Bài tập lớn lý thuyết ô tô đề tài huyndai accent 2022

Gọi M là tốc độ góc mà ở đó động cơ đạt công suất cực đại PM thì vớiđộng cơ cháy cưỡng bức ta dùng Với động cơ diesel phun gián tiếp ta dùngVới động cơ diesel phun trực tiếp ta dùng Mo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚNMôn: LÝ THUYẾT Ô TÔ

Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 12/2022

I.NỘI DUNG1 Thông số xe

Huyndai Accent 2022

Kích thước tổng thể bên ngoài (D x R x C)

(mm x mm x mm)

4440 x 1729 x 1470

Chiều rộng cơ sở (Trước/Sau) (mm) 1475 / 1465

Bán kính vòng quay tối thiểu (m) 5,2 Trọng lượng toàn tải (kg) 1540

Công suất tối đa (hp/rpm) 100/6000 Mô men xoắn tối đa (Nm/rpm) 132/4200

Dung tích bình nhiên liệu (L) 45 Tiêu thụ nhiên liệu ( L/100Km)

Gia tốc tối đa có thể đạt được quyết định bởi hai yếu tố moment xoắn cực đại ở bánh xe chủ động và lực kéo cực đại ở bánh xe Moment xoắn cực đại phụ

thuộc vào động cơ và truyền động Lực kéo cực đại phụ thuộc vào điều kiện bám của lốp xe với mặt đường.

3 Cơ sở lý thuyết

3.1 Động lực học động cơ

Công suất cực đại có thể đạt được của động cơ đốt trong là một hàm vận

tốc gốc e Hàm này phải được xác định bằng thí nghiệm thực nghiệm Tuy

nhiên, hàm Pe Pe.( )e hàm thể hiện công suất, có thể xác định bằng đa thức bậc 3

Hình 4.1 Moment và công suất của động cơ cháy cưỡng bức

Gọi M là tốc độ góc mà ở đó động cơ đạt công suất cực đại PM thì với

động cơ cháy cưỡng bức ta dùng

Với động cơ diesel phun gián tiếp ta dùng

Với động cơ diesel phun trực tiếp ta dùng

Moment xoắn truyền đi của động cơ Te moment tạo ra công suất Pe

Một động cơ về lý thuyết có thể làm việc ở bất kì thời điểm nào bên dưới đường

.( )

PP Có thể cho số vòng quay của động cơ là không đổi bằng cách tạo một lực phanh Khi đó thông qua mở họng nạp ta tạo ra được nhiều công suất

hơn tới khi họng mở hết cỡ và động cơ sẽ đạt được công suất cực đại ở số vòng quay đó

Công suất tăng theo e và tiếp tục tăng cho đến khi đạt giá trị cực đại PM

sau đó bắt đầu giảm Moment xoắn Te=Pe/ωe cũng tăng theo ωe nhưng đạt cực đại ở trước điểm công suất cực đại Moment xoắn bắt đầu giảm sớm hơn công suất Khi công suất bắt đầu giảm moment xoắn đã giảm rất xa so với điểm cực đại của nó Thông thường người lái ít khi cảm nhận được công suất động cơ khi mà chỉ cảm nhận moment xoắn Động cơ có nhiệm vụ biến đổi hóa năng từ nhiên liệu thành công năng ra trục khuỷu động cơ Tùy theo điều kiện làm việc, sự chuyển hóa này diễn ra với một hiệu suất cụ thể Mỗi điểm dưới đường cong

Pe=Pe(ωe) có thể là một điều kiện làm việc ở hiệu suất riêng Hiệu suất cực đại thông thường xảy ra xung quanh số vòng quay tương ứng với moment xoắn cực đại khi mà họng nạp mở rộng hoàn toàn

Hình 4.3 Công suất động cơ cháy cưỡng bức với những đường hằng số hiệu suất

Đơn vị công suất

Công suất theo hệ số mét là Watt (W)

Mã lực Hp

Có 4 loại mã lực: theo quốc tế, hệ mét, nước, điện

Sự tiêu thụ nhiên liệu ở tốc độ không đổi Xem phương tiện chuyển động thẳng với tốc độ không đổi Vx Năng lượng di chuyển có thể tính bằng cách nhân công suất ở bánh chủ động với thời gian

d là khoảng di chuyển

E là năng lượng cần thiết để quay bánh xe

Để xác định năng lượng thực sự cần thiết để làm cho toàn bộ bánh xe hoạt động chúng ta phải quan tâm đế những hệ số hiệu suất Chúng ta sử dụng ƞe cho hiệu suất động cơ, H cho nhiệt trị của nhiên liệu và ρf cho tỉ trọng của nhiên liệu Khi xe chuyển động ở tốc độ không đổi lực kéo Fx cân bằng với lực cản Khi đó nhiên liệu tiêu thụ mỗi đơn vị khoảng cách q là

Thay đổi đường cong Pe=Pe(ωe)

Toàn bộ đường cong biểu diễn công suất đi lên khi tỉ số nén động cơ tăng Số vòng quay ở moment xoắn cực đại của động cơ cũng có thể thay đổi bằng việc cam chiều dài vòi phun

Đường cong công suất bánh xe hay công suất phân bố mặt đường có thể có hình dạng khác và số vòng quay cực đại của động cơ khác vì mất mát do truyền động Kết quả tốt nhất đạt được từ đường cong công suất có thể đo qua lực kế gắn ở khung xe

Ứng xử lý tưởng của động cơ

Người ta nói rằng một động cơ lý tưởng là động cơ tạo ra công suất không đổi không phụ thuộc vào vận tốc Với loại động cơ lý tưởng này chúng ta có

Hình 4.4 Đường cong biểu diễn moment xoắn và công suất của động cơ lý tưởng

Trong phần động lực học ô tô chúng ta đã giới thiệu một hộp số giữ động cơ làm việc ở công suất cực đại hoặc một vùng lân cận cực đại Vì thế về mặt thực tiễn chúng ta điều khiển công suất động cơ để công suất ở bánh xe là một hằng số có giá trị cực đại Moment xoắn ở bánh xe gần với moment xoắn của động cơ lý tưởng Biểu diễn công suất không đổi là động cơ điện

Động cơ lý tưởng tạo ra mối quan hệ tuyến tính giữa moment xoắn và tốc độ quay

Tuy nhiên động cơ đốt trong không làm việc như động cơ lý tưởng

Công suất cực đại và moment xoắn ở cùng số vòng quay ωM lý tưởng của động cơ có công suất cực đại và moment xoắn cực đại ở cùng số vòng quay Tuy nhiên điều đó là không thể vì moment xoắn cực đại của động cơ cháy cưỡng bức ở

Khi moment xoắn cực đại công suất có giá trị

Tuy nhiên khi công suất cực đại của moment xoắn là

Hình 4.5 Mối quan hệ tuyến tính giữa moment xoẵn và tốc độ quay của động cơ lý tưởng

3.2 Đường truyền động và hiệu suất

Chúng ta dùng từ truyền động để gọi tên hệ thống và thiết bị truyền momen xoắn và công suất từ động cơ đến bánh xe chủ động Một đường truyền bao gồm: Động cơ, li hợp, hộp số, các đăng, vi sai, các bán trục.

Hình 4.6 Đường truyền động của xe có cầu sau chủ động

Động cơ là nguồn công suất của đường truyền Giá trị đầu ra là Te và ωe Li hợp liên kết và tách động cơ với phần còn lại của đường truyền Hộp số thay đổi tỉ số truyền giữa động cơ và bánh xe chủ động.

Các đăng liên kết hộp số với vi sai Không có các đăng ở xe có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động và động cơ đặt sau, cầu sau chủ động.

Vi sai giống như là hộp số có tỉ số truyền không đổi cho phép bánh xe chủ động có vận tốc khác nhau.

Hình 4.7 Momen xoắn và số vòng quay đầu vào-ra ở mỗi bộ phận trênđường truyền

Động cơ kết nối với trục bánh xe thông qua đường truyền Do cản trở trên đường truyền đặc biệt là hộp số, công suất ở trục bánh xe luôn nhỏ hơn công suất ở đầu ra trục động cơ Tỉ số giữa công suất đầu ra và đầu vào gọi là hiệu suất.

Công suất của bánh xe là công suất đầu ra Pout = Pw Và công suất động cơ là công suất đầu vào đường truyền Pin = Pe

Cả hai bộ phận trên đường truyền làm thay đổi tỉ số truyền là hộp số và vi sai ng là tỉ số truyền của hộp số và nd là tỉ số truyền của vi sai Tỉ số truyền của

 Động cơ đặt phía trước và phía sau, cầu trước và cầu sau chủ động.

Động cơ có thể được lắp ở phía trước hoặc phía sau xe Chúng được gọi là động cơ phía trước hay động cơ phía sau tương ứng Các bánh xe chủ động có thể là các bánh trước, các bánh sau hoặc tất cả các bánh xe Vì vậy, có 6 khả năng kết hợp Trong số 6 sự kết hợp đó, động cơ đặt phía trước cầu trước chủ động, động cơ đặt phía trước cầu sau chủ động và động cơ đặt phía trước cả hai cầu chủ động là những kiểu phổ biến nhất Chỉ có một vài nhà sản xuất tạo ra những chiếc xe với động cơ phía sau và cầu sau chủ động Tuy nhiên, không có xe đặt động cơ phía sau cầu trước chủ động.

 Momen xoắn ở bánh xe.

Công suất của bánh xe là P we, và vận tốc góc ở bánh xe là

Định luật về công suất

Đối với bất kì chi tiết nào trong hệ thống truyền động, có một định luật đơn giản cần phải nhớ:

Ngoài ra, vì:

công suất=momen xoắn × vận tốc góc

Bất cứ sự thay đổi nào trong hộp số có thể làm giảm hoặc tăng momen xoắn đầu vào bằng việc tăng hoặc giảm vận tốc góc.

 Hiệu suất thể tích, hiệu suất nhiệt, hiệu suất cơ học.

Có một mối liên hệ giữa công suất có thể đạt được của nhiên liệu và công suất ở đầu ra trục truyền động:

' VTM    

Trong đó:

 V là hiệu suất thể tích động cơ  T là hiệu suất nhiệt

 Mlà hiệu suất cơ học

Hòa khí được nạp đầy vào xilanh trong kì nạp và được đốt cháy để tạo ra công suất Hiệu suất thể tích V biểu diễn mối liên hệ giữa hòa khí nạp vào xilanh và lượng không khí bên ngoài khí quyển Nếu xilanh được nạp đầy hòa khí ở áp suất khí quyển, động cơ sẽ đạt 100% hiệu suất thể tích Bơm cao áp được sử dụng để tăng áp suất nạp vào xilanh, giúp cho động cơ có thể đạt hiệu suất thể tích lớn hơn 100% Tuy nhiên, nếu áp suất nạp vào xilanh nhỏ hơn áp suất khí quyển thì hiệu suất thể tích sẽ nhỏ hơn 100% Động cơ thường có hiệu suất thể tích từ 80% đến 100%.

Hiệu suất thể tích V có thể bị thay đổi bởi bất kì sự ảnh hưởng nào đến luồng hòa khí nạp vào xilanh Công suất của động cơ phụ thuộc vào tỉ lệ khối lượng của nhiên liệu/không khí được nạp vào xilanh.

Hiệu suất nhiệtT được xác định bằng lượng nhiên liệu chuyển hóa thành công suất.

Mặc dù lượng hòa khí nạp vào xilanh càng nhiều thì càng có nhiều nhiên liệu để tạo ra công suất, nhưng không phải tất cả lượng nhiên liệu đó có thể chuyển hóa sang cơ năng Các động cơ tốt nhất chỉ có thể chuyển đổi khoảng 1/3 hóa năng sang cơ năng.

Hiệu suất nhiệt bị thay đổi bởi tỉ số nén, thời gian đánh lửa, vị trí phun và thiết kế của buồng cháy Động cơ có tỉ số nén thấp có   T Động cơ có tỉ số nén cao có   T Động cơ xe đua có thể tạo ra khoảng hơn 60% năng lượng do chúng có hiệu suất nhiệt T cao hơn.

Một phần công suất được tạo ra được tiêu thụ bởi các bộ phận chuyển động của động cơ Cần có công suất đủ để thắng sự ma sát giữa các bộ phận và vận hành các thiết bị phụ của động cơ Vì vậy, tùy thuộc vào lượng nhiên liệu đi vào xilanh và lượng nhiên liệu được chuyển hóa thành công suất, một phần công suất này được động cơ sử dụng để vận hành chính nó Phần công suất còn lại có thể đo được bằng máy đó công suất Sự khác biệt giữa công suất đầu ra động cơ và công suất tạo ra ở các xilanh là hiệu suất cơ học M.

Hiệu suất cơ học M bị ảnh hưởng bởi các bộ phận cơ khí của động cơ hoặc các thiết bị gắn vào động cơ Nó cũng phụ thuộc vào tốc độ động cơ Tốc độ càng cao thì công suất động cơ tạo ra càng lớn Có nghĩa là M phụ thuộc vào tốc độ Hiệu suất cơ học còn được gọi là công suất cản vì nó cho ta biết cần bao nhiêu công suất để có thể thắng công suất ma sát của động cơ.

Biểu đồ đường đặc tính công suất của động cơ được cung cấp bởi một nhà sản xuất thường không bao gồm hiệu suất cơ học Do đó, công suất có ích của động cơ ở đầu vào trục truyền động bị giảm đi do tiêu hao công suất để vận hành các thiết bị như quạt gió, máy phát điện, bơm trợ lực, bơm nước, hệ thống phanh và máy nén khí của điều hòa.

3.3 Động lực học hộp số và ly hợp

Động cơ đốt trong không thể hoạt động với tốc độ thấp hơn tốc độ tối thiểu của động cơ min Do đó, xe không thể chuyển động với vận tốc nhỏ hơn một vận tốc vmin nào đó khi bánh xe đã được truyền động từ động cơ.

Khi bắt đầu chạy hoặc dừng lại, động cơ có tốc độ ban đầu thấp hơn vmin Bộ ly hợp hoặc bộ chuyển đổi momen xoắn được dùng để khởi động, dừng và

  là hiệu suất truyền

Vận tốc dài vx của bánh lái với bán kính là Rωω

T là momen xoắn trên bánh xe, wlà vận tốc góc của bánh xe

Các thông số đầu vào Tw và wcủa bánh xe là momen xoắn và vận tốc góc của bộ vi sai Momen xoắn và vận tốc góc nhận vào của bộ vi sai được tính:

 d là tỉ số truyền của hệ vi sai  nd là hiệu suất của bộ vi sai

Thông số đầu vào Td và d của của bộ vi sai là momen xoắn và vận tốc góc đầu ra của hộp số xe Momen xoắn Te và vận tốc góc e của động cơ là đầu vào của hộp số Mối quan hệ giữa thông số đầu vào-đầu ra của hộp số phụ thuộc vào tỉ số truyền sai số thứ i ni

 là hiệu suất của hộp số và nilà tỉ số giảm tốc của bánh răng thứ i Vì thế, vận tốc dài của bánh xe vxtỉ lệ thuận với vận tốc góc e của động cơ và lực kéo bánh xe chuyển động tỉ lệ thuận với momen xoắn Te của động cơ, khi bánh

Các phương trình tốc độ và lực kéo có thể được sử dụng để tính toán tỷ số bánh răng của hộp số cũng như hiệu suất của xe Về lý thuyết, động cơ nên hoạt động ở công suất tối đa để có hiệu suất tốt nhất Tuy nhiên, để kiểm soát tốc độ của xe, chúng ta cần thay đổi vận tốc góc của động cơ Do đó, chúng tôi chọn một phạm vi vận tốc góc(ω1, ω2) xung quanh ωM, được liên kết với PM công suất tối đa,và quét qua đó nhiều lần tại các bánh răng khác nhau Phạm vi (ω1,

ω2) được gọi là phạm vi làm việc của động cơ Theo hướng dẫn chung, chúng tôi có thể sử dụng các khuyến nghị sau đây để chỉ định tỷ số truyền của hộp số xe

1 Chúng tôi có thể thiết kế tỷ số truyền vi sai nd và bánh răng cuối cùng sao cho bánh răng cuối cùng nn là bánh răng trực tiếp, nn= 1, khi xe đang di chuyển ở tốc độ đường cao tốc vừa phải Sử dụng nn= 1 ngụ ý rằng đầu vào và đầu ra của hộp số được kết nối trực tiếp với nhau Tương tác trực tiếp tối đa hóa hiệu quả cơ học của hộp số.

2 Chúng tôi có thể thiết kế tỷ số truyền vi sai và thiết bị cuối cùng nn sao cho bánh răng cuối cùng nn là bánh răng trực tiếp, nn= 1, khi xe đang di chuyển ở tốc độ tối đa có thể đạt được.

3 Bánh răng thứ nhất n1 có thể được thiết kế bởi các bánh xe dẫn động mô-men xoắn tối đa mong muốn Mô-mô-men xoắn tối đa được xác định bởi độ dốc của đường leo núi.

4 Chúng ta có thể tìm thấy các bánh răng trung gian bằng cách sử dụng điều kiện ổn định bánh răng Điều kiện ổn định cung cấp rằng tốc độ động cơ không được vượt quá tốc độ tối đa cho phép nếu chúng ta giảm bánh răng từ ni xuống ni-1,khi động cơ hoạt động ở mô-men xoắn cực đại tính bằng in.

Hình 4.12 Sơ đồ tốc độ các cấp số cho thiết kế hình học của hộp số

Để xác định tỉ số trung gian, có hai phương pháp được đưa ra :  Tỷ số hình học

 Tỷ số cấp tiến

4.1 Thiết kế hộp số theo hộp số hình học

Khi bước nhảy của tốc độ động cơ ở hai cấp số kế tiếp là không đổi tại một tốc độ xe, chúng ta gọi là mô hình hộp số Các điều kiện thiết kế cho một hộp số hình học là nơi cg là tỷ lệ tương đối liên tục và được gọi là bước nhảy.

Chứng minh: Một hộp số hình học có bước nhảy tốc độ động cơ không

thay đổi ở bất kì sự thay đổi cấp số Vì vậy, một hộp số hình học phải có sơ đồ tốc độ cấp số như thể hiện trong hình 4.12

Dải làm việc của động cơ được xác định bởi hai tốc độ (w1, w2)

   2 ,    1 M 2

Khi động cơ đạt đến tốc độ tối đa w2 ở cấp số thứ i với tỷ số truyền ni, chúng ta chuyển qua cấp số ej+> để giảm tốc độ động cơ xuống còn w1 Bước nhảy tốc độ của động cơ là không thay đổi với bất kỳ sự thay đổi cấp số ej đến

Và do đó, tốc độ tối đa ở cấp số i so với tốc độ tối đa ở cấp số i-1 thì nghịch đảo với tỉ số truyền của hộp số

Có bước nhảy cg, và biết tốc độ tối đa vi của xe ở cấp số ni, đủ để tìm vận tốc tối đa của chiếc xe ở các cấp số khác

Khi khoảng tốc độ của một chiếc xe trong hai cấp số liên tiếp được giữ cố định, chúng ta gọi nó là hộp số cấp tiến Các điều kiện thiết kế cho một hộp số cấp tiến là

Bước nhảy của hộp số cấp tiến giảm ở những cấp số cao hơn Nếu bước nhảy Cgi giữa ni và n i+1

Công suất tối đa có thể đạt được Pe của một động cơ đốt trong là một hàm theo vận tốc góc động cơ we Hàm này phải được xác định bằng cách thử nghiệm, tuy nhiên, hàm Pe= Pe(we), được gọi là công suất chỉ thị, có thể được

Một động cơ lý tưởng là một động cơ sản sinh ra công suất không đổi ở bất kì tốc độ Đối với động cơ lý tưởng, chúng ta có :

Chúng ta sử dụng hộp số để làm cho động cơ xấp xỉ ở một hằng số công suất gần PM Để thiết kế một hộp số chúng tôi sử dụng hai phương trình: phương

Các phương trình này chỉ ra rằng vận tốc vx của xe tỷ lệ với vận tốc góc của động cơ we, và lực kéo Fx tỉ lệ thuận với mô men xoắn của động cơ Te, trong đó, Rw là bán kính lốp làm việc, nd là tỷ số truyền của vi sai, ni là hộp tỷ số truyền cấp số thứ i của hộp số, và n là hiệu suất của toàn bộ truyền động.

( )

P P  Hàm biểu diễn công suất

q Lượng nhiên liệu tiêu thụ mỗi đơn vị khoảng

5 Phương pháp giải

Có bước nhảy cg và biết tốc độ tối đa vi của xe ở cấp số ni, đủ để tìm vận tốc tối đa của chiếc xe ở các cấp độ khác

Hình 4.13 Tốc độ của các cấp số trong thiết kế hộp số cấp tiến

5.1 Thiết kế tỉ số truyền hộp số cấp tiến

Khi khoảng tốc độ của một chiếc xe trong hai cấp số liên tiếp được giữ cố định, chúng ta gọi nó là hộp số cấp tiến Các điều kieenh thiết kế cho một hộp số cấp tiến là

Trong đó ni-1 , ni , ni+1 là các tỉ số truyền của 3 cấp số kế tiếp nhau

Sự khác biệt về tốc độ xe ở tốc độ động cơ tối đa là:

Và do đó

Bước nhảy của hộp số cấp tiến giảm ở những cấp số cao hơn Nếu bước nhảy Cgi giữa ni và ni+1

Công suất cực đại đạt được Pe của động cơ đốt trong là hàm của vận tốc góc ωe Hàm này phải được xác định bằng thực nghiệm, tuy nhiên, hàm Pe = Pe(ωe), được gọi là hàm hiệu suất năng lượng, có thể được ước tính bằng đa thức bậc ba

PM là công suất cực đại của động cơ, tính bằng kW ωM là tốc độ góc của động cơ mà tại đó công suất đạt cực đại, tính bằng rad/s.

Momemt xoắn Te : Te =ωPe

Một động cơ lý tưởng là một động cơ sản sinh công suất không đổi ở bất kì tốc độ Đối với động cơ lý tưởng, chúng ta có

Chúng ta sử dụng hộp số để làm cho động cơ xấp xỉ ở một hangwd số công suất gần PM Để thiết kế một hộp số chúng ta sử dụng hai phương trình: phương trình vận tốc

Và phương trình lưc kéo

Các phương trình này chỉ ra rằng vận tốc vx của xe tỉ lệ với vận tốc góc của động cơ ωe và lực kéo Fx tỉ lệ thuận với moment xoắn của động cơ Te , trong đó Rw là bán kính lốp làm việc, ɳd là tỉ số truyền của vi sai, ni là tỉ số truyền của hộp số ở cấp thứ I và ɳ là hiệu suất của toàn bộ truyền động.

1.1.1 các kí hiệu

P0 : công suất lý thuyết

P1, P2, P3 : hệ số biểu diển hàm công suất

Pe: công suất tối đa có thể đạt được của động cơ PM : công suất tối đa

ωe: vận tốc góc của động cơ

ωmin : tốc độ tối thiểu của động cơ

ωM : vận tốc góc của động cơ ở công suất tối đa

6 Tính toán và phân tích kết quả

6.1 Vehicle forward dynamics6.1.1Xe đứng yên trên mặt phẳng