Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô khi truyền động thủy lực

2. Các giải pháp đề ra để nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập

3.3.3. Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô khi truyền động thủy lực

Xác định các chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ô tô khi có truyền động thủy lực (ví dụ như có biến mô thủy lực) cũng không khác gì so với loại ô tô có truyền động bằng cơ khí nhưng cần lưu ý rằng.

- Cần có đường đặc tính ‘không thứ nguyên’ của biến mô.

- Cần có các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ mômen xoắn của trụ khuỷu động cơ Me và mức tiêu hao nhiên liệu – giờ GT với số vòng quay của trục khuỷu động cơ

ne ở các mức độ sử dụng công suất khác nhau.

- Cần xác định quan hệ làm việc đồng thời giữa động cơ và biến mô thủy lực. - Và cuối cùng là xác định được các thông số ra cần thiết đặt tại trục sơ cấp của hộp số như : nT – số vòng quay của trục tuabin và MT – mômen xoắn của trục tuabin.

Sau khi xác định được các thông số cần thiết đặt tại trục sơ cấp của hộp số, ta có thể đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu theo phương trình (3.7) và (3.8) khi ô tô chuyển động ổn định và không ổn định.

Đối với ô tô có trang bị hộp số vô cấp, về nguyên lý mà nói, nó có thể đảm bảo cho động cơ làm việc ở chế độ kinh tế nhiên liệu tốt nhất trong bất kỳ điều kiện đường xá như thế nào. Tuy nhiên khi có truyền đọng thủy lực thì hiệu suất truyền lực sẽ giảm, nhất là khu vực tỷ số truyền ibm nhỏ. Vì vậy khi đặt biến mô thủy lực lên ô tô thì mức tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng, đôi khi tăng từ 25% - 30%.

Để khác phục vấn đề này người ta đặt thêm một hộp số cơ khí để tăng số vòng quay của trục tuabin trong khi tốc độ của ô tô vẫn như cũ, do đó nâng cao được hiệu suất truyền động. Tuy nhiện biện pháp này sẽ làm phức tạp về kết cấu, tăng trọng lượng và giá thành của ô tô.

Đồ án tốt nghiệp Trang 95

CHƯƠNG 4. TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 4.1. Quỹ đạo chuyển động của ôtô.

Để xác lập các mối quan hệ trong việc mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô có thể sử dụng các phương pháp sau ;

- Dùng thực nghiệm trên các bãi lớn (polygon). - Dùng mô tả toán học.

- Dùng mô hình đồng dạng trên xa bàn.

Trong điều kiện hiện nay việc mô tả bằng toán học có nhiều thuận lợi hơn cả vì qua nó có thể đánh giá độc lập các yếu tố để tối ưu trong lựa trọn kết cấu, các kết quả tính toán đều phải qua thực nghiệm trên cơ sở đó đánh giá tính đúng đắn của mô hình khảo sát.

Mục đích của phần này là thết lập mô hình toán học mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô, trên cơ sở đó xác lập các quy luật chuyển chuyển vị hay quỹ đạo chuyển động của ô tô. Mô hình khảo sát là mô hình phẳng (biểu diễn trên mặt phẳng của đường).

Đồ án tốt nghiệp Trang 96

Mô hình đưa ra ở dạng phẳng, trọng tâm của ô tôt coi như đặt ở mặt đường. Bỏ qua ảnh hưởng lật nghiêng thân xe dưới ảnh hưởng của lực li tâm và hệ thống treo. Những ảnh hưởng này không xét ở trong chương này.

Trên hình 4-1 chỉ ra quỹ đạo chuyển động của ô tô là một đường cong xác định bởi các vị trí liên tiếp của trọng tâm ô tô T. Vận tốc tức thời của ô tô là v đặt tại trọng tâm ô tô. Hệ tọa độ cố định (hệ tọa độ mặt đường) ký hiệu là Oxoyozo , hệ tọa độ di động (hệ tọa độ gắn với trọng tâm ô tô) ký hiệu là Txyz. Như vậy vận tốc v tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động và nghiêng đi với trục dọc ô tô là α (góc này được gọi tên là góc lệch hướng chuyển động của ô tô). Góc quay tương đối giữa hai hệ tọa độ là ε, và cũng là góc quay của trục dọc ô tô khi chuyển động.

Chiếu vận tốc v lên hai trục Oxo và Oyo ta có ;

vxo = v.cos(α+ε)

vyo = v.sin(α+ε) ; m/s (4.1)

Vị trí của ô tô ở thời điểm nào đó (sau khoảng thời gian từ 0 đến t) được

xác định nhờ hình (4-2). Vị trí tọa độ trọng tâm được tính bằng tích phân sau ;

xo = =

yo = =

(4.2)

Đồ án tốt nghiệp Trang 97

Như vậy nếu có hệ tọa độ mặt đường, biết xo, yo, các góc α và ε hoàn toàn có thể xác định được vị trí của ô tô trên đường tại một thời điểm nhất định.

Mục tiêu của bài toán này là xác định các góc α và ε, tọa độ xo, yo nhằm xác định

quỹ đạo chuyển động của ô tô. Trong thực tế chuyển động của ô tô góc α chỉ cho chúng ta biết góc lệch trục dọc thân xe với vận tốc tức thời. Khi ô tô chuyển động góc α tạo nên cảm giác lệch hướng của xe với đường, người lái cảm nhận và có thể tiến hành điều chỉnh hướng chuyển động này. Còn đối với góc quay ε nói lên góc quay của thân xe trên mặt đường (quay quanh trục thẳng đứng Oz). Thông số này rất quan trọng, nó đóng vai trò chính trong việc khảo sát tính ổn định chuyển đọng của ô tô. Cảm nhận sự thay đỏi này và điều chỉnh đúng giá trị của ε thay đổi lớn là một khó khăn đối với lái xe.

Các thông số cần xác định trên hình (4-1).

Gia tốc hướng tâm ; ah gia tốc này có mặt là do ô tô chuyển động trên quỹ đạo cong có gia tốc chuyển động tịnh tiến không trùng với vận tốc v.

ah = ; rad/s2 (4.3)

Hình 4-3. Sơ đồ xác định gia tốc trọng tâm

Đồ án tốt nghiệp Trang 98

quỹ đạo. việc xác định ah có thể xây dựng bằng phương pháp khác không thông qua

Ri. Từ hình 4-2 và công thức (4.1) và

cong thức (4.2) ta đạo hàm theo thời gian của vxo,vyo ta thu được ;

=

(4.4) Trong đó ;

là gia tốc hướng tâm :

=> ah = ; rad/s2 (4.5) Gia tốc tiếp tuyến, gia tốc hướng

tâm được xác định như hình 4-3. Khoảng cách TP’ là bán kính cong của quỹ đạo Ri. Khoảng cách TP là bán kính quay của trọng tâm ô tô.

Nếu trong trường hợp : v=const, α=const thì Ri = R lúc đó ah = aht và ε =

εt.

Ở đây sử dụng ‘‘t’’ để chỉ trạng thái quay vòng ổn định (gọi là quay vòng đều).

aht = ; rad/s2 (4.6)

4.2. Động học và động lực học quay vòng của ô tô.

Các phương pháp quay vòng.

Các xe bánh hơi hiện nay có thể quay vòng bằng ba phương pháp: Phương pháp thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng, phương pháp quay vòng theo kiểu xe xích và phương pháp quay vòng nhờ sự quay vòng các phần khác nhau của xe.

Phương pháp quay bằng cách thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng là phương pháp được sử dụng phổ biến hơn cả. Ở phương pháp này, bánh xe dẫn hướng được quay quanh trụ đứng sao cho đường kéo dài của các trục bánh xe dẫn hướng cắt nhau tại 1 điểm. Điểm này gọi là tâm quay vòng. Trên hình 4-4 mô tả sơ đồ quay vòng của xe hai cầu có một cầu dẫn hướng (hình 4-4a) và hai cầu dẫn hướng (hình 4-4b).

Đồ án tốt nghiệp Trang 99 Hình 4-4. Sơ đồ quay vòng của xe hai cầu.

a. Có một cầu dẫn hướng b. Có hai cầu dẫn hướng.

Với cùng góc quay vòng như nhau thì xe bố trí theo sơ đồ hình 4-4b sẽ có bán

kính quay vòng R nhỏ hơn và tính linh hoạt của xe cao hơn so với sơ đồ hình 4-4a. Trên ôtô, số lượng cầu dẫn hướng càng tăng thì tính linh hoạt của xe càng tốt và càng giảm sự mài mòn lốp. Tuy nhiên, tăng số lượng cầu dẫn hướng sẽ làm cho kết cầu dẫn động điều khiển phức tạp lên, đặc biệt khi sử dụng cầu sau là cầu dẫn hướng.

Vì vậy, số lượng các bánh xe dẫn hướng cần được chọn cho thích hợp để vừa đảm bảo tính linh hoạt, vừa ít ảnh hưởng đến các yêu cầu khác của xe.

Khi xe vào đường vòng để đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt thì đường vuông góc của các véc tơ vận tốc phải gặp nhau tại điểm (O) gọi là tâm quay tức thời.

Đồ án tốt nghiệp Trang 100 Hình 4-5. Sơ đồ động lực học quay

vòng của ô tô có hai bánh dẫn hướng phía trước.

Từ hình 4-5 ta thấy mối quan hệ các

góc quay và :

cotg = và cotg = Suy ra : cotg - cotg = (4.7) Trong đó :

và là góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm vòng quay của bánh xe.

B : là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng.

L : là chiều dài cơ sở của xe.

R : là bán kính quay vòng trung bình

Hình 4-6. Đồ thị lý thuyết và thực tế mối

Từ biểu thức (4.7) ta có thể xây dựng được đường cong lý thuyết =

f( ) hình 4-6.

 Như vậy về phương diện lý thuyết để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng lăn không bị trượt khi xe vào đường vòng thì hiệu cotg của các góc quay vòng bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong phải bằng hằng số B/L.

Để dễ dàng so sánh sự sai khác của mối quan hệ lý thuyết và thực tế giữa các góc quay và ở hình (4-6) ta dựng thêm đường cong thực tế = f( ). Độ

Đồ án tốt nghiệp Trang 101

quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh dẫn hướng

và lý thuyết cho phép không vượt quá 1,5o.

Từ sơ đồ hình (4-6) ta xác định được mối quan hệ giữa bán kính quay vòng R, và chiều dài cơ sở của xe L và góc quay vòng α.

R = (4.8)

Hình 4-7. Sơ đồ quay vòng của ô tô có

bốn bánh dẫn hướng

Trường hợp tất cả các bánh xe dẫn hướng như hình 4-7 thì ứng với một góc quay α, bán kính quay vòng của xe sẽ giảm đi một nửa :

R =

Vận tốc của xe khi quay vòng là :

;rad/s (4.9)

v : là vận tốc tịnh tiến của tâm trục bánh

xe

Gia tốc góc của xe được xác định

bằng cách vi phân phương trình (4.9). (4.10)

Từ sơ đồ hình 4-5 ta có : cosα = (4.11)

Thay (4.11) và (4.8) vào (4.10) ta

Đồ án tốt nghiệp Trang 102

Gia tốc tác dụng dọc trục của ô tô Jx và vuông góc với nó Jy được xác định theo phương pháp sau :

Gia tốc toàn bộ trục sau ô tô ( điểm A hình 4-5 JA là tổng của gia tốc hướng tâm và tiếp tuyến đối với tâm quay tức thời (O).

JA = JdoA = Rω2 +R = Rω2 + ;

rad/s2 (4.13)

Tương tự gia tốc của trọng tâm ô tô JC đối với điểm A :

JC = JdA C +JtA

C = b.ω2 + b ; rad/s2

(4.14)

 Như vậy gia tốc của trọng tâm ô tô + Hướng theo trục dọc của xe :

Jx = Jto

A– JdA

C = (4.15) + Hướng vuông góc với trụ dọc của

xe :

Jy = JdoA + JtAC = Rω2 + b (4.16)

Lực quán tính tác dụng dọc theo trục của ô tô Pjx và vuông góc với trục Pjy :

Pjx=m.Jx=

Pjy=m.Jy=

;N (4.17)

Trường hợp ô tô chuyển động đều theo quỹ đạo tròn ( tức là dv/dt=0 và

α=const) ta có :

Pjx =

Pjy = ; rad/s2 (4.18)

 Như vậy :

- Trường hợp ô tô chuyển động ổn định theo quỹ đạo tròn (R=const) ; ngoài khối lượng các lực ly tâm đặt tại trọng tâm của xe phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc tịnh tiến của xe trên đường.

- Để ôtô quay vòng không bị trượt bên (lệch bên) thì các đường thẳng đi qua tâm trục các bánh xe phải cắt nhau tại một điểm. Điểm này được gọi là tâm quay vòng của ôtô. Chỉ có như vậy thì vận tốc của các bánh xe mới nằm trong mặt phẳng lăn của chúng khi xe quay vòng.

Đồ án tốt nghiệp Trang 103

Đối với xe hai cầu có cầu trước là cầu dẫn hướng, để các bánh xe lăn hồn tồn (không trượt bên hoặc lệch bên) thì tâm quay vòng của ôtô phải nằm trên đường thẳng đi qua trục các bánh xe cầu sau (hình 4-9).

Hình 4-9. Quay vòng của ôtô hai cầu (a) và ôtô ba cầu (b).

Từ sơ đồ, ta thấy các bánh xe cầu giữa sẽ bị trượt khi quay vòng do các véctơ vận tốc không nằm trong mặt phẳng lăn của các bánh xe cầu này. Để đảm bảo cho ôtô ba cầu khi quay vòng không bị trượt thì ôtô phải có ít nhất là hai cầu dẫn hướng.

Trường hợp tổng quát ôtô có n cầu, để ôtô quay vòng không bị trượt bên thì số lượng cầu dẫn hướng phải bằng (n-1). Song, ngay đối với các bánh xe dẫn hướng, để bảo đảm sự trượt không xảy ra thì góc quay của chúng phải khác nhau và tuân theo một quy luật nhất định.

Nghĩa là: cotg = , cotg = và cotg - cotg =

4.3. Quay vòng lý tưởng, quay vòng thiếu, quay vòng thừa.

- Ở phần này ta nghiên cứu về sự biến đổi của góc lệch do biến dạng bên của lốp xe gây nên, có ảnh hưởng trực tiếp tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển

Đồ án tốt nghiệp Trang 104

động của ô tô, đặc biệt đối với các xe có vận tốc lớn. Sự biến dạng gây ra góc lệch bên là thành phần lực lực bên Pjy được đặt tại trọng tâm của xe.

- Trên hình 4-10 biểu thị chuyển động quay vòng của ô tô có lốp đàn hồi theo

hướng bên. Thành phần Pjy lực quán tính được đặt tại trọng tâm của xe. Dưới tác dụng của lực này, lốp của các bánh xe trước và sau lệch đi những góc tương ứng là và ở các bánh xe trước, ngoài ra các bánh xe còn được quay đi một góc α, do đó hướng của véc tơ của trục trước sẽ tạo với trục dọc của xe một góc bằng .

Hình 4-10. Sơ đồ chuyển động quay vòng của ô tô khi lốp bị biến dạng bên.

Ta cũng dễ dàng xác định được tâm quay tức thời O1 và bán kính quay vòng R. Đối với ô tô có lốp đàn hồi theo hướng bên thì góc quay vòng cần thiết α của các bánh dẫn hướng để xe có thể chuyển động trên có bán kính R sẽ phụ thuộc không những

vào chiều dài cơ sở của xe mà còn phụ thuộc vào khả năng chống lệch bên của lốp. Từ hình 4-10 ta có thể xác định

được : (4.19)

Với giá trị các góc nhỏ ta có :

(4.20) - Phương trình (4.20) đặc trưng cho tính quay vòng của ô tô bánh hơi và có thể xảy ra các trường hợp sau :

Đồ án tốt nghiệp Trang 105 4.3.1. Quay vòng lý tưởng, (quay vòng định mức).

Trong trường hợp này ta có : , xe có tính năng quay vòng định mức. Ở trường hợp này để giữ cho xe chuyển động thẳng khi có lực bên tác động thì người lái cần quay vòng tay lái như thế nào đó để xe lệch khỏi trục đường một góc .

4.3.2. Quay vòng thiếu.

Hình 4-11. Sơ đồ chuyển động của ô tô

có tính năng quay vòng thiêu.

- Trong trường hợp này : xe có tính năng quay vòng thiếu ở trường họp này xe có khả năng tự giữ được hướng chuyển động thẳng nhở lực ly tâm

Pjy có chiều ngược chiều tác động của lực

Y.

4.3.3. Quay vòng thừa.

Hình 4-12. Sơ đồ chuyển động của ô tô

có tính năng quay vòng thừa.

- Ở trường hợp này : xe có tính năng quay vòng thừa. Trong trường hợp này xe mất khả năng chuyển động thẳng ổn định vì chiều của lực ly tâm Pjy

trùng với chiều của lực tác động Y. Sự

mất ổn định càng lớn khi vận tốc của xe càng cao, vì lực ly tâm tỷ lệ bậc hai với vận tốc. Để tránh lật đỏ xe trong những trường hợp này, người lái xe phải nhanh chóng đánh tay lái ngược trở lại với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng.

Đồ án tốt nghiệp Trang 106 4.4.1. Các góc đặt của bánh xe dẫn hướng.

Khi quan sát các bánh xe, chúng ta cho rằng chúng bắt buộc phải thẳng góc với