CHƯƠNG I: ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
CHƯƠNG 4. TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ
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 sai khác giữa các góc quay vòng thực tế
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
có : (4.12)
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 = JdAC +JtAC = b.ω2 + b ; rad/s2
(4.14)
Như vậy gia tốc của trọng tâm ô tô + Hướng theo trục dọc của xe :
Jx = JtoA– JdAC = (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 =