NGHIÊN cứu vấn đề đảm bảo QUỸ đạo CHUYỂN ĐỘNG của ô tô BẰNG các giải PHÁP điều KHIỂN hệ THỐNG TRUYỀN lực

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 6 CHƯƠNG 1: QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ TÁC ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 7 1.1. Quỹ đạo chuyển động của ô tô 7 1.1.1. Xét trên mô hình phẳng 7 1.1.2 .Xét mô hình khảo sát và các quan động lực học .Phương trình quay vòng 10 1.2. Động lực học các trang thái chuyển động của ô tô. 13 1.2.1. Đỗ xe trên đường bằng. 13 1.2.2. Đỗ xe trên một đường nghiêng. 15 1.2.3. Ô tô tăng tốc trên đường bằng. 16 1.2.4. Ô tô tăng tốc trên đường nghiêng. 19 1.2.5. Đỗ xe trên dốc nghiêng ngang. 24 1.2.6. Phương tiện đi lại trên một đường cong 26 1.3. .Tác động của hệ thống truyền lực đến quỹ đạo chuyển động. 31 1.3.1. Tác động của vi sai. 31 1.3.2.Tác động của cầu chủ động. 32 1.4 Tác động của người lái xe 32 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE Ô TÔ 35 2.1. Phân loại và cấu trúc hệ thống 35 2.1.1. Phân loại 35 2.1.2. Cấu trúc hệ thống truyển lực 35 2.2. Các phần tử trong hệ thống truyền lực tác động đến quỹ đạo chuyển động 38 2.2.1. Ly hợp và biến mô 38 2.2.2 Hộp số 52 2.2.3. Cầu chủ động và bộ vi sai 91 2.2.4. Lốp và tình trạng lốp 102 CHƯƠNG 3 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 106 3.1. Điều khiển số truyền 106 3.1.1. Vai trò của hộp số 106 3.1.2Dải tỷ số truyền 108 3.1.3Mô men xoắn động cơ va phạm vi hoạt động 109 3.1.4Hộp số 5 cấp và số lùi 111 3.1.5 Hộp số tách thay đổi phạm vi 112 3.2. Điều khiển bộ vi sai 115 3.2.1. Cơ cấu hạn chế trượt vi sai 115 3.2.2 Hệ thống điện thủy lực chống trượt vi sai 117 3.3. Điều khiển 4WD 119 3.3.1. 4WD là gì? 119 3.3.2 Phân loại 120 3.3.3 Ưu và nhược điểm của 4WD. 125 3.3.4 So sánh giữa 2WD, AWD và 4WD. 127 3.3.5 Bố trí cơ bản của 4WD 128 3.3.6. Hệ thống 4WD HUYNDAI TERRACAN 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 166 TÀI LIỆU THAM KHẢO 167

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ TÁC ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 7

1.1 Quỹ đạo chuyển động của ô tô 7

1.1.1 Xét trên mô hình phẳng 7

1.1.2 Xét mô hình khảo sát và các quan động lực học Phương trình quay vòng .10 1.2 Động lực học các trang thái chuyển động của ô tô 13

1.2.1 Đỗ xe trên đường bằng 13

1.2.2 Đỗ xe trên một đường nghiêng 15

1.2.3 Ô tô tăng tốc trên đường bằng 16

1.2.4 Ô tô tăng tốc trên đường nghiêng 19

1.2.5 Đỗ xe trên dốc nghiêng ngang 24

1.2.6 Phương tiện đi lại trên một đường cong 26

1.3 .Tác động của hệ thống truyền lực đến quỹ đạo chuyển động 31

1.3.1 Tác động của vi sai 31

1.3.2.Tác động của cầu chủ động 32

1.4 Tác động của người lái xe 32

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE Ô TÔ 35

2.1 Phân loại và cấu trúc hệ thống 35

2.1.1 Phân loại 35

2.1.2 Cấu trúc hệ thống truyển lực 35

2.2 Các phần tử trong hệ thống truyền lực tác động đến quỹ đạo chuyển động 38

2.2.1 Ly hợp và biến mô 38

2.2.2 Hộp số 52

2.2.3 Cầu chủ động và bộ vi sai 91

2.2.4 Lốp và tình trạng lốp 102

CHƯƠNG 3 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 106

3.1 Điều khiển số truyền 106

3.1.1 Vai trò của hộp số 106

3.1.2Dải tỷ số truyền 108

3.1.3Mô men xoắn động cơ va phạm vi hoạt động 109

3.1.4Hộp số 5 cấp và số lùi 111

3.1.5 Hộp số tách thay đổi phạm vi 112

3.2 Điều khiển bộ vi sai 115

3.2.1 Cơ cấu hạn chế trượt vi sai 115

3.2.2 Hệ thống điện thủy lực chống trượt vi sai 117

3.3 Điều khiển 4WD 119

3.3.1 4WD là gì? 119

3.3.2 Phân loại 120

3.3.3 Ưu và nhược điểm của 4WD 125

3.3.4 So sánh giữa 2WD, AWD và 4WD 127

3.3.5 Bố trí cơ bản của 4WD 128

3.3.6 Hệ thống 4WD HUYNDAI- TERRACAN 129

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 166

TÀI LIỆU THAM KHẢO 167

Phụ lục hình vẽ

Hình 1-1.Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng tổng quát 7

Hinh1-2 Xác định vị trí trọng tâm ôtô tại nhất định một thời điểm 9

Hình 1-3.Sơ đồ xác định gia tốc trọng tâm ôtô 9

Hình 1-4 Mô hình tính toán cho ô tô 10

Hình 1-5: Mô hình của hệ thống lái 12

Hình 1.6 Xe đỗ trên đường bằng 14

Hình 1.7 Xe đậu trên đường nghiêng 16

Hình 1.8 Xe tăng tốc trên đường bằng 17

Hình 1.9 Xe ô tô tăng tốc trên đường nghiêng 19

Hình 1.10 Một xe di chuyển trên dường nghiêng kéo theo một rơmoc 22

Hình 1.11 Sơ đò lực tác dụng lên ô tô và rơmooc trên đương nghiêng 23

Hình 1.12 Lực tác dụng dưới lốp xe phía trên và lốp xe phía dưới của một chiếc xe đỗ trên đường nghiêng ngang 25

Hình1.13.Xe di chuyển trên đường cong ngoài tại điểm có bán kính cong .27

Hình 1.14 Xe di chuyển trên đường cong lõm với bán kính cong .30

Hình 1.19 Hệ Đường – Xe – Người 32

Hình 1.20 Sơ đồ điều khiển của lái xe 33

Hình 1.21 Đường đặc tính động cơ 34

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực 38

Hình 2.2 Đồ thị tỷ lệ truyền công suất và mômem xoắn với số lượng bề mặt ma sat 41

Hình 2.3 Mô tả cấu tạo của biến mô thủy lực 42

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý biến mô thủy lực 43

Hình 2.5 Đường đặc tính ngoài của biến mô men thủy lực (Khi η b = const) 44

Hình 2.6: Đặc tính tải của biến mô thuỷ lực 46

Hình 2.7 – Đặc tính tỉ số truyền mômen của biến mô 47

Hình 2.8 – Đặc tính hiệu suất truyền động 48

Hình 2.12: đặc tính kéo lí tưởng của một chiêc xe 53

Hình 2.13: Biểu đồ tỷ lệ tốc độ động cơ và tốc độ của xe sử dụng hộp số 5 cấp 53

Hình 2.14 Biểu đồ tỉ lệ tốc độ động cơ cho xe có 10 cấp số hoặc có sử dụng hộp số phụ 54

Hình 2.15 Hộp số cơ khí 8 cấp với bộ chia tách 2 cấp đặt phía trước 55

Hình 2.16: Mô hình chuyển số khi có thiết bị tách 56

Hình 2.17 Hộp số 8 cấp tôc độ với hốp số phụ 2 cấp phía sau 57

Hình 2.18 Sang số dãy tỷ lệ - biểu đồ tốc độ 57

Hình 2.19 mười sáu tốc độ bộ đồng bộ với dãy thay đổi và bánh răng người tách ra trọn vẹn 60

Hình 2.20 Hộp số 10 cấp tốc độ có đồng tốc 2 giải tốc độ thay đổi 62

Hình 2.21: Hộp số tự động điều khiển điện tử 65

Hình 2.22: Cấu tạo hộp số tự động điều khiển điện tử 66

Hình 2.23: Cấu tạo hộp số tự động AT hai cấp 67

Hình 2.24: Vị trí các tay số 67

Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền lực AT/MT 69

Hình 2.26 : Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống truyền lực 70

Hình 2.27 : Nguyên lý hoạt động của ly hợp 1 70

Hình 2.28 : Nguyên lý hoạt động của ly hợp 2 71

Hình 2.29 :Hình cắt của hộp số li hợp 74

Hình 2.30 :Kết cấu của hộp số DCT 76

Hình 2.31 : Đòn bẩy 76

Hình 2.32:Các vị trí tay số -S : Thể thao: những bánh răng được chọn tự động bằng cách sử dụng một "thể thao" 77

Hình 2.33 : Nút điều khiển bánh 77

Hình 2.35 Đòn bẩy N110 78

Hình 2.36 Bộ chọn đòng bẩy 78

Hình 2.37 F319 78

Hình 2.38 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 79

Hình 2.39 :Sơ đồ tổng quan về hệ thống điều khiển thủy lực 81

Hình 2.40 : Cấu tạo chung của hệ thống truyền lực với hộp số vô 82

Hình 2.41:Hộp Số Vô Cấp 82

Hình 2.42:Mặt cắt hộp số CVT 83

Hình 2.43: Hộ số vô cấp sử dụng bộ truyền xích 83

Hình 2.44: Hộ số vô cấp sử dụng bộ truyền đai 84

Hình 2.45:Hoạt động của puly với tốc độ thấp-cao 85

Hình 2.46: Sơ đồ truyền động xe Hybrid 86

Hình 2.47: Cấu tạo của hộp số Hybrid 87

Hình 2.48: MG2 dẫn động bánh xe 88

Hình 2.49: Động cơ và MG1 dẫn động bánh xe 88

Hình 2.50: MG1 nạp điện cho bình ắcquy HV 89

Hình 2.51: Bánh xe dẫn động MG2 nạp điện cho bình HV 89

Hình 52: Mô tơ 1 90

Hình 2.53: Mô tơ 2 90

Hình 2.54: MG1 và MG2 91

Hình 2.25 (a, b): Ảnh hưởng của góc trượt lốp xe phía trước và phía sau trên đặc điểm lái 93

Hình 2.26 So sánh về sức mạnh yêu cầu lái xe RWD, FWD và xe hơi 4WD trên một đường cong ở tốc độ khác nhau 94

Hình 2.27 Mối quan hệ công suất và tổn thất công suất trong điều kiện đường xá khác nhau 95

Hình 2.25 So sánh của các lực kéo RWD, FWD và 4WD trên một đường cong ở tốc độ khác nhau 96

Hình 2.26: Hoạt động của bộ vi sai 98

Hình 2.27: Quan hệ động học động lực học của bộ vi sai côn đối xứng (bỏ qua ma sat) 99

Hình 2.28 Bộ truyền động bánh răng hành tinh 2 cấp tấc độ 101

Hình 2.30: Sự thay đổi của sự ma sát với chuyển động tương đối 103

Hình 2.31 Ảnh hưởng của điều kiện bề mặt đến hệ số ma sát của lốp cao su tự nhiên, cao su tổng hợp, lốp nhẵn và lốp có hoa lốp 104

Hình 2.32: Ảnh hưởng của tốc độ tới hệ số ma sát trượt và hệ số đỉnh 105

Hình 3.1: Biểu đồ hiệu suất lực kéo và lực cản 106

Hình 3.2 Dải tốc độ hoạt động có mức tiêu hao nhiên liệu thâp nhất và dải tốc độ hoạt động hiệu quả nhất của ô tô 111

Hình 3.3: đặc tính kéo lí tưởng của một chiêc xe 113

Hình 3.4: Tốc độ động cơ tỷ lệ biểu đồ cho một chiếc xe sử dụng hộp số 5 tốc độ 114

Hình 3.5 Biểu đồ tỉ lệ tốc độ động cơ cho xe có 10 cấp số hoặc có sử dụng hộp số phụ 114

Hình 3.6 Bộ hạn chế trượt vi sai loại ly hợp nhiều đĩa 116

Hình 3.7 Hệ thống hạn chế trượt vi sai điều khiển thuỷ lực 119

Hình 3.8 4WD gian đoạn 120

Hình 3.9 4WD thường xuyên 122

Hình 3.10 4WD thường xuyên có khớp thuỷ lực 124

Hình 3.11: Cấu tạo hệ thống EST 133

Hình 3.13: Tín hiệu khi chuyển chế độ 137

Hình 3.15: Cơ cấu ngắt vi sai chân không 138

Hình 3.17: Rơ le số trung gian 165

LỜI NÓI ĐẦU

Tại thời điểm hiện nay khi đời sống con người ngày càng được nâng cao thì đòihỏi về các tiện nghi trên ô tô ngày càng được đòi hỏi khắt khe hơn Ngoài ra, thì yêucầu về tính an toàn và yêu cầu về tiết kiệm nhiên liệu tận dụng tốt công suất đông cơ Các xe chạy trên các loại đường khác nhau với các điều kiện môi trường khácnhau Vì thế việc tìm ra phương án để đảm bảo cho xe chạy trên các điều kiện mặtđường khác nhau ,mà vẫn đảm bảo được quỹ đạo chuyển động mà người lái xe mongmuốn mà vẫn đảm bảo tính năng động lực học của xe Với việc các xe ngày nay ngàycàng quan tâm vàcó nhiều phương án để nâng cao và đảm bảo vấn đề này

Ô tô ngày nay thì các giải pháp đảm bảo vấn đề đảm bảo quỹ đạo chuyển động cóthể tác động vào nhiều hệ thống để đạt được mục đích bảo đảm quỹ đạo chuyển độngcảu ô tô Trong bối cảnh đó tác động vào hệ thống truyền lực cũng là một một giảipháp đảm bảo quỹ đạo chuyển động và cải thiện tính năng dộng lực học của ô tô

Sau hơn 4 năm học tập và rèn luyện tại trường chúng em đã được khoa tin

tưởng giao cho đề tài “Nghiên cứu vấn đề đảm bảo quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng các giải pháp điều khiển hệ thống truyền lực ”

Đây là một đề tài tuy không mới mẻ nhưng có tính ứng dụng cao và với nhữnggiải pháp đa dạng của các hãng xe Với sự cố gắng của bản thân và dưới sự hướng dẫn

tận tình của thầy Đinh Ngọc Ân cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Cơ

Khí Động Lực, chúng em đã hoàn thành đề tài với nội dung đáp ứng được yêu cầu đề

ra Tuy nhiên trong quá trình làm, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên không thểtránh khỏi thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong sự góp ý của các thầy cô trong khoa vàcác bạn quan tâm tới đề tài này để đề tài được hoàn thiện hơn nữa

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy giáo

Đinh Ngọc Ân đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài này Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ TÁC ĐỘNG

CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 1.1 Quỹ đạo chuyển động của ô tô

1.1.1 Xét trên mô hình phẳng

Hình 1-1.Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng tổng quát

Mô hình đưa ra ở dạng phẳng trong tâm của ôtô coi như đặt tại mặt đường Bỏqua ảnh hưởng lật nghiêng thân xe dưới ảnh hưởng của lự li tâm và hệ thống treo.Ảnhhưởng này sẽ được khảo sát ở phần sau

Trên hình (1-1) chỉ ra quỹ đạo chuyển động của ô tô là một đường cong vàđược xác định bởi các vị trí liên tiếp của trọng tâm ôtô T Vận tốc tức thời của ôtô là vđặt tại trọng tâm Hệ tọa độ cố định (hệ tọa độ mặt đường) kí hiệu Ox0y0z0 hệ tọa độ diđộng (hệ tọa độ gắn với trọng tâm ôtô) kí hiệu là Txyz Như vậy vân tốc v tiếp tuyếnvới quỹ đạo chuyển động và nghiêng đi so với truc dọc ôtô là α (góc này được gọi tên

là góc lệch hướng di chuyển động của ôtô ).Góc quay tương đối giưa hai hệ tọa độ là ε

và cũng chính là góc quay của trục dọc ô tô khi di chuyển

Chiếu vận tốc v lên trục Oxo và Oyo ta có:

vx0= v.cos(α+ε) (1-1)

vy0= v.sin(α+ε)

Vị trí của ô tô tại một thời điểm nào đó ( sau khoảng thời gian từ 0 đến t) đượcxác định nhờ hình (2-2) Vị trí tọa độ trọng tâm được tính bằng tích phân :

Như vậy nếu có hệ tọa độ mặt đường biết xo,yo ,các góc α và ε hoàn toàn có thểxác vị trí của ô tô trên đường tại một thời điểm nhất định

Mục tiêu của bài toán là xác định các góc α và ε, tọa độ xo ,yo nhằm xắc địnhquỹ đạo chuyển động của ôtô Chúng ta coi các thông số này là hàm mục tiêu của đềbài Trong thực tế chuyển động ,góc α chỉ cho chúng ta biết góc lệch trục dọc thân xevới vận tốc tức thời Khi ô tô chuyển động góc α tạo nên cảm giác lệch hướng của xevới đường,người lái xe cảm nhận và có thể tiến hành điều chỉnh hướng chuyển độngnày Còn đối với góc quay ε nói lên góc quay của thân xe trên mặt đường ( quay quanhtrục thẳng đứng Oz) Thông số này rất quan trọng ,nó đóng vai trò chính trong việckhảo sát tính ổn định chuyển động của ôtô

Cảm nhận với sự thay đổi này và chỉnh đúng khi giá trị ε thay đổi lớn là mộtkhó khăn đối với lái xe rất có kinh nghiệ mới tiên hành điều chỉnh được

Các thông số khác cần xác định trên hinh (1.1) là

- Gia tốc hướng tâm : ah.Gia tốc này có mặt do ô tô chuyển động trên quỹ đạocong có gia tốc chuyển động tịnh tiến không trùng với vận tốc v

Trong đó bán kính Ri là bánh kính cong tức thời của quỹ đạo.Việc xác định ah

có thể xây dựng bằng phương pháp khác không thông qua Ri Trong số Ri trong tínhtoán khó xác định chính xác, trong thực nghiệm cũng khó đo đạc hơn Từ hình(1-2) vàcông thức (1.1) và công thức (1.2) ta đạp hàm theo thời gian của vxo và vyo thu được:

(1.2)

Gia tốc tiếp tuyến, gia tốc hướng tâm được xác định như trên hình (2-3).Khoảng cách TP’ là bán kính cong của quỹ đạo Ri Khoảng cách TP la bán kính quaycủa trọng tâm ôtô

Hinh1-2 Xác định vị trí trọng tâm ôtô tại nhất định một thời điểm

Hình 1-3.Sơ đồ xác định gia tốc trọng tâm ôtô

Nếu trong trường hợp :v= const, a=const thì Ri=R lúc đó ah =ahi ,ε’=ε’ và

(1.6)

Ở đây sử dụng “ t” để chỉ trạng thái quay vòng ổn định( gọi là quay vòng đều)

1.1.2 Xét mô hình khảo sát và các quan động lực học Phương trình quay vòng 1.1.2.1 Mô hình phẳng của ôtô

Mô hình phẳng của ôtô được mô ta trên hình (1-4) Các lực tác dụng lên bánh

xe bao gồm :lực kéo (Xi) ;lực cản lăn (Pfi); các phản ứng bên( Si) ;các moomen cảnquay của bánh xe (Mgi).Chỉ số i co giá trị 1,2,3,4 tùy thuộc vào cách đánh số thứ tự củabánh Trọng tâm ô tô T đặt cách tâm trục cầu sau một đoạn là b ; cách tâm trục cầutrước một đoạn là a Chiều dài cơ sở l=a+b Lực cản của không khí (kể cả gió)dặt tạiđiểm C cách trọng tâm một đoạn e và chia làm hai thành phần Lực cản không khí theophương doc x va Pɷ và lực gió bên N

Tại trọng tâm ô tô có lực quán tính m , lực ly tâm là , trong đó m là khối lượng của ô tô

Khi thân xe quay ,xuất hiện moomen quán tính xung quanh truc Tz và có giá trị

là ( Jz là moomen quá tính của ô tô đối vớ trục Tz đi qua trọng tâm T, )

Hình 1-4 Mô hình tính toán cho ô tô

Phương trình cân bằng các lực và moomen sẽ là :

Đối với trục dọc ô tô :

Dấu khi viết phương trình được lấy theo chiều trục tọa độ

Các phương trình này biểu thị sự chuyển động của ô tô khi bánh xe dẫnhướng có thể lệch một góc βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làphương trình quay vòng của ô tô Nếu βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt= 0 khi đó ô tô có thể chuyển động thẳng , ởđây coi chuyển động thẳng là một trường hợp đặc biệt của chuyển động quay vòng.Các phương trình này có dạng vi phân bậc 2 đối với α và ε với các hàm kích động làcác moomen phản lực của mặt đường ,của lực cản không khí ,lực cản gió bên và gócđánh lái βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt

1.1.2.2.Mô hình của hệ thống lái

Ở mô hình của ô tô góc quay các bánh xe dẫn hướng βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt được coi là như nhau.Trong thực tế các góc quay này là khác nhau và được quyết định bởi phương pháp dẫnđộng lái Sự sai khác này ở đây không kể tới bởi vì cần thiết hơn cả là xác định mốiquan hệ của góc quay vành lái βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làv và góc quay bánh xe dẫn hướng βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt Mối quan hệ nàychịu ảnh hưởng của góc quay vành lái ,cơ cấu lái, đòn dẫn động lái, trụ đứng và cácbánh xe dẫn hướng Mô hình được mô tả trên hình (1-5 )

Hình 1-5: Mô hình của hệ thống lái

Ở bánh xe, khi quay vòng bánh xe quay xung quanh trụ đứng với bán kính là

ro , khoảng ,khoảng dịch chuyển trước của đường tâm trụ đứng là nk , khoảng dịch saucủa đường tâm phản lực bên là nsi (ns1 , ns2 ).Độ cứng góc của hệ thống lái Ci, trong môhình được biểu thị bằng phần tử đàn hồi đặt giữa đòn quay đứng và đòn ngang của dẫnđộng lái.Tỷ số truyền của hệ thống lái (tính từ trên xuống) là il ,và coi toàn bộ tỉ sốtruyền il được đảm nhận trong cơ cấu lái Trong thực tế tỉ số truyền của dẫn động láithường gặp bằng 0,9 đến 1,1

Góc quay của đòn quay đứng ( phần bị động của cơ cấu lái) là βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làv* được tínhkhi vành lái quay đi một góc βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làv

( 1-10)

Mô men quay vành lái Mv tính chuyển về đòn quay đứng và bỏ qua hiệu suất :

Mv*=Mv it

Mv* là moomen đặt tại đòn quay đứng

Nếu coi sự biến dạng của hệ thống lái tuân theo định luật húc(tuyến tính) thì :

Mv*= Ct (βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làv*.βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt) (1-11)

Mặt khác nếu coi C’t là độ cứng góc của hệ thống lái tính từ vành lái xuống tớibánh xe thì :

Mv=C’l.(βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làv.i1.βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt) (1-12)

Qua (1-11) và(1-12) chúng ta thừ nhận :

Cl=C’l i2

l Chú ý :khi thực nghiệm có thể xác định độ cứng góc bằng hai phương pháp :

- Nếu khóa cứng bánh xe , đo chuyên vị góc ở vành lái βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làv và moomen vành lái

Mv ,ta có C’l.

- Nếu khóa cứng vành lái , đo chuyển vị góc quay bánh xe βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làtvà moomen Mv*,

ta có Cl.:

Ở đây coi X1 và X2 bị dịch ngang một đoạn nx1 và nx2 do tác dụng của lực bênS1 và S2 Ảnh hưởng của lực vòng X1 và X2 đối với góc quay βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt thông qua sự saikhác (X1-X2) và (r0+nx1),( r0- nx2)

Giả thiết bỏ qua sự sai khác này của lực vòng và coi độ dịch sau ns1=ns2=ns thì:

Mv*=-(S1+S2)(nk +ns) (1-13)

Khi S1,2 >0 thì Mv*âm Như vậy nếu S1,2 cùng chiều và dương (theo hệ tọa độ)

Thì làm giảm nhỏ βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt ,nếu âm thì làm tăng βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làt

Từ (1-11) và( 1-13) ta viết:

-(S1+S2)(nk + ns)=-Ct(βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làv*-βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làZ)

Như vậy mối quan hệ của βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi là1 và βt Bởi vậy phương trình (1-7),(1-8),(1-9) được gọi làv* là :

Với: a1 là khoảng cách của trung tâm khối lượng của xe C từ trục trước.

a2 là khoảng cách của C từ trục sau

= 0 (1.19)

= 0 ( 1.20)

1.2.2 Đỗ xe trên một đường nghiêng.

Khi một chiếc xe đang đậu trên đường nghiêng thể hiện trong hình 1.7 các lựclượng pháp tuyến Fz, theo từng của các bánh xe phía trước và phía sau, , , là:

Chứng minh: Xem xét xe được thể hiện trong hình 1.7 Chúng ta giả định các

xe đõ lực phanh được tác dụng trên chỉ là lốp xe phía sau Nó có nghĩa là lốp xe phíatrước là tự do để quay Áp dụng các phương trình cân bằng tĩnh phẳng

= 0 (1.27)

= 0 ( 1.28)

Hình 1.7 Xe đậu trên đường nghiêng.

Những phương trình này cung cấp cách tínhlực phanh và phản lực lốp xe trước

và lốp xe phía sau

= mg cosØ + mg sinØ (1.33)

= mg cosØ - mg sinØ (1.34)

= mg sinØ (1.35)

1.2.3 Ô tô tăng tốc trên đường bằng.

Hình 1.8 Xe tăng tốc trên đường bằng

Chứng minh: Những chiếc xe được coi như một cơ thể thống nhất mà di chuyểndọc theo một đường ngang Lực tại điểm tiếp xúc của mỗi lốp xe có thể được chia mộtphản lực và một lực lượng theo chiều dọc Các phương trình chuyển động cho xe tăngtốc từ phương trình của Newton trong trục x và hai phương trình cân bằng tĩnh:

= ma (1.38)

= 0 (1.40)

Tuy nhiên, nó có thể loại bỏ ( + ) giữa các phương trình đầu tiên và thứ

ba, và giải quyết cho các phản lực ,

( )dyn = - mg (1.49)

( )dyn = + mg (1.50)

chỉ ra sự phân bố gia tốc ngang, và phụ thuộc vào vị trí thẳng đứng của các trọng tâmcủa chúng

Khi tăng tốc a> 0, các phản lực dưới lốp xe phía trước là nhỏ hơn tải trọng tĩnh,

và phản lực dưới lốp xe phía sau có lớn hơn tải trọng tĩnh

 Gia tốc tối đa trên một con đường bằng

Gia tốc tối đa của xe là tỷ lệ thuận với ma sát dưới lốp xe của Chúng ta giảđịnh hệ số ma sát ở các lốp xe phía trước và phía sau đều như nhau và tất cả các lốp xeđạt kéo tối đa của họ cùng một lúc

1.2.4 Ô tô tăng tốc trên đường nghiêng.

Khi một chiếc xe đang tăng tốc đường nghiêng góc Ø như thể hiện tronghình2.9, các phản lực theo theo từng bánh xe phía trước và phía sau là , là

= mg( ( 1.56)

l = +

Hình 1.9 Xe ô tô tăng tốc trên đường nghiêng

Phần động ± phụ thuộc vào gia tốc a và chiều cao h của trọng tâmkhối lượng C, trong khi các phần tĩnh bị ảnh hưởng bởi góc Ø độ dốc và chiều cao hcủa trọng tâm của chúng

Phương trình của Newton trong trục x và hai phương trình cân bằng tĩnh, phảiđược kiểm tra để tìm ra phương trình chuyển động và phản lực từ mặt đất

với, là gia tốc tối đa đạt được.

Bây giờ thay thế và từ (1.45) và (1.46) kết quả trong

= ± cos φ − sin φ (1.71)

Tăng tốc trên một con đường dốc (a> 0, Ø> 0) và phanh trên đường xuống dốc(a <0, Ø <0) là những trường hợp cực đoan, trong đó chiếc xe có thể bị ngừng Trongnhững trường hợp này, chiếc xe có thể di chuyển miễn là

(1.72)

 Giới hạn của khả năng tăng tốc và góc nghiêng

Giả sử > 0 và > 0, chúng ta có thể viết phương trình (1.55) và (1.56) nhưsau:

(1.73)

(1.74)

Do đó, khả năng tăng tốc tối đa đạt được (a> 0) được giới hạn bởi , h, Ø,trong khi giảm tốc độ tối đa (a <0) được giới hạn bởi a1, h, Ø Hai phương trình có thểđược kết hợp để cho kết quả

 Một chiếc xe kéo rơmooc.

Hình1.10 mô tả một chiếc xe di chuyển trên một con đường nghiêng và kéo mộtrơmooc Để phân tích các chuyển động xe rơmooc, chúng ta cần phải tách riêng xe vàrơmoóc để xem các lực lượng tại bản lề, như thể hiện trong hình 1.11 Chúng tôi chorằng trọng tâm khối lượng của rơmooc là ở khoảng cách ở phía trước của trụcduy nhất của rơmooc Nếu là phía sau trục rơmooc, sau đó nên được tiêu cựctrong các phương trình sau đây

Đối với một bản lề lý tưởng giữa một chiếc xe hơi và một rơmooc di chuyểntrong một đường thẳng, phải có một lực lượng ngang và lực thẳng đứng

Viết phương trình của Newton trong trục x và hai phương trình cân bằng tĩnhcho cả rơmooc và xe

Hình 1.10 Một xe di chuyển trên dường nghiêng kéo theo một rơmoc.

a = gsinØ (1.86)

= ( ) (1.87)

+ (1.89)

Hình 1.11 Sơ đò lực tác dụng lên ô tô và rơmooc trên đương nghiêng.

Tuy nhiên, nếu giá trị của gia tốc a được biết đến, sau đó ẩn số là: + , ,

1.2.5 Đỗ xe trên dốc nghiêng ngang.

Hình 1.12 mô tả ảnh hưởng của một góc nghiêng ngang Ø trên sự phân bố tảitrọng của xe Nghiêng ngang gây ra tải trên lốp xe thấp hơn để tăng, và tải trên các lốp

xe trên giảm Các phản lực lốp xe:

Hình 1.12 Lực tác dụng dưới lốp xe phía trên và lốp xe phía dưới của một chiếc xe

đỗ trên đường nghiêng ngang.

Chúng ta có thể viết:

Chúng ta giả định các lực dưới lốp xe thấp hơn, phía trước và phía sau, đều nhưnhau, và các lực thuộc các lốp xe trên, phía trước và phía sau đều như nhau Để tínhtoán các phản lực dưới mỗi lốp xe, chúng ta có thể giả định các lực lượng bên tổng F +

như ẩn số Các giải pháp của các phương trình này cung cấp cho các lựclượng bên và phản lực dưới lốp xe trên và dưới

Ở góc cuối cùng Ø = tất cả các bánh xe sẽ bắt đầu trượt đồng thời và do đó:

1.2.6 Phương tiện đi lại trên một đường cong

Khi một con đường có độ cong hướng ra ngoài hoặc vào trong, độ cong có thểlàm giảm hoặc tăng các lực lượng thông thường dưới bánh xe

1.2.6.1 Phương tiện đi lại trên đương có độ cong lồi

Lực pháp tuyến dưới dưới bánh xe của một chiếc xe di chuyển trên đường này

ít hơn lực trên một con đường phẳng nghiêng với độ dốc tương tự, bởi vì những lực lytâm xuất hiện /

Hình1 2.8 minh họa một chiếc xe di chuyển trên đường có độ cong hướng rangoài tại điểm một bán kính cong Lực kéo và lực lượng pháp tuyến dưới lốp xecủa nó là xấp xỉ bằng:

Hình1.13.Xe di chuyển trên đường cong ngoài tại điểm có bán kính cong

Chứng minh Cho xe thể hiện trong hình 1.13, các lực tieps xúc và tiếp tuyếntương đương với trục x và trục z Do đó, phương trình về chuyển động cho chiếc xe.

=

- = m

= 0

Mở rộng các phương trình các phương trình sau đây:

Chúng ta có thể loại bỏ ( + ) giữa các phương trình đầu tiên và thứ ba, vàgiải quyết cho các tổng lực kéo + và bánh xe lực ,

Nếu chiều dài cơ sở của xe nhỏ hơn bán kính cong, l nhiều, sau đó độdốc θ là quá nhỏ, và chúng ta có thể sử dụng xấp xỉ lượng giác sau đây:

cosθ cos2θ 1

sinθ sin2θ 0

Thay thế những xấp xỉ cho ra kết quả gần đúng sau:

1.2.6.2 Xe di chuyển trên đường cong lõm.

Lực lượng lực pháp tuyếndưới bánh xe nhiều hơn lực pháp tuyến trên mộtnghiêng đường bằng phẳng với độ dốc cùng, vì sự phát triển lực ly tâm / theotrục z

Hình 1.14 minh họa một xe di chuyển trên đường cong lõm có bán kính cong Lực kéo và lực phấp tuyến dưới lốp xe của chiếc xe là xấp xỉ bằng :

Chứng minh: Để phát triển các phương trình cho các lực kéo và lực pháp tuyếndưới lốp xe, chúng ta thực hiện theo các thủ tục tương tự như một chiếc xe di chuyểntrên đường cong lồi Hướng tuyến và tiếp tuyến của xe, thể hiện trong hình 2.21, tươngđương với trục z và x tương ứng Do đó, các phương trình về chuyển động cho các xe

=

= m

= 0

Hình 1.14 Xe di chuyển trên đường cong lõm với bán kính cong

Mở rộng các phương trình các phương trình sau đây:

Tổng kéo lực lượng ( + ) có thể được loại bỏ từ các phương trình đầu tiên

và thứ ba Sau đó, các phương trình kết quả cung cấp cho các lực lượng cho toàn bộlực lượng lực kéo + và bánh xe lực lượng bình thường , :

+ =

Giả sử θ 1, các lực này có thể được xấp xỉ:

Khi xe bị sa lầy nếu bộ vi sai vẫn hoạt động tương tự như khi xe chuyển độngtương tự như khi xe động trên đường vòng Bánh xe tren đất khô sẽ đứng yên, bánh xe

sa lầy quay trượt với tốc độ cao, như vậy xe không thể thoát khỏi sa lầy Để cải biếntình trạng này các bộ vi sai có cơ cấu khóa vi sai, dung bộ vi sai giới hạn trượt haykhông trượt

1.3.2 Tác động của cầu chủ động.

Cầu chủ động cho phép sai lệch tốc độ giữa các bánh xe khác nhau trong khi xequay vòng Đối với bánh xe trong tốc độ giảm đi và bánh xe ngoài với tốc đọ tăng lên,điều đảm bảo cho xe ô to có thể di chuyển vòa đường vòng

Ngoài ra, cầu chủ động chia tổng moment xoắn tới các bánh xe chủ động Cầuchủ động phân bố lực đẩy ra hai bánh xe đối với xe FWD và RWD hoặc ra bốn bánh

xe đói với xe 4WD Điều này đảm bảo cho lực kéo sẽ nhỏ hơn so với lực bám giữa lốpvới mặt đường làm cho ô tô thỏa mãn điều kiện chuyển động ổn định, không bị trượtquay

1.4 Tác động của người lái xe

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế trong nước, nhu cầu sử dụng ô tô nóichung và đoàn xe nói riêng trong vận tải hành khách, hang hóa cũng tăng nhanhchóng Mặc dù hệ thống giao thông đó có những bước phát triển đáng kể nhưng chưathể tương xứng với tốc độ phát triển của phương tiện tham gia giao thông Chính vìvậy vấn đề an toàn giao thông đang là vấn đề nhức nhối không chỉ ở Việt Nam mà còn

là vấn đề nhức nhối đối với các nhà quản lý trên toàn thế giới

Tai nạn giao thông xảy ra với đoàn xe gây ra các thiệt hại rất lớn về của cải vậtchất và con người vì kích thước, tải trọng lớn của loại xe này

Xột về nguyên nhân tai nạn giao thông chúng ta có thể kể đến mô hình Đường –

Xe - Người

-Lùc -VËn tèc

Mặt khác, ta có sơ đồ điều khiển lái xe được biễu diễn như hình 1.20:

Xe L¸i xe

Hình 1.20 Sơ đồ điều khiển của lái xe

Tại thời điểm ban đầu xe đang chuyển động với vận tốc v0 trên một cung 0 vàđại lượng nhiễu như gió, bề mặt đường, hướng nhìn Lái xe điều khiển xe sao cho xechạy an toàn và đạt được mục tiêu  ,v Nhưng đối với xe thì khả năng động lực họcôtô bị giới hạn để phù hợp với kết cấu, khả năng điều khiển của lái xe bị giới hạn dosức khoẻ, điều kiện tiện nghi trên xe do đó người ta nghiên cứu động lực học chuyểnđộng của ôtô nhằm đánh giá cũng như xác định chất lượng khai thác ôtô trong nhữngđiều kiện khác nhau

Đường đặc tính công suất động cơ là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa côngsuất phát ra tại trục khuỷu với tốc độ quay của nó Ứng với mỗi vị trí bướm ga( hoặcchân ga)sẽ có một đường đặc tính khác nhau Để đơn giản quá trình đánh giá, người tathường sử dụng khái niệm đường đặc tính ngoài , đo khi bướm ga mở lớn nhất

Hình 1.21 Đ ường đặc tính động cơ ng đ c tính đ ng c ặc tính động cơ ộng cơ ơ

Nhấn ga, trong giai đoạn đầu công suất tăng theo tốc độ, kết quả xe chạy nhanhhơn Nhà sản xuất thường cung cấp giá trị công suất lớn nhất kèm tốc độ quay trụckhuỷu Nhưng nếu vòng tua máy tiếp tục tăng thì công suất giảm đáng kể bởi lúc nàyhiệu suất đốt cháy giảm, tổn thất cơ khí và tải trọng động tăng

Khái niệm đường đặc tính mô men cũng tương tự như khái niệm đường đặc tínhcông suất Nó biểu thị mối quan hệ giữa mô men phát ra tại trục khuỷu và tốc độ quayứng với từng vị trí mở bướm ga Đường đặc tính mô men ngoài đo khi bướm ga mởhoàn toàn

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE Ô TÔ

2.1 Phân loại và cấu trúc hệ thống

2.1.1 Phân loại

Tùy theo cách phân loại mà có các hệ thống truyền lực khác nhau, nhưng chủyếu có mấy loại cơ bản sau:

-Theo vị trí đặt động cơ và cầu chủ động:

+Loại FF : động cơ dặt trước cầu trước chủ động

+Loại FR : động cơ đặt trước cầu sau chủ động

+Loại MR : động cơ đặt giữa cầu sau chủ động

+Loại 4WD : hai cầu chủ động

-Theo loại ô tô

+Hệ thống truyền lực ô tô con

+Hệ thống truyền lực ô tô khách

+Hệ thống truyền lực ô tô tải

2.1.2 Cấu trúc hệ thống truyển lực

Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực trên xe

Hệ thống truyền lực có thể tập hợp nhiều cụm có chức năng khácnhau, thông thường bao gồm:

-Li hợp, hộp số chính, cầu chủ động, trục các đăng, bánh xe

-Li hợp, hộp số chính, hộp phân phối, cầu chủ động, trục các đăng, khớp nối, bánhxe…

Số lượng cụm có thể khác nhau tùy thuộc vào tính năng kỹ thuật của ô tô(hình 2.1 ) Giới thiệu các sơ đồ thường gặp:

Sơ đồ a : Động cơ, li hợp, hộp số đặt hàng dọc phía trước đầu xe, cầu chủđộng đặt sau xe, trục các đăng nối giữa hộp số và cầu chủ động Chiều dài từ hộp sốđến cầu sau khá lớn nên giữa trục phải đặt ổ treo

Sơ đồ b: Động cơ, li hợp, hộp số chính, cầu xe nằm dọc và ở trước xe tạo nên cầutrước chủ động Toàn bộ cụm truyền lực làm liền khối lớn, gọn Nhờ cấu trúc nàytrọng tâm nằm lệch về phía đầu xe, kết hợp với cấu tạo vỏ xe tạo khả năng ổn địnhcao khi có lực ngang tác dụng, đồng thời giảm độ nhạy cảm với gió bên.Không gian đầu xe rất chật hẹp

Sơ đồ c: Động cơ, li hợp, hộp số nằm ngang đặt trước xe, cầu trước chủ động,toàn cụm truyền lực thành một khối Trọng lượng khối động lực nằm lệch hẳn vềphía trước đầu xe giảm đáng kể độ nhạy cảm của ô tô với lực bên, nhằm nâng caokhả năng ổn định với tốc độ cao Trong cầu chủ động bộ truyền bánh răng trụ thaythế cho bộ truyền bánh răng côn.

Sơ đồ d: Động cơ, li hợp, hộp số, cầu chủ động làm thành một khối gọn ởphía sau xe, cầu sau chủ động

Sơ đồ e: Động cơ, li hợp, hộp số, cầu chủ động đặt trước, động cơ đặt ngượclại so với sơ đồ d

Sơ đồ g: Động cơ, li hợp đặt trước xe, hộp số chính, cầu chủ động đặt sau xe

và tạo nên một khối lớn Trong trường hợp này thì có các đăng truyền mô men từđộng cơ, li hợp tới hộp số Trọng lượng san đều cho cả hai cầu

Sơ đồ h: Động cơ, li hợp, hộp số chính, hộp phân phối đặt dọc phía đầu xe,cầu trước và cầu sau chủ động Sơ đồ này thường gặp ở ô tô có khả năng việt giảcao, ô tô chạy đường xấu

Sơ đồ i: Động cơ, hộp số, li hợp, cầu trước tạo thành một khối nằm phía đầu

xe đáp ứng nhu cầu tăng trọng lượng lên cầu trước Cầu sau chủ động nối với hộp

số chính thông qua khớp ma sát, không có hộp phân phối, kết cấu đơn giản, có tínhnăng việt giả tốt, nhất là khi hoạt động trên đường trơn