THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ
Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn
a) Thông số theo thiết kế phác thảo:
– Loại động cơ: động cơ xăng, 4 xylanh thẳng hàng; dual VVT-i
– Dung tích công tác: V c = 2694 (cc)
– Công suất tối đa: P max = 164 (mã lực) = 122 (kW)
– Mômen xoắn tối đa: M max = 245 (N.m)
– Vận tốc lớn nhất: v max = 170 (km/h) = 47.22 (m/s)
+ Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động
+ Hộp số tự động 6 cấp. b) Thông số chọn:
– Trọng lượng bản thân: 1865 kg
– Trọng lượng hành khách: 60 kg/người
– Trọng lượng hành lí: 20 kg/người
– Hiệu suất truyền lực: η tl =0,9
– Hệ số cản không khí: K=0,25
– Hệ số cản lăn khi V 65: t ỷl ệ H
{ 17 : Đườ ngk í nh trongcủal ố p (inc h) B
Bán kính thiết kế của bánh xe: r 0 = 172,25 + 17
Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe: r b = r k = λ.r 0 với λ: Hệ số kể đến biến dạng lốp (λ=0,93 ÷ 0,95)
Chọn lốp có áp suất cao λ = 0,94
- Diện tích cản chính diện:
TÍNH TOÁN SỨC KÉO
Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong thể hiện mối quan hệ giữa công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay của trục khuỷu Những đường đặc tính này đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích hiệu suất của động cơ.
+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : g e = f(n e )
với động cơ xăng không hạn chế tốc độ có (λ = 1,1 ÷ 1,2) n N
Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ xăng)
+ Động cơ xăng : a = b = c =1 ( a, b, c là các hệ số thực nghiệm)
+ N ev = ƞ tl [ G f v max + K F ( v max ) ] (CT 3-5 , tr 102)
G = 2425 (kG) #789,25 (N) v max = 47,22 ( m/s ) > 22 ( m/s ) Vậy hệ số cản lăn f được tính: f =f 0 ∗ ( 1+ V 1500 max2 ) = f =0,015∗ ( 1+ 47,221500 2 ) = 0,037
K – hệ số cản khí động học ( chọn K = 0,25) F: diện tích cản chính diện :
Hiệu suất truyền lực: ƞ tl = 0,9 (tr 15)
Hệ số cản tổng cộng của đường: ψ max = 0,4.
- Vậy công suất động cơ của theo điều kiện cản chuyển động:
- Công suất cực đại của động cơ:
- Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:
+ Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức ledeman)
(1) → N e = (N e ) max [ a λ+ b λ 2 −c λ 3 ] (kW) Trong đó : - N e max và n N – công suất cực đại của động cơ và số vòng quay tương ứng
- N e và n e : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính
+ Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay n e khác nhau :
- Các thông số n N ; N e ; M e đã có công thức tính
- Kết quả tính được ghi ở bảng:
9 Tính toán sức kéo ô tô
Bảng 1:Bảng thể hiện mômen và công suất động cơ λ ne (v/f) Me (N.m) Ne (kW)
Sau khi tính toán và xử lí số liệu ta xây dựng được đường đặc tính ngoài với Công suất N e (kW) và Mômen xoắn M e (N.m):
Tuyển Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ
Hình 1 Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Trị số M e max xác định theo công thức Laydecman như sau :
Xuất phát từ công thức
Trị số công suất N emax chỉ phản ánh công suất động cơ cần thiết để vượt qua các lực cản khi di chuyển Để lựa chọn động cơ phù hợp cho ô tô, cần phải tính toán thêm phần công suất cần thiết để khắc phục các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành.
11 Tính toán sức kéo ô tô phục các lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí … Vì vật phải chọn công suất lớn nhất là :
Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực : i tl = i 0 i h i c i p
Trong đó : + i tl – tỷ số truyền của HTTL + i 0 – tỷ số truyền của truyền lực chính
+ i h – tỷ số truyền của hộp số
+ i c – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng
+ i p – tỷ số truyền của hộp số phụ
2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính.
- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số.
+ n e max – số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất + v max = 170 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtô
+ i hc = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số + i pc = 1– tỷ số truyền của hộp phân phối chính
2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số. a Tỷ số truyền của tay số 1.
Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định nhằm khắc phục lực cản lớn nhất của mặt đường, đảm bảo bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động.
– Theo điều kiện chuyển động, ta có:
P k max – lực kéo lớn nhất của động cơ
P ψ max – lực cản tổng cộng của đường
P W – lực cản không khí – Khi ôtô chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua lực cản không khí P W
- Mặt khác, P k max còn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường:
Trong đó: + m k – hệ số lại tải trọng (m k =1)
+ G φ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động
+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt)
+ r k – bán kính động học của xe
13 Tính toán sức kéo ô tô
Chọn i h1 = 2,29 b Tỷ số truyền của các tay số trung gian.
–Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’
–Công bội được xác định theo biểu thức: n−1 i q = √ i hn h1 (CT 3-14,tr108)
Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 6)
+ i h1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (i h1 = 2,29)
+ i hn - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (i h6 = 1)
–Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau: i = i h(i−1 ) = i h 1 hi qq i−1
Trong đó: i hi – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i = 1; 2;…; n-1)
–Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:
+ Tỷ số truyền của tay số 2: i h2 i h 1
+ Tỷ số truyền của tay số 3: i h3 i h 1
+ Tỷ số truyền của tay số 4: i h4 i h 1
+ Tỷ số truyền của tay số 5: i h5 = q 5−1 =1,18 4 = 1,18 i h 1 2,29
+ Tỷ số truyền của tay số 6: i h6 = 1 ,00
– Tỷ số truyền của tay số lùi: i hl = 1,2¿i h1 = 1,2¿2,29 = 2,75 (5)Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:
263,96∗4,22∗0,9 –Từ (5) + (6) → i hl = 2,29 c Tỷ số truyền của các tay số
Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:
Xây dựng đồ thị
2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô
- Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:
P k = P f + P i + P j + P w (CT 1-46,tr49) Trong đó: + P k – lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động
+ P f – lực cản lăn P f = G.f.cos α = G.f (do α = 0)
+ P i – lực cản lên dốc P i = G = 0 (do α
+ P j – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định) P j = G g δ j j
15 Tính toán sức kéo ô tô
- Vận tốc ứng với mỗi tay số
(b) Lập bảng tính P k theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền
Ne(kW Me(N.m ne(v/f) Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5 Tay số 6
V1 Pk1 V2 Pk2 V3 Pk3 V4 Pk4 V5 Pk5 V6 Pk6
Bảng 2.Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số
Phương trình cân bằng lực cản P c
P c = P f + P w Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió
- Lập bảng tính Pc, P φ vận tốc m/s 0.00 20.55 24.26 28.63 33.79 39.88 47.07
Bảng 3 Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số
Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
+ m k2 – hệ số phân bố lại tải trọng ở cầu sau( cầu sau chủ động m k 2
+ G φ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động.
+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8)
Dựng đồ thị P k =f(v) và P φ =f(v): Đồ thị cân bằng lực kéo
Hình 2 Đồ thị cân bằng lực kéo
Trục tung biểu diễn P k , P f , P w Trục hoành biểu diễn v (m/s)
Dạng đồ thị lực kéo của ôtô P ki = f(v) tương tự dạng đường cong M e = f(n e ) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.
17 Tính toán sức kéo ô tô
Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo P ki và đường cong tổng lực cản là lực kéo dư (P kd ) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc.
Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
2.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô
–Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động:
– Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác định theo công thức:
N ki = N e ŋ tl ( vớiv i =0,105 i 0 r i k hi n i e pc ) (tr 57)
–Lập bảng và tính toán các giá trị N ki và v i tương ứng: ne(v/f) Ne(kW) V1 V2 V3 V4 V5 V6 Nk(kW)
Bảng 4 Công suất của ô tô
Trên đồ thị N k = f(v), dựng đồ thị ∑ N c theo bảng trên:
–Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:
Bảng 5 trình bày công cản của ô tô tương ứng với từng tay số, giúp xác định sự cân bằng công suất của ô tô Việc hiểu rõ công suất của ô tô là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất vận hành và tiết kiệm nhiên liệu Các thông số này sẽ hỗ trợ người lái trong việc điều chỉnh tốc độ và tay số phù hợp, từ đó nâng cao trải nghiệm lái xe.
Nk1 Nk2 Nk3 Nk4 Nk5 Nk6 Nc m/s
Đồ thị cân bằng công suất của ôtô thể hiện mối quan hệ giữa công suất động cơ và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của phương tiện Nó giúp người dùng hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của động cơ và tối ưu hóa hiệu suất năng lượng Việc phân tích đồ thị này là rất quan trọng trong lĩnh vực động lực học ôtô.
Nhân tố động lực học, ký hiệu là "D", được tính bằng tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến P k và lực cản không khí P w so với trọng lượng toàn bộ của ôtô.
D i =1 ( Me i 0 i hi ŋ tl -KFv²) (CT 1-57,tr55)
Đồ thị nhân tố động lực học mô tả mối quan hệ giữa lực D và tốc độ chuyển động v của ôtô khi ôtô đủ tải và động cơ hoạt động trên đường đặc tính tốc độ ngoài, thể hiện dưới dạng D = f(v).
19 Tính toán sức kéo ô tô
- Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số: ne(v/ Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5 Tay số 6 Me(N.m f) V1 D1 V2 D2 V3 D3 V4 D4 V5 D5 V6 D6 )
Bảng 6:Nhân tố động lực học
Nhân tố động học theo điều kiện bám được xác định như sau :
Bảng 7 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám
Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô
Hình 4 Đ th nhân t đ ng l c h c ôtô ồ thị cân bằng công suất của ôtô ị cân bằng công suất của ôtô ố động lực học ộng lực học ực học ọc
Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô
Dạng của dồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự như dạng đồ thị lực kéo
P k = f(v); nhưng ở những vân tốc lớn thì đường cong dốc hơn.
Khi ôtô di chuyển với tốc độ lớn hơn v th i, tương ứng với D i max ở mỗi tay số, ôtô hoạt động ổn định do sức cản tăng và tốc độ giảm, dẫn đến động lực học D gia tăng Ngược lại, nếu tốc độ thấp hơn v th i, ôtô rơi vào vùng làm việc không ổn định tại từng tay số.
Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max tại tay số thấp nhất cho thấy khả năng vượt qua sức cản chuyển động lớn nhất của đường, được biểu thị bằng công thức D1 max = ψ max.
-Vùng chuyển động không trượt của ôtô:
Cũng tương tự như lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường.
Nhân tố động học theo điều kiện bám D φ được xác định như sau:
G G Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau :
21 Tính toán sức kéo ô tô Ψ ≤D≤D φ
Vùng giới hạn giữa đường cong D φ và đường cong Ψ trên đồ thị nhân tố động lực học xác định khu vực thỏa mãn các điều kiện cần thiết Khi D > D φ trong một giới hạn nhất định, có thể áp dụng đường đặc tính cục bộ của động cơ để ngăn chặn hiện tượng trượt quay trong các điều kiện khai thác thực tế.
2.3.4.Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc
- Biểu thức tính gia tốc :
- Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (a = 0) thì:
Trong đó: + D i – giá trị nhân tố động lực học ở tay số thứ i tương ứng với tốc độ v i đã biết từ đồ thị D = f(v);
+ f, i – hệ số cản lăn và độ dốc của đường;
+ j i – gia tốc của ôtô ở tay số thứ i.
+ δ j là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay δ j = 1+0.05(1+i hi ²) (CT 1-37,tr41) ta có:
Bảng 8 Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay Khi ô tô chuyển động với vận tốc v22 m/s thì f=f 0* (1+ 1500v²
- Lập bảng tính toán các giá trị j i theo v i ứng với từng tay số:
T "k $t qu b ng tí nh,ừ"kế$t quả bảng tí nh, ế$t quả bảng tí nh, ản: ản: Bảngxâ(y d ngự ng 9.Giá đ ,th ồ,thị ị trịgiajtốc=f(v):ứng với mỗi tay số
23 Tính toán sức kéo ô tô Đ th gia t c ôtô ồ thị cân bằng công suất của ôtô ị cân bằng công suất của ôtô ố động lực học
Hình 5 Đồ thị gia tốc ôtô
Gia tốc cực đại của ôtô lớn nhất ở tay số một và giảm dần đến tay số cuối cùng.
Tốc độ nhỏ nhất của ôtô v min = 1,87 (m/s) tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ nhất của động cơ n min = 520 (vòng/phút).
Trong khoảng vận tốc từ 0 đến v min ôtô bắt đầu khởi hành, khi đó, li hợp trượt và bướm ga mở dần dần.
+ Ở tốc độ v max = 47,22 (m/s) thì j v = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc. + Do ảnh hưởng của δ j mà j 2 (gia tốc ở tay số 2) > j 1 (gia tốc ở tay số 1).
2.3.5.Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc
2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược
- Biểu thức xác định thời gian tăng tốc: Từ CT: j = dv dt → dt = 1 j dv
- Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v 1 đến tốc độ v 2 sẽ là: v t = ∫ 2 1 dv (CT 1-66,tr61) v 1 j
+ t i – thời gian tăng tốc từ v 1 đến v 2
+ t i = F i – với F i là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị trục hoành của đồ thị gia tốc ngược.
Thời gian tăng tốc toàn bộ: n – số khoảng chia vận tốc (v min → v max )
- (vì tại j = 0 → 1 j = ∞ Do đó, chỉ tính tới giá trị v = 0,95v max = 161,5 km/h)
- Lập bảng tính giá trị 1 j theo v:
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5 Tay số 6
Bảng 10 Giá trị 1/j ứng với từng tay số
Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị 1 j = f(v):
25 Tính toán sức kéo ô tô Đ th gia t c ng ồ thị cân bằng công suất của ôtô ị cân bằng công suất của ôtô ố động lực học ược c
Hình 6 Đồ thị gia tốc ngược 2.3.5.2.Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô
Xác định V imax theo phương pháp giải tích:
Từ đồ thị 1/j ta có thể tìm được các giao điểm bằng việc tính vận tốc tại thời điểm chuyển số(V max )
Ta có: tại vị trí V max1
Từ (1), (2), (3), (4) ta có phương trình sau giao điểm sau:
Thay số vào phương trình ta được
V 1max ,62 (m/s) Tính toán tương tự cho các lần chuyển số tiếp theo ta có các vận tốc lần lượt như sau:
Thời gian gần đây, giá cả thị trường đang có xu hướng tăng cao Điều này khiến chúng ta cần chú ý đến những biến động trong giá trị tài sản Một trong những yếu tố quan trọng là thời điểm chuyển đổi từ số thấp sang số cao, điều này có thể ảnh hưởng đến quyết định đầu tư Theo bảng tính kết quả, thời điểm chuyển đổi này là rất quan trọng trong việc tối ưu hóa lợi nhuận.
Tí nh g ,n đú ng theo cô(ng th c:ầ,n đú ng theo cô(ng thứ c: ứ c:
27 Tính toán sức kéo ô tô
(s) b Quãng đường tăng tốc t 2 dS = v.dt → S= ∫ v dt t 1
Ta có : S i = F s i – với F s i phần diện tích giới hạn bởi các đường t = f(v) ; t t 1 ; t = t 2 và trục tung đồ thị thời gian tăng tốc. n
Quãng đường tăng tốc từ v min ÷ v max : S= ∑ F S i i=1
2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô của
- Có xét đến sự mất mát tốc độ và thời gian khi chuyển số.
+ Sự mất mát về tốc độ khi chuyển số sẽ phụ thuộc vào trình độ người lái, kết cấu hộp số và loại động cơ đặt trên ôtô.
+ Động cơ xăng, người lái có trình độ cao, thời gian chuyển số từ 0,5s đến 2s
(Với người lái có trình độ kém thì thời gian chuyển số có thể cao hơn từ 25 ÷ 40%)
Trong quá trình chuyển số, sự mất mát tốc độ có thể được tính toán bằng công thức Δv = j * Δt = f * g, trong đó j đại diện cho gia tốc, Δt là thời gian chuyển số, f là lực tác động và g là trọng lực Giả thiết rằng người lái xe có trình độ thấp, thời gian chuyển số giữa các tay số sẽ khác nhau, dẫn đến sự ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ xe Việc hiểu rõ công thức này giúp người lái xe cải thiện kỹ năng chuyển số và tối ưu hóa hiệu suất vận hành của xe.
Trong đó: + f – hệ số cản lăn của đường f = f 0 ¿ ( 1+ 1500 V 2 )
Từ công thức trên ta có bảng sau: δ j ∆ t (s) Δ v (m/s) số 1 → số 2 1,31 0.232583861 số 2 → số 3 1,24
0.296645809 số 3 → số 4 1,19 giữa các tay số được 0.382951577 chọn: ∆ t = 1(s) số 4 → số 5 1,15 0.500767034 số 5 → số 6 1,12 0.662971766
Bảng 11 Độ giảm vận tốc khi sang số
29 Tính toán sức kéo ô tô
Bảng 12 trình bày thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô, đồng thời vẽ đồ thị thể hiện sự cân bằng công suất Thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc là hai yếu tố quan trọng trong động lực học ôtô, giúp phân tích hiệu suất và khả năng vận hành của xe Đồ thị này cung cấp cái nhìn tổng quan về mối quan hệ giữa thời gian và quãng đường tăng tốc, từ đó hỗ trợ việc tối ưu hóa thiết kế và cải thiện hiệu suất của ôtô.
Hình 7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc
