Các thông số ban đầu cho việc tính toán và chọn công suất của động cơ điện: - Tổng tải trọng của xe là: G = 170 kg.
- Khả năng vượt dốc với α là 6o.
- Loại lốp: 3.00-10.
Công suất cần thiết của động cơ điện có thể tạo ra lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động (hai bánh xe sau) của ô tô thiết kế được sử dụng để khắc phục các lực cản chuyển động sau: lực cản lăn, lực cản dốc, lực cản không khí và lực quán tính.
Hình 3. 9: Sơ đồ đặt lực
Trường hợp tổng quát, ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:
k f i j
P P �P P �P 232\* MERGEFORMAT (.)
Pk - lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động; Pf - lực cản lăn;
Pi - lực cản dốc;
Pω - lực cản không khí; Pj - lực cản quán tính.
Tính cho trường hợp xe lên dốc (cho độ dốc là 10 %): sin 0,1� � 6o. - Lực cản lăn được tính:
f 1 2 tb
P f.(Z Z ) f .G .cos
333\* MERGEFORMAT (.) Với: f là hệ số cản lăn (Chọn đường nhựa tốt có: fo 0,018. Khi vận tốc v <= 80km/h. Hệ số cản của mặt đường được xác định f f o 0,018).
tb
G m.g 170.9,81 1667,7 N : là tổng trọng tải của xe thiết kế (g: gia tốc trọng
trường, lấy g = 9,81 m/s2). Do đó: o f P 0,018.1667,7.cos6 29,85 N - Lực cản lên dốc được tính: i tb P G .sin 434\* MERGEFORMAT (.)
Với: sinα là độ dốc của mặt đường, nếu độ dốc là 10 % thì ta sẽ có:
o i P 1667,7.sin 6 174,32 N - Lực cản không khí: P K.F.v2 (3.4) Trong đó:
K là hệ số khí động của ô tô (K phụ thuộc hình dạng khí động học của xe, chất lượng bề mặt vỏ xe,...: xe du lịch K = 0,4 ÷ 0,5 Ns2/m4; xe khách K = 0,4 ÷ 0,6 Ns2/m4; xe tải K = 0,6 ÷ 0,85 Ns2/m4). Chọn K = 0,5 Ns2/m4.
F là diện tích cản chính diện của xe (m2):
+ Xe du lịch:F 0,8B H o . (3.6)
Với xe thiết kế chọn:F 0,8B H o .
Trong đó: Bo là chiều rộng của xe (m), Bo = 0,85m; H là chiều cao toàn bộ của xe (m), H = 1,60m.
F 0,8.0,85.1,60 1,09(m ) 2
v là vận tốc lớn nhất của xe, vận tốc lớn nhất của xe được chọn là: vmax = 30 (km/h) = 8,33 (m/s).
Vậy: P K.F.v2 0,5.1,09.8,332 37,82 N (3.7)
- Lực cản quán tính:
Khi ô tô chuyển động không ổn định (lúc tăng tốc hoặc giảm tốc) sẽ xuất hiện lực quán tính. Lực quán tính Pj gồm 2 thành phần:
+ Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô, kí hiệu là Ptj. Được xác định theo công thức:Ptj m.a (3.8) Trong đó:
Ptj: Lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến [N]; a: gia tốc chuyển động của xe [m/s2];
m: Tổng khối lượng của xe và người [kg].
+ Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ô tô (gồm các khối lượng chuyển động quay của động cơ điện, của bánh răng hộp giảm tốc và các bánh xe).Nhưng do đại lượng này nhỏ, ít ảnh hưởng đến kết quả nên có thể bỏ qua.Khi đó lực cản quán tính của ô tô được tính:
j tj
P P m.a 170.9,81.1 1667,7 N
Từ những tính toán trên, thay các giá trị tính được vào biểu thức (3.1) ta có:
k f i j
P P P P P
29,85 174,32 37,82 1667,7 1909,69 N
Đó là trường hợp cực đoan của công suất. Trong thực tế 4 lực cản này thường không xảy ra cùng lúc. Chẳng hạn, khi xe lên dốc chạy đều và vận tốc nhỏ, có thể bỏ qua lực quán tính và lực cản không khí hoặc khi xe đang chạy ở tốc độ tối đa thì xem như không tồn tại lực cản lên dốc và lực quán tính. Như vậy, lực cần thiết của động cơ ở hai trường hợp này được tính lại là:
fi f i
f f
P P P 29,85 37,82 67,67 N
Cả hai trường hợp này đều có lực cản chung nhỏ hơn trường hợp tổng quát và phù hợp với chế độ hoạt động thực tế của xe. Trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa được xem là sử dụng hết công suất của động cơ điện. Trường hợp xe leo dốc tuy lực cản có lớn hơn nhưng nếu xe chạy với vận tốc rất bé thì công suất phụ tải cũng sẽ bé hơn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa. Vì vậy ta có thể chọn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa để xác định cân bằng công suất cho động cơ, khi đó Pfω= 67,67 (N) và vận tốc của xe v = 8,33(m/s).
Ta có công suất cản của xe lúc này là:
e f f
N N N (P P ).v (29,85 37,82).8,33 563,69 W (3.9)
Đây là công cản của xe, công suất cần thiết của động cơ để cân bằng với công cản của xe trong trường hợp này, công suất cực đại yêu cầu của động cơ:
e ect
N
N
(3.10)
Hiệu suất trung bình của động cơ điện là ηdc 87% và hiệu suất của hệ thống truyền lực, ta chọn sơ bộ là ηtl = 0,99. Vậy: e ect dc tl N 563,69 N 654,46 W . 0,87.0,99 (3.11)
Chọn động cơ lắp trên xe ứng với công suất cực đại yêu cầu Nemax:
emax ect
N (1,1 1, 25).N� 719,91 818,08 W� (3.12) Vì vậy để đảm bảo xe đạt được các thông số thiết kế, chúng ta chọn động cơ điện có công suất tổng Nemax = 800 (W).