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

LÊ QUỐC HƯNG

KỸ THUẬT Ô TÔ

NGHIÊN CỨU SỰ SUY GIẢM HIỆU QUẢ PHANH KHI PHANH
LIÊN TỤC TRÊN DỐC DÀI

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

CH2016A

Hà Nội – 2017


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

NGHIÊN CỨU SỰ SUY GIẢM HIỆU QUẢ PHANH KHI PHANH
LIÊN TỤC TRÊN DỐC DÀI

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực

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


Trang 9

1.1.1. Chức năng, nhiệm vụ

Trang 9

1.1.2. Phân tích đặc điểm và cấu tạo các loại phanh

Trang 10

1.1.2.1. Phanh đĩa

Trang 10

1.1.2.2. Phanh guốc hay còn gọi là phanh tang trống

Trang 12

1.1.3. Các loại dẫn động phanh

Trang 14

1.1.3.1. Dẫn động phanh thủy lực

Trang 14

1.1.3.2. Dẫn động phanh khí nén

Trang 16


Trang 26

1.4. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số ma sát

Trang 31

1.4.1. Sự nóng lên của cơ cấu phanh khi phanh liên tục

Trang 31

1.4.2. Sự suy giảm hiệu quả phanh do nhiệt độ

Trang 32

1.4.3. Hiện tượng mất phanh khi xuống dốc dài

Trang 33

1.5. Vấn đề nghiên cứu của luận văn

Trang 34

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

1

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 43

2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số ma sát

Trang 43

2.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số truyền nhiệt

Trang 45

2.3.3. Đánh giá mức suy giảm hiệu quả phanh

Trang 46

2.4. Chương trình tính toán bằng matlab simulink

Trang 47

Chương 3: Tính toán khảo sát sự suy giảm hiệu quả phanh trên dốc dài Trang 48
3.1. Các số liệu tính toán

Trang 48

3.2. Tính toán theo chế độ thử “I”.

Trang 49

3.3 Tính toán trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt, không gài số

Trang 50

Tài liệu tham khảo

Trang 64
Trang 65

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

2

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
- Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ trong một học vị nào.
- Mọi sự giúp đỡ cho việc thuật hiện luận văn này đã được cảm ơn và
thông tin trích dẫn trong luận văn điều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả

Lê Quốc Hưng

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

3



Trang 52

Bảng 3.3. Kết quả tính toán cho xe khách 29 chỗ

Trang 54

Bảng 3.4. Kết quả tính toán cho xe khách 47 chỗ

Trang 56

Bảng 3.5. So sánh kết quả tính toán cho 3 xe

Trang 57

Bảng 3.6. Kết quả tính toán khi phanh có động cơ ở các tay số 6, 5, 4, 3

Trang 59

Bảng 3.7 Kết quả tính toán với độ dốc 10%, quãng đường 5000m, tay số 4
Trang 60
Bảng 3.8. Kết quả tính toán cho một số trường hợp chở quá tải trọng thiết kế
Trang 62

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

4

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén

Trang 16

Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy khí

Trang 18

Hình 1.9. Các loại vật liệu sử dụng trong các loại cơ cấu phanh

Trang 19

Hình 1.10. Biểu đồ sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ

Trang 20

Hình 1.11. Các vùng giới hạn của các đường cong hệ số bám hiệu dụng Trang 24
Hình 1.12 Đồ thị giới hạn phạm vi phân bố của các đường quan hệ giữa hệ số lực
phanh yt của xe kéo và áp suất pM trong đường điều khiển hệ thống phanh rơ móc
và bán móc

Trang 25

Hình 1.13. Nhiệt độ của các cơ cấu phanh khi phanh liên tục trên đường Trang 32
Hình 2.1. Sơ đồ các lực tác dụng theo phương dọc xe khi phanh trên đường dốc
Trang 37
Hình 2.2. Đặc tính kéo ô tô tải

Trang 41


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hình 3.3 Biến thiên nhiệt độ tang trống khi phanh trên các độ dốc từ 6 – 10%
Trang 51
Hình 3. 4 Kết quả tính toán nhiệt độ trên cơ cấu phanh xe khách 29 chỗ

Trang 52

Hình 3.5 Sự suy giảm hệ số ma sát theo quãng đường phanh

Trang 53

Hình 3.6 Sự suy giảm hệ số ma sát theo nhiệt độ tang trống (i = 10%)

Trang 53

Hình 3.7 Kết quả tính toán nhiệt độ trên cơ cấu phanh xe khách 47 chỗ

Trang 55

Hình 3.8 Sự suy giảm hệ số ma sát theo quãng đường phanh

Trang 55

Hình 3.9 Sự suy giảm hệ số ma sát theo nhiệt độ tang trống (i = 10%)

Trang 56

Hình 3.10 Nhiệt độ trên cơ cấu phanh của 3 xe với độ dốc của đường tăng từ 6-10%.
Trang 57

thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ÷ 70 % do con
người gây ra, 10 ÷ 15 % do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 ÷ 30% là do
đường sá quá xấu. Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật
thì theo thống kê cho thấy tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn (52 ÷ 75%).
Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về
thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ. Đặc
biệt là mất phanh khi phanh liên tục trên đường dốc dài là tai nạn hiện nay tương
đối phổ biến và xảy ra tương đối nhiều trong các vùng trong cả nước
Ðối với sinh viên ngành cơ khí ô tô việc khảo sát, nghiên cứu, tính toán về
hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Ðể giải quyết vấn đề này thì trước
hết ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ
thống phanh. Từ đó tạo tiền đề cho việc khảo sát thiết kế, cải tiến hệ thống phanh
nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh,
tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu
quả vận chuyển của ô tô. Ðó là lý do em chọn đề tài. Trong đề tài này em tập trung
vào vấn đề tìm hiểu khảo sát, đánh giá sự suy giảm hiệu quả phanh khi phanh liên
tục trên dốc dài theo các thông số như: Độ dốc của đường; Chiều dài của đoạn

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

7

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

đường; Vận tốc chuyển động. Nhằm tìm giải pháp giúp người lái xe thực hiện lái

Trên ôtô thường có các hệ thống phanh sau: phanh chính, phanh dừng và
phanh dự phòng.
Phanh chính phải là một hệ thống hoàn chỉnh, độc lập với các hệ thống
phanh khác. Nó có nhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô đang chuyển động khi
cần thiết. Hệ thống phanh này được điều khiển bằng chân và thường được dẫn động
bằng khí nén hoặc thuỷ lực.
Phanh dừng có nhiệm vụ giữ cho ôtô ở trạng thái dừng trong thời gian dài, nó
phải có khả năng giữ cho ôtô đỗ được trên độ dốc nhất định (tuỳ theo tiêu chuẩn
quy định). Phanh dừng thường được dẫn động bằng cơ khí, điều khiển bằng tay.
Phanh dự phòng có nhiệm vụ thay thế tạm thời cho phanh chính khi hệ thống
phanh này bị sự cố trên đường. Phanh dự phòng và phanh dừng có thể sử dụng
chung một hệ thống.
Ngoài ra trên một số loại ôtô thường có bố trí hệ thống phanh bổ trợ, có tác
dụng giảm tốc độ ôtô ở các dốc dài mà không phải sử dụng tới phanh chính hoặc
các phanh khác. Hệ thống phanh này có thể là phanh thuỷ lực, bố trí ở trục thứ cấp

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

9

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

của hộp số hoặc phanh bằng động cơ với một van điều khiển đặt trên đường xả khí
của động cơ.
1.1.2. Phân tích đặc điểm và cấu tạo của các loại cơ cấu phanh.


1- má phanh;
2- pít tông;
3- đĩa phanh;
4- khung;
5- giá đỡ.
3

3

Hình 1.1. Cơ cấu phanh đĩa
kiểu khung cố định

Hình 1.2 Cơ cấu phanh đĩa kiểu
khung bơi

+ So với phanh tang trố ng, phanh đĩa có những ưu điể m sau:
- Có trọng lượng nhỏ;
- Khe hở giữa má phanh và trống phanh nhỏ (0,05 – 0,1 mm), nhờ đó cho
phép tăng khá nhiều tỷ số truyền dẫn động phanh;
- Thoát nhiệt các bề mặt ma sát tốt;
- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh cân bằng;
- Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát.
+ Nhược điểm:
- Do đĩa phanh hở nên khó giữ sạch các bề mặt ma sát, bụi, đất bẩn gây
xước bề mặt và chóng mòn;
- Áp suất lên các bề mặt ma sát lớn (tới 5 MPa), nên tốc độ mài mòn lớn,
đòi hỏi phải sử du ̣ng vâ ̣t liê ̣u tố t. Giá thành cao.

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

mặt trong trống phanh. Má phanh thứ cấp luôn dài hơn má phanh sơ cấp, đôi khi má
phanh được gắn ở vị trí cao hay thấp trên guốc để thay đổi đặc tính tự kích hoạt hay
trợ động của guốc phanh. -Mâm phanh: Được thiết kế, chế tạo để gắn cụm phanh,
mâm phanh được gắn bằng bulong vào trục bánh sau hoặc khớp lái ở cầu trước, trên
mâm phanh cũng có các lỗ, vấu lồi để gắn xilanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và
cáp phanh tay. - Lò xo phanh: Cụm phanh tang trống thông thường sử dụng hai lò
xo, một bộ kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, một bộ dùng để giữ guốc phanh tựa
vào mâm phanh. Các lò xo gắn thêm thường được dùng để vận hành cơ cấu tự điều
chỉnh và chốnh trạng thái chùng lỏng của hệ thống phanh tay. Lò xo trả về của guốc
phanh có nhiệm vụ rất then chốt, đặc biệt ở loại phanh trợ động. Trog khi nhả phanh
ra, các lò xo này sẽ kéo guốc phanh trở về và đẩy piston trở về trạng thái ban đầu.

a)

b)

Hình 1.3 Cơ cấu phanh kiểu
“Simplex”
Cơ cấu tạo lực ép:
a) cam; b) nêm; c) xi lanh thủy lực.

c)


5- chốt tựa của guốc;
6- guốc xiết.

Hình 1.5 Cơ cấu phanh kiểu
“Duo-Duplex”
1- mô men phanh; 2- lực xiết; 3các guốc phanh; 4- nêm.

1.1.3. Các loại dẫn động phanh.
1.1.3.1. Dẫn dộng phanh Thủy lực.
Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực điển hình
sử dụng trên ôtô được thể hiện trên hình 1.6. Hiện nay, do yêu cầu về an toàn
chuyển động ngày càng cao dẫn động phanh chính của ôtô thường có 2 dòng độc
lập, nếu một trong 2 dòng có sự cố thì dòng còn lại phải đảm bảo được hiệu quả
phanh nhất định.

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

14

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
5

2

3

6


GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

15

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trên đây chỉ là một ví dụ điển hình, trong thực tế, dẫn động phanh thuỷ lực
có kết cấu và cách bố trí các phần tử rất đa dạng. Cách chia dòng dẫn phanh cũng
khác nhau tuỳ theo ôtô cụ thể.
1.1.3.2. Dẫn động phanh Khí nén.
Trên hình 1.7 thể hiện sơ đồ nguyên lý của hệ thống dẫn động phanh bằng
khí nén của ôtô tải có 3 cầu. Hệ thống gồm có nguồn cung cấp khí nén, dẫn động
phanh chính với 2 dòng độc lập và dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.
17

20
18

1

2

3


Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van an điều áp 2, qua bộ
lọc tách nước 3, van an toàn kép 4 tới các bình chứa khí 5 và 6. Van an toàn kép 4
đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành 2
nguồn cung cấp khí độc lập cho 2 dòng dẫn động phanh. Van bảo vệ 17 có nhiệm
vụ ngắt bình chứa kính 17 không cho thông với hệ thống nếu có sự cố lọt khí trên
đường dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

16

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Dẫn động phanh chính gồm có 2 dòng độc lập với nhau. Dòng dẫn động
phanh cầu trước bắt đầu từ bình khí 6 đi qua ống dẫn 7, qua khoang trên của tổng
van 11, qua van hạn chế áp suất 12 tới các bầu phanh 13. Dòng dẫn động phanh cầu
sau đi từ bình khí 5 qua ống dẫn 8, qua khoang dưới của tổng van 11, qua bộ điều
hoà lực phanh 14 tới các bầu phanh 15, 16 của cụm cầu sau.
Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệ thống
chung, gồm có các bình chứa khí 18, 19, van điều khiển 20, van gia tốc 21 và các
bầu tích năng dạng lò xo 22, 23 bố trí tại các cầu sau của ôtô.
Máy nén khí sử dụng trong các hệ thống dẫn động phanh trên các ôtô tải
thường là máy nén dạng pít tông có 2 xi lanh. Máy nén được thiết kế với năng suất
sao cho có thể nạp nhanh tất cả các bình khí trên ôtô sau khi khởi động động cơ.
Trong khi ôtô hoạt động, nếu hệ thống đã được cung cấp đủ khí nén thì máy nén

5
6

3

2
4

7

8

9
ống dẫn khí
ống dẫn dầu
Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy khí
1- Bàn đạp phanh; 2- tổng van khí; 3,4- xi lanh thủy khí; 5- nguồn cấp khí
nén; 6- bánh xe cầu trước; 7- bánh xe cầu giữa; 8- bánh xe cầu sau.
Để giảm tố i đa đô ̣ châ ̣m tác du ̣ng của hê ̣ thố ng, phầ n dẫn đô ̣ng khı́ nén đươ ̣c
thiế t kế sao cho chiề u dài đường ố ng là ngắ n nhấ t có thể .
1.1.3.4. Dẫn động Điện.
Hiện nay trên một số ô tô con hiện đại người ta sử dụng dẫn động phanh
bằng điện. Ưu điểm của hệ thống này là điều khiển nhẹ nhàng, tác động nhanh và dễ
tích hợp với các hệ thống điều khiển trên xe tạo thành một hệ thống đồng bộ nâng
cao tính an toàn.

1.2. VẬT LIỆU MA SÁT SỬ DỤNG TRONG CÁC LOẠI CƠ CẤU PHANH Ô
TÔ.
1.2.1. Thành phần vật liệu ma sát
Thành phần của vật liệu ma sát khá phức tạp để có thể đáp ứng được các yêu


Chất
làm
đầy
34%

Chất kết
dính
40%

Cốt sơ
10%

Cốt sơ
27%

Thành phần vật liệu má phanh 1

Chất
mài mòn
6%

Chất kết
dính
20%

Chất
làm
đầy
70%

5%
Cốt sơ
35%

Thành phần vật liệu má phanh 4

Hình 1.9. Các loại vật liệu sử dụng trong các loại cơ cấu phanh
Có thể nhận thấy rằng, các má phanh có thể được hình thành từ các vật liệu
cơ sở khác nhau và tỷ lệ pha trộn chúng cũng khác nhau tùy theo trường hợp nhằm
đạt được các tính chất đáp ứng các yêu cầu cụ thể.
1.2.2. Các tính chất của của vật liệu ma sát

GVHD: PGS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

19

HVTH: LÊ QUỐC HƯNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Các loại vật liệu ma sát đều có hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ. Tuy
nhiên, quy luật biến thiên hệ số ma sát theo nhiệt độ của các loại vật liệu khác nhau
không giống nhau. Một ví dụ của sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ được
thể hiện trên hình 1.10.

Hình 1.10. Biểu đồ sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ
Từ biểu đồ 1.10 ta thấy sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào nhiệt độ, khi nhiệt

-

Thời gian phanh.

-

Quãng đường phanh.

-

Lực phanh hoặc lực phanh riêng.

Các tiêu chuẩ n đă ̣t ra ngưỡng giới ha ̣n đố i với các chı̉ tiêu và tiêu chı́ trên.
Theo ECE R13, yêu cầu khắt khe được đặt ra đối với tỷ lệ phân bố lực phanh
trên các cầu nhằm đạt được độ ổn định cao nhất khi phanh (tránh hiện tượng trượt
lết các bánh xe do phân bố trọng lượng thay đổi trong quá trình phanh).
Cơ sở lý thuyết để hình thành các quy định theo ECE R13 là phương trình
chuyển động của ôtô khi phanh:
δ'

Ga d 2 S
 dS 
= ΣT + Ga f + kF  
2
g dt
 dt 

2

(1.1)

g dt 2

Khi phanh ngặt hệ số γ T gần bằng hệ số bám ϕ, mà trên đường tốt khô ráo ta
có: ϕ >> f , vì vậy khi phanh ngặt ta có thể bỏ qua lực cản lăn. Khi đó:
1 d 2S
= γT
g dt 2

Gọi gia tốc chậm dần là a, ta có thể viết:
a 1 d 2S
= γT
=
g g dt 2

(1.3)

Công thức trên cho thấy gia tốc chậm dần khi phanh tỷ lệ thuận với hệ số lực
phanh.
Để đánh giá mức độ sử dụng khả năng bám tại các bánh xe khi phanh người
ta đưa ra khái niệm hệ số bám hiệu dụng ϕ i :
ϕi =

Ti
Gi

(1.4)

Hiệu quả phanh cực đại đạt được khi hệ số bám hiệu dụng tại tất cả các bánh
xe bằng nhau:
ϕ1 = ϕ 2 =  = ϕ n =

a = γT g =

(1.5)

(ϕ1G1 + ϕ 2 G2 +  + ϕ n Gn )
g
Ga

(1.6)

Khi phanh tới giới hạn trượt tại một cầu nào đó trong khi tại cầu khác không
sử dụng hết khả năng bám thì hệ số bám hiệu dụng sẽ nhỏ hơn hệ số bám, còn gia
tốc phanh sẽ nhỏ hơn gia tốc đạt được trong trường hợp phân bố lực phanh là lý
tưởng.
Việc phanh lết các bánh xe làm cho lốp bị mòn nhanh chóng và không đảm
bảo an toàn. Khi phanh lết sự trượt giữa lốp và đường tăng lên, hệ số bám giảm làm
ôtô mất ổn định và mất khả năng điều khiển.
Hiện nay vấn đề về hiệu quả phanh và phân bố lực phanh giữa các cầu sao
cho đảm bảo ổn định chuyển động ôtô khi phanh đang nhận được sự quan tâm ngày
càng lớn.
Theo quy định N013, tiêu chuẩn E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505, các ôtô
loại N 3 không trang bị hệ thống chống hãm cững bánh xe ABS cần đáp ứng các yêu
cầu sau:
− Đối với ϕ = 0,2 - 0,8 cần đạt được: γ T ≥ 0,1 + 0,85(ϕ − 0,2) ;
− Đối với mọi chế độ tải trọng đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu trước
phải nằm trên đường cong hệ số bám hiệu dụng của cầu sau với mọi giá trị của
γ T = 0,15 − 0,30 . Điều này được coi là đạt yêu cầu nếu với các giá trị đó các

đường cong hệ số bám hiệu dụng của mỗi cầu nằm giữa hai đường thẳng song
song với đường lý tưởng, được thể hiện bởi phương trình sau: