Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G’’

Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và xã hội.

MỞ ĐẦU Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và xã hội. Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm giải quyết. Trong những năm gần đây sự phát triển của ngành ô tô có nhiều bước nhảy vọt về kỹ thuật và công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao và an toàn hơn cho người sử dụng. Tính chất động lực học của ô tô khi chuyển động là một trong những tính chất rất quan trọng, nó được thể hiện qua đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh. Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu này phụ thuốc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên. Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng. Và ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị và phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng và tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng cho các loại xe ô tô có hiệu quả. 1 Từ những yêu cầu đó, Dưới sự hướng dẫn giúp đỡ của thầy cô giáo tôi hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G’’. Với mục đích góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc lực chọn chế độ sử dụng hợp lý và đánh giá khả năng sử dụng. 2 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 VÀI NÉT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỊ TRƯỜNG Ô TÔ VIỆT NAM Hiện nay trên thế giới ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ, đáp ứng đủ nhu cầu của con người và xã hội. Hiện nay khoảng ba phần tư số lượng ô tô được sản xuất chủ yếu tại Bắc Mỹ Tây Âu và Nhật Bản. Và ở Việt Nam một số công ty của các nước đó cũng đã đầu tư xây dựng nhà máy lắp ráp tại Việt Nam như nhà máy ô tô Ford ở Hải Dương, công ty ô tô Toyota Việt Nam… Cùng với sự phát triển kinh tế, nên nhu cầu sử dụng ô tô ở nước ta ngày càng tăng. Ôtô trở thành phương tiện đi lại và chuyên dụng phục vụ cho ngành kinh tế, thể thao giải trí quốc phòng an ninh… Hiện nay có khoảng trên 34 doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ôtô trong nước. Và nhiều hãng ô tô nước ngoài đang thăm dò ý định xây dựng dây chuyền lắp ráp tại Việt Nam. Công việc sản xuất ôtô trong nước hiện nay của chúng ta cũng chỉ dừng lại ở công việc hàn, sơn, sản xuất một số linh kiện phụ tùng như ácquy, ghế, đèn trần, tay nắm cửa, lốp…Nên tỷ lệ nội địa vẫn còn thấp. Theo ước tính của bộ công nghiệp nhu cầu về ô tô của Việt Nam đến khoảng 2020 là khoảng 239000 chiếc. Và theo các nhà sản xuất ô tô nước ngoài thì một xe ô tô khoảng 24000 đến 30000 linh kiện nên không thể một công ty nào có thể sản xuất được hết cả nên phải phát triển các cơ sở sản xuất linh kiện phụ tùng. Vì vậy chúng ta cần xúc tiến công cuộc sản xuất ô tô trong nước hay sản xuất phụ tùng linh kiện để đáp ứng được nhu cầu nội địa hoá ngành công nghiệp ô tô trong tương lai tới. 3 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ Ôtô là loại xe tự hành để chở hành hoá hoặc hành khách trên các loại đường bộ. Ngoài ra, trên ôtô có thể được trang bị các loại máy công tác để thực hiện các công việc chuyên dùng như cứu hoả, cứu thương, nâng chuyển, … Phạm vi của ô tô là rất rộng trên nhiều lĩnh vực kinh tế quốc phòng an ninh…. 1.2.1 Phân loại ôtô Hiện nay trên thế giới có rất nhiều chủng loại tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau nên kết cấu các loại xe cũng khác nhau để nhằm phù hợp với công việc. Ta có thể phân loại ôtô theo những cách sau đây: Theo công dụng: Xe ôtô con là xe có sức chở người đến 9 người. Xe ôtô khách là loại xe chỉ dùng để chở người trên 10 người. Xe ôtô tải là loại xe chỉ dùng để chở hàng hoá, sức chở vài trăm kg trở lên. Và xe có rơmooc cũng được xếp vào loại xe này. Xe chuyên dùng là xe có thiết bị và trang bị đặc biệt và trang bị những thiết bị chuyên dùng để đáp ứng một hay một vài mục địch nào đó. Theo số cầu chủ động: Xe ôtô có một cầu chủ động: Đây là loại xe thông dụng hay dùng ở các nơi có đường xá tốt, các thành phố. Xe có nhiều cầu chủ động: Những loại xe này có tính năng ưu việt hơn loại xe một cầu chủ động, hoạt động trên nhiều địa hình khác nhau, các loại xe này có hai hay nhiều cầu chủ động. Theo dạng nhiêu liệu tiêu thụ: Xe ôtô dùng nhiêu liệu xăng. Xe ôtô dùng nhiên liệu diezel. 4 Xe ôtô dùng khí gas. Xe ôtô dùng điện, hay các nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời…. 1.2.2 Cấu tạo chính của ôtô Cấu tạo Ôtô bộ phận chính có chức năng giống nhau. Các bộ phận và hệ thống chính của ôtô máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống truyền lực (Ly hợp, hộp số, truyền lực cacđăng, cầu chủ động), hệ thống di động, hệ thống treo, hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, trang bị điện và các trang bị làm việc khác. + Động cơ là nguồn động lực trên ôtô máy kéo. Hiện nay động cơ đốt trong dùng nhiên liệu lỏng hoặc nhiên liệu khí được sử dụng chủ yếu trên ôtô. Động cơ là một bộ phận quan trọng của ôtô dùng để tạo ra nguồn năng lượng cho xe hoạt động và có thể truyền một phần hoặc toàn bộ công suất của động cơ đến bộ phận làm việc của máy công tác liên kết với chúng. + Hệ thống truyền lực (HTTL) là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo. HTTL còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen quay truyền, cho phép ôtô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc. Phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của xe máy cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của ôtô có thể có một hai hay nhiều cầu chủ động. Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ động quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đường không bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy. Truyền lực cacđăng dùng để truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phối đến các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xe chủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau. Truyền lực cacđăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằm 5 trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong một giới hạn nhất định. + Hệ thống di động của ô tô gồm các bánh xe với lốp đàn hồi , hệ thống di động là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với mặt đường, nó nhận mômen chủ động từ động cơ qua hệ thống truyền lực và biến mômen chủ động thành lực kéo tiếp tuyến hay còn gọi là lực chủ động để làm ôtô chuyển động. + Hệ thống treo là tổ hợp của một số các chi tiết và phần tử đàn hồi, liên kết giữa bộ phận di động với khung xe, nhằm giúp cho khung xe được êm dịu trong khi bộ phận di động luôn chịu tác động của các lực va đập do mấp mô mặt đường khi chuyển động. + Hệ thống điều khiển gồm một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm điều khiển ôtô theo các hướng và chiều cần thiết, đồng thời giúp ôtô chuyển động ổn định không trượt lê sang trái hay phải. Ngoài ra hệ thống điều khiển còn cho phép ôtô giảm tốc độ chuyển động hoặc dừng lại nhanh chóng khi gặp sự cố khẩn cấp. + Trang bị điện là tổ hợp của hàng loạt bộ phận, thiết bị điện nhằm đảm bảo giúp cho ôtô làm việc ổn định, tin cậy, tăng tính tiện nghi, thuận lợi cho người lái, hành khách và an toàn lao động. Trang bị điện là một hệ thống rất phức tạp nó có thể được phân ra hai hệ thống là hệ thống nguồn điện và hệ thống các thiết bị tiêu thụ điện. Hệ thống nguồn điện dùng tạo ra nguồn năng lượng điện để cung cấp cho các phụ tải (các thiết bị dùng điện). Hệ thống các thiết bị phụ tải là tổ hợp của tất cả các thiết bị có trên ôtô dùng năng lượng điện như hệ thống đốt cháy, hệ thống khởi động, hệ thống chiếu sáng, tín hiệu, hệ thống điều khiển bao gồm cả máy tính điện tử điều khiển động cơ và điều khiển thân xe cùng các rơle hay các bộ phận chấp hành đi theo máy tính, do tính phức tạp của trang bị điện, nên phần này được trình bày trong một tài liệu riêng. + Trang bị làm việc là tổ hợp của nhiều thiết bị, bộ phận giúp cho ôtô 6 máy kéo và xe chuyên dụng thực hiện các công việc một cách thuận tiện và đạt hiệu quả cao. Sau đây chúng ta tìm hiểu đại cương về sự bố trí các bộ phận chính trên ôtô máy kéo. 1.3 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Hệ thống truyền lực là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo. Hệ thống truyền lực còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen quay truyền, cho phép ôtô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc. Dựa vào nguyên tắc hoạt động, hệ thống truyền lực được chia ra: hệ thống truyền lực cơ khí, hệ thống truyền lực thủy lực, hệ thống truyền lực phân cấp và không phân cấp. Trước khi đi vào xây dựng đặc tính động lực học của ô tô dùng truyền động cơ khí, hãy tìm hiểu về hệ thống truyền lực cơ học. Hệ thống truyền lực cơ khí Truyền lực cơ khí gồm có hai loại: truyền lực phân cấp và truyền lực không phân cấp: - Trong hệ thống truyền lực phân cấp là sử dụng những bộ truyền các cặp bánh răng ăn khớp để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau thông qua sự thay đổi các cặp bánh răng ăn khớp. - Đối với hệ thống truyền lực không phân cấp thì sử dụng các bộ truyền động ma sát như: bộ truyền động đai, bộ biến tốc ma sát . - Những bộ phận chính trong truyền lực cơ khí bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền lực trung gian (các đăng), truyền lực chính, hộp vi sai, các bán trục: 7 1.3.1 Ly hợp ma sát Ly hợp là một bộ phận trong hệ thống truyền lực của ôtô. Ly hợp dùng để truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến trục sơ cấp hộp số, cho phép cắt nhanh động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực và nối động cơ vào hệ thống truyền lực một cách êm dịu. Nó còn có tác dụng như một bộ phận an toàn ngăn ngừa cho động cơ không bị quá tải. Cấu tạo gồm các bộ phận chính sau: Hinh 1.1 Ly hợp của ô tô TOYOTA Ly hợp nằm giữa động cơ và hộp số chính. Chức năng của ly hợp trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo là: - Có khả năng đóng, ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ động. Đảm bảo việc đóng, ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện quá trình đóng, ngắt một cách nhanh chóng. - Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ. 8 - Khi có hiện tượng cộng hưởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng dập tắt chấn động để nâng cao chất lượng truyền động. Ly hợp ma sát được dùng nhiều trên ô tô, máy kéo là loại ly hợp một đĩa hoặc hai đĩa ma sát và là loại thường xuyên đóng do lực ép của các lò xo, ép các đĩa ép cùng khối đĩa ma sát vào bề mặt của bánh đà, để truyền mô men từ bánh đà (liên kết cứng với vỏ ly hợp, rănh trong vỏ ly hợp ăn khớp với vấu đĩa ép (chủ động)) sang đĩa ma sát nối then hoa với trục sơ cấp hộp số (phần bị động). Tuy nhiên quá trình cắt, nối ly hợp vẫn còn hiện tượng gây ồn, nếu trượt kéo dài sẽ phát sinh nhiệt và hao mòn nhanh . chính vì những nhược điểm còn tồn tại, nên đã có những giải pháp khắc phục [2]. 1.3.2 Hộp số cơ khí Trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo sử dụng hộp số để đảm bảo các chức năng: tạo nên sự thay đổi mô men và số vòng quay của động cơ ở phạm vi rộng phù hợp với sự thay đổi của địa hình làm việc, tạo nên chuyển động lùi và có thể ngắt truyền động trong thời gian dài. Hộp số cơ khí trong truyền động cơ khí của ô tô, máy kéo thường sử dụng các bộ truyền động bánh răng: răng thẳng hoặc răng nghiêng. Trên ô tô thường bố trí hộp số có từ 3 đến 5 số tiến và 1 số lùi. 9 Hình 1.2 Hộp số trên xe TOYOTA INNOVA Cấu tạo thì hầu hết các hộp số cơ đều có điểm chung là có một cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp để truyền mô men quay từ trục sơ cấp đến trục trung gian. Trên trục sơ cấp có bố trí bánh răng liền trục của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp đó, và ở đầu có vành răng để gài số truyền thẳng (i=1). Trên ôtô con và ôtô vận tải người ta cũng thường dùng hộp số hai hoặc ba trục. Trên hình 1.3.3 ta xét hộp số ba trục gồm trục sơ cấp, trục thứ cấp và trục trung gian . Trục trung gian luôn quay nhờ nhận chuyển động từ trục thứ cấp xuống, các bánh răng trên trục trung gian luôn quay làm các bánh răng trên trục thứ cấp quay, các bánh răng trên trục thứ cấp quay trơn trên trục. Khi thực hiện gài số qua cơ cấu gài số bộ hòa động tốc được lắp then hoa trên trục thứ cấp được gài vào bánh răng đang quay làm trục thứ cấp quay theo, bộ gài đồng tốc gài vào các bánh răng ta được các số truyền tương ứng. Như trên hình 1.3.3 ta có 5 số tiến và một số lùi R 10 [...]... đặc tính làm việc của nó Đặc tính làm việc của động cơ chi phối đặc điểm cấu tạo và khả năng làm việc của nó.Vì vậy cần phải nắm vững các đường đặc tính của động cơ để cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của ô tô Đường đặc tính của động cơ chia làm hai loại: Đường đặc tính tốc độ và đường đặc tính tải trọng a Đường đặc tính. .. ô tô • Tìm hiểu về đặc điểm và đặc tính kỹ thuật của đối tượng khảo sát • Xây dựng các đường đặt tính động lực học của ô tô với việc sử dụng phần mềm Matlab • Sử dụng đường đặt tính động lực học để xác định các thông số khác • Đánh giá tính năng động lực học của loại xe này 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu Chất lượng động lực học của ô tô thường được đánh giá theo khả năng khởi hành và tăng tốc với các... cản không khí, v- tốc độ chuyển động tương đối giữa ô tô với không khí, m/s d Lực cản quán tính Khi ô tô chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương song song với phương chuyển động và điểm đặt tại tâm của ô tô Nếu chuyển động chậm dần đều, lực quán tính Pj sẽ cùng chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của ô tô Ngược lại khi chuyển 31 động nhanh dần, lực. .. và tốc độ chuyển động trung bình của ô tô Hai yếu tố này lại phụ thuộc vào các tính chất kéo bám và tính chất động lực học của ô tô Để phân tích đánh giá tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô người ta thường dựa vào đồ thị cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng công suất a Phương trình cân bằng lực kéo Xét trường hợp tổng quát khi ô tô chuyển động với tốc độ không ổn định trên dốc Pk = Pf ± Pα... không tải (kg) 1530 - 1550 Trọng lượng toàn tải (kg) 2130 Lốp xe 205 / 65R15, mâm đúc Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 2.1 LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG 2.1.1 Các đường đặc tính của động cơ Các tính chất động lực học của ô tô liên quan nhiều đến tính toán thiết kế, chế tạo và sử dụng ô tô Động cơ đặt trên các xe ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại piston Các chỉ tiêu năng lượng và tính. .. khả năng này thường được thể hiện trên đường đặc tính động lực học của ô tô Để xây dựng đường đặc tính động lực học có thể thực hiện theo hai phương pháp sau: Đường đặc tính động lực học được xây dựng theo các số liệu khảo nghiệm xe trên đường và thường được gọi là đường đặc tính thực nghiệm Đường đặc tính động lực học xây dựng trên cơ sở đường đặc tính động cơ và sử dụng các công thức toán học để tính. .. có thể chuyển động được là: Pk < P ϕ (2.13) Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của ô tô sẽ bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của ô tô cần phải xét cho 2 trường hợp: - Khi đủ bám sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công thức (2.11) hoặc (2.12) - Khi không đủ bám sẽ tính theo lực bám: Pkmax... truyền lực ô tô gồm ly hợp chính 2, hộp số 3, truyền lực chính 4 và hộp vi sai 5 Hình 2.3 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực của ô tô 1- động cơ; 2-ly hợp ;3-hộpsố; 4-truyền lực chính; Mô men quay do động cơ truyền đến các bánh chủ động được gọi là mô men chủ động và thường được ký hiệu là Mk Giá trị của mô men quay Mk phụ thuộc vào mô men quay của động cơ Me, tỷ số truyền i và hiệu suất ηm của hệ... truyền lực Ngoài ra còn phụ thuộc vào chế độ chuyển động của ô tô - Khi ô tô chuyển động ổn định : Mk = Me.i.ηm Trong đó: Me là mô men quay của động cơ, Nm (2.5) 24 i, ηm tỷ số truyền và hiệu suât của hệ thống truyền lực, - Khi ô tô chuyển động không ổn định: dωx dω dω   M k' =  M e ± J d ix η x ± J k k ÷i.η m ± ∑ J x dt  dt dt  (2.6) Trong đó: Jd, dω là mô men quán tính của các chi tiết chuyển động. .. tiến của ô tô, m/s2 G- trọng lượng của ô tô, kG g- gia tốc trọng trường, m/s2 Thành phần lực quán tính Pj’’ được xác định theo công thức: P '' = M ak M an + rk rn (2.21) Trong đó: Mak mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều quy dẫn đến trục bánh chủ động Man mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn hướng) M an = j jn rn Jn ,rn – mô men