BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Ô TÔ

Bài báo cáo thí nghiệm ô tô Giảng Viên TS. LÊ VĂN TỤY Ô tô Hybrid là dòng ôtô sử dụng hai nguồn năng lượng tích hợp. Thật ra, ý tưởng Ô tô Hybrid đã có từ rất lâu đời. Theo Bách Khoa Toàn Thư mở Wikipedia thì Hybrid Vehicle, tạm dịch là Phương Tiện Giao Thông Ghép, là một phương tiện giao thông mà nguồn công suất được tích hợp từ hai nguồn năng lượng trở lên. Thông thường ô tô hybrid với nguồn năng lượng là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, hay vận hành đồng bộ cả hai nguồn; thậm chí vừa vận hành động cơ đốt trong kết hợp với việc nạp điện vào ắc quy khi năng lượng tích trữ trong ắc quy đã cạn kiệt. Vì vậy, thực tế hiện nay, thuật ngữ Hybrid Vehicle thường dùng để nói đến kiểu “ô tô ghép” kết hợp năng lượng từ điện và xăng (Petroleum Electric Hybrid Vehicle – PEHV); và cũng có thể được viết tắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle). Theo ngôn ngữ phổ thông tiếng Việt thường dùng ta có thể gọi là “Xe kết hợp điện xăng”, hay mượn hẳn từ tiếng Anh là “Hybrid”: Xe Hybrid.

MỤC LỤC

Trang

PHẦN 1 ĐO ĐẶC TÍNH LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ TRÊNĐƯỜNG

BẰNG PHƯƠNG PHÁP LĂN TRƠN.

1.1 Cơ sở lý thuyết.

Fk

Hình 1.1 Các lực tác dụng lên ôtô chuyển động thẳng trên đường nằm ngang.

Trong đó:

Lo – Chiều dài cơ sở của xe [m]

a – Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước [m]

b – Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước [m]

Z1 – Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên cầu trước [ N]

Z2 – Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên cầu sau [ N]

Pf1 – Lực cản lăn ở hai bánh trước [ N]

Pf2 – Lực cản lăn ở hai bánh sau [ N]

Fk – Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động [ N]

Pω – Lực cản không khí [ N]

Pj – Lực quán tính của ôtô khi chuyển động [N]

Ga – Trọng lượng toàn bộ của xe [ N]

Khi xe chuyển động phải chịu tác dụng của các lực sau:

- Lực cản lăn Pf: là lực phát sinh do có sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp giữa lốp và đường

pj

Để đơn giản, người ta coi lực cản lăn là ngoại lực tác dụng lên bánh xe khi nó chuyển động, và được xác định theo công thức:

Pf = Pf1 + Pf2 = Z1.f1+Z2.f2 [1.1]

0

v

f 11500

F0 – Hệ số cản lăn cơ bản, không phụ thuộc vào tốc độ

F1 – Hệ số cản lăn phụ thuộc bậc nhất vào tốc độ

F2 – Hệ số cản lăn phụ thuộc bậc hai vào tốc độ

- Lực cản không khí Pω: Khi ôtô chuyển động tạo nên sự thay đổi mật độ không khí bao quanh xe, hình thành lực cản không khí tác dụng lên toàn bộ bề mặt xe Trong tính toán thông thường, tất cả các lực cản gió riêng phần được thay thế bằng lực cản tổng cộng quy ước Pω đặt ở tâm diện tích cản chính diện ôtô

Pω = K.F.v2 [1.5]

K – Hệ số cản không khí; [N.s2/m4]

F – Diện tích cản chính diện của ôtô; [m2]

v – Vận tốc chuyển động của ôtô; [m/s]

Ở đây, để đơn giản tính toán, ta xét ôtô chuyển động trên đường ngang, phẳng, tức là bỏ qua các lực cản lên dốc và lực quán tính của các chi tiết chuyển động quay Như vậy, ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:

G dv

– gia tốc chuyển động tịnh tiến của ôtô; [m/s2]

- Phương trình cân bằng khi xe lăn trơn (gia tốc xe lên tốc độ cần thiết sau đó gài về số Mo xe

sẽ lăn trơn trên đường):

Pf + Pω - Pj = 0 [1.8]

a f

G dv

g dtω

1.2.1 Mô tả về trang thiết bị:

a) Đối tượng đo: Xe dùng cho việc đo lực cản: Mercedes Benz MB140 cócác thông số kỹ thuật

như sau:

Bảng 1-1: Bảng thông số kỹ thuật của xe Mercedes Benz MB140

Thông số kỹ thuật động cơ

Thông số kỹ thuật hộp số

Những thông số tiêu chuẩn khác

thủy lực

phanh tang trống/cầu sau

Hệ thống treo trước Hệ thống treo độc lập với hai tay

đòn và thanh xoắn

Hệ thống treo sau Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng

Hình 1.3 Đối tượng đo - Mecedes Benz MB140

b) Các dụng cụ và cảm biến sử dụng: Đồng hồ/Cảm biến đo tốc độ, đồng hồ đếm thời gian thực

1.2.2 Trình tự đo:

- Một nhóm gồm 10 sinh viên cùng với giáo viên hướng dẫn lên xe để tiến hành thí nghiệm

- Đưa xe đến địa điểm đo (yêu cầu có chiều dài quãng đường thẳng và phẳng khoảng 4km, ở đây ta làm thực nghiệm trên đường Nguyễn Tất Thành)

- Khi đã đến địa điểm tiến hành thí nghiệm, chọn đoạn đường vắng và không có dốc để gia tốc

xe tránh làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

- Chuẩn bị đồng hồ tách thời gian

- Quan sát đồng hồ báo tốc độ trên bảng Táp lô, khi gia tốc cho xe chạy vượt qua tốc độ 50(km/h) thì bắt đầu nhả bàn đạp ga đồng thời đưa cần gạt hộp số về vị trí số 0 hoặc ngắt ly hợp và cho xe lăn trơn trên đường.

- Khi kim đồng hồ báo tốc độ của ôtô chỉ 50 km/h thì bắt đầu bấm đồng hồ tách thời gian, ứng với vị trí này ta có thời gian t0 = 0[s]

- Khi tốc độ của ôtô giảm còn 45 km/h, ta tiếp tục bấm đồng hồ tách thời gian để xác định

- Ta thực hiện quá trình như vậy 4 lần và kết thúc quá trình đo Sau đó tất cả sinh viên quay trở

về xưởng AVL.(Nếu có thiết bị đo chính xác thì đo 1 lần, vì ở đây không có thiết bị đo chính xác nên ta đo 4 lần rồi lấy giá trị trung bình)

1.3 Kết quả đo và xử lý số liệu thí nghiệm

a) Xác định đa thức xấp xỉ bậc ba của v đối với thời gian t[s]

Từ bảng số liệu vi=f(ti), tiến hành xấp xỉ đặc tính biến thiên v=f(t) thành đa thức xấp

xỉ bậc ba đối với thời gian t

hay là gia tốc j[m/s2] theo thời gian t[s].

Theo lý thuyết thì lực cản FC = - Pj (Lực quán tính) Điều đó có nghĩa ta xác định FC thông qua lực quán tính Pj Với Pj = ma.j

Như vậy: FC = -ma.j[N]

Trong đó:

j – Gia tốc quán tính của xe khi lăn trơn; [m/s2]

ma – khối lượng toàn tải của xe Mercedes Benz MB140; [kg]

Khối lượng không tải của xe: m0 =

Vậy khối lượng toàn bộ là: ma = m0 + mhk = 2060 + 800 = 2860 [kg]

Ta có: ma = 2860 [kg]

2dv

5,5556 -0,0996 284,730d) Xác định hàm xấp xỉ bậc 2 của Fc theo tốc độ v:

Căn cứ bảng giá trị Fc(i) biến thiên theo vi, tiếp tục xấp xỉ hàm lực cản Fc=f(v) biến thiên bậc hai theo tốc độ v có dạng:

a 206, 43

a 8, 2710,9854

6a

0 2

a

G

G.fa

Suy ra:

0 0

1

2 2

Với A là diện tích cản chính diện :

A= 0,8 x Chiều rộng tổng thể x Chiều cao tổng thể

- Vận tốc ôtô càng lớn thì lực cản càng lớn do hệ số cản khí động tăng

PHẦN 2 ĐO TÍNH LỰC PHANH CỦA Ô-TÔ TRÊN BĂNG THỬ.

2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp đo:

Trên ôtô có trang bị hệ thống phanh nhằm mục đích giảm vận tốc hoặc dừng hẳn khi cần thiết Lúc đó người lái giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ, đồng thời phanh để hãm xe lại Nhờ có hệ thống phanh mà người lái có thể nâng cao vận tốc chuyển động trung bình của ôtô và đảm bảo an toàn khi chuyển động

Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra momen ma sát còn gọi là momen phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại Lúc đó ở bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược với chiều chuyển động Phản lực tiếp tuyến này được gọi là lực phanh

và được xác định theo công thức:

p p b

MPr

=

[2.1]

Trong đó:

Mp – Momen phanh tác dụng lên bánh xe;

Pp – Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường;

rb – Bán kính làm việc của bánh xe;

Hình 2-1- Sơ đồ lực va momen tác dụng lên bánh xe khi phanh

Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường nghĩa là:

Zb– Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe;

φ – Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường;

a) Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu (phanh có hiệu quả nhất): Trên hình 2-2 trình bày các

lực tác dụng lên ôtô khi phanh ở trường hợp xe không kéo móc trên mặt phẳng nằm ngang

Hình 2-2: Lực tác dụng lên ôtô khi phanh

Khi phanh sẽ có những lực tác dụng lên ôtô: Trọng lượng ôtô G đặt tại trọng tâm, lực cản lăn Pf1 và Pf2 ở các bánh xe trước và sau, phản lực thẳng góc lên các bánh xe trước và sau (Z1 và Z2), lực phanh ở các bánh xe trước và sau Pp1 và Pp2, lực cản không khí Pω, lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần

Lực phanh Pp1 và Pp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và ngược chiều chuyển động của ôtô, còn lực quán tính Pj đặt tại trọng tâm và cùng chiều với chiều chuyển đồn của ôtô.

Lực quán tính Pj được xác định theo biểu thức sau:

jp – Gia tốc chậm dần khi phanh;

Khi phanh thì lực cản không khí Pω và lực cản lăn Pf1 và Pf2 không đáng kể, có thể bỏ qua

Để sử dụng hết trọng lượng bám của ôtô thì cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe trước

và sau và lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là:

a, b, hg – Tọa độ trọng tâm của ôtô;

ϕ – Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường;

b) Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh.

- Gia tốc chậm dần khi phanh (jp):

Ta có:

p ω ψ

j P P P

, khi phanh các lực Pf, Pω có giá trị rất bé so với Pp mặt khác khi

xe phanh trên đường nằm ngang thì Pi = 0 do đó ta có phương trình:

Với δi – hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ôtô;

Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm δi (cắt ly hợp → δi≈ 1), khi đó:

Ở đây, v1 – vận tốc của ôtô ứng với thời điểm bắt đầu phanh;

Khi ôtô dừng hẳn thì v2 = 0, do đó:

1 pmin

vt

.g

=ϕ

[2.13]

- Quãng đường phanh (Sp)

Nhân hai vế pt [2.11] với dS ta có:

dv.dS g.dS hay v.dv g.dS

[2.14]

Quãng đường phanh nhỏ nhất sẽ là:

2 .g

=ϕ

[2.16]

- Lực phanh (Pp) và lực phanh riêng (Pr)

Lực phanh sinh ra ở các bánh xe được xác định:

p p bx

MPR

=

[2.17]

Trong đó:

Mp – mômen phanh của các cơ cấu phanh;

Rbx – bán kính làm việc trung bình của bánh xe;

Lực phanh riêng ở các bánh xe được xác định:

p r

PPG

Băng thử được nghiên cứu có kí hiệu BA-306.121 là loại băng thử hiện đại hiện nay,

do Đức sản xuất vào năm 1998 Băng thử hoạt động dựa trên các mạch điện tử và các cảm biến để đưa ra các trị số cần đo Các trị số này được thể hiện trên màn hình

Hiện nay băng thử này đã được các trung tâm thí nghiệm ôtô và các trạm sửa chữa sử dụng rất nhiều Năm 2001 trung tâm thí nghiệm động cơ và ôtô trường Đại Học Bách Khoa

Đà Nẵng được trang bị băng thử này để phục vụ nghiên cứu và học tập Băng thử này do công ty AVL của Áo lắp đặt

2.2.2 Cấu tạo của băng thử

Băng thử phanh ở phòng thí nghiệm động cơ và ôtô là băng thử loại quán tính kiểu con lăn (con lăn) Các rulô được kéo nhờ các mô tơ và thông qua hộp giảm tốc

Băng thử gồm bộ phận cấp công suất cho hai lô làm việc là hai mô tơ bố trí đối xứng, hai lô chuyển động nhờ bộ truyền xích

Trên một lô bố trí 4 cảm biến lực ở 4 góc, một cảm biến tốc độ để đo tốc độ của bánh

xe, một cảm biến lực đặt ở dưới hai lô để đo lực phanh

Trên băng thử có trang bị thêm các cảm biến cân để đo trọng lượng trục và các môđun xử lý kết quả phục vụ công tác lưu trữ, hiển thị và in ấn kết quả

6

98

7

Hình 2-3: Mặt cắt ngang của băng thử

1 - Rulô chủ động; 2 - Cảm biến tốc độ; 3 - Con lăn trơn; 4 - Rulô bị động;5 - Vít hạn chế xê dịch ngang; 6 - Lò xo hồi vị; 7- Cảm biến vị trí; 8 - Cảm biến đo trọng lượng; 9 - Dầm chữ

I

Hình 2-4: Sơ đồ băng thử.

2.3 Trình tự thí nghiệm:

- Cho xe chạy vào vị trí băng thử: bánh xe đặt lọt vào hai lô Đặt thiết bị giữ

cứng bánh xe sau (đo cầu trước) Khởi động thiết bị đo: đóng điện cho mô tơ quay đạt tốc

độ bánh xe ổn định 3÷5 (km/h), chuẩn bị các phím sẵn sàng Nổ máy xe để có trợ lực cho phanh mặc dù không kéo bánh

- Bấm Start cho lô chủ động quay kéo bánh xe và người điều khiển bắt đầu phanh Đến khi có hiện tượng trượt các bánh xe thì độ chênh lệch giữa vận tốc lô chủ động và lô bị động sẽ được các cảm biến tốc độ ghi nhận và đưa tín hiệu về bộ xử lý, bộ xử lý sẽ cho ngừng lô chủ động

- Khi bánh xe ngừng thì cho xe đi ra khỏi ru lô

Hình 2-6: Đồng hồ hiển thị kết quả đo lực phanh

2.4 Nguyên lý làm việc:

- Bánh xe vào thử được đặt giữa hai rulô có mối liên hệ tỷ số truyền động, tỷ số truyền động i

=1, được dẫn động bằng môtơ điện Kết hợp giảm tốc làm giảm tốc từ môtơ đến rulô sao cho tốc độ xe thử 3 ÷ 5 km/h

- Khi tốc độ xe đã chuyển động ổn định, lái xe đạp phanh tạo ra momen phanh ở bánh xe

Hình 2-7: Sơ đồ bố trí các thiết bị của băng thử

Ta có:

p L Lp

bx bx

M P R 2P

L

P L.iP

R

=

[2.22]Trong đó:

Mđt– Mômen điện từ của máy điện;

L – Cánh tay đòn của cảm biến;

Pcb– Lực đo được bằng cảm biến;

ibt – Tỷ số truyền tính từ rulô đến máy điện;

GΣ +G1 = 4.Pcb => GΣ = 4.Pcb -G1 [2.23]Lực phanh riêng của mỗi bánh xe bên trái và bên phải mỗi cầu:

pbx(p)i r(p)i

bx(p)i

PP

G

=

[2.24]

pbx(t)i r(t)i

bx(t)i

PP

G

=

[2.25]Lực phanh riêng của mỗi cầu được xác định theo công thức:

r(p) r(t) ri

r(t) r(p)

Kmax P ,P

−

=

2.5 Đồ thị lực phanh:

Ta xét đồ thị lực phanh của hai bánh xe cầu sau khi không tải

Hình 2-8: Đồ thị lực phanh hai bánh xe cầu sau khi không tải

Từ đồ thị lực phanh ta có:

F(L)max = 2,34 [kN]; F(R)max = 2,36 [kN]

Căn cứ vào đồ thị ta có:

Ứng với 1 [kN] tương ứng với 11 [mm] Suy ra tỷ lệ xích:

thuc p

Từ đó ta xây dựng được bảng số liệu như sau:

Bảng 2-1: Giá trị lực phanh bánh xe bên trái và bên phải cầu sau.

Do đó: Pr(cau sau) = 63,77% > 50% (thỏa mãn)

- Đánh giá độ lệch phanh trên cầu sau:

r(L) r(R ) L

19,734%

Ta thấy KL = 19,734% < 25% (thỏa mãn)

- Đánh giá tính trạng má phanh:

Từ bảng số liệu 2-1: Ta vẽ được đồ thị lực phanh bên trái và bên phải như sau:

Hình 2-9: Đồ thị lực phanh bánh xe bên trái

Hình 2-10: Đồ thị lực phanh bánh xe bên phải

Vẽ và xấp xỉ hàm F = f(t) Ta có hàm xấp xỉ như sau:

- Lực phanh bên trái:

2F(L) 0,1573 0,1831.t 0,0551.t= − +

Ta thấy, giá trị a2 = 0,0551 >0, nên tình trạng má phanh bên trái: Má phanh mòn quá, phanh chậm tác dụng

- Lực phanh bên phải:

2F(R) 0,1169 0,1388.t 0,0504.t= − +

Ta cũng có gí trị a2 = 0,0504 >0, nên tình trạng má phanh bên phải: Má phanh mòn quá, phanh chậm tác dụng

PHẦN 3 ĐO TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Ô TÔ THEO CHU TRÌNH

ECE1504 3.1 Giời thiệu về các chu trình thử.

3.1.1 Chu trình thử ở Mỹ.

a, Chu trình thử FTP-72 cho xe con.

Tổng quãng đường thử là 12,07 km với nhiều điểm dừng, vận tốc tối đa là 91,2 km/h và vận tốc trung bình là 31,5 km/h

Vòng thử gồm hai giai đoạn: giai đoạn 1 với thời gian 505 s tương ứng với quãng đường 5,78 km với vận tốc trung bình là 41,2 km/h; và giai đoạn 2 với thời gian 864s

Hình 3-1: Chu trình thử FTP-72 cho xe con

b, Chu trình thử FTP-75 cho xe con.

Xuất phát từ chu trình thử FTP-72, nhưng nó bao gồm 3 giai đoạn: 2 giai đoạn đầu giống như hai giai đoạn của FTP-72; còn giai đoạn thứ 3 kéo dài 505[s] và bắt đầu sau khi giai đoạn 2 kết thúc và dừng hoàn toàn động cơ và đợi 10 phút Giai đoạn 3 là giai đoạn khởi động nóng Như vậy với FTP-75 pha 1 là pha khởi động lạnh, pha 2 là pha trung gian, pha 3 là pha khởi động nóng

Hình 3-2: Chu trình thử FTP-75 cho xe con [1]

Tổng quãng đường thử là 17,77 km, tổng thời gian thử là 1874 s với vận tốc trung bình là 34,1 km/h, theo chuẩn năm 2000

3.1.2 Chu trình thử ở Châu Âu (ECE và EUDC).

ECE - EUDC là chu trình thử trên băng thử Chassis dynamometer áp dụng cho các loại xe con ở Châu Âu

Chu trình thử bao gồm 4 vòng thử ECE và được lặp lại liên tục tương tự với việc lái xe trong thành phố, và 1 vòng thử EUDC tương tự với việc lái xe trên

xa lộ Trước khi thử phương tiện không hoạt động trong vòng hơn 6 giờ để cho nhiệt độ phù hợp với nhiệt độ phòng thử trong khoảng 20 ÷ 30 0C Sau đó bắt đầu khởi động và chạy không tải khoảng 40[s]

Hình 3-3: Chu trình thử ECE 15

b, Chu trình EUDC.

Là vòng thử trên đường xa lộ ở tốc độ tốc độ cao của phương tiện Tốc độ tối đa của vòng thử này lên đến 120 [km/h]

Hình 3-4: Vòng thử EUDC cho xe con [1]

Các thông số chính của hai chu trình thử Châu Âu được cho trên bảng 1

Bảng 3.1 : Các tham số của hai loại chu trình thử

a, Chu trình thử với 10 mode.

Là chu trình thử dùng cho xe con chạy trong thành phố ở Nhật Bản

Chu trình thử có quãng đường thử 0,664 km, tốc độ trung bình là 17,7 km/h, thời gian thử là 135s và tốc độ cực đại là 40 km/h

Hình 3-5: Chu trình thử 10 mode

b, Chu trình thử 10-15 mode.

Là chu trình thử cho xe con chạy trong đường thành phố, lấy từ chu trình thử

10 mode và thêm vào đó là chu trình 15 mode với tốc độ cực đại lên đến 70 km/h Toàn bộ chu trình thử gồm: lặp lại 3 lần chu trình 10-mode và 1 lần đoạn 15-mode

Hình 3-6: Chu trình thử 10-15 mode.

Tổng quãng đường thử là 4,16 km, tốc độ trung bình là 22,7 km/h, thời gian thực hiện là 660s (hoặc 6,34 km đường thử, tốc độ trung bình 25,6 km/h

và thời gian 892s trong trường hợp tính cả đoạn 15-mode đầu tiên)

3.1.4 Chu trình thử ở Việt Nam.

+ Chu trình thử cho xe ôtô lắp động cơ xăng TCVN 6432 : 1998

Được dựa trên cơ sở của chu trình thử trong nội thành của Châu Âu ECE R15-04 và được áp dụng từ năm 1998 Chu trình thử bao gồm 4 vòng thử giống nhau và liên tiếp nhau tương tự vòng thử trong đường thành phố theo chu trình thử châu Âu ECE 15

+ Tổng quãng đường thử : 4,025 km

+ Tổng thời gian thử : 780s