THIẾT KẾ CHẾ TẠO XE LĂN ĐIỆN CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT

Hình 1.9 Một chiếc xe lăn New ZealandHình 1.10 Một chiếc xe lăn gấp đầu Hình 2.6 Sự thay đổi của hệ số lực kéo trên các loại đường khác nhau Hình 2.7 Minh họa khái niệm hệ thống truyền l

Bộ Giáo Dục  Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Giáo viên hướng dẫn: GV.ThS Vũ Đình Huấn

Khoa : Cơ khí Động lực

Lớp : 10905

Khoá học : 2010 – 2015

I Nội dung:

1 Thăm dò và khảo sát ý kiến của người sử dụng

2 Khảo sát xe lăn điện và xe lăn tay

3 Tính toán công suất, mô men, trọng tâm, phản lực, độ bám của bánh xe với mặt đường, khả năng leo dốc, trọng lượng tải

4 Cải tạo kết cấu xe lăn thường thành xe lăn điện đáp ứng yêu cầu sử dụng antoàn

5 Tính toán kiểm nghiệm độ ổn định của xe

6 Thực nghiệm, đánh giá sản phẩm

7 Viết thuyết minh đề tài

II.Ngày giao đề tài: ………

III Ngày hoàn thành:……….

Chủ nhiệm bộ môn Giáo viên hướng dẫn

-TP.HCM, Ngày … Tháng …… Năm 2015

Giáo viên hướng dẫn

Bộ Giáo Dục  Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khoa Cơ khí Động lực

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

-TP.HCM, Ngày … Tháng …… Năm 2015

Giáo viên phản biện

Việt Nam đang trong giai đoạn xây dựng và phát triển, mọi người sống và làm việctrong một môi trường hoà bình Nhưng để có được điều đó đất nước ta đã phải trải quanhững năm tháng chiến tranh vô cùng khó khăn gian khổ mà cũng vô cùng oanh liệt.Chiến tranh đã đi qua mấy chục năm rồi nhưng dư âm và hậu quả của nó thì không thể

kể xiết được Hiện nay nó vẫn còn đeo đuổi các bác, các chú và con cháu của họ làmcho họ mất đi khả năng lao động của đôi chân Bên cạnh đó còn do hậu quả của tai nạnlao động, tai nạn giao thông và sự già hoá của một bộ phận dân số khiến họ không thể

tự mình đi lại được Để đáp ứng nhu cầu này, từ nhiều thập niên qua, con người đãnghiên cứu thiết kế và chế tạo ra xe lăn Đây là một loại phương tiện thuận lợi trợ giúpcho người khuyết tật có thể tự mình di chuyển một cách dễ dàng Theo thời gian cùngvới sự phát triển của khoa học công nghệ những chiếc xe lăn ngày càng trở lên phongphú và tiện ích hơn cho người sử dụng

Mục đích của đề tài nghiên cứu này là mang lại cho người dùng những tiện ích thuậnlợi về nhu cầu trong cuộc sống như đi lại, sinh hoạt và nghỉ ngơi Ngoài ra việc thiết

kế đơn giản hiệu quả với giá thành phù hợp với kinh tế giúp người khuyết tật tiếp cậnđược với xe lăn điện nhiều hơn, mang lại cuộc sống tốt hơn cho mọi người…

LỜI CÁM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp

đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từkhi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, chúng em đã nhận được rất nhiều

sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy cô, Gia đình và Bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến Quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực -Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, đã cùng với vốn tri thức và

tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thờigian học tập tại trường.Và đặc biệt trong học kỳ này khoa đã tổ chức cho chúng emthực hiện đề tài tốt nghiệp- một bước chuẩn bị cuối cùng các kĩ năng cần thiết vềchuyên môn cũng như các kỹ năng liên quan nhằm phục vụ cho công việc sau khi ratrường

Chúng em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực và Thầy Vũ Đình Huấn luôn theo sát và trực tiếp hướng dẫn chúng em trong suốt thời

gian nghiên cứu và thực hiện đề tài này Kính chúc quý thầy cô thật dồi dào sức khỏe,niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình có nhiều tâm huyết truyền đạtkiến thức cho thế hệ trẻ mai sau

Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian 16 tuần, do vậy chắc chắn không thểtránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu củaquý thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn

Trân trọng!

TP Hồ Chí Minh, Tháng 12 Năm 2014

Sinh Viên Thực Hiện :

MỤC LỤC 6

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 9

MỤC LỤC BẢNG 12

PHẦN A 13

MỞ ĐẦU 13

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 14

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 14

2.1 Mục tiêu 14

2.2 Nhiệm vụ 14

2.3 Kế hoạch nghiên cứu và các bước thực hiện 15

3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 16

4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 16

4.1 Đối tượng nghiên cứu 16

4.2 Phạm vi nghiên cứu 16

4.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 16

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

PHẦN B 18

NỘI DUNG 18

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU XE LĂN ĐIỆN 19

1.1 Lịch sử xe đẩy 19

1.2 Xe lăn điện 26

CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28

2.1TỔNG QUÁT VỀ SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE 28

2.2 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG 29

2.2.1 Lực cản lăn 29

2.2.2 Lực cản không khí 32

2.2.3 Lực cản dốc 34

2.3PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC 35

2.4ĐỘ BÁM CỦA LỐP XE VÀ LỰC KÉO LỚN NHẤT 38

2.5 HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ TỐC ĐỘ XE 40

2.6ĐẶC TUYẾN CỦA ĐỘNG CƠ VÀ HỘP SỐ Ô TÔ 43

2.7TÍNH NĂNG CỦA XE 45

2.7.1 Tốc độ cực đại của ô tô 46

2.7.2 Khả năng leo dốc 47

2.7.3 Đặc tính gia tốc 47

2.8 CẤU TRÚC XE ĐIỆN 48

2.8.1 Tính năng hoạt động của xe lăn điện 52

2.8.2 Đặc tuyến của motor kéo 52

2.8.3 Yêu cầu về lực kéo và truyền lực 54

2.8.4 Tính năng của xe 55

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 60

3.1 KHẢO SÁT THỊ TRƯỜNG 60

1 Xe lăn điện 60

2 Xe lăn tay 62

1.2Ý TƯỞNG XE LĂN ĐIỆN 65

1 Hạn chế của các loại xe trên 65

2 Ưu điểm của xe lăn mới 65

2 Ý tưởng xe lăn điện mới 65

3.3 TÍNH TOÁN 66

1 Viết tắt 66

2.Các thông số 66

3 Tìm tọa độ trọng tâm 67

4 Tìm phản lực pháp tuyến 71

5 Tính toán và chọn motor 71

Hình 1.9 Một chiếc xe lăn New Zealand

Hình 1.10 Một chiếc xe lăn gấp đầu

Hình 2.6 Sự thay đổi của hệ số lực kéo trên các loại đường khác nhau

Hình 2.7 Minh họa khái niệm hệ thống truyền lực của ô tô

Hình 2.8 Lực kéo và mômen trên bánh xe chủ động

Hình 2.15 Các đường đặc tuyến của motor điện thay đổi theo tốc độ

Hình 2.16 Biên dạng đặc tuyến mômen – tốc độ của motor điện 60 kw với x =

2, 4, 6

Hình 2.17 Đồ thị lực xe – tốc độ xe với motor kéo có x = 2 và hộp số 3 cấp

Hình 2.18 Đồ thị lực xe – tốc độ xe với motor kéo có x = 4 và hộp số 2 cấp

Hình 2.19 Đồ thị lực xe – tốc độ xe với motor kéo có x = 6 và hộp số đơn cấp Hình 2.20 Đồ thị công suất cực đại – hệ số tốc độ

Hình 2.21 Đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường với tốc độ cuối

Chương 3

Hình 3.1 Xe lăn điện W-HA-1032-LIGHTING

Hình 3.2 Xe lăn điện W-HA-1031

Hình 3.3 Xe lăn điện 160 A

Hình 3.4 Xe lăn sơn tĩnh điện

Hình 3.5 Xe lăn đẩy nhôm du lịch

Hình 3.6 Xe lăn XL6

Hình 3.7 Xe lăn nhôm XL7

Hình 3.8 Vị trí các chi tiết trên xe

Hình 3.9 Lực phân bố trên xe theo chiều cao

Hình 3.21 Bọc hai bên hông xe

Hình 3.22 Sơn, lắp ghế và tựa lưng

Hình 3.23 Vị trí cần joystick

Hình 3.24: Bố trí các thiết bị trên xe

Hình 3.25: Xe hoàn chỉnh

Hình 3.26: Xe lăn

Bảng 3.1: chọn các giá trị của motor

Bảng 3.2: Các thông số của motor

Bảng 3.3: Các thông số của ắc quy

Bảng 3.4: So sánh giữa chỉ tiêu thiết kế ban đầu và sau khi thiết kế xong

xe lăn điện

PHẦN A

MỞ ĐẦU

Xuất phát từ thực tế thì đề tài nghiên cứu xe lăn điện nhằm hướng đến ngườikhuyết tật, góp phần giúp đỡ người khuyết tật có khả năng di chuyển dễ dàng, phùhợp với sức khỏe, thể trạng của họ.

2.1 Mục tiêu

 Nghiên cứu chế tạo, sản xuất thử nghiệm ra chiếc xe lăn điện

 Giúp người khuyết tật đi lại thuận tiện và an toàn hơn

 Chi phí sản xuất thấp

2.2 Nhiệm vụ

 Thăm dò và khảo sát ý kiến của người sử dụng

 Khảo sát xe lăn điện và xe lăn tay để chọn phương án thiết kế và cải tạo phùhợp

 Tính toán công suất, mô men, trọng tâm, phản lực, độ bám của bánh xe với mặt đường, khả năng leo dốc, trọng lượng tải

 Cải tạo kết cấu xe lăn thường thành xe lăn điện đáp ứng yêu cầu sử dụng an toàn

 Thiết kế phần trục quay bánh xe kết nối với mô tơ điện, chế tạo đồ gá để tăng độ cứng vững cho khung xe

 Tính toán kiểm nghiệm độ ổn định ( lật khi lên và xuống dốc, lật ngang khi

xe hoạt động trên đường có độ nghiêng tiêu chuẩn) của xe

 Thực nghiệm, đánh giá sản phẩm

2.3 Kế hoạch nghiên cứu và các bước thực hiện

 Xác định nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu

 Tham khảo và thu thập tài liệu liên quan

 Phân tích tài liệu và tính toán

 Xử lý hình ảnh tài liệu

 Tìm hiểu giá cả thị trường của xe, motor, và các đồ dùng liên quan

 Tìm và chọn các thiết bị vật tư, vật liệu cần thiết, phù hợp với yêu cầu tính toán

 Tiến hành nghiên cứu, thiết kế, cải tiến xe lăn tay thành xe lăn điện

 Cho xe chạy thử nhiều lần(đường bằng và đường dốc)

 Đánh giá quá trình thử nghiệm, đưa ra các biện pháp xử lí thích ứng (điều kiện lật đổ, độ bám, trượt lết, tốc độ…)

 Tổng hợp các điều kiện để đưa ra chiếc xe hoàn chỉnh

 Tân trang lại để đảm bảo về mặt thẩm mỹ (sơn, trang trí…)

và hiệu quả vào đời sống xã hội một cách bình đẳng với những người khác Nhữngngười khuyết tật vẫn thường không được tiếp cận bình đẳng với các dịch vụ cơbản như giáo dục, việc làm, y tế, các hệ thống hỗ trợ xã hội và pháp lý Thực tếnày, vì vậy, khiến cho những người khuyết tật phải chịu nhiều thiệt thòi, thậm chícòn hơn cả những người nghèo.

Không thể phủ nhận rằng, những người khuyết tật nhìn chung đều là những người

có sức khỏe kém hơn, có mức độ giáo dục thấp hơn và có tỷ lệ nghèo cao hơn sovới người không khuyết tật Điều này bắt nguồn từ việc thiếu vắng các dịch vụ hỗtrợ song lại tồn tại quá nhiều trở ngại mà họ gặp phải trong cuộc sống hàng ngày

Vì vậy chiếc xe lăn điện sẽ giúp họ có thể khắc phục được phần nào nhu cầu,mong muốn và tối thiểu là có thể tự do di chuyển trong một không gian nào đómột cách dễ dàng hơn

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Xe lăn điện

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Các chức năng của xe đáp ứng yêu cầu của người sử dụng

Các tham số kỹ thuật của đường

Nghiên cứu tính toán nhằm xác định công suất yêu cầu

4.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Dành cho người khuyết tât có khả năng sử dụng cần điều khiển và quan sát tốt

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tài liệu liên quan

Khảo sát nhu cầu của người sử dụng

Tham khảo ý kiến của các chuyên gia

Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu thực nghiệm – khảo sát đánh giá

PHẦN B NỘI DUNG

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU XE LĂN ĐIỆN

Trong thế kỷ 18 chiếc xe lăn đầu tiên tương tự như trong thiết kế cho những người

có ngày hôm nay đã được phát triển Nó có bánh xe phía trước và một bánh xe lớn

đầu của thế kỷ 19.

Hình 1.2: Xe lăn Bath

Xe lăn Bath năm 1840 này là một Chủ tịch Bath điển hình đó là có sẵn để chothuê Họ đưa người bệnh đến lấy nước ở các phòng máy bơm hoặc tắm trongphòng tắm

Chiếc ghế này được phát minh bởi James Heath của Bath khoảng năm 1750 Nótrở nên phổ biến và năm 1830 đã thay thế sedan ghế như một phương tiện thôngvận tải

Hình 1.3: Xe lăn bath năm 1750

e f

Hình 1.4: Xe lăn có ghế dạng bồn tắm

Hình 1.5: Xe Lăn dạng bồn tăm năm 1912

Hình 1.6: Xe Lăn dạng bồn tăm Cuối những năm 1800

Tuy nhiên, chiếc xe lăn Bath là không được thoải mái và trong nửa cuối của thế kỷ

19, nhiều cải tiến đã được thực hiện cho xe lăn Một bằng sáng chế năm 1869 chomột chiếc xe lăn cho các mô hình đầu tiên có bánh xe đẩy phía sau và bánh nhỏphía trước Giữa, 1867-1875, nhà phát minh thêm bánh xe cao su rỗng mới tương

tự như những người sử dụng trên xe đạp trên vành kim loại Năm 1881, cácpushrims cho thêm tự đẩy được phát minh

e f

Hình 1.8: Xe lăn những năm 1900

là Herbert Everest Họ đã cùng nhau thành lập Everest & Jennings, một công tyđộc quyền thị trường xe lăn trong nhiều năm Một vụ kiện chống độc quyền đãthực sự mang lại Everest & Jennings của Sở Tư pháp, người buộc tội công ty vớigiá gian lận xe lăn Trường hợp cuối cùng đã được giải quyết ngoài tòa án.

Sau khi phát minh ra chiếc xe lăn có động cơ, nhiều tiến bộ hơn đã được thực hiện

Xe lăn tay trở nên nhẹ hơn và cơ động Nhiều vận động viên những người di độngthách thức đẩy cho các mô hình thể thao hơn và có nhiều tiến bộ trong công nghệ

mà là đằng sau chiếc xe lăn có động cơ

Hình 1.10: Một chiếc xe lăn gấp đầu 1.2 Xe lăn điện

Di chuyển về phía chiếc xe lăn điện đầu tiên đã được thực hiện trong những nămđầu thế kỷ 20

Các powerchair cơ giới đầu tiên dường như đã được thực hiện vào năm 1912, khimột động cơ điện 1 ¾ ngựa đã được thêm vào một chiếc xe ba bánh

Và khi George Westinghouse, doanh nhân và nhà phát minh người Mỹ là mộttrong những người tiên phong của hệ thống điện và nhận được 361 bằng sáng chếtrong cuộc đời của mình, qua đời, bản vẽ thiết kế của một chiếc xe lăn điện đãđược tìm thấy ở trong tay

Có lẽ chiếc ghế quyền lực đầu tiên được phát triển thương mại là một chiếc xe lăn

có động cơ vào năm 1916 (cũng được đề cập trong lịch sử của chúng ta về xe lăn).Điều này thực sự đã đi vào sản xuất thương mại, mặc dù chi phí có nghĩa rằng hầuhết các khuyết tật của thời gian ở lại trong xe lăn tay

Mặc dù không phải là lần đầu tiên chiếc xe lăn điện có động cơ, đóng góp củaCanada, chính nó là một phản ứng đối với số lượng lớn các thương trong bệnhviện sau khi chiến tranh thế giới thứ hai, đã được khởi công

George Klein được khởi đầu hình thành thiết kế của xe lăn có động cơ này, nhưngđây là một nỗ lực của nhóm, liên quan đến không chỉ là kỹ sư nhưng bệnh nhângiải thích nhu cầu và thách thức của các bác sĩ và cung cấp các tài liệu

Chỉ cần thêm nhầm lẫn cho người phát minh ra chiếc xe lăn chạy bằng đầu tiên, tíndụng vẫn thường được cho một cách nghiêm túc và Jennings cho việc phát minh rachiếc xe lăn điện Họ có thể là người đầu tiên sản xuất xe lăn điện trên bất cứ quy

mô, với sản xuất hàng loạt xe lăn có động cơ của họ bắt đầu từ năm 1956

Tuy nhiên, họ cũng là cực kỳ cơ bản Các E & J 840 không có bảng mạch, và chỉ

có hai tốc độ: cao và thấp Trong thực tế, để thay đổi giữa các tốc độ đầu tiên bạnphải ngăn chặn các xe lăn Phong trào cũng đã rất giật, một phần là do sự chỉ đạocực kỳ cơ bản - một phím điều khiển mà phải chạm vào một trong bốn đòn bẩy on-off để cung cấp cho hướng.Không cần phải nói, nó vẫn còn là một ngạc nhiên chongười sử dụng đầu tiên của nó

Thật không may, nó đã thất bại trong việc phát triển đáng kể xe lăn như thế này

mà dẫn đến sự sụp đổ của Ernest và Jennings, từ các cầu thủ trận đấu bên phíatrong thế giới xe lăn cho người chơi hơi nhỏ bây giờ Tuy nhiên, các công ty sángtạo và tích cực khác đã đưa ra mô hình mới hơn - đặc biệt là những chiếc ghếquyền lực Quickie kiểu dáng đẹp mà thực hiện các mô hình Ernest và Jenningsthời gian cái nhìn tích cực thời tiền sử trong so sánh1.963 ghế Wrigley Electric

Có thể sản xuất được biết đến lâu đời nhất của Vương quốc Anh hỗ trợ ghế ngoàitrời

Hình 1.11: Xe lăn điện

vấn đề này Tài liệu này đưa ra để thảo luận về sự truyền lực cho xe điện và xe laiđiện, nên những thảo luận về lý thuyết cơ bản về hoạt động của xe sẽ bị giới hạn.

Vì vậy, chương này sẽ tập trung vào một số điểm nổi bật như: đặc tính tốc độ xe,khả năng leo dốc, khả năng tăng tốc, tính tiêu hao nhiên liệu, và đặc tính phanh

2.1 TỔNG QUÁT VỀ SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE

Hình 2.1:Lực tác dụng lên xe

Hình 2.1 cho thấy những lực tác dụng lên xe khi chuyển động lên dốc Lực kéoF t

trong vùng tiếp xúc giữa lốp xe của các bánh xe chủ động với mặt đường đẩy xechuyển động về phía trước Lực này được tạo ra nhờ mômen xoắn của động cơtruyền đến bánh xe chủ động của ô tô qua hộp số và truyền lực cuối cùng Tronglúc xe chuyển động, có một số lực làm cản trở sự chuyển động của xe Những lực

đó thường bao gồm: lực cản lăn, lực cản không khí, và lực cản dốc Theo định luật

2 Newton, gia tốc của xe có thể được viết như sau:

Trong đó: V là vận tốc của xe, F tlà tổng lực kéo của xe, F trlà tổng lực cản của

xe, M vlà tổng khối lượng của xe, và  là hệ số khối lượng, hệ số này tính đến ảnhhưởng của các khối lượng thành phần quay trong hệ thống truyền lực

Phương trình (2.1) cho thấy rằng vận tốc và gia tốc phụ thuộc vào lực kéo, lực cản,

và khối lượng xe

2.2 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG

Trên Hình 2.1 cho thấy, các lực cản chuyển động ngược với chiều chuyển động của xe Bao gồm: lực cản lăn của các bánh xe, xuất hiện trong Hình 2.1 dưới dạng

mômen cản lăn bánh trước T rfvà bánh sau T rr; lực cản không khí F, và lực cản lên

dốc (thành phần M g v sin ở Hình 2.1) Tất cả các lực này sẽ được thảo luận chi

tiết trong các phần sau

2.2.1 Lực cản lăn

Lực cản lăn của các bánh xe trên mặt đường cứng chủ yếu là do sự đàn hồi trễ củacác vật liệu chế tạo lốp xe gây ra Điều này là do sự biến dạng của lốp xe trong lúcbánh xe quay Hiện tượng này gây ra sự phân phối không đối xứng của phản lựcmặt đường Ứng suất tại vùng tiếp xúc của đường tác dụng lên bánh xe ở phần

trước lớn hơn ở phần sau, được thể hiện trong Hình 2.2(a) Kết quả của hiện

tượng này dẫn đến phản lực mặt đường bị lệch về phía trước Phản lực này cùngvới tải trọng trung bình tác động vào tâm trục bánh xe tạo ra mômen, mômen nàyngược với chiều quay của bánh xe Trên mặt đường mềm, lực cản lăn chủ yếu

được sinh ra do sự biến dạng mặt đường như trong Hình 2.2(b) Phản lực mặt

đường cũng hoàn toàn bị lệch ở phần trước của bánh xe

Hình 2.2: Sự biến dạng của lốp xe và lực cản lăn trên mặt đường cứng (a) và mềm (b)

Sự biến dạng của lốp xe và lực cản lăn trên mặt đường cứng (a) và mặt đường

mềm (b)

Mômen được sinh ra do tổng các phản lực mặt đường lệch về trước được gọi là

mômen cản lăn, thể hiện trong Hình 2.2(a), và có thể được biểu diễn như sau:

Trong đó Plà tải trọng trung bình tác động lên tâm của bánh xe chuyển động Khi

xe hoạt động trên đường dốc thì tải trọng trung bình Pnên được thay thế bằngthành phần vuông góc với mặt đường Thành phần đó là,

Với là góc dốc của mặt đường (xem Hình 2.1).

Hệ số cản lăn f rlà hàm số của vật liệu chế tạo lốp, cấu trúc lốp, nhiệt độ lốp, ápsuất không khí trong lốp, cấu trúc hình học của gai lốp, độ nhám của đường, vậtliệu làm đường, và sự tồn tại hoặc không tồn tại chất lỏng trên đường Giá trị tiêu

biểu của hệ số cản lăn trên những loại đường khác nhau được cho trong Bảng 2.1.

Trong những năm gần đây, để tiết kiệm nhiên liệu, thì việc giảm lực cản các bánh

xe đã được phát triển trên xe du lịch Hệ số cản lăn của chúng nhỏ hơn 0.01

Những giá trị cho ở Bảng 2.1 không xét đến sự thay đổi của hệ số cản lăn theo

tốc độ Dựa trên những kết quả thí nghiệm, nhiều phương thức đã được đưa ra đểtính toán hệ số cản lăn trên mặt đường cứng Chẳng hạn như, hệ số cản lăn của xe

du lịch trên đường bê tông có thể được tính từ phương trình sau:

2.5 0

Lốp xe hơi trên đường nhựa hoặc đường bê tông

Lốp xe hơi trên đường rải sỏi

Đường rải đá dăm

Đường đất khô

Đường đất mềm

Lốp xe tải trên đường nhựa hoặc đường bê tông

Các bánh xe trên đường ray

0.0130.020.0250.050.1 – 0.350.006 – 0.010.001 – 0.002

tốc độ lên đến 128 km/h.

2.2.2 Lực cản không khí

Sự chuyển động của xe ở một tốc độ bất kì trong không khí sẽ có một lực cản lại

sự chuyển động đó Lực này được gọi là lực cản không khí Kết quả chủ yếu là từ

2 thành phần: hình dạng và ma sát ngoài

Lực cản hình dạng: Xe chuyển động về phía trước đẩy không khí phía trước xe.

Tuy nhiên, không khí không thể ngay lập tức chuyển động ra ngoài đường đi của

xe và vì thế áp suất tăng lên, kết quả là áp suất không khí tăng lên cao Thêm vào

đó, không khí phía sau xe không thể điền đầy ngay lập tức khoảng không gianphía sau khi xe chuyển động về trước Điều này tạo nên một vùng áp suất khôngkhí thấp Vì vậy, sự chuyển động của xe đã tạo nên 2 vùng áp suất mà 2 vùng ápsuất này ngược với chuyển động của xe bằng cách đẩy xe từ phía trước (áp suấtcao ở phía trước) và kéo nó chuyển động ngược lại (áp suất thấp ở phía sau) như

trong Hình 2.3 Kết quả là tạo ra lực tác dụng lên xe, đó là lực cản hình dạng của

xe

Ma sát ngoài: Hầu như không khí ở gần vỏ xe chuyển động cùng với tốc độ xe,

trong khi không khí ở cách xa xe vẫn duy trì trạng thái như cũ Ở giữa chúng, phân

tử không khí dao động trong phạm vi tốc độ rộng Sự khác biệt về tốc độ giữa 2phân tử không khí này sinh ra một lực ma sát, đó là kết quả của thành phần thứ 2của lực cản không khí

Hình 2.3: Hình dạng

Hình 2.4:Chỉ số hệ số cản không khí của các loại hình dáng thân xe khác nhau

Lực cản không khí là một hàm số của vận tốc xe V , diện tích phía trước xe A ,

2.2.3 Lực cản dốc

Khi ô tô chuyển động lên hoặc xuống dốc, trọng lượng của nó sinh ra một thành

phần, mà thành phần này luôn hướng xuống, như trình bày trong Hình 2.5 Thành

phần này hoặc ngược chiều chuyển động về trước (lên dốc) hoặc cùng chiềuchuyển động về trước (xuống dốc) Trong tính toán hiệu suất của xe, chỉ tính toántrường hợp chuyển động lên dốc Lực này thường được gọi là lực cản lên dốc

Hình 2.5: Ôtô đang leo dốc Lực cản lên dốc, từHình 2.5 có thể được biểu diễn như sau:

sin

Để đơn giản trong tính toán, góc dốc  thường được thay thế bằng trị số độ dốc

khi góc dốc nhỏ Trong Hình 2.5, độ dốc được xác định theo biểu thức:

tan sin

H i

Theo phương dọc trục, ngoại lực chính tác dụng lên xe đặt tại 2 trục bánh xe, như

trong Hình 2.1, bao gồm lực cản lăn của bánh xe trước F rf

và đường, thì các bánh xe chủ động sẽ quay trơn trên đường Trên thực tế, khảnăng bám giữa lốp và đường đôi khi là thành phần chính hạn chế hiệu suất của xe.Điều này hoàn toàn đúng khi xe chạy trên đường ẩm ướt, đóng băng, đường phủtuyết, hoặc trên đường đất mềm Trong trường hợp này, mômen kéo trên cầu chủđộng sẽ làm cho bánh xe bị trượt đáng kể trên đường Lực kéo lớn nhất trên cầuchủ động phụ thuộc vào lực dọc trục mà khả năng bám giữa lốp và đường có thểcung cấp, hay đúng hơn là mômen xoắn lớn nhất mà động cơ có thể cung cấp.

Những kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, trên nhiều loại đường khác nhau, lựckéo lớn nhất của cầu chủ động có liên quan chặt chẽ với sự trượt của bánh xechuyển động Điều này cũng đúng trên đường nhựa tốt, khô ráo, lúc này sự trượtcủa xe rất nhỏ nhờ độ đàn hồi của lốp xe Độ trượt scủa lốp thường được xác địnhnhư sau:

Trong đó: V là vận tốc dịch chuyển của bánh xe trung tâm,  là vận tốc góc của lốp,

r là bán kính lăn của bánh xe quay tự do, và r elà bán kính lăn thực tế của xe, được xácđịnh bằng tỷ số giữa vận tốc dịch chuyển của bánh xe trung tâm với vận tốc góc củalốp Trong lúc kéo, vận tốc V nhỏ hơn r, vì thế hệ số trượt có một giá trị dương giữa

0 và 1.0 Tuy nhiên, trong lúc phanh, hệ số trượt của lốp có thể được xác định theobiểu thức:

Mà nó cũng có một giá trị dương giữa 0 và 1.0 giống như trong lúc kéo Lực kéo lớnnhất của lốp tương ứng với một hệ số trượt đã biết, thường được biểu diễn như sau:

Trong phạm vi độ trượt nhỏ (đoạn OA trong Hình 2.6), lực kéo cũng gần như

tương ứng với giá trị độ trượt Độ trượt nhỏ này được gây ra bởi tính đàn hồi của lốp

xe lớn hơn độ trượt tương đối giữa lốp xe và mặt đường tại điểm tiếp xúc Khi mộtmômen kéo được đặt lên lốp xe, thì một lực kéo được triển khai tại điểm tiếp xúc giữalốp và mặt đường Cùng thời gian đó, vệt bánh xe ở phía trước và trong miền tiếp xúcphải chịu sự nén Một biến dạngcắt tương ứng với sự biến dạng của thành bên lốp xecũng được tăng lên Những phần tử cao su trên bề mặt lốp bị nén trước khi vào vùngtiếp xúc, khoảng cách mà bánh xe dịch chuyển sẽ nhỏ hơn khoảng cách của bánh xequay trơn Bởi vì đặc tính đàn hồi của bánh xe gần như tuyến tính nên đường cong lựckéo – độ trượt cũng gần như tuyến tính Sự tăng lên tiếp tục của mômen bánh xe và lựckéo, kết quả là một phần gai vỏ trượt trên mặt đường Dưới hoàn cảnh đó, mối quan hệgiữa lực kéo và độ trượt không còn tuyến tính Điều này tương ứng với đoạn đường

cong AB trên Hình 2.6 Lực kéo tối đa đạt được tại một giá trị độ trượt khoảng 15 –

20% Nếu độ trượt tăng lên vượt ra ngoài kết quả này thì dẫn đến tình trạng mất ổnđịnh Hệ số lực kéo giảm nhanh chóng từ giá trị đỉnh đến giá trị độ trượt hoàn toàn như

thể hiện trong Hình 2.6 Đối với chuyển động bình thường, giá trị độ trượt của lốp xe phải được giới hạn trong một phạm vi nhỏ hơn 15 – 20% Bảng 2.2 cho thấy các giá trị

trung bình của hệ số lực kéo trên những loại đường khác nhau

Hình 2.6: Sự thay đổi của hệ số lực kéo trên các loại đường khác nhau

Bảng 2.2 Giá trị trung bình của hệ số lực kéo trên các loại đường khác nhau

Mặt đường giá trị cực đại μp giá trị trượt μs

Đường nhựa và đường bê tông (khô ráo)0.8 – 0.9 0.75

Một hệ thống truyền lực ô tô, được trình bày trên Hình 2.7, bao gồm một động cơ

(động cơ hoặc motor điện), một ly hợp đối với hộp số thường hoặc một bộ biến mô đốivới hộp số tự động, một hộp bánh răng (hộp số), truyền động cuối cùng, bộ vi sai, bántrục, và các bánh xe chủ động Mômen và tốc độ quay của đầu ra động cơ được truyềntới bánh xe chủ động thông qua ly hợp hoặc bộ biến mô, hộp bánh răng, truyền lựccuối cùng, bộ vi sai, và bán trục Ly hợp trong hộp số thường, được sử dụng để đóng