Tài liệu 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 Đặc tính của bộ điều chỉnh giới hạn áp suất có van tỷ lệ 29 2.18 Đặc tính của bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi 29 2.19 Bộ điều chỉnh loại tia dùng cho dẫn động phanh thủy lực 30 2.20 Các bộ hạn chế áp suất loại lò xo cân bằng 32 2.21 Các bộ hạn chế áp suất 33 2.22 Bộ hạn chế áp suất có van tỷ lệ 34 2.23 Bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi kiểu van bi 35 2.24 Bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi kiểu van mặt đầu 35 2.25 Đặc tính của bộ điều chỉnh áp suất có thời điểm làm việc thay đổi theo tải trọng 36 2.26 CÊu t¹o bé ®iÒu hoµ kiÓu piston- vi sai 37 2.27 §-êng ®Æc tÝnh bé ®iÒu hoµ piston – vi sai 38 2.28 S¬ ®å bé ®iÒu hoµ ¸p suÊt b»ng thuû lùc 38 2.29 §-êng ®Æc tÝnh bé ®iÒu hoµ d¹ng tia 39 2.30 Cấu tạo ®iÒu hoµ lùc phanh b»ng van h¹n chÕ ¸p suÊt 40 2.31 §å thÞ ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña van h¹n chÕ ¸p suÊt 41 3.1 Tổng quan của xe Exciter 2010 43 3.2 Động cơ xe Exciter 2010 44 3.3 Hộp số xe Exciter 2010 45 3.4 Hệ thống khung sườn xe Exciter 2010 45 3.5 Vị trí các thiết bị điện trên xe Exciter 2010 46 3.6 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh xe Exciter 2010 trước cải tạo 46 3.7 Sơ đồ dẫn động phanh trước xe Exciter 2010 47 3.8 Tay phanh 47 3.9 Xylanh chính 48 3.10 Đĩa và má phanh trước 48 3.11 Kết cấu cụm xylanh phanh bánh xe trước 49 3.12 Kết cấu phanh bánh 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: