Giáo trình IUH Giáo trình Lý thuyết ô tô

Để xác định các lực và momen tác dụng lên bánh xe chủ động, cần xây dựng các đường đặc tính tốc độ động cơ.. Đường đặc tính tốc độ động cơ chỉ rõ sự phụ thuộc của công suất có ích Nc, mo

LÝ THUYẾT ÔTÔ

NHẢ XUÀT BAN ĐẠI HỌC CONG NGHIỆP

THÀNH PHỔ HÒ CHÍ MINH

Lý thuyết ôtô

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHO HỒ CHÍ MINH

LỜI NÓI ĐÀU

Quyển “Lý thuyết ôtô ” là giáo trình dùng cho sinh viên đại học, cao đảng ngành Công nghệ ôtô - Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh.

ỉ

Giảo trình giới thiệu một cách hệ thống các vấn đề cơ bản của môn học phù hợp với chương trình đào tạo đại học của ngành ôtô Cuối mỗi chương đều có vỉ dụ cụ thể để áp dụng các kiến thức đã học Giáo trình cũng giới thiệu lý thuyết có tính chuyên sâu một so vấn đề trong từng chương để cỏ thể tham khảo thêm trong khi giảng dạy chuyên ngành Cuối giảo trình giới thiệu đồ án môn học lý thuyết ôtô có tỉnh chất

MỤC LỤC

Lòi nói đầu 3

Chương 1: Các lực và momen tác dụng lên ôtô 1.1 Đường đặc tính tốc độ động cơ 7

1.2 Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động ôtô 19

1.3 Lực bám của bánh xe chủ động và hệ số bám 25

1.4 Các loại lực cản chuyển động của ôtô 29

Chương 2: Động lực học tổng quát của ôtô 2.1 Khái niệm các loại bán kính bánh xe, ký hiệu lốp xe 44

2.2 Động lực học quá trình lăn của các bánh xe 47

2.3 Hệ số cản ỉăn và các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số cản lăn 55

2.4 Sự trượt bánh xe chủ động 57

2.5 Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt 60

2.6 Xác định các phản lực thẳng góc của mặt đường tác dụng lên bánh xe trong mặt phẳng dọc 70

2.7 Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe ôtô 74

2.8 Xác định các phản lực thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trong mặt phẳng ngang 76

Chương 3: Tính toán sức kéo ôtô 3.1 Sự cân bằng công suất ôtô 80

3.2 Sự cân bàng lực kéo của ôtô 85

3.3 Nhân tố động lực học của ôtô 92

3.4 Tính toán sức kéo ôtô 107

3.5 Ảnh hưởng của truyền động thủy lực đến chất lượng kéo của ôtô 123

Chương 4: Tính kỉnh tế nhiên liệu ôtô 4.1 Các chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu 135

4.2 Phương trình xác định tiêu hao nhiên liệu 136

4.3 Phương trình tiêu hao nhiên liệu tính theo kết cấu động cơ 138

4.4 Định mức tiêu hao nhiên liệu đối với xe tải 141

Chương 5: Tính chất ổn định ôtô

5.1 Ôn định trong mặt cắt dọc 144

5.2 Ốn định trong mặt cất ngang 155

5.3 Ảnh hưởng gió bên đến ổn định ôtô 164

5.4 Xác định trọng tâm ôtô qua thực nghiệm 171

Chương 6: Lý thuyết quay vòng ôtô 6.1 Động học và động lực học quay vòng 175

6.2 Quan hệ các góc quay bánh xe dẫn hướng hình thang lái 179

6.3 Quan hệ các góc quay bánh xe nhiều cầu dẫn hướng 180

6.4 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng 182

6.5 Các lực tác dụng lên ôtô khi quay vòng 183

6.6 Đặc tính lái - Tốc độ giới hạn quay vòng ôtô 186

6.7 Ảnh hưởng đặc tính đàn hồi lốp xe đến quay vòng 187

6.8 Các thông số kết cấu ảnh hưởng đặc tính quay vòng đối với loại lốp biến dạng 191

6.9 Quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng đối với loại lốp đàn hồi 193

6.10 Tính ổn định các bánh xe dẫn hướng 195

6.11 Momen ổn định bánh xe dẫn hướng 198

6.12 Các góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng 200

Chương 7: Tính toán phanh ôtô 7.1 Tải trọng trung bình khi phanh 202

7.2 Phanh bánh xe cầu sau 203

7.3 Phanh bánh xe cầu trước 204

7.4 Phanh bánh xe cầu trước và cầu sau 205

7.5 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh 206

7.6 Quá trình phanh xe 212

7.7 Giản đồ phanh xe 214

7.8 Sự ổn định hướng chuyển động khi phanh 217

Chương 8: Lý thuyết dao động ôtô 8.1 Khái niệm về độ êm dịu 236

8.2 Phưoĩìg pháp đánh giá độ êm dịu 237

8.3 Dao động ôtô trong các mặt phẳng tọa độ 238

8.4 Mô hình dao động - Sơ đồ tương đương 239

8.5 Phương trình dao động tổng quát 239

8.6 Trường hợp hai cầu xe dao động độc lập 243

8.7 Các trường hợp đặc biệt 249

8.8 Phương trình dao động do lực kích động từ mặt đường 255

8.9 Dao động ghế ngồi 259

8.10 Giải bài toán dao động theo lý thuyết toán tử - hàm truyền, hàm tần 261

Đồ án môn học lý thuyết ôtô 269

Tài liệu tham khảo 293

Chương 1 CÁC Lực VÀ MOMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ

1.1 Đường đặc tính tốc độ động cơ

Nguồn cung cấp năng lượng cho ôtô là động cơ đốt trong kiểu pittông Để xác định các lực và momen tác dụng lên bánh xe chủ động, cần xây dựng các đường đặc tính tốc độ động cơ Đường đặc tính tốc độ động cơ chỉ rõ sự phụ thuộc của công suất có ích (Nc), momen quay có ích (Me) và tiêu hao nhiên liệu theo số vòng quay (rie) hay tốc độ góc (coc) của trục khuỷu:

Ne = f(ĩle) hay Ne = f (©e) Mc= f(ne) hay Me = f(©e)

Gt = f(ne) hay Gt = f (íùc)

ge = f(ne) hay ge = f (coc)

Có hai loại đường đặc tính tốc độ động cơ:

+ Đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ được xác định qua sự khảo nghiệm động cơ trên băng thử

+ Đường đặc tính cục bộ được khảo nghiệm khi bướm ga hoặc thanh răng bơm cao áp đặt ở các vị trí trung gian Động cơ đốt trong có nhiều đường đặc tính cục bộ

Đường đặc tính tốc độ ngoài được khảo nghiệm:

4- Đối với động cơ xăng khi bướm ga mở hoàn toàn

+ Đối với động cơ diesel khi đặt thanh răng của bơm cao áp ứng với chế độ cung cấp nhiên liệu hoàn toàn

1.1.1 Đường đặc tỉnh ngoài một sổ loại động cơ

a) Đường đặc tỉnh ngoài động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vòng quay

Đường đặc tính này thường sử dụng ở ôtô du lịch, ôtô hành khách Đường đặc tính này có dạng:

Hình 1.1 Đường đặc tỉnh ngoài cùa động cơ xăng không hạn chế sổ vòng quay

Trên hình 1.1 :

nmin - số vòng quay nhỏ nhất (cầm chừng) ở chế độ toàn tải Khi tăng số vòng quay thì momen và công suất động cơ tăng lên Khi rie = nM - momen đạt cực đại Memax

ru = nN - công suất đạt cực đại Nemax

Động cơ làm việc chủ yếu từ nM- nN

Khi tăng số vòng quay động cơ ru > nN, công suất động cơ sẽ giảm do:

Sự nạp hỗn hợp hòa khí kém và do tăng tồn thất ma sát ưong động cơ

Do đó, số vòng quay tương ứng với tốc độ cực đại (Vmax) của ôtô khi chuyển động trên đường đất và nàm ngang không nên vượt quá 1020%

số vòng quay nN-

nvmax — (1,1 • 1,2)nN

Hình 1.2 Đường đặc tinh ngoài cùa động cơ xăng có hạn chế số vòng quay

c) Động cơ diesel có bộ điều tiết

Động cơ diesel có bộ điều tiết được sử dụng trên xe tải, xe khách và

xe du lịch; thường là bộ điều tốc haị hay nhiều chế độ

Bộ điều tốc có tác dụng giữ cho chế độ làm việc của động cơ luôn ở vùng tiêu hao nhiên liệu riêng bé nhất (gemin)-

Đường đặc tính động cơ diesel biểu diễn trên hình 1.3

Hình 1.3.Đường đặc tính ngoài động cơ diesel

Trên hình 1.3

nN - nCk: là hành trình dạng không tải động cơ

nCk - số vòng quay của động cơ khi chạy không tải

Iick - nn: là hành trình tăng tải, ở hành trình này khi tải tăng, bộ điều tốc sẽ tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ làm tăng công suất động cơ (Ne), momen quay động cơ (Me); và số vòng quay (ne) giảm

QKhi lượng nhiên liệu cung cấp đến mức suất tiêu hao gc = —L

Ne nhiên liệu (ge) đạt giá trị bé nhất (gemin) thì công suất động cơ đạt giá trị cực đại (Nn) Vị trí này được định vị trên thanh răng bơm cao áp

Công suất Nn gọi là công suất định mức; momen quay ứng với Nn là momen quay định mức (Mn)

Số vòng quay ứng với Nn là số vòng quay định mức (nn)

Các đường cong trong khoảng từ :

nck -ỉ- nn: là đường cong có điều tốc

nn -í- nj^: là đường cong không có điều tốc hay đường đặc tính toàn tải.

Ở vùng đồ thị có tốc độ từ lick nn, các đường biểu thị:

Ne = f(ne) có dạng đường thẳng

Me = f(ne) cũng có dạng đường thẳng

Hệ số thích ứng của động cơ K: biểu hiện khả năng tăng tải của động cơ:

= Mẹmax Mn

Hệ số K khác nhau đối với từng loại động cơ

- Động cơ xăng: K = 1,1-5-1,35

- Động cơ diesel không có bộ phận phun đậm đặc: K = 1,1-5-1,15

- Động cơ diesel có bộ phận phun đậm đặc: K = 1,1-5-1,25

Các phương trình đường đặc tinh động cơ

Các đường đặc tính khi đo ưên băng thử phụ thuộc vào áp suất, nhiệt

độ, độ ẩm tương đối, thiết bị và quy chuẩn của từng nước

Ngoài phương pháp xác định trên băng thử, các đường đặc tính còn

có thể xác định theo các công thức kinh nghiệm

1.1.2 Công thức Leydecman

Công thức kinh nghiệm Leydecman được viết dưới dạng:

Nemax • công suất hữu ích cực đại (kw, HP)

nN : số vòng quay ứng với Nemax (v/phút);

a, b, c : các hệ số thực nghiệm

Động cơ xăng 4 kỳ:

Động cơ diesel 2 kỳ:

Động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp:

Động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy dự bị:

a = b = c = 1

a = 0.87;b= 1.13;c= 1

a = 0.5; b=1.5; c =1

a = 0.6; b= 1.4; c = 1

Động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy xoáy lốc: a = 0.7; b = 1.3; c = 1 Đường đặc tính về momen quay

Me = 9549.“ (N.m); (1.2)Ne: công suất động cơ (kW), ne: số vòng quay trục khuỷu (v/phút)

Kết quả tính ởbảng 1: Công suất và momen động cơ thay đổi theo

số vòng quay trục khuỷu động cơ

Đồ thị được vẽ qua Labview hình 1.4

Hình 1.4: Các đường đặc tỉnh tốc độ ngoài

Các hệ số a, b, c có thể thay đổi theo từng loại động cơ trên sơ đồ khối (block diagram) của Labview

1.1.3 Phép tinh nội suy (Interpolation)

Đối với các loại động cơ đời mới ngày nay thường dùng các hệ thống phun xăng, phun xăng điện tử

Đường đặc tính các loại động cơ này có thể được xây dựng qua một

số thông số đặc trưng và qua phép toán nội suy

Phương trình tổng quát của phép toán nội suy

y = Ao + Ai(x-Xo) + A2(x-Xo) (x-Xi) + + An(x-Xo) (x-Xi) (x-Xn-1)

Các hệ số Ao , A1, An được xác định theo sơ đồ sau:

X1 yi ai =A1X2 y2 a2 b2 = a2

ne = 0 (vòng/phút) - Ne = 0 (kW)

ne = 3500 (vòng/phút) - Ng = 41.42 (kW)

ne = 5000 (vòng/phút) - Ne = 50.80 (kW)

nữ = 6000 (vòng/phút) - = 45.13 (kW)Phương trình đường đặc tính tốc độ ngoài qua phép tính nội suy:

Đồ thị đường cong được vẽ qua Labview như sau:

Các hệ số a, b, c trong phương trình đã được xác định theo kinh nghiệm

Đối với các động cơ đời mới ngày nay thường không còn sử dụng bộ chế hòa khí thay vào hệ thống cung cấp nhiên liệu là hệ thống phun xăng, phim xăng điện tử như Monotronic, Mono-Jetronic, KE-Jetronic, LH-Jetronic, I-Jetronic

Để xây dựng các đường đặc tính tốc độ ngoài cho các loại động cơ trên không thể sử dụng các hệ số kinh nghiệm a, b, c như đã có

Việc xây dựng các đường đặc tính tốc độ ngoài cho các loại động cơ trên cần phải sử dụng phi^rng trình Leydecman mở rộng

Qua các phương trình (1), (2), (3), (4) ta có thể tính được các hệ số a, b, c.

{a+b-c = 1a+2b-3c = 0aO+b®2-cO3=i Tiff Hfj Tiff

{a + b - c = 1a + 2b - 3c = 0

a + b.( „ ) - c (-3) = , - — Kn.x JIN

Ncmax- công suất cực đại của động cơ (kW)

Nm = W; công suất động cơ ứng với momen cực đại (kW)

Memax • momen quay cực đại của động cơ (Nm)

Mn = 9549.-——: momen quay ứng với công suất cực đại (Nm)

nN

k — : hệ sổ thích ứng động cơ

mn

Un : số vòng quay ứng với công suất cực đại (v/phút)

nM : số vòng quay ứng với momen cực đại (v/phút)

Giải hệ phương trình (I) hoặc (II) sẽ có giá trị hệ số a, b, c của phương trình Leydecman mở rộng

6 !Ĩ1 HX'?<ĩ ÃloX3500

Nm = 9549 = 9549 = 4142 (kW)

^SĨỈIBX 50.8

Mn = 9549 " = 9549.7— = 97.02 (Nm)

41.42Nom„= 50.8 = 0,815

Memax '■— = - =117

Mn 97.02

Từ hệ phương trình (II) có:

''a + b - c = 1-< a + 2b - 3c = 0

^a + 0.7b-0.72c = 1.17Giải hệ phương trình trên được: a = 0.6 ; b = 1.8 ; c = 1.4

Từ đó có được phương trình các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 5A-F

Ne= 5o.8ro.6(-^-) + l.S(-5f-)2 - (kW)

' 1 '5000' sooo7 '■5O0tr J' ’

N«

Me = 9549.^ (Nm)

ĐỒ thị được biểu diễn ở bài tập 2

b) So sánh phép tính nội suy và phương trình Leydecman mở rộng

Khi so sánh hai phương trình của hai phép tính, các hệ số a, b, c có trị số không sai lệch nhiều Sai số của các trị số có thể chấp nhận được đối với loại phương trình bậc 3 biểu diễn dạng đường cong

Đối với phép tính nội suy, để đạt độ chính xác cao hơn cần phải xét càng nhiều điểm hơn

Đối với phương trình Leydecman mờ rộng được xác định trên cơ sở các đặc tính toán học của phương trình biểu thị đường cong bậc 3

Phương trình chứa các điểm thuộc đặc tính cơ bản của động cơ (Nemax/nN; Memax/nM)- Đường thẳng qua tiếp điểm có trị số cực đại của

dN-đường cong có hệ sô góc băng không (7—^ = 0 khi ne = Un)

về phép tính ngắn gọn, dễ thực hiện khi xác định các hệ số a, b, c của phương trình Leydecman mở rộng.

Do đó, độ chính xác của các hệ số a, b, c có thể chấp nhận

1.2 Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động

Công suất và momen quay động cơ được truyền đến bánh xc chủ động ôtô qua hệ thống truyền lực như ly hợp, hộp số, các đăng, vi sai

do đó sẽ bị tổn thất do ma sát trong hệ thống truyền lực

Momen quay của bánh xe chủ động khi tiếp xúc với mặt đường sẽ phát sinh lực tác dụng lên mặt đường và tạo ra phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe

Phản lực này gọi là lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động (Pk) có hướng theo chiều chuyển động của ôtô

1.2.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực là tỷ số giữa số vòng quay (ne) hay tốc độ góc quay (coe) của trục khuỷu động cơ so với số vòng quay (nb) hay tốc độ góc quay (ftìb) của bánh xe chủ động

Kị)

hay

Hể,0ủa: số vòng quay hay tốc độ góc quay trục khuỷu động cơ

nb,<x>b' số vòng quay hay tốc độ góc quay bánh xe chủ động

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực (it) bằng tích số các tỷ số truyền của các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực:

Tỷ số truyền hộp số phụ (ip) thường bố trí iheo hai loại cấp số.

1.2.2 Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Trong suốt quá trình làm việc, công suất động cơ sẽ bị mất mát do:

- Ma sát trong hệ thống truyền lực

- Khuấy dầu bôi trơn động cơ nên công suất truyền đến bánh xe chủ động (Nk) còn lại:

Nk = Ne-NtNt: công suất mất mát do ma sát và khuấy dầu bôi trơn động cơ.Hiệu suất truyền lực là tỷ số giữa công suất truyền đến bánh xe chủ động (Nk) và công suất hữu ích của động cơ (Ne)

Tjt: hiệu suât truyên lực

Hiệu suất truyền lực phụ thuộc vào nhiều thông số và điều kiện làm việc như:

Chế độ tải trọng; tốc độ chuyển động; chất lượng chế tạo các chi tiết; độ nhớt dầu bôi trơn

Hiệu suất truyền lực được xác định bằng tích số hiệu suất truyền của các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực

m- hiệu suất ly hợp (thường T| = 1);

TỊh - hiệu suất hộp số và hộp số phụ;

T|cđ-hiệu suất các đăng;

no - hiệu suất cầu chủ động;

T|c - hiệu suất của truyền lực cuối

Hiệu suất này (rịt) còn có thể xác định qua thực nghiệm và có giá trị trung bình như bàng 1.1

Bảng 1.1: Hiệu suất truyền lực cùa các loại ôtô

0 tô tải với truyền lực chính một cấp 0,89

0 tô tải với truyền lực chính hai cấp 0,85

1.2.3 Motnen quay ở bảnh xe chủ động và lực kẻo tiếp tuyến

a) Trường hợp ôtô chuyển động đều và ổn định

Khi ôtô chuyển động đều và ổn định, momen quay bánh xe chủ động (Mk) được xác định theo:

Mk = Mc.it.ìlt= Me.io-ih-ip-nt (1-9)

b) Trường hợp ôtô chuyển động có gia tốc

Khi ôtô chuyển động gia tốc, các cụm chi tiết động cơ làm việc không ổn định, do đó momen quay đông cơ thay đổi:

díủb dúih.rh 1 1

— = y—X = J d’ dr r>n rh dc

Qua các công thức trên, sau biến đổi sẽ tính được momen quay bánh

xe chủ động khi chuyển động có gia tốc

c) Lực kéo tiếp tuyến bảnh xe chủ động

Momen quay bánh xe chủ động (Mk) khi tiếp xúc mặt đường sẽ tạo ra lực (P) ngược chiều với chiều chuyển động ôtô Từ mặt đường sẽ phát sinh phản lực (Pk = P) Lực Pk gọi là lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động

Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động được xác định qua biểu thức:

Ml, Ma.ÌQ.Ìh.TỊt

Khi ôtô đang tăng tốc hoặc giảm tốc

ĩbí bán kính làm việc trung bình của bánh xe chủ động

Ví dụ 4: Xây dựng đường đặc tính kéo của xe du lịch với các số liệu cho ở ví dụ 1, và ihl = 3.11; = 1.17; ih3 = 1; ĩ0 = 4.55; Fb = 0.33 (m);ĨỊC — 0.9; khi xe chuyển động đều

Lực kéo tiếp tuyến của từng số truyền

Kết quả tính V, Pk ghi ở bảng và đồ thị ở hình sau:

Đồ thị hình 1.7 vẽ trực tiếp qua Labview.

Bảng 1.2: Tôc độ và lực kéo thay đôi theo số vòng quay động cơ ờ các sổ

truyền khác nhau

Thông số số vòng quay trục khuỷu ne (vòng/phút)

800 1600 2400 3200 4000 4800Vi(km/h) 7.1 14.2 21.3 28.4 35.5 42.6

1.3 Lực bám của bánh xe chủ động và hệ số bám

1.3.1 Lực bám và hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường

Để ôtô chuyển động được thì giữa vùng tiếp xúc của bánh xe chú động với mặt đường phải có độ bám nhất định được đặc trưng qua hệ số bám ọ

Hình 1.8.Phán lực thẳng đứng mặt đường lên bảnh xe (2)

Hệ số bám (p giữa bánh xe chủ động với mặt đường là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến cực đại (Pkmax) của bánh xe chủ động và tải trọng thắng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động Tải trọng thẳng đứng này gọi là trọng lượng bám (G<p)

là lực kéo tiếp tuyến (Pkmax) của bánh xe chủ động không được vượt quá lực bám của bánh xe chủ động với mặt đường:

Pkmax — P<p i (1.16)hay:

Mfanax rr

~~~~ <<p z rb

Qua các công thức (1.14); (1.15); (1.16) có:

Pkmax = <P-$(pP<p = <p- z kmaxVậy để ôtô chuyển động được và không bị trượt trên mặt đường thì :

Từ đó, để sử dụng hết lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chú động cần phải tăng giá trị hệ số bám (ọ) hay trọng lượng bám (G<p):

- Đối với loại ôtô có tính năng cơ động cao thường sử dụng loại lốp

có mấu bám cao để tăng hệ số bám ((p)

- Hoặc sử dụng loại xe có nhiều cầu chú động để tăng trọng lượng bám (G(p)

■ Trường hợp ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường

có cả phản lực tiếp tuyến (AỌ và phản lực ngang của đường (Y) lên bánh

xe chủ động thì điều kiện để bánh xe chú động không bị trượt là:

Hình Ỉ.9 Đồ thị KAMM

■ Đồ thị KAMM là đường tròn có bán kính Rmax :

R-max ~ Ọmax- zKhl • ỌXmax “ ỌYmax — Ọmax”^ R-max — pípmox — Ọmax- z

X - Xmax“* Y = 0 : lực bên không tác dụng lên bánh xe

Y = Ymax-» X = 0 : lực kéo không tác dụng lên bánh xe

13.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ sổ bám

Hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường phụ thuộc :

- Nguyên liệu và tình trạng mặt đường (khô, ướt, mấp mô )

- Kết cấu và dạng hoa lốp, áp suất bên trong lốp

Các điều kiện sử dụng như tải trọng, tốc độ chuyển động và độ trượt giữa bánh xe chủ động và mặt đường

Hình 1.10. Cảcyếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám

Qua các đồ thị khảo nghiệm hình 1.10:

Khi áp suất trong lốp (p) tăng, hệ sổ bám lúc đầu tăng lên rồi giảm xuống (hình 1.1 Oa)

Khi tăng tốc độ chuyển động ôtô (v), hệ số bám giảm từ từ (hình 1.1 Oc)

Khi tăng tải trọng thẳng đứng (Z) lên bánh xe, hệ số bám giảm có dạng tuyến tính (hình 1.10 b)

Khi độ trượt (X) tăng thì hệ số bám tăng, sau đó khi độ trươt tiếp tục tăng (À, > 20%) thì hệ số bám giảm (hình 1.10d)

Khi đường ướt thì ảnh hưởng của áp suất trong lốp (p), tốc độ chuyển động ôtô (v) và tải trọng thẳng đứng lên bánh xe (Z) đến hệ số bám ((p) càng lớn (hình 1.1 Oa, b, c)

Ngoài hệ số bám trong mặt phẳng dọc ((px), tức mặt phẳng chuyển động của ôtô tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường còn xuất hiện

hệ số bám ngang ((py) trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chuyển động của ôtô Hệ số bám này cùng chịu ảnh hưởng các yếu tố trên.

Hệ số bám dọc ((px) có thể xác định bằng phưong pháp khảo nghiệm:Dùng 1 xe kéo 1 xe phía sau được phanh cứng hoàn toàn

Giữa 2 xe có đặt lực kế để đo lực bám phát sinh ở xe sau

Biết được trọng lượng bám của xe sau có thể xác định hệ số bámdọc Ọx

<Px =

Qua quá trình khảo nghiệm trên nhiều loại đường có kết quả sau:

Bảng 1.3.Hệ số hám cùa các loại đường khác nhau

Loại đưòng và tình trạng mặt đường Hệ số bám (px

Đường nhựa hoặc bêtong

• Khô và sạch

• Ướt

0.7-0.80.35—0.45Đường đất

• Pha sét khô

•Ướt

0.5—0.60.2—0.4Đường cát

•Kho

• Ướt

0.2—0.30.4—0.5

1.4 Các loại lực cản chuyển động của ôtô

Trường hợp tổng quát, khi ôtô chuyển'động trên đường dốc, không

ổn định (có gia tốc) và lực kéo ở romoóc

Hình 1.11 Lực và momen tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc và tăng tốc

a - góc lên dốc (độ)

G - trọng lượng toàn bộ ôtô (N)

Pk - lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động (N)

pm - lực cản ở móc kéo khi xe có kéo rơ-móoc (N)

Zị Z2 - phản lực pháp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe ở cầu trước, cầu sau (N)

Mk - momen quay của bánh xe chủ động (Nm)

Mfi - momen cản lăn ở bánh xe bị động (Nm)

Mf2 - momen cản lăn ở bánh xe chủ động (Nm)

hg - chiều cao trọng tâm ôtô (m)

hw - chiều cao tác dụng của lực cản gió (m)

hm - chiều cao lực kéo tác dụng (m)

a - khoảng cách trọng tâm đến cầu trước (m)

b - khoảng cách trọng tâm đến cầu sau (m)

L - khoảng cách hai cầu xe (m)

Khi ôtô chuyển động sẽ có các lực cản sau: lực cản lăn; lực cản lên dốc; lực cản không khí; lực cản quán tính khi xe chuyển động có gia tốc; lực cản ở móc kéo khi xe có kéo theo rơmoóc.

1.4.1 Lực cản lăn

Khi bánh xe chuyền động lãn trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược chiều với chiều chuyển động của ôtô và qua điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

Trên hình 1.11 có: lực cản lăn lên bánh xe trước là Pfi; lực cản lăn lên bánh xe sau là Pf2

Lực cản lăn phát sinh là do: sự biến dạng của lốp và mặt đường, sự tạo thành vết bánh xe trên mặt đường, sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và mặt đường

Lực cản lăn của ôtô được xác định: pf = Pfi + Pf2

Lực cản lăn bánh xe trước và sau được tính:

Pfl=z1.f1Pf2 = z2.f2

fi, f2 - hệ số cản lăn của bánh xe trước và bánh xe sau

f - hệ số cản lăn của ôtô

Hệ số cản lăn có thể xác định qua khảo nghiệm trên đường hoặc trong phòng thí nghiệm kết quả biểu thị ở bảng sau

Bảng 1.4: Các loại hệ sổ càn lăn trên các loại đường khác nhau

Loại đường

Hệ số càn lăn f

V < 22.2 m/s (80 km/h)Đường nhựa tốt 0.015 -í- 0.018

Đường nhựa bê tông 0.0124-0.015

Đường rải đá 0.023-ỉ-0.030

Đường đất khô 0.025 4- 0.035

Đường đất sau khi mưa 0.050-4 0.150

Công suất cản lăn cùa ôtô

Công suất cản lãn được xác định theo công thức :

Xác định lực và công suất cản lăn xe du lịch có trọng lượng

G = 18850 N khi xe chuyển động trên đường nhựa bê tông có hệ số cản lăn f= 0.012 với tốc độ V = 40 km/h

Giải

Lực cản lăn của ôtô:

Pf = G.f = 18850x0.012 = 226.2 (N)Công suất cản lăn của ôtô:

Pf.v 226.2x40Nf=3600= 3Ể00 = 2-51(kW)

Vậy, khi xe chuyển động lên dốc, lực Pi sẽ có dấu (+) còn khi xe xuống dốc, lực Pi sẽ có dấu (-).

Lực cản tổng cộng (Py) khi xe chuyển động trên đường dốc bao gồm lực cản lăn và lực cản dốc:

PỸ = Pf + Pị = G(fcosa ± sina) = G(f ± i);

Dấu + khi xe lên dốc, dấu - khi xe xuống dốc

Đại lượng (f ± i) - gọi là hệ số cản tổng cộng T = f ± i;

Do đó Pvp = G(fcosa + sina) = G(f±i) (1-23)

Công suất cản lên dốc

Công suất cản lên dốc tính theo:

Xác định công suất cản lên dốc của xe du lịch có trọng lượng

G = 18850 N chuyển động lên dốc với góc dốc a = 3°3O, với tốc độ

V = 40km/h

Giải

Góc dốc a = 3°30 :

i = tga = tg3°30 = 0.06Lực cản lên dốc:

Pi = i.G = 0.06 X 18850 = 1130 (N)Công suất cản lên dốc:

Fj.v 1130x40

Ni = 3600= 3600 = 12-55(kw)

Ví dụ 7

Xác định lực và công suất cản tổng cộng của xe du lịch có trọng lượng G = 18850 N trên đường nhựa bê tông có độ dốc a = 3°30 , hệ số cản lăn f = 0.012 với tốc độ va = 40km/h và lên dốc

Dòng không khí Các điểm xoáy cục bộ

Tốc độ gió (Vg) biểu thị trên hình 1.13.

K - hệ Số cản không khí, phụ thuộc vào hình dạng ôtô và chất lượng

bề mặt vỏ thùng xe, phụ thuộc vào mật độ không khí (Nsec2/m4);

F - diện tích cản chính diện của ôtô theo mặt phăng vuông góc với trục dọc ôtô (m2);

vo - tốc độ tương đối giữa ôtô và không khí (m/sec)

Tốc độ tương đối giữa ôtô và không khí (Vo) là tổng hợp giữa tốc độ ôtô (V) và tốc độ gió (V2) như trên đã phân tích, về giá trị tốc độ tương

Ođối có thể tính đơn giản:

Dấu + khi tốc độ ôtô và tốc độ gió ngược chiều;

Dấu - khi tốc độ ôtô và tốc độ gió cùng chiều

Tích số K.F còn gọi là nhân tố cản không khí:

a/ Ôtô tải; b/ Ôtô du lịch

Hình 1.14.Sơ đồ xác định diện tích cản chính diện (F) ôtô

Giá trị trung bình của hệ số cản không khí K, diện tích cán chính diện F và nhân tố cản không khí w đối với các loại ôtô khác nhau được trình bày ở bảng 1.5.

Bảng 1.5: Các thông sổ về tính lực cản không khí cùa các loại xe

Loại xe K (NsecW) F(m2) w (Nsec2/m2)

Ôtô du lịch

- Vỏ kín

- Vỏ hở

0.24-0.350.44-0.5

16-2815-20

0.340.90.641.0Ôtô tải 0.640.7 3.045.0 1.843.5

Công suất cản không khí

Công suất cản không khí được xác định theo :

PWVQ w.vgNw= 3600 = 3.6SX 10s (kw)

40 V-) = V3 = 40 km/h = _ m/sec

b) Biện pháp giảm hệ số cản khí động ôtô

Lực cản khí động ảnh hưởng đến chuyển động của ôtô, nhất là khi ôtô chuyến động với tốc độ lớn hơn 65 km/h Các yếu tố ảnh hưởng đến

hệ số cản khí động (K) được cho trong bảng 1.6

Bảng 1.6: Yếu tổảnh hường đến hệ số cán không khí

Các phương pháp giảm hệ so cản khỉ động

(Nsec2/m4)%

Be mặt ma sát vỏ xe, khoảng sáng gầm xe,

phần nhô ra khỏi biên dạng xe (gương chiếu hậu)