CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hinh 2.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động
2.1.4 Các lực cản chuyển động của ô tô a. Lực cản lăn
Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng trong lốp khi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường, trong các ổ trục bánh xe, lực cản không khí chống lại sự quay của bánh xe, và sự tiêu hao năng lượng cho việc tạo thành vết bánh xe.
Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô
Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu hao năng lượng của từng thành phần riêng là rất khó khăn. Bởi vậy người ta qui tất cả các thành phần tiêu hao năng lượng cho quá trình lăn của bánh xe thành một lực cản và gọi là lực cản lăn.
Như vậy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của ô tô. Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng phản lực pháp tuyến của mặt đường là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Do đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến Z hoặc theo trọng lượng của máy G, sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại được quy thành một hệ số f và có thể viết :
. .
f fk fn
P =P +P = f Z+ f G (2.15)
Trong đó: Pfk- lực cản lăn của bánh chủ động, N Pfn - lực cản lăn của các bánh chủ động, N f- hệ số cản lăn,
Z -phản lực pháp tuyến, N G- trọng lượng của ô tô, kG
α - độ dốc mặt đường;
Z= G.cosα;
Biểu thức (2.15) có thể viết lại một cách tổng quát hơn:
. cos
Pf = f G α (2.16)
b. Lực cản dốc
Khi ô tô lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần lực G.sinα có phương song song với mặt đường và được gọi là lực cản dốc, ký hiệu Pα:
. cos
Pα = f G α (2.17)
Trong đó: G- trọng lượng xe, kG α –góc dốc mặt đường, độ
Tuy nhiên Pα chỉ gây ra cản chuyển động khi ôtô lên dốc, còn khi xuống dốc nó sẽ có tác dụng đẩy xe chuyển động. Song để tiện cho việc nghiên cứu, trong lý thuyết ô tô quy ước chung cho cả hai trường hợp cùng sử dụng một thuật ngữ.
c. Lực cản không khí
Khi ô tô chuyển động sẽ làm di chuyển các bộ phận không khí bao quanh xe, làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cản không khí. Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, hình dáng bề mặt chắn gió phía trước. Giá trị của lực cản không khí có thể xác định theo công thức thực nghiệm:
2
W w
P = k .v (2.18)
Trong đó: kw - hệ số cản không khí,
v- tốc độ chuyển động tương đối giữa ô tô với không khí, m/s d. Lực cản quán tính
Khi ô tô chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương song song với phương chuyển động và điểm đặt tại tâm của ô tô. Nếu chuyển động chậm dần đều, lực quán tính Pj sẽ cùng chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của ô tô. Ngược lại khi chuyển
động nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán tính.
Giá trị của lực quán tính có thể xác xem như tạo thành bởi hai thành phần:
P = P + Pj j' j'' (2.19) Trong đó: Pj’ lực cản quán tính tịnh tiến, N
P’’j lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trên ô tô gây ra, N
Lực quán tính tịnh tiến Pj’ có thể xác định theo công thức:
P = j.G
g (2.20)
Trong đó: j- gia tốc tịnh tiến của ô tô, m/s2 G- trọng lượng của ô tô, kG g- gia tốc trọng trường, m/s2
Thành phần lực quán tính Pj’’ được xác định theo công thức:
'' ak an
k n
M M
P = +
r r (2.21)
Trong đó:
Mak mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều quy dẫn đến trục bánh chủ động.
Man mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn hướng).
n an
n
M = j.j r
Jn ,rn – mô men quán tính và bán kính quán tính của bánh bánh xe dẫn hướng.
Thay các giá trị Mak và Man vào (2.21), sau đó thay các giá trị của Pj’ và P’’j vào (1.19) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của ô tô.
2 2
2 2
. . . .
. 1 d m x x x k n
j
k n
J i J i J J
G g
P a
g G r r
η η
+ +
= + + ÷÷
∑ (2.22)
Đặt
2 2
2 2
. . . .
1 d m x x x k n
a
k n
J i J i J J
g
G r r
η η
δ + +
= + + ÷÷
∑ (2.23)
Thay δa vào (2.22) ta có: j . a
P G g δ
= (2.24) Trong đó δa được gọi là hệ số quy đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ của ô tô.
2.2 TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ