M clc
4.2.1.3. Mômen cn lăn
Mô men c n lăn c a ô tô đ ợc tính nh sau:
Mf = Mf1 + Mf2 = f1.Z1.rb+f2.Z2.rb = G.f.rb (4-8) Trong đó: -Mf1, Mf1 là mô men c n lăn c a các bánh xe cầu tr c và sau. - rblƠ bán kính đ ng l c học c a bánh xe.
54
4.2.1.4. Ph n l c thẳng góc Z1, Z2
Z1, Z2 sinh ra do ph n l c từ mặt đ ng lên các bánh xe, đ ợc đặt t i vị trí ti p xúc gi a bánh xe v i mặt đ ng, nó có ph ng trùng v i ph ng c a trục z. Trong quá trình ô tô chuyển đ ng, các l c tác dụng từ đ ng lên bánh xe luôn thay đổi theo các ngo i l c và mô men tác dụng lên chúng. Trị s c a các ph n l c này nh h ng đ n m t s chỉ tiêu kỹ thuật c a ô tô nh : chất l ợng kéo và bám, chất l ợng phanh, tính ổn định c a ô tô cũng nh tuổi thọ c các chi ti t và cụm chi ti t.
Ph n l c Z1, Z2t i các bánh xe cầu tr c và cầu sau đ ợc xác định nh sau: Ph ng trình cơn bằng mô men t i các vị trí ti p xúc c a bánh xe v i mặt đ ng: Z1 + Z2= mg = G (4-9) ∑MO2= Z1.l + Fj .hg+ F h + Mf1+Mf2– G.b = 0 (4-10) Từph ng trình (4-9) và (4-10) gi i ra đ ợc Z1 = mg(b−f.rb ) l - F hω l - Fj .hg l Z2= mg(a+f.rb ) l + F hω l + Fj .hg l (4-11) Trong th c t đi u ki n làm vi c c a ô tô rất khác nhau, tùy thu c vƠo đi u ki n đ ng xá vƠ đi u khiển c a ng i lái, vì vậy ph n l c Z1, Z2 cũng bị thay đổi theo m t quy luật nƠo đó sao cho tổng các ph n l c vẫn bằng trọng l ợng c a xe. Do đó khi xe chuyển đ ng tịnh ti n (v>0) trọng l ợng đ ợc phân ra cầu tr c gi m và trọng l ợng cầu sau sẽ tăng lên. Ng ợc l i, khi xe tr ng thái phanh thì trọng l ợng cầu sau gi m và trọng l ợng cầu tr c tăng lên.
Khi ô tô chuyển đ ng đ u thì ph n l c t i cầu tr c vƠ sau đ ợc tính nh sau: Z1 = mg(b−f.rb ) l - F hω l Z2 = mg(a+f.rb ) l + F hω l (4-12) 4.2.1.5. L c c n không khí Fω
L c c n không khí t o b i các khí đ ng học, trong đó chi m phần l n là l c c n do hình d ng c a xe:
55
F = 0,63 Cx.S.v2 (4-13) Trong đó:
+ Cx - là h s c n không khí, nó phụ thu c vào d ng khí đ ng học c a ô tô và chất l ợng b mặt c a nó. [Ns2/ m4].
+ S- là di n tích c n chính di n c a ô tô, [m2].
+ v- là t c đ t ng đ i gi a xe và không khí chính vận t c c a xe [m/s].
Di n tích c n chính di n S c a ô tô đ ợc tính theo công th c: S = B0.H Trong đó: + ψ0– là chi u r ng l n nhất c a ô tô
+ H – là chi u cao l n nhất c a ô tô.
Hình 4.4: S đồxác định di n tích c n chính di n c a ô tô
Giá trị trung bình c a h s c n không khí Cx, di n tích c n chính di n S c a các lo i xe ô tô đ ợc cho trong b ng sau.
Lo i xe S [m2]. Cx [Ns2/m4] Ô tô du lịch: v kín 1,6 ÷ 2,8 0,2 ÷ 0,35 Ô tô du lịch: v h 1,5 ÷ 2,0 0,2 ÷ 0,35 Ô tô t i 3,0 ÷ 5,0 0,2 ÷ 0,35 Ô tô khách 4,5 ÷ 6,5 0,2 ÷ 0,35 Ô tô đua 1,0 ÷ 1,3 0,2 ÷ 0,35 B ng 4.2: Giá trị c a h s c n không khí Cx và di n tích c n chính di n S 4.2.1.6. L c c n quán tính Fj
Khi ô tô chuyển đ ng không ổn định (quá trình tăng t c hoặc gi m t c) sẽ xuất hi n l c quán tính. L c quán tính Fj bao gồm các thành phần sau:
56
+ L c quán tính do gia t c các kh i l ợng chuyển đ ng tịnh ti n c a ô tô, ký hi u Fj‟.
+ L c quán tính do gia t c các kh i l ợng chuyển đ ng quay c a ô tô ( gồm các kh i l ợng chuyển đ ng quay c a đ ng c , c a h th ng truy n l c và c a các bánh xe), ký hi u Fj”. Fj = [ G g +(Icit2ηt+ Ib rb2 )].j = [1+(Icit2ηt+ Ib Grb2 )g]. G g j (4-14) Trong đó:
+ Ic – là mô ment quán tính c a bánh đƠ đ ng c vƠ các chi ti t quay khác c a đ ng c quy dẫn v trục khuỷu.
+ In – là mô ment quán tính c a chi ti t quay th n nƠo đó c a h th ng truy n l c đ i v i trục quay c a chính nó.
+ Ib – là mô ment quán tính c a m t bánh xe ch đ ng đ i v i trục quay c a nó.
+ c– là gia t c góc c a trục khuỷu đ ng c .
+ n – là gia t c góc c a chi ti t quay th n c a h th ng truy n l c. + b – là gia t c góc c a bánh xe ch đ ng.
+ it– là tỷ s truy n c a h th ng truy n l c.
+ in – là tỷ s truy n tính từ chi ti t quay th n nƠo đó c a h th ng truy n l c t i bánh xe ch đ ng.
+ ηt– là hi u suất c a h th ng truy n l c.
+ ηn – là hi u suất tính từ chi ti t quay th n nƠo đó c a h th ng truy n l c t i bánh xe ch đ ng. Đặt δi = 1+(Icit2ηt+ Ib Grb2 )g , ph ng trình (4-14) đ ợc vi t l i nh sau: Fj = δi G g j = mv (4-15)
57
4.2.2. Các l c tác d ng lên mặt phẳng ngang 4.2.2.1. L c bên Fy
L c bên là ph n l c c a mặt đ ng tác dụng lên bánh xe, có ph ng vuông góc mặt phẳng dọc c a bánh xe, đặt t i vị trí ti p xúc giửa bánh xe v i mặt đ ng. Khi ô tô chuyển đ ng l c ngang Fy có thể xuất hi n do ô tô chuyển đ ng trên đ ng mấp mô hoặc mặt đ ng bị nghiêng ngang, do l p bị bi n d ng, do tác dụng c a gió ngang, do phanh trên đ ng tr n,… t i vùng ti p xúc c a l p v i mặt đ ng sẽ bị l ch đi m t góc so v i mặt phẳng quay c a bánh xe, góc nƠy đ ợc gọi là góc l ch bên. M i quan h gi a l c bên tác dụng vào bánh xe và góc l ch bên c a l p đ ợc trình bƠy trên đồ thị.
Hình 4.5: Đồ thị quan h giửa l c bên và góc l ch bên
Trên đồ thị đo n OA t ng ng v i s l ch bên c a l p (không có s tr ợt bên). Đo n Aψ đặc tr ng cho s tr ợt cục b từ lúc bắt đầu t i điểm A cho đ n khi tr ợt hoàn toàn t i điểm B. T i th i điểm tr ợt hoàn toàn, ph n l c bên đ t t i giá trị c a l c bám ngang c a l p v i mặt đ ng.
Các lo i xe ô tô du lịch sử dụng lo i l p cao su đƠn hồi, cho nên ô tô chuyển đ ng d i tác dụng c a t i trọng, ph n l c từ mặt đ ng làm cho l p bị bi n d ng t c là các thông s hình học c a bánh xe bị thay đổi nh bán kính c a bánh xe, góc l ch bên do đó giá trị c a l c ngang cũng bịthay đổi theo.
Khi chuyển đ ng trên đ ng hi n t ợng l ch bên c a l p nh h ng đ n tính năng đi u khiển và tính an toàn chuyển đ ng c a ô tô, đặc bi t lƠ đ i v i ô tô có vận t c cao. Trong quá trình chuyển đ ng nhất lƠ khi vƠo đ ng vòng, do có góc l ch bên c a l p sẽ gây ra hi n t ợng quay vòng thi u, quay vòng thừa, nh ng hi n
58
t ợng này nh h ng xấu đ n tính đi u khiển c a ô tô, nhất là hi n t ợng quay vòng thừa.
Coi quan h gi a l c ngang Fy và góc l ch bên cùa bánh xe α lƠ tuy n tính, khi đó l c bên Fy đ ợc tính theo công th c sau:
Fy = Cα. α (4-16) Trong đó: + ωα–lƠ đ c ng c a l p xe ô tô, nó chính là h s góc c a đồ thị Fy–α [N/rad].
Cα = 250 ÷ 750 (N/đ ):Đ i v i ô tô du lịch Cα = 1150 ÷ 1650 (N/đ ):Đ i v i xe t i α – là góc l ch bên c a l p xe [ rad].
Gi i h n c a l c bám ngang Fy không v ợt quá giá trị c a l c bám ngang Fφy, Fy ≤ Fφy. Gi sử ô tô có các bánh xe cầu tr c dẫn h ng, n u l c bám ngang c a các bánh xe tr c v ợt quá giá trị bám ngang c a chúng thì ô tô sẽ bị mất tính dẫn h ng, còn n u giá trị l c bám c a các bánh xe cầu sau v ợt quá gi i h n bám c a chúng, khi đó ô tô sẽ bị mất tính ổn định. Trong nghiên c u tính ổn định c a ô tô n u vi ph m m t trong hai tr ng hợp trên đ u không đ t.
4.2.2.2. L c ly tâm Flt
L c ly tâm xuất hi n khi ô tô chuyển đ ng trên đ ng vòng. L c ly tâm qui c đặt t i trọng tâm T c a ô tô, tính theo công th c:
Flt = G
g v2
R = mv2
R = mv(β+Ψ) (4-17) Theo công th c trên nhận thấy l c ly tâm phụ thu c vƠo bình ph ng vận t c và bán kính quay vòng. Khi ô tô chuyển đ ng vận t c cao trên đ ng vòng, l c ly tâm sẽtăng lên vƠ đóng vai trò lƠ l c ngang, n u l c ly tâm c tăng lên đ n m t giá trị nƠo đó l n h n gi i h n bám ngang c a bánh xe v i mặt đ ng sẽ gây ra hi n t ợng tr ợt ngang làm mất tính ổn định hoặc tính dẫn h ng c a ô tô.
4.3. Mô hình kh o sát và các quan h đ ng l c h c
Trong nghiên c u quỹđ o chuyển đ ng c a ô tô cần thi t ph i đ a ra mô hình mô t chuyển đ ng c a ô tô. Mô hình đ n gi n ch a đáp ng đ ợc mục tiêu nghiên
59
c u c a đ tài, do đó đ a ra m t s mô hình nghiên c u nh sau: mô hình m t v t đểlƠm c s cho vi c xây d ng các ph ng trình mô t quỹđ o chuyển đ ng c a ô tô. Trên hình (4.6) đƣ trình bƠy mô hình kh o sát chuyển đ ng quay vòng c a ô tô 2 cầu ch đ ng v i các gi thuy t sau đơy:
- Thơn xe đ ợc xem nh m t dầm n i c ng v i các bánh xe cầu tr c và cầu sau, cầu tr c dẫn h ng quay m t góc δ vận t c không đổi, gi thi t xe quay vòng v i góc xoay nh , tgβ ≈β.
- Trong quá trình quay vòng ô tô chuyển đ ng trên đ ng bám kém.
- Chỉ kh o sát tr ng hợp ô tô quay vòng đ u v = const, bán kính R= const. - Chỉ xét khi ô tô quay vòng trên đ ng bằng, l c c n lên d c Fi =0.
- Kh i l ợng c a xe quy v t i tọa đ trọng tâm, các bánh xe c a cầu tr c và cầu sau chuyển v tâm gi a các cầu. Khi lập ph ng trình chuyển đ ng có kể đ n
nh h ng c a các góc l ch bên c a các bánh xe, góc l ch bên nh nên. tgα1≈α1, tgα2≈ α2.
- Trong tr ng hợp tổng quát xét đ n s bi n d ng c a l p xe, khi đó các điểm đặt l c t i điểm ti p xúc c a bánh xe v i mặt đ ng bị l ch so v i tâm trục bánh xe m t kho ng là n, do n<< a, nên khi vi t ph ng trình chuyển đ ng c a ô tô ta có thể b qua.
- B qua nh h ng c a l c gió bên.
- B qua nh h ng c a h th ng treo trong quá trình kh o sát, coi nh các bánh xe đ ợc ghép tr c ti p vào thân xe.
- B qua nh h ng c a thay đổi t i trọng trái- ph i do bi n d ng c a h th ng treo và do l c ngang.
- Không kh o sát các chuyển đ ng dao đ ng c a xe. - Các bánh xe bên trái – ph i lƠ nh nhau.
60
4.3.1. Mô hình đ ng l c h c ô tô 2 c u ch đ ng (4x4)
Hình 4.6: Mô hình đ ng l c học quay vòng c a ô tô 4x4
Xây d ng h ph ng trình đ ng l c học quay vòng c a ô tô 2 cầu ch đ ng. Ph ng trình cơn bằng l c theo ph ng x:
Fk2 – Ff2– Fqt.cosβ + Flt.sinβ - F + (Fk1- Ff1)cosδ - Fy1.sinδ =0 (4-18) Ph ng trình cơn bằng l c theo ph ng y:
Fy2 – Fqt.sinβ – Flt.cosβ +(Fk1- Ff1)sinδ + Fy1.cosδ =0 (4-19) C ng hai ph ng trình (4-18) và (4-19) theo ph ng x vƠ theo ph ng y, xét tr ng hợp ô tô chuyển đ ng đ u (v = const) do đó v = 0.
Flt(sinβ–cosβ)+Fy1(cosδ-sinδ)+(Fk1–Ff1)(cosδ+sinδ)+Fk2
– Ff2 - F +Fy2=0 (4-20)
Ph ng trình mômen t i trọng tâm C:
Fy2.b – Fy1..a.cosδ + (Ff1– Fk1).a.sinδ + Mf1 + Mf2 + Mz1
+ Mz2 + Iz.Ψ =0 (4-21)
Từph ng trình (4-20) và (4-21) ta vi t l i nh sau:
β= −1
mv(sinβ– cosβ)[Fy1(cosδ - sinδ) + (Fk1–Ff1)(cosδ + sinδ) +
61
Ψ = 1
� [Fy1.a.cosδ + (Fk1– Ff1)a.sinδ - Fy2.b – Mf1- Mf2- MZ1- MZ2] (4-23) Ph ng trình(4-22) và (4-23) lƠ ph ng trình quay vòng c a ô tô hai cầu ch đ ng.
4.3.2. Mô hình đ ng l c h c ô tô c u tr c ch đ ng
Hình 4.7: Mô hình đ ng l c học quay vòng c a ô tô cầu tr c ch đ ng Xây d ng h ph ng trình đ ng l c học quay vòng ô tô cầu tr c ch đ ng. Ph ng trình cơn bằng l c theo ph ng x:
– Ff2– Fqt.cosβ + Flt.sinβ - F + (Fk1- Ff1)cosδ - Fy1.sinδ =0 (4-24) Ph ng trình cân bằng l c theo ph ng y:
Fy2 – Fqt.sinβ – Flt.cosβ +(Fk1- Ff1)sinδ + Fy1.cosδ =0 (4-25) C ng hai ph ng trình (4-24) và (4-25) theo ph ng x vƠ theo ph ng y, xét tr ng hợp ô tô chuyển đ ng đ u (v = const) do đó v = 0.
Flt(sinβ–cosβ)+Fy1(cosδ-sinδ)+(Fk1–Ff1)(cosδ+sinδ)– Ff2 - F +Fy2=0 (4-26) Ph ng trình mômen t i trọng tâm C:
Fy2.b – Fy1..a.cosδ + (Ff1– Fk1).a.sinδ + Mf1 + Mf2 + Mz1
+ Mz2 + Iz.Ψ =0 (4-27)
62
β= −1
mv(sinβ– cosβ)[Fy1(cosδ - sinδ) + (Fk1–Ff1)(cosδ + sinδ)
– Ff2 - F + Fy2] - Ψ (4-28)
Ψ = 1
� [Fy1.a.cosδ + (Fk1– Ff1)a.sinδ - Fy2.b – Mf1- Mf2- MZ1- MZ2] (4-29) Ph ng trình(4-28) và (4-29) lƠ ph ng trình quay vòng c a ô tô cầu tr c ch đ ng.
4.3.3. Mô hình đ ng l c h c ô tô c u sau ch đ ng
Hình 4.8: Mô hình đ ng l c học quay vòng c a ô tô cầu sau ch đ ng Xây d ng h ph ng trình đ ng l c học quay vòng c a ô tô 2 cầu ch đ ng. Ph ng trình cân bằng l c theo ph ng x:
Fk2 – Ff2– Fqt.cosβ + Flt.sinβ - F - Ff1.cosδ - Fy1.sinδ =0 (4-30) Ph ng trình cơn bằng l c theo ph ng y:
Fy2 – Fqt.sinβ – Flt.cosβ - Ff1.sinδ + Fy1.cosδ =0 (4-31) C ng hai ph ng trình (4-30) và (4-31) theo ph ng x vƠ theo ph ng y, xét tr ng hợp ô tô chuyển đ ng đ u (v = const) do đó v = 0.
Flt(sinβ–cosβ)+Fy1(cosδ-sinδ) –Ff1.(cosδ+sinδ)+Fk2– Ff2 - F +Fy2=0 (4-32) Ph ng trình mô men t i trọng tâm C:
63
Fy2.b – Fy1..a.cosδ + Ff1.a.sinδ + Mf1 + Mf2 + Mz1 + Mz2 + Iz.Ψ =0 (4-33) Từph ng trình (4-32) và (4-33) ta vi t l i nh sau:
β= −1
mv(sinβ– cosβ)[Fy1(cosδ - sinδ) –Ff1.(cosδ + sinδ) +
Fk2 – Ff2 - F + Fy2] - Ψ (4-34)
Ψ = 1
� [Fy1.a.cosδ – Ff1.a.sinδ - Fy2.b – Mf1- Mf2- MZ1- MZ2] (4-35) Ph ng trình(4-34) và (4-35) lƠ ph ng trình quay vòng c a ô tô cầu sau ch đ ng.
Gi i thích các ký hi u trên mô hình
Fk1,Fk2– là l c kéo t i các bánh xe c a cầu tr c và cầu sau. Ff1,Ff2– là l c c n lăn c a t i các bánh xe cầu tr c và cầu sau.
Mf1,Mf2– là mô men c n lăn c a t i các bánh xe cầu tr c và cầu sau. MZ1, MZ2 - là mô men tr c a bánh xe cầu tr c và cầu sau.
Fy1,Fy2– là l c ngang t i các bánh xe cầu tr c và cầu sau. F – là l c c n gió tác dụng theo ph ng dọc.
Flt= mv(β +Ψ ) – là l c ly tâm c a ô tô khi quay vòng. Fqt = mv– là l c quán tính c a ô tô khi quay vòng. Iz - là mô men quán tính quay quanh trục z c a ô tô.
Ψ – là gia t c góc quay thân xe.
α1, α2– là góc l ch bên t i các bánh xe cầu tr c và cầu sau. δ – là góc quay c a bánh xe dẫn h ng khi quay vành tay lái.