ..............59

4


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn an toàn kĩ thuật và bảo vệ môi trường của phương tiện cơ giới
đường bộ ........................................................................................................................18
Bảng 1.2: Qng đường phanh tính theo cơng thức .....................................................22
Bảng 1.3: Hệ số bám trên các loại đường......................................................................28
Bảng 1.4: Phụ thuộc của hệ số bám

vào tốc độ chuyển động V ...............................29

5


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Đơn vị
kgm2

Ý nghĩa
Mômen phanh tác dụng lên bánh xe

N

Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe
với mặt đường

m

Bán kính tính tốn của bánh xe

N

Lực phanh

kgm2
φ

Mơmen qn tính
Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường

N

Lực cản lăn ở các bánh xe trước và sau


,

N

Lực phanh ở các bánh xe trước và sau

,

N

Lực phanh ở các bánh xe trước và sau

N

Lực cản khơng khí

N

Lực qn tính

g

m/s2

Gia tốc trọng trường

m/s2

Gia tốc chậm dần khi phanh


a, b,

m

Tọa độ trọng tâm của ô tô

L

m

Chiều dài cơ sở của ô tô

,

kg

Tải trọng tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu
sau khi phanh
Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên các bánh xe cầu
trước và cầu sau khi phanh

,

Tải trọng tĩnh tác dụng lên các bánh xe cầu trước và
cầu sau
Phản lực thẳng góc tác dụng lên các bánh xe cầu
trước và cầu sau khi xe đứng yên trên mặt phẳng nằm
ngang


,

kg

,

N

Fz

N

Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe

N

Trọng lượng đặt lên bánh xe phanh

N

Lực phanh riêng

pp

6


jp

m/s2


m

kg

t

s

v

m/s

λ

Rad/s

Carsim
TCVN

Khối lượng của ô tô
Thời gian phanh
Vận tốc xe
Độ trượt

m

δ

Gia tốc chậm dần


Bán kính bánh xe
Vận tốc góc bánh xe
Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay khi
phanh xe
Car Simulation
Tiêu Chuẩn Việt Nam

7


LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay khi mà ơ tơ đã trở thành phương tiện đi lại ngày càng phổ biến, tốc
độ ô tô ngày càng tăng cao thì yêu cầu về độ an toàn cũng như sự thuận tiện khi điều
khiển ô tô ngày càng phải yêu cầu cao hơn. Khi ô tô chuyển động nó sẽ chịu rất nhiều
tác động từ phía người lái như phanh, quay vơ lăng, hay ga…Ngồi những tác động
của người lái thì các yếu tố khách quan từ ngoại cảnh…rồi các yếu tố bất ngờ tất cả sẽ
ảnh hưởng rất lớn đến an toàn khi xe lưu thơng. Phanh là q trình ảnh hưởng nhiều
nhất đến sự an tồn. Mặt khác lại có rất nhiều các nhân tố làm ảnh hưởng tới hiệu quả
phanh.
Với đề tài “ Nghiên cứu,khảo sát các nhân tố ảnh tới hiệu quả phanh
bằng phần mềm Carsim “ mục đích nghiên cứu cuả luận văn là đánh giá định lượng
ảnh hưởng của các nhân tố chính tới hiệu quả phanh từ đó làm cơ sở cho việc đề xuất
các giải pháp thiết kế cải tiến để nâng cao hiệu quả phanh nhằm vận hành xe an toàn
Trong thời gian làm luận văn, tác giả đã có nhiều cố gắng tích cực, chủ động
học hỏi, vận dụng các kiến thức được học và tìm hiểu các kiến thức mới. Dưới sự
hướng dẫn trực tiếp của TS. Hồng Thăng Bình và các thầy trong bộ môn ô tô và xe
chuyên dụng, Viện cơ khí động lực, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đề tài đã được
hoàn thành các mục tiêu và nhiệm vụ đề ra.
Mặc dù hết sức cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên luận

văn này khó tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy để
đề tài được hồn thiện

8


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẾ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tính thực tế của đề tài
Trên thế giới đã và đang có nhiều cơng trình nghiên cứu về hệ thống phanh ơ

tơ. Các nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu quả phanh ô tô cả về mặt lý thuyết
cũng như thực nghiệm đang địi hỏi phải có những bổ sung và hồn thiện để đảm bảo
xác định chính xác các chỉ tiêu động lực học của xe khi phanh cũng như phản ánh
được đầy đủ, đúng bản chất các nhân tố ảnh hưởng đến q trình phanh.
Mặt khác, ngành ơ tơ ở nước ta, các nghiên cứu chủ yếu dựa nhiều vào việc tính
tốn kiểm nghiệm là chủ yếu. Hiện tại, cơng việc thiết kế và kiểm nghiệm đang phụ
thuộc nhiều vào các băng thử, các trạm đăng kiểm dẫn đến mất nhiều thời gian cơng
sức và tiền của. Để việc tính tốn kiểm nghiệm được nhanh chóng và hiệu quả chúng
ta cần sự trợ giúp của của máy tính thơng qua các phần mềm chuyên nghiệp. Phần
mềm CarSim là một trong những phần mềm đáp ứng u cầu đó khơng chỉ có vậy mà
phần mềm CarSim cịn cho phép chọn lựa thay đổi can thiệp sâu hơn vào bài toán thiết
kế để phù hợp hơn khi ra thực tế và đem lại hiệu quả nhanh chóng và chính xác.
1.2.

Tổng quan về phanh ơ tơ
Q trình phanh ơ tơ là q trình tính từ khi người lái phát hiện thấy chướng

ngại vật và quyết định đạp phanh đến khi vận tốc xe giảm xuống một giá trị xác định

theo yêu cầu của người lái.
Khi phanh xảy ra hai quá trình: ma sát giữa má phanh và trống phanh (đĩa
phanh) xảy ra trong cơ cấu phanh; ma sát giữa bánh xe với mặt đường. Ma sát trong cơ
cấu phanh được đặc trưng bởi hệ số ma sát giữa vật liệu làm guốc phanh, má phanh
với trống phanh hay đĩa phanh. Ma sát giữa bánh xe với mặt đường đặc trưng bằng hệ
số bám giữa bánh xe với mặt đường. Ma sát giữa guốc phanh, má phanh và trống
phanh làm giảm tốc độ quay của bánh xe. Ma sát giữa bánh xe và mặt đường làm giảm
tốc độ chuyển động của ô tô. Hệ thống phanh có hiệu quả tốt thì phần động năng
phải được tiêu tán trong cơ cấu phanh dưới dạng nhiệt; tức là cơ cấu phanh khơng bị
bó cứng.
-

Q trình ma sát trong cơ cấu đặc trưng bởi hệ số ma sát khô hoặc ướt; phụ
thuộc lực ép (cường độ phanh) và nhiệt độ má phanh;

9


-

Quá trình ma sát giữa lốp và đường phức tạp hơn nhiều, phụ thuộc cấu trúc lốp
và áp suất lốp với độ mấp mô tế vi của đường, đặc trưng bởi hệ số bám cực đại
và hệ số bám cực tiểu, phụ thuộc động lực học bánh xe đàn hồi (phụ thuộc phản
lực đường lên bánh xe phương thẳng đứng và mô men chủ động/mô men
phanh).

1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ô tô
1.2.1.1. Nhiệm vụ quá trình phanh
Q trình phanh ơ tơ là q trình tạo ra lực cản chuyển động, làm giảm vận tốc
đến giá trị mong muốn hoặc đến khi ô tô dừng hẳn. Hoặc giúp ơ tơ có thể đứng n

trên dốc. Nói chung trên ô tô máy kéo cũng như nhiều thiết bị máy móc khác thường
sử dụng lực ma sát sinh ra ở cơ cấu phanh. Trên ô tô lực ma sát sẽ tạo ra mômen cản
chuyển động quay các bánh xe.
Xét theo góc độ biến đổi năng lượng, q trình phanh là quá trình biến đổi động
năng chuyển động của ô tô thành nhiệt năng sinh ra tại các bề mặt ma sát như giữa má
phanh với các đĩa ma sát, với trống phanh hay tại bề mặt ma tiếp xúc giữa lốp xe với
mặt đường, giữa các phần tử vật liệu chế tạo bánh xe. Chính vì vậy, để hệ thống phanh
hoạt động hiệu quả nó phải thoả mãn một loạt các yêu cầu riêng.
1.2.1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống phanh
Hệ thống phanh cần đảm bảo các u cầu sau:
-

Phải nhanh chóng dừng xe trong bất khì tình huống nào, khi phanh đột ngột xe
phải được dừng sau quãng đường phanh ngắn nhất, tức là có gia tốc phanh cực
đại.

-

Hiệu quả phanh cao kèm theo sự phanh êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động
với gia tốc chậm dần đều giữ ổn định chuyển động của xe.

-

Lực điều khiển không quá lớn, điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng cả bằng chân và
tay.

-

Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi giữa các
lần phanh.


10


-

Đảm bảo tránh hiện tượng trượt lết của bánh xe trên đường, phanh chân và
phanh tay làm việc độc lập khơng ảnh hưởng đến nhau.

-

Các cơ cấu phanh phải thốt nhiệt tốt, không truyền nhiệ ra các khu vực làm
ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh, phải dễ dàng điều chỉnh
thay thế chi tiết hư hỏng.

1.2.2. Lý thuyết quá trình phanh
1.2.2.1. Lực phanh và các mơmen tác dụng lên bánh xe khi phanh

Hình 1.1: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Khi đạp phanh thì ở cơ cấu phanh tạo ra mơmen ma sát cịn gọi là mơmen
phanh

. Tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với đường xuất hiện lực phanh ( ) ngược

với chiều chuyển động của ơ tơ
Có:

Với:
– Mômen phanh tác dụng lên bánh xe.
– Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường.

– Bán kính tính tốn của bánh xe.

11


Khi mơmen phanh Mp tăng thì lực phanh

tăng, nhưng lực phanh khơng thể

tăng một cách tùy ý. Bởi vì lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh
xe với mặt đường, nghĩa là:
=

=

.φ (1.1)

Trong đó:
– Lực bám dọc giữa bánh xe với mặt đường.
– Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe.
φ – Hệ số bám dọc giữa bánh xe với mặt đường.
Khi phanh, ngồi mơmen phanh, cịn có mơmen qn tính

và mơmen cản lăn

tác dụng lên bánh xe. Bởi vậy lực hãm tổng cộng tác dụng lên bánh xe sẽ là:

Trong quá trình phanh, do
nào đó


=

=

tăng dần nên

cũng tăng dần lên và đến một lúc

thì các bánh xe bị trượt lết. Khi bánh xe bị trượt lết hồn tồn

thì hệ số bám φ giảm xuống giá trị

, cho nên lực phanh cũng giảm xuống giá trị

nhỏ nhất, dẫn đến hiệu quả phanh thấp nhất. Ngồi ra, nếu các bánh xe trước bị trượt lết
sẽ làm mất tính dẫn hướng khi phanh (xe khơng điều khiển được), còn nếu các bánh xe
sau bị trượt lết sẽ làm mất tính ổn định khi phanh (các bánh xe dễ dàng bị trượt ngang
khi có lực ngang nhỏ tác dụng lên xe).
Từ biểu thức (1.2) thấy rằng để có

lớn thì cả hệ số bám

và

đều phải có

giá trị lớn. Cho nên để sử dụng hết toàn bộ trọng lượng bám của xe, phải bố trí cơ cấu
phanh ở tất cả các bánh xe.
Khi phanh, động năng hoặc thế năng của xe bị tiêu hao cho ma sát giữa má
phanh và trống phanh, giữa lốp và mặt đường cũng như để khắc phục các lực cản

chuyển động.
Nếu mômen phanh càng tăng thì cơ năng biến thành nhiệt năng giữa trống
phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đường càng tăng.

12


Khi bánh xe bị hãm cứng hồn tồn thì cơng ma sát giữa trống phanh và má
phanh cũng như sự cản lăn khơng có nữa, tất cả năng lượng hầu như biến thành nhiệt
năng ở vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường.
Sự trượt lết sẽ làm giảm hiệu quả phanh, tăng độ mòn của lốp, tăng độ trượt dọc
và ảnh hưởng xấu đến tính ổn định ngang của xe.
1.2.2.2. Lực phanh ô tô và điều kiện bảo đảm phanh tối ưu
1.2.2.2.1. Lực phanh ơ tơ

Hình 1.2: Các lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh
-

Trọng lượng tồn bộ của ô tô G đặt tại trọng tâm

-

Lực cản lăn ở các bánh xe trước và sau

-

Phản lực thẳng góc tác dụng lên các bánh xe trước và sau

-


Lực phanh ở các bánh xe trước và sau

-

Lực cản khơng khí

-

Lực qn tính

, do khi phanh có gia tốc chậm dần

-

Lực qn tính

được xác định theo biểu thức sau:

Ở đây:
g – Gia tốc trọng trường (g= 9,8 m/s2).

13

,

,

,



– Gia tốc chậm dần khi phanh
Khi phanh thì lực cản khơng khí

và lực cản lăn

,

khơng đáng kể, có

thể bỏ qua.
Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5 ÷ 2%.
Bằng cách lập các phương trình cân bằng mơmen của các lực tác dụng lên ô tô
khi phanh đối với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường tại E và F, có thể xác
định các phản lực thẳng góc

,

tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau:

Trong đó:
a, b,

– Tọa độ trọng tâm của ô tô.

L – Chiều dài cơ sở của ô tô.
,
Thay

– Tải trọng tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau khi phanh.
ở công thức (1.3) vào


được:

,

Với:

Ở đây:

14


– Phản lực thẳng góc tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau

,

khi xe đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang (phản lực tĩnh).
– Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu

,

sau khi phanh.
– Tải trọng tĩnh tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau.

,

Các lực phanh sinh ra ở các bánh xe cầu trước và cầu sau sẽ là:

Để sử dụng hết trọng lượng bám của ơ tơ thì cơ cấu phanh được bố trí ở các
bánh xe trước và sau và lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là:


1.2.2.2.2. Sự phanh tối ưu
Khi phanh cực đại có biểu thức xác định lực phanh cực đại như sau:
=

φ=

φ

Có thể thấy hai yếu tố tạo lên giá trị

:

- Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe
- Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường φ
Hai yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến khơng chỉ giá trị

mà cịn ảnh

hưởng đến chất lượng của cả quá trình phanh.
Sử dụng hợp lý hai yếu tố trên sẽ cho hiệu quả phanh cao, cụ thể qng đường
phanh và góc lệch hướng nhỏ. Ngồi ra, sự mòn lốp do phanh cũng sẽ được giảm
đi,….
Khái niệm “Phanh tối ưu” chỉ quá trình phanh sử dụng hợp lý hệ số bám và
trọng lượng phân bố lên bánh xe.

15


1.2.2.2.3. Lực phanh hợp lý theo phân bố trọng lượng lên bánh xe khi phanh

Trong quá trình vận hành trọng lượng tác dụng lên các bánh xe thay đổi với hai
lý do chủ yếu sau đây:
-

Do chất tải: Xe tải: Trọng lượng hàng hóa và cách sắp xếp hàng hóa; Xe chở
người: Số lượng người và cách bố trí sắp xếp người trên xe. Các yếu tố này làm
cho trọng lượng tác dụng lên bánh xe khác nhau tùy theo từng trường hợp cụ
thể. Đối với xe tải thì trọng lượng tác dụng lên các bánh sau thay đổi trong một
khoảng rộng (từ không tải đến đầy tải)

-

Khi phanh do xuất hiện lực quán tính

làm cho trọng lượng phân bố lên các

bánh xe trước tăng lên, ngược lại ở các bánh sau giảm đi.
Từ mơ hình xe khi phanh tính được các phản lực mặt đường tác dụng lên các
bánh xe trước và sau như sau:

Có thể thấy khi chất tải khác nhau sẽ làm thay đổi tọa độ trọng tâm xe tức là
thay đổi a, b và h, còn khi phanh sẽ xuất hiện lực qn tính Fq. Nhìn vào biểu thức tính
và

thấy khi các thơng số a, b, h và Fq thay đổi sẽ làm thay đồi

và

.


Lực phanh cực đại trên các bánh xe trước và sau sẽ là :

Vì lực phanh do mơ men phanh sinh ra trên cơ cấu phanh nên có tỷ lệ hợp lý
của mô men phanh sinh ra trên các cơ cấu phanh các bánh trước và sau khi phanh cực
đại là:

Nếu mô men phanh sinh ra trên các cơ cấu phanh các bánh xe trước và sau
không tuân theo tỷ lệ này thì sẽ xảy ra hiện tượng các bánh xe trên một cầu nào đó đã
trượt lết (đạt hoặc vượt lực phanh cực đại) trong lúc đó ở cầu cịn lại lực phanh chưa
đạt cực đại. Điều này luôn xảy ra ở các xe có hệ thống phanh cổ điển là hệ thống

16


phanh có

và

bằng nhau hoặc khác nhau nhưng theo một tỷ lệ không thay đổi

được. Trên các xe này không sử dụng triệt để lực phanh cực đại trên tất cả các bánh xe.
Từ (1.8) có thể thấy tỷ lệ mơ men phanh hợp lý giữa các cầu thay đổi theo tọa
độ trọng tâm xe và hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường.
Xây dựng được đồ thị biểu diễn mô men phanh hợp lý trên các bánh xe trước và
sau khi hệ số bám φ thay đổi (hình1.3). Nhìn trên hình vẽ có thể thấy khi φ thay đổi
mơ men phanh hợp lý trên các bánh xe trước và sau thay đổi rất khác nhau. Điều này
khơng có được trên các xe có hệ thống phanh cổ điển.

Hình 1.3: Mơ men phanh hợp lí trên các bánh xe khi hệ số bám thay đổi


Hình 1.4: Mỗi quan hệ mơ men phanh hợp lí của các bánh xe khi hệ số bám thay
đổi
Hình (1.4) biểu diễn mối quan hệ mơ men phanh hợp lý của các bánh xe trước
và sau khi hệ số bám φ thay đổi. Trong đó đường 1 là đường lực phanh thực tế của ô tô

17


(

=

), trong lúc đó đường 2 là quan hệ mơ men phanh trên các bánh trước và

sau khi đầy tải, cịn đường 3 là khi xe khơng tải.
Như vậy, mơ men phanh thực tế và mô men phanh yêu cầu khác xa nhau do vậy
cần phải có giải pháp để khắc phục nhược điểm trên của hệ thống phanh cổ điển. Bộ
điều hòa lực phanh sẽ giải quyết được các vấn đề này.
1.2.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
Khơng có định nghĩa cụ thể hiệu quả phanh (cịn được gọi chất lượng phanh)
mà nó được đánh giá thơng qua các chỉ tiêu: Lực phanh Fp, gia tốc chậm dần j, thời
gian phanh t, quãng đường phanh s và góc lệch hướng của xe khi phanh.
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn an tồn kĩ thuật và bảo vệ mơi trường của phương tiện cơ
giới đường bộ
Loại ô tô

Quãng đường phanh Gia tốc chậm dần
s(m)≤

Ơ tơ con

Ơ tơ tải, trọng lượng tồn bộ < 80kN, xe
khách có chiều dài < 7,5m
Ơ tơ tải, trọng lượng tồn bộ ≥ 80kN, xe
khách có chiều dài ≥ 7,5m

cực đại jmax(m/s2) ≥
7,2

5,8

9,5

5,0

11

4,2

Xe chỉ được phép lưu hành (lưu thông trên đường) khi một chỉ tiêu nêu ở trên
nằm trong phạm vi cho phép. Số lượng chi tiêu, chỉ tiêu nào, phạm vi cho phép của chi
tiêu phụ thuộc từng nước. Mỗi nước có tiêu chuẩn riêng của mình.
Việt Nam cũng có tiêu chuẩn riêng của mình đó là tiêu chuẩn TCVN 5658 1999. Năm 2000 Bộ Giao thông Vận tải ban hành quy định “Tiêu chuẩn an tồn kỹ
thuật và bảo vệ mơi trường của phương tiện cơ giới đường bộ” (bảng 1.1). Điều kiện
thử xe: Đường nhựa khô, bằng, xe không tải, vận tốc xe: 30km/h. Các chỉ tiêu nói trên
khơng độc lập riêng rẽ với nhau mà liên quan mật thiết đến nhau và có thể biểu diễn
mối quan hệ giữa các chỉ tiêu bằng các biểu thức toán học.

18



1.2.3.1. Lực phanh và lực phanh riêng
Mỗi loại xe tùy theo trọng lượng, mô men phanh yêu cầu được xác định và hệ
thống phanh thiết kế phải đảm bảo sinh ra lực phanh yêu cầu. Trong quá trình sử dụng,
Mp bị giảm đi vì nhiều lý do làm Fp giảm do vậy định kỳ (6 tháng, 1 năm,… tùy loại
xe), xe phải được kiểm tra (khám) lại.
Trị số lực phanh Fp chỉ có ý nghĩa đối với từng loại xe cụ thể. Xe có trọng
lượng khác nhau địi hỏi lực phanh khác nhau. Để đánh giá tổng quát hơn người ra đưa
ra thông số lực phanh riêng pp
Pp

=

Fp
Gp

(1.9)

Gp là trọng lượng đặt lên bánh xe phanh.
Như vậy lực phanh riêng cũng chính là hệ số lực phanh
Tại các trạm đăng kiểm ở Việt Nam, xe kiểm tra nếu pp= 0,5 là đạt yêu cầu.
1.2.3.2. Gia tốc chậm dần
Gia tốc chậm dần jp là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá hiệu quả phanh.
Về cơ học gia tốc jp có quan hệ mật thiết với lực phanh Fp, do đó có thể tính gia
tốc phanh từ lực phanh.
Đối với ơ tơ: Fp gây ra gia tốc tịnh tiến jp cho cả xe (với khối lượng m) và gây
gia tốc góc cho bánh xe và các chi tiết liên quan. Bánh xe và các khối lượng quay liên
quan khác đã được kể đến qua hệ số δ
Xét trường hợp phanh xe trên đường bằng khơng kéo mooc, bỏ qua Ff, Fw có:
Fp= Fp1+Fp2=Fq=mjpδ
Trong đó δ như đã nói trên là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay

của ô tô khi phanh, m là khối lượng của ô tô. Như vậy:

Khi phanh với lực phanh cực đại, gia tốc cũng đạt cực đại:
Mà Fpmax = Fφ= Gφ cho nên:

19


Như vậy gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh phụ thuộc chủ yếu vào hệ
số bám giữa bánh xe và mặt đường. Mặt đường có hệ số bám càng cao thì phanh càng
có hiệu quả.
Gia tốc chậm dần của xe thay đổi trong quá trình phanh. Khi đo gia tốc chậm
dần thường quan tâm đến 2 giá trị:
Gia tốc chậm dần cực đại: Thiết bị đo giá trị này tương đối đơn giản: Nó có
dạng 1 con lắc được gắn vào xe. Khi xe có gia tốc, con lắc sẽ quay, bộ phận đánh dấu
sẽ đánh dấu góc quay lớn nhất. Có một số nước dùng giá trị này để đánh giá chất
lượng phanh xe khi lưu hành. Nước ta cũng có quy định giá trị gia tốc chậm dần cực
đại cho các loại xe ứng với vận tốc 30km/h (bảng 1.1)
Gia tốc chậm dần trung bình: Giá trị này đánh giá chất lượng phanh chính xác
hơn, nhưng phải có thiết bị đo hiện đại, chủ yếu là tự ghi được các giá trị gia tốc trong
quá trình phanh.
1.2.3.3. Thời gian phanh
Thời gian phanh t cũng là một chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh. Thời gian
phanh cũng có quan hệ với gia tốc chậm dần và do đó cũng có quan hệ với lực phanh.
Khi phanh gia tốc của ô tô là gia tốc chậm dần, véc tơ gia tốc ngược chiều với
chiều chuyển động của xe có:

Thay (1.10) vào (1.12):

Thời gian phanh từ khi xe xó vận tốc v1 đến khi xe có vận tốc v2 là:

(1.13)
Khi phanh với lực phanh cực đại, thời gian phanh là cực tiểu

20


Nếu phanh đến khi xe dừng lại thì thời gian phanh nhỏ nhất là

Trong đó:

là vận tốc xe lúc bắt đầu phanh

Như vậy, có thể thấy thời gian phanh phụ thuộc chủ yếu vào hệ số bám và vận
tốc xe (lúc bắt đầu phanh và kết thúc phanh). Thời gian phanh thực tế còn phải kể đến
thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh, thời gian gia tăng lực phanh, ngồi ra cịn
phải chú ý đến phản ứng của người lái.
1.2.3.4. Quãng đường phanh
Trong các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh thì quãng đường phanh s là chỉ
tiêu quan trọng nhất. Người lái có thể nhận biết được quãng đường phanh một cách
trực tiếp bằng trực giác, dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe xử trí khi điều khiển
xe. Ví dụ, người lái có thể ước lượng khoảng cách để ước lượng lúc nào cần phanh để
xe dừng đúng chỗ mong muốn.
Cũng như thời gian phanh quãng đường phanh cũng có quan hệ với gia tốc
chậm dần và do đó cũng có quan hệ với lực phanh:

Nhân 2 vế của biểu thức trên với dS có:

Quãng đường phanh từ khi xe có vận tốc v1 đến vận tốc v2 là :

Khi phanh với lực phanh cực đại thì quãng đường phanh sẽ cực tiểu:


21


Nếu phanh cho đến khi xe dừng lại (v2= 0)

Trong đó

là vận tốc lúc xe bắt đầu phanh

Từ biểu thức (1.16) có thể tính qng đường phanh ngắn nhất cho xe ở các loại
đường khác nhau với vận tốc xe khác nhau (bảng 1.2)
Bảng 1.2: Quãng đường phanh tính theo công thức (1.16)
Vận tốc của xe khi bắt đầu phanh (km/h)

Hệ số bám φ
của đường

30

40

50

60

70

0.4


8.8

15.7

24.6

35.5

48.2

62.9 79.6

98.2

0.6

5.9

10.5

16.4

23.6

32.1

41.9 53.3

65.5


0.8

4.4

7.9

12.3

17.7

24.1

31.5 39.8

49.1

80

90

100

Như vậy có thể thấy cũng như thời gian phanh quãng đường phanh phụ thuộc
chủ yếu vào hệ số bám và vận tốc xe (lúc bắt đầu phanh và lúc kết thúc phanh). Tuy
nhiên quãng đường phanh thực tế còn kể phải kể đến quãng đường xe đi trong thời
gian chậm tác dụng của hệ thống phanh, thời gian gia tăng lực phanh, thời gian phản
ứng của người lái. Theo bảng 1.1 nước ta cũng quy định quãng đường phanh cho phép
với từng loại xe khi xe có vận tốc 30km/h. Rõ ràng giá trị cho phép ở bảng 1.1 lớn hơn
giá trị tính tốn lý thuyết ở bảng 1.2. Từ các giá trị ở bảng 1.2 vẽ được đồ thị biểu diễn
mối quan hệ giữa quãng đường phanh với vận tốc xe và hệ số bám của đường.


Hình 1.5: Mối quan hệ giữa quãng đường phanh với vận tốc xe và hệ số bám của
đường

22


1.2.3.5. Giản đồ phanh thực tế
Quãng đường phanh s tính ở cơng thức 1.16 là theo lí thuyết và chỉ tính khi
phanh có tác dụng. Trên thực tế cịn có khoảng thời gian: thời gian phản ứng của người
lái, thời gian Chậm tác dụng của hệ thống phanh, thời gian gia tăng lực phanh từ giá trị
0 cho đến khi đạt giá trị mong muốn.
Người ta đã tiến hành nghiên cứu, đo đạc và xác định được diễn biến của lực
phanh (tương ứng với nó là gia tốc phanh) theo thời gian trong quá trình phanh. Đồ thị
biểu diễn quá trình trên trong thực tế được gọi là giản đồ phanh thực tế

Hình 1.6: Giản đồ phanh thực tế
Tại điểm O (gốc tọa độ), người ta nhìn thấy chướng ngại vật, khi nhìn thấy
chướng ngại vật người ta sẽ tiền hành động tác phanh xe, nhưng khơng thể ngay tức
thì. Sau một khoảng

người lái mới bắt đạp được vào bàn đạp phanh và

thời gian phản xạ của người lái. Như vậy thời gian phản xạ

được gọi là

của người lái là khoảng

thời gian từ lúc người lái phát hiện ra chướng ngại vật đến khi đặt chân (hoặc tay) lên

bộ phận điều khiển phanh (bàn đạp,… ), thường

= 0,3 ÷ 0,8s

là thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh: Từ lúc người lái tác dụng vào
bộ phận điều khiển phanh đến khi phanh bắt đầu có tác dụng: Phanh dẫn động chất
lỏng:

= 0,03s, phanh dẫn động khí nén

= 0,3s

23