Cân bằng lực kéo của ô tô

Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động của ô tô được sử dụng để khắc phục các lực cản chuyển động sau đây: Lực cản lăn, lực cản dốc, lực cản không khí, lực quán tính. Biểu thức cân bằng giữa lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động và tất cả các lực cản riêng biệt được gọi là phương trình cân bằng lực kéo của ô tô.

Trong trường hợp tổng quát, ta biểu thị như sau:

w

k f i j

P P  P P P (3-10) Ở đây:

k

P - lực kéo tiếp tuyến phát ra ở các bánh xe chủ động; . . e tn t kn b M i P r   =>Pk11.15KN;Pk20.588KN;Pk30.339KN;Pk40.207KN; 5 0.164 k P  KN;Pkl 1.041KN;

f P - lực cản lăn; cos 0.014 42.5 0.595 f f P  fG P    KN; i P - lực cản dốc   0 Pi 0; w P - lực cản không khí; 2 2 w W w 1.8 23.3 0.97 P  v P    KN; j P - lực cản quán tính 42.5 1.0897 0.14 0.64 10 j i j G P j P KN g       ;

Trong phương trình (3-10), lực cản lăn luôn có giá trị dương, lực cản dốc có giá trị dương khi ô tô chuyển động lên dốc và có giá trị âm khi ô tô chuyển động xuống dốc. Lực cản không khí có giá trị dương khi ô tô chuyển động không có gió hoặc có gió ngược chiều hoặc có gió cùng chiều chuyển động với ô tô nhưng vận tốc của gió nhỏ hơn vận tốc của bản thân ô tô. Lực cản quán tính có giá trị dương khi ô tô chuyển động tăng tốc và có giá trị âm khi ô tô chuyển động giảm tốc.

Phương trình (3-10) được biểu thị dưới dạng khai triển như sau:

2 . . cos sin W e t t i b M i G fG G v j r g       (3-11) Ở đây: e

M - Mômen xoắn của động cơ;

b

r - bán kính của bánh xe chủ động;

Theo phương trình (3-11), nếu ta tổng hợp hai lực cản lăn Pf và lực cản dốc Pi ta sẽ được lực cản tổng cộng của đường và biểu thị như sau:

f i P P P hay

cos sin ( cos sin )

P  fG G G f   ;

P G; (3-12) Ở đây:

 - hệ số cản tổng cộng của đường; Trong đó:   f i; (3-13) Ở đây: i- độ dốc của mặt đường; itg ; 0 . 0.014 42.5 0.595 i    f P  f G   KN

Trong biểu thức (3-13) độ dốc i có giá trị dương khi ô tô chuyển động lên dốc và có giá trị âm khi ô tô chuyển động xuống dốc. Vì vậy giá trị hệ số cản tổng cộng của mặt đường  có giá trị dương nếu ô tô chuyển động trên mặt đường nằm ngang (0) hoặc lên dốc hoặc xuống dốc nhưng giá trị của hệ số cản lăn vẫn lớn hơn giá trị của độ dốc i và hệ số cản  có giá trị âm khi ô tô chuyển động xuống dốc mà giá trị của độ dốc i lớn hơn giá trị của hệ số cản lăn f, nghĩa là i>f.

Ta xét ô tô chuyển động đều ổn định trên mặt đường nằm ngang, nghĩa là j=0,  0 thì phương trình cân bằng lực kéo được biểu thị như sau:

w k f P P P ; (3-14) =>Pk 0.595 0.97 1.565  KN Hay . . 2 W e t t b M i fG v r   

Phương trình cân bằng lực kéo của ô tô có thể biểu diễn bằng đồ thị. Chúng ta xây dựng quan hệ giữa lực kéo phát ra tại các bánh xe chủ động Pk

và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô v, nghĩa là: P=f(v).

Trên trục tung ta đặt các giá trị của lực, trên trục hoành ta đặt các giá trị của vận tốc. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa các lực nói trên và vận tốc chuyển động của ô tô, được gọi là đồ thị lực kéo của ô tô.

Trên trục hoành của đồ thị, ta đặt các giá trị của vận tốc chuyển động của ô tô v. Trên trục tung ta đặt các giá trị của lực kéo tiếp tuyến ứng với các số

truyền khác nhau của hộp số. Ta xác định giá trị lực kéo ở các vị trí tay số khác nhau theo công thức (3-14a) kết quả theo bảng 3.3.

Bảng 3.3. Giá trị lực ở các vị trí tay số thứ i e n v/ph vKm/h Pk1KN Pk2KN Pk3KN Pk4KN Pk5KN 500 23.91885 0.97118179 0.493963 0.285006 0.174422 0.138491 700 33.48639 1.078297428 0.548444 0.31644 0.19366 0.153766 800 38.27016 1.121143684 0.570237 0.329014 0.201355 0.159876 1000 47.8377 1.185413067 0.602926 0.347874 0.212897 0.169041 1200 57.40524 1.22111828 0.621086 0.358353 0.21931 0.174132 1500 71.75654 1.22111828 0.621086 0.358353 0.21931 0.174132 1800 86.10785 1.156848896 0.588397 0.339492 0.207767 0.164967 2000 95.67539 1.078297428 0.548444 0.31644 0.19366 0.153766 2500 119.5942 0.756950512 0.385001 0.222137 0.135947 0.107942 2700 129.1618 0.578424448 0.294199 0.169746 0.103884 0.082484 3000 143.5131 0.257077533 0.130755 0.075443 0.046171 0.036659 Hình 3.3. Đồ thị lực kéo

Hình dạng của đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk giống như dạng của đường cong mômen xoắn của động cơ Me bởi vì:

. . e tn t kn b M i P r   ; (3-14a) Ở đây: kn

P - lực kéo tiếp tuyến phát ra ở các bánh xe chủ động ở số thứ n của hộp số.

tn

i - tỷ số truyền của hệ thống truyền lực ở số thứ n

Sau đó ta xây dựng đường lực cản của mặt đường P  f v( ). Nếu hệ số cản lăn và độ dốc của mặt đường không đổi thì đường lực cản tổng cộng của mặt đường P là một đường nằm ngang vì chúng không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô( đường song song với trục hoành).

Nếu hệ số cản lăn thay đổi khi ô tô chuyển động với vận tốc lớn hơn 16,7-22m/s thì đường cong lực cản tổng cộng của mặt đường P  f v( ) phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô, do đó khi v>16,7-22m/s thì phần này sẽ là một đường cong. Tiếp sau đó, ta xây dựng đường cong lực cản của không khí, đây là một đường cong bậc 2 phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô. Các giá trị của đường cong lực cản không khí được đặt lên trên đường cong lực cản tổng cộng của mặt đường P.

Như vậy ta được đường cong tổng hợp là tổng số lực cản của mặt đường P và lực cản không khí P, nghĩa là P P. Đường cong giữa lực kéo tiếp tuyến Pk  f v( ) và đường cong P P  f v( ) cắt nhau tại điểm A, khi chiếu điểm A xuống trục hoành, ta được vận tốc lớn nhất của ô tô vmax trong điều kiện chuyển động đã cho, tương ứng với các vận tốc khác nhau của ô tô, thì các tung độ nằm giữa các đường cong lực kéo tiếp tiếp Pk và đường cong lực cản tổng hợp P P nằm về bên trái điểm A là lực kéo dư của ô tô, ký

hiệu là Pd, lực kéo dư nhằm để tăng tốc ô tô hoặc ô tô chuyển động lên dốc với độ dốc tăng lên.

Cần chú ý rằng, tại điểm A là giao điểm giữa đường cong của lực kéo tiếp tuyến Pk ở số truyền cao nhất của hộp số và đường cong lực cản tổng hợp

P Pở loại đường đã cho, tại đây ô tô không còn khả năng tăng tốc và khắc phục độ dốc cao hơn.

Nếu ô tô chuyển động trên đường bằng  0, nghĩa là đường lực cản tổng cộng của mặt đường chỉ là lực cản lăn P Pf thì đường cong lực cản tổng hợp sẽ là Pf P

Giao điểm A lúc này chiếu xuống trục hoành sẽ được vận tốc lớn nhất của ô tô khi chuyển động trên đường bằng  0 và ở số truyền cao nhất của hộp số, lúc đó lực kéo dư bằng không (Pd 0)

Sử dụng đồ thị lực kéo của ô tô có thể xác định được các chỉ tiêu động lực học của ô tô khi chuyển động ổn định. Như vận tốc chuyển động lớn nhất của ô tô vmax, các lực cản thành phần ở một vận tốc nào đó, tại vận tốc v1 thì tung độ bc là lực cản tổng cộng của mặt đường P , tung độ ab là lực cản của không khí Pw, còn tung độ adlà lực kéo dư Pd và tung độ cd là lực kéo tiếp tuyến Pk.

Để xem xét đến khả năng có thể xảy ra sự trượt quay của các bánh xe chủ động, trên đồ thị ta cũng xây dựng đường lực bám phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của ô tô P nghĩa là P  f v( )

Lực bám P được tính theo công thức P mG Ở đây:

G - trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động

 - hệ số bám của các bánh xe chủ động với mặt đường

Lực bám P biểu diến đồ thị là một đường nằm ngang song song với trục hoành. Khu vực các đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk nằm dưới đường lực bám P thỏa mãn điều kiện Pk P nghĩa là khu vực ô tô chuyển động không bị trượt quay của các bánh xe chủ động, còn nếu phần đường cong nào của lực kéo tiếp tuyến Pk nằm phía trên đường lực bám P thì ô tô không thể khởi hành được và nếu ô tô chuyển động vào loại đường đó thì các bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay.

Như vậy điều kiện thỏa mãn cho ô tô chuyển động ổn định, không bị trượt quay sẽ là:

k c

P P P ; (3-15) Trong đó: Pc P Pw