11 TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG CỦA Ô TÔ
11.2.3.Các thông số hình học của ô tô
Các thông số hình dáng hình học bao gồm khoảng sáng mặt đường, các góc thoát, các bán kính cơ động, và hành lang quay vòng (Hình 11-8):
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông 144
Khoảng sáng mặt đường, h: là khoảng cách từ điểm thấp nhất của gầm xe đến mặt đường. Nó đặc trưng cho xe khi chuyển động trên đường gồ ghề mà
điểm thấp nhất của gầm xe không bị chạm nhấp nhô trên đường.
Góc thoát trước và sau:
Góc thoát trước tr là góc tạo bởi tiếp tuyến của lốp trước và phần nhô ra
thấp nhất của đầu xe với mặt đường. Góc thoát sau trlà góc tạo bởi tiếp tuyến
của lốp sau và phần nhô ra thấp nhất của đuôi xe với mặt đường.Các góc thoát
này đặc trưng cho xe khi chuyển động trên đường gồ ghề lớn mà đầu hoặc đuôi
xe không chạm vào mặt đường.
Bán kính cơ động dọc và ngang:
- Bán kính cơ động dọc, long là bán kính cung tròn tiếp xúc bánh xe phía trước, sau và điểm thấp nhất của gầm xe nằm trong khoảng cách giữa chúng.
- Bán kính cơ động ngang, cr là bán kính cung tròn tiếp xúc bánh xe bên phải, trái và điểm thấp nhất của gầm xe nằm trong khoảng bánh xe phải và trái.
Hành lang quay vòng, A: được đánh giá bằng không gian nhỏ nhất mà xe có thể quay vòng được an toàn. Đối với ô tô tải thông thường, được xác định bởi:
b a R R A out in Eq. 11-3 11.2.4. Các thông số kết cấu Ảnh hưởng của bánh xe chủ động và bị động a – Bánh xe bị động b – Bánh xe chủ động
Hình 11-9 (a) thể hiện lực tác dụng lên bánh xe bị động khi nó gặp vật cản
có chiều cao h.
Z = Gw ; X = T
Z = X . tan1 = T . tan1 Gw = T . tan1
h r h - 2r.h . G tan G T 2 w 1 w Eq. 11-4
R – phản lực của vật cản tác dụng vào bánh xe; RXZ T, Gw– lực tác dụng vào trục bánh xe bởi khung xe, trọng lực.
Như vậy, nếu chiều cao vật cản bằng bán kính bánh xe (h = r), lực đẩy từ
khung là vô cùng lớn, có nghĩa là bánh xe bị động không thể lăn qua được.
Khảo sát lực tác dụng trên bánh xe chủ động Hình 11-9 (b). Bánh xe chủ động chịu thêm mô men kéo Mw. Dưới tác dụng của nó, phản lực tiếp tuyến Pw của vật cản hình thành tại vết tiếp xúc.
w w w P' P'' P " w P - X T w w Z P" G Eq. 11-5
Thành phần P”w giúp cho ô tô khắc phục vật cản theo phương Z. Thành
phần P’w giúp cho ô tô khắc phục vật cản theo phương X.
Như vậy, khả năng khắc phục vật cản theo chiều cao của bánh xe bị động kém hơn bánh xe chủ động. Bánh xe bị động chỉ đơn thuần lăn qua vật cản, còn bánh xe chủ động cố gắng vượt qua vật cản. Số trục bánh xe chủ động được thể
hiện qua công thức bánh xe, được ký hiệu dưới dạng: 2m x 2n. Trong đó, m là số trục bánh xe và n là số trục bánh xe chủ động.
Ảnh hưởng của hệ thống treo
Đối với ô tô nhiều trục, nhiều cầu chủ động, hệ thống treo cho cụm trục bánh thường có kết cấu kiểu cân bằng – với mục đích phân bố hợp lý tải trọng
trên các trục bánh xe. Khi ô tô đi trên đường nhấp nhô, bộ phận cân bằng của
hệ thống treo cho cụm cầu đảm bảo tất cả các bánh xe đều tiếp xúc với đường. Tuy nhiên, với những nhấp nhô quá lớn hệ thống treo có thể không đảm bảo
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông 146
được khả năng tự điều chỉnh để tất cả các bánh xe đều tiếp xúc với đường. Khi đó, hiện tượng quay trơn của một hoặc nhiều bánh xe có thể xảy ra và ô tô không thể chuyển động được nếu không có bộ phận khóa vi sai giữa các cầu.
Ảnh hưởng của vi sai giữa các bánh xe
Bộ vi sai được bố trí trên trục bánh xe, có công dụng đảm bảo cho hai bánh
xe chủ động có thể quay với vận tốc góc khác nhau. Mo men tại các bán trục: ) M (M . 0,5 M1 fr Eq. 11-6 ) M (M . 0,5 M2 fr Eq. 11-7
Với: M1, M2– mô men trên các bán trục quay chậm, nhanh;
M, Mfr – mô men tại trục vào, mô men ma sat trong vi sai.
a/ Kết cấu vi sai b/ Phân phối mô men khi chuyển động thẳng c/ Phân phối mô men khi chuyển động vòng 1 – vỏ vi sai 2 – bánh răng hành tinh 3 – bánh răng đầu bán trục 4 – đĩa ép 5 – bánh răng chậu 6 – mặt vát ở đĩa ép và trục vi sai 7 – trục vi sai8 – nắp 9, 10 – đĩa ma sát
Khi ma sát trong của vi sai nhỏ, các bánh răng phân phối phân bố đều mô
men ra các bán trục và mô men bị giới hạn bởi mô men bám trên bánh xe phía nào có hệ số bám nhỏ hơn. dyn fr p p t t max T r M ) Z . ( , ) Z . ( min . 2 F Eq. 11-8
Trong vi sai đơn giản, mô men ma sát có giá trị nhỏ nên chênh lệch mô men thường tối đa khoảng 4-6%. Do vậy, bộ vi sai đơn giản làm kém tính năng cơ động của ô tô, do giảm mô men bám – lực kéo lớn nhất – của trục bánh xe.
Lực kéo sinh ra có thể không thắng được sức cản để ô tô có thể chuyển động.
Trong các bộ vi sai loại cam hoặc trục vít, mô men ma sat lớn hơn, có thể đến
15%. Các biện pháp kết cấu để tăng mô men ma sat cũng có thể được thực
hiện, như có thể thấy đối với kết cấu ở Hình 11-10.
Trong bộ vi sai có 2 ly hợp ma sát, mà các đĩa 9 được nối với các bánh răng bán trục và các đĩa 10 được nối với vỏ bộ vi sai. Các đĩa ma sát được ép tự động bởi vì trên trục 7 của bộ vi sai và đĩa ép 4 có các cạnh vát, nhờ đó tạo nên
được lực ép dọc trục mà nó tỷ lệ với mô men truyền qua bộ vi sai. Bộ ly hợp ma sát ngăn cản sự khác biệt vận tốc góc của một bên bánh chủ động, và mô men ma sát của bộ vi sai phụ thuộc mô men cần truyền, số lượng đĩa ma sát, góc vát trên đĩa ép và trục vi sai. Khi bộ vi sai được khóa tự động, trong điều
kiện vận hành thực tế trên đường có hệ số bám khác nhau nhiều ở các bánh xe
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
Chương
12 TÍNH ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ
12.1. Khái niệm
Sự rung động thân ô tô kéo dài, gây ra do sự chuyển động của nó, sẽ làm mệt mỏi hành khách và lái xe quá mức, có thể gây ra chóng mặt và nôn, gây tác hại đến sức khỏe. Đồng thời, nó làm giảm hiệu quả công việc của người lái.
Những rung động này cũng sẽ ảnh hưởng đến tải trọng vận chuyển và ảnh hưởng đến bản thân ô tô. Do đó, sự êm dịu chuyển động cũng như tiện nghi tốt
là một trong những yêu cầu cơ bản đối với ô tô hiện đại.
Sự rung động chủ yếu do sự không bằng phẳng của mặt đường. Sự nhấp
nhô của bề mặt đường gồm hai loại: nhấp nhô nhỏ (35 mm theo chiều cao và 8-10 mm theo chiều dài) và sóng (1012 mm theo chiều cao và 58 mm theo chiều dài).
Khi đường có mật độ giao thông lớn, nhấp nhô dạng sóng thường xuất hiện
sau khoảng 12 năm sử dụng, gây xấu đến tính êm dịu chuyển động của ô tô.
12.2. Thực nghiệm tính êm dịu chuyển động của ô tô
Thí nghiệm nghiên cứu dao động của ô tô có thể được thực hiện trong
phòng thí nghiệm hoặc trên đường, bằng nhiều biện pháp. Các nhân tố, thông
số được khảo sát gồm: đánh giá chung, biên độ dao động, vận tốc dao động, gia
tốc dao động, tần số dao động của khối lượng được treo và không được treo. Có thể kích thích dao động bằng các biện pháp:
Kéo thân xe xuống và nhanh chóng thả ra.
Nâng ô tô lên bằng một bệ nâng đặc biệt đến độ cao khoảng 50-60 mm rồi nhanh chóng thả xuống. Hai biện pháp này áp dụng để thử tần số dao động và tính chất giảm dao động, cũng như xác định tâm dao động.
Lắp bánh xe ô tô thử vào băng thử với trống quay có các chỗ nhô ra
Gây dao động tuần hoàn sàn đỗ ô tô thử.
Đặt ô tô thử trên băng vô tận có nhấp nhô trên bề mặt tiếp xúc.
Để có thể có thể so sánh các ô tô thử khác nhau khi thử trên đường, dao động được kích thích bằng cách cho ô tô chuyển động trên đường nhấp nhô
nhân tạo có biên dạng đã xác định trước. Vận tốc chuyển động của ô tô cần
thiết phải giữ cố định. Các ô tô khác nhau cùng chủng loại, cùng nhóm được
thử với nhấp nhô nhất định (cùng chiều cao, chiều dài). Trong quá trình thử,
chuyển vị của khối lượng được treo và không được treo đều được ghi lại. Từ đó, có thể xác định biên độ, vận tốc, gia tốc dao động, cũng như tần số dao động của phần được treo và không được treo. Dao động góc của ô tô trong mặt
phẳng dọc Oxz cũng được xác định.
Khi nghiên cứu độ êm dịu của ô tô và tính toán hệ thống treo, cần thiết phải xác định mô men quán tính Ib của khối lượng được treo, đối với trục đi qua
trọng tâm và song song với phương Oy. Phương pháp thực hiện là xác định mô men quán tính đối với một trục của ô tô.
Hình 12-1 Xác định mô men quán tính của khối lượng được treo
Mô men quán tính của khối lượng được treo đối với O1: 2 1 2.T L c. I Eq. 12-1
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông 150 Với: c – độ cứng của lò xo
L – khoảng cách lò xo đến tâm quay O1 T1 – chu kỳ dao động
Mô men quán tính của khối lượng được treo đối với trọng tâm O: 2 o b 1 b I -m .R I Eq. 12-2
12.3. Các đặc trưng êm dịu chuyển động của ô tô
Sự ảnh hưởng của dao động của ô tô đối với con người được đánh giá một
cách chủ quan. Sự dao động của ô tô được đánh giá bởi các đặc trưng sau đây.
Chu kỳ dao động, T là khoảng thời gian mà ô tô thực hiện đầy đủ một dao động. Tần số dao động, n là số dao động trong một đơn vị thời gian.
Biên độ dao động, zmax là chuyển vị lớn nhất của thân ô tô từ vị trí cân
bằng.
Vận tốc dao động là đạo hàm bậc nhất theo thời gian của chuyển động dao động.
Gia tốc dao động là đạo hàm bậc hai theo thời gian của chuyển động dao động của ô tô.
Tốc độ thay đổi gia tốc dao động là đạo hàm bậc ba theo thời gian của
chuyển động dao động của ô tô.
Dao động của ô tô có thể được phân tích thành các dao động tần số cao
(513 Hz) và các dao động có tần số thấp (0,82,0 Hz). Các khối lượng không được treo thường dao động với tần số cao và các khối lượng được treo dao động với tần số thấp.
Dao động tần số cao, khi xuất hiện với biên độ nhỏ gây cảm giác khó chịu. Dao động tần số thấp cũng gây cảm giác khó chịu do nó gây cảm giác say xe. Con người không có cảm giác dao động khi đi bộ do đã quen với dao động có
tần số 1,171,66 Hz từ khi còn nhỏ. Do đó, tần số dao động của ô tô nên được
Sự thay đổi tần số dao động ảnh hưởng mạnh đến con người hơn là thay đổi
về biên độ dao động.
Khi tốc độ dao động tăng, sự êm dịu chuyển động kém đi. Tính chất rung động và vận tốc dao động được diễn tả như trong bảng sau đây.
Bảng 12-1 Tính chất rung động và vận tốc dao động Tính chất dao động Vận tốc dao động [m/s] Không cảm nhận được 0,035 Khó cảm nhận được 0,035 0,1 Cảm nhận được 0,1 0,2 Cảm nhận rõ 0,2 0,3 Khó chịu, rất khó chịu 0,3 0,4
Bảng 12-2 Giới hạn gia tốc dao động đối với cảm giác con người Gia tốc dao động [m/s2 ] tạo cảm giác Tần số dao động [Hz] Khó chịu Bệnh tật 1 2,3 2,7 1,5 2,1 2,5 2 1,9 2,3 3 1,7 2,0
Bảng 12-3 Gia tốc cho phép [m/s2] đối với các dạng dao động
Dao động Điều kiện Thẳng đứng Dọc, ngang Nghiêng Đi chậm 1,0 0,6 0,5 Đi xe 2,5 1,0 0,7 Di chuyển ngắn 4,0 2,0 1,0
Khi tần số dao động tăng, ngay cả dao động với gia tốc nhỏ cũng gây cảm
giác khó chịu hoặc gây bệnh.
Với những tần số mà thân xe dao động, tốc độ thay đổi gia tốc dao động có ảnh hưởng lớn nhất đến sự ịu chuyển động của ô tô. Cảm giác bứt rứt xuất
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông 152 hiện khi tốc độ thay đổi gia tốc ở khoảng 25 m/s3
và cảm giác khó chịu, ở
khoảng 40 m/s3
. Do đó, tốc độ thay đổi gia tốc của dao động ô tô không nên quá 25 m/s3. Bảng 12-3 mô tả các giá trị gia tốc cho phép đối với sức khỏe con người (tuổi trung niên).
Sau đây ta xây dựng mối quan hệ giữa các đặc trưng êm dịu chuyển động
của ô tô. Với mục đích này, ta khảo sát dao động điều hòa của một hệ dao động
một bậc tự do có trọng lượng G. Độ cứng của hệ dao động là c.
Ở trạng thái tự do của lò xo, hệ có vị trí I. Khi hệ ở trạng thái cân bằng II,
lò xo chịu biến dạng tĩnh dưới tác dụng của trọng lượng G. Chuyển vị của lò xo
được xác định bởi c G
zo Eq. 12-3
Nén lò xo để đưa hệ ra vị trí III, xa vị trí cân bằng và thả ra, hệ sẽ dao động.
Bằng các thiết bị ghi dao động, ta có được đồ thị quan hệ vị trí của hệ theo thời
gian cũng như có thể xác định biên độ zmax, chu kỳ T của dao động. Phương
trình vi phân mô tả dao động có dạng: 0 z . c dt z d . m 2 2 Eq. 12-4
Nghiệm của phương trình:
.t sin . z t . m c sin . z
z max max Eq. 12-5
Với m c là tần số góc của dao động - Vận tốc dao động: .t cos . . z dt dz v max Eq. 12-6 - Gia tốc dao động: .t sin . . z - dt z d j max 2 2 2 Eq. 12-7
- Tốc độ thay đổi gia tốc dao động:
.t cos . . z - dt z d 'j 3 max 3 3 Eq. 12-8
Tần số góc và tần số dao động n liện hệ với nhau bởi: