nghiên cứu động học và động lực học của xe avanza 1 5 e mt

7 Giá trị công suất kéo tương ứng với từng vận tốc.. 8 Giá trị công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí tương ứng với từng vận tốc.. 9 Giá trị công suất tiêu hao để thắng lực cản lă

TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ XE AVANZA

Khi tính toán lực kéo hoặc moment xoắn chủ động ở các bánh xe, ta phải biết được đặc tính ngoài của động cơ đốt trong Đặc tính ngoài cho các trị số lớn nhất của moment, công suất ở số vòng quay xác định Các trị số nhỏ hơn của momen hay công suất có thể nhận được bằng cách giảm mức cung cấp nhiên liệu

Không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm, nên chúng em xây dựng đường đặc tính nói trên theo công thức kinh nghiệm của S.R Lây Đécman Việc sử dụng quan hệ giải tích giữa công suất, mômen xoắn với số vòng quay của động cơ theo công thức S.R.Lây Đécman để tính toán sức kéo sẽ thuận lợi hơn nhiều so với khi dùng đồ thị đặc tính ngoài thực nghiệm Động cơ của xe AVANZA 1.5 E MT là loại động cơ xăng, ta có công thức S.R Lây Đécman:

𝑃 𝑒 : Công suất hữu ích của động cơ

𝑛 𝑒 : Số vòng quay của trục khuỷu ứng với một điểm bất kì của đồ thị đặc tính ngoài

𝑃 𝑒𝑚𝑎𝑥 : Công suất hữu ích cực đại

𝑛 𝑒 𝑃 : Số vòng quay ứng với công suất hữu ích cực đại

𝑎, 𝑏, 𝑐: Các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ xăng: a = 1; b= 1; c= 1

Cho các giá trị n e khác nhau, dựa theo công thức trên sẽ tính được công suất P e tương ứng và từ đó sẽ vẽ được đồ thị P e = f(n e )

Thay tất cả các thông số vào công thức (2.1) ta sẽ có:

Có các giá trị P e và n e có thể tính được các giá trị momen xoắn M e của động cơ theo công thức sau:

𝑃 𝑒 : Công suất hữu ích của động cơ (kW)

𝑛 𝑒 : Số vòng quay của trục khuỷu (vg/ph)

𝑀 𝑒 : Momen xoắn của động cơ (N.m) Để xây dựng đường đặc tính momen quay được thuận lợi ta đặt những trị số tính toán ở công thức vào bảng:

Bảng 2 1 Bảng số liệu về công suất mômen động cơ theo số vòng quay trục khuỷu

Số vòng quay trục khuỷu (vg/ph)

Công suất hữu ích của ĐC (kW)

Momen xoắn của ĐC (N.m) ne (vg/ph) Pe (kW) Me (N.m)

M e có sự chênh lệch so với giá trị 𝑀 𝑒 đo từ thực nghiệm, nguyên nhân là do công thức S.R Lây Decman là công thức gần đúng và sai số là tương đối nhỏ nên chấp nhận được

Sau khi xây dụng được đường đặc tính ngoài của động cơ, ta đã có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô

2.2 Đồ thị đặc tính ngoài:

Có các giá trị P e , M e tương ứng với các giá trị n e ta có thể vẽ đồ thị P e = f(n e ) và đồ thị M e = f ′ (n e )

Hình 2 1 Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ avanza 1.5E MT

Công suất cực đại P emax = 74(kW) ở số vòng quay n e P = 6000(vg/ph) Khi ta tiếp tục tăng số vòng quay thì công suất của động cơ sẽ giảm dần

Moment xoắn cực đại M emax = 147,2461 (Nm) ở số vòng quay n e m = 3000(vg/ph) Moment xoắn ứng với công suất cực đại M e p = 117,7968 (Nm)

Khi số vòng quay lớn hơn 3000 vg/ph thì moment của động cơ không tiếp tục tăng và bắt đầu giảm dần

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG LỰC KÉO,

CÔNG SUẤT VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA XE

3.1 TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG LỰC KÉO CỦA XE:

3.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo của xe:

Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động dùng để khắc phục các lực cản chuyển động, Biểu thức cân bằng giữa lực kéo ở các bánh xe chủ động và các lực cản được gọi là phương trình cân bằng lực kéo

Ta có phương trình tổng quát:

𝐹 𝑘 : lực kéo tiếp tuyến truyền ở bánh xe chủ động

• Ở lực 𝐹 𝑖 : dấu (+) dùng khi xe lên dốc, (-) dùng khi xe xuống dốc

• Ở lực 𝐹 𝑗 : dấu (+) dùng khi xe tăng tốc, (-) dùng khi xe giảm tốc

Nếu chúng ta tổng hợp 2 lực cản F i và F f , ta sẽ được lực cản tổng cộng của đường F  :

• : hệ số cản tổng cộng của mặt đường  = f.cos ± sin, nếu  < 5 có thể coi:  = f ± i

• i: là độ dốc của mặt đường i = tg

• Độ dốc i có giá trị dấu (+) dùng khi xe lên dốc, dấu (-) dùng khi xe xuống dốc

• Hệ số  có giá trị (+) khi f >i và giá trị (-) khi f < i hoặc  = 0 khi f = i khi xuống dốc

Nếu xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (i = 0) và không kéo theo rơ móc thì phương trình cân bằng lực kéo sẽ đơn giản hơn:

3.1.2 Phương pháp xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo:

Chúng ta vẽ cho trường hợp: xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (i = 0), hộp số 5 cấp, tức là:

F k = F  + F ω = F f + F ω (3.3) Vẽ các đường biểu thị lực kéo F ki ở các tay số dựa vào: Đường đặc tính ngoài của động cơ để xác định các giá trị M ei ứng với các giá trị n ei , sau đó thế các giá trị M ei vào công thức sau:

Công thức tính lực kéo tiếp tuyến:

F ki =M e i hi i 0  tl r b (3.4) Trong đó:

𝐹 𝑘𝑖 : lực kéo tương ứng ở tay số i

𝑖 ℎ𝑖 : tỷ số truyền của tay số i

𝑖 0 : tỷ số truyền lực chính

Công thức tính vận tốc chuyển động của xe ở các số truyền: v i =2. n e r b

• v i : vận tốc của xe ở tay số thứ i

• i hi : tỉ số truyền của tay số i

+ Công thức tính lực cản lăn:

• G: là trọng lượng toàn bộ của xe

• f: là hệ số cản lăn tương ứng với từng tốc độ chuyển động của xe

+ Đường lực cản không khí:

• C x : là hệ số cản không khí, C x = 0,3 [1 tr56]

• S : là diện tích cản không khí, chọn S = 1,5 (m 2 ) Đây là đường cong bậc hai phụ thuộc vào vận tốc của xe

+ Đường cong (F+ F  ) là tổng của các giá trị F  và F  tương ứng cũng là tổng của các giá trị F f và F  tương ứng ( Vì xét khi 𝛼 = 0 ⇒ F i = 0) Ý nghĩa sử dụng:

Hai đường cong F k5 và (F  + F  ) cắt nhau tại một điểm gọi là điểm A, chiếu điểm A xuống trục hoành ta được giá trị v max của xe

Tung độ nằm giữa đường cong F k và (F  + F  ) ở bên trái điểm A gọi là lực kéo dư của xe F d

Lực kéo dư dùng để: tăng tốc, leo dốc, kéo rơ móc,…

Nếu  = 0 thì (F  = F f ), cho nên đường cong cản tổng cộng là (F f + F  ), Điểm

A lúc này chiếu xuống trục hoành được v max trên đường nằm ngang ở tay số cao nhất, lúc này F d = 0

Từ đồ thị có thể xác định được v max của xe và lực cản thành phần ở một vận tốc nào đó

3.1.3 Tính toán cân bằng lực kéo ở các tỷ số truyền( Khảo sát trường hợp khi 𝜶 = 𝟎, 𝒋 = 𝟎, 𝐅 𝐦 = 𝟎):

3.1.3.1 Tính tốc độ của xe ứng với từng tay số (các số truyền của hộp số):

𝑣 𝑖 =2. 𝑛 𝑒 0,295 60.4,625 𝑖 ℎ𝑖 Bảng 3 1 Giá trị của vận tốc (m/s) ứng với từng tay số vi ne v 1 ứng với

3.1.3.2 Lực kéo của bánh xe chủ động ứng với các vận tốc ở từng tay số (các số truyền của hộp số):

0,295 Giá trị của F k ở từng tốc độ tương ứng với từng mô men xoắn được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3 2 Lực kéo F k ứng với từng momen

𝐧 𝐞 (vg/ph) 𝐌 𝐞 (Nm) v1 ứng với

Giá trị lực kéo F ki ứng với từng tốc độ v i của từng tay số sẽ được tổng hợp dưới bảng sau:

Bảng 3 3 Lực kéo ứng với vận tốc kéo theo các tay số v 1 F k1 v 2 F k2 v 3 F k3

3.1.3.3 Tính toán lực cản không khí của xe:

F  = 0,625 C x S v 2 Trong đó: v: vận tốc của xe tương ứng từng tốc độ n e

𝐶 𝑥 : Hệ số cản không khí 𝐶 𝑥 = 0,3

𝑆: Diện tích cản không khí S = 1,5 (m 2 )

F  = 0,625.0,3.1,5 v i 2 Giá trị F  ứng với từng vận tốc v i được thể hiện qua bảng số liệu sau:

Bảng 3 4 Giá trị lực cản không khí ứng với từng vận tốc

3.1.3.4 Tính toán lực cản lăn:

𝑓 𝑖 : là hệ số cản lăn ứng với từng tốc độ chuyển động của xe

Giá trị của F fi ứng với từng vận tốc v i của từng tay số được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3 5 Giá trị lực cản lăn ứng với từng vận tốc

3.1.3.5 Tính toán cho đường cong cản tổng cộng 𝑭 𝒇 + 𝑭  :

Xét trường hợp xe chuyển động trên đường nằm ngang nên F i = 0

Bảng 3 6 Giá trị tổng của lực cản lăn và lực cản không khí ứng với từng vận tốc

3.1.3.6 Tính toán lực bám 𝑭 𝝋 = 𝒇(𝒗) (Xe cầu sau chủ động):

Chọn φ = 0,8 (Hệ số bám dọc giữa lốp và mặt đường φ = (0,7 ÷ 0,8)

Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau mk2= 1,2 (theo giáo trình thiết kế ô tô)

3.1.4 Đồ thị quan hệ giữa lực kéo và lực cản tổng thể:

Phương trình cân bằng lực kéo của xe có thể biểu diễn bằng đồ thị, Chúng ta xây dựng quan hệ giữa lực kéo F k và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốc của xe, tức là: F = f(v), Ở trục tung ta đặt các giá trị lực, trên trục hoành là các giá trị vận tốc

Hình 3 1 Đồ thị cân bằng lực kéo

3.1.5 Nhận xét về đồ thị cân bằng lực kéo:

Dạng các đường cong F k = f(v) tương tự như đường cong Me = f(ne) Ở một số truyền cực đại của lực kéo tiếp tuyến Fkmax sẽ tương ứng với momen quay động cơ

Vận tốc ứng với giá trị F kmax được gọi là vận tốc giới hạn vk

Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v < v k lực kéo tiếp tuyến Fk sẽ giảm do momen quay động cơ giảm

Khi v < v k động cơ không tự trở lại trạng thái cân bằng momen quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy, nghĩa là không thể sử dụng vận tốc v

Hai đường cong F k6 và (Ff + Fω) cắt nhau tại A là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, chiếu A xuống trục hoành ta được giá trị v max = 51,5 (m/s) 5,4 (km/h) của xe ở điều kiện chuyển động đã cho Ở mỗi số truyền, khi v < v max đường cong Fmax nằm trên đường cong (Ff+F ω )

F (N) vận tốc (m/s) Đồ thị cân bằng lực kéo

Fk1 Fk2 Fk3 Fk4 FK5 Ff Ff+Fω Fφ

21 nghĩa là dư lực kéo

Hiệu số F k - (Ff+F ω ) = F d được gọi là lực kéo dư

Lực kéo dư dùng để: tăng tốc, leo dốc, kéo rơmoóc

Trên đồ thị ta vẽ thêm đường biểu thị lực bám Fφ = f(v):

G b : Trọng lượng xe phân bố lên cầu chủ động m i : Hệ số thay đổi tải trọng tác đụng lên cầu Đường lực bám Fφ nằm ngang, song song với trục hoành Khu vực xe không bị trượt quay khi Fk ≤ Fφ, nếu Fk > Fφ thì các bánh xe chủ động bị trượt quay Điều kiện để ô tô chuyển động được trong trường hợp này là:

F φ ≥ Fk ≥ (Ff+F ω ) Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất F kmax không chỉ phụ thuộc vào momen quay cực đại của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi điều kiện bám F kmax = Fφ Như vậy lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị Fk ≤ Fφ Kết luận:

- Theo thông số kỹ thuật thì vmax = 170 (km/h) đây là vmax đo kiểm từ thực nghiệm

- Theo kết quả tính toán lý thuyết thì vmax = 185 (km/h) Sở dĩ có sự sai lệch này là do:

• Các đường cong Fki vẽ từ đường đặc tính ngoài của động cơ, mà đường đặc tính ngoài chúng ta vẽ theo công thức S.R Lây Đécman là công thức có sai số

• Mặc khác khi chúng ta chọn các giá trị: Cx , S , f0 cũng đã có sai s, nên 2 giá trị vmax có chênh lệch nhau Nhưng giá trị chênh lệch khá nhỏ, vẫn chấp nhận được

3.2 TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG CÔNG SUẤT CỦA XE: 3.2.1 Phương trình cân bằng công suất của xe:

Công suất do động cơ sinh ra một phần đã tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để thắng các lực cản chuyển động Biểu thức cân bằng giữa công suất của động cơ phát ra và công suất cản kể trên gọi là phương trình cân bằng công suất của xe khi chuyển động

Nếu xét tại các bánh xe chủ động thì phương trình cân bằng công suất có dạng sau:

Phương trình tổng quát, ta có:

- P e : công suất do động cơ sinh ra

- P k : công suất kéo của động cơ đã truyền đến các bánh xe chủ động

- P t : công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực

- P f : công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn

- P i : công suất tiêu hao để thắng lực cản lên dốc

- P  : công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí

- P j : công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính

- P m : công suất tiêu hao để thắng lực cản ở rơ móc (P m = 0 vì xe không có rơ móc)

- Ở công suất P i : dấu (+) dùng khi xe lên dốc, dấu (-) dùng khi xe xuống dốc

- Ở công suất P j : dấu (+) dùng khi xe tăng tốc, dấu (-) dùng khi xe giảm tốc Nếu tổng hợp công suất tiêu hao cho lực cản lăn và lực cản lên dốc, thì sẽ nhận được công suất tiêu hao cho lực cản mặt đường P  :

P  = P f ± P i = G(f cos α ± sin α) v = G qt  v (3.18) Trong đó:

-  : hệ số cản tổng cộng của mặt đường  = f cos 𝛼 ± sin 𝛼, nếu 𝛼 < 5° có thể coi:

- i : là độ dốc của mặt đường i = tan α

- Độ dốc i có giá trị dấu (+) dùng khi xe lên dốc, dấu (-) khi xe xuống dốc

- Hệ số  có giá trị (+) khi f > 1 và giá trị (-) khi f < 1 hoặc  = 0 khi f = 1 khi xuống dốc

Nếu xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (i = 0) và không kéo rơ móc thì phương trình cân bằng lực kéo sẽ đơn giản hơn:

3.2.2 Phương pháp xây dựng đồ thị cân bằng công suất:

Chúng ta sẽ cho trường hợp: xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (α = 0º), hộp số có 5 số truyền, tức là:

P k = P e  tl = P e − P t = P  + P  = P f + P  Vẽ các đường biểu thị công suất P e dựa vào:

+ Đường đặc tính ngoài của động cơ: P e = f(n e )

+ Công thức tính vận tốc chuyển động của xe ở các số truyền: v i =2 π n e r b

60 i 0 i hi + Từ hai mối quan hện trên, ta nhận được P e = f(v)

Vẽ các đường biểu thị công suất kéo P ki ở các tay số dựa vào:

P k = P e  tl Vẽ các đường biểu thị các công suất cản chuyển động dựa vào các công thức: + Công thức tính công suất lực cản lăn:

- Nếu f = const và α = const thì P f là đường thẳng phụ thuộc vào v

- Nếu f ≠ const hoặc α ≠ const thì P f là đường cong phụ thuộc vào f,,v

+ Đường công suất cản không khí:

Đồ thị đặc tính ngoài

Có các giá trị P e , M e tương ứng với các giá trị n e ta có thể vẽ đồ thị P e = f(n e ) và đồ thị M e = f ′ (n e )

Hình 2 1 Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ avanza 1.5E MT

Công suất cực đại P emax = 74(kW) ở số vòng quay n e P = 6000(vg/ph) Khi ta tiếp tục tăng số vòng quay thì công suất của động cơ sẽ giảm dần

Moment xoắn cực đại M emax = 147,2461 (Nm) ở số vòng quay n e m = 3000(vg/ph) Moment xoắn ứng với công suất cực đại M e p = 117,7968 (Nm)

Khi số vòng quay lớn hơn 3000 vg/ph thì moment của động cơ không tiếp tục tăng và bắt đầu giảm dần.

TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG LỰC KÉO, CÔNG SUẤT VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA XE

TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG LỰC KÉO CỦA XE

3.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo của xe:

Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động dùng để khắc phục các lực cản chuyển động, Biểu thức cân bằng giữa lực kéo ở các bánh xe chủ động và các lực cản được gọi là phương trình cân bằng lực kéo

Ta có phương trình tổng quát:

𝐹 𝑘 : lực kéo tiếp tuyến truyền ở bánh xe chủ động

• Ở lực 𝐹 𝑖 : dấu (+) dùng khi xe lên dốc, (-) dùng khi xe xuống dốc

• Ở lực 𝐹 𝑗 : dấu (+) dùng khi xe tăng tốc, (-) dùng khi xe giảm tốc

Nếu chúng ta tổng hợp 2 lực cản F i và F f , ta sẽ được lực cản tổng cộng của đường F  :

• : hệ số cản tổng cộng của mặt đường  = f.cos ± sin, nếu  < 5 có thể coi:  = f ± i

• i: là độ dốc của mặt đường i = tg

• Độ dốc i có giá trị dấu (+) dùng khi xe lên dốc, dấu (-) dùng khi xe xuống dốc

• Hệ số  có giá trị (+) khi f >i và giá trị (-) khi f < i hoặc  = 0 khi f = i khi xuống dốc

Nếu xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (i = 0) và không kéo theo rơ móc thì phương trình cân bằng lực kéo sẽ đơn giản hơn:

3.1.2 Phương pháp xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo:

Chúng ta vẽ cho trường hợp: xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (i = 0), hộp số 5 cấp, tức là:

F k = F  + F ω = F f + F ω (3.3) Vẽ các đường biểu thị lực kéo F ki ở các tay số dựa vào: Đường đặc tính ngoài của động cơ để xác định các giá trị M ei ứng với các giá trị n ei , sau đó thế các giá trị M ei vào công thức sau:

Công thức tính lực kéo tiếp tuyến:

F ki =M e i hi i 0  tl r b (3.4) Trong đó:

𝐹 𝑘𝑖 : lực kéo tương ứng ở tay số i

𝑖 ℎ𝑖 : tỷ số truyền của tay số i

𝑖 0 : tỷ số truyền lực chính

Công thức tính vận tốc chuyển động của xe ở các số truyền: v i =2. n e r b

• v i : vận tốc của xe ở tay số thứ i

• i hi : tỉ số truyền của tay số i

+ Công thức tính lực cản lăn:

• G: là trọng lượng toàn bộ của xe

• f: là hệ số cản lăn tương ứng với từng tốc độ chuyển động của xe

+ Đường lực cản không khí:

• C x : là hệ số cản không khí, C x = 0,3 [1 tr56]

• S : là diện tích cản không khí, chọn S = 1,5 (m 2 ) Đây là đường cong bậc hai phụ thuộc vào vận tốc của xe

+ Đường cong (F+ F  ) là tổng của các giá trị F  và F  tương ứng cũng là tổng của các giá trị F f và F  tương ứng ( Vì xét khi 𝛼 = 0 ⇒ F i = 0) Ý nghĩa sử dụng:

Hai đường cong F k5 và (F  + F  ) cắt nhau tại một điểm gọi là điểm A, chiếu điểm A xuống trục hoành ta được giá trị v max của xe

Tung độ nằm giữa đường cong F k và (F  + F  ) ở bên trái điểm A gọi là lực kéo dư của xe F d

Lực kéo dư dùng để: tăng tốc, leo dốc, kéo rơ móc,…

Nếu  = 0 thì (F  = F f ), cho nên đường cong cản tổng cộng là (F f + F  ), Điểm

A lúc này chiếu xuống trục hoành được v max trên đường nằm ngang ở tay số cao nhất, lúc này F d = 0

Từ đồ thị có thể xác định được v max của xe và lực cản thành phần ở một vận tốc nào đó

3.1.3 Tính toán cân bằng lực kéo ở các tỷ số truyền( Khảo sát trường hợp khi 𝜶 = 𝟎, 𝒋 = 𝟎, 𝐅 𝐦 = 𝟎):

3.1.3.1 Tính tốc độ của xe ứng với từng tay số (các số truyền của hộp số):

𝑣 𝑖 =2. 𝑛 𝑒 0,295 60.4,625 𝑖 ℎ𝑖 Bảng 3 1 Giá trị của vận tốc (m/s) ứng với từng tay số vi ne v 1 ứng với

3.1.3.2 Lực kéo của bánh xe chủ động ứng với các vận tốc ở từng tay số (các số truyền của hộp số):

0,295 Giá trị của F k ở từng tốc độ tương ứng với từng mô men xoắn được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3 2 Lực kéo F k ứng với từng momen

𝐧 𝐞 (vg/ph) 𝐌 𝐞 (Nm) v1 ứng với

Giá trị lực kéo F ki ứng với từng tốc độ v i của từng tay số sẽ được tổng hợp dưới bảng sau:

Bảng 3 3 Lực kéo ứng với vận tốc kéo theo các tay số v 1 F k1 v 2 F k2 v 3 F k3

3.1.3.3 Tính toán lực cản không khí của xe:

F  = 0,625 C x S v 2 Trong đó: v: vận tốc của xe tương ứng từng tốc độ n e

𝐶 𝑥 : Hệ số cản không khí 𝐶 𝑥 = 0,3

𝑆: Diện tích cản không khí S = 1,5 (m 2 )

F  = 0,625.0,3.1,5 v i 2 Giá trị F  ứng với từng vận tốc v i được thể hiện qua bảng số liệu sau:

Bảng 3 4 Giá trị lực cản không khí ứng với từng vận tốc

3.1.3.4 Tính toán lực cản lăn:

𝑓 𝑖 : là hệ số cản lăn ứng với từng tốc độ chuyển động của xe

Giá trị của F fi ứng với từng vận tốc v i của từng tay số được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3 5 Giá trị lực cản lăn ứng với từng vận tốc

3.1.3.5 Tính toán cho đường cong cản tổng cộng 𝑭 𝒇 + 𝑭  :

Xét trường hợp xe chuyển động trên đường nằm ngang nên F i = 0

Bảng 3 6 Giá trị tổng của lực cản lăn và lực cản không khí ứng với từng vận tốc

3.1.3.6 Tính toán lực bám 𝑭 𝝋 = 𝒇(𝒗) (Xe cầu sau chủ động):

Chọn φ = 0,8 (Hệ số bám dọc giữa lốp và mặt đường φ = (0,7 ÷ 0,8)

Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau mk2= 1,2 (theo giáo trình thiết kế ô tô)

3.1.4 Đồ thị quan hệ giữa lực kéo và lực cản tổng thể:

Phương trình cân bằng lực kéo của xe có thể biểu diễn bằng đồ thị, Chúng ta xây dựng quan hệ giữa lực kéo F k và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốc của xe, tức là: F = f(v), Ở trục tung ta đặt các giá trị lực, trên trục hoành là các giá trị vận tốc

Hình 3 1 Đồ thị cân bằng lực kéo

3.1.5 Nhận xét về đồ thị cân bằng lực kéo:

Dạng các đường cong F k = f(v) tương tự như đường cong Me = f(ne) Ở một số truyền cực đại của lực kéo tiếp tuyến Fkmax sẽ tương ứng với momen quay động cơ

Vận tốc ứng với giá trị F kmax được gọi là vận tốc giới hạn vk

Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v < v k lực kéo tiếp tuyến Fk sẽ giảm do momen quay động cơ giảm

Khi v < v k động cơ không tự trở lại trạng thái cân bằng momen quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy, nghĩa là không thể sử dụng vận tốc v

Hai đường cong F k6 và (Ff + Fω) cắt nhau tại A là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, chiếu A xuống trục hoành ta được giá trị v max = 51,5 (m/s) 5,4 (km/h) của xe ở điều kiện chuyển động đã cho Ở mỗi số truyền, khi v < v max đường cong Fmax nằm trên đường cong (Ff+F ω )

F (N) vận tốc (m/s) Đồ thị cân bằng lực kéo

Fk1 Fk2 Fk3 Fk4 FK5 Ff Ff+Fω Fφ

21 nghĩa là dư lực kéo

Hiệu số F k - (Ff+F ω ) = F d được gọi là lực kéo dư

Lực kéo dư dùng để: tăng tốc, leo dốc, kéo rơmoóc

Trên đồ thị ta vẽ thêm đường biểu thị lực bám Fφ = f(v):

G b : Trọng lượng xe phân bố lên cầu chủ động m i : Hệ số thay đổi tải trọng tác đụng lên cầu Đường lực bám Fφ nằm ngang, song song với trục hoành Khu vực xe không bị trượt quay khi Fk ≤ Fφ, nếu Fk > Fφ thì các bánh xe chủ động bị trượt quay Điều kiện để ô tô chuyển động được trong trường hợp này là:

F φ ≥ Fk ≥ (Ff+F ω ) Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất F kmax không chỉ phụ thuộc vào momen quay cực đại của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi điều kiện bám F kmax = Fφ Như vậy lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị Fk ≤ Fφ Kết luận:

- Theo thông số kỹ thuật thì vmax = 170 (km/h) đây là vmax đo kiểm từ thực nghiệm

- Theo kết quả tính toán lý thuyết thì vmax = 185 (km/h) Sở dĩ có sự sai lệch này là do:

• Các đường cong Fki vẽ từ đường đặc tính ngoài của động cơ, mà đường đặc tính ngoài chúng ta vẽ theo công thức S.R Lây Đécman là công thức có sai số

• Mặc khác khi chúng ta chọn các giá trị: Cx , S , f0 cũng đã có sai s, nên 2 giá trị vmax có chênh lệch nhau Nhưng giá trị chênh lệch khá nhỏ, vẫn chấp nhận được

TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG CÔNG SUẤT CỦA XE

Công suất do động cơ sinh ra một phần đã tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để thắng các lực cản chuyển động Biểu thức cân bằng giữa công suất của động cơ phát ra và công suất cản kể trên gọi là phương trình cân bằng công suất của xe khi chuyển động

Nếu xét tại các bánh xe chủ động thì phương trình cân bằng công suất có dạng sau:

Phương trình tổng quát, ta có:

- P e : công suất do động cơ sinh ra

- P k : công suất kéo của động cơ đã truyền đến các bánh xe chủ động

- P t : công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực

- P f : công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn

- P i : công suất tiêu hao để thắng lực cản lên dốc

- P  : công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí

- P j : công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính

- P m : công suất tiêu hao để thắng lực cản ở rơ móc (P m = 0 vì xe không có rơ móc)

- Ở công suất P i : dấu (+) dùng khi xe lên dốc, dấu (-) dùng khi xe xuống dốc

- Ở công suất P j : dấu (+) dùng khi xe tăng tốc, dấu (-) dùng khi xe giảm tốc Nếu tổng hợp công suất tiêu hao cho lực cản lăn và lực cản lên dốc, thì sẽ nhận được công suất tiêu hao cho lực cản mặt đường P  :

P  = P f ± P i = G(f cos α ± sin α) v = G qt  v (3.18) Trong đó:

-  : hệ số cản tổng cộng của mặt đường  = f cos 𝛼 ± sin 𝛼, nếu 𝛼 < 5° có thể coi:

- i : là độ dốc của mặt đường i = tan α

- Độ dốc i có giá trị dấu (+) dùng khi xe lên dốc, dấu (-) khi xe xuống dốc

- Hệ số  có giá trị (+) khi f > 1 và giá trị (-) khi f < 1 hoặc  = 0 khi f = 1 khi xuống dốc

Nếu xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (i = 0) và không kéo rơ móc thì phương trình cân bằng lực kéo sẽ đơn giản hơn:

3.2.2 Phương pháp xây dựng đồ thị cân bằng công suất:

Chúng ta sẽ cho trường hợp: xe chuyển động đều (j = 0) trên đường nằm ngang (α = 0º), hộp số có 5 số truyền, tức là:

P k = P e  tl = P e − P t = P  + P  = P f + P  Vẽ các đường biểu thị công suất P e dựa vào:

+ Đường đặc tính ngoài của động cơ: P e = f(n e )

+ Công thức tính vận tốc chuyển động của xe ở các số truyền: v i =2 π n e r b

60 i 0 i hi + Từ hai mối quan hện trên, ta nhận được P e = f(v)

Vẽ các đường biểu thị công suất kéo P ki ở các tay số dựa vào:

P k = P e  tl Vẽ các đường biểu thị các công suất cản chuyển động dựa vào các công thức: + Công thức tính công suất lực cản lăn:

- Nếu f = const và α = const thì P f là đường thẳng phụ thuộc vào v

- Nếu f ≠ const hoặc α ≠ const thì P f là đường cong phụ thuộc vào f,,v

+ Đường công suất cản không khí:

P  = 0,625 C x S v 3 Đây là đường cong bậc ba phụ thuộc vào vận tốc của xe Đường cong ( P+ P  ) là tổng của các giá trị P  và P  tương ứng cũng là tổng của giá trị P f và P  tương ứng Ý nghĩa sử dụng: Ứng với các vận tốc khác nhau thì tung độ nằm giữa đường cong ( P  + P  ) và đường cong P k là công suất dự trữ, được gọi là công suất dư P d dùng để: leo dốc, tăng tốc, kéo rơ móc,…

Hai đường cong P k5 và ( P  + P  ) cắt nhau tại A, tại điểm A: P d = 0, xe không còn khả năng tăng tốc, leo dốc, Chiếu điểm A xuống trụ hoành, ta được v max của xe ở điều kiện chở quá tải

Vận tốc lớn nhất của xe chỉ đạt được khi xe chuyển động đều trên đường nằm ngang, đồng thời bướm ga mở tối đa và đang ở tay số cao nhất của hộp số

Nếu muốn xe chuyển động ổn định (đều) trên một loại đường nào đó với vận tốc v nhỏ hơn v max thì cần đóng bớt bướm ga lại, mặt khác có thể phải chuyển về tay số thấp hơn của hộp số

3.2.3 Xây dựng đồ thị cân bằng công suất:

3.2.3.1 Công suất kéo của bánh xe chủ động ứng với các vận tốc ở từng tay số (các số truyền hộp số):

P ki = P e η tl (kW) Trong đó:

- P ki : công suất kéo của bánh xe chủ động ứng với các vận tốc ở từng tay số

- P e : công suất có ích do động cơ phát ra

Giá trị P ki công suất kéo của bánh xe chủ động ứng với các vận tốc ở từng tay số được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 3 7 Giá trị công suất kéo tương ứng với từng vận tốc v 1 P k1 v 2 P k2 v 3 P k3

3.2.3.2 Tính toán công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí:

Giá trị P ω ứng với từng vận tốc v i được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3 8 Giá trị công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí tương ứng với từng vận tốc

3.2.3.3 Tính toán công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn:

• G: là trọng lượng toàn bộ của xe

• f i : là hệ số cản lăn tương ứng với từng tốc độ chuyển động của xe f i = 32 + 𝑣 𝑖

• v i : là vận tốc (m/s) của xe ứng với từng tay số

Giá trị P fi ứng với từng vận tốc của từng tay số được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3 9 Giá trị công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn tương ứng với từng vận tốc

3.2.3.4 Tính toán cho đường cong công suất cản tổng cộng 𝑷 𝒇 + 𝑷 𝝎

P Ψ = P f + P i Xét trường hợp xe chuyển động trên đường nằm ngang nên P i = 0

Giá trị của đường cong P c và vận tốc ứng với từng tay số thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3 10 Giá trị tổng công suất Pf+Pω tương ứng với từng vận tốc

3.2.4 Đồ thị quan hệ giữa công suất và công suất cản tổng thể: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và công suất cản khi xe chuyển động phụ thuộc vào vận tốc của xe hoặc số vòng quay của động cơ được gọi là đồ thị cân bằng công suất của xe

Hình 3 2 Đồ thị cân bằng công suất

3.2.5 Nhận xét về đồ thị cân bằng công suất của xe: Đồ thị xác định trị số các thành phần của công suất cản ở các tốc độ khác nhau với các tỉ số truyền khác nhau

P (kW) vận tốc (m/s) Đồ thị cân bằng công suất

Pk1 Pk2 Pk3 Pk4 Pk5 Pe1 Pe2 Pe3 Pe4 Pe5 Pf Pf+ Pω

35 Ứng với các vận tốc khác nhau, tung độ nằm giữa đường cong (Pf + P ω ) và đường công Pk là đường công dự trữ, được gọi là công suất dư Pd dùng để leo dốc, tăng tốc và kéo rơ móc…

Tại Pd=0 xe không có khả năng leo dốc

Tại điểm A, Pd=0, xe không có khả năng tăng tốc leo dốc,… chiếu điểm A xuống trục hoành ta được 𝑣 𝑚𝑎𝑥 = 51,5 (𝑚/𝑠) = 185,4 (km/h) khi xe chạy trên loại đường đã cho

Vận tốc lớn nhất của xe chỉ đạt được khi xe chuyển động đều trên đường nằm ngang, bướm ga mở tối đa và đang ở tay số cao nhất của hộp số

Nếu muốn ô tô chuyển động ổn định trên một đường nào đó với vận tốc nhỏ hơn

𝑣 𝑚𝑎𝑥 thì cần đóng bớt bướm ga lại, mặt khác có thể về tay số thấp hơn của hộp số.

ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE

3.3.1 Khái niệm về tính động lực của xe:

Khi so sánh tính chất động lực học của các loại xe khác nhau ứng với các điều kiện làm việc của xe ở các loại đường khác nhau, người ta muốn có một thông số thể hiện được ngay tính động lực học

Phương trình cân bằng lực kéo không thuận lợi để đánh giá các loại xe khác nhau Cho nên cần phải có một thông số đặc trưng cho tính chất động lực học của xe mà chỉ số kết cấu không có mặt trong đó Thông số đó gọi là đặc tính động lực học, ký hiệu là D:

G (3.20) Qua biểu thức (3.20) ta thấy: giá trị D chỉ phụ thuộc vào thông số kết cấu của xe, vì thế nó có thể xác định cho mỗi xe cụ thể

Từ phương trình cân bằng lực kéo khi xe không kéo rơ móc:

Ta chuyển W v 2 sang vế trái và chia hai vế cho 𝐺 thì nhận được:

3.3.2 Phương pháp xây dựng đồ thị đặc tính động lực học:

3.3.2.1 Phương pháp xây dựng đồ thị: Đặc tính động lực học của xe D có thể biểu diễn bằng đồ thị Đồ thị đặc tính động lực học D biểu thị mối quan hệ phụ thuộc giữa đặc tính động lực học và vận tốc chuyển động của xe, nghĩa là D = f(v)

Trên trục tung, ta đặt các giá trị của đặc tính động lực học D, trên trục hoành ta đặt các giá trị vận tốc chuyển động v

3.3.2.2 Ý nghĩa sử dụng đồ thị đặc tính động lực học:

3.3.2.2.1 Xác định vận tốc lớn nhất:

Ta biết rằng khi xe chở quá tải chuyển động đều (ổn định) nghĩa là j = 0 thì tung độ mỗi điểm của đường cong đặc tính động lực học D ở các số truyền khác nhau chiếu xuống trục hoành sẽ xác định vận tốc lớn nhất v max của xe ở loại đường với hệ số cản tổng cộng đã cho

Nếu đường cong đặc tính động lực học hoàn toàn nằm phía trên đường hệ số cản tổng cộng của mặt đường  thì xe không có khả năng chuyển động đều (ổn định) khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải Để thỏa mãn điều kiện này thì chúng ta có thể giải quyết bằng 2 cách sau đây:

+ Cách thứ nhất: người lái có thể chuyển sang số cao hơn của hộp số để cho đường cong đặc tính động lực học ở số cao hơn cắt đường hệ số cản tổng cộng của mặt đường  ở phần làm việc ổn định trên đường đặc tính động lực học

+ Cách thứ hai: người lái cần giảm chân ga để bướm ga đóng bớt lại

+ Nếu không giải quyết bằng một trong hai biện pháp trên thì sẽ xảy ra hiện tượng tăng tốc của xe

Trong trường hợp xe chuyển động đều (ổn định) tức là j = 0 và trên loại đường tốt, nằm ngang  = 0, hệ số cản tổng cộng của mặt đường sẽ bằng hệ số cản lăn:  = f

Giao điểm A của đường hệ số cản lăn f và đường cong nhân tố động lực học D 5 chiếu xuống trục hoành xác định được vận tốc lớn nhất của xe v max ở số truyền cao nhất và động cơ làm việc ở mỗi chế độ

3.3.2.2.2 Xác định độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua:

Trường hợp xe chuyển động đều (ổn định) ,có D = , nếu biết hệ số cản lăn của loại đường thì ta có thể tìm ra được độ dốc lớn nhất của đường mà xe có thể khắc phục được ở một vận tốc cho trước, Ta có: i = D − f =− f (3.22) Độ dốc lớn nhất mà xe có thể khắc phục được ở mỗi tỷ số khác nhau của hộp số, khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải được xác định bằng các đoạn tung độ

D max − f, như vậy: i max = D max − f (3.23) Cũng cần chú ý rằng tại điểm có đặc tính động lực học lớn nhất D max ở mỗi một số truyền thì đường cong đặc tính động lực học chia làm hai khu vực bên trái và bên phải mỗi đường cong vùng bên phải vận tốc tới hạn v > v th gọi là vùng ổn định vùng bên trái của vận tốc tới hạn v < v th gọi là vùng mất ổn định

3.3.2.2.3 Xác định sự tăng tốc của xe:

Nhờ đồ thị đặc tính động lực học D = f(v) ta có thể xác định được sự tăng tốc của xe khi hệ số cản của mặt đường đã biết và khi chuyển động ở một số truyền bất khi với một vận tốc cho trước

Khi đã cho trị số của hệ số cản lăn mặt đường Ψ, đặc tính động lực học D, ta xác định được khả năng tăng tốc của xe như sau:

Từ đó ta rút gọn công thức: j =dv dt = (D − Ψ) + g δ i (3.25)

Trên đồ thị đặc tính động lực học, ta kẻ đường hệ số cản lăn của mặt đường Ψ=f(v) Giả sử đồ thị đặc tính động lực học được xây dựng có 5 số truyền của hộp số và xe chuyển động trên loại đường có hệ số cản  1 , đường  1 sẽ cắt đường đặc tính động lực học ở số 5 là D 5 tại điểm A, chiếu điểm A xuống trục hoành, ta nhận được vận tốc chuyển động lớn nhất v 1 của xe trên loại đường đó

Cũng trên đường này, nếu xe chuyển động với vận tốc v n thì khả năng tăng tốc của xe ở vận tốc này sẽ được biểu thị bằng các đoạn tung độ khác nhau Những đoạn tung độ này sẽ là hiệu số D -  1 ở từng số truyền của hộp số Dùng biểu thức để tính toán, chúng ta nhận được gia tốc j = dv dt của xe ứng với các số truyền khác nhau của vận tốc v n Hệ số δ i được tính theo biểu thức Vậy chúng ta tìm được gia tốc j = dv dt của xe tương ứng với một vận tốc nào đó trên một loại đường bất kỳ ở các tay số khác nhau một cách dễ dàng

3.3.3 Xây dựng đồ thị đặc tính động lực học :

3.3.3.1 Xây dựng đồ thị đặc tính động lực học :

- F ki : là lực kéo ứng với từng vận tốc của từng tay sô (N)

- F ωi : là lực cản tổng thể với từng vận tốc của từng tay số (N)

- G: là trọng lượng toàn bộ xe

Bảng 3 11 Giá trị của các đặc tính động học tương ứng với từng vận tốc

2800 Giá trị của các hệ số cản lăn ứng với từng tay số được thể hiện dưới bảng sau: Bảng 3 12 Giá trị hệ số cản lăn fi tương ứng với từng vận tốc

G Bảng 3 13 Giá trị lực bám Dφ tương ứng với từng vận tốc xe

Hình 3 3 Đồ thị đặc tính động lực học

3.3.3.2 Ý nghĩa sử dụng đồ thị đặc tính động lực học D :

3.3.3.2.1 Xác định tốc độ lớn nhất của xe:

Dựa vào đồ thị đặc tính động lực học, ta có đường cong D5 và hệ số cản lăn f cắt nhau tại điểm C Điểm cắt nhau đó có vận tốc v = 51,5(m/s) = 185,4 (km/h) đó chính là vận tốc cực đại vmax cần tìm

3.3.3.2.2 Xác định độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua:

Ta có công thức: i max = D imax − f i

- i max : là độ dốc lớn nhất xe có thể vượt qua ứng với từng tay số

- f i : là hệ số căn lăn ứng với từng tốc độ chuyển động của xe

- D imax : là đặc tính động lực học lớn nhất

D vận tốc (m/s) Đồ thị đặc tính động lực học

- Giá trị của i max ứng với từng tốc độ của từng tay số được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3 14 Giá trị góc dốc tương ứng với từng tay số xe

3.3.3.2.3 Xác định sự tăng tốc của ô tô Toyota Avanza từ đồ thị D:

Gia tốc được xác định nhờ đồ thị đặc tính động lực qua công thức:

D = f +δ j g j Vậy ta có: j = (D − f) g δ j (m s⁄ ) 2 Trong đó:

- δ j : là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay của từng tay số truyền

Từ công thức trên ta tính được các giá trị của  tương ứng với từng tỷ số truyền được thể hiện qua bảng sau:

Ta xây dựng bảng giá trị của j theo D và δ j của từng tay số:

Bảng 3 15 Giá trị của 𝛅 𝐣 ứng với từng tay số

Bảng 3 16 Bảng giá trị j tương ứng với từng vận tốc xe

Hình 3 4 Đồ thị biến thiên gia tốc ở các tay số.

CÁC ĐẶC TÍNH TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ TOYOTA AVANZA 1.5 E MT

3.4.1 Xác định khả năng khởi hành và tăng tốc của xe Toyota Avanza 1.5 E MT:

Bài toán đặt ra ở mục này là xác định chuyển động ô tô đó, nghĩa là: xác định biến thiên gia tốc, tốc độ và quãng đường theo thời gian của xe Toyota Avanza 1.5 E

3.4.1.1 Xác định biến thiên của gia tốc:

Khi giải bài toán chúng ta vẫn sử dụng phương trình cân bằng lực

F 𝑗 = F k − F f ± F i − F  − F m Khi xác địn khả năng tăng tốc của xe, người ta thường xác định cho trường hợp xe chuyển động trên đường bằng ( = 0 => Fi = 0) và không kéo rơmóc (Fm = 0), lúc đó ta có:

J (m/s) 2 vận tốc (m/s) Đồ thị biến thiên gia tốc ở các tay số

Khi xe đang tăng tốc, vận tốc của xe nhỏ, nên có thể coi vo ≈ v Từ biểu thức trên, chúng ta thấy j phụ thuộc vào v, tức là ta nhận được đặc tính tốc độ của gia tốc j

= f(v) Sau đây, chúng ta sẽ xây dựng đồ thị đặc tính tốc độ gia tốc của xe đặt hộp số có năm số tiến: j (M e i t  r b − Gf − W v 2 ) 𝑔

- i ti : Tỷ số truyền của hệ thống truyển lực ở từng tay số

- M e : Mômen xoắn của động cơ, được xác định từ đường đặc tính ngoài của động cơ

Bảng 3 17 Bảng giá trị j tương ứng với từng vận tốc xe

Hình 3 5 Đồ thị biến thiên gia tốc ở các tay số

J (m/s) 2 vận tốc (m/s) Đồ thị biến thiên gia tốc ở các tay số

3.4.1.2 Xác định thời gian tăng tốc và biến thiên tốc độ ô tô: Để xác định biến thiên của tốc độ ô tô theo thời gian v(t) chúng ta dựa trên cơ sở phân tích sau: j = 𝑑𝑣

𝑗 𝑑𝑣 Thời gian tăng tốc từ tốc độ v1 đến v2 sẽ là:

Tích phân trên có thể giải được nếu biết j(v) và như vậy xác định được khoảng thời gian ∆t cần thiết để tang tốc độ từ v1 đến v2.

Ngoài ra tích phân này cũng có thể giải bằng đồ thị và khi tiến hành cho nhiều điểm kế tiếp nhau ta xây dựng được đường cong v(t), tức là biến thiên của tốc độ theo thời gian

Bảng 3 18 Bảng giá trị thời gian tăng tốc ứng với từng tay số ne (vg/ph) v1 (m/s) t1 (s) v2 (m/s) t2 (s)

3.4.1.3 Xác định quãng đường tăng tốc của ô tô:

Nhằm xác định biến thiên của quãng đường S theo thời gian hay tốc độ theo quãng đường, chúng ta cũng làm tương tự: v = 𝑑𝑆

Từ mối quan hệ biến thiên v(t) đã biết, ta xác định được quãng đường đi được

Ngoài ra tích phân này cũng có thể giải bằng đồ thị và khi tiến hành cho nhiều điểm kế tiếp nhau ta xây dựng được đường cong v(t), tức là biến thiên của tốc độ theo thời gian

Bảng 3 19 Bảng độ biến thiên của quãng đường khi tăng tốc ne (vg/ph) v1 (m/s) del S1 (m) v2 (m/s) del S2 (m)

Bảng 3 20 Bảng giá trị quãng đường tăng tốc ứng với từng tay số ne (vg/ph) v1 (m/s) S1 (m) v2 (m/s) S2 (m)

3.4.1.4 Khởi hành và tăng tốc của xe Toyota Avanza với hộp số cơ khí có 5 cấp số:

Xe Toyota Avanza dùng hộp số cơ khí có 5 cấp số

Trong thực tế, hầu hết các ô tô đều sử dụng hộp số cơ khí với vài tay số.sử dụng hộp số cơ khí với vài tay số Vì vậy, các đặc tính tăng tốc sẽ không liên tục vì có những thời điểm chuyển số và lực kéo thay đổi Ở hệ thống truyền lực hoàn toàn cơ khí, do sử dụng ly hợp ma sát nên khi sang số ly hợp sẽ được tách, dòng công suất không truyền qua hộp số, bởi vậy quá trình sang số không có tải

Khi sang số không tải, lực kéo coi như bằng không, cho nên sẽ diễn ra quá trình chạy đà trong thời gian này Đặc tính tăng tốc tổng hợp sẽ là kết hợp của các đặc tính tăng tốc và các đặc tính chạy đà Để thiết lập các đồ thị ta cần tính toán gia tốc ngược (1/J) và vẽ đồ thị gia tốc ngược

Bảng 3 21 Bảng giá trị gia tốc ngược (1/J) tương ứng với từng vận tốc xe v1 (m/s) 1/J1 v2 (m/s) 1/J2 v3(m/s) 1/J3 1.06278101 0.456691522 1.958739 0.61969195 2.911062 0.86099189 2.12556202 0.428793915 3.917478 0.5825849 5.822124 0.812787969 3.18834303 0.411021824 5.876218 0.55963503 8.733187 0.785289835 4.25112403 0.401255705 7.834957 0.54798198 11.64425 0.774775083 5.31390504 0.398442988 9.793696 0.5463036 14.55531 0.779922241 6.37668605 0.402294739 11.75244 0.55441645 17.46637 0.801371298 7.43946706 0.413208217 13.71117 0.57322345 20.37744 0.841933057 8.50224807 0.432374003 15.66991 0.60497885 23.2885 0.907585368 9.56502908 0.462125365 17.62865 0.65402733 26.19956 1.009992328 10.6278101 0.506740962 19.58739 0.72852649 29.11062 1.17289904

Hình 3 6 Đồ thị biến thiên gia tốc ngược ở các tay số

J (m/s) 2 vận tốc (m/s) Đồ thị biến thiên gia tốc ngược ở các tay số

Hình 3 7 Đồ thị vận tốc theo thời gian ở từng tay số Đồ thị V(s)

Hình 3 8 Đồ thị vận tốc theo quãng đường ở từng tay số

THỜI GIAN (s) ĐỒ THỊ VẬN TỐC THEO THỜI GIAN Ở TỪNG TAY SỐ

Quãng Đường (m) ĐỒ THỊ VẬN TỐC THEO QUÃNG ĐƯỜNG

Hình 3 9 Đồ thị quãng đường theo thời gian ở từng tay số

THỜI GIAN (s) ĐỒ THỊ QUÃNG ĐƯỜNG THEO THỜI GIAN

TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍNH ỔN ĐỊNH

Tính ổn định trên ô tô là khả năng đảm bảo cho ô tô giữ quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau Tùy thuộc vào điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên chuyển động trên đường dốc (đường có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang) có thể phanh hoặc quay vòng ở các loại đường khác nhau (đường xấu, đường tốt )

Trong những điều kiện phức tạp như vậy, ô tô phải giữ được quỹ đạo của nó sao không bị lật đỗ, không bị trượt hoặc xe không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo chúng chuyển động an toàn, nâng cao vận tốc chuyển động của xe có nghĩa là tăng kinh tế và tính ổn định của ô tô trong mọi điều kiện làm việc

Trong phần này, chúng ta nghiên cứu tính ổn định của ô tô để đảm bảo khả năng không bị lật đổ hoặc bị trượt trong những điều kiện chuyển động khác nhau.

TÍNH TOÁN TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA Ô TÔ

Khi khảo sát độ ổn định của xe chung ta cần biết trước tọa độ trọng tâm xe

Sự phân bố trọng lượng lên các trục của ô tô thiết kế khi không tải và khi có tải được xác định trên cơ sở giá trị các thành phần trọng lượng và vị trí tác dụng của chúng lên các trục của ô tô

4.2.1 Xác định tọa độ trọng tâm xe bằng thực nghiệm:

Vị trí trọng tâm ô tô ảnh hưởng lớn đến tính chất động lực học ô tô Tọa độ trọng tâm ô tô được thường được sử dụng trong quá trình tính toán và thiết kế ô tô, ngoài ra còn ảnh hưởng đến tính ổn định, an toàn ô tô Đặc trưng bằng những kích thước theo chiều dọc, chiều ngang, chiều cao và có thể xác định bằng thực nghiệm

Xác định tọa độ trọng tâm ô tô theo chiều dọc bằng phương pháp cân ô tô Đặt các bánh xe sau lên mặt cân

Các bánh xe trước đặt lên mặt phẳng cứng nằm cùng mặt phẳng với bàn cân

Hình 4 1 Xác định tọa độ trọng tâm theo chiều dọc

Chỉ số trên cân là phần trọng lượng của ôtô tác dụng lên cầu sau, gọi là G2.

Như vậy trọng lượng phân ra cầu trước là G1 = G – G2

Khi đã biết trọng lượng G ôtô và các thành phần trọng lượng ra các cầu G1, G2.

Chúng ta xác định tọa độ trọng tâm ôtô theo chiều dọc như sau:

58 a, b: khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến mặt phẳng đứng qua trục cầu trước và cầu sau

L: chiều dài cơ sở ô tô

Xác định tọa độ trọng tâm theo chiều ngang cũng bằng phương pháp cân Đặt bánh xe trước và sau bên phải hoặc bên trái lên bàn cân

Bánh xe trước hoặc sau còn lại nằm trên mặt phẳng cứng và cùng mặt phẳng với bàn cân

Chỉ số đọc được trên cân là phần trọng lượng ôtô tác dụng lên các bánh xe trái hoặc phải

Hình 4 2 Xác định tọa độ trọng tâm ô tô theo chiều ngang

Từ điều kiện cân bằng momen các lực đối với O2

G 𝑐 c: chiều rộng cơ sở ô tô e: khoảng cách từ trọng tâm ô tô theo chiều ngang đến mặt phẳng đối xứng ô tô

Xác định tọa độ trọng tâm theo chiều cao cũng bằng phương pháp cân Đặt các bánh xe sau lên bàn cân, các bánh trước đặt lên giá có độ cao H so với mặt bàn cân (thường H = 0,5 ± 1,0 m)

Hình 4 3 Xác định tọa độ trọng tâm ô tô theo chiều cao

Chỉ số trên bàn cân là phần trọng lượng tác dụng lên trục sau ôtô khi đặt nghiêng G’2 đi qua tâm O2 trục sau

Từ điều kiện cân bằng momen của hệ lực đối với O1, tâm trục

G( G ′ 2 − G 2 tgα ) + r b rb: bán kính bánh xe trước và sau α: góc nghiêng của mặt phẳng tiếp xúc bánh xe trước và sau so với mặt phẳng nằm ngang

G, G2: trọng lượng ô tô và trọng lượng phân bố lên cầu sau khi ô tô nằm ngang

Do điều kiện nhà trường không đủ thiết bị máy móc để xác định tọa độ trọng tâm xe bằng thực nghiệm nên phải xác định tọa độ trọng tâm xe bằng lý thuyết

4.2.2 Xác định tọa độ trọng tâm xe bằng lý thuyết:

- Tọa độ trọng tâm của ô tô thiết kế theo chiều dọc a: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau

- Tọa độ trọng tâm của ô tô theo chiều cao hg.

- Căn cứ vào các giá trị thành phần trọng lượng và tọa độ trọng tâm của chúng, ta xác định tọa độ trọng tâm của ô tô theo công thức

𝐚 + 𝐛 = 𝐋 Trong đó : hi : chiều cao trọng tâm các bộ phận thành phần của xe

G : trọng lượng toàn bộ của xe

Gi : trọng lượng của các bộ phận thành phần của xe

Phân bố trọng lượng trên các cầu khi xe đứng yên trên mặt đường nằm ngang:

4.2.2.1 Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao:

Bảng 4 1 Bảng các trọng lượng thành phần và chiều cao trọng tâm của chúng

TT Tên gọi Trọng lượng

Gi[N] hi[mm] Gi.hi

2 Cầu trước và bánh xe

3 Cầu sau và bánh xe

4 Động cơ và hộp số

Chúng ta dựa trên công thức: h g = ∑G i h i

4.2.2.2 Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc:

Chúng ta dựa trên công thức:

G = 1311 (mm) a = L − b = 2655 − 1311 = 1344 (mm) Các giá trị Z1, Z2 cho trước ở thông số kỹ thuật của xe (bảng 1)

Nhận xét : Giá trị hg tính được ở trên chỉ là giá trị gần đúng nhưng sai số tương đối nhỏ nên chấp nhận được để đưa vào tính toán cho các phần sau.

TÍNH ỔN ĐỊNH DỌC CỦA Ô TÔ

4.3.1 Tính ổn định học tĩnh:

Tính ổn định dọc tĩnh của ô tô là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật đổ hoặc bị trượt khi đứng yên trên đường dốc dọc

4.3.1.1 Xét tính ổn định theo điều kiện lật đổ:

63 a) Xe đứng yên quay đầu lên dốc

Xu hướng lật đổ : Xe có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu sau với mặt đường ( điểm O2) theo phương dọc

Trạng thái giới hạn lật đổ : Khi góc α tăng dần đến góc αt (góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc ) thì các bánh xe cầu trước nhấc khỏi mặt đường : Z1 0 Để xác định góc giới hạn mà xe bị lật đổ khi đứng quay đầu lên dốc , ta lập phương trình moment của tất cả các lực đối với điểm O2 rồi rút gọn Z1 = 0

Ta lập phương trình moment đối với điểm O2:

Hình 4 4 Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên ô tô khi đứng yên quay đầu lên dốc

64 αt - là góc giới hạn mà xe bị lật đổ khi đứng quay đầu lên dốc hg - tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao bằng 0,55 m b) Xe đứng yên quay đầu xuống dốc

Tương tự xe khi quay đầu xuống dốc, thì xe có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặt của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu trước với mặt đường (điểm O1), khi góc α tăng dần đến góc αt’ (góc giới hạn mà khi bị lật khi quay đầu xuống dốc) thì các bánh xe cầu sau nhấc khỏi mặt đường: Z2 = 0 , lấy moment đối với điểm O1 và rút gọn thì ta được:

⇒ α t ′ = 64 o 11′ (4.4) Trong đó: α t ’: là góc giới hạn mà xe bị lật đổ khi đứng quay đầu xuống dốc

Chú ý: Không xét đến mô men cản lăn nhằm tăng tính ổn định của ô tô

Qua các biểu thức trên ta thấy góc giới hạn lật đổ tính được chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm xe

Hình 4 5 Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên ô tô khi đứng yên quay đầu xuống dốc

Một số góc dốc giới hạn ở một số loại ô tô khi đứng trên dốc:

• Đối với xe du lịch: α t = αt’ = 60º

• Xe tải khi đầy tải: α t = (35º – 40º), αt’ ≥ 60º

• Xe tự đổ khi không tải: αtt= (20º – 35º), α t ’ ≥ 60º

4.3.1.2 Xét tính ổn định theo điều kiện trượt :

Sự mất ổn định dọc tĩnh của ô tô không chỉ do sự lật đổ dọc mà còn do trượt trên dốc do không đủ lực phanh hoặc do lực bám không tốt giữa các bánh xe và mặt đường

Khi lực phanh lớn nhất đạt đến giới hạn bám xe có thể bị trượt xuống dốc Đối với xe Avanza thì phanh tay sử dụng chung cơ cấu phanh với phanh chân, lúc đó tất cả các bánh xe đều được phanh khi ta kéo phanh tay

F pmax = Fp1max + F p2max = Z1φ + Z2φ = (Z1 + Z2).φ = φ.G.cosα (4.5) Cân bằng lực theo phương song song với mặt dốc ta có:

F p = G.sinα , khi Fp = Fpmax thì xe bắt đầu trượt, khi đó α = α tφ cho nên:

F pmax = φ.G.cosαtφ = G.sinαtφ => tgαtφ = sinα tφ cosα tφ = φ (khi xe quay đầu xuống dốc: chứng minh tương tự)

Fpmax : là lực phanh lớn nhất đặt ở các bánh xe

Hình 4 6 Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên ô tô khi đứng yên quay đầu lên dốc

66 φ : là hệ số bám dọc của bánh xe đối với mặt đường (φ = 0,85 đối với đường bê tông, đường nhựa) αtφ , αtφ’ : góc dốc giới hạn khi xe bị trượt khi xe đứng yên trên dốc quay đầu lên và xuống

Ta có điều kiện để ô tô trên dốc bị trượt như sau : tgαtφ = tgα’tφ = φ = 0,85

=> α tφ = α’tφ = 40º21’ Để đảm bảo an toàn khi ô tô đứng yên trên dốc thì hiện tượng trượt phải xảy ra trước khi lật đổ, được xác định bằng biểu thức: tg αtφ < tg αt

=> Xe đứng yên trên dốc bị trượt trước khi xảy ra hiện tượng lật đổ Như vậy, có thể kết luận rằng xe chúng ta khảo sát Toyota Avanza đảm bảo được điều kiện an toàn nêu trên

Góc giới hạn khi ô tô đứng trên dốc bị trượt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe và chất lượng mặt đường

4.3.2 Tính ổn định dọc động:

Khi ô tô chuyển động trên đường dốc có thể bị mất ổn định ( lật đổ hoặc trượt) dưới tác dụng của các lực và moment hoặc bị lật đổ khi ô tô chuyển động ở tốc độ cao trên đường bằng

4.3.2.1 Trường hợp chuyển động tổng quát:

Khi tăng góc dốc α đến giá trị giới hạn, xe sẽ lật đổ ứng với Z1 = 0, các bánh xe trước bị nhấc khỏi mặt đường Làm tương tự như phần ổn định dọc tĩnh, ta xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ khi chuyển động lên dốc hoặc xuống dốc

67 Để đơn giản, ta xét trường hợp ô tô chuyển động ổn định lên dốc, không kéo rơ móc , nghĩa là : Fj = 0 ; Fm = 0

Ta có công thức tính phản lực Z1 qua việc lấy moment với điểm O2 ( là giao điểm của mặt đường với mặt phẳng thẳng đứng qua trục của bánh xe cầu sau)

L Sau khi rút gọn biểu thức trên , ta được góc dốc giới hạn khi xe bị lật đổ là: tgα đ = b−fr b h g − F ω

G (4.6) Chọn hệ số cản lăn: 𝑓 = 0,015

Chú ý : Ta không xét Fm trong tất cả các trường hợp vì xe không có rơ móc

4.3.2.2 Trường hợp xe chuyển động lên dốc hoặc xuống dốc với vận tốc nhỏ, không kéo rơ móc và chuyển động ổn định: Ở trường hợp này ta có : F j = 0, Fm = 0, Ff ≈ 0, Fω ≈ 0 a) Xét ổn định theo điều kiện lật đổ : Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe ở cầu sau với mặt đường

Góc dốc giới hạn khi xe bị lật đổ khi xe chuyển động lên dốc:

0,65 = 2,02 ⇒ α đ = 63 o 39′ (4.8) Khi xe chuyển động xuống dốc ta cũng xác định được góc dốc giới hạn

68 mà xe bị lật đổ

⇒ α đ ′ = 64 o 11′ (4.9) b) Xét ổn định theo điều kiện trượt :

Khi lực kéo ở bánh xe chủ động đạt tới giới hạn bám thì xe bắt đầu trượt (xe có cầu sau chủ động) khi xe lên dốc:

F kmax = Fφ2 = φ.Z2 = Gsinα (4.10) Mặt khác ta có :

L (a cos α φd + h g sin α φd ) (4.11) Với Z2 được xác định bằng cách lấy moment đối với điểm O1

Ta xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị trượt:

Fkmax: Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động

Fφ2: Lực bám của các bánh xe chủ động ở cầu sau φ: Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường

Ta có điều kiện để đảm bảo cho ô tô trượt trước khi lật đổ là:

Như vậy xe toyota Avanza đảm bảo được điều kiện an toàn là: hiện tượng trượt đã xảy ra trước khi lật đổ

4.3.2.3 Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm ngang không kéo rơ móc:

Trong trường hợp này ta có: Fj = 0, F m = 0, Ff = 0, cosα = 1

Sơ đồ mô men và lực tác dụng lên ô tô như hình (4.4) Khi đó xe có khả năng bị lật do lực cản không khí gây ra nếu chuyển động với tốc độ rất lớn Lực cản không khí tăng tới giá trị giới hạn, xe sẽ bị lật quanh điểm O2 (O2 là giao điểm của mặt phẳng qua trục bánh xe sau với đường), lúc đó phản lực Z 1 = 0 Để xác định vận tốc giới hạn mà xe bị lật đổ, ta sử dụng công thức sau:

Ta coi Mf ≈ 0 vì trị số của nó rất nhỏ so với Fω =Wv02, thay giá trị và rút gọn ta được vận tốc nguy hiểm mà xe bị lật đổ: v n = √ Wh Gb g

𝑣 𝑛 : Vận tốc giới hạn mà xe bị lật đổ (m/s)

W: Nhân tố cản không khí: W= 0,625CxS (Ns 2 /m 2 )

Cx: là hệ số cản không khí có đơn vị Ns 2 /m 4

S: là diện tích cản không khí có đơn vị là m 2 v n = 3,6√ Gb

Với vận tốc 1257 (km/h) ta nhận đây là vận tốc nguy hiểm rất cao, xe ô tô không thể đạt được vận tốc trên

Hình 4 7 Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên ô tô chuyển động trên đường nằm ngang

Vậy nên trường hợp này không thể xảy ra

TÍNH ỔN ĐỊNH NGANG CỦA Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG THẲNG TRÊN ĐƯỜNG NGHIÊNG NGANG

4.4.1 Xét ổn định theo điều kiện lật đổ :

Y’, Y”- Các phản lực ngang tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái

𝛽 - Góc nghiêng ngang của đường

Z’, Z’’- Các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái

Mjn - Mômen của các lực quán tính tiếp tuyến tác dụng trong mặt phẳng ngang khi ô tô chuyển động không ổn định Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe bên trái với mặt đường (điểm B) như hình (4,5) Lấy momnet tại điểm B và rút gọn ta được:

Khi góc β tăng tới giá trị giới hạn βđ thì xe bị lật quanh trục đi qua B

Hình 4 8 Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ô tô khi chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang

Thông thường giá trị Mjn nhỏ nên có thể coi Mjn ≈ 0, xe không kéo rơmóc nên:

Ta xác định được góc giới hạn lật đổ khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang là: tan β đ = c

Trong đó : β đ - góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ

4.4.2 Xét ổn định theo điều kiện trượt :

Khi chất lượng bám của bánh xe với đường kém thì xe có xu hướng trượt khi chuyển động trên đường nghiêng ngang Để xác định góc giới hạn khi xe bị trươt, ta lập phương trình hình chiếu các lực lên mặt phẳng song song với mặt đường:

Trong đó: βφ: Góc dốc giới hạn mà ô tô bị trượt φy: Hệ Số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường (Chọn φy = 0,9)

Rút gọn biểu thức (4.17) ta được: tgβφ = φy = 0,9 (4.18) =>β φ = 41 0 59’ Để đảm bảo an toàn thì xe phải bị trượt trước khi lật đổ, nghĩa là: tgβ φ < tgβ đ hay φ y < c

⇔ 41 0 59′ < 47 0 49′ hay 0,9 < 1,1 (4.19) Khi ô tô đứng yên trên đường nghiêng ngang, ta cũng xác định được góc nghiêng giới hạn mà tại đó xe bị lật đổ hoặc bị trượt Ở trường hợp này, ô tô chỉ chịu tác dụng của trọng lượng Phương pháp

73 xác định cũng tương tự như phần trên, ta có ngay góc giới hạn mà xe bị lật đổ

Cũng tương tự ta có góc giới hạn mà xe bị trượt là : tgβ tφ = φy = 0,9 (4.21)

⇒ βtφ = 41 0 59′ Điều kiện đảm bảo an toàn thì xe phải bị trượt trước khi lật đổ là : tgβ tφ < tgβ t hay φ y < c

Từ các số liệu tính toán , ta thấy xe Toyota Avanza này đáp ứng thỏa điều kiện an toàn là xe sẽ bị trượt trước khi lật đổ

Góc giới hạn lật đổ hoặc bị trượt khi chuyển chuyển động trên đường nghiêng ngang chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm và các thông số kích thước của xe và hệ số bám của xe với mặt đường Để tăng độ ổn định ngang khi xe chạy thẳng chúng ta nên: cho hg giảm, cho bề rộng cơ sở c tăng và tăng hệ số bám ngang của đường

TÍNH ỔN ĐỊNH NGANG CỦA Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG QUAY VÒNG TRÊN ĐƯỜNG NGHIÊNG NGANG

4.5.1 Xét theo điều kiện lật đổ: a Trường hợp ô tô quay vọng trên đường nghiêng ngang ra ngoài (hướng nghiêng của đường và trục quay vòng của xe ở hai phía của đường ):

Trong trường hợp này ô tô chịu tác dụng của các lực sau : lực ly tâm Fl , trọng lượng toàn bộ của ô tô G , xe không có rơ móc nên bỏ qua lực kéo Fm

Khi góc β tăng dần đồng thời dưới tác dụng của lực ly tâm tâm Fl, xe bị lật đổ quanh trục đi qua A ( trục này là giao tuyến giữa mặt phẳng của đường với mặt phẳng đi qua 2 tâm của các bánh xe bên phải và vuông góc với mặt đường) , lúc đó vận tốc của ô tô đạt tới giới hạn và hợp lực Z’’ = 0 Vận tốc nguy hiểm khi xe lật đổ là: v = Vn

2cos β + h g sin β) + F m (h m cos β + sin β) − M jn − F l (h g cos β + sin β](4.23) Hình 4 9 Sơ đồ moment và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài

Thay trị số lực ly tâm F l = Gv n 2 gR vào công thức rồi rút gọn ta được : v n 2 = [G( c

Vì xe không có rơ móc Fm = 0 , ta cũng xác định được vận tốc giơi hạn (hay gọi là vận tốc nguy hiểm) khi xe bị lật như sau: v n 2 = ( c

2 sin β đ (4.25) Lấy căn bậc 2 ta được : v n = √ ( c

= 4,56 (m/s) = 16,41 (km/h) Trong đó: βđ : Góc nghiêng ngang của đường khi xe quay vòng bị lật đổ (Ta chọn βđ = 24°)

R : Bán kính quay vòng của xe v : vận tốc chuyển động quay vòng (m/s) vn : vận tốc giới hạn (vận tốc nguy hiểm) khi xe quay vòng bị lật đổ

Khi xe quay vòng, góc nghiêng ngang của đường βđ có thể là giá trị bất kỳ bởi vậy ta đi xác định vn ứng với các giá trị βđ thay đổi, ta lập bảng 4.3:

Bảng 4 2 Bảng tốc độ giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài theo điều kiện lật đổ ứng với từng góc nghiêng ngang khác nhau βđ (°) vn (m/s) vn (km/h)

Vậy vận tốc giới hạn tại góc nghiêng ngang βđ = 24° khi quay vòng bị lật đổ là 4,56 (m/s) = 16,41 (km/h) b) Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong (hướng nghiêng của đường cùng phía với trục quay vòng):

Hình 4 10 Sơ đồ mômen các lực tác dụng lên xe khi quay vòng trên đường nghiêng vào trong

77 Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục đi qua A và nằm trong mặt phẳng của mặt đường

2cos β + Gh g sin β − Z ′′ c − F l h g cos β + F l h g cos β + F l c

2sin β = 0 (4.27) Khi vận tốc ô tô tăng tới giá trị giới hạn thì ô tô sẽ bị lật đổ Khi đó, các bánh xe phía bên trái không còn tiếp xúc với mặt đường nữa , nên Z” = 0

Với góc giới hạn βđ = 24° thì 𝑣 𝑛 = 11,97 (m/s) = 43,09 (km/h) Để xét các vận tốc giới hạn quay vòng vn lật đổ tương ứng với các góc nghiêng ngang βđ của đường khác nhau, ta lập bảng sau :

Bảng 4 3 Bảng tốc độ giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong theo điều kiện lật đổ ứng với từng góc nghiêng ngang βđ của đường βđ (°) vn (m/s) vn(km/h)

78 c) Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nằm ngang :

Vận tốc giới hạn khi xe bị lật đổ là :

4.5.2 Xét theo điều kiện trượt:

Khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ô tô có thể bị trượt ngang dưới tác dụng của các thành phần lực Gsinβ và Flcosβ (do điều kiện bám ngang của xe và đường không đảm bảo) a) Trường hợp xe quay vòng trên đường nghiêng ra ngoài:

Khi vận tốc ô tô đạt tới giá trị giới hạn vφ, ô tô bắt đầu trượt ngang, lúc đó các phản lực ngang sẽ bằng lực bám Khi xe trượt, vận tốc nguy hiểm là vφ

Y’ + Y’’ = φy(Z’ + Z”) (4.30) Chiếu các lực lên phương song song với mặt đường và phương vuông góc với mặt đường, ta được:

Y’ + Y” = Flcosβφ + Gsinβφ (4.31) Z’ + Z” = Gcosβφ – Flsinβφ (4.32) Hình 4 11 Sơ đồ moment và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đường nằm ngang

Thế giá trị của các biểu thức: v φ 2 = Rg(φ y cos β φ −sin β φ ) φ y sin β φ +cos β φ (4.33)

1+0,9.tg(24 0 ) = 4,23 (m/s) = 15,22 (km/h (4.34) Với βφ - Là góc nghiêng ngang của đường khi xe quay vòng bị trượt (chọn βφ 24°)

Khi xe quay vòng, góc nghiêng ngang βφ của đường thay đổi tùy theo từng loại đường Nên ta đi tính vận tốc nguy hiểm vφ theo từng giá trị βφ thay đổi, ta lập bảng 4.4:

Bảng 4 4 Bảng vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài theo điều kiện trượt ngang ứng với từng góc βφ của đường khác nhau: βφ (°) v φ (m/s) v φ (km/h)

30° 3,42 12,31 b) Trường hợp xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong: Để xác định vận tốc giới hạn mà tại đó ô tô bắt đầu trượt bên thì ta cũng làm tương tự như trên là chiếu các lực lên phương song song với mặt đường và phương vuông góc mặt đường ta được

Rút gọn biểu thức trên ta được : v φ = √gR φ y + tgβ φ

Ta đi tính các vận tốc giới hạn quay vòng khi xe bị trượt tương ứng với các góc nghiêng ngang của đường β φ khác nhau Sau khi tính ta lập bảng 4.5

QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ

ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ

5.1.1 Động học quay vòng của ô tô Ô tô có thể quay vòng bằng cách thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng, khi đó bánh xe dẫn hướng sẽ quay quanh trụ đứng

Quá trình quay vòng của ô tô có thể chia thành những giai đoạn khác nhau: Giai đoạn thứ nhất: ô tô bắt đầu đi vào đường vòng Ở giai đoạn này, bán kính quay vòng giảm dần

Giai đoạn thứ hai: ô tô thực hiện quay vòng đều, nghĩa là ô tô quay vòng với bán kính và vận tốc góc không đổi

Giai đoạn thứ ba: ô tô đi ra khỏi đường vòng Ở giai đoạn này bán kính quay vòng tăng dần Kết thúc giai đoạn ba, ô tô trở về trạng thái chuyển động thẳng

Nhằm quay vòng ô tô, chúng ta có thể sử dụng các biện pháp sau:

Quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vòng tất cả các bánh xe dẫn hướng

Truyền những mômen quay có giá trị khác nhau đến các bánh xe dẫn hướng chủ động bên phải và trái, đồng thời sử dụng thêm phanh để hãm các bánh xe phía trong so với tâm quay vòng

Trước hết, chúng ta xét động học quay vòng của xe khi bỏ qua biến dạng ngang lốp, thì khi quay của các bánh xe do độ đàn hồi của lốp Nếu không tính đến độ biến dạng ngang của vòng véctơ vận tốc chuyển động của các bánh xe sẽ trùng với mặt phẳng quay (mặt phẳng đối xứng) của bánh xe

Trên (hình 5.1) mô tả động học quay vòng của xe Toyota Avanza có hai bánh dẫn hướng ở cầu trước khi bỏ qua biến dạng ngang của lốp Ở trên sơ đồ: A, B là vị trí của hai trụ đứng, E là điểm giữa của AB α1, α2 là góc quay vòng của bánh xe dẫn

83 hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng O Bởi vậy góc α sẽ là đại diện cho góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước Mặt khác AC và BD song song với trục dọc của ô tô

Khi xe quay vòng, để các bánh xe không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véctơ vận tốc chuyển động của các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, đó là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm O)

Theo sơ đồ trên, ta chứng minh được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt khi xe quay vòng

Hình 5 1 Sơ đồ động học quay vòng của xe Toyota Avanza khi bỏ qua biến dạng ngang

Trong đó: q - Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng tại vị trí đặt các cam quay của các bánh xe dẫn hướng

L - Chiều dài cơ sở của xe Toyota Avanza

Từ biểu thức (5.1) ta có thể vẽ được đường cong biểu thị mối quan hệ lý thuyết giữa góc α1 và α2 : α 1 = f(α2) khi xe quay vòng không trượt ở các bánh xe

Hình 5 2 Đồ thị lý thuyết và thực tế về mối quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng

Như vậy, theo lý thuyết để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng lăn không trượt khi quay vòng thì mối quan hệ giữa các góc quay vòng α 1 và α2 phải luôn luôn thỏa mãn biểu thức (5.1)

Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ nói trên người ta phải sử dụng hình thang lái Hình thang lái là một cơ cấu gồm nhiều đòn và nối với nhau bởi các khớp Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu nhưng không đảm bảo được mối quan hệ chính xác giữa các góc quay vòng α1 và α2 như đã nêu ở biểu thức (5.1) Nhưng do sai số nhỏ, giá thành rẻ nên người ta vẫn sử dụng nó để thực hiện chức năng quay vòng của ô tô Để tiện so sánh sự sai khác của mối quan hệ lý thuyết và thực tế giữa các góc α1 và α2 trên (hình 5.2) ta dựng thêm đường cong biểu thị mối quan hệ thực tế giữa các góc α1 và α2 : α1 = f(α2) Độ sai lệch giữa các góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất không được vượt quá 1,5 o

Hình 5 3 Sơ đồ động học quay vòng của xe Toyota Avanza có hai bánh dẫn hướng phía trước

86 Ở phần này chúng ta sẽ đi xác định các thông số động học của xe Toyota Avanza khi quay vòng theo sơ đồ hình 5.3 Ở sơ đồ này, ý nghĩa các kí hiệu như sau:

R : Bán kính quay vòng của xe α : Góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng

T : Trọng tâm của xe v : Vận tốc chuyển động của tâm cầu sau ρ : Bán kính quay vòng của trọng tâm T ω : Vận tốc góc của xe khỉ quay vòng quanh điểm O ε : Gia tốc góc của xe khi quay vòng quanh điểm O β : Góc tạo bởi OT và OF (F là tâm cầu sau) jh : Gia tốc hướng tâm của trọng tâm T jt - Gia tốc tiếp tuyến của trọng tâm T jx : Gia tốc hướng theo trục dọc xe của trọng tâm T jy : Gia tốc hướng theo trục ngang xe của trọng tâm T

Xét trường hợp xe quay vòng với vận tốc chuyển động là v=9 (m/s) = 32,4 (km/h)

Từ hình 5.3 ta tính được bán kính quay vòng R của bánh xe Bán kính quay vòng là khoảng cách từ tâm quay vòng đến trục dọc của xe

Với Rmin = 4,7 (m) là bán kính quay vòng tối tiểu của xe (theo thông số của xe đã cho): tgα = L

4,7 = 0,565 α = 29 0 27 ′ Vận tốc góc ω của xe khi quay vòng là:

Gia tốc góc của xe khi quay vòng được xác định : ε = dω dt = tgα

Từ sơ đồ ở hình 5.3 ta có: cosα = R

𝛼 = 32 0 44 ′ Thay các giá trị (5.5.) và (5.2) vào (5.4) ta có :

Hai thành phần gia tốc của trọng tâm T khi xe quay vòng jx và jy được xác định như sau:

Chiếu jh và jt lên trục dọc và trục ngang của xe, sau đố tổng hợp các vector gia tốc thành phần lại, ta có: jx = jt.cosβ - jh.sinβ = ε.ρ.cosβ – ω 2 ρ.sinβ (5.8) jy = jt.sinβ + jh.cosβ = ε.ρ.sinβ + ω 2 ρ.cosβ (5.9)

Mặt khác theo hình (5.3) ta có : ρ.cosβ = R ; ρ.sinβ = b (5.10)

Thay (5.3), (5.6) và (5.10) vào (5.8) và (5.9) ta nhận được j x = dv dt + v(R 2 +L 2 )

Trong trường hợp ô tô chuyển động đều ( dv dt = 0)theo một quỹ đạo đường tròn, góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sẽ không đổi α = const ( dv dt = 0) nên ta có:

Xét trường hợp v = 5 (m/s) = 18 (km/h) và bán kính quay vòng Rmin = 4,7 m, nên ta có: j x = − v 2 b

4,7= 5,32 (m/s 2 ) Ô tô quay vòng trong dải vận tốc cho phép từ 5 (km/h) đến 35 (km/h) , ta có bảng sau :

Bảng 5 1 Bảng giá trị của jx và jy ứng với từng vận tốc quay vòng

5.1.2 Động lực học quay vòng của xe Toyota Avanza:

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH CỦA XE KHI QUAY VÒNG TRÊN CÁC LOẠI ĐƯỜNG KHÁC NHAU

5.2.1 Khảo sát khi xe quay vòng trên đường bê tông khô:

- Để xe quay vòng ổn định không bị trượt ngang theo quan điểm động lực học thì tổng các lực tác dụng theo phương ngang phải bằng 0 (cân bằng lực) Xe trượt ngang là do lực F jly Chúng ta sẽ phân tích F jly ra 2 lực thành phần F jly1 𝑣à F jly2

- Thành phần ngang của lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu trước theo phương ngang sẽ là:

Do các góc α 1 , α 2 khá nhỏ nên có thể coi:

G 1 : Trọng lượng phân bố lên cầu trước khi đầy tải (N)

Z1: phản lực thẳng đứng tác dụng ở cầu trước g: Gia tốc trọng trường (g = 10 (m/s 2 )) φ y : Hệ số bám ngang ( chọn φ y = 0,9) m: Khối lượng toàn tải của xe (kg)

- Thành phần ngang của lực quán tính ly tâm tác dụng lên cầu sau theo phương ngang:

Trong đó : G2 – Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi đầy tải (N)

=> F jly2 = 0,9.8600 = 7740 (N) Để xe quay vòng không bị trượt ngang thì cần thỏa mãn điều kiện :

Từ hình vẽ 5.4 ta có: tgβ = b

F jl ⇒ F jl = F jly cos β = 11900 cos( 17 0 19′)= 12465 (N) Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều trục ngang: j y =F jly m 900

1700 = 7 (m/s 2 ) Hình 5.4 ta có: sin β =F jlx

F jl ⇒ F jlx = sin β F jl = sin(17 o 19′) 11900 = 3542 (N) Gia tốc trọng tâm T của xe hướng theo chiều trục dọc: j x =F jlx m 542

1700 = 2,08 (m/s 2 ) Vận tốc cực đại v max của xe khi đi vào đường vòng trên đường nhựa bê tông khô:

Vậy vận tốc cực đại của xe khi đi vào đường vòng trên đường nhựa bê tông khô với Rmin = 4,7 (m) v max = 5,74 (m/s) = 20,664 (km/h)

5.2.2 Khảo sát ổn định của xe khi quay vòng trên các loại đường thường gặp:

Trong thực tế xe chuyển động trên nhiều loại đường khác nhau Chung ta tính toán tương tự như ở mục 5.2.1 cho các loại đường có hệ số bám khác nhau và kết quả đưa vào bảng 5.3

Bảng 5 3 Bảng giá trị vận tốc cực đại ứng với từng loại đường khi xe quay vòng

Loại đường Hệ số bám 𝜑 𝑦 Vận tốc cực đại

Nhựa ướt 0,35 14.6 Đất khô 0,6 19.12 Đất ướt 0,4 15.61

Như vậy, khi xe quay vòng lực Fjl phụ thuộc vào: Khối lượng của xe, bán kính quay vòng và nhất là vận tốc chuyển động của ô tô Để giảm Fjl chúng ta phải giảm vận tốc của xe và giảm khối lượng (không được chở quá tải), đồng thời phải tăng bán kính quay vòng của xe

Trong hai thành phần của Fjl thì thành phần lực ngang Fjly là lực chủ yếu làm cho xe chuyển động không ổn định, là nguyên nhân chính gây nên sự nghiêng ngang của thùng xe và làm cho xe lật đổ Bởi vậy chúng ta phải giảm tối đa giá trị

Fjly khi ô tô quay vòng

95 Ở trên chỉ xét xe quay vòng trên đường nhựa bê tông khô và các loại đường khác thường gặp Vậy để xe chuyển động không bị trượt ngang ứng với các loại đường khác nhau với các hệ số bám khác nhau thì tài xế chỉ chạy được với tốc độ tối đa cho phép, để đảm bảo an toàn cho xe không bị trượt và lật đổ Để đảm bảo điều kiện an toàn khi xe quay vòng thì vận tốc nguy hiểm khi trượt phải nhỏ hơn vận tốc nguy hiểm khi lật đổ

Bảng 3.5 có ý nghĩa thực tế rất lớn đối với những người cầm lái xe Toyota Avanza Với các giá trị vận tốc cực đại đã tính được ở trên sẽ là lời cảnh báo cho các tài xế khi đi vào các loại đường kể trên Để xe chuyển động quay vòng ổn định và an toàn thì tốt nhất tài xế nên cho xe Toyota Avanza chuyển động với vận tốc nhỏ hơn các vận tốc cực đại đã tính được ở trên

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

Qua một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu về ô tô TOYOTA AVANZA, cùng với sự hướng dẫn, chỉ dạy tận tình của thầy MSc Đặng Quý, chúng em đã làm rõ được các tính năng động lực học của ô tô TOYOTA AVANZA và chỉ ra các đặc tính cũng như các thông số kỹ thuật làm cơ sở cho việc khảo sát tính hiệu quả khi chuyển động trên các loại đường khác nhau

Qua việc tìm hiểu, chúng em đã xây dựng được cơ sở lý thuyết cơ bản về các tính năng của ô tô như đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo và các lực cản Vẽ đồ thị cân bằng lực kéo, cân bằng công suất, đặc tính động lực học của ô tô Từ đó xác định được vận tốc cực đại của xe có phù hợp với vận tốc cực đại mà nhà sản xuất đưa ra hay không Bên cạnh đó đã đánh giá tính năng lên dốc và khả năng lựa tay số sao cho phù hợp Qua đó, đưa ra chế độ sử dụng hợp lý nhất của loại ô tô này

Ngoài ra, đề tài nghiên cứu đã xác định được góc dốc giới hạn, vận tốc giới hạn mà tại đó ô tô bị lật đổ hay bị trượt trong điều kiện chuyển động khác nhau Qua đó, chúng ta đánh giá được tính ổn định của ô tô là phù hợp với điều kiện đường Việt Nam với hệ số bám nhất định, đảm bảo ô tô chạy tốt trên các loại đường ở Việt Nam (đường dốc hay bằng phẳng) khi ô tô chuyển động thẳng, đứng yên hoặc quay vòng theo điều kiện lật đổ hoặc trượt ngang Khi xác định được động học và động lực học quay vòng của ô tô thì sẽ đánh giá được rằng ô tô quay vòng ổn định.

KIẾN NGHỊ

Đề tài nghiên cứu của chúng em chỉ nghiên cứu trên phương diện lý thuyết nên cần phải được kiểm nghiệm bằng phương pháp thực nghiệm Tuy nhiên, do kiến thức và thời gian của chúng em còn hạn chế nên việc nghiên cứu chưa đi sâu vào nhiều vấn đề Vì vậy nếu có thời gian, cùng với sự hỗ trợ của các thiết bị máy móc đo kiểm và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, chúng em sẽ tiếp tục nghiên

97 cứu mở rộng phạm vi, nghiên cứu chính xác hơn về việc sử dụng, vận hành nhằm đảm bảo khai thác hết công năng, công dụng của xe Toyota Avanza Chúng em hy vọng nhận được ý kiến đóng góp hoàn thiện từ các thầy cô