PGS TS NGUYEN VĂN PHỤNG
LY THUYET O70
NHA XUAT BAN DAI HOC CONG NGHIEP
Trang 2Lý thuyết ôtô
NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
Trang 31ý thuyết ôtô 3
LỜI NÓI ĐẦU
Quyên “Lý thuyết ôtô” là giáo trình dùng cho sinh viên đại học, cao đắng ngành Công nghệ ôtô - Trường Đại học Công nghiệp TP Hỗ Chí Minh
Giáo trình giới thiệu một cách hệ thông các vấn đề cơ bản của môn học phù hợp với chương trình đào tạo đại học của ngành ôtô Cuối mỗi chương đều có ví dụ cụ thể để áp dụng các kiến thức đã học Giáo trình cũng giới thiệu lý thuyết có tính chuyên sâu một số vấn đề trong từng
Trang 4Lời nói đầu MỤC LỤC Chương 1: Các lực và momen tác dụng lên ôtô 11 12 1.3 1.4 Đường đặc tính tốc độ động cơ Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động ôt Lực bám của bánh xe chủ động và hệ số bám Các loại lực cản chuyển GHB COA G16 c2 29 Chương 2: Động lực học tống quát của ôtô 21 2.2 23 2.4 25 2.6 27 2.8
Khái niệm các loại bán kính bánh xe, ký hiệu lốp x Động lực học quá trình lăn của các bánh xi
Hệ số cản lăn và các nhân tố ảnh hưởng đến hệ sô cản lăn Sự trượt bánh xe chủ động Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt Xác định các phản lực thẳng góc của mặt hưởng tác dụng lên bánh xe trong mặt phẳng đọc Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe ôt Xác định các phản lực thẳng góc từ mặt MANG tác nợ lên bánh xe trong mặt phẳng ngang se, TỔ Chương 3: Tính toán sức kéo ôtô 3.1 32 3.3 3.4 a5
Sự cân bằng công suất ôtô
Sự cân bằng lực kéo của ôt:
Nhân tố động lực học của ơtơ
Tính tốn sức kéo ôtô
Ảnh — của truyền ải thủy lực đến chất lượng
kéo của ôtô sae UAT Aker anrnnamrinencaenreneeveu DS: Chương 4: Tính kinh tế nhiên liệu ôtô 41 42 43 44
Các chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu
Phương trình xác định tiêu hao nhiên liệu Phương trình tiêu hao nhiên liệu tính theo kết cấu lá lỡ CƠ
Trang 5tý thuyết 6tô 5
Chương 5: Tinh chất ơn định ơtơ
5.1 Ơn định trong mặt CẮT ÓC cong b0 Bàn Ho nghoR hũ ggi8HStv82luggnaee 5.2 Ön định trong mặt cắt ngang
5.3 Ảnh hưởng gió bên đến ồn định ôtô
5.4 Xác định trọng tâm ôtô qua thực nghiệm .-. -: - 171
Chương 6: Lý thuyết quay vòng ôtô
6.1 Động học và động lực học quay vòng — 6.2 Quan hệ các góc quay bánh xe dẫn hướng hình thang lái
6.3 Quan hệ các góc quay bánh xe nhiều cầu dẫn hướng 6.4 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay Nông 6.5 _ Các lực tác dụng lên ôtô khi quay vòng
6.6 Đặc tính lái - Tốc độ giới hạn quay vòng ôtô
67 Ảnhhưởng đặc tính đàn hồi lốp xe đến quay vòng
6.8 Các thông số kết cầu ảnh —— đặc tính quay vòng đối
với loại lộp Biển ah seo 001000016106 QL.80000018.422040.0426L 191 6.9 Quan hệ góc quay bánh š xe - dẫn hướng đất với 5i loại p đàn hồi vấn 6.10 Tính ổn đình các bank x xe — 6.11 Momen ổn định bánh xe dẫn hướng 6.12 Các góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng 193 195 198 200
Chương 7: Tính tốn phanh ơtơ 7.1 Tải trọng trung bình khi phanh
7.2 Phanh bánh xe cầu sau
7.3 Phanh bánh xe cầu trước 5 7.4 Phanh bánh xe cầu trước sắt cầu sau 7.5 Các chỉ tiêu đánh giá chất trọng phanh 7.6 _ Quá trình phanh xe 7.7 Giản đồ phanh xe
7.8 Sự ôn định hướng chuyển ø khi phanh Chương 8: Lý thuyết dao động ôtô
8.1 Khái niệm về độ êm dịu
Trang 68.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10
Đồ án môn học lý thuyết ôtô
Tài liệu tham khảo
Phương trình dao động tổng quát
Trang 7Lý thuyết ôtô 7 Chương 1 CÁC LỰC VÀ MOMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ 1,1 Đường đặc tính tốc độ động cơ
Nguồn cung cấp năng lượng cho ôtô là động cơ đốt trong kiểu
pittông Để xác định các lực và momen tác dụng lên bánh xe chủ động,
cần xây dựng các đường đặc tính tốc độ động cơ Đường đặc tính tốc độ
động cơ chỉ rõ sự phụ thuộc của công suất có ích (N.), momen quay có
ích (M,) và tiêu hao nhiên liệu theo số vòng quay (n,) hay tốc độ góc (o.)
của trục khuÿu:
Ne = f(ne) hay Ne =f (@e)
M,= f(ne) hay Me=f (a) Gr = f(ne) hay Gr =f (we)
Be = fm.) hay ge =f (we)
Có hai loại đường đặc tính tốc độ động cơ:
+ Đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ được xác định qua sự khảo nghiệm động cơ trên băng thử
+ Đường đặc tính cục bộ được khảo nghiệm khi bướm ga hoặc thanh
răng bơm cao áp đặt ở các vị trí trung gian Động cơ đốt trong có nhiều
đường đặc tính cục bộ
Đường đặc tính tốc độ ngoài được khảo nghiệm:
+ Đối với động cơ xăng khi bướm ga mở hoàn toàn
+ Đối với động cơ diesel khi đặt thanh răng của bơm cao áp ứng với
Trang 81.1.1 Đường đặc tính ngoài một số loại động cơ
4) Đường đặc tính ngoài động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vong quay
Đường đặc tính này thường sử dụng ở ôtô du lịch, ôtô hành khách
Đường đặc tính này có dạng:
Dmin Ong ON Hmax The
Hinh 1.1 Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng không hạn chế số Vòng quay Trên hình 1.1 :
"mịn — số vòng quay nhỏ nhất (cầm chừng) ở chế độ toàn tải Khi tăng số vòng quay thì momen và công suất động cơ tăng lên
Khi n, = nụ — momen đạt cực đại Mumax ne=nụ — công suất đạt cực đại Nemay Động cơ làm việc chủ yếu từ nự— nụ
Khi tăng số vòng quay động cơ n; > nụ, công suất động cơ sẽ giảm do:
Sự nạp hỗn hợp hòa khí kém và do tăng tổn thất ma sát trong động cơ Do đó, số vòng quay tương ứng với tốc độ cực đại (Vmax) của ôtô khi chuyển động trên đường đất và nằm ngang không nên vượt quá 10+20% số Vòng quay nụ
Trang 9tý thuyết ôtô 9
b) Động cơ xăng có bộ phận hạn chế số vòng quay
Nhiệm vụ chủ yếu của bộ phận hạn chế số vòng quay chủ yếu làm
tăng tuổi thọ động cơ; thường sử dụng trên loại xe tải
Bộ phận hạn chế số vòng quay có tác dụng làm giảm lượng cung cấp nhiên liệu cung cấp cho động cơ, nên: công suất động cơ (N.) giảm;
momen quay (Me) giảm; số vòng quay nemax< nụ (hình 1.2)
aie DM Nemx Ow De
Hình 1.2 Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng có hạn chế số vòng quay
c) Déng co diesel có bộ diéu tiét
Dong co diesel cd bd điều tiết được sử dụng trên xe tải, xe khách và
xe du lịch; thường là bộ điều tốc haj hay nhiều chế độ
Bộ điều tốc có tác dụng giữ cho chế độ làm việc của động cơ luôn ở
vùng tiêu hao nhiên liệu riêng bé nhất (gmn)
Trang 10Ne Me ge ce ae —+⁄ N ` Me a 5 X s S| -“ He — ` “NN te et HỊ Fmm†- a ` i InN 0 nM mm nek ne Hinh 1.3 Dudng dac tinh ngoai déng co diesel Trén hinh 1.3
nụ - nạ: là hành trình dạng không tải động cơ
ne — số vòng quay của động cơ khi chạy không tải
nạy — nạ: là hành trình tăng tải, ở hành trình này khi tải tăng, bộ điều
tốc sẽ tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ làm tăng công suất
động cơ (N.), momen quay động cơ (M,); và số vòng quay (n,) giảm
: aa a ee G
Khi lượng nhiên liệu cung cấp đến mức suất tiêu hao g,=—T
N
nhiên liệu (g.) đạt giá trị bé nhất (g.mịm) thì công suất động cơ đạt giá trị cực đại (Na) Vị trí này được định vị trên thanh răng bơm cao áp
Công suất Na gọi là công suất định mức; momen quay ứng với Nụ là momen quay định mức (M;)
Số vòng quay ứng với Nạ là số vòng, quay định mức (nạ) Các đường cong trong khoảng từ :
Trang 111ý thuyết ôtô 11 nạ + nụ: là đường cong không có điều tốc hay đường đặc tính toàn tải Ở vùng đồ thị có tốc độ từ nạy + nạ, các đường biểu thị: Ne - fín¿) có dạng đường thẳng M, = f{n,) cũng có đạng đường thẳng Hệ số thích ứng của động cơ K: biểu hiện khả năng tăng tải của động cơ: Mona M n K= Hệ số K khác nhau đối với từng loại động cơ - Động cơ xăng: K = 1,1+1,35
- Động cơ diesel không có bộ phận phun đậm đặc: K = 1,1+1,15 - Động cơ diesel có bộ phận phun đậm đặc: K = 1,1+1,25
Các phương trình đường đặc tính động cơ
Các đường đặc tính khi đo trên băng thử phụ thuộc vào áp suất, nhiệt
độ, độ ẩm tương đối, thiết bị và quy chuẩn của từng nước
Ngoài phương pháp xác định trên băng thử, các đường đặc tính còn
có thể xác định theo các công thức kinh nghiệm
1.1.2 Công thức Leydecmart
Công thức kinh nghiệm Leydecman được viết dưới dạng:
“=-|-{E)»(z]~(#)]
Nemax : cong suất hữu ích cực đại (kW, HP)
nụ : số vòng quay ứng với Nemax (v/phút); a, b,c : các hệ số thực nghiệm
Động cơ xăng 4 kỳ: a=b=c=l
Động cơ diesel 2 kỳ: a=0.87;b=1.13;c=1
Động co diesel 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp: a=0.5; b=l.5; c =1
Trang 12Động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy xoáy lốc: a=0.7, b=143; c=1 Đường đặc tính về momen quay Ne = 9549.— (N.m); (1.2) tụ Ne: cong suat động cơ (kKW), nạ: số vòng quay trục khuỷu (v/phút) Ñ hay: M.= 7162 (kGm); (1.3) 8 Ne: cong suat động cơ (HP), nạ: số vòng quay trục khuỷu (v/phút) Ví dụ 1
Xây dựng đường đặc tính tốc độ động cơ xăng 4 kỳ sử dụng bộ chế
hòa khí có công suất eye dai Nemax = 83HP khi số vòng quay trục khuýu đạt nụ = 4000 vòng/phút Giải Đường đặc tính tốc độ ngoài có phương trình Bo Bạ2 _ c (543) = Na) +b Go c Ce }; lida THẾ ỢO G 31m) = 83a Cong ae a M.= 16.2.5 (kGm)
Trang 13Ly thuyết ôtô 13 Ne (HP) Me (KGm) Nemax 85 80 7 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 S00 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Vòng/phút Hình 1.4: Các đường đặc tính tốc độ ngoài
Các hệ số a, b, c có thể thay đổi theo từng loại động cơ trên sơ đồ
khối (block diagram) của Labview
1,1.3 Phép tính nội suy (Interpolatior)
Đối với các loại động cơ đời mới ngày nay thường dùng các hệ
thống phun xăng, phun xăng điện tử
Đường đặc tính các loại động cơ này có thể được xây dựng qua một
số thông số đặc trưng và qua phép toán nội suy Phương trình tng quát của phép toán nội suy
Trang 14Các hệ số Ao, Ai, Aa được xác định theo sơ đỗ sau: Xo yo =Ao Xi yi a; =A X2 y8 bạ =A¿ X3 ys a3 «by cg = Ag x4 Ya a bạ cị dạ = Ay Vidy2
Trang 15tý thuyết ôtô 15 Dé thi đường cong được vẽ qua Labview như sau: N = fín) (kW) M.= f(n.) (Nm) N, &W) M, (Wm) Me Menor 120: 1090: 3 2: 2 ° © 500 1000 2000 200 X00 300) 4000 4000 5900 S00 4000 6000 n, vòng/phút Hình 1.5 Dé thj dung đặc tính tốc độ ngoài động cơ 5A-F của Toyota 1.1.4 Phương trình Leydecman mở rộng
Phương trình Leydecman được sử dụng để xây dựng các đường đặc
tính tốc độ ngoài cho các động cơ xăng có bộ chế hòa khí, động cơ
điesel
Các hệ số a, b, c trong phương trình đã được xác định theo kinh nghiệm
Đối với các động cơ đời mới ngày nay thường không còn sử dụng bộ
chế hòa khí thay vào hệ thống cung cấp nhiên liệu là hệ thống phun xăng, phun xăng điện tử như Monotronic, Mono-Jetronic, KE-Jetronic, LH-Jetronic, I-Jetronic
Để xây dựng các đường đặc tính tốc độ ngoài cho các loại động cơ
trên không thể sử dụng các hệ số kinh nghiệm a, b, c như đã có
Trang 17Lý thuyết ôtô 17 hay: a+b-c=l day a+2b-3c=0 Memax _ k My Bey _ 2 = a +) — CC) Nemax? cong suất cực đại của động cơ (kKW) M ử ‘
Nu= Sai công suất động cơ ứng với momen cực đại (kW) Memax : nomen quay cực đại của động cơ (Nm)
N et momen quay ứng với công suất cực đại (Nm) Em ong £ N Mn = 9549 Momax ps of thích ý ¬ k= “et hệ số thích ứng động cơ N
nụ : số vòng quay ứng với công suất cực đại (v/phút) nụ : số vòng quay ứng với momen cực đại (v/phút)
Trang 18Nemax 50,8 Mn = 9549 ny =9540- n = 97.02 (Nm) Nụ 41442 Ngư 'sọg “0815 Mạmgy 113 My 97.02, 11? Từ hệ phương trình (II) có: a+b-c=l a+2b-3c=0 a+0.7b - 0.72 = 1.17
Giải hệ phương trình trên được: a = 0.6 ; b= 1.8; e= 1.4
Từ đó có được phương trình các đường đặc tính tốc độ ngoài của
động cơ 5A-F
Ne = 50.8{0 SG) +L are)? — 1 Arey (kw)
M,= 9549.82 (Nm)
Ne
Đồ thị được biểu diễn ở bài tập 2
Ù) So sánh phép tính nội suy và phương trình Leydecman mở rộng Khi So sánh hai phương trình của hai phép t tính, các hệ số a, b, c có trị số không sai lệch nhiều Sai số của các trị số có thể chấp nhận được đối với loại phương trình bậc 3 biểu diễn dạng đường cong
Đối với phép tính nội suy, để đạt độ chính xác cao hơn cần phải xét
càng nhiều điểm hơn
Đối với phương trình Leydecman mở rộng được xác định trên cơ sở các đặc tính toán học của phương trình biểu thị đường cong bậc 3
Trang 19tý thuyết ỗ ôtô 19
về phép tính ngắn gon, dé thực hiện khi xác định các hệ sé a, b,c của phương trình Leydecman mở rộng
Do đó, độ chính xác của các hệ số a, b, c có thể chấp nhận 1.2 Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động
Công suất và momen quay động cơ được truyền đến bánh xe chủ động ôtô qua hệ thống truyền lực như ly hợp, hộp số, các đăng, vi sai do đó sẽ bị tổn thất do ma sát trong hệ thong truyền lực
Momen quay của bánh xe chủ động khi tiếp xúc với mặt đường sẽ phát sinh lực tác dụng lên mặt đường và tạo ra phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe
Phản lực này gọi là lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động (Py) có hướng theo chiều chuyển động của ôtô
1.2.1 Tỷ số truyền của hệ thông truyền lực
Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực là tỷ số giữa số vòng quay (n;) hay tốc độ góc quay (o.) của trục khuỷu động cơ so với số vòng quay (nụ) hay tốc độ góc quay (œụ) của bánh xe chủ động fuẾC i (1.4) hay _ We i= (1.5) @y
Trang 20Tỷ số truyền hộp số phụ (0) thường bố trí theo hai loại cấp số 1.2.2 Hiệu suất của hệ thống truyền lực
Trong suốt quá trình làm việc, công suất động cơ sẽ bị mất mát đo: - Ma sat trong hệ thống truyền lực
- Khuấy dầu bôi trơn động cơ nên công suất truyền đến bánh xe
chủ động (N¿) còn lại:
Ne=Ne-Ni
N,: công suất mắt mát do ma sát và khuấy dầu bôi trơn động cơ Hiệu suất truyền lực là tỷ số giữa công suất truyền đến bánh xe chủ động (N¿) và công suất hữu ích của động cơ (N,)
"¬
Th Ne Ne 1 N (1.7)
rị: hiệu suất truyền lực
Hiệu suất truyền lực phụ thuộc vào nhiều thông số và điều kiện làm việc như:
Chế độ tải trọng: tốc độ chuyên động: chất lượng chế tạo các chỉ
tiết; độ nhớt dầu bôi trơn
Hiệu suất truyền lực được xác định bằng tích số hiệu suất truyền của
các cụm chỉ tiết trong hệ thống truyền lực
Te =i Mh Mea No Me (1.8)
Tụ— hiệu suất ly hợp (thường n = 1);
TI›—hiệu suất hộp số và hộp số phụ;
'ịea— hiệu suất các đăng;
Tịo— hiệu suất cầu chủ động:
tụ — hiệu suất của truyền lực cuối
Trang 21Lý thuyết ôtô 21 Bảng 1.1: Hiệu suất truyền tực của các loại ôtô Loại xe Giá trị trung bình rụ Ơ tơ du lịch 0,93 6 t6 tai voi truyền lực chính một cấp | 0,89 Ổ tô tải với truyền lực chính hai cáp | 0,85
1.2.3 Momen quay ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến a) Trường hợp ôtô chuyển động đều và ốn định
Khi ôtô chuyển động đều và ổn định, momen quay bánh xe chủ động
(Mj) được xác định theo:
My = Mei = Me-io-ineip-nt (1.9) b) Trường hợp ôtô chuyển động có gia tốc
Khi ôtô chuyển động gia tốc, các cụm chỉ tiết động cơ làm việc
Trang 22
j: pia tốc tịnh tiến của ôtô
ry: ban kính làm việc trung bình bánh xe chủ động
Qua các công thức trên, sau biến đồi sẽ tính được momen quay bánh
xe chủ động khi chuyền động có gia tốc , 7 „ lạdễmy+ Dlnifinnt Llp M, —M, eNe- JC) b Đặt : lạ lễ Mịy+ XIndẫ.nn+ 2 lp Tp
cụm chỉ tiết chuyển động quay quy dẫn về bánh xe chủ động
M, = j( ): là momen quán tính của các
Như vậy ta có:
Mỹ, =MI — M, (1.10)
©) Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động
Momen quay bánh xe chủ động (Mụ) khi tiếp xúc mặt đường sẽ tạo ra lực (P) ngược chiều với chiều chuyển động ôtô Từ mặt đường sẽ phát sinh phan luc (Py = P) Lực P¿ gọi là lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động
Trang 23
Lý thuyết ôtô 2? Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động được xác định qua biểu thức: Mụ_ MaiainTIy Pụ=—= i tụ q19 Ld Khi ôtô đang tăng tốc hoặc giảm tốc MẸ, + Mj R= — (1.12)
rp: bán kính làm việc trung bình của bánh xe chủ động
Ví dụ 4: Xây dựng đường đặc tính kéo của xe du lịch với các số liệu
cho 6 vi du 1, va iyy = 3.115 iyo = 1.175 thy = 15 hy = 4.55; rp = 0.33 (m);
rị,= 0.9; khi xe chuyên động đều
Giải
Để xây dựng đường đặc tính kéo trên, đồ thị P,-V ứng với từng số
truyền lụ; + in;, khi xe chuyển động đều, cần tính:
Trang 24Py (N) 7000 6000 x 5000 4000 3000 Pus I 1000 ¬ 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 V (Km/h) 2000 0 1000 2000 súng Todo nạ ( vòng/phút) ÔT 2090 a0b0 a ( vòng/phút) 6 2000 4000 ‘ny ( vong/phit}
Hinh 1.7: Dé thj dc tinh kéo Py, -V
Đồ thị hình 1.7 vẽ trực tiếp qua Labview
Trang 25Lý thuyết ôtô 25
1.3 Lực bám của bánh xe chủ động và hệ số bám
1.3.1 Lực bám và hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường Để ôtô chuyển động được thì giữa vùng tiếp xúc của bánh xe chủ động với mặt đường phải có độ bám nhất định được đặc trưng qua hệ số bám ọ
Hình 1.8 Phản lực thẳng đứng mặt đường lên bánh xe (2)
Hệ số bám ọ giữa bánh xe chủ động với mặt đường là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến cực đại (Pkmax) cla bánh xe chủ động và tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động Tải trọng thẳng đứng này gọi là trọng lượng bam (Gy)
Pkmax '
= (1.13)
9 Go
Từ công thức (1.13) có thể xác định lực kéo tiếp tuyến cực đại theo điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường :
Phmau— 0Q (1.14)
Néu gọi Z là phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động, taco:
Z= Cy
Tir dé có lực bám của bánh xe và mặt đường : P„= 9.2 (1.15)
Điều kiện để bánh xe chủ động không bị trượt quay khi chuyển động
Trang 26Pymax & Py; (1.16) hay: M ‘kmax So z Tb Qua các công thức (1.14); (1.15); (1.16) có: max i 9.Gy P, = 9.2 Pkmax% Py Vay dé ôtô chuyén động được và không bị trượt trên mặt đường thì : = 9.6, (1.17)
Từ đó để sử dụng hết lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động cần
phải tăng giá trị hệ số bám (@) hay trọng lượng bám (Gy):
- Đối với loại ôtô có tính năng cơ động cao thường sử dụng loại lốp
có mấu bám cao để tăng hệ số bám (9)
- Hoặc sử dụng loại xe có nhiều cầu chủ động dé tang trọng lượng
bam (Gy)
8 Trường hợp ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường có cả phản lực tiếp tuyến (X) và phản lực ngang của đường (Y) lên bánh xe chủ động thì điều kiện để bánh xe chủ động không bị trượt là:
VKETY? < Pt
Với P¿ : lực bám của bánh xe chủ động với mặt đường theo hướng vectơ hợp lực của các lực (X) và (Y)
Trang 27Lý thuyết ôtô 27 >< TA Xmax > Kéo Ị 1 Xa; - Phanh PL = Onn: Z
Hinh 1.9 Do thi KAMM
8 Đồ thị KAMM là đường tròn có ban kinh Rmax !
Rmax = Porenex = Omar: Z
Khi : Oxmax = Pymax = Prax Rmax = Pomax = Pmax- Z X = Xma.> Y = 0 : lực bên không tác dụng lên bánh xe Y = Yma.>X = 0: lực kéo không tác dụng lên bánh xe 1.3.2 Các yếu tổ ảnh hưởng đến hệ số bám
Hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường phụ thuộc : - Nguyên liệu và tình trạng mặt đường (khô, ướt, mấp mô ) - Kết cầu va dang hoa lốp, áp suất bên trong lốp
Trang 28b/@x = ƒŒ) ` 07 ` 0.6 q(Niem’) 0 2 ay? 6 Z4(kN) ø c€/@x = fv) -— đ/øx = ƒQ) 2 v (més) PAK) 10 20 30 4 Se 0 20 4 6 80 100
Hinh 1.10 Các yếu tổ ảnh hưởng đến hệ số bám Qua các đồ thị khảo nghiệm hình 1.10 :
Khi áp suất trong lốp (p) tăng, hệ số bám lúc đầu tăng lên rồi giảm xuống (hình 1.10a) Khi tăng tốc độ chuyển động ôtô (v), hệ số bám giảm từ từ (hình 1.10c) Khi tăng tải trọng thẳng đứng (Z) lên bánh xe, hệ số bám giảm có dạng tuyến tính (hình 1.10 b)
Khi độ trượt (1) tăng thì hệ số bám tăng, sau đó khi độ trươt tiếp tục tăng (A > 20%) thi hệ số bám giảm (hình 1.104)
Khi đường ướt thì ảnh hưởng của áp suất trong lốp (p), tốc độ
chuyển động ôtô (v) và tải trọng thẳng đứng lên bánh xe (Z) đến hệ số
bám (0) càng lớn (hình 1.10a, b, c)
Trang 29Ly thuyết ôtô
hệ số bám ngang (oy) trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chuyên động của ôtô Hệ số bám này cùng chịu ảnh hưởng các yếu tổ trên
Hệ số bám đọc (ox) có thể xác định bằng phương pháp khảo nghiệm: Dùng 1 xe kéo 1 xe phía sau được phanh cứng hoàn toàn
Giữa 2 xe có đặt lực kế để đo lực bám P„ phát sinh ở xe sau Biết được trọng lượng bám của xe sau G„ doc px P, a oP x= đo Qua quá trình khảo nghiệm trên nhiều loại đường có kết quả sau: có thể xác định hệ số bám Bang 1.3 #ệ số bám của các loại đường khác nhau
Loại đường và tình trạng mặt đường|_ Hệ sé bam ox Đường nhựa hoặc bêtong + Khô và sạch 0.7+0.8 » Ướt 0.35+0.45 Duong dat * Pha sét khô 0.5+0.6 - Ướt 0.2+0.4 Đường cát s Khô 0.2+0.3 » Ướt 0.4+0.5
1.4 Các loại lực cản chuyển động của ôtô
Trang 30
Hình 1.11 Lực và momen tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc và tăng tóc œ - góc lên đốc (độ)
G - trọng lượng tồn bộ ơtơ (N)
P¿ - lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động (N) Pa - lực cản lăn ở bánh xe bị động (N) Pp - lực cản lăn ở bánh xc chủ động (N) Pi = Gsina - lực cán lên đốc (N) P; - lực quán tính ôtô khi chuyển động tăng tốc hay giảm tốc (N) Py - lực cản không khí (N)
Pm - lực cản ở móc kéo khi xe có kéo rơ-móoc (N)
Z¡, Z2 - phản lực pháp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe ở cầu
trước, câu sau (N)
M, - momen quay của bánh xe chủ động (Nm) Mn - momen cản lăn ở bánh xe bị động (Nm) Mp - momen can lăn ở bánh xe chủ động (Nm) hy - chiéu cao trọng tâm ôtô (m)
hụ - chiều cao tác dụng của lực cản gió (m)
hạ - chiều cao lực kéo tác dụng (m)
Trang 31tý thuyết ôtô 31
Khi ôtô chuyển động sẽ có các lực cản sau: lực cản lăn; lực cản lên dốc; lực cản không khí; lực cản quán tính khi xe chuyển động có gia tốc; lực cản ở móc kéo khi xe có kéo theo rơmoóc
1.4.1 Lực cần lăn
Khi bánh xe chuyển động lăn trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược chiều với chiều chuyển động của ôtô và qua điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường
Trên hình 1.11 có: lực cản lăn lên bánh xe trước là Pn; lực cản lăn lên bánh xe sau là Pp
Lực cản lăn phát sinh là do: sự biến dạng của lốp và mặt đường, sự
tạo thành vết bánh xe trên mặt đường, sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và mặt đường
Lực cản lăn của ôtô được xác định: Pr= Pp + Po
Lực cản lăn bánh xe trước và sau được tính: Pn = Zifi Pp = Za f), f- hé sé can lan cia bánh xe trước và bánh xe sau Khi coi f; = f) = Ê ta có: Pr= (Z¡ + Z2).f Theo hình (1.11) có: Z¡ + Z¿= Gcosơœ nên : Pr= £ Gcosœ (1-18) ơ - góc đốc của mặt đường Khi ôtô chuyển động trên đường nằm ngang Pr=f.G (1-19) G - trọng lượng ôtô (N);
£- hệ số cản lăn của ôtô
Trang 32Bảng 1.4: Các loại hệ số cản lăn trên các loại đường khác nhau Loại đường Hệ số cản lăn f V < 22.2 m/s (80 km/h) Đường nhựa tốt 0.015 + 0.018 Đường nhựa bê tông 0.012+ 0.015 Đường rải đá 0.023+ 0.030 Đường đất khô 0.025 + 0.035 Đường đất sau khi mưa |0.050+ 0.150 Đường cát 0.10+ 0.30
Công suất cản lăn của ôtô
Công suất cản lăn được xác định theo công thức : PgVạ GEV, Nr- sạn = 3600 (kW) (1-20) Pr= G.f~ lực cản lăn (N) Vạ ~ tốc độ ôtô (km/h) Ví dụ 5
Trang 33Lý thuyết ôtô 3
1.4.2 Lực căn lên dốc
Khi ôtô chuyển động trên đường dốc, trọng lượng chung ôtô (G)
được phân thành hai thành phần lực:
G.cosơ — tác dụng thẳng góc xuống mặt đường và tạo ra hai phản lực tác dụng lên bánh xe trước (Z¡) và bánh sau (222)
G.sinơ — tác dụng song song mặt đường và ngược chiều chuyển động ôtô tạo ra lực cản lên déc Pj: P¡ = G.sina (1-21) Độ đốc của mặt đường có thể biểu thị qua góc dốc (œ) hoặc qua độ dốc (i) Độ dốc (1) xác định qua : ¡=P=t T go D, T— kích thước đường đốc (hình 1.11) Khi góc đốc nhỏ dưới 5°, có thể xem: i= tgơ sina Lúc đó lực cản lên dốc có dạng: Pị=i.G (1-22) Trường hợp ôtô chuyển động xuống dốc, lực P; cùng chiều với chiều chuyển động, lúc đó lực P; sẽ là lực chủ động Vậy, khi xe chuyển động lên dốc, lực P¡ sẽ có dấu (+) còn khi xe xuống dốc, lực P¡ sẽ có dấu (-) Lực cản tổng cộng (Py) khi xe chuyển động trên đường đốc bao gồm lực cản lăn và lực cản dốc:
Pự = Pr+ Pị = G(fcosơ + sing) = Gf + i); Dau + khi xe lên đốc, đấu - khi xe xuống dốc
Đại lượng (f + ï) — gọi là hệ số cản tổng cộng =f+i;
Trang 34trong đó: P¡ - lực cản lên đốc (N) G - trọng lượng ôtô (N) Py - lực cản tổng cộng (N) œ - góc dốc tính theo độ ¡_- độ dốc tính theo phần trăm (%)
Công suất cản lên dốc
Công suất cản lên đốc tính theo: P,Vạ GsinaV, iGV, Ni-3600~ 3600 ~ 3600 {W) (1-24) 'Vạ— tốc độ dịch chuyển của 6t6 km/h Công suất cản tổng cộng: Pw.V, Gifecaœ + sinc).Vạ Nư= sạng ~ 3600 Ví dụ 6
Xác định công suất cản lên đốc của xe du lịch có trọng lượng
Trang 35Lý thuyết ôtô 3
Ví dụ 7
Xác định lực và công suất cản tổng cộng của xe du lịch có trọng lượng G = 18850 N trên đường nhựa bê tông có độ dốc œ = 3030”, hệ số cản lăn f= 0.012 với tốc độ Vụ = 40km/h và lên dốc Giải Hệ số cản chung: W = fcosa + sinœ = 0.012x0.998 + 0.061 = 0.0729 Lực cản tông cộng: Py = P.G = 0.0729x18850 = 1374 (N) Công suất cản tổng cộng: Py.V_ 1374x40 Nv= 3600 ~ 3600 1.4.3 Lực cân không khí
Khi ôtô chuyển động sẽ làm thay đổi áp suất không khí trên các bề mặt vỏ thùng xe, xuất hiện các dịng xốy khơng khí ở phần sau ôtô và gây ra ma sát giữa không khí và bề mặt vỏ thùng xe, từ đó phát sinh lực cản không khí = 15.26 (Nm) Dòng không khí Các điểm xoáy cục bộ Dòng không khí h Z⁄zmy SE (n ———————> >
Hình 1.12 Áp suất không khí trên các bé mat vo thimg xe a) Tinh toán lực cản không khí
Trang 36Tốc độ gió (Vy) biểu thị trên hình 1.13 Vo Hình 1.13 Ảnh hướng lực cản không khí
Tổng hợp hai vectơ tốc độ ôtô (Ở) và tốc độ gió (Ấ_) sẽ có tốc độ tương đối (W;) của ôtô:
=i W=V+Vw =
Vecto W sẽ lệch một góc (tr) so với trục dọc ôtô gọi là góc tác dụng
của tốc độ tương đối
Khi ôtô chuyển động thắng theo chiều gid thi t = 0, còn nói chung ôtô thường chịu ảnh hưởng của gió với góc tác dụng (r0)
Lực cản không khí đặt tại tâm của diện tích cản chính diện của ôtô, cách mặt đường ở độ cao h„ (hình 1.11) và ngược chiêu chuyên động ôtô
Qua khảo nghiệm lực cản không khí của ôtô có thể xác định theo công thức sau:
Py=KFV2 (N) (1-26)
K~ hệ số cản không khí, phụ thuộc vào hình dạng ôtô và chất lượng
bê mặt vỏ thùng xe, phụ thuộc vào mật độ không khí (Nsec?/m');
F - diện tích cản chính diện của ôtô theo mặt phẳng vuông góc với
trục đọc ôtô (m?);
Trang 37Lý thuyết ôtô 37
Tốc độ tương đối giữa ôtô và không khí (V;) là tông hợp giữa tốc độ ôtô (V) và tốc độ gió (Vz) như trên đã phân tích, về giá trị tốc độ tương
đối có thể tính đơn giản:
Vạ=V+Ó\ (1-27)
Dấu + khi tốc độ ôtô và tốc độ gió ngược chiều;
Dấu - khi tốc độ ôtô và tốc độ gió cùng chiều Tích số K.F còn gọi là nhân tố cản không khí: W=K-F (Nsec’/m’) Do đó: Py = W.V¢ (N) (1-28) Diện tích cản chính diện, thường được tính theo công thức gan ding (hinh 1.14) 7 Đối với ôtô vận tải: F=BH (m’) (1-29) Đối với ôtô du lịch: F=0.78B,.H (m’) (1-30)
~— chiều rộng cơ sở ôtô (m) Bo- chiều rộng lớn nhất ôtô (m) H~ chiều cao lớn nhất ôtô (m) af J =2 "ụ H TC @đơđ ——B¬ —?—] “
a/ Ơtơ tải; b/ Ơtơ du lịch
Trang 38Giá trị trung bình của hệ số cản không khí K, diện tích cản chính diện F và nhân tố cản không khí W đối với các loại ôtô khác nhau được trình bày ở bảng 1.5 Bảng 1.5: Các thông số về tính lực cản không khí của các loại xe Loại xe K (Nsec’/m*) F (im?) W (Nsec?/m?) Ơtơ du lịch - Vỏ kín 0.2-0.35 16-28 0.3+0.9 - Vỏ hở 0.4+0.5 15-20 0.6+1.0 Ôtô tải 0.6+0.7 3.0+5.0 1.8+3.5 Ôtô khách 0.25+0.4 4.5+6.5 1.0+2.6 Ơtơ đua 0.13+0.15 1.0+1.3 0.13+0.18
Khi ôtô có kéo rơ-moóc thì hệ số cản không khí K sẽ tăng lên từ 9%-+32% tùy theo sự bố trí rơ-moóc sát hoặc xa ôtô kéo
Các ôtô ngày nay chạy với tốc độ cao, vì vậy để giảm lực cản không khí người ta đã nghiên cứu các biện pháp giảm hệ số cản khí động học ôtô
Công suất cản không khí
Công suất cản không khí được xác định theo :
Pawo WVỆ
Nw= 3600 ~ 368x192 (kW) Gal)
Ví dụ 8
Xác định lực cản và công suất cản khí của ôtô du lịch khi chuyển động trên đường với tốc độ V„ = 40km/h Ơtơ có các thông số sau:
F=23m”; K=0.25Nsec/mf
Giải
Giả thiết tốc độ chuyển động tương đối My bang tốc độ chuyển động
Trang 39Lý thuyết ôtô 39 40 Way = 40 km/h = 36 m/sec Lực cản không khí : 2,3x0.25x402 P„=K.FEVỆ=”— em — = 70.98(N) Công suất cản không khí PxVạ _ 70.98X40 Nw="g600 > ge00 072W)
b) Biện pháp giảm hệ số cản khí động ôtô
Lực cản khí động ảnh hưởng đến chuyển động của ôtô, nhất là khi
ôtô chuyển động với tốc độ lớn hơn 65 kmh Các yếu tố ảnh hưởng đến
hệ số cản khí động (K) được cho trong, bang 1.6 Bang 1.6: Yếu tổ ảnh hưởng đến hệ số cản không khí Các yếu tô ảnh hưởng K (Nsec?/m*)%
- Bề mặt ma sát vỏ xe, khoảng sáng gam xe, 0.08 phần nhô ra khỏi biên dạng xe (gương chiêu hậu) Áp suất bề mặt 0.10 Ảnh hưởng của lốp xe 0.08 Ảnh hưởng của hệ thống làm mát 0.03 Xoáy lốc ở đầu xe 0.01 Tổng cộng K=03 Các phương pháp giảm hệ số cản khí động Giảm lực ma sát bề mặt bằng cách thiết kế biên dạng ôtô một cách trơn tru, bằng phẳng
Trang 40trong đó:
V~ tốc độ dòng chất lỏng (m/§) D - đường kính vật cản (m)
õ ~ độ nhớt động học của dòng khí(m”/s)
Giảm độ mắp mô của gam xe, vi hé số cản do độ mắp mô gầm xe chiếm khoảng 20%, do đó để giảm hệ số cản do độ mắp mô của pằầm xe, chúng ta cần thiết kế ôtô sao cho đường dòng không khí càng ra xa phía sau càng tốt, cụ thể: cần thay đổi góc cơ động phía trước (a) va phía sau (B) cũng như góc nghiêng (9) _ „ ⁄ „8 Pe Hình 1.15 Các góc cơ động
Giá trị hệ số cản phụ thuộc vào góc cơ động của ôtô: a; j; 0 Qua khảo nghiệm có kết quả ở bảng 1.7
Bang 1.7 Các góc cơ động ảnh hưởng đến hệ số cản không khi a (46) 18 |20 |2 J2 ]26 ]28 K (Nsec’/m*) |04345 |0.304 |0.290 [0.258 |0.279 10.268 B (độ) l6 [18 |20 J2 |25 K(Nscc7mÐ |0.265 10.263 |0.262 10.262 10.262 9 (độ) 10 ]J12 |1§ 18 |20 22 K(Nsec7m') |0.268 |0.252 |0.249 |0.247 |0.248 |0.248
![Ở bảng 3.2 cho cụng thức tớnh tỷ số truyền của hộp số từ 3 cấp đến 5 cấp, cú số truyền thắng (im = ]). - Lý thuyết ô tô](https://media.store123doc.com/figures/000/957/bang-cung-thuc-tonh-truyen-hop-truyen-thang-957290.png)
