1.Các lực tác dụng lên ôtô khi chuyển động tổng quát:
Chúng ta xét chuyển động ôtô ở dạng tổng quát tức là khi ôtô chuyển động trên đườngdốc không ổn định (có gia tốc) và có lực cản ở móc kéo.
Hình 4.1:Sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc. Trên hình 4.1 trình bày sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên ôtô đang đang chuyển động tăng tốc ở trên dốc. Ý nghĩa của các ký hiệu ở trên hình vẽ như sau: G – Trọng lượng tồn bộ của ôtô.
Fk– Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động.
Ff1– Lực cản lăn ở các bánh xe bị động. Ff2– Lực cản lăn ở các bánh xe chủ động. Fω– Lực cản khôngkhí.
Fi– Lực cản lên dốc.
Fj– Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định (có gia tốc). Fm– Lực cản ở móc kéo.
Z1, Z2– Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước, cầu sau.
Mf1– Mômen cản lăn ở các bánh xe bị động. Mf2– Mômen cản lăn ở các bánh xe chủ động.
kubin23012017@gmail.com
Sau đây ta sẽ khảo sát giá trị của các lực và mômen vừa nêu trên:
* Lực kéo tiếp tuyến Fk:
Fklà phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động theo chiều cùng với chiềuchuyển động của ôtô. Điểm đặt của Fktại tâm của vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường: F=Mk rb =Meitη rb (4.1) * Lực cản lăn Ff:
Khi bánh xe chuyển động trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặtđường và ngược với chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường.
Trên hình 4.1 biểu thị lực cản lăn tác dụng lên các bánh xe trước là Ff1và lên các bánhxe sau là Ff2.
Lực cản lăn phát sinh là do có sự biến dạng của lốp với đường, do sự tạo thành vết bánhxe trên đường và do ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp với đường. Để đơn giản người ta coi lực cản lăn là ngoại lực tác dụng lên bánh xe khi nó chuyểnđộng và được xác định theo công thức:
Ff= Ff1+Ff2 (4.2)
Với Fflà lực cản lăn của ôtô.
Lực cản lăn ở các bánh xe trước và sau là: Ff1= Z1f1; Ff2= Z2f2
(4.3)
Với f1, f2là hệ số cản lăn ở bánh xe trước và sau.
Ở đây nếu coi hệ số cản lăn ở các bánh xe trước và sau là như nhau thì f1= f2= f. Lúcđó ta có:
Ff=(Z1+Z2)f =fGcosα
(4.4)
Khi xe chuyển động trên mặt đường có độ dốc nhỏ thì gócαkhá nhỏ nên có thể coi cosα =1 hoặc khi mặt đường nằm ngang thì ta có:
Ff=fGcosα =fG (4.5)
Lực cản lăn và các lực cản khác được quy ước là dương khi tác dụng ngược chiều chuyển động của xe. Ngồi ra hệ số cản lăn còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Vấn đề này sẽ được trình bày kỹ ở chương tiếp theo.
* Mômen cản lăn Mf:
kubin23012017@gmail.com
Mf= Mf1+Mf2= Z1frđ+Z2frđ=Gfrñ cosα
(4.6) Ở đây:
Mf1, Mf2– Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu trước và cầu sau.rđ– Bán kính động lực học của bánh xe.
kubin23012017@gmail.com
Mf= Ffrđ= Gfrđ (4.7)
* Lực cản lên dốc Fi:
Khi xe chuyển động lên dốc thì trọng lượng G được phân tích ra hai thành phần: lực
Gcosαvuông góc với mặt đường và lựcGsinαsong song với mặt đường. Thành phần Gcosαtác dụng lên mặt đường và gây nên các phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên các bánh xe là Z1và Z2. Thành phần thứ hai
lên dốc và được gọi là lực cản lên dốc Fi:
Gsinαcản lại sự chuyển động của xe khi Fi= Gsinα
(4.8)
Mức độ dốc của mặt đường được thể hiện qua góc dốcαhoặc qua độ dốc i: i = tgα
Nếuα< 5othì có thể coi: i = tgα= sinαvà khi đó ta có:
Fi= Gsinα= Gi (4.9)
Khi xe xuống dốc, lực Fisẽ cùng chiều chuyển động của xe và Fi
trở thành lực đẩy
(lực chủ động). Bởi vậy, khi xe lên dốc thì Fitrở thành lực cản sẽ có dấu(+),
còn khi
xuống dốc thì Fitrở thành lực đẩy sẽ có dấu (-) trong công thức (4.10). Ngồi ra, người ta còn dùng khái niệm lực cản tổng cộng của đường Fψ
cản lăn và lực cản lên dốc: là tổng của lực
Fψ=Ff±Fi=G(fcosα±sinα) ≈G(f±i)
(4.10)
Đại lượng f±i được gọi là hệ số cản tổng cộng của đường và ký hiệu làψ:
ψ= f±i (4.11) Bởi vậy: Fψ=G(fcosα±sinα)≈ψG (4.12) * Lực cản không khíFω:
kubin23012017@gmail.com
chiếm một phần lớn là lực cản do hình dạng của xe (khoảng 80÷ 90%), sau đó là thành phần gây ra do ảnh hưởng của xốy lốc (10÷15%), cuối cùng là thành phần tạo ra do ma sát giữa bề
mặt xe và không khí (4÷ 10%).
Lực cản không khí tỉ lệ với áp suất động học qd, diện tích cản gió S và hệ số cản của không khí Cxtheo biểu thức sau:
F=C q S=1ρC Sv2=0,625C Sv2 (4.13)
Ở đây:
kubin23012017@gmail.com
ρ=1,25kg/m3.
vo– Vận tốc tương đối giữa xe và không khí (m/s):
vo=v±vg
v – Vận tốc của ôtô (m/s). vg– Vận tốc gió (m/s).
Dấu (+) ứng với khi vận tốc của xe và của gió ngược chiều. Dấu (-) ứng với khi vận tốc của xe và của gió cùng chiều.
Khi tính tốn, người ta còn đưa vào khái niệm nhân tố cản không khí W có đơn vị là Ns2/m2. W = 0,625CxS (4.15) Từ đó ta có: F=Wv2 (4.16) ω o
Lực cản không khí có điểm đặt tại tâm của lực khí động học. Một số giá trị của hệ số Cx và diện tích cản gió S của một số xe được cho ở bảng dưới đây:
* Lực cản quán tính Fj:
Khi ôtô chuyển động không ổn định, lực quán tính của các khối lượng chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến xuất hiện.
Lực quán tính này sẽ trở thành lực cản khi xe chuyển động nhanh dần và trở thành lực đẩy khi xe chuyển động chậm dần. Điểm đặt của lực quán tính tại trọng tâm của xe. Lực quán tính ký hiệu là Fjgồm hai thành phần sau:
- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô, ký hiệu là F’ .
-
Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ôtô, ký hiệu là F’’ .
Bởi vậy Fjđược tính: