Độ ổn định dọc khi lên dốc của ô tô được đánh giá bằng khả năng xe không bị trượt dọc hoặc không bị lật dọc qua điểm tiếp xúc của các bánh xe cầu sau với đường. Chúng ta sẽ tiến hành khảo sát ổn định của ô tô 2 cầu với các giả thiết:
■ Sơ đồ khảo sát là bài toán phang;
■ Xe chuyển động đều (v = const} trên đường phẳng với góc dốc ơ. ■ ■ Ơ tơ có các cầu đều là cầu chủ động, có kéo moóc; moóc kéo là bị động;
. Coi Pa=ữ,Mf=Ũ-
■ Hệ số cản lăn f ở các bánh xe đầu kéo và moóc kéo là như nhau;
Fpt - lực phanh sinh ra ở bánh chủ động khi kéo phanh tay.
SM(2) = 0 Z1L + Gsincq.hg - Gcoscq.b = 0 ;
Z1 =
Gcosat.b - Gsin at.hg L
Khi xe bị lật, tức là Z| = 0 Gcoscq.b - Gsincq.hg = 0 tgat = — hoặc tgat = —— khi xe quay đau xuông; b , . a ,, .
h„ ' g hh
Khi xe bị trượt, tức là Fpt = Zi.cp
Gcosoy.b - Gsinoy.h
Fpt = Gsinoy = <p-------------- ----------- ----- =í> tgoct = ? L
Nhận xét: góc giới hạn khi ơtơ đứng trên dốc bị trượt hoặc lật đổ chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm và chất lượng mặt đường.
5.1.2. ỔN ĐỊNH NGANG CỦA Ô TÔ.
Ôn định ngang của ô tô được đánh giá bằng khả năng xe không bị trượt ngang hoặc lật
ngang.
Sự trượt ngang có thể xảy ra đồng thời ở tất cả các bánh xe hoặc trước tiên ở các bánh xe của một cầu nào đó, sau đó mới đến các bánh xe của cầu thiếp theo;
Sử lật ngang có thể xảy ra qua điểm tiếp xúc với mặt đường của bánh xe bên trái hoặc bên phải;
Mất ổn định ngang của ô tô thường xảy ra khi:
■ Xe chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang; ■ Khi xe quay vòng;
■ Khi có lực ngang lớn tác dụng (ví dụ, lực cản khơng khí, lực qn tính, lực phanh theo phương ngang hoặc trọng lực theo phương ngang G.sìn/3 ).
5.1.3. Khi xe chuyển đông trên đường nghiêng ngang.
Hĩnh 5.2: Các lực tác dụng lên ô tô trên đường nghiêng ngang
Giả thiết vết của bánh xe trước và sau trùng nhau, trọng tâm của xe nằm trong mặt phang đối xứng dọc.
Trọng lượng G được phân thành GsinP và Gcosp.
Mô men quán tính Mqt tác dụng trong mặt phang ngang khi xe chuyển động khơng ổn định.
Các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe bên phải Z’ và bánh xe bên trái Z”.
Các phản lực ngang Y’, Y”.
Khi góc p tăng dần tới góc giơi hạn, xe bị lật quanh điểm tiếp xúc của bánh xe bên trái với mặt đường khi Z’= 0 :
Gcospd.^-Gsinpd.hg -Mqt Z'=------------ ------ - --------- ----------= 0; B Vì Mnt nhỏ nên coi Mnt « 0 => tgPd = -5-; qt qt đ Pd là góc dốc giơi hạn mà xe bị lật đổ;
Khi chất lượng bám của bánh xe với đường kém, xe có thể bị trượt khi: Y'+Y"= <py(Z'+Z")
Y'+Y"= GsinPq, Z'+Z"= GcosPọ
^tgPcp =<py;
Điều kiện để xe trượt trước khi bị lật khi chuyển động trên đường nghiêng ngang:
tgpọ <tgpđ <»(py <^~-
Tưong tự, khi xe đứng yên trên đường ngh iêng ngang, xe chỉ chịu tác dụng của trọng lượng:
Góc giới hạn mà xe bị lật:
Góc giới hạn mà xe bị trượt: tgpọ = (py;
Điều kiện để xe trượt trước khi bị lật: tgpọ <tgpt <»(py
5.2. TÍNH ỔN ĐỊNH NGANG CỦA ƠTƠ KHI QUAY VỊNG TRÊN ĐƯỜNG
NGHIÊNG NGẲNG
Hĩnh 5.3: Xe quay vòng trên đường ngang
Khi xe quay vịng trên đường nghiêng ngang, ngồi các lực tác dụng đã xét ở trên xe ơtơ cịn chịu tác dụng của lực ly tâm Fit đặt tại trọng tâm xe (trục quay
2
làYY):Flt=^; g R
Vj - vận tốc giới hạn (vận tốc nguy hiểm); R - bán kính quay vòng;
Flt COS0 và Flt sinp là hai thành phần của Flt;
Xe bị lật khi Z’= 0 :
(jr V (jr V . „ B „ B „
^M(2) = 0 <=> z B + GsinPđ.hg H—-^-cosPđ.hg +Mqt H—-^-sin Pd,—--GcosPd — = 0;
g R g R 2 2
1 V,2 „ , I v; . „ B B coiMqt ~ 0 => sin Pd.hơ +— -z7-cosPd.h +— „ s'n Prf—- cos0d — = 0;
g R g R d 2 d 2 gR(cospd ệ-sinpd.hg) -------------- - ----------——;=> v„ B n cospd.hg +sinpđ.y gR(cospd |-sinpd.hg) cospd.hg +sinpd.B 1+tslV^ 2
Neu hướng nghiêng của đường cùng phía với trục quay vịng thì vận tốc nguy hiểm khi xe bị lật đổ là:
gR(2h +tgPđ)
Xe sẽ bị trượt ngang khi đạt giới hạn bám ngang, tức là: Y"+Y'= (Z'+Z")<Py
Y'+Y"= GsinPq,+Flt cospư => Flt Z'+Z"= GcosPọ-Flt sinPq,
G vị = G(cospọ(pỵ -sinp^) g R cosPjp + sin p.Ọy
gR (cosp^tPy -sinPọ) ' 1 cosp^ +sinp(p.(Py v<p
lgR((py -tgpj
\ l + tgpcp-ípy
CÂU HỎI Ơ TẬP CHƯƠNG 5. 1) Phân tích ổn định dọc của ơ tơ?
Chương 6
TÍNH DẪN HƯỚNG - QUAY VỊNG CỦA ƠTƠ
Mục tiêu: sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
• Nêu được điều kiện, tính tốn được biểu thức quay vịng khơng trượt bên của ơ tơ.
• Phân tích được tính chất quay vịng đúng, thiếu, thừa. • Phân tích được tính ổn định của bánh xe dẫn hướng.
6.1. ĐIỀU KIỆN QUAY VỊNG KHƠNG TRƯỢT BÊN CỦA Ô TÔ
Bỏ qua biến dạng các bánh xe. Xét xe có một cầu dẫn hướng. Điều kiện xe quay vịng khơng trượt tất cả các bánh xe có chung 1 tâm quay vịng o
Đe thực hiện quay vịng ơtơ, người ta có thể sử dụng các phương pháp sau :
Phương pháp thứ nhất: quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vịng đồng thời cả các bánh dẫn hướng phía trước và phía sau.
Phương pháp thứ hai: truyền các mơ men quay có các trị số khác nhau tới các bánh xe dẫn hướng chủ động bên phải và bên trái, đồng thời sử dụng thêm phanh để hãm các bánh xe bên trong so với tâm quay vòng khi cần quay vòng ngặt.
Phương pháp thứ ba : kết họp cả hai phương pháp nói trên và quay vịng phần khung phía trước.
Chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp quay vòng thứ nhất
Pt và Pn - là góc quay vịng của bánh xe dẫn hướng bên trong và bên ngồi so với tâm quay vịng của xe.
B - là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng. L - là chiều dài cơ sở của xe.
Ro - bán kính quay vịng của xe. O- tâm quay vịng tức thời của xe.
Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vng góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại điểm o hay nói cách khác đường kéo dài của các trục bánh xe phải cắt nhau tại điểm o. Điểm o gọi là tâm quay vịng tức thời của xe.
Từ sơ đồ, ta tính được biểu thức quan hệ giữa các góc quay vịng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng khơng bị trượt khi xe vào đường vịng :
cotgP,,-cotgP, =5-;
L (6.1)
Trong thực tế , biểu thức trên được thỏa mãn khi dùng cơ cấu dẫn động lái kiểu 4 khâu bản lề (hình thang lái).
6.2. ẢNH HƯỞNG ĐÀN HỒI CỦA LƠP TỚI TÍNH NĂNG QUAY VỊNG ƠTƠ
. Trong phần này chúng ta sử dụng model 1 vết ( không quan tâm đến pn Pt) => góc quay vịng của các bánh xe bây giờ là góc quay trung bình p.
Trường hợp quay vòng lý thuyết với bán kinh Ro (oq = cc2) : R = L L.
Trong trừong họp thực tế, khi quay vịng sẽ xuất hiện các góc lệch hướng oq và cc2 của 2 cầu => tâm quay vịng và bán kính quay vịng đều thay đổi:
L R =
tg(p-a1) + tga2 ’
Neu như các góc quay khơng lớn lắm ta có :
R- —----- ; (B - OC,) + aQ
(6.3) 6.3. Các tính chất quay vịng
6.3.1. Quay vịng trung tính oq = cc2• Khi quay vịng (P * 0) : R= Ro, O’^ o. • Khi quay vịng (P * 0) : R= Ro, O’^ o.
• Khi chuyển động thẳng (P = 0) :khi có tác dụng của lực ngang Y nếu oq = cc2 ôtô sẽ chuyển động xiên theo hướng cc và người lái dùng vô lăng để điều chỉnh cho ôtô chạy thẳng.
Hĩnh 6.3: Quay vịng trung tính của ơ tơ
• Khi quay vịng mà có tác dụng của lực ngang Y nếu cq = cc2 ơtơ sẽ có bán kính quay vịng lý thuyết bằng bán kính thực tế.
6.3.2. Quay vịng thiếu 0Cj> oc2
Hình 6.4 .Quay vịng thiếu của ơ tơ
• Khi quay vòng (P * 0): R > Ro => xe quay vịng bị thiếu, nguời lái phải đánh thêm vơ lăng để duy trì quỹ đạo chuyển động với bán kính Ro . Phản ứng của nguời lái trong trờung họp này là thuận cho nguời lái nên không ảnh huởng.
• Khi chuyển động thẳng (P = 0) :khi có tác dụng của lục ngang Y nếu oq > cc2 ơtơ sẽ quay vịng quanh tâm o và làm xuất hiện lục ly tâm Fit nguợc chiều với Y => xe đuợc giữ ổn định.
6.3.3. Quay vòng thừa oq < oc2
• Khi quay vịng (P 0) : R < R() xe quay vòng bị thừa, nguời lái phải trả lại vô lăng. Phản ứng của nguời lái trong truờng họp này khơng thuận cho nguời lái.
• Khi chuyển động thẳng (P = 0) :khi có tác dụng của lục ngang Y nếu oq < cc2 ôtô sẽ quay vòng quanh tâm o và làm xuất hiện lục ly tâm Fit cùng chiều với Y => xe mất ổn định.
Nhận xét: trong cả 3 truờng họp, ta mong muốn oq > oc2 Y
a = —— =í> a phụ thuộc vào Y và CY; CY
a cũng xuất hiện khi các bánh xe bị trượt.
Vì vậy để OC1 > oc2 ta có mấy biện pháp sau :
Đẩy trọng tâm xe về phía trước để lực ly tâm phân bố nhiều hơn ở cầu trước.
Cyi < Cy2 => bánh xe trước mềm hơn, bánh xe trước đơn và bánh xe sau kép. Cầu trước chủ động để tạo ra sự trượt.
Neu cầu sau chủ động :
xếp hàng về phía sau để tăng z thì lực bám F<p = z.(p càng lớn => khả năng bám tăng tức là ít bị trượt(giảm cc2)
Neu cầu sau chủ động để tạo ra sự quay vòng thiếu thì người lái vừa ga vừa đạp phanh để cầu sau bớt trượt hơn vì lúc này ở bánh xe chủ động Fk và Fp ngược chiều nhau nên tổng lực dọc giảm cịn ở bánh khơng chủ động thì Fp tăng.
Ví dụ : Trong cuộc đua xe thể thức một, khi xe vào cua với tốc độ rất cao nên người lái không thể đánh vô lăng kịp mà người lái làm như sau : bước đầu tiên hơi đánh vơ lăng một ít để tạo ra lực ly tâm, sau đó đạp phanh để bánh trước trượt nhiều hơn nhiều hơn bánh sau.
CÂU HỎI Ô TẬP CHƯƠNG 6. l .Phân tích sự ổn định của bánh xe dẫn hướng?
2 .Phân tích góc dỗng của bánh xe dẫn hướng? 3 .Phân tích sự dao động của bánh xe dẫn hướng?
4 .Phân tích điều kiện quay vịng khơng trượt bên của ơ tơ? 5 .Phân tích quay vịng đúng, thiếu, thừa?
Chương 7
PHANH Ô TÔ
Mục tiêu: sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
• Viết được , phân tích được phương trình cân bằng động lực học của ơ tơ khi phanh.
• Phân tích được điều kiện phanh có hiệu quả nhất.
• Phân tích được ảnh hưởng của trọng lượng bám đến chất lượng q trình phanh.
• Phân tích được các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh.
7.1. Lực PHANH SINH RA Ở BÁNH XE
Tác dụng lực lên pedale phanh sẽ tạo moment ma sát gọi là moment phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại . Lúc đó tại bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến ngược với chiều chuyển động.
Khi đạp phanh, thì các cơ cấu phanh ở các bánh xe sẽ làm việc và sẽ tạo ra mơ ment ma sát. Đây chính là mơ ment phanh Mpi để hãm bánh xe lại.
Tổng các moment phanh của Mpi gọi chung là Mp = SMpi, ngược chiều quay với bánh xe, tức là ngược với Mk..
Mô ment phanh Mp sẽ tạo ra lực phanh Fpi = Mpi /r và lực phanh tổng cộng của ôtô Fp = SFpi, ngược chiều với chiều chuyển động.
Đe đảm bảo phanh khơng bị bó cứng bánh xe, các bánh xe khơng bị trượt lết thì lực phanh trên các bánh xe không thể lớn tuỳ ý và bị hạn chế bơi giới hạn bám
Fpi L Zị.(pi Fp L z. <p. ;
Zi phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe đó; z tổng phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên xe ôtô; (Pi là hệ số bám của bánh xe với mặt đường, coi <Pi = <p ;
Khi phanh không cắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực (khơng đạp ly họp), ngồi lực phanh do cơ cấu phanh sinh ra cịn có lực phanh sinh ra do lực cản của động cơ quy dẫn về bánh xe chủ động:
pe ’
rTltl
Mmse- mô ment ma sát của động cơ được xác định bằng thực nghiệm.
Tuy nhiên phanh bằng động cơ chỉ có hiệu quả khi Mmse > Mj, Mj là mơ ment qn tính của động cơ và cản trở q trình phanh khi khơng đạp ly họp;
Trong chương này chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống phanh hãm cứng: khi phanh với cường độ phanh cực đại, các bánh xe đồng thời hãm cứng và trượt lết
7.2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG Lực HỌC CỦA XE KHI PHANH
Hĩnh 7.1:Lực phanh của ơ tơ
Phương trình cân bằng động lực học của xe khi phanh:
Fp = Fpi + Fp2x = Oa - o w - Of;
Trong quá trình phanh tốc độ giảm rất nhanh, do đó Ow giảm rất nhanh Ow bỏ qua;
Of =G.f = (0,014-0,015)G=l%G\•/Ư.G " )^Ot«Fp^b0quaOf;
Phương trình cân bằng động lực học của xe khi phanh trở thành:
Fp = oa;
Ưmax = G.(p
ứmax = —0X1^a V max
g 1 => a„mm = (pg\ p max ' O ’
<5 ~ I vì khi phanh cắt ly hợp nên ảnh hưởng của bánh đà bị loại và đang ở tay sơ' cuối nên mơ ment qn tính nhỏ nhất
(7.1) Như vậy lực phanh trên các bánh xe dùng để khắc phục lực quán tính Oa.
7.3. ĐIỀU KIỆN ĐẢM BẢO sự PHANH TÔI Ưu
Điều kiện để đảm bảo các bánh xe cầu trước và cầu sau đồng thời được hãm cứng:
Fpi = ọ/ị Zị . Fp2 9^2 z2
Bằng cách lập các phương trình cân bang moment của các lực tác dụng lên ôtô khi phanh với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, ta xác định được các phản lực Z1, z2 :
7 _G.b + Oa.hg.
1 L
G.a-O.h Z2 =-------/ a g ;
L
Thay Z1, z2 vào biểu thức điều kiện ta có :
Fpi _Z1 _G.b + Oa.hg _G.b + Oamax.hg _G.b + G.<p.hg _b + <p.hg
Fp2 z2 G.a-Oa.hg G.a-Oamax.hg G.a-G.ọ.hg a-ọ.hg’
(7.2) Nhận xét: Trong q trình phanh :
• Tọng tâm( a, b, hg) thay đổi.
• (p thay đổi tuỳ thuộc vào tình trạng truợt của xe.
Vì vậy —1 thay đơi trong q trình phanh=> mn đảm bảo điêu kiện phanh Z2
tối uu trên xe nguời ta trang bị bộ phận tụ động phân phối lại lục phanh(bộ điều hoà lục phanh)
7.4. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH PHANH
Đe đánh giá hiệu quả của quá trình phanh, nguời ta đua ra các thơng số: gia tốc chậm dần cục đại khi phanh apmax, quãng đuờng phanh ngắn nhất Spmin, thời gian phanh tối thiểu tpmin.
7.4.1. GIA TƠC CHẬM DẦN cực ĐẠI
®pmax 9Ỗ Ọ = 0,20,8
_ = 8m/2;
p max / s2 5
7.4.2. THỜI GIAN PHANH tmin
Thời gian phanh là thời gian bắt đầu từ lúc các bánh xe bắt đầu bị đột nhiên bị hãm cứng cho tới lúc xe dừng hẳn. ap dv ,. dv dt = —; dt ap * . . r t , 1 , . V, At=t2-tj = —dv = —(v1-v2) = —; v2ap ap ap tị = V1 =—; min _ ’ ®pmax Vj vận tốc lúc bắt đầu phanh; v2 vận tốc lúc ôtô dừng hẳn;
7.4.3. QUÃNG ĐƯỜNG PHANH SpminV1 1 1 2 V1 1 1 2 _ f 1 1 _ 1 / 2 2\ _ V1 s = J „ vdv = V1 - VÉ) = / an 2.an 2an v2 p p p 2 2 V1 _ V1 s = ----pmin ---- = -— 1’ 2-apmax 2<pg
7.5. VẤN ĐÈ CHÔNG HÃM CƯNG KHI PHANH.
Trong q trình tính tốn động lực học ta thường sử dụng giá trị hệ số bám (p cho