Công suất tại bánh xe chủ động đƣợc thể hiện bằng lực kéo và vận tốc chuyển động:
k k
N P V (2.17)
Cùng một công suất phát ra từ động cơ, lực kéo đƣợc sử dụng ở các mức khác nhau cho phù hợp với điều kiện chuyển động cụ thể và tƣơng ứng với nó là vận tốc mà ô tô có thểđạt đƣợc. Để đáp ứng đƣợc mọi điều kiện chuyển động theo yêu cầu sử dụng, hộp số phải có vùng biến thiên tỷ số truyền (hệ số thích ứng) đủ lớn với sự phân bố các tỷ số truyền một cách hợp lý. Khả năng đáp ứng các điều kiện chuyển động của ô tô đƣợc thể hiện trên đƣờng đặc tính kéo. Trên hình 2.15 mô tả đặc tính kéo của ô tô con với hộp số có tỷ số truyền tăng (i5 = 0,8). Trên đƣờng đặc tính kéo có thể hiện đặc tính lý tƣởng ( nét mảnh) và các đƣờng lực cản chuyển động (nét đứt) ứng với các loại đƣờng có độ dốc khác nhau, từ 0% đến 40%.
Hình 2.15 Đặc tính kéo của ô tô con có 5 cấp số
Đặc tính kéo thƣờng đƣợc sử dụng để đánh giá khảnăng động lực học của ô tô. Để thấy rõ điều này, ta xét một ví dụ cụ thể trên hình 2.15: giả sửđƣờng có độ dốc là 20%, có thể thấy rằng ô tô chỉ có thể chuyển động đƣợc ở cấp số 1 hoặc số 2. Nếu ô tô chuyển động ở cấp số2, thì điểm A là điểm cân bằng lực kéo và lực cản, lúc này ô tô chuyển động không gia tốc với vận tốc khoảng 42 km/h. Cũng với vận tốc này, nếu ô tô chuyển động trên đƣờng bằng (i = 0%) ở cấp số 2 thì lực kéo dƣ đƣợc xác định nhƣ sau:
( ) ( )
kd k k
P P A P B (2.18)
Trong đó Pk(A) và Pk(B) là lực kéo tính tại các điểm A và B tƣơng ứng. Lực kéo dƣ này có thểđểtăng tốc hoặc vƣợt dốc.
Trên đƣờng bằng phẳng (i = 0%), tốc độ tối đa của ô tô đạt đƣợc ở tay số số 4, tại thời điểm cân bằng lực kéo và lực cản. Số 5 có tỷ số truyền nhỏ nhất chỉ đƣợc sử dụng trong điều kiện thuận lợi ( chở non tải, đƣờng tốt, tốc độ chuyển động thấp) nhằm đƣa động cơ vào vùng làm việc có mức tiêu hao nhiên liệu thấp (các điểm trên đƣờng số 2, hình 2.15).
Từđồ thị trên hình 2.15 có thể nhận thấy rằng, các đƣờng lực kéo ở vùng số truyền thấp rất thƣa và ngƣợc lại, ở vùng các số truyền cao chúng nằm gần nhau hơn. Cách bố trí tỷ số truyền này suất phát từ yêu cầu sử dụng thực tế: các cấp số thấp thƣờng chỉ đƣợc dùng trong điều kiện lực cản lớn nhƣ khởi hành, tăng tốc, vƣợt dốc lớn, …Thời gian sử dụng các tỷ số truyền này rất nhỏ so với thời gian ô tô chuyển động ở các số truyền cao. Vì vậy, việc bốtrí các đƣờng lực kéo gần nhau ở vùng số truyền cao tạo điều kiện cho ngƣời lái dễ dàng lựa chọn đƣợc tỷ số truyền phù hợp, thỏa mãn cả 2 điều kiện:
- Đạt tốc độ mong muốn.
- Động cơ vận hành trong vùng tiết kiệm nhiên liệu.
Trên hình 2.16 thể hiện đặc tính kéo ô tô tải 16 tấn với 6 cấp số (các đƣờng liền).
Hình 2.16 Đặc tính kéo của ô tô tải với hộp số cơ sở có 6 cấp số và hộp số chia 2 cấp
Có thể nhận thấy rằng khoảng cách giữa các đƣờng lực kéo rất lớn, đặc biệt là ở vùng các cấp số thấp (1, 2, 3). Đây là đặc thù của ô tô tải: do phải làm việc trong điều kiện phức tạp hơn so với ô tô con nên vùng biến thiên tỷ số truyền cần phải rộng hơn nhiều (hệ số kT lớn). Cùng một tỷ số truyền, hệ số thích ứng kT lớn sẽ
làm cho các đƣờng đặc tính kéo cách xa nhau. Điều này làm giảm khảnăng đáp ứng nhu cầu chuyển động của ô tô. Để khắc phục nhƣợc điểm này, ngƣời ta thiết kế hộp số ô tô tải có nhiều cấp số hơn. Một trong những giải pháp đơn giản và hiệu quả là thiết kế hộp số cơ sở có 4 – 6 cấp kết hợp với một hộp chia 2 cấp để nhân đôi tỷ số truyền của hộp số cơ sở. Trong ví dụ mô tả trên hình 2.16, hộp số cơ sở có 6 cấp. Hộp chia cho phép có thêm các cấp sốtrung gian (nét đứt) để giảm khoảng cách quá lớn giữa các đƣờng lực kéo ở hai tay số lân cận của hộp sốcơ sở.
Số cấp tăng lên làm tăng khả năng lựa chọn tỷ số truyền phù hợp với điều kiện chuyển động, giúp cho ô tô có đặc tính làm việc tiếp cận gần hơn với đặc tính lý tƣởng. Hay nói cách khác, với nhiều cấp số hơn, khả năng lựa chọn đƣợc tỷ số truyền sao cho động cơ vận hành ở vùng làm việc tối ƣu lớn hơn.
Tuy nhiên, đối với hệ thống truyền lực có cấp, việc lựa chọn tỷ số truyền trong điều kiện chuyển động cụ thể hoàn toàn phụ thuộc vào ngƣời điều khiển. Trên mỗi đoạn đƣờng cụ thể, với vận tốc chuyển động theo ý muốn chủ quan, ngƣời lái sẽ chọn một tay số và giữ bàn đạp ga ở mức tƣơng ứng. Nhƣ vậy, việc có lựa chọn đƣợc các chếđộ làm việc của động cơ trong vùng làm việc của động cơ trong vùng tiết kiệm nhiên liệu hay không hoàn toàn phụ thuộc vào ngƣời điều khiển. Điều này lý giải, tại sao trên cùng một cung đƣờng, cùng một loại ô tô, những ngƣời lái khác nhau tiêu tốn nhiên liệu khác nhau.
Công suất tại bánh xe đƣợc xác định bằng cách lấy lực kéo nhân với vận tốc. Hình 2.17 thể hiện đồ thị công suất kéo tại các bánh xe chủ động của ô tô có đặc tính kéo thể hiện trên hình 2.15. Các đƣờng 1,2,3,4,5 là các đƣờng công suất ở các cấp sốtƣơng ứng. Các đƣờng nét đứt thể hiện công suất cản chuyển động của ô tô trên các loại đƣờng có độ dốc khác nhau.
Đồ thị công suất kéo tại các bánh xe chủđộng cho biết mức độ sử dụng công suất ở các chếđộ làm việc cụ thểtƣơng tựnhƣ đặc tính kéo. Công suất tối đa tại các bánh xe nhỏ công suất do động cơ phát ra (Nemax) do tổn thất trong hệ thống truyền lực.