Một số thông số hình học của xe cũng là yếu tố đánh giá tính năng cơ động của xe.
Trên đƣờng phẳng nhƣ các đƣờng cao tốc, đƣờng quốc lộ, có thể các thông số hình học của xe ít ảnh hƣởng đến tính năng cơ động của xe. Trƣờng hợp này điều đƣợc quan tâm hơn là dạng khí động học của xe. Xe cần phải có dạng khí động học hợp lý sao cho vừa đảm bảo tính thẩm mỹ vừa có hệ số cản không khí nhỏ.
Tuy nhiên nếu xe đi trên đƣờng xấu: nhiều ổ gà, sống trâu, có nhiều cầu, phà, ... thì một số thông số hình học của xe sẽ có ảnh hƣởng trực tiếp đến tính năng cơ động của xe. Các thông số hình học đó là: khoảng sáng gầm xe, bán kính cơ động dọc và ngang, góc thoát trƣớc và sau, bán kính bánh xe...
Hình 1.9. Một số thông số hình học của xe
a. Khoảng sáng gầm xe
Khoảng sáng gầm xe là khoảng cách giữa mặt đƣờng và điểm thấp nhất của gầm xe (hình 1.9).
Khoảng sáng gầm xe KS là thông số đặc trƣng cho chiều cao của chƣớng ngại vật mà xe có thể đi qua đƣợc. Nếu chiều cao của chƣớng ngại vật lớn hơn khoảng sáng gầm xe thì xe không thể vƣợt qua đƣợc. Một số thông số tham khảo:
Xe có tính năng cơ động thấp: Xe du lịch: KS = 175 ÷ 210 mm; xe tải: KS = 240 ÷ 275 mm. Xe có tính năng cơ động cao giá trị này có thể tăng lên 20 ÷ 50 mm. Đặc biệt có những xe có khoảng sáng gầm xe đạt 400 mm hoặc hơn nữa.
31
Bán kính cơ động dọc ρ1 và ngang ρ2 là bán kính các vòng tròn tiếp xúc với các bánh xe và điểm thấp nhất của gầm xe trong mặt phẳng dọc và ngang (hình 1.9). Nếu khoảng sáng gầm xe là thông số đặc trƣng cho chiều cao của chƣớng ngại vật mà xe có thể đi qua đƣợc thì bán kính cơ động đặc trƣng cho chiều dài, chiều rộng và hình dạng của chƣớng ngại vật mà xe có thể vƣợt qua đƣợc. Nhìn trên hình 1.9 nếu chƣớng ngại vật có đƣờng kính theo chiều dọc nhỏ hơn ρ1 hoặc bán kính theo chiều ngang nhỏ hơn ρ2 là xe không vƣợt qua đƣợc. Nhƣ vậy, bán kính cơ động của xe càng nhỏ thì tính năng cơ động càng cao.
Bán kính cơ động dọc của loại xe 4x2 thƣờng nằm trong giới hạn sau: xe du lịch: loại nhỏ: 2,5 ÷ 3,4 m; loại trung bình: 3,5 ÷ 5,5 m; loại lớn: 5,5 ÷ 8,5 m; xe tải: loại nhỏ: 2,5 ÷ 3,4 m; loại trung bình: 3,5 ÷ 5,5 m; loại lớn: 5,0 ÷ 6,0 m.
c. Góc cơ động trước α1 và góc cơ động sau α2 (còn gọi là góc thoát trƣớc và góc thoát sau)
Góc cơ động trƣớc (hoặc sau) là góc giữa mặt đƣờng và đƣờng thẳng đi qua điểm thấp nhất phía trƣớc (hoặc sau) và tiếp xúc với bánh xe (hình 1.12). Các thông số này đặc trƣng cho khả năng xe có thể vƣợt qua đƣợc chƣớng ngại vật lớn nhƣ đƣờng hào, gò đống, đặc biệt là cầu phà.
Đối với các ô tô hiện nay các góc này thƣờng có các giá trị sau: Xe du lịch có tính năng cơ động thấp: α = 200
÷ 300; α2 = 150 ÷ 200; Xe tải có tính năng cơ động thấp: α = 400 ÷ 500; α2 = 200 ÷ 400; Xe có tính năng cơ động cao: α ≥ 450 ÷ 500; α2 = 350 ÷ 400;
d. Bán kính bánh xe
Bánh xe là nơi xe tiếp xúc với chƣớng ngại vật. Bán kính bánh xe cũng là thông số quan trọng ảnh hƣởng tới khả năng vƣợt chƣớng ngại vật của xe. Ngoài ra tùy thuộc bánh xe là chủ động hay bị động mà khả năng vƣợt chƣớng ngại vật của xe cũng khác nhau.
32
Hình 1.10. Bánh xe bị động Hình 1.11. Bánh xe chủ động Xét một bánh xe bị động bán kính rb đang vƣợt chƣớng ngại vật có chiều cao h nhƣ hình 1.10. Bánh xe tiếp xúc với chƣớng ngại vật tại điểm O. Điều kiện để bánh xe vƣợt qua chƣớng ngại vật là:
T(rb – h) ≥ Ga (1.26) Trong đó G là trọng lƣợng xe phân bố lên bánh xe; T là lực tác động từ khung xe.
Có thể coi rằng:
T = Fk (1.27) Fk là lực kéo và mô men kéo do bánh xe chủ động sinh ra.
Kết hợp 1.26, 1.27 ta có điều kiện để xe có thể vƣợt đƣợc chƣớng ngại vật:
h r a G F b k (1.28) Nhìn vào công thức 1.28 chiều cao h của chƣớng ngại vật càng lớn, xe càng khó vƣợt, khi h ≥ rb thì xe không thể chuyển động đƣợc cho dù lực kéo Pk lớn đến mấy. Mặt khác ta cũng thấy khi rb tăng thì khả năng vƣợt chƣớng ngại vật của xe cũng tăng lên.
Trong trƣờng hợp bánh xe chủ động (hình 1.11): Bản thân bánh xe có mô men kéo Mk, khi đó điều kiện để xe có thể vƣợt đƣợc chƣớng ngại vật:
Mk ≥ Ga (1.29) Chú ý rằng ở đây ta bỏ qua lực T. Lực T là lực tác động từ khung xe lên bánh xe chủ động, trong trƣờng hợp này là lực cản lăn của các bánh xe bị động.
Hay: b k r a G F (1.30)
33
So sánh công thức 1.28 và 1.30 ta thấy nếu chƣớng ngại vật có hình dạng nhƣ hình vẽ 1.14 thì bánh xe chủ động có khả năng vƣợt chƣớng ngại vật tốt hơn bánh xe bị động.
Tuy nhiên những điều nói trên đây mới chỉ là điều kiện cần vì ta chƣa xét đến khả năng bám của bánh xe tại điểm O là điểm tiếp xúc bánh xe với chƣớng ngại vật.
Lực bám của bánh xe chủ động tại điểm O đƣợc tính nhƣ sau:
Fφ = Rφ (1.31) Kết hợp với công thức ta có điều kiện để xe có thể vƣợt đƣợc chƣớng ngại vật:
Ga ≤ Mk ≤ Rφrb (1.32)
Kết luận: Đối với ô tô và máy kéo, đặc biệt là ô tô và máy kéo có tính năng
cơ động cao thƣờng đƣợc bố trí tất cả các cầu là cầu chủ động để tận dụng tối đa trọng lƣợng sử dụng của xe thành trọng lƣợng bám nhằm mục đích nâng cao chất lƣợng kéo - bám của ô tô và máy kéo. Nhờ kết cấu này mà ô tô có thể vƣợt lầy hoặc khắc phục hiện tƣợng trƣợt quay khi một cầu bị trƣợt hoàn toàn để chuyển động. Cùng với mục đích này mà máy kéo cũng đƣợc bố trí hai cầu đều là cầu chủ động thí dụ máy kéo MTZ52 và MTZ82; Kubota, yanma... đều có công thức bánh xe 4x4. Tuy nhiên việc ô tô và máy kéo có các cầu đều là chủ động, bên cạnh mặt ƣu điểm là tăng chất lƣợng kéo - bám thì ở hệ thống truyền lực của ô tô và máy kéo này xuất hiện hiện tƣợng tuần hoàn công suất. Trong ô tô và máy kéo sự truyền động mô men từ động cơ tới cầu trƣớc và cầu sau có thể thông qua hộp phân phối cơ khí hoặc qua bộ vi sai giữa các cầu. Để nghiên cứu khả năng cơ động của ô tô có rất nhiểu phƣơng pháp nhƣ: Phƣơng pháp lực, phƣơng pháp dòng lực và phƣơng pháp mô hình liên kết để phân tích hệ thống và xây dựng mô hình toán học. Phƣơng pháp dòng lực là phƣơng pháp rất mạnh, rất thích hợp để xây dựng mô hình toán học cho các loại hệ thống truyền lực có kết cấu và hoạt động phức tạp.