ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ PHẦN MỀM CHUYÊN DÙNG TRONG THIẾT KẾ TÍNH TOÁN Ô TÔ

Vì vậy, thông qua khóa luận này tôi xin trình bày một cách tổng hợp cách thức xây dựng các lý thuyết và chương trình ứng dụng tính toán động lực học ô tô.. Đồ án tốt nghiệp là môn học cu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ PHẦN MỀM CHUYÊN DÙNG TRONG THIẾT KẾ TÍNH

TOÁN Ô TÔ

Họ và tên sinh viên :NGUYỄN MINH TOÀN

Niên khóa :2009 – 2013

Tháng 06 năm 2013

ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ PHẦN MỀM CHUYÊN

DÙNG TRONG THIẾT KẾ TÍNH TOÁN Ô TÔ

Tác giả

NGUYỄN MINH TOÀN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn:

ThS Thi Hồng Xuân

KS Phan Minh Hiếu

Tháng 6 năm 2013

LỜI CẢM TẠ

Trong suốt thời gian học tập tại Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM – Khoa Cơ Khí Công Nghệ Tôi đã được dạy dỗ, tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích và quan trọng từ thầy cô và bạn bè trong trường, đó là hành trang quý báu để bước vào đời Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Gia đình, cha mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng và động viên để tôi hoàn thành tốt khóa học của mình

Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, quý thầy cô Khoa Cơ khí Công nghệ đã tận tình dạy bảo và truyền đạt kiến thức cho tôi trong thời gian học tập tại trường

Quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ Ô tô Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện và hướng dẫn cho tôi sử dụng những thiết bị để hoàn thành đề tài của mình

Thầy ThS Thi Hồng Xuân, Thầy KS Phan Minh Hiếu và Thầy ThS Nguyễn Tấn Phúc đã tận tình hướng dẫn trong quá trình học tập và làm đề tài tốt nghiệp

Cuối cùng xin cảm ơn tất cả các bạn trong lớp DH09OT đã quan tâm, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và làm đề tài

Trong quá trình hoàn thành đề tài tôi đã cố gắng hết sức nhưng cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự cảm thông và góp ý của các thầy cô, các bạn để đề tài này hoàn thiện hơn nữa

Kính chúc quý thầy cô và các bạn dồi dào sức khỏe

Chân thành cảm ơn Sinh viên Nguyễn Minh Toàn

TÓM TẮT

1 Tên đề tài

“ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ PHẦN MỀM CHUYÊN DÙNG TRONG THIẾT KẾ TÍNH TOÁN Ô TÔ”

2 Thời gian thực hiện

Từ ngày 25 tháng 2 đến ngày 17 tháng 5 năm 2013

3 Mục tiêu đề tài

o Tìm hiểu về phần mềm Matlab R2010b

o Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán động lực học ô tô

o Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán, kiểm nghiệm hệ thống phanh (phanh dầu, dẫn động cơ khí, cơ khí có trợ lực loại chân không kết hợp thủy lực)

4 Phương pháp thực hiện

 Tra cứu các tài liệu có liên quan nhằm phục vụ mục đích đề tài

 Tìm kiếm các thông tin liên quan tới đề tài thông qua mạng internet

5 Kết quả

 Hiểu và có thể làm việc với một số lệnh cơ bản của phần mềm Matlab R2010b

 Ứng dụng Matlab xây dựng chương trình tính toán động lực học ô tô

 Ứng dụng Matlab xây dựng chương trình tính toán và kiểm nghiệm hệ thống

phanh

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Giới thiệu phần mềm Matlab 3

2.2 Tổng quan về các thông số kỹ thuật của xe 7

2.2.1 Các thông số phát thảo 7

2.2.2 Xác định các thông số ban đầu 7

2.2.3 Xác định hiệu suất của hệ thống truyền lực 9

2.2.4 Trọng lượng trên ô tô 9

2.2.5 Chọn lốp ô tô 11

2.2.6 Tỷ số của hệ thống truyền lực NeN 11

2.3 Tổng quan về các thông số kĩ thuật của xe tính toán – kiểm nghiệm phanh 14

2.3.1 Cơ cấu phanh đĩa 14

2.3.2 Cơ cấu phanh Tang trống 16

2.3.3 Van điều hòa lực phanh 18

2.3.4 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 19

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 20

3.1 Thời gian thực hiện khóa luận 20

3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 20

3.2.1 Nội dung nghiên cứu 20

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu 20

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21

4.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 21

4.1.1 Xây dựng các chỉ tiêu động lực học ô tô 21

4.1.2 Xác định chỉ tiêu về công suất 21

4.1.3 Xác định chỉ tiêu về lực kéo 22

4.1.4 Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học 23

4.1.5 Xác định khả năng tăng tốc của động cơ 23

4.2 Xây dựng chương trình tính toán động lực học ô tô 25

4.2.1 Sơ đồ thuật toán 25

4.2.2 Các khối nhập dữ liệu 26

4.2.3 Xây dựng chương trình có giao diện tiếng Việt 26

4.3 Tính toán hệ thống phanh 33

4.3.1 Tính mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh 33

4.3.2 Tính toán cơ cấu phanh 34

4.3.3 Tính toán dẫn động phanh 36

4.3.4 Tính bền 38

4.3.5 Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh 39

4.3.6 Tính toán mômen phanh tác dụng lên các cơ cấu phanh 40

4.3.7 Tính lực phanh tổng cộng tác dụng lên cơ cấu phanh 41

4.3.8 Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống 41

4.3.9 Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 42

4.4 Xây dựng chương trình tính toán - kiểm nghiệm hệ thống phanh 44

4.4.1 Sơ đồ thuật toán - tính toán hệ thống phanh 44

4.4.2 Các khối nhập dữ liệu - tính toán hệ thống phanh 45

4.4.3 Sơ đồ thuật toán - kiểm nghiệm hệ thống phanh 47

4.4.4 Các khối nhập dữ liệu - kiểm nghiệm hệ thống phanh 48

4.4.5 Xây dựng chương trình tính toán hệ thống phanh 50

4.4.6 Xây dựng chương trình kiểm nghiệm hệ thống phanh 55

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

5.1 Kết Luận 61

5.2 Kiến Nghị 62

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng giá trị trung bình của hệ số bám 8 

Bảng 2.2: Bảng giá trị của hệ số cản lăn 9 

Bảng 2.3: Bảng hiệu suất của hệ thống truyền lực 9 

Bảng 2.4: Hệ số khai thác (Kg) 10 

Bảng 2.5: Trọng lượng phân bố tải trọng ở trạng thái tĩnh 11 

Bảng 2.6: Độ dốc (i) thường sử dụng để ô tô vượt qua ở số truyền của số 1 12 

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Giao diện Matlab 5 

Hình 2.2: Đồ thị tạo ra bởi plot(x,y) 7 

Hình 2.3: Cơ cấu phanh đĩa 14 

Hình 2.4: Đĩa thắng 15 

Hình 2.5: Cơ cấu phanh tang trống 16 

Hình 2.6: Van điều hòa lực phanh 18 

Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán tính toán động lực học ô tô 25 

Hình 4.2: Menu chính 27 

Hình 4.3: Menu chính “Tính toán động lực học ô tô” 27 

Hình 4.4: Nhập dữ liệu từ bàn phím 28 

Hình 4.5: Các kết quả tính toán động lực học 29 

Hình 4.6: Công suất động cơ 29 

Hình 4.7: Mômen xoắn động cơ 30 

Hình 4.8: Đặc tính công suất 30 

Hình 4.9: Đặc tính lực kéo 31 

Hình 4.10: Đặc tính nhân tố động lực học 31 

Hình 4.11: Đặc tính gia tốc 32 

Hình 4.12: Thời gian tăng tốc 32 

Hình 4.13: Quãng đường tăng tốc 33 

Hình 4.14: Sơ đồ thuật toán - tính toán hệ thống phanh 44 

Hình 4.15: Sơ đồ thuật toán - kiểm nghiệm hệ thống phanh 47 

Hình 4.16: Menu chính 50 

Hình 4.17: Menu chính “Thiết kế hệ thống phanh” 51 

Hình 4.18: Nhập dữ liệu của xe 51 

Hình 4.19: Lựa chọn cơ cấu phanh 52 

Hình 4.20: Nhập thông số cơ cấu phanh tang trống 52 

Hình 4.21: Nhập các thông số dẫn động phanh 53 

Hình 4.22: Kết quả tính toán các giá trị đặc biệt 54 

Hình 4.23: Kết quả tính toán cơ cấu phanh 54 

Hình 4.24: Kết quả tính toán dẫn động phanh 55 

Hình 4.25: Menu chính “ Kiểm nghiệm hệ thống phanh” 55 

Hình 4.26: Menu chính “Kiểm nghiệm hệ thống phanh” 56 

Hình 4.27: Thông số xe kiểm nghiệm 56 

Hình 4.28: Lựa chọn cơ cấu phanh 57 

Hình 4.29: Nhập dữ liệu cơ cấu phanh tang trống 57 

Hình 4.30: Nhập các dữ liệu dẫn động phanh 58 

Hình 4.31: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh và điều kiện làm việc cho phép 58 

Hình 4.32: Xem kết quả 59 

Hình 4.33: Kết quả kiểm nghiệm lực và mômen phanh 59 

Hình 4.34: Kết quả đánh giá hiệu quả phanh và điều kiện làm việc cho phép cụ thể 60 

Quá trình tính toán động lực học ô tô là một công việc đầu tiên để đánh giá chiếc

ô tô đó Vì vậy, thông qua khóa luận này tôi xin trình bày một cách tổng hợp cách thức xây dựng các lý thuyết và chương trình ứng dụng tính toán động lực học ô tô

Đồng thời hệ thống phanh là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe Do đó, hệ thống phanh phải được thiết kế và kiểm nghiệm phải chấp nhận những yêu cầu khắc khe, nhất là đối với xe cao tốc, chủ yếu là thời gian hoạt động ở tốc độ cao

Trải qua thời gian học tập tại trường, với những kiến thức đã được trang bị giúp

em có thêm nhiều tự tin và gắn bó hơn với ngành mình đang theo học Đồ án tốt nghiệp là môn học cuối cùng của mỗi sinh viên để hoàn thành khóa học, nhận thức được tầm quan trọng đó nên em đã chọn đề tài “Ứng dụng Matlab để xây dựng

một số phần mềm chuyên dùng trong thiết kế tính toán ô tô” Đây là một đề

tài gần với thực tế tính toán các thông số kĩ thuật của ô tô Vì thời gian thực hiện khóa luận và trình độ còn có hạn nên tôi chỉ xây dựng chương trình tính toán động lực học

và kiểm nghiệm hệ thống phanh

Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy giáo trong Bộ môn Công nghệ ô tô và các bạn sinh viên, em đã hoàn thành khóa luận đúng tiến độ được giao Tuy nhiên, do nhiều kiến thức thực tế có hạn và đây là lần đầu tiên làm quen với nghiên cứu khoa học nên đề tài không tránh khỏi sai sót Em rất mong nhận được sự quan tâm của các thầy và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn Thực hiện đề tài này giúp em có nhiều kiến thức thực tế, đây chính là hành trang để em tự tin bước vào đời

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy ThS Thi Hồng Xuân, thầy KS Phan Minh Hiếu và các thầy trong khoa Cơ khí - Công nghệ đã tận tình giúp

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu phần mềm Matlab

MATLAB là tên viết tắt từ “MATrix LABoratory” Như tên của phần mềm cho thấy, phần cốt lõi của phần mềm là dữ liệu được lưu dưới dạng array (ma trận) và các phép tính toán trận, giúp việc tính toán trong MATLAB nhanh và thuận tiện hơn so với lập trình trong C hay FORTRAN Đặc biệt, khả năng tính toán của MATLAB có thể dễ dàng được mở rộng thông qua các bộ toolbox Toolbox là tập hợp các hàm MATLAB (M-file) giúp giải quyết một bài toán cụ thể

MATLAB là một bộ chương trình phần mềm lớn dành cho tính toán kỹ thuật, ta

 MATLAB Mathematical Function Library: tập hợp các hàm toán học như sum, sine, số học, v.v

 MATLAB Language (scritp): ngôn ngữ lập trình bậc cao

 Graphics: các công cụ giúp hiển thị dữ liệu dưới dạng đồ thị Ngoài ra nó còn cho phép xây dựng giao diện đồ họa

 MATLAB Application Program Interface (API): bộ thư viện cho phép ta sử dụng các chức năng tính toán của MATLAB trong chương trình C hay FORTRAN

Giao diện

Command Window: Đây là cửa sổ làm việc chính của MATLAB Tại đây ta

thực hiện toàn bộ việc nhập dữ liệu và xuất kết quả tính toán Dấu nháy >> báo hiệu chương trình sẵn sàng cho việc nhập dữ liệu Ta kết thúc việc nhập dữ liệu bằng cách

nhấn phím Enter MATLAB sẽ thực thi dòng lệnh mà ta nhập vào Command Window

và trả kết quả trong Command Window

Command History: Lưu lại tất cả các lệnh mà ta đã nhập vào trong Command Window Ta có thể xem lại tất cả các lệnh bằng cách dùng scroll bar, hay thực hiện lại

lệnh đó bằng cách nhấp kép lên dòng lệnh Ngoài ra ta còn có thể cắt, dán hoặc xóa các lệnh

Workspace browser: trong MATLAB các dữ liệu được lưu trong biến Workspace browser liệt kê tất cả các biến mà ta đang sử dụng trong MATLAB Nó

cung cấp thông tin về kích thước, loại dữ liệu Ta có thể truy cập trực tiếp vào dữ liệu

bằng cách nhấn kép vào biến để hiễn thị Array editor

Launch pad: cho phép người dùng truy cập nhanh vào các bộ Toolbox, phần Help

Editor: dùng để soạn thảo và debug các M-file của MATLAB

Current Directory Browser: xem các file trong thư mục hiện hành

Hình 2.1: Giao diện Matlab

Trong MATLAB, thanh trình đơn thay đổi tùy theo cửa sổ mà ta lựa chọn Tuy vậy

các trình đơn File, Desktop, Window, Help có mặt hầu hết trong các thanh trình đơn Trình đơn File:

 New: tạo một đối tượng mới (biến, m-file, figure, model, GUI)

 Open: mở một file theo định dạng của MATLAB (*.m, *.mat, *.mdl)

 Import data…: nhập dữ liệu từ các file khác vào MATLAB

 Save workspace…: lưu các biến trong MATLAB vào file *.mat

 Set path: khai báo các đường dẫn của các thư mục chứa các m-file

 Preferences: thay đổi các định dạng về font, font size, color cũng như các tùy

chọn cho Editor, Command Window v.v

 Page Setup: định dạng trang in

 Print: in

Trình đơn Desktop:

 Desktop layout: sắp xếp các cửa sổ trong giao diện

 Save layout: lưu cách sắp xếp cửa sổ

Trình đơn Window dùng để kích hoạt (activate) cửa sổ

Nút Start cung cấp shortcut tới các công cụ trong MATLAB

 Hàm ones(r,c) tạo một ma trận có r hàng và c cột với các giá 1

 Hàm zeros(r,c) tạo một ma trận có r hàng và c cột với các giá 0

 Hàm eye(r) tạo một ma trận có r hàng và r cột với các giá 1 tại đường chéo và giá trị 0 tại các phần tử còn lại

 rand(r,c) tạo một ma trận có r hàng và c cột với các giá trị ngẫu nhiên từ 0 tới 1 theo phân bố uniform

 randn(r,c) tạo một ma trận có r hàng và c cột với các giá trị ngẫu nhiên theo phân bố Normal đơn vị

Hình 2.2: Đồ thị tạo ra bởi plot(x,y)

2.2 Tổng quan về các thông số kỹ thuật của xe:

 Ô tô tải dùng để vận chuyển các loại hàng hóa

2.2.2 Xác định các thông số ban đầu:

a) Xác định hệ số bám:

Muốn cho ô tô máy kéo có thể di chuyển được thì ở vùng tiếp xúc bánh xe cầu chủ động phải có độ bám nhất định Hệ số bám này phụ thuộc vào vật liệu, tình trạng mặt đường…

Bảng 2.1: Bảng giá trị trung bình của hệ số bám

Bê tông nhựa và bê tông xi măng mòn - sạch 0,7-0,8 0,35-0,45

Bê tông nhựa và bê tông xi măng có bùn đất 0,4-0,5 0,3-0,4

b) Xác định hệ số cản lăn (f) của mặt đường

Tích số giữa hệ số cản lăn (f) với trọng lượng toàn bộ (Ga) của ô tô là lực cản

lăn Lực cản lăn sinh ra khi các bánh xe chuyển động trên mặt đường, lực cản lăn xem

như ngoại lực có phương song song với mặt đường, ngược chiều chuyển động, có

điểm đặt tại vùng tiếp xe bánh xe với mặt đường

Do tính chất cơ lý và trạng thái của mặt đường,… khi bánh xe lăn chính là một

trong những nguyên nhân ảnh hưởng tới hệ số cản lăn Ngoài ra, còn có các yếu tố

quan trọng có ảnh hưởng đến hệ số cản lăn là tốc độ của xe chuyển động

Bảng 2.2: Bảng giá trị của hệ số cản lăn

Kết cấu của mặt đường Trạng thái mặt

đường

Hệ số cản lăn tương ứng

2.2.3 Xác định hiệu suất của hệ thống truyền lực:

Bảng 2.3: Bảng hiệu suất của hệ thống truyền lực

Hiệu suất truyền lực được tính theo công thức:

Nt= nl*nh*ncd*no*nc

nl – Hiệu suất của ly hợp

nh – Hiệu suất của hộp số và hộp số phụ

ncd – Hiệu suất của các đăng

no – Hiệu suất của truyền lực chính - vi sai

nc – Hiệu suất của truyền lực cuối cùng

2.2.4 Trọng lượng trên ô tô

Xác định trọng lượng toàn bộ trên ô tô (Ga)

Để thuận tiện cho việc tính toán, quy định chung: một hành khách có trọng lượng trung bình 600N và được mang theo một khối lượng hành lí tương đương 600N

Trọng lượng bản thân của ô tô (Go)

Trọng lượng của bản thân là khi đổ đầy nhiên liệu, dầu bôi trơn, nước làm mát

Có 2 cách để tính Go, đó là:

Thứ nhất: Dựa vào thông số kỹ thuật của nhà sản xuất

Thứ hai: Theo chủng loại ô tô thiết kế

Tải trọng chuyên chở là tải trọng có ích mà ô tô có thể chở được

Đối với ô tô con và khách

Được tính theo công thức sau:

Gt = (m1 + m2)*n [kg]

Trong đó

m1: trọng lượng của một người [kg]

m2: trọng lượng hành lý của một người [kg]

n: lượng người theo thiết kế

Đối với ô tô tải

Theo quy định là tải trọng hàng hóa chuyên chở, trong đó có tính cả hai hoặc cả ba người điều khiển, và được tính chung là : Gt [kg]

Trọng lượng toàn bộ ô tô Ga [Ga]

Ga = (Gt + Go) [kg]

Phân bố tải trọng (Ga) lên các dầm cầu của ô tô

Phân bố tải trọng Ga lên hai trục (dầm cầu) dựa vào chủng loại

Bảng 2.5: Trọng lượng phân bố tải trọng ở trạng thái tĩnh

Loại Ô Tô Trọng lượng phân bố lên các trục của bánh xe

Phía trước (G1) Phía sau (G2)

2.2.5 Chọn lốp ô tô

Tải trọng đặt lên lốp ô tô của một dầm cầu

Dựa vào tải trọng phân bố G1 [N] và G2 [G], sẽ xác định được tải trọng tác dụng lên một lốp xe dựa theo công thức sau:

Gbi=

i

bi

G G

Trong đó:

Gbi – trọng lượng đặt lên một bánh xe dầm cầu chịu tải lớn [N]

Gi – trọng lượng của ô tô phân bố lên dầm cầu thứ i [N]

Nbi - số bánh xe ở dầm cầu thứ i chịu tải, [N]

Chọn lốp ô tô

Chọn lốp ô tô phụ thuộc vào:

Chủng loại ô tô

Sức chịu tải

Theo chế độ chuyển động (vận tốc chuyển động, loại mặt đường, v v….)

Dựa theo bảng tính năng kỹ thuật và kích thước lốp ô tô, chọn được lốp phù hợp với ô

Tỷ số của truyền lực chính (io) được tính theo công thức như sau:

max

max 0

*

*

* 60

*

*

* 2

v i i

ne r i

pc hn

v b





Trong đó:

Rbx – bán kính bánh xe [m]

ne Vmax – Số vòng quay lớn nhất của động cơ [v/ph]

Vmax – Vận tốc lớn nhất của ô tô [m/s]

Ipc - Tỷ số truyền của hộp số phụ trợ truyền cao, có thể chọn ipc = (1 – 1,5)

Ihn – Tỷ số truyền ở số truyền cao của hộp số

Nếu là truyền thẳng ihn = 1

Nếu là truyền tăng ihn = (0,7 – 0,85) < 1

Xác định tỷ số truyền ở số 1 của hộp số, tốc độ tương ứng là chậm nhất (3 - 5)km/h,

ô tô phải di chuyển ở loại đường (f) đã chọn và vượt qua một độ dốc (i) theo yêu cầu Như vậy, cần chọn lực kéo tiếp ở bánh xe chủ động của ô tô có thể khắc phục được lực cản tổng cộng (w= f + i) trên và để ô tô chuyển động ổn định thì lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động phải thỏa mãn điều kiện:

PK1Max  Wmax*Ga+ W*(Vh1)2

Bảng 2.6: Độ dốc (i) thường sử dụng để ô tô vượt qua ở số truyền của số 1

Do tốc độ nhỏ [(3 – 5)km/h], có thể bỏ qua lực cản không khí và điều kiện của lực kéo của số 1 trên có thể viết:

t pc hn

e

G W r

n i i

t pc

bx a

r G

Ga – Trọng lượng toàn bộ của ô tô thiết kế [kg]

Rbx- bán kính bánh xe[m]

f- hệ số cản lăn giữa bánh xe với mặt đường ứng với vận tốc lớn nhất (Vmax) của ô tô

i – độ dốc mà ô tô thiết kế sẽ vượt qua ở số 1

w=(f + i) – hệ số cản tổng cộng lớn nhất của mặt đường ứng với ô tô chuyển động ở số

1

io – tỷ số truyền của truyền lực chính

ipc – tỷ số truyền của hộp phân phối

nt – hiệu suất của hệ thống truyền lực

Xác định tỷ số truyền ở các số trung gian

Muốn chọn cấp số truyền cho hộp số cần dựa vào chủng loại ô tô, động cơ, phạm vi

sử dụng của nó Tiến hành tính các số truyền trung gian sau khi đã xác định được tỷ số truyền số 1:

1

2 01

02 2

1 12

z

z r

r W

Tỷ số truyền của số lùi(il), thường chọn:

Tỷ số truyền ở số cao, thường lấy: ipc=(1 – 1,5)

Tỷ số truyền ở số thấp được xác định theo điều kiện không có sự trượt quay cầu bánh xe chủ động:

t hn

bx i pc

n i i Me

r G Q i



Trong đó:

Pq: lực bám ở bánh xe của cầu chủ động với mặt đường

Gi: Trọng lượng bám được của cầu chủ động i

Q = (0,6 – 0,8): hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường

Chú ý :

Sau khi tìm được giá trị tỷ số truyền ở số thấp, cần kiểm tra lại theo điều kiện chuyển động ổn định ở tốc độ nhỏ nhất (Vmin) của ô tô

2.3 Tổng quan về các thông số kĩ thuật của xe tính toán – kiểm nghiệm phanh: 2.3.1 Cơ cấu phanh đĩa:

Hình 2.3: Cơ cấu phanh đĩa

Chia làm hai loại: loại đĩa quay và loại vỏ quay

 Phanh đĩa loại đĩa quay: đĩa phanh ở phía ngoài có trọng lượng nhỏ, thường được sử dụng ở phanh trước hoặc phanh tay ở ô tô tải Nhược điểm của loại phanh này

là rất dễ bị hư hỏng do bụi bẩn rơi vào khi chạy trên đường đất

 Phanh đĩa loại vỏ quay: Khi phanh các piston ở xilanh con sẽ đẩy đĩa dịch chuyển tương đối với nhau trong mặt phẳng quay của bánh xe theo hướng ngược chiều nhau Nhờ có rãnh nghiêng ở đĩa nên các viên bi chạy theo rãnh để ép các đĩa ma sát vào vỏ và tiến hành phanh

Các bộ phận:

Báo hiệu bằng điện tử: Bộ cảm ứng báo lên buồng lái khi bố mòn

+ Ưu điểm của phanh đĩa so với phanh guốc:

Áp suất trên bề mặt ma sát của má phanh giảm và phân bố đều

Đơn giản, gọn nhẹ, ổn định khi thắng

Lực thắng bằng nhau trên hai cụm thắng ở cùng một trục nên không gây đâm lệch xe khi hãm

Lực quay ly tâm của rotor làm chất bẩn không bám được

2.3.2 Cơ cấu phanh Tang trống

Cấu tạo phanh guốc (Phanh tang trống)

Phanh guốc hay còn gọi là phanh trống là loại phanh sử dụng má phanh áp vào mặt của guốc phanh mà khi tác động lực sẽ ép vào mặt trong của trống phanh, bộ phận thanh được liên kết với bánh xe

1: Xilanh phanh bánh xe

2: Mâm phanh

3: Guốc phanh

4: Cần điều chỉnh khe hở guốc phanh

5: Lò xo giữ và hồi guốc phanh

Hình 2.5: Cơ cấu phanh tang trống

Cấu tạo

- Guốc phanh: Hầu hết guốc phanh của xe du lịch được cấu tạo bởi hai miếng ghép lại Độ cong của vành guốc phù hợp với mặt trong của trống phanh, bề mặt của vành guốc được gắn với má phanh Guốc phanh được chế tạo từ nhôm đúc, có trọng

lượng nhẹ và tản nhiệt tốt Guốc phanh có nhiều hình dáng khác nhau, các kiểu đa dạng của guốc phanh được nhân dạng bằng số hiệu guốc được chỉ định bởi viện Tiêu chuẩn vật liệu ma sát (FMSI: Frichon Materials Standards Institute) Thông thường guốc phanh được đặt hàng theo sự chế tạo, kiểu xe, năm sản xuất đối với từng loại xe riêng để đạt được sự chuẩn xác

- Má phanh: Ở xe du lịch và xe tải nhẹ má phanh được gắn vào guốc phanh bằng một trong hai cách, dán keo hoặc tán rivê Còn đối với các xe tải hạng nặng má phanh được khoan lỗ để gắn bulong, cho phép việc thay thế dễ dàng Tuy nhiên loại

má phanh dán thông dụng và được ưa chuộng hơn vì nó tận dụng được tối đa bề dày của má, khi mòn không bị đinh tán cọ làm hỏng mặt trong trống phanh Má phanh thứ cấp luôn dài hơn má phanh sơ cấp, đôi khi má phanh được gắn ở vị trí cao hay thấp trên guốc để thay đổi đặc tính tự kích hoạt hay trợ động của guốc phanh

- Mâm phanh: Được thiết kế, chế tạo để gắn cụm phanh, mâm phanh được gắn bằng bulông vào trục bánh sau hoặc khớp lái ở cầu trước, trên mâm phanh cũng có các

lỗ, vấu lồi để gắn xilanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và cáp phanh tay

- Lò xo phanh: Cụm phanh tang trống thông thường sử dụng hai lò xo, một bộ kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, một bộ dùng để giữ guốc phanh tựa vào mâm phanh Các lò xo gắn thêm thường được dùng để vận hành cơ cấu tự điều chỉnh và chống trạng thái chùng lỏng của hệ thống phanh tay

Lò xo trả về của guốc phanh có nhiệm vụ rất then chốt, đặc biệt ở loại phanh trợ lực Trong khi nhả phanh ra, các lò xo này sẽ kéo guốc phanh trở về và đẩy piston trở

về trạng thái ban đầu

- Bộ điều chỉnh guốc phanh: Các guốc phanh phải được điều chỉnh theo chu kỳ

để giữ cho má phanh phải tương đối sát với bề mặt trống phanh Nếu khe hở giữa má phanh và bề mặt trống phanh quá lớn khiến chân phanh phải ấn một đoạn dài phanh mới có tác dụng gây nguy hiểm Có thời gian khe hở má phanh được điều chỉnh bằng tay Ở loại phanh trợ động, bộ điều chỉnh là một cụm bằng ren Ngày nay hầu hết ô tô

sử dụng hệ thống điều chỉnh phanh tự động, có nhiều dạng kết cấu khác nhau tùy theo cấu tạo của guốc phanh và nhà sản xuất

- Trống phanh: Có hình dáng như cái thùng được gắn vào trục bánh xe hoặc mặt bích của moayơ, ở ngay bên trong bánh xe và cùng quay với bánh xe Trống phanh có

bề mặt cứng chịu đựng mài mòn, có độ bền vật liệu tốt để không bị biến dạng và hoạt động như một bộ phận tiêu nhiệt Hầu hết trống phanh được chế tạo bằng gang xám, chống mài mòn khá tốt, một phần do hàm lượng carbon cao Tuy nhiên nhược điểm là

nó khá nặng và dễ nứt vỡ, vì vậy mà nhiều trống phanh được cải tiến bằng cách chế tạo trống có nhiều thành phần: phần giữa làm bằng thép dập, phần vành và bề mặt ma sát làm bằng gang

2.3.3 Van điều hòa lực phanh:

Hình 2.6: Van điều hòa lực phanh

Các bộ phận chính của bộ điều hòa tĩnh dạng nhấp nháy được mô tả trên hình 7 Piston van có diện tích chịu áp lực của hai phía khác nhau: bên phải lớn hơn bên trái Piston 4 được gọi là “piston vi sai” Lò xo 6 ôm ngoài pit tông và luôn đẩy pit tông về bên phải Phớt van 5 bằng cao su mềm, và được bố trí có thể di chuyển trong rãnh của pit tông 4 Mặt đầu bên phải của piston có “buồng dầu pit tông” nối thông với đường

dầu cấp từ xilanh chính Phớt cao su 2 làm nhiệm vụ bao kín mặt đầu bên trái của piston Khi không phanh, piston nằm ở vị trí bên phải do tác động của lò xo 6 và tựa vào phớt 5 Dầu từ xi lanh 6 và tựa vào phớt 5 Dầu từ xi lanh chính thông qua các lỗ nhỏ trên vỏ van, cấp cho buồng dầu piston và điền đầy tới xi lanh bánh xe Khi phanh nhẹ (a), áp suất dầu bắt đầu tăng, đẩy nhẹ phớt dầu sang phải, tựa sát vào vỏ, mở đường dầu trực tiếp từ xilanh chính tới xilanh bánh xe, thực hiện quá trình tăng áp suất, đồng thời cấp dầu cho buồng piston

2.3.4 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh:

 Đối với phanh chân, tốc độ lúc bắt đầu phanh 80 km/h, quãng đường phanh phải nhỏ hơn 50,7m, gia tốc phanh phải lớn hơn 5,8 m/s2, lực phanh chân lớn nhất đặt trên bàn đạp là 50kG

 Đối với phanh tay cũng với điều kiện vận tốc như trên, quãng đường phanh phải nhỏ hơn 93,4m, lực tác dụng của người lái vào cần phanh tay lớn nhất là 40kG

 Phanh tay dùng để giữ nguyên vị trí xe Phải giữ đứng nguyên trên dốc nghiêng tối thiểu 18% (tức 16o - 20o)

 Khi phanh khẩn cấp thường có hiện tượng văng hoặc trượt trên mặt đường thậm chí lật xe nếu người điều khiển không đủ bình tĩnh để cảm nhận và xử lý vô-lăng Để thực hiện phanh an toàn nhất đối với hệ thống phanh tang trống, người điều khiển thường liên tục nhấn phanh rồi nhả rồi lại nhấn phanh Quá trình phanh – nhả – phanh được thực hiện liên tục và rất nhanh cho đến khi chiếc xe dừng hẳn

 Những chiếc xe số sàn khi phanh khẩn cấp thì không nên cắt côn vì khi đó gia tốc không tải của chiếc xe không giảm nhiều làm cho quãng đường để dừng hẳn

xe sẽ tăng lên trong quá trình phanh Do vậy để tận dụng lực hãm của động cơ trong quá trình phanh, người điều khiển nên bình tĩnh và linh hoạt sử dụng chân côn để chiếc xe nhanh chóng dừng lại an toàn mà không bị chết máy

 Thêm nữa, người điều khiển nên có ý thức sử dụng chân ga để vận hành chiếc

xe ở vòng tua thấp (khoảng dưới 1.500 vòng/phút) ở mọi cấp số Như vậy, ngoài việc tránh cho khoang xe không bị ù trong quá trình vận hành còn giúp cho chiếc xe không bị giật mạnh khi thực hiện động tác phanh

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Thời gian thực hiện khóa luận

Từ ngày 25 tháng 2 đến ngày 17 tháng 5 năm 2013

3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu về phần mềm Matlab, các giao diện làm việc, biết sử dụng các thuật toán cơ bản

Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến tính toán động lực học

Tìm hiểu các tài liệu liên quan tới tính toán – kiểm nghiệm hệ thống phanh

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết

Tra cứu tài liệu trên sách vở nhằm phục vụ cho đề tài

Tìm hiểu thêm các thông tin có liên quan thông qua internet

Thực hành

Xe Mark II

Xe tải Thaco-towner 750 kg

Sử dụng các công cụ hỗ trợ của phần mềm thiết kế các giao diện

Tạo các giao diện để hiện thị kết quả tín toán

Viết các lệnh có liên quan đến các giao diện

Xây dựng các thuật toán, tính toán các kết quả cần thiết

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

4.1.1 Xây dựng các chỉ tiêu động lực học ô tô

Các số liệu cho trước là thông số của xe, thông số động cơ, vận tốc cực đại của xe, các điều kiện chuyển động, từ đó chúng ta phải xây dựng đường đặc tính ngoài (công suất, mômen xoắn) của động cơ đó

Công suất của động cơ Ne là một hàm theo số vòng quay ne theo công thức :

Ne = Ne max[ ( ) ( ) 2 ( ) 3 ]

N

e N

e N

e

n

n c n

n b n

*

10 4

(Nm) Trong đó:

Ne max: Công suất cực đại của động cơ

a, b, c: Là các hệ số thực nghiệm

Động cơ xăng: a=b=c=1;

Động cơ diezel 4 kỳ: a=0,5; b = 1,5; c= 1

Động cơ diezel 2 kỳ: a=0,87; b = 1,13; c = 1

ne: số vòng quay của động cơ, ne biến thiên từ nemin tới nemax (vòng/phút)

nN: số vòng quay ứng với công suất lớn nhất của động cơ

Từ đó ta xây dựng được các đường Ne(ne) và Me(ne)

4.1.2 Xác định chỉ tiêu về công suất

Công suất kéo của bánh xe chủ động được xác định theo công suất :

Nk = Ne* nt (kW) Trong đó : nt là hiệu suất truyền lực

Vận tốc chuyển động của ô tô ở các số truyền được tính theo công thức :

Vm = 0,377

hm

e b

i i

n r



 0

(km/h) Trong đó

i0 : tỉ số truyền của truyền lực chính

ihm: tỉ số truyền ở tay số đang tính

rb: bán kính làm việc trung bình của bánh xe (m)

e

r

n i i

M * * 0*

(N) Trong đó :

Me: Mômen xoắn của trục khuỷu động cơ (Nm)

nt: Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Từ đó ta xây dựng được đồ thị biểu diễn lực kéo theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số

 Tính lực cản không khí Pw ở mỗi tay số theo vận tốc :

(N) Trong đó :

K: Hệ số cản không khí (kGs2/m4)

Ô tô du lịch: K= 0,02 – 0,035

Ô tô tải: K= 0,06 – 0,07

F: Diện tích cản chính diện của ô tô (m2)

F= B* H (m2)

Vm: Vận tốc của ô tô ở mỗi tay số (km/h)

B: Chiều rộng cơ sở của ô tô (m)

H: Chiều cao toàn bộ của ô tô (m)

s m g f D J

Jm : Gia tốc của ô tô khi chuyển động ở tay số thứ m

f: Hệ số cản lăn của đường

4.1.5.2 Xác định thời gian tăng tốc

 Thời gian tăng tốc được tính theo công thức :

dv j t

v

v



 2 1

1 (giây)

Thời gian tăng tốc được xác định bằng cách tích phân đồ thị

j

1 (v)

Ta có thể xác định thời gian tăng tốc t bằng phương pháp tính gần đúng như sau:

- Chia khoản vận tốc vmin – 0,95* vmax thành k khoản

- Tính diện tích mỗi khoản nằm dưới đường cong

4.1.5.3 Xác định quãng đường tăng tốc

 Quãng đường tăng tốc được tính theo công thức :

Quãng đường tăng tốc được xác định bằng cách tích phân đồ thị t(v)

Ta có thể xác định quảng đường tăng tốc S bằng phương pháp tính gần đúng như sau:

- Chia khoản vận tốc vmin – 0,95*vmax thành k khoảng

- Tính diện tích mỗi khoảng nằm dưới đường cong t theo công thức:

* 2

1 i

v 

(m) v: vận tốc chuyển động của xe (km/h)

- Tính quãng đường tăng tốc của xe theo công thức :

S= k i

i S



1 (m)

4.2 Xây dựng chương trình tính toán động lực học ô tô

4.2.1 Sơ đồ thuật toán

Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán tính toán động lực học ô tô

4.2.2 Các khối nhập dữ liệu

Các khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu tính toán Có 3 khối nhập dữ liệu là nhập dữ liệu của xe, dữ liệu động cơ và dữ liệu kham khảo về điều kiện chuyển động, bao gồm:

Các thông số kỹ thuật của ô tô:

Loại xe (con hay tải)

Trọng lượng toàn bộ của ô tô

Chiều rộng cơ sở của ô tô

Chiều cao toàn bộ của ô tô

Vận tốc chuyển động lớn nhất của ô tô

Kích thước lốp

Tỷ số truyền của truyền lực chính

Tỷ số truyền của các tay số trong hộp số chính

Hiệu suất truyền lực

Các thông số động cơ:

Loại động cơ (xăng, diezel 2 kỳ, 4 kỳ)

Các hệ số tính toán (hệ số Lâyđécman)

Công suất cực đại của động cơ/số vòng quay ứng với công suất cực đại

Mômen xoắn cực đại/số vòng quay ứng với mômen xoắn cực đại

Số vòng quay tối thiểu của động cơ

Các điều kiện chuyển động:

Gia tốc trọng trường

Hệ số cản lăn của đường

Góc dốc cực đại cho phép của mặt đường

Hệ số cản không khí

Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp

4.2.3 Xây dựng chương trình có giao diện tiếng Việt

Khi lựa chọn tính toán động lực học từ chương trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu thông báo cho phép người dùng bắt đầu thực hiện bài toán tính động học:

Hình 4.2: Menu chính

Khi bấm chọn “ Next” sẽ đưa ra chương trình tính toán động lực học ô tô Chọn

“Exit” để quay lại chương trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ô tô

Hình 4.3: Menu chính “Tính toán động lực học ô tô”

Khi bấm chọn “ Nhập dữ liệu” để nhập dữ liệu, sẽ hiện ra menu để người sử dụng nhập các thông số cho quá trình tính toán

Sau khi đã nhập đầy đủ các thông số cơ bản để tính toán động lực học, chúng ta

có thể lưu lại các thông tin khi bấm vào nút “Lưu lại”, hoặc có thể bấm “Tiếp tục” để kết thúc phần nhập dữ liệu, chuyển sang phần tiếp theo Bấm “Thoát” khi nhập dữ liệu sai hoặc không muốn nhập dữ liệu nữa

Nhập các thông số kĩ thuật của xe tải Thaco-towner vào bảng các thông số kĩ thuật:

Hình 4.4: Nhập dữ liệu từ bàn phím

Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, chương trình sẽ tự động tính toán và kết quả tính toán sẽ được thể hiện khi người chọn bấm vào phần “Xem kết quả” ở menu chính Khi bấm vào “Xem kết quả”, sẽ hiện thị kết quả là các đồ thị đặc tính động cơ, đặc tính động lực học và khả năng tăng tốc Trên bảng thể hiện kết quả, có các nút bấm cho phép người sử dụng có thể lựa chọn kết quả cần xem, bấm “Thoát” khi kết thúc phần xem kết quả

Sau khi xem xong mà không muốn thực hiện công việc tính toán động lực học ô

tô nữa, thì người sử dụng có thể lựa chọn “ Thoát khỏi chương trình” để quay về menu chính như ban đầu để kết thúc phần “ Tính toán động lực học ô tô”

Hình 4.5: Các kết quả tính toán động lực học

Hình 4.6: Công suất động cơ

Hình 4.7: Mômen xoắn động cơ

Hình 4.8: Đặc tính công suất

Hình 4.9: Đặc tính lực kéo

Hình 4.10: Đặc tính nhân tố động lực học