Hình dâng vỏ xe lă điều đầu tiín đập văo mắt người sử dụng xe. Do đĩ thiết kế hình dâng vỏ lă điều khơng hề đơn giản. Thiết kế vă lựa chọn hình dâng vỏ xe ta cĩ thể phđn tích theo câc vấn đề như sau:
3.3.1. Theo khí động học
Theo lý thuyết thì khi chuyển động, ơtơ phải khắc phục nhiều loại lực cản: lực cản lăn, lực quân tính, lực ma sât vă nhất lă lực cản của giĩ khi xe lao như bay về phía trước.
Hình 3 -10 Khí động học vỏ ơ tơ
Lực cản lăn liín quan đến chất lượng mặt đường, chất lượng lốp. Lực quân tính liín quan đến khối lượng vă gia tốc của xe. Lực ma sât liín quan đến vật liệu, cơng nghệ chế tạo vă dầu mỡ bơi trơn. Cịn lực cản của giĩ lại liín quan đến hình dạng khí động học vă tốc độ của xe. Đđy cũng lă loại lực cản phức tạp nhất khi nghiín cứu về câc loại lực cản tâc dụng lín ơ tơ, lực năy được xem như lă lực cản khí động học.được tạo ra bởi kết quả của hình dạng cản, sự ma sât của khơng khí với bề mặt xe vă lực nđng xe lăm sự thay đổi hệ số bâm của xe với mặt đường(thănh phần năy gđy ảnh hưởng khi vận tốc lớn).
Hình dạng cản: Sự chuyển động của xe đẩy khơng khí phía trước nĩ, tuy nhiín, khơng khí khơng thể dịch chuyển ra khỏi phía đĩ ngay lập tức vă âp suất của khơng khí do đĩ tăng lín trở thănh khí cĩ âp suất cao. Đồng thời, khơng khí phía sau xe khơng thể điền đầy khoảng trống bín trâi ngay bởi sự dịch chuyển về phía trước của xe, nĩ tạo ra vùng khí cĩ âp suất thấp. Do đĩ, sự chuyển động của xe tạo ra 2 vùng âp suất đối lập nhau bởi việc đẩy vă kĩo khơng khí ra sau được thể hiện ở hình dưới:
Kết quả hình dạng lực trín xe lă hình dạng cả khí động học xe ơ tơ vă nĩ được quyết định bởi hình dạng hình học thđn xe xe ơ tơ thiết kế.
Sự ma sât bề mặt: Khơng khí gần bề mặt của xe hầu như di chuyển với tốc độ của xe trong khi khơng khí ở ngoăi xe gần như được giữ nguyín. Câc phđn tử khí di chuyển với khoảng tốc độ rộng. Sự khâc biệt giữa hai dịng khí tạo ra sự ma sât lă kết của của thănh phần gđy ra lực cản khí động.
Lực nđng: Theo lý thuyết khí động học, khi xe chạy, luồng khơng khí phía trín mui xe di chuyển với quêng đường dăi hơn luồng khơng khí phía bín dưới gầm xe, phía trước nhanh hơn phía sau nín theo nguyín lý Bernoulli, vận tốc khâc nhau của dịng khí sẽ phât sinh chính lệch âp suất tạo nín lực nđng xe lín lăm giảm sức bâm mặt đường của lốp.
Cũng như lực cản, lực nđng tỷ lệ với diện tích mặt săn xe, với bình phương vận tốc vă hệ số nđng (Cl) – hệ số năy phụ thuộc hình dạng của xe. Ở tốc độ cao, lực nđng cĩ thể tăng quâ mức vă gđy ảnh hưởng rất xấu đến sự chuyển động của xe. Lực nđng tập trung chủ yếu ở phía sau, nếu lực nđng quâ lớn, câc bânh xe phía sau sẽ bị trượt, vă như vậy rất nguy hiểm, nhất lă khi xe chạy ở tốc độ cao hơn 200km/giờ.
Hií ̣u suđ́t khí đơ ̣ng ho ̣c của xe được xác đi ̣nh bởi hí ̣ sớ cản CD (mơ ̣t sớ sách ở Vií ̣t Nam ký hií ̣u là K). Hí ̣ sớ cản là mơ ̣t thơng sớ phu ̣ thuơ ̣c vào dií ̣n tích cản chính dií ̣n, nó cho thđ́y sự ảnh hưởng của hình da ̣ng vđ ̣t thí̉ tới lực cản khí đơ ̣ng. Hình da ̣ng có hií ̣u suđ́t khí đơ ̣ng tớt nhđ́t là hình da ̣ng mơ ̣t gio ̣t nước đang rơi, hí ̣ sớ cản CD của nó là 0,05. Mơ ̣t kií̉u xe thơng thường có hí ̣ sớ cản vào khoảng 0,3. Lực cản gió của xe tỷ lí ̣ với hí ̣ sớ cản khơng khí, dií ̣n tích cản chính dií ̣n và bình phương vđ ̣n tớc xe.
F =KFvo^2 [3.1]
Trong đĩ:
+ K: Hệ số cản khơng khí, nĩ phụ thuộc văo hình dạng ơ tơ vă chất lượng bề mặt của nĩ, phụ thuộc mật độ khơng khí Ns2/m4,
+ F: Diện tích cản chính diện của ơ tơ mây kĩo, m2, + vo: Vận tốc tương đối của ơ tơ vă khơng khí, m/s.
Bảng 3.1 – Thơng số hệ số cản theo câc loại hình dạng thđn xe khâc nhau
Hình dạng xe Loại xe Hệ số cản CD Ơ tơ mui trần 0,5 – 0,7 Xe tải chở người (>4 chỗ ngồi) 0,5 – 0,7 Xe du lịch (<4 chỗ ngồi) 0,4 – 0,55 Thđn xe hình ním 0,3 - 0,4
Đỉn vă bânh xe ở trong thđn
xe vă được phủ bởi thđn 0,2 – 0,25 Hình dạng chữ K
(vị trí thôt nhỏ) 0,23
Thiết kể theo hình
dạng giọt nước 0,15 – 0,2
Dựa văo câc thơng số trín, ta cĩ thể tính sơ bộ lực cản khí động học cho xe ơ tơ thiết kế sử dụng năng lượng mặt trời, điện vă động cơ nhiệt như sau:
Giả sử ta cĩ câc thơng số chọn như sau: + Hệ số cản K: 0.4 (hình dạng xe sẽ thiết kế)
+ Diện tích bề mặt cản phía trước: 1.7*1.2= 2,04 m2
+ Vận tốc xe tối đa: VMax= 30 km/h = 8,333 m/s (vận tốc thiết kế) + Vận tốc giĩ: Vw = 4 m/s
Lúc đĩ ta cĩ lực cản khí động sẽ lă:
(V V ) ( ) N
KF
F = − w 2 =0.4*2.04* 8.333−4 2 =15.32 [3.2]
Ta cĩ thể thấy lă lực cản rất nhỏ trong điều kiện xe đi ở tốc độ thấp với mật độ khơng khí trong lănh, do đĩ, khi tính tôn ơ tơ trong đồ ân năy ta cĩ thể bỏ qua khí động học. Tuy nhiín, để phât triển trong tương lai với câc tính năng tăng tốc, hoặc chạy được trong điều kiện giĩ lớn thì việc tính tôn khí động học vă thiết kế kiểu dâng cho xe ngay từ bđy giờ lă điều cần thiết.
Với tốc độ chậm vă mục đích xe thiết kế lă tham quan du lịch thì tính tôn thiết kế vỏ theo khí động học thật sự khơng cần thiết. Tuy nhiín đưa ra vấn đề khí động học ở đđy lă nhằm thấy rỏ vai trị của nĩ khi mă phât triển xe vơi tốc độ cao hơn trong tương lai. Theo phđn tích khí động học trín lựa chọn hình dâng ơ tơ kiểu giọt nước lă phù hợp nhất vă nĩ mang lại nhiều lợi ích.
3.3.2. Theo mục đích sử dụng
Dựa văo việc phđn tích câc mẫu ơ tơ con, ơ tơ điện, ơ tơ hybris đê cĩ sẵn trín thị trường chỉ ra ưu nhược điểm của từng loại sau đĩ đânh giâ so sânh với điều kiện của xe thiết kế, mục đích sử dụng để chọn kiểu dâng thích hợp nhất. đồng thời kết hợp với những giải phâp để giải quyết câc vấn đề cho câc hệ thống của ơ tơ.
Khi phđn tích lựa chọn hình dâng mẫu ơ tơ thiết cần chú ý tới hai vấn đề: quan hệ hình dâng vỏ ơ tơ chọn theo mục đích sử dụng vă hình dâng mẫu ơ tơ theo mối quan hệ giữa khung với vỏ.
Vỏ ơ tơ lă một phần của ơ tơ dùng để bố trí người vă hăng hĩa theo mục đích vận chuyển. Hình dâng của vỏ ơ tơ cịn phụ thuộc: mục đích sử dụng, điều kiện sử dụng: đường bằng, đường cĩ địa hình phức tạp, kiểu dâng xe đua, thể thao...
Hình 3 - 12 Câc mẫu ơ tơ du lịch 4 chổ ngồi trín thị trường
Ơ tơ thiết kế lă ơ tơ du lịch cĩ bốn chỗ ngồi vă bố trí khoảng 10Kg hănh lý, nín thơng thường bố trí cĩ hai hăng ghế, xe được thiết kế vỏ hở để đảm bảo độ thơng thông vă dể dăng quan sât...
3.3.3. Theo mối quan hệ giữa khung vă vỏ
Theo quan điểm thiết kế chúng ta phđn biệt vỏ xe dựa theo mối liín kết giữa vỏ xe vă khung bệ ra lăm ba loại: Vỏ xe khơng chịu tải(khung chịu tải), vỏ vă khung xe cùng chịu tải, vỏ chịu tải(khung khơng chịu tải)
- Vỏ xe khơng chịu tải:
Hình 3 - 13 Kiểu vỏ xe khơng chịu tải
Trong trường hợp năy vỏ xe khơng chịu tâc dụng của câc lực vă mơ men tâc dụng từ đường, thậm chí kể cả câc nội lực vă mơ men từ hệ thống truyền lực, hệ thống treo, khung bệ mang theo câc bộ phận điều khiển vă truyền động văo vỏ xe.
Loại năy vỏ xe vă khung được nối đăn hồi với nhau, gđy ra sự dịch chuyển giữa vỏ xe vă khung bệ từ đĩ gđy ra tải trọng.
Vỏ xe loại khơng chịu tải ngăy nay được sử dụng nhiều ở câc loại xe tải, xe kĩo moĩc vă bân moĩc, du lịch loại lớn, hạn chế dùng cho loại xe du lịch vì lăm tăng khối lượng của xe.
- Vỏ xe chịu tải:
Cĩ thể chia lăm hai loại: vỏ xe chịu bân tải vă vỏ xe chịu toăn tải. Nếu khung vă vỏ xe được nối cứng với nhau nhưng cĩ thể thâo ra được, vỏ vă khung cùng chịu câc tải trọng tĩnh vă tải trọng động phât sinh trong quâ trình chuyển động gọi lă vỏ xe chịu bân tải.
Hình 3 – 14 Vỏ xe dạng chịu nữa tải
Nếu nối cứng vỏ xe loại bân tải bằng liín kết (khơng thâo được) thì vỏ xe đĩ gọi lă vỏ xe chịu lực hoăn toăn.
Vỏ xe chịu tải khơng cĩ khung bệ riíng vă hệ thống truyền lực cùng với câc bộ phận cịn lại của chúng (hệ thống lâi, cầu xe) được gắn với vỏ xe trực tiếp hoặc qua mối liín kết trung gian.
Điểm cơ bản của vỏ xe chịu tải lă sử dụng kết cấu như một bộ phận chịu tải khơng chỉ riíng đối với câc hệ thống truyền lực mă cả những tải trọng xuất hiện trong quâ trình chuyển động.
Ưu điểm: Loại năy lă kết cấu gọn nhẹ, khả năng tự động hĩa cao, tuy nhiín
nhược điểm lă đầu tư lớn, hạn chế khi thay đổi kiểu vỏ xe.
Hình 3 -16 Một số dạng vỏ xe chịu tải
a- cĩ hai thanh dọc theo thđn xe; b- cĩ xương; c- cĩ bộ phận đỡ trước; d- cĩ bộ phận đỡ sau; e- cĩ bộ xương trong đầy đủ;
f- cĩ bộ xương trong hạn chế
3.3.4. Chọn vỏ xe cho xe thiết kế
Trín cơ sở phđn tích trín hình dâng vỏ lựa chọn thiết kế cho ơ tơ du lịch bốn chỗ ngồi, việc phđn tích hình dâng vỏ theo khí động học lă điều tất yếu tuy nhiín xe thiết kế lă xe cĩ tốc độ di chuyển thấp nín ta khơng sử dụng tiíu chí năy cho việc chọn vỏ xe. Phđn tích theo mục đích sử dụng gắn liền với mục đích thực tế của đề tăi. Với mục đích lă tham quan du lịch, trín cơ sở phđn tích thì ta chọn vỏ xe lă loại vỏ hở. Chọn vỏ hở vì xe thiết kế cho mục đích lă tham quan du lịch với tốc độ thấp do đĩ mă chọn vỏ hở sẽ đảm bảo được yếu tố về tầm quan sât cảnh quan, về độ thơng thông vă cảm giâc thoải mâi. Theo quan hệ giữa khung - vỏ, khung ta lựa chọn lă loại khung chịu hoăn toăn tải trọng do đĩ mă vỏ ở đđy lă loại vỏ xe khơng chịu tải.
W 1 10 0 L L1 L2 H
Hình 3 - 17 Hình dâng ban đầu vỏ xe