Thí Nghiệm Ô Tô ĐHBKHN

1 Muc đích thí nghiệm, các dạng thí nghiệm và yêu cầu thiêt bị 1 1 Mục đích và vai trò của thí nghiệm ô tô Mục đích của thí nghiệm là để đánh giá và phát hiện ưu nhược điểm của các cụm chi tiết, hệ thống và toàn bộ ô tô về các mặt sau • Thông số kỹ thuật và các tính năng làm việc cơ bản như vmax, Ne, Me, f, φ, hg, Rqv, Hệ số cản khí động K, vv • Độ tin cậy làm việc (ổn định quĩ đạo chuyển động khi phanh, lái, vv) • Độ bền và tuổi thọ Tóm lại, mục đích của.

1 Muc đích thí nghiệm, các dạng thí nghiệm và yêu cầu thiêt bị 1.1 Mục đích và vai trò của thí nghiệm ô tô

Mục đích của thí nghiệm là để đánh giá và phát hiện ưu

nhược điểm của các cụm chi tiết, hệ thống và toàn bộ ô tô về các mặt sau:

• Thông số kỹ thuật và các tính năng làm việc cơ bản

kế, chế tạo và sửa chữa xe ngày càng tốt hơn

1.2 Các dạng thí nghiệm

Thí nghiệm ô tô được phân loại theo:

a Mục đích thí nghiệm

- Thí nghiệm kiểm tra ở nhà máy sau khi sản xuất

- Thí nghiệm trong điều kiện sử dụng

- Thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học

b Tính chất thí nghiệm

- Thí nghiệm xác định tính chất kéo P ki = f(v)

- Thí nghiệm xác định tính kinh tế nhiên liệu g e = f(n e )

- Thí nghiệm xác định tính chất phanh (S p , t p , J pmax , P p )

- Thí nghiệm xác định độ ổn định và điều khiển

- Thí nghiệm xác định độ êm dịu chuyển động (f, C)

- Thí nghiệm xác định tính cơ động (R qv , góc thoát, vv)

- Thí nghiệm xác định độ tin cậy (xác xuất hư hỏng R t )

- Thí nghiệm xác định độ mòn,, độ bền, vv

d Theo đối tượng thí nghiệm

- Thí nghệm ô tô đơn chiếc (thường đánh giá chức năng của một cụm, hệ thống nào đó trên xe)

- Thí nghiệm lô nhỏ (cho thử nghiệm sản phẩm mới)

- Thí nghiệm loạt lớn (phục vụ công tác quản lý)

e Theo cường độ và thời gian thí nghiệm

- Thí nghiệm bình thường theo qui định

- Thí nghiệm tăng cường (rút ngắn thời gian và tăng cường độ)

1.3 Yêu cầu đối với thiết bị đo

• Đảm bảo độ chính xác cần thiết cho thí nghiệm

• Không bị ảnh hưởng bởi rung động

• Đặc tính tuyến tính hoặc gần tuyển tính để dễ ngoại suy và nội suy (y = f(x))

• Trọng lượng và kích thước nhỏ gọn

• Không chịu ảnh hưởng của thời tiêt khí hậu

2 Các loại cảm biến dùng trong thí nghiệm

Cảm biến là thiết bị nhận tín hiệu về trạng thái của đối tượng cần đo và biến đổi nó thành dạng tín hiệu điện tương ứng

2.1 Phân loại cảm biến

• Theo công dụng có các loại cảm biến sau:

- Nhóm thông số: các đại lượng không điện của đối tượng cần đo làm biến đổi một vài thông số của cảm biến như điên trở (R), điện dung (C), điện cảm (L)

- Độ nhạy tuyệt đối = Δy/Δx

- Độ nhạy tương đối = (Δy/y)/(Δx/x)

d Sai số tĩnh và sai số động của cảm biến

e Độ nhạy của cảm biến với các yếu tố môi trường như nhiệt

độ, độ ẩm, độ rung ồn, vv gây lên sai số phụ

f Kích thước, khối lượng, độ phức tạp và phương pháp lắp cảm biến lên chi tiết đo

2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số cảm biến

c Ứng dụng

- Đo vận tốc góc của trục quay

- Đo tốc độ và gia tốc chuyển động thẳng của ô tô

( Đại lượng không điện của đối tượng cần đo là vận tốc góc, vận tốc dài và gia tốc Đại lượng điện là sức điện động và tần số sức điện động)

- Q là điện lượng tạo ra khi tác động lực lên tấm thạch anh

- k là hằng số xác định độ nhạy của cảm biến

- P là lực tác động

Là hai cảm biến điện cảm loại

loại đơn ghép lại

b Nguyên lý làm việc

• Nguyên lý làm việc dựa trên sự thay đổi cảm kháng của cảm biến khi đại lượng cần đo thay đổi

• Cảm biến đơn có kết cấu đơn giản nhưng ít được sử dụng

vì khe hở δ và trở kháng không thay đổi theo qui luật tuyến tính mà theo qui luật hy-pec-bol Ngoài ra, nó còn bị ảnh hưởng của nhiệt độ, sự thay đổi điện áp và tần số của

• Đo lực ở mooc kéo

• Đo mô men quay ở các đăng

2.3.4 Cảm biến điện dung

2.3.5 Cảm biến từ đàn hồi

a Cấu tạo

- Có thể dán trực tiếp lên chi tiết khảo sát

- Trọng lực kích thước nhỏ nên có thể đán lên chi tiết quay với vận tốc lớn

- Không có quán tính điện lớn nên có thể đo ghi gia tốc

và rung động ở tần số cao hàng ngàn Hz

- Giá thành rẻ

- Loại dẹt dễ dán và tỏa nhiệt tốt, công suất lớn, không cần khuyếch đại

• Cảm biến điện trở dùng để:

- Đo biến dạng

- Đo lực

- Đo ứng suất

2.3.7 Cảm biến loại biến trở

a Cấu tao

Cảm biến loại này thực chất là một biến trở được làm bằng dây hoặc bằng than

b Nguyên lý làm việc

Dưới tác dụng của đại lượng cơ học (lực, mô men, áp suất)

con trượt của biến trở dịch chuyển làm thay đổi điện trở của biến trở và do đó thay đổi cường độ cảu dòng điện tỏng mạch đo

c Ứng dụng

- Đo dịch chuyển thẳng và dịch chuyển góc của bàn đạp

- Đo dịch chuyển của cac tay đòn điều khiển

- Đo dịch chuyển của bánh dẫn hướng ô tô

3.1 Ứng dụng cảm biến dây điện trở trong đo lường 3.1.1 Cầu đo

a Sơ đồ cầu đo

- R 1 , R 2 , R 3 , R 4 là điện trở cầu đo

- R d là điên trở của đồng hồ đo

- U là điện áp

- I 1 , I 2 , I 3 , I 4 , I d dòng điện qua R 1 , R 2 , R 3 , R 4 và R d

b Phân loại

• Cầu đo dùng dòng điện 1 chiều Ở cầu đo này, các

nhánh cầu chỉ dùng điện trở thuần nên không cần chống nhiễu

• Cầu đo dùng dòng xoay chiều Ở cầu đo này, các nhánh của cầu đo là điện trở phức nên cần có các biện pháp chống nhiễu

• Cầu đo loại thụ động (không mang tải) là cầu đo làm việc với bộ khuếch đại điện tử có trở kháng vào lớn

• Cầu đo loại mang tải là cầu đo làm việc không qua bộ

khuếch đại hoặc qua bộ khuếch đại có trở kháng vào

nhỏ

Trên thực tế dùng loại cầu đo với dòng điện xoay chiều vì

bộ khuếch đại dòng 1 chiều đắt và làm việc không tốt

bằng bộ khuếch đại dòng xoay chiều

(3.5) Điều kiện cân bằng là R 2 R 4 – R 1 R 3 = 0 (3.6)

4 1

4

R R

I R





3 2

3

R R

I R





) (

) (

) )(

(

) (

4 1

3 2 3

2 4 1 3

2 4

1

3 1 4

2

R R

R R R

R R R R

R R

R R

R R R

R

U I

d





Z 1 Z 3 = Z 2 Z 4 - phương trình cân bằng biên độ (3.7)

φ 1 + φ 3 = φ 2 + φ 4 - phương trình cân bằng pha (3.8) Trong đó:

- mô đun số phức (biên độ)

- biến số phức (pha)

L - Từ cảm của nhánh cầu

R – Điện trở thuần của nhánh cầu

ω – Tần số của dòng điện cấp cho cầu

• Cầu không cân bằng

 

R 1 và điện trở bù trừ nhiệt độ R 2 ở nơi có nhiệt độ như

nhau Khi đó R 1 và R 2 cùng thay đổi một lượng như nhau Tức là:

R’ 1 = R 1 (1+σ) - σ là hệ số thay đổi điện trở theo nhiệt độ R’ 2 = R 2 (1+σ)

Thay các giá trị R’ 1 và R’ 2 vào (3.9) ta thấy không có gì thay đổi

4 3

2

R R

R 

- Nguyên lý

Phương pháp này dựa trên cơ sở đo dòng điện không cân bằng của cầu đo (trên mạch chéo có lắp dụng cụ đo)

Từ công thức (3.5):

Ta thấy rằng có thể khử ảnh hưởng của nhiệt độ theo

phương pháp đo không cân bằng.

- Phương pháp mắc đối xứng:

Giả sử rằng điện trở của cảm biến đo R 1 dưới tác dụng của lực thay đổi một lượng là ΔR và của nhiệt độ thay đổi một lượng là ΔR t Điện trở bù trừ nhiệt độ R 2 thay đổi một lượng

) (

) )(

(

) (

4 1

3 2 3

2 4 1 3

2 4

1

3 1 4

2

R R

R R R

R R R R

R R

R R

R R R

R

U I

Thay các giá trị R 1 , R 2 , R 3 , R 4 vào (3.5) với chú ý:

- dòng điện không phụ thuộc vào nhiệt độ

- công thưc này đúng khi cảm biến đo R 1 và cảm biến bù trừ nhiệt độ R 2 tạo thành hai nhánh cầu

R R

R

R

R U

I

d d

+ Điên trở bù trừ nhiệt độ mắc vào nhánh R 4

+ Cảm biến đo R 1 và cảm biến bù trừ nhiệt độ R 4 tạo thành hai nhánh cầu đo và được nối với nhánh chéo của nguồn điện

2 1

2

R R

R R

R

R

R U

I

d d

Nhận xét:

• Dòng điện không cân bằng không phụ thuộc vào nhiệt đô

• Dòng điện này tỷ lệ thuận với nguồn điện cấp cho cầu và sự thay đổi tương đối của điện trở của cảm biến đo gây lên bởi chi tiết đo

• Các công thức (3.10) và (3.11) đặc trưng cho kết cấu của

cầu đo

• Dòng điện ở nhánh chéo I d phụ thuộc vào điện trở của dụng

cụ đo R d Điện trở này càng nhỏ thì I d càng lớn Để có được

I d không lớn lắm nhưng công suât N d lớn thì điện trở của nhánh cầu phải thỏa mãn các điều kiện nhất định Thiêt lập điều kiện cho N dmax = I d 2 R d

Thay I d từ các công thức (3.10) và (3.11) ta có điều kiện

3.1.2 Phương pháp dán cảm biến lên chi tiết cần đo

a Đo lực kéo, cảm biến bù trừ nhiệt độ R 4 dán thẳng góc với

cảm biến đo R 1 để giảm sai số do biến dạng theo chiều ngang

b Đo lực kéo, độ nhạy tăng lên 2 lần do có cảm biến bù trừ

nhiệt độ ở cả 2 nhánh Cách mắc này còn giảm sai số do uốn

c Đo mô men uốn, độ nhạy tăng lên 2 lần nhờ cảm biến bù trừ

nhiệt đô R 4 được dán ở mặt bị nén của chi tiết

d Đo mô men uốn, độ nhạy tăng lên 4 lần do 2 cảm biến bù trừ

nhiệt độ và R 2 và R 4 dán ở mặt chịu nén của chi tiết

• Đo mô men xoắn

+ Trước khi đo, phải cân bằng cầu

a Đo trên bán trục b Đo toàn bộ cầu c Đo ở nửa cầu

1 Chi tiết cần đo

2 Cảm biến đo

3 Mạch cầu

4 Bộ phận khuếch đại

5 Máy ghi sóng

• Maý khuếch đại

2 Máy phát loại đèn tần số sóng mang 6 Bộ tách pha

3 Bộ khuếch đại công suất 7 Bộ lọc

9 Bộ điều chỉnh

3.2 Tổ hợp các cảm biến, mạch biến đổi, thiết bị hiển thị và ghi

10 Khuếch đại điện áp 1 chiều

11 Khuếch đại điện tích

12 Khuếch đại dòng 1 chiều

13 Thiết bị chỉ thị tt+số

14 và 16 Thiết bị tự ghi kiểu từ điện dùng điện thế kế kiểu gương

15 Thiết bị tự ghi điện tử có trở kháng lớn

17 Thiết bị hiển thị dạng số

- chọn các bộ biến đổi số-tương tự và tương tự-số

- đường nét liền là khả năng tổ hợp chinh, nét đứt là tổ hợp khác

• Khi ghép nối phải đảm bảo điều kiện thích ứng về độ nhạy, trị số tín hiệu đo, dòng điện, điện áp, công suất, điện trở vào

ra của mạch đo

• Các thiết bị hiển thị phải phù hợp với dạng tín hiệu và trở kháng vào ra của thiết bị

3.3 Sử dụng máy tính trong hệ thống đo lường

• Trong đo lường hiện đại thường sử dụng các mạch điều khiển và bộ vi xử lý để nhận và biến đổi đồng thời tín hiệu đầu vào (từ cảm biến) và xử lý gia công kết quả cuối cùng

• Việc tự động thu nhận, xử lý và gia công số liệu cũng như kết quả giúp giảm nhẹ sức lao động, tiết kiệm thời gian,

phát hiện và làm giảm được các sai số thí nghiệm

• Hệ thống đo lường hiện đại được chia ra 2 nhóm tùy theo khả năng xử lý và tự động chọn chế độ thí nghiệm tố ưu: Nhóm I - Có các chức năng chính là nhận, ghi lại các thông tin trong quá trình thí nghiệm Việc gia công và đánh giá kết quả chỉ được thực hiện khi có tín hiệu từ bộ điều khiển Do

đó kết quả thường chậm và không có khả năng tự động

điều chỉnh lựa chọn chế độ tối ưu

Nhóm II – Sử dụng các bộ vi xử lý cho phép tiến hành gia công số liệu và kết quả gần như song song với quá trình thí nghiệm Vì vậy, hệ thống này có khả năng lựa chọn chế độ tối ưu, giảm thiểu sai số thí nghiệm

Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo nhóm I

Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo nhóm II

Xác định các hệ số tác động giữa ô tô

và môi trường

4.1 Xác định hệ số cản lăn

4.1.1 Xác định hệ số cản lăn bằng thí nghiệm ô tô trên đường

a Phương pháp đo bằng ten dô

- Cho xe chạy với vận tốc 5,55m/s (20km/h) để tránh ảnh

hưởng của sức cản không khí

- Đọc kết quả đo mô men quay sinh ra trên nửa trục M n.tr

- Tính lực kéo tiếp tuyến thông qua môn men nửa trục M n.tr

(4.2)

Trong đó r bx là bán kinh làm việc trung bình của bánh xe

Vì xe chạy chậm nên lực cản không khí P ω = 0, cho nên có thể xác định lực cản lăn từ phương trình sau:

P f = P k

Trong đó G – trọng lượng của ô tô đầy tải

Làm thí nghiệm đo 3 lần rồi lấy kết quả trung bình

bx

tr n k

r

M

P  2 .

G r

M G

P G

P f

bx

tr n k







b Phương pháp dùng ô tô kéo ô tô ở đằng sau

• Các bước tiến hành:

- Kiểm tra tính trạng kỹ thuật của xe thí nghiệm và xe kéo, đặc biệt là áp suất lốp

- Cho 2 xe kéo nhau bằng dây cáp nối với lực kế

- Để tránh ảnh hưởng của lực quán tính và lực cản không khí, cho xe chạy với vận tốc (2,77÷5,55) m/s (10÷20)km/h

- Để tránh hiện tượng xe sau trườn nhanh hơn xe trước, làm trùng dây và chỉ số đo không ổn định, người ta cho xe chạy trên đường có độ dốc nhỏ (<5%) Góc dốc phải xác định trước

- Để tăng độ chính xác, người ta tách các bánh xe chủ động của ô tô đằng sau ra khỏi hệ thống truyền lực để tránh tổn hao do khuấy dầu

- Đọc số đo trên lực kế

c Phương pháp chạy theo quán tính

• Các bước tiến hành

- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe, đặc biệt là áp suất lốp phải đúng tiêu chuẩn

- Chọn đường phẳng nằm ngang, 2 bên đường có cọc cao

1 m, cách nhau 2m, đường nối 2 cọc vuông góc với tâm của đường

- Cho xe chạy với vân tốc 5,55m/s (20km/h) để tránh lực cản không khí

- Người lái quan sát 2 cọc, khi tầm mắt người quan sát và 2 cọc trên một đường thẳng thì ngắt hộp số ( tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực), cho xe chạy theo quán tính đến khi dừng hẳn

- Đo quãng đường S từ vị trí cắm cọc đến chỗ xe dừng

v – vận tốc ô tô khi bắt đầu chạy theo quán tính (m/s)

δ – hệ số tính đến các khối lượng quay của ô tô khi hộp số

bị ngắt ( chủ yếu là bánh xe) Hệ số δ tính theo công thức sau:

(4.6)

hoặc δ = 1,04 + 0,05i h 2

Ở đây:

J bx – mô men quán tính của tất cả các bánh xe Nms 2

r bx – bán kính làm việc trung bình của bánh xe: r bx = λr 0

r 0 – bán kính tự do của bánh xe

λ – hệ sô biên dạng của lốp = 0.93÷0,95

S – quãng đường xe chạy theo quán tính

G – trọng lượng ô tô đầy tải (N)

g – gia tốc trọng trường (m/s 2 )

G r

g J

2

2





4.1.2 Xác định hệ số cản lăn trong phòng thí nghiệm

b Trình tự thí nghiệm

• Đặt bánh xe 3 lên tang trống (hoặc đĩa) (4)

• Nối bánh xe với động cơ điện 1 qua khớp nối 2

• Đặt lực Q lên bánh xe theo phương thẳng đứng

• Cho đông cơ điện hoạt động, thông qua khớp nối 2, dẫn động bánh xe quay, làm cho tang trông (hoặc đĩa) quay

theo, đồng thời dẫn động rô-to máy phát 6 thông qua khớp nối 5 Do động cơ điện và máy phát điện đặt treo nên trên các stato của chúng xuất hiện mô men quay.

• Tiến hành đo mô men trên stato của động cơ M dc và máy phát điện M m.ph

• Tiến hành đo số vòng quay của rô-to động cơ điện n dc và máy phát điện n m.ph

• Xuất phát từ công thức tính lực cản lăn P f = f.Q ta có:

N dc - Công suất động cơ điện

N m.ph - Công suất máy phát điện

M dc - Môn men động cơ điện

M m.ph - Mô men máy phát điện

Thay các giá trị công suất cản lăn N f và vận tốc v vào công

ph m ph

m dc

dc f

r

M

M P

ph m ph m dc

dc f

r n

n M

n

n M

n M

Q

P f

bx dc

ph m ph m dc

dc f

.







Giá trị trung bình của hệ số cản lăn f

Đường nhựa và bê tông

4.2 Xác định hệ số cản không khí

4.2.1 Thử nghiệm trên đường

a Dùng ống pi-tô kết hợp với dao động ký

• Các bước tiến hành

- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe

- Đặt ống pi-tô (cảm biến áp suất) ở phía trước của ô tô

- Nối ống pi-tô với sơ đồ đo gồm cầu đo và dao động ký.

- Cho xe chạy trên đường phẳng nằm ngang, trong điều

kiện thời tiết không có gió, với vận tốc lần lượt từ 5,55m/s đến 8,33m/s, 11,11m/s, 13,88m/s và 16,66m/s, tương ứng với

20, 40, 50 và 60 km/h

- Tiến hành đo ghi các giá trị áp lực không khí P w

- Thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần ở mỗi tốc độ để lấy giá trị trung bình

K  w

Đối với xe con: F = 0,78.B 0 H 0 (m )

Đối với xe tải F = B.H 0 (m 2 )

Trong đó

B – chiều rộng cơ sở của xe (m)

B 0 – Chiều rộng toàn bộ của xe (m)

H 0 – Chiều cao toàn bộ của xe (m)

b Ô tô chạy xuống dốc dưới tác dụng của lực trọng trường

• Các bước tiến hành

- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe, đặc biệt là áp suất lốp phải đủ theo tiêu chuẩn

- Xác định hệ số cản lăn f theo các phương pháp ở trên

- Chọn đoạn đường có độ dốc α, chiều dải ≥ 500m

- Cho xe lăn xuống dốc nhờ lực P i

- Ghi lại vận tốc xe khi đạt giá trị ổn định

f G

K    

c Ô tô thí nghiệm được kéo bằng ô tô khác

• Các bước tiến hành

- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe, đặc biệt là áp suất lốp phải đúng tiêu chuẩn

- Xác định hệ số cản lăn như đã làm ở trên

- Xe kéo và xe thí nghiệm được nối bằng dây cáp trên đó

có gắn lực kế đo lực kéo P k

- Xe kéo cách xe thí nghiệm ít nhất 15 m để tránh ảnh

hưởng của xe kéo lên dòng khí tác dụng lên xe thí

nghiệm

- Cho một xe kéo xe thí nghiệm ở vận tốc tương đối cao

từ 11,11 ÷16,66 m/s (hay 40÷60 km/h) nhưng không quá 19,44 m/s (hay 70km/h) vì bắt đầu ở vận tốc này trở lên

hệ số cản lăn thay đổi theo vận tốc xe

- Để tránh hiện tượng xe thí nghiệm trườn nhanh hon xe kéo, hai xe được cho chạy lên dốc trên đường có độ dốc

α nhỏ

- Tiến hành đo và đọc giá trị của lực kéo P k