Bài Tập Lớn Thiết kế ô tô

Bài tập Tính toán kiểm nghiệm Động học , Động lực học ô tô. Xác định tọa độ trọng tâm xe, tính ổn định dọc của ô tô, tính ổn định ngang của ô tô, động học quay vòng, động lực học kéo, động lực học phanh.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG  BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN HỌC LÝ THUYẾT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn : Trần Hữu Nhân Sinh viên thực : Đào Anh Kiệt Đỗ Bảo Anh Khoa Nguyễn Văn Quang Trần Văn Hội 1711656 1711762 1712790 1711456 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 Mục lục Chương CÁC THÔNG SỐ CỦA XE 1.1 Chọn xe: Xe tải Hyundai 2.5 Mighty N250SL .3 1.2 Kích thước, khối lượng .3 1.3 Động 1.4 Hộp số vi sai 1.5 Bánh xe .4 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .5 2.1 Động lực học động 2.2 Mơ hình tốn học mơ tả lực kéo động theo tốc độ xe .5 Chương TÍNH TỐN VÀ PHƯƠNG TRÌNH KẾT QUẢ 3.1 Tính tốn kiểm tra động học 3.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm xe 3.1.2 Tính ổn định dọc tơ 3.1.3 Tính ổn định ngang ô tô .11 3.1.4 Động học quay vòng 14 3.2 Tính tốn kiểm tra động lực học 15 3.2.1 Động lực học kéo xe 15 3.2.2 Động lực học phanh 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 Chương CÁC THÔNG SỐ CỦA XE 1.1 Chọn xe: Xe tải Hyundai Mighty N250SL 2.5 Tấn 1.2 Kích thước, khối lượng: Bảng 1.1 Các thơng số kích thước động Huyndai STT Thông số 10 Kích thước tổng thể (DxRxC) Chiều dài sở (L) Bán kính quay vịng nhỏ Vệt bánh xe trước/sau Chiều dài đầu xe Chiều dài xe Khoảng sáng gầm xe Góc trước Góc thoát sau Chiều cao khung xe Nội dung 6000x1760x2200 mm 3310mm 6.4 m 1485/1275 mm 1160 mm 1530mm 160mm 22 18 Khung xe có tiết diện mặt cắt ngang dầm dọc (cao x Rộng x dầy): U185x65x6mm; vật liệu thép SAPH440 Tải trọng cho phép 5750 kg Bảng 1.2 Các thông số khối lượng động Huyndai STT Thông số Nội dung Tự trọng Tải trọng Trọng lượng tồn (tính lái xe, dụng cụ,…) Phân bố tải trọng lên trục bánh xe trước/sau (không tải) Khả chịu tải lớn cầu trước sau 1900 kg 2400 kg 4995 kg 1360/540 kg 2000/3200 kg 1.3 Động cơ: - Hiệu suất truyền động STT : 0.9 Hình 1.3 Các thơng số kỹ thuật động Huyndai Thông số Nội dung Kiểu loại động Loại nhiên liệu, số kỳ, số xylanh cách bố trí Dung tích xylanh Tỷ số nén Đường kính xylanh Hành trình piston Cơng suất định mức/ số vòng quay Momen xoắn cực đại D4CB Diesel, kỳ, xylanh, bố trí thẳng hàng, làm mát nước, tăng áp 2.497 lít 16.4:1 91 mm 96 mm 130 PS 3800 vòng/phút 255 N.m 2000 vòng/phút 1.4 Hộp số vi sai Số Tỷ số truyền - Bảng 1.4 Phân phối tỷ số truyền hộp số 4.487 2.248 1.364 0.823 Tỷ số truyền vi sai: nd = 4.181 1.5 Bánh xe - Ký hiệu lốp trước: 6.50 R16 - Ký hiệu lốp sau: 5.50 R13 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 0.676 Lùi 4.038 2.1 Động lực học động cơ: Mơ hình tốn học mơ tả đường cơng suất động theo đốc độ góc: (1) = Trong đó: ,, (2) : Cơng suất động [kW] : Tốc độ góc động [rad/s] : Cơng suất cực đại số vòng quay [kW] : Momen xoắn động số vòng quay : Các hệ số đa thức phân loại động [N.m] Ta tìm hệ số đa thức phân loại động cách: - Theo thông số xe ta có cơng suất cực đại số vịng quay Thế vào phương trình (1) ta phương trình đầu tiên: = - Lại có số vịng quay momen xoắn cực đại Ta phương trình thứ (2): = - Tại vị trí momen xoắn đạt cực đại, đạo hàm Ta phương trình thứ (3): = - Từ phương trình ta tìm hệ số P1, P2 P3 Từ vẽ đường đặc tính ngồi động 2.2 Mơ hình tốn học mơ tả lực kéo động theo tốc độ xe - Tỷ số truyền hệ thống truyền động: n = ng.nd Trong đó: - n ng nd : Tỷ số truyền hệ thống truyền động : Tỷ số truyền hộp số : Tỷ số truyền vi sai Hiệu suất truyền động:  < (thường  0.9)  Pe > Pw  Pw = Pe Với: Pe Pw - : Công suất động [kW] : Công suất giảm hệ thống truyền động [kW] Theo quan hệ tỷ số truyền: n = ng.nd =  vx = Rw = : Vận tốc góc bánh xe [rad/s] Mà Với - Quan hệ lực kéo tay số theo vận tốc: Từ công thức sau: Suy ra: =) = = - Ứng với tay số ta có dải tốc độ riêng dựa vào tỷ số truyền số vòng quay động nhỏ lớn < < với i = 1, 2, 3, 4, Từ ta thiết lập đồ thị lực kéo theo dải tốc độ riêng tay số Chương TÍNH TỐN VÀ PHƯƠNG TRÌNH KẾT QUẢ 3.1 Tính toán kiểm tra động học: 3.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm xe: Gọi O vị trí tiếp điểm bánh xe sau với mặt đường gốc tọa độ Khoảng cánh từ O tới trọng tâm theo phương x Ta có a2 tính theo cơng thức: Trong đó: l : khối lượng cầu trước chịu tải [kg] : khối lượng cầu sau chịu tải [kg] : chiều dài sở [mm] Trong : : khoảng cách từ tâm bánh trái đến trọng tâm [mm] : khoảng cách từ tâm bánh phải đến trọng tâm [mm] : chiều rộng sở xe [mm] Ta có chiều rộng sở bánh xe trước : w =1485 [mm]  == 743 (mm)  Trường hợp không tải: Suy khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước là: Chiều cao trọng tâm xe theo phương Oz tính sau: hg = Trong đó: Gi : Trọng lượng thành phần (cabin, động cơ, hộp số,…) [kg] hgi : Chiều cao trọng tâm thành phần trọng lượng [mm] Đối với xe tải nhỏ (2.53.5 tấn) chiều cao trọng tâm thường nằm khoảng hg = 1.01.2(m) Ta chọn hg = 1.1 (m) = 1100 (mm)  Trường hợp toàn tải: Suy khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước là: Chiều cao trọng tâm xe theo phương Oz tính sau: hg = Trong đó: Gi - Trọng lượng thành phần (cabin, động cơ, hộp số,…) [kg] hgi - Chiều cao trọng tâm thành phần trọng lượng [mm] Đối với xe tải nhỏ (2.53.5 tấn) chiều cao trọng tâm thường nằm khoảng hg = 0.91.2(m) Ta chọn hg = (m) = 1000 (mm) 3.1.2 Tính ổn định dọc tơ  Tìm góc giới hạn xe quay đầu lên dốc : Điều kiện cân xe : Trong đó: a1 - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm cầu trước [mm] a2 - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm cầu sau [mm] l - Chiều dài sở [mm] l = a1 + a2 h - Khoảng cách từ trọng tâm C đến mặt đường [mm]  - Góc nghiêng dốc [độ]  Từ phương trình (3) ta có : Xác định góc giới hạn : + Theo điều kiện trượt : Khi => Lực bám lớn xe xe góc tới hạn : + Theo điều kiện lật : Xe bắt đầu lật Khi : Từ hai kết trên, ta chọn góc giới hạn :  Tìm góc giới hạn xe quay đầu xuống dốc : C Trong đó: a1 a2 l h  - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm cầu trước [mm] - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm cầu sau [mm] - Chiều dài sở [mm] l = a1 + a2 - Khoảng cách từ trọng tâm C đến mặt đường [mm] - Góc nghiêng dốc [độ] Điều kiện cân xe :  Từ phương trình (6) ta có : Xác định góc giới hạn + Theo điều kiện trượt : Khi => Lực bám lớn xe xe góc tới hạn : + Theo điều kiện lật : Xe bắt đầu lật Khi : Từ hai kết trên, ta chọn góc giới hạn : 3.1.3 Tính ổn định ngang ô tô:  Ổn định xe đứng yên đường nghiêng ngang Gọi điểm tiếp xúc bánh xe trái với mặt đường A 10 Trong đó: w1 - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm bánh xe trái cầu trước [mm] w2 - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm bánh xe phải cầu trước [mm] w - Chiều rộng sở cầu trước [mm] w = w1 + w2 h - Khoảng cách từ trọng tâm C đến mặt đường [mm]  - Góc nghiêng dốc [độ] Phân tích lực ta có :  Từ phương trình (9) ta có : Góc nghiêng tới hạn : 11 + Theo điều kiện trượt : => Lực bám lớn góc tới hạn : + Theo điều kiện lật : Xe lật Ta có : Vậy góc lớn để xe đứng yên đường nghiêng ngang 36.61  Ổn định xe di chuyển đường : 12 Trong đó: w1 w2 w h  - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm bánh xe trái cầu trước [mm] - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm bánh xe phải cầu trước [mm] - Chiều rộng sở cầu trước [mm] w = w1 + w2 - Khoảng cách từ trọng tâm C đến mặt đường [mm] - Góc nghiêng dốc [độ]  Từ phương trình (12) ta có:   + Theo điều kiện trượt : Khi (2 13 Lực bám lớn : + Theo điều kiện lật : Xe lật Ta có : 3.1.4 Động học quay vịng 14 Hình 1.4 Sơ đồ động học hệ thống lái Trong đó: R1 : Bán kính quay vịng nhỏ [mm] 15 R1 = (mm) Ta có: Rmin = R1 - = 6400 - = 5657 (mm) Trong đó: B01 : Chiều rộng sở hai bánh xe trước (vết bánh xe trước) [mm]  Rmax = = = 8425 (mm) Trong đó: A : Chiều dài đầu xe [mm] Vậy, hành lang quay vịng tơ là: R = Rmax - Rmin = 8425 – 5657 = 2769(mm) 3.2 Tính tốn kiểm tra động lực học 3.2.1 Động lực học kéo xe - Đường đặc tính tốc độ động cơ: Ta có: = 3800 (vòng/phút) = 398 (rad/s) = 2000 (vòng/phút) = 209 (rad/s) Theo sở lý thuyết, ta tính hệ số đa thức từ hệ phương trình sau: = = =  = 95600 = 255 =  = 236.9 = 0.173 = -4.14 Phương trình đường đặc tính động cơ: + Te = + Từ phương trình ta xây dựng đoạn code để vẽ đồ thị đường đặc tính ngồi động cơ: Z1 16 Wmin=50; We=linspace(Wmin,Wmax,1000); P1=236.9; P2=0.173; P3=-0.000414; Pe=(P1*We+P2*(We).^2+P3*(We).^3)/1000; Te=P1+P2*We+P3*(We).^2; hold on grid on plotyy(We,Pe,We,Te,'plot','plot'); axis([0 800 200]); xlabel('W[rad/s]'); ylabel('P[kW]'); legend('P[kW]','T[Nm]'); title('Duong dac tinh ngoai dong co'); - Đồ thị cân lực kéo: Theo sở lý thuyết ta có phương trình lực kéo sau: Fx = Trong đó:  : Hiệu suất truyền động  = 0.9 Rw : Bán kính làm việc bánh xe [m] Thông số lốp: 6.5-R16 Bán kính hình học bánh xe : Ro = 6.5 + = 36.88 (cm) = 0.3688 (m)  Bán kính làm việc bánh xe: Rw = 0.98Ro = 0.980.3688 = 0.36 (m)  Fx = 2476.2ni + 21 – 1.17 Từ ta xây dựng đoạn code vẽ đồ thị: n=0.9; nd=4.418; 17 Rw=0.36; P1=236.9; P2=0.173; P3=-0.000414; ng=input('Nhap ty so truyen hop so: '); % ma tran ng can nhap:[ 4.478 2.248 1.364 0.823 0.676] ; k=length(ng); for i=1:k Wmax=400; Wmin=60; vx=linspace(Rw*Wmin/(nd*ng(i)),Rw*Wmax/(nd*ng(i)),1000); We=vx*nd*ng(i)./Rw; Fx=(n*nd*ng(i)./Rw).*(P1+P2*We+P3*(We).^2); plot(vx,Fx) hold on grid on axis([0 50 15000]); legend('n1','n2','n3','n4','n5',’n6’); xlabel('Vx[m/s]'); ylabel('Fx[N]'); title('Do thi luc keo o tung tay so'); end 3.2.2 Động lực học phanh:  Lực phanh sinh bánh xe: 18 Trong đó: a1 a2 l h Ta có: - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm cầu trước [mm] - Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm cầu sau [mm] - Chiều dài sở [mm] l = a1 + a2 - Khoảng cách từ trọng tâm C đến mặt đường [mm]   -2Fx1 - 2Fx2 = –ma 2Fz1 +2Fz2 – mg = 2Fz1a1 – 2Fz2a2 – 2(Fx1 + Fx2)h =0 (15) Thế phương trình (13) (14) vào phương trình (15) ta được:  2Fz1a1 – (mg – 2Fz1)a2 – mah =  2Fz1a1 – (mga2 - mah) =  Fz1 = mg + mg  Fz2 = mg - mg  = 2(Fz1+ Fz2) = mg Lực phanh cực đại sinh toàn xe: Fp= mg=0.652009.81= 30607(N) Với:  - Hệ số bám Lực phanh sinh bánh xe: Fp1 = mg + mg 19 (13) (14) Fp2 = mg - mg Gia tốc chậm dần phanh: Fx ≤ Fz  ma ≤ mg => a ≤ g = 0.89.81 = 7.85 (m/s2) Thời gian phanh là: vo = 50 km/h = 13.89 m/s v = vo – at = 13.89 – 7.85t = (*)  t = 1.77 (s) Quãng đường phanh là: S = So + vot - at2 Với: a = 7.85 (m/s2) t = 1.77 (s)  S = 12.29 m (thõa tiêu chuẩn QCVN 09:2015) Bảng 1.5 Hiệu phanh thử đầy tải Tài liệu tham khảm [1] Reza N Jazar, Vehicle Dynmics: Theory and Application 20 [2] Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng an tồn kỹ thuật bảo vệ mơi trường xe ô tô (QCVN 09:2015/BGTVT) 21 ... Lùi 4.038 2.1 Động lực học động cơ: Mơ hình tốn học mơ tả đường cơng suất động theo đốc độ góc: (1) = Trong đó: ,, (2) : Công suất động [kW] : Tốc độ góc động [rad/s] : Cơng suất cực đại số vòng... phân loại động cách: - Theo thơng số xe ta có cơng suất cực đại số vòng quay Thế vào phương trình (1) ta phương trình đầu tiên: = - Lại có số vịng quay momen xoắn cực đại Ta phương trình thứ (2):