Nghiên cứu động học và động lực học xe hyundai santafe 2012 đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN .i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 MỞ ĐẦU 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Giới hạn đề tài 1.1.3 Mục tiêu đề tài .2 1.1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.1.5 Đối tượng nghiên cứu .3 1.1.6 Ký hiệu đơn vị đo 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE HYUNDAI SANTAFE 2012 1.2.1 Giới thiệu chung xe Hyundai Santafe 2012 1.2.2 Hình dáng, thơng số kỹ thuật xe Hyundai Santafe 2012 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI ĐỘNG CƠ 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI ĐỘNG CƠ 2.1.1 Giới thiệu đường đặc tính ngồi động 2.1.2 Đối với động xăng 2.1.3 Phân tích đồ thị đặc tính ngồi 2.2 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI CỦA ĐỘNG CƠ XE HYUNDAI SANTAFE 2012 CHƯƠNG TÍNH TỐN KIỂM TRA CÂN BẰNG LỰC KÉO, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE 12 iii 3.1 XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE 12 3.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm phương pháp cân 12 3.1.2 Xác định trọng tâm ô tô phương pháp lý thuyết .14 3.1.3 Xác định trọng tâm ô tô phương pháp kinh nghiệm 16 3.2 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN XE TRONG TRƯỜNG HỢP CHUYỂN ĐỘNG TỔNG QUÁT .17 3.2.1 Lực kéo tiếp tuyến Fk[N] 18 3.2.2 Lực cản lăn Ff [N] 18 3.2.3 Mômen cản lăn Mf [N.m] .19 3.2.4 Lực cản lên dốc Fi [N] 19 3.2.5 Lực cản khơng khí Fω [N] 20 3.2.6 Lực cản quán tính FJ [N] 21 3.3 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO 23 3.3.1 Cân lực kéo ô tô .23 3.3.2 Tính tốn thơng số cho đồ thị cân lực kéo 24 3.4 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 35 3.4.1 Phương trình cân công suất 35 3.4.2 Phương pháp xây dựng đồ thị 35 3.5 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC 43 3.5.1 Đặc tính động lực học tơ .43 3.5.2 Phương pháp xây dựng đồ thị 43 3.5.3 Xác định vận tốc lớn ô tô 48 3.5.4 Xác định độ dốc lớn mà xe vượt qua .48 3.5.5 Xác định tăng tốc ô tô 49 3.5.6 Xác định thời gian tăng tốc ôtô 52 3.5.7 Xác định quãng đường tăng tốc ôtô 56 CHƯƠNG TÍNH TỐN KIỂM TRA TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE 60 4.1 TÍNH ỔN ĐỊNH DỌC CỦA XE 60 iv 4.1.1 Tính ổn định dọc tĩnh .60 4.1.2 Tính ổn định dọc động 63 4.2 TÍNH ỔN ĐỊNH NGANG CỦA XE .72 4.2.1 Tính ổn định xe chuyển động thẳng đường nghiên ngang 72 4.2.2 Tính ổn định xe chuyển động quay vòng 76 CHƯƠNG TÍNH TỐN KIỂM TRA QUAY VÒNG CỦA XE .88 5.1 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VỊNG CỦA Ơ TƠ 88 5.1.1 Động học quay vịng của xe Hyundai Santafe 88 5.1.2 Động lực học quay vòng xe Hyundai Santafe 93 5.2 KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ĐỂ XE QUAY VÒNG ỔN ĐỊNH TRÊN CÁC LOẠI ĐƯỜNG KHÁC NHAU .97 5.2.1 Trường hợp xe quay vịng đường nhựa bê tơng khô ( chọn φy = 0,9) 97 5.2.2 Trường hợp xe quay vịng đường nhựa bê tơng ướt ( chọn φy = 0,55) 99 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 102 6.1 KẾT LUẬN 102 6.2 ĐỀ NGHỊ .103 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Xe Hyundai Santafe 2012 .4 Hình 1.2: Tuyến hình xe Hyundai Santafe 2012 Hình 2.1: Đường đặc tính động xăng .7 Hình 2.2: Đồ thị đặc tính ngồi động xe Hyundai Santafe .11 Hình 3.1: Xác định tọa độ trọng tâm tô theo chiều dọc .12 Hình 3.2: Xác định tọa độ trọng tâm tô theo chiều cao .13 Hình 3.3: Sơ đồ phân bố khoảng cách theo chiều ngang khối lượng đến cầu trước ô tô đầy tải .15 Hình 3.4: Sơ đồ độ cao trọng tâm phận xe 15 Hình 3.5: Sơ đồ lực moment tác dụng lên ô tô chuyển động tăng tốc lên dốc .17 Hình 3.6: Đồ thị cân lực kéo theo từng tay số .34 Hình 3.7: Đồ thị cân cơng suất theo từng tay số 42 Hình 3.8: Đồ thị đặc tính động lực học theo từng tay số 48 Hình 3.9: Đồ thị gia tốc tơ 52 Hình 3.10: Đồ thị gia tốc ngược đồ thị thời gian tăng tốc .53 Hình 3.11: Đồ thị gia tốc ngược xe 56 Hình 3.12: Đồ thị quãng đường tăng tốc 57 Hình 3.13: Đồ thị thời gian quãng đường tăng tốc xe chuyển số 59 Hình 4.1: Sơ đồ lực moment tác dụng lên ô tô đứng yên quay đầu lên dốc 60 Hình 4.2: Sơ đồ lực moment tác dụng lên ô tô đứng yên quay đầu xuống dốc 61 Hình 4.3: Sơ đồ lực momen tác dụng lên ô tô chuyển động lên dốc 63 Hình 4.4: Sơ đồ xe chuyển động ổn định lên dốc khơng kéo móc .64 Hình 4.5: Đồ thị thể tính trượt lật đổ ô tô chuyển động lên dốc 66 Hình 4.6: Đồ thị thể tính lật đổ ô tô chuyển động xuống dốc 67 Hình 4.7: Xe chuyển động ổn định với vận tốc cao đường nằm ngang 69 Hình 4.8: Đồ thị thể tính lật đổ ô tô chuyển động thẳng với vận tốc cao 71 Hình 4.9: Xe chuyển động thẳng đường nghiêng ngang .72 vi Hình 4.10: Đồ thị thể tính trượt lật đổ ô tô chuyển động thẳng đường nghiêng ngang .75 Hình 4.11: Sơ đồ momen lực tác dụng lên ô tơ quay vịng đường nghiêng ngang .77 Hình 4.12: Đồ thị thể vận tốc nguy hiểm ô tô trượt lật đổ quay vòng đường nghiêng ngang 80 Hình 4.13: Đồ thị thể vận tốc nguy hiểm tơ quay vịng đường nghiêng ngang vào 81 Hình 4.14: Đồ thị thể vận tốc nguy hiểm ô tô trượt lật đổ quay vòng đường nghiêng ngang vào 83 Hình 4.15: Sơ đồ momen lực tác dụng lên ô tô quay vòng đường nằm ngang 84 Hình 4.16: Đồ thị thể vận tốc trượt lật đổ nguy hiểm tơ quay vịng đường nằm ngang 86 Hình 5.1: Sơ đồ động học quay vòng xe Hyundai Santafe bỏ qua biến dạng ngang .88 Hình 5.2: Đồ thị lý thuyết thực tế mối quan hệ giữa góc quay vịng hai bánh xe dẫn hướng 89 Hình 5.3: Sơ đồ động học quay vịng xe Hyundai Santafe có hai bánh dẫn hướng phía trước 90 Hình 5.4: Đồ thị gia tốc quay vịng tơ 93 Hình 5.5: Sơ đồ động lực học quay vòng xe Hyundai Santafe có hai bánh dẫn hướng phía trước 94 Hình 5.6: Đồ thị thể lực qn tính theo tốc độ quay vịng 96 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: ký hiệu đơn vị đo .3 Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật xe Hyundai Santafe 2012 Bảng 2.1: Bảng giá trị công suất momen động theo số vịng quay trục khuỷu 10 Bảng 3.1: Thơng số khoảng cách thành phần khối lượng chi tiết xe đến cầu trước 16 Bảng 3.2: Hệ số cản diện tích cản khơng khí 21 Bảng 3.3: Bảng giá trị vận tốc v lực kéo Fk từng tay số 1, 2, 25 Bảng 3.4: Bảng giá trị vận tốc v lực kéo Fk từng tay số 4, 5, 26 Bảng 3.5: Bảng giá trị hệ số cản lăn ứng với từng loại đường .27 Bảng 3.6: Bảng giá trị hệ số cản f lăn ứng với tốc độ v1, v2, v3 27 Bảng 3.7: Bảng giá trị hệ số cản lăn f ứng với tốc độ v4, v5, v6 28 Bảng 3.8: Bảng giá trị lực cản lăn Ff ứng với tốc độ v1, v2, v3 28 Bảng 3.9: Bảng giá trị lực cản lăn Ff ứng với tốc độ v4, v5, v6 .29 Bảng 3.10: Bảng giá trị lực cản khơng khí Fω theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 30 Bảng 3.11: Bảng giá trị lực cản khơng khí Fω theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 30 Bảng 3.12: Bảng giá trị lực cản tổng cộng FΨ theo từng tốc độ v1,v2, v3 31 Bảng 3.13: Bảng giá trị lực cản tổng cộng FΨ theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 32 Bảng 3.14: Bảng giá trị lực bám Fφ theo từng tốc độ 32 Bảng 3.15: Bảng giá trị PK Pe theo từng tốc độ v1, v2 36 Bảng 3.16: Bảng giá trị PK Pe theo từng tốc độ v3, v4 37 Bảng 3.17: Bảng giá trị PK Pe theo từng tốc độ v5, v6 37 Bảng 3.18: Bảng giá trị Pf theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 38 Bảng 3.19: Bảng giá trị Pf theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 38 Bảng 3.20: Bảng giá trị Pω theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 39 Bảng 3.21: Bảng giá trị Pω theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 40 Bảng 3.22: Bảng giá trị Pψ theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 40 viii Bảng 3.23: Bảng giá trị Pψ theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 41 Bảng 3.24: Bảng giá trị động lực học D theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 44 Bảng 3.25: Bảng giá trị động lực học D theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 44 Bảng 3.26: Bảng giá trị f theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 45 Bảng 3.27: Bảng giá trị f theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 45 Bảng 3.28: Bảng giá trị Dφ theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 46 Bảng 3.29: Bảng giá trị Dφ theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 47 Bảng 3.30: Bảng giá trị góc dốc theo từng tay số đạt .49 Bảng 3.31: Bảng giá trị δi theo từng tay số 50 Bảng 3.32: Bảng giá trị j theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 50 Bảng 3.33: Bảng giá trị j theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 51 Bảng 3.34: Bảng giá trị gia tốc ngược theo từng tốc độ v1,v2, v3 54 Bảng 3.35: Bảng giá trị gia tốc ngược theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 55 Bảng 3.36: Bảng độ giảm vận tốc xe sang số 56 Bảng 3.37: Bảng thời gian quãng đường tăng tốc xe chuyển số 57 Bảng 4.1: Bảng giá trị phản lực, lực kéo, lực bám theo góc dốc xe chuyển động lên xuống dốc 65 Bảng 4.2: Bảng giá trị phản lực theo vận tốc lật đổ xe chuyển động đương thẳng với vận tốc lớn 69 Bảng 4.3: Bảng giá trị phản lực lực bám theo góc dốc xe chuyển động thẳng đường ngang .74 Bảng 4.4: Bảng giá trị vận tốc giới hạn quay vịng với góc nghiêng ngang ngồi 79 Bảng 4.5: Bảng giá trị vận tốc giới hạn quay vòng với góc nghiêng ngang vào 82 Bảng 4.6: Bảng giá trị vận tốc giới hạn quay vịng theo bán kính quay vòng đường nằm ngang .85 Bảng 5.1: Bảng giá trị gia tốc tiếp tuyến hướng tâm theo vận tốc quay vòng 92 Bảng 5.2: Bảng giá trị lực quán tính theo tốc độ quay vòng 96 ix Bảng 5.3: Bảng giá trị hệ số bám ngang vận tốc nguy hiểm xe trượt ngang từng loại đường 101 x CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 MỞ ĐẦU 1.1.1 Đặt vấn đề Ngay từ đời, tơ đóng vai trị quan trọng sống người trở thành phương tiện vận chuyển hành khách hàng hố cho ngành kinh tế khác, đồng thời trở thành phương tiện giao thơng tư nhân nước có kinh tế phát triển Ngay nước ta số ô tô cũng phát triển với tăng trưởng kinh tế, mật độ xe đường ngày cao Từ đến ngành cơng nghiệp tơ không ngừng phát triển số lượng cũng chất lượng nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao khắt khe người sử dụng Ngành công nghiệp tơ đóng vai trị quan trọng tăng trưởng kinh tế quốc gia, đặc biệt số nước phát triển chọn ngành công nghiệp ô tô ngành mũi nhọn Đất nước ta q trình cơng nghiệp hóa đại hóa mạnh mẽ, ngành cơng nghiệp tơ Việt Nam đời non trẻ dừng lại quy mô lắp ráp, sửa chữa, chế tạo số chi tiết nhỏ với tỷ lệ nội địa hóa tăng dần theo thời gian tương lai hứa hẹn có nhiều khởi sắc Hiện loại xe khai thác sử dụng nước bao gồm nhập từ nước phần lắp ráp nước, loại xe có thơng số kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu Việt Nam Do đặc thù khí hậu nước ta nhiệt đới gió mùa ẩm, địa hình nhiều đồi núi, độ ẩm cao nên nhìn chung điều kiện khai thác tương đối khắc nghiệt Chính việc tìm hiểu, đánh giá kiểm nghiệm tính động học động lực học tô việc cần thiết để đảm bảo khai thác sử dụng xe có hiệu cao góp phần nâng cao tuổi thọ xe cũng tính kinh tế Từ những yêu cầu đó, hướng dẫn giúp đỡ thầy Msc Đặng Qúy , sau thời gian học tập chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật tơ khoa Cơ khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM chúng em lựa chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE HYUNDAI SANTAFE 2012.” Nhằm muốn tìm hiểu sâu kiến thức việc đánh giá tính tốn khả động học động lực học ô tô du lịch 1.1.2 Giới hạn đề tài Tính chất động học động lực học ô tô chuyển động những tính chất quan trọng, thể qua đặc tính động lực học, lực kéo, cơng suất kéo, lực cản, nhân tố động lực học, thời gian quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, chuyển động điều kiện mặt đường khác tác động điều kiện tăng giảm ga, quay vịng phanh Tính chất động lực học ô tô ảnh hưởng đến khả khởi hành tăng tốc ô tô, vận tốc trung bình, suất giá thành vận chuyển, độ êm dịu tính an tồn chuyển động Việc tính tốn xác tiêu đánh giá tính động lực học tơ vấn đề khó thực Phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có yếu tố ngẫu nhiên Vậy nên đề tài tập trung nghiên cứu tính tốn, xây dựng đường đặc tính ngồi động cơ, khảo sát cân lực kéo, cân cơng suất đặc tính động lực học, tính tốn tính ổn định xe, tính tốn kiểm tra quay vịng oto du lịch khơng kéo rơ móc 1.1.3 Mục tiêu đề tài - Nêu khái niệm đặc tính cơng suất động dùng ô tô - Áp dụng công thức S.R.Lây Đécman để xây dựng đường đặc tính ngồi động - Trình bày phương trình cân lực kéo, phương trình cân cơng suất, đặc tính động lực học ô tô đồ thị tương ứng - Trình bày đặc tính tăng tốc tơ - Xác định góc dốc giới hạn mà ô tô bị lật đổ, bị trượt điều kiện chuyển động khác mặt đường - Khảo sát động học động lực học quay vịng tơ - Khảo sát tính ổn định xe quay vịng xét theo điều kiện trượt ngang - Khảo sát điều kiện để xe quay vòng ổn định loại đường khác Qua mục tiêu đạt bên để đưa kết luận đặc tích động học động lực học xe Hyundai Santa Fe 2012 cho từng điều kiện chuyển động cũng yếu tố ảnh hưởng đến ổn định chuyển động xe Để tiện so sánh sai khác mối quan hệ lý thuyết thực tế giữa góc α1 α2 , hình 5.2 ta dựng thêm đường cong biểu thị mối quan hệ thực tế giữa góc α1 α2 : α1 = f(α2 ) Độ sai lệch giữa góc quay vịng thực tế lý thuyết cho phép lớn không vượt 1,5° Hình 5.3: Sơ đồ động học quay vịng xe Hyundai Santafe có hai bánh dẫn hướng phía trước Trong phần sẽ xác định thông số động học ô tô quay vịng theo sơ đồ hình 5.3 Ở sơ đồ này, ý nghĩa ký hiệu sau: - R: Bán kính quay vịng xe - : Góc quay vịng bánh xe dẫn hướng - T: Trọng tâm xe - v: Vận tốc chuyển động tâm cầu sau - : Bán kính quay vịng trọng tâm T - : Vận tốc góc xe quay vòng quanh điểm O 90 - : Gia tốc góc xe quay vịng quanh điểm O - : Góc tạo OT OF (F tâm cầu sau) - jh : Gia tốc hướng tâm trọng tâm T - jt : Gia tốc tiếp tuyến trọng tâm T - jx : Gia tốc hướng theo trục dọc xe trọng tâm T - jy : Gia tốc hướng theo trục ngang xe trọng tâm T Xét trường hợp xe quay vòng với vận tốc chuyển động v = m/s Từ hình 5.3 ta tính bán kính quay vịng R xe Bán kính quay vịng khoảng cách từ tâm quay vòng đến trục dọc xe: 𝑅= L tgα (5.2) Với R = 5,5 (m) bán kính quay vịng tối thiểu xe (cho trước thông số kỹ thuật) tgα = L R 2,7 = 0,49 => α = 26° 5,5 = Vận tốc góc xe quay vịng  tính: ω = v v = tgα = tg(26°) = 0,903 (rad/s) R L 2,7 (5.3) Gia tốc góc xe quay vịng  xác định:  = dω tgα dv v dα = + dt L dt L cos α dt (5.4) Từ sơ đồ hình 5.3, ta có: cosα = R (5.5) √L2 + R2 => cosα = 5,5 √2,72 + 5,52 = 0,898 Thay giá trị (5.5) (5.2) vào (5.4), ta có: dv v (L2 + R2 ) dα ]  = [ + R dt L R dt (5.6) Hai thành phần gia tốc trọng tâm T xe quay vòng jx jy xác định sau: 91 Như ta biết: jh = ω2.ρ j𝑡 = ε.ρ ; (5.7) Chiếu jh jt lên trục dọc trục ngang xe, sau tổng hợp vectơ gia tốc thành phần lại, ta có : jx = jt cosβ – jh sinβ = ε.ρ.cosβ – ω2.ρ.sinβ (5.8) jy = jt sinβ + jh cosβ = ε.ρ.sinβ + ω2.ρ.cosβ (5.9) Mặt khác theo hình 5.3 ta lại có: ρ.cosβ = R ρ.sinβ = b ; (5.10) Thay (5.7), (5.6) (5.10) vào (5.8) (5.9) ta nhận được: dv v (L2 + R2 ) dα v b jx = + – dt L R dt R (5.11) dv v (L2 + R2 ) dα b v2 ] + jy = [ + dt L R dt R R (5.12) dv Trong trường hợp ô tô chuyển động ( dt = 0) theo quỹ đạo đường trịn dα góc quay vịng bánh xe dẫn hướng sẽ khơng đổi α = const ( dt = 0) Xét trường hợp xe chạy với vận tốc v = (m/s) bán kính quay vịng R = 5,5 (m), nên ta có: jx = – jy = v2 b R2min v2 Rmin = =– 52 5,5 1,486 5,5 =–1,23 (𝑚/s2 ) = 4,55 (m/s2 ) Ô tơ quay vịng dải vận tốc cho phép từ (km/h) đến 35 (km/h), ta có bảng sau Bảng 5.1: Bảng giá trị gia tốc tiếp tuyến hướng tâm theo vận tốc quay vòng v (km/h) v (m/s) jx(m/s²) jy(m/s²) 1.388889 -0.091827 0.3507295 10 2.777778 -0.379043 1.4029181 15 4.166667 -0.852847 3.1565657 20 5.555556 -1.516172 5.6116723 92 v (km/h) v (m/s) jx(m/s²) jy(m/s²) 25 6.944444 -2.369018 8.7682379 30 8.333333 -3.411386 12.626263 35 9.722222 -4.643276 17.185746 Hình 5.4: Đồ thị gia tốc quay vịng tơ 5.1.2 Động lực học quay vòng xe Hyundai Santafe Ở phần ta nghiêng cứu động học quay vịng tô chưa kể đến ảnh hưởng độ đàn hồi ngang lốp Trong thực tế sử dụng, độ đàn hồi ngang lốp ảnh hưởng đến tính quay vịng độ an tồn chuyển động tơ Chúng ta sẽ xét động lực học quay vịng tô bỏ qua biến dạng ngang bánh xe theo sơ đồ hình 5.5 Trước hết xét trường hợp: Xe có cầu trước chủ động, quay vịng đường có độ dốc (α ≠ 0) vận tốc khơng phải số (j ≠ 0) 93 Hình 5.5: Sơ đồ động lực học quay vòng xe Hyundai Santafe có hai bánh dẫn hướng phía trước Ý nghĩa ký hiệu hình 5.5 sau: - Fjl : Lực quán tính ly tâm tác dụng trọng tâm T xe - Fjlx , Fjly : Hai thành phần lực Fjl theo trục dọc trục ngang xe - Ybi : Các phản lực ngang tác dụng bánh xe - Fki : Các lực kéo bánh xe - Ffi : Các lực cản lăn - Fi : Lực cản lên dốc - Fω : Lực cản khơng khí - Fj : Lực cản quán tính - J𝑧 ε: Mơmen qn tính tác dụng lên xe xung quanh trục đứng Tz Để xe quay vòng ổn định xe không bị trượt khỏi quỹ đạo cong đường điều kiện cần đủ là: Tổng tất lực tác dụng lên xe theo chiều trục Tx chiều trục Ty phải không , đồng thời tổng mômen tác dụng lên xe xung quanh trục đứng Tz qua trọng tâm xe phải không Tức là: Phương trình cân lực theo chiều trục TX : 94 ∑ Xi = (5.13) Phương trình cân lực theo chiều trục TY : ∑ Yi = (5.14) Phương trình cân mômen xung quanh trục thẳng đứng TZ : ∑ Miz = (5.15) Dựa vào lực mômen tác dụng lên xe hình 5.5, sẽ viết dạng khai triển phương trình (5.13); (5.14); (5.15) Khi xe quay vịng, lực qn tính ly tâm lực chủ yếu làm cho xe chuyển động không ổn định nguyên nhân gây nên nghiêng ngang thùng xe làm lật đổ xe Bởi vậy, sẽ tính cụ thể độ lớn nó: 2 Fjl = √Fjlx + Fjly Fjlx = m jx = Fjly (5.16) G dv v (L2 + R2 ) dα v b [ + − ] g dt L R dt R (5.17) G dv v (L2 + R2 ) dα {[ + ] b + v2 } = m jy = g R dt L R dt dv Trong trường hợp ô tô chuyển động ( dt (5.18) = 0) theo quỹ đạo đường trịn dα góc quay vịng bánh xe dẫn hướng sẽ không đổi α = const ( dt = 0) Xét trường hợp xe chạy với vận tốc v = (m/s) bán kính quay vịng R = 5.5 (m), nên ta có: Fjlx = – Fjly G b v 19970.1,486 52 = – = – 2452,5 (N) 10 5,52 g R2min G v 19970 52 = = = 9077,3 (N) g R 10.5,5 Fjl = √(– 2452,5)2 + (9077,3)2 = 9402,8 (N) Ơ tơ quay vịng dải vận tốc cho phép từ (km/h) đến 35 (km/h), ta có bảng sau: Bảng giá trị Fjlx , Fjly , Fjl ứng với từng vân tốc quay vòng giới hạn khác 95 Bảng 5.2: Bảng giá trị lực quán tính theo tốc độ quay vịng v v (m/s) Fjlx (N) Fjly(N) Fjl(N) 1.388889 -189.2372 700.40685 724.014985 10 2.777778 -756.9489 2801.6274 2902.083 15 4.166667 -1703.1350 6303.6616 6529.6875 20 5.555556 -3027.7956 11206.51 11608.334 25 6.944444 -4730.9293 17510.171 18138.02 30 8.333333 -6812.5385 25214.646 26118.749 35 9.722222 -9272.6221 34319.935 35550.52 (km/h) Hình 5.6: Đồ thị thể lực quán tính theo tốc độ quay vòng Nhận xét : - Như xe quay vòng lực Fjl phụ thuộc vào : khối lượng xe, bán kính quay vịng tốc chuyển động xe Để giảm Fjl , phải giảm vận tốc 96 xe giảm khối lượng (không chở tải ), đồng thời phải tăng bán kính quay vịng xe - Trong hai thành phần Fjl , thành phần lực ngang Fjly lực chủ yếu làm cho xe chuyển động không ổn định , nguyên nhân dẫn đến lật thùng xe làm cho xe có nguy lật đổ hồn tồn Bởi phải giảm tối đa giá trị Fjly oto quay vòng 5.2 KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ĐỂ XE QUAY VÒNG ỔN ĐỊNH TRÊN CÁC LOẠI ĐƯỜNG KHÁC NHAU Trên quang điểm động lực học :Để xe quay vòng ổn định (khơng xảy trượt ngang) phải thỏa mảng phương trình cân lực theo phương ngang Trên sở phương trình cân lực theo phương ngang, xát định vận tốc nguy hiểm mà thời điểm xe bắt đầu xảy tượng trượt ngang 5.2.1 Trường hợp xe quay vòng đường nhựa bê tông khô ( chọn 𝛗𝐲 = 𝟎, 𝟗) Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang: Theo hình 5.5: ′′ ′ Fjly1 = Yb1 cos(α1 ) + Yb1 cos(α2 ) (5.19) Vì góc α1 α2 quay vịng nhỏ nên α1 = α2 ≈ cos(α1 ) = cos(α2 ) = ′ ′′ Fjly1 = Yb1 + Yb1 = φy Z1 Ta có: Z1 = G1 = 10993 (N) Trong : - φy : Hệ số bám ngang ( chọn 0,9) - G1 : Trọng lượng phân bố xe lên cầu trước (N) - g: Gia tốc trọng trường (g = 10 m/s2 ) Nên Fjly1 = 0,9.10993= 9894 (N) Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang: ′ ′′ Fjly2 = Yb2 + Yb2 = φy Z2 Ta có: (5.20) Z2 = G2 = 8977 (N) 97 Trong : - G2 : Trọng lượng phân bố xe lên cầu sau (N) Nên Fjly2 = 0,9.8977 = 8079 (N) Để xe quay vịng khơng bị trượt ngang cần thỏa mãn điều kiện: ′ ′′ ′ ′′ Fjly < Yb1 + Yb1 + Yb2 + Yb2 = φy Z Ta có : (5.21) Z = G = m.g = 10.1997 = 19970 (N) Fjly = Fjly1 + Fjly2 = 0,9.19970 = 17973 (N) Nên Từ hình 5.5 ta có : tgβ = cosβ = Fjly Fjl b 1,486 = = 0,27 => β = 15,12° R 5,5 => Fjl = Fjly 17973 = = 18671 (𝑁) cosβ cos(15,12°) Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục ngang : jy = Fjly 17973 = = (m/s²) m 1997 Theo hình 5.5 ta có: sinβ = Fjlx => Fjlx = sinβ Fjl = sin(15,12°) 18671 = 4869 (N) Fjl Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục dọc: jx = Fjlx 4869 = = 2,44 (m/s2 ) m 1997 Vận tốc cực đại vNH xe vào đường vòng đường nhựa bê tơng khơ: Ta có: φy = 0,9 Fjly G vNH √Fjly g R = => vNH = g R G vNH = √ (5.22) Fjly g R 17973.10.5,5 =√ = 7,03(m/s) 19970 19970 Vậy vận nguy hiểm xe quay vịng đường nhựa bê tơng khơ : vNH = 7,03 (m/s) = 25,31 (km/h) 98 5.2.2 Trường hợp xe quay vịng đường nhựa bê tơng ướt ( chọn 𝛗𝐲 = 𝟎, 𝟓𝟓) Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang: Theo hình 5.5: ′′ ′ Fjly1 = Yb1 cos(α1 ) + Yb1 cos(α2 ) Vì góc α1 α2 quay vòng nhỏ nên α1 = α2 ≈ cos(α1 ) = cos(α2 ) = ′ ′′ Fjly1 = Yb1 + Yb1 = φy Z1 Z1 = G1 = 10993 (N) Ta có: Trong : - φy : Hệ số bám ngang ( chọn 0,55) - G1 : Trọng lượng phân bố xe lên cầu trước (N) - g: Gia tốc trọng trường (g = 10 m/s2 ) Fjly1 = 0,55.10993= 6046 (N) Nên Lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang: ′ ′′ Fjly2 = Yb2 + Yb2 = φy Z2 Z2 = G2 = 8977 (N) Ta có Trong : - G2 : Trọng lượng phân bố xe lên cầu sau (N) Nên Fjly2 = 0,55.8977 = 4937 (N) Để xe quay vịng khơng bị trượt ngang cần thỏa mãn điều kiện: ′ ′′ ′ ′′ Fjly < Yb1 + Yb1 + Yb2 + Yb2 = φy Z Ta có : Nên Z = G = m.g = 10.1997 = 19970 (N) Fjly = Fjly1 + Fjly2 = 0,55.19970 = 10984 (N) Từ hình 5.5 ta có : tgβ = cosβ = Fjly Fjl b 1,44 = = 0,26 => β = 15,12° R 5,5 => Fjl = Fjly 10984 = = 11378 (𝑁) cosβ cos(15,12°) 99 Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục ngang : jy = Fj1y 10984 = = 5,5 (m/s2) m 1997 Theo hình 5.4 ta có: sinβ = Fjlx => Fjlx = sinβ Fjl = sin(15,12°) 11378 = 2968 (N) Fjl Gia tốc trọng tâm T xe hướng theo chiều trục dọc: jx = Fjlx 2968 = = 1,49 (m/s2 ) m 1997 Vận tốc cực đại vmax xe vào đường vòng đường nhựa bê tơng khơ: Ta có: φy = 0,55 Fjly vNH = √ G vNH √Fjly g R = => VNH = g R G Fjly g R 10984.10.5,5 =√ = 5,5(m/s) 19970 19970 Vậy vận tốc nguy hiểm xe quay vịng đường nhựa bê tơng khơ : v = 5,5 (m/s) = 19,8 (km/h) Tương tự cách tính tốn loại đường nhựa bê tơng ta tính vận tốc nguy hiểm vNH xe đường vòng loại đường khác ứng ới từng hệ số φy khác nhau: Đường đất khô : φy = 0,7 Đường đất ướt : φy = 0,5 Đường cát khô : φy = 0,4 Đường cát ướt : φy = 0,6 Tóm lại : Để xe chuyển động quay vịng khơng bị trượt ngang ứng với loại đường khác tài xế chạy với tốc độ tối đa cho phép vmax (km/h) < vNH (vận tốc nguy hiểm ), để đảm bảo an tồn cho xe khơng bị trượt ngang Tương ứng với loại đường ta tính vận tốcnguy hiểm vNH (km/h) xe quay vòng sau: 100 Bảng 5.3: Bảng giá trị hệ số bám ngang vận tốc nguy hiểm xe trượt ngang từng loại đường Loại đường Hệ số bám 𝐯𝐍𝐇 (km/h) 𝛗𝐲 Nhựa bê tông khô 0,9 25,31 Nhựa bê tông ướt 0,55 19,8 Đất khô 0,7 22,32 Đất ướt 0,5 18,72 cát khô 0,4 16,88 cát ướt 0,8 23,87 101 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 KẾT LUẬN Qua nhiều tuần tìm hiểu, tính tốn làm việc với dẫn tận tình, chu đáo thầy GVC.MSc.Đặng Quý, chúng em tìm hiểu tính động học, động lực học ô tô Hyundai Santafe 2012, biết đặc tính cũng thông số kỹ thuật làm sở cho việc sử dụng có hiểu vào q trình tính tốn, khảo sát chuyển động ô tô loại đường điều kiện chuyển động khác Chúng em xây dựng sở lý thuyết tính tơ như: đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, lực cản công suất chúng Xây dựng đồ thị đường đặc tính ngồi, đồ thị cân lực kéo, cần cơng suất, đặc tính động lực học xe Hyundai Santafe 2012 Từ xác định vận tốc cực đại, momen cực đại, công suất cực đại xe có phù hợp với vận tốc, momen, cơng suất mà nhà sản xuất đưa hay không Đánh giá tính leo dốc khả lựa tay số cho phù hợp, từ đưa chế độ sử dụng hợp lý cho tơ Qua cũng xác định góc dốc giới hạn, vận tốc giới hạn mà tơ bị lật đổ hay bị trượt điều kiện chuyển động khác Từ đánh giá tính ổn định tô phù hợp với điều kiện đường Việt Nam (thông qua hệ số bám) Đảm bảo ô tô chạy tốt loại đường Việt Nam (đường dốc hay phẳng) ô tô chuyển động thẳng, đứng yên quay vòng theo điều kiện lật đổ hay trượt ngang Xác định động học động lực học quay vịng tơ để đánh giá quay vịng tơ ổn định Xây dựng chương trình tính tốn xử lý số liệu tính động học động lực học xe Hyundai Santafe phần mềm Matlap R2015a 102 6.2 ĐỀ NGHỊ Do việc nghiên cứu tính chất động học động lực học xe Hyundai Santafe 2012 chúng em phương diện lý thuyết Vì cần phải kiểm nghiệm phương pháp thực nghiệm Do kiến thức thời gian chúng em hạn chế nên chưa sâu vào vấn đề bên trong, giải số vấn đề đơn giản Vì vậy, có thời gian hội thầy giúp đỡ, chúng em sẽ tiếp tục nghiên cứu mở rộng sang ảnh hưởng khác như: Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, nghiên cứu xác để việc sử dụng vận hành đảm bảo tốt hơn, an tồn hơn,… chúng em sẽ mở rộng sang nghiên cứu mô ổn định động học Hyundai Santafe 2012 quay vòng phần mềm Matlap-Simulink +Carsim 103 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] MSc Đặng Qúy, Giáo trình Lý thuyết tô (chương 2, 3, 4, 5, 7), Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, 2000 [2] Nguyễn Hữu Cần, Giáo trình Lý thuyết tơ máy kéo ( trang 114 - 122), Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 1996 [3] Vehicle Dynamics Theory and Application - Nezan Jazar (trang 41-44) (https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive) [4] Xác định tọa độ trọng tâm oto (https://docs.google.com/document/d/1J_a3iJVIdCxmrPXw1L0HkJmWRnXipQ6t/ edit) [5] Hyundai Santafe 2006-2012 Workshop Service and Repair Manual (https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive ) [6] Matlap toàn tập (https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive) [7] https://www.wikiwand.com/en/Hyundai_Theta_engine#/G4KJ [8]https://www.auto123.com/en/new-cars/technical-specs/hyundai/santafe/2012/fwd/24-gl/ 104 ... động học động lực học ô tô du lịch 1.1.2 Giới hạn đề tài Tính chất động học động lực học ô tô chuyển động những tính chất quan trọng, thể qua đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, lực. .. Hyundai Santafe 2012 1.2.2.1 Hình dáng Hình 1.2: Tuyến hình xe Hyundai Santafe 2012 1.2.2.2 Thơng số kỹ thuật xe Hyundai Santafe 2012 Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật xe Hyundai Santafe 2012 Tên thông... Cơ khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM chúng em lựa chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE HYUNDAI SANTAFE 2012. ” Nhằm muốn tìm hiểu sâu kiến thức việc đánh giá