Tất cả các cơ thể bất động có xu hướng duy trì trạng thái nghỉ ngơi; tất cả các vật thể chuyển động đều có xu hướng giữ nguyên hướng đi và vận tốc của chúng. Lực phải được tạo ra và / hoặc áp dụng để vượt qua trạng thái cụ thể. Một ví dụ có thể được lấy từ việc cố gắng phanh một chiếc xe khi đang vào cua trên băng có ánh sáng chói. Xe liên tục trượt theo quỹ đạo ban đầu của nó mà không giảm tốc độ đáng kể và không phản hồi khi cố gắng điều chỉnh lái.
Lực tác dụng lên lốp và lực phanh
Lực tác dụng lốp xe
Lực lốp đại diện cho phương tiện duy nhất để bắt đầu chuyển động mong muốn và thay đổi hướng. Lực lốp bao gồm các thành phần riêng lẻ sau:
Lực ngoại vi (Fu):
Lực ngoại vi FU có tác dụng ở mức mặt đường. Nó cho phép người lái sử dụng ga và phanh trên đường để tăng tốc và làm chậm xe.
Lực bình thường (Fn)
Lực pháp tuyến FN là một hàm của trọng lượng của xe và hàng hóa của nó. Nó là thành phần của trọng lượng này tác dụng trong một mặt phẳng thẳng đứng xuống mặt đường. Mức độ mà các lực này có thể thực sự ảnh hưởng đến xe phụ thuộc vào tình trạng của mặt đường, tình trạng của lốp xe và thời tiết. Hiệu suất mà lực truyền xuống đường được xác định bởi hệ số ma sát giữa lốp và bề mặt của nó.
Lực phanh là gì ?
Lực phanh là lực tác dụng giữa trống / đĩa phanh và má phanh sinh ra một lực ma sát (FF). Lực ma sát
phụ thuộc vào:
– Áp lực
– Giá trị ma sát (Vật liệu má phanh)
– Cấu tạo hệ thống phanh (phanh đĩa hoặc phanh tang trống)
Phanh, lực bên và độ trượt của lốp
Lực phanh và độ trượt của lốp
Đường cong A thể hiện lực phanh là một hàm của lực trượt. Lực phanh tương đương với hệ số ma sát giữa lốp và mặt đường. Mỗi tác dụng của lực phanh sẽ làm phát sinh độ trượt nhất định. Độ trượt của bánh xe quay tự do được biểu thị bằng 0% và của bánh xe bị khóa là 100%. Khi phanh lần đầu ở độ trượt bằng không, lực phanh tăng mạnh theo đó mức độ trượt chỉ tăng dần đến một giới hạn nhất định. Ngoài điểm đó, lực hãm giảm khi độ trượt tăng dần.
Lực bên và độ trượt của lốp
Đường cong B thể hiện lực bên như một hàm của sự trượt. Lực phanh tối đa đạt được tại điểm được gọi là giới hạn trượt tối ưu. Phần của đường cong (B) giữa giới hạn trượt 0 và giới hạn trượt tối ưu được gọi là vùng phanh ổn định (2), và phần đường cong giữa giới hạn trượt tối ưu và trượt 100% được gọi là vùng phanh không ổn định (3 ), phanh ổn định không thể đạt được trong vùng này. Điều này là do bánh xe nhanh chóng bị bó cứng sau khi đạt đến giới hạn trượt tối ưu, trừ khi lực phanh được giảm ngay lập tức. Trượt cũng xảy ra khi lốp được kêu gọi để truyền một lực bên, ví dụ: vào cua. Đường cong B cho thấy lực bên giảm mạnh như thế nào khi độ trượt tăng dần. Ở mức trượt 100%, tức là khi bánh xe đã bị bó cứng, không còn lực bên nào để đánh lái và người lái sẽ không thể điều khiển xe được nữa.
Vòng tròn ma sát
Mối quan hệ giữa lực ma sát, lực bên, lực phanh và lực truyền động có thể được biểu thị bằng cách sử dụng một đường tròn ma sát. Đường tròn ma sát giả định lực ma sát giữa lốp và mặt đường là giống hệt nhau theo mọi hướng. Nó có thể được sử dụng để hình dung mối quan hệ giữa lực bên, lực phanh và lực lái.
Ví dụ:
Bạn đang phanh xe khi đang bay theo hướng thẳng về phía trước: Tất cả lực ma sát của lốp đều tác động theo hướng dọc để làm cho xe dừng lại.
Bạn đang vào cua ở một tốc độ nhất định: Trong khi vào cua ở một tốc độ cố định, tất cả lực ma sát của lốp xe đều tác động theo hướng ngang để làm cho xe quay đầu.
Bạn đang phanh xe trong khi bạn vào cua: Các lực ma sát sẽ được phân chia giữa chuyển động ngang và dọc của xe. Nếu lực bên vượt quá một giới hạn nhất định, xe sẽ bắt đầu phanh đi. Nếu lực dọc vượt quá một giới hạn nào đó, quãng đường dừng sẽ dài hơn.
Hệ số ma sát và trượt
Khu vực mà mỗi lốp xe hiện đang tiếp xúc với đường được gọi là “miếng vá tiếp xúc”. Lực ma sát tạo ra tại các miếng tiếp xúc cung cấp lực cho tất cả các chuyển động của phương tiện khác (tăng tốc, giảm tốc, quay đầu xe).
Hình 1
Hình 1 minh họa mối quan hệ vật lý xác định các thao tác phanh với ABS, theo đó các khu vực mà ABS hoạt động được xác định bằng các đường gạch ngang. Hình dạng của đường cong 1 (khô), 2 (ướt) và 4 (băng) cho thấy rằng quãng đường phanh ngắn hơn đạt được với ABS so với phanh gấp với bánh bị khóa (phanh trượt 100%). Trong đường cong 3 (tuyết), một lớp tuyết dày làm tăng hiệu quả phanh ở các bánh xe bị khóa. Trong những điều kiện này, lợi ích chính của ABS là trong các lĩnh vực ổn định xe và kiểm soát tay lái.
Ngoài lực phanh và lực tác dụng lên miếng vá tiếp xúc theo chiều quay của lốp, còn có lực phụ tác dụng lên lốp. Lực bên là lực cơ bản xuất hiện khi xe quay đầu. Miếng vá tiếp xúc của lốp bị biến dạng theo chiều ngang khi tiếp xúc với mặt đường, trở lại hình dạng bình thường khi rời khỏi mặt đường. Nhìn lốp xe từ trên cao cho thấy sự biến dạng bên của miếng vá tiếp xúc với mặt đường làm cho hướng di chuyển của lốp xe khác với hướng mà lốp xe đang đối mặt.
Sự phân kỳ này được gọi là góc trượt. Như các đường cong cho các hệ số của lực phanh và lực bên được minh họa, phạm vi điều khiển ABS phải được mở rộng ra ngoài góc trượt của phanh a = 2 ° khi gặp phải góc trượt lớn hơn a = 10 ° (nghĩa là với lực bên cao do đến tốc độ gia tốc bên cao của xe). Khi lực phanh lớn nhất được áp dụng trong khi xe đang vào cua ở tốc độ cao của gia tốc ngang, ABS sẽ phản ứng bằng cách kết hợp phản ứng chủ động nhanh với (ví dụ) độ trượt phanh ban đầu là 10%.
Tại a = 10 °, hệ số lực phanh ban đầu được giới hạn thành hệ số lực phanh là 0,35, trong khi hệ số lực bên với 0,80 vẫn gần đạt mức cực đại. Khi xe tiếp tục phanh trong khúc cua, tốc độ trượt cho phép của ABS tăng tỷ lệ nghịch với tốc độ vào cua và gia tốc ngang, hệ số lực bên thấp hơn do giảm gia tốc bên đi kèm với mức giảm tốc cao hơn. Do đó, khi phanh được áp dụng trong quá trình vào cua, lực phanh tăng mạnh đến mức tổng quãng đường phanh chỉ dài hơn một chút so với phanh tuyến tính trong điều kiện tương đương.
