Ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh đoàn xe sơmi - Rơmoóc trên đường khô ở vận tốc 80 km / h

à Công nghệ *Email: tungnt@vlute.edu.vn Tel:+8402703 824263; Mobile: 090 9898 768 Tóm tắt Từ khóa: Cường độ phanh; Đoàn xe sơmi-rơmoóc; Hiệu quả phanh; Sơmi- rơmoóc; Xe đầu kéo. Khi phanh đột ngột đoàn xe sơmi-rơmoóc (ĐXSMRM) thường mất ổn định và gây tai nạn giao thông. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường khô ở vận tốc 80 Km/h. Nhóm tác giả sử dụng phương pháp tách cấu trúc và phương trình Newton-Euler để thiết lập hệ phương trình động lực học phanh ĐXSMRM 6 cầu. Sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để khảo sát phanh ĐXSMRM 6 cầu trên đường khô có hệ số bám xmax= 0,8. Kết quả khảo sát cho thấy, khi ĐXSMRM chạy trên đường khô có hệ số bám xmax = 0,8 ở vận tốc V0 = 80km/h rồi phanh với cường độ MB = 50%MBmax thì gia tốc phanh a1 = 4,0m/s 2, quãng đường phanh S1 = 73,0m; phanh mức MB = 60%MBmax thì a2 = 4,8m/s 2, S2 = 63,0m; phanh mức MB = 70%MBmax thì a3 = 5,6m/s 2, S3 = 55,8m; phanh mức MB = 80%MBmax thì a4 = 6,2m/s 2, S4 = 50,3m; phanh mức MB = 90%MBmax thì a5 = 6,3m/s 2, S5 = 48,6m; phanh mức MB = 100%MBmax thì a6 = 6,4m/s 2, S6 = 47,6m. Abstract Keywords: Braking efficiency; Braking intensity; Semi- trailer; Tractor; Tractor semi-trailer. The tractor semi-trailer is often unstable and causes traffic accidents at the moment of sudden braking. This paper presents the study results of the impact of braking intensity on tractor semi-trailer’s braking efficiency on the dry roads at the speed of 80kph. The methods of structural separationand Newton-Euler equations were used to establish the dynamic equations of a6x6tractorsemi-trailer’s braking. The Matlab- Simulink software was used to survey the brake of a 6x6 tractorsemi-traileron the dry roads with the grip coefficient xmax = 0.8. Results showed that when the tractorsemi-trailer runs on the dry roads with the grip coefficient xmax = 0.8 at V0 = 80kph then brakes with MB = 50%MBmax, the acceleration of brake will be a1 = 4.0m/s 2, braking distance S1 = 73.0m; if MB = 60%MBmax, then acceleration of brake will be a2 = 4.8m/s 2, braking distance S2 = 63.0m; if MB = 70%MBmax, acceleration of brake is a3 = 5.6m/s 2, braking distance S3 = 55.8m; if MB = 80%MBmax, acceleration of brake is a4 = 6.2m/s 2, braking distance S4 = 50.3m; if MB = 90%MBmax, acceleration of brake is a5 = 6.3m/s 2, braking distance S5 = 48.6m; if MB = 100%MBmax, acceleration of brake is a6 = 6,4m/s 2, braking distance S6 = 47.6m. Ngày nhận bài: 11/7/2018 Ngày nhận bài sửa: 04/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 1. GIỚI THIỆU Cường độ phanh có ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả phanh, do đó trong quá trình điều khiển ĐXSMRM, tùy theo điều kiện đường mà lái xe phải lựa chọn một cường độ phanh cho phù hợp để đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả phanh. Trong bài báo này nhóm tác giả trình bày khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh của ĐXSMRM trên đường thẳng khô có hệ số bám xmax = 0,8 ở vận tốc V0 = 80 km/h. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT/PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên xe đầu kéo và sơmi-rơmoóc của ĐXSMRM được thể hiện như hình 1 và 2 [2]. 1c xc1 zc1 C1 F’X1j FC1j FK1j M1j l1l3 h c1 FX3j FZ3j F’X3j M3j 3 j  A3 3jyJ  A3 1cm x FCL3j FKL3j ex3j FX2j FZ2j F’X2j M2j 2j A2 2jyJ  A2 1cm x FCL2j FKL2j ex2j FC3j FK2j FX1j FZ1j F’X1j M1j 1j  1 1jyAJ  A1 1cm x FCL1j FKL1j ex1j lk1 l2 FC1j FK1j FR2jFR3j FR1j F’X23j FC23j FK23j FC2jFK3j Fkx1 Fkz1 h k1 Aij ij Aiz Fwx1 h w 1 1 j 1j 1 jJ  FG1jFG2jFG3j Hình 1. Sơ đồ động lực học xe đầu kéo trong mặt phẳng dọc [2] HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 2c 6j A6j 6jyJ  A6j 2cm x 2 j 2 j 2 jJ  3 j 3 j 3 jJ  5j A5j 5jyJ  A5j 2cm x 4j A4j 4jyJ  A4j 2cm x Aij ij Aiz Hình 2. Sơ đồ động lực học sơmi-rơmoóc phương thẳng đứng [2] Sử dụng phương pháp tách cấu trúc và hệ phương trình Newton-Euler [1, 2, 3, 5, 6], tác giả thiết lập được hệ phương trình động lực học phanh ĐXSMRM 6 cầu như sau: 3 c1 Ai c1 c1 c1 x11 R11 11 x12 R12 12 kx1 1 y11 11 y12 12 R21 R22 R31 R32 x21 x22 x31 x32 ( m m )( x y ) ( F F )cos ( F F )cos F F sin F sin ( F F F F ) ( F F F F )                          (1) 3 c1 Ai c1 c 1 c1 x11 R11 11 x12 R12 12 1 y 11 11 y 12 12 y 21 y 22 y 31 y 32 ky 1 ( m m )( y x ) ( F F ) sin ( F F ) sin F cos F cos ( F F F F ) F                      (2)                                   zc1 c1 x11 R11 11 x12 R12 12 y11 11 y12 12 1 x12 12 x11 11 y11 11 y12 12 R11 11 R12 12 1 ky1 k1 x22 x21 R21 R22 2 x32 x31 R31 R3 3 y J [( F F )sin ( F F )sin F cos F cos ]l ( F cos F cos F sin F sin F cos F cos )b F l ( F F F F )b ( F F F F )b ( F   21 y22 2 y31 y32 3F )l ( F F )l (3) 6 c2 Ai c2 c2 c2 x41 R41 x42 R42 x51 R51 4 x52 R52 x61 R61 x62 R62 kx2 ( m m )( x y ) ( F F ) ( F F ) ( F F ) ( F F ) ( F F ) ( F F ) F                   (4) 6 c2 Ai c2 c2 c2 ky2 y41 y42 y51 y52 y61 y62 4 ( m m )( y x ) F F F F F F F           (5) zc 2 c 2 x 42 x 41 R41 R42 4 y 51 y52 5 x52 x 51 R51 R52 5 ky 2 k 2 y 61 y 62 6 x62 x61 R61 R62 6 y41 y 42 4 J ( F F F F )b ( F F )l ( F F F F )b F l ( F F )l ( F F F F )b ( F F )l                      (6) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Nhóm tác giả sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để khảo sát động lực học phanh ĐXSMRM 6 cầu, trong điều kiện đoàn xe chạy ổn định trên đường thẳng khô có hệ số bám xmax = 0,8 ở vận tốc ban đầu là V0 = 80km/h, rồi phanh với 5 mức mô men phanh MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm (với MBđm = FGxmax rd ứng với xmax = 0,8). Đường liền đen (1) ứng với trường hợp MB = 50%MBđm; đường đứt đen (2) ứng với trường hợp MB = 60%MBđm; đường liền đỏ (3) ứng với trường hợp MB = 70%MBđm; đường đứt đỏ (4) ứng với trường hợp MB = 80%MBđm; đường liền xanh (5) ứng với trường hợp MB = 90%MBđm; đường đứt xanh (6) ứng với trường hợp MB = 100% MBđm (mô men phanh định mức là Bdm G x max dM F r ) [4, 7]. Thông số cơ bản của mô hình động lực học phanh ĐXSMRM 6 cầu như bảng 1. Bảng 1. Thông số cơ bản của ĐXSMRM Thông số Ký hiệu Khoảng cách từ trọng tâm xe đầu kéo đến cầu 1 l1=3,059m Khoảng cách từ trọng tâm xe đầu kéo đến cầu 2 l2=0,391m Khoảng cách từ trọng tâm xe đầu kéo đến cầu 3 l3=1,691m Khoảng cách từ trọng tâm xe đầu kéo đến khớp yên ngựa lk1=1,041m Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi rơ moóc đến cầu 4 l4=1,9162m Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi rơ moóc đến cầu 5 l5=3,2262m Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi rơ moóc đến cầu 6 l6=4,5362m Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi rơ moóc đến chốt kéo lk2=5,6838m Vết bánh trước xe đầu kéo 2b1=2,04m Vết bánh sau xe đầu kéo 2b2=2b3=2,17m Vết bánh sau sơ mi rơ moóc 2b4=2b5=2b6=1,84m Khoảng cách hai chốt nhíp trước xe đầu kéo 2w1=1,02m Khoảng cách hai chốt nhíp sau xe đầu kéo 2w2=2w3=1,085m Khoảng cách hai chốt nhíp sau sơ mi rơ moóc 2w4=2w5=2w6=0,92m Mô men quán tính trục z của XĐK Jzc1=42184kgm 2 Mô men quán tính trục z của sơ mi rơ moóc Jzc2=510560kgm 2 Hình 3, 4, 5 là đồ thị mô men chủ động và mô men phanh đầu vào của mô hình khảo sát ứng với trường hợp mô men phanh bằng MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]% MBđm (với MBđm = FGxmaxrd ứng với xmax = 0,8). Hình 3. Mô men bánh xe cầu trước 11 Hình 4. Mô men bánh xe cầu giữa 31 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình 5. Mô men bánh xe cầu sau 61 Một số kết quả khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng ở vận tốc 80 km/h như sau: Hình 6. Đồ thị gia tốc và quãng đường phanh ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 80km/h Hình 6 là đồ thị gia tốc phanh và quãng đường phanh của ĐXSMRM khi chạy ở vận tốc Vo = 80km/h trên đường có hệ số bám xmax = 0,8 rồi phanh với 6 mức MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm; đường liền đỏ (s_KS) ứng với quãng đường phanh khảo sát; đường đứt đỏ (s_TC) ứng với quãng đường phanh qui định theo tiêu chuẩn ECE-R13 [8]; đường liền xanh (a_KS) ứng với gia tốc phanh khảo sát; đường đứt xanh (a_TC) ứng với gia tốc phanh qui định theo tiêu chuẩn ECE-R13 [8]. Ta thấy khi phanh ĐXSMRM ở vận tốc Vo = 80 km/h trên đường xmax = 0,8 với mức phanh MB = [70; 80; 90; 100]%MBđm thì quãng đường phanh và gia tốc phanh đạt yêu cầu của tiêu chuẩn ECE-R13 [7]; mức phanh MB = [50; 60]%MBđm thì không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ECE-R13 [8]. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 50% MBđm 60% MBđm 70% MBđm 80% MBđm 90% MBđm 100% MBđm s(m) a(m/s2) Cuong do phanh DO THI GIA TOC VA QUANG DUONG PHANH s_KS s_TC a_KS a_TC HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Bảng 2. Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 80 km/h Hình (7) là đồ thị hệ số tải trọng động của ĐXSMRM khi chạy ở vận tốc Vo = 80 km/h trên đường xmax = 0,8 rồi phanh với 6 mức MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm; đường màu đen ứng (kd1) với hệ số tải trọng động của các bánh xe cầu 1; đường màu đỏ (kd3) ứng với hệ số tải trọng động của các bánh xe cầu 3; đường màu xanh (kd6) ứng với hệ số tải trọng động của các bánh xe cầu 6. ĐXSMRM chạy trên đường có hệ số bám xmax = 0,8 ở vận tốc Vo = 80 km/h rồi phanh với 6 mức MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm thì hệ số tải trọng động của các bánh xe cầu 1 có giá trị kd1 = [1,45 ÷ 1,84], nghĩa là khi phanh thì phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên các bánh xe cầu trước tăng lên khoảng từ (1,45 ÷ 1,84) lần, do hiện tượng phân bố lại tải trọng khi phanh. Hình 7. Đồ thị tải trong động của ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 80km/h Hình 8 là đồ thị hệ số tận dụng bám của ĐXSMRM khi chạy ở vận tốc Vo = 80km/h trên đường có hệ số bám xmax = 0,8 rồi phanh với 6 mức MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm; đường màu đen (e1) ứng với hệ số tận dụng bám của các bánh xe cầu 1; đường màu đỏ (e3) ứng với hệ số tận dụng bám của các bánh xe cầu 3; đường màu xanh (e6) ứng với hệ số tận dụng bám của các bánh xe cầu 6. ĐXSMRM chạy ở Vo = 80km/h trên đường xmax = 0,8 rồi phanh với 6 mức MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm thì hệ số tận dụng bám của các bánh xe cầu trước 1 là e1 = [0,38 ÷ 0,58], nghĩa là các bánh xe cầu 1 chưa tận dụng hết lực phanh (còn khoảng 42% ÷ 62%) để đạt hiệu 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 50% MBđm 60% MBđm 70% MBđm 80% MBđm 90% MBđm 100% MBđm H e s o t ai t ro n g d o n g Cuong do phanh DO THI HE SO TAI TRONG DONG kd1 kd3 kd6 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 quả phanh cao nhất. Do đó, muốn nâng cao hiệu quả phanh trong trường hợp này ta có thể dùng điều hòa lực phanh hoặc phanh ABS để tăng lực phanh cho cầu trước. Hệ số tận dụng bám cầu 3 là e3 = [0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 0,94] và cầu 6 là e6 = [0,58; 0,7; 0,84; 0,98; 0,9; 0,9], cho thấy lực phanh cầu 6 đã vượt khả năng bám ở mức MB = [90; 100]%MBđm nên các bánh xe bị bó cứng và trượt hoàn toàn, gây ra hiện tượng mất ổn định của đoàn xe. Hình 8. Đồ thị hệ số tận dụng bám của ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 80km/h Hình 9 là đồ thị hệ số trượt của ĐXSMRM ứng với 6 mức MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm; đường màu đen (s1) ứng với hệ số trượt của các bánh xe cầu 1; đường màu đỏ (s3) ứng với hệ số trượt của các bánh xe cầu 3; đường màu xanh (s6) ứng với hệ số trượt của các bánh xe cầu sau 6. Hình 9. Đồ thị hệ số trượt của ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 80km/h Hệ số trượt của các bánh xe cầu 1 nhỏ hơn 5% khi ĐXSMRM chạy ở Vo = 80km/h trên đường xmax = 0,8, phanh với 6 mức MB = [50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm nên các bánh xe làm 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 50% MBđm 60% MBđm 70% MBđm 80% MBđm 90% MBđm 100% MBđm H e s o t an d u n g b am Cuong do phanh DO THI HE SO TAN DUNG BAM e1 e3 e6 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 50% MBđm 60% MBđm 70% MBđm 80% MBđm 90% MBđm 100% MBđm H e s o t ru o t Cuong do phanh DO THI HE SO TRUOT s1 s3 s6 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 việc ổn. Đối với các bánh xe cầu 3 phanh với mức MB = 100%MBđm thì hệ số trượt đạt giá trị tối đa 100%; các bánh xe cầu sau 6 khi phanh mức MB = [90; 100]%MBđm thì hệ số trượt đạt 100%, các bánh xe bị bó cứng và trượt hoàn toàn, đoàn xe có dấu hiệu mất ổn định. Bảng 3. Bảng tổng hợp giá trị đánh giá ổn định phanh ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 80km/h 4. KẾT LUẬN Khi ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo = 80km/h, trên đường có hệ số bám xmax = 0,8, phanh với cường độ MB = [70; 80]%MBđm thì ĐXSMRM chuyển động ổn định và đạt hiệu quả phanh cao nhất; phanh mức MB = [50, 60]%MBđm thì các bánh xe không bị trượt, đoàn xe chuyển động ổn định nhưng gia tốc phanh và quãng đường phanh không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức MB = [90, 100]%MBđm thì gia tốc phanh và quãng đường phanh đạt yêu cầu, nhưng bánh xe cầu 3, 6 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, đoàn xe có dấu hiệu mất ổn định. LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả cảm ơn sự hỗ trợ của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội và Ban tổ chức Hội nghị Khoa học và Công nghệ toàn quốc về cơ khí lần thứ V trong nghiên cứu và trình bày bài báo. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Võ Văn Hường và các tác giả, 2014. Động lực học ô tô. NXB Giáo dục Việt Nam. [2]. Nguyễn Thanh Tùng, Võ Văn Hường, Nguyễn Phú Hùng, 2016. Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh đoàn xe sơmi-rơmoóc. Kỷ yếu Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về Cơ khí - Động lực 2016, trang 14-18. [3]. J.R. Elli, 1970. A model of the semi-trailer vehicle including roll models. Cranfield Intitute of Technology, Bedford, United Kingdon. [4]. International conference, 2008. International conference on heavy vehicles. HV Paris 2008. [5]. Reza N. Jazar, 2005. Vehicle Dynamics. Springer Newyork. [6]. Werner Schielen, 2007. Dynamical Analysis of Vehicle Systems. CISM Courses and Lectures, vol. 497, Springer Wien NewYork. [7]. Dieter Ammon, 1997. Modellbilung und Systementwicklung in der Fahrzeug-dynamik. B.G Teubner Stuttgart. [8]. Vehicle Regulations, 2004. The international Braking Regulation of the UNO- Economic Commission for Europe. Geneva - ECE-Regulation No. 13, ECE-R13.