1 Lý thuyết ô tô – Nhóm 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ CHỦ ĐỀ TÍNH TOÁN SỨC KÉO TRÊN XE KIA MORNING MT 2020 Giáo viên hướng dẫn ThS Hoàng Quang Tuấ[.]
THÔNG SỐ XE
Xác định các kích thước cơ bản của xe
Các kích thước cơ bản:
STT Thông số Ký hiệu Kích Thước Đơn vị
1 Chiều dài toàn bộ 𝐿 0 3595 mm
2 Chiều rộng toàn bộ 𝐵 0 1595 mm
3 Chiều cao toàn bộ 𝐻 0 1490 mm
4 Chiều dài cơ sở L 2385 mm
5 Khoảng sáng gầm xe 𝐻 1 152 mm
6 Vận tốc tối đa 𝑉 𝑚𝑎𝑥 150 km/h
Bảng 1 Các thông số cơ bản của xe Hình 1 Xe Kia Morning MT 2020
Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn
a) Thông số theo thiết kế phác thảo:
– Loại động cơ: động cơ xăng, 4 xylanh thẳng hàng; Kappa 1,25L DOHC
– Công suất tối đa: Pmax = 86 (mã lực) = 64 (kW)
– Số vòng quay tại thời điểm công suất cực đại: nN = 6000 (vòng ⁄ phút) – Mômen xoắn tối đa: Mmax = 120 (N m)
– Vận tốc lớn nhất: Vmax = 150 (km/h) = 41,67 (m/s)
+ Động cơ đặt trước, cầu trước chủ động
+ Hộp số sàn 5 cấp b) Thông số chọn:
– Trọng lượng hành khách: 600 (N)/người
– Trọng lượng hành lí: 200 (N)/người
– Hệ số cản không khí: K = 0,2
– Hệ số cản lăn khi V < 22 m s là 𝑓 0 = 0,015 c) Thông số tính chọn:
– Hệ số cản mặt đường tương ứng với V 𝑚𝑎𝑥
𝐵 = 60% → 𝐻 = 165 ∗ 60% = 99 𝑚𝑚 -Bán kính thiết kế của bánh xe:
2 ∗ 25,4 = 342,8 𝑚𝑚 = 0,3428 𝑚 -Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe:
𝑟 𝑏 = 𝑟 𝑘 = 𝜆 ∗ 𝑟 0 (CT 2.2 GT ) với λ: Hệ số kể đến biến dạng lốp (λ = 0,94 ÷ 0,95)
Chọn lốp có áp suất cao λ = 0,95
- Diện tích cản chính diện:
TÍNH TOÁN SỨC KÉO
Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quay của trục khuỷu và các đại lượng quan trọng như công suất, mômen xoắn và suất tiêu hao nhiên liệu Những đường cong này giúp đánh giá hiệu suất và hiệu quả hoạt động của động cơ ở các tốc độ khác nhau Việc phân tích các đường đặc tính này là yếu tố then chốt trong quá trình thiết kế, tối ưu hoá động cơ để đáp ứng yêu cầu về công suất và tiết kiệm nhiên liệu.
+ Đường mômen xoắn : 𝑀 𝑒 = 𝑓(𝑛 𝑒 ) (CT 1.2 GT)
+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : 𝑔 𝑒 = 𝑓(𝑛 𝑒 )
𝑛 𝑁 với động cơ xăng không hạn chế tốc độ có (λ = 1,1 ÷ 1,2) Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ xăng)
+ Động cơ xăng : a = b = c = 1 (a,b, c là các hệ số thực nghiệm)
Vmax = 41,67 (m ⁄ s) > 22 (m ⁄ s) Vậy hệ số cản lăn f được tính: f = 0,015 ∗ (1 +41,67 2
K – hệ số cản khí động học (chọn K = 0,2) F: diện tích cản chính diện : F = 1,90124 (𝑚 2 ) Hiệu suất truyền lực: ƞtl = 0,9
Hệ số cản tổng cộng của đường: ψmax = 0,032
Vậy công suất động cơ ứng với vận tốc cực đại theo điều kiện cản chuyển động:
100∗ 50,423404 = 57,98691 (kW) Công suất cực đại của động cơ:
Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:
+ Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức ledeman)
Ne max và nN thể hiện công suất cực đại của động cơ và số vòng quay tương ứng, góp phần xác định hiệu suất hoạt động tối đa của máy Trong khi đó, Ne và ne đề cập đến công suất và tốc độ quay tại một điểm cụ thể trên đường đặc tính, giúp tối ưu hóa vận hành và kiểm soát hiệu quả của động cơ trong các điều kiện khác nhau.
+ Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay ne khác nhau:
Các thông số 𝑛 𝑁 ; 𝑁 𝑒 ; 𝑀 𝑒 đã có công thức tính
Kết quả tính được ghi ở bảng: λ ne (v/p) Me (N.m) Ne (kW)
Bảng 2 Bảng thể hiện momen và công suất động cơ
Hình 2 Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ
Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực:
+ 𝑖 0 là tỷ số truyền của truyền lực chính
+ 𝑖 𝑡𝑙 là tỷ số truyền của HTTL
+ 𝑖 ℎ là tỷ số truyền của hộp số
+ 𝑖 𝑐 là tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng
+ 𝑖 𝑝 là tỷ số truyền của hộp số phụ
2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính
- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số
+ 𝑛 𝑒 𝑚𝑎𝑥 – số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất
+ 𝑣 𝑚𝑎𝑥 = 150 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtô
+ 𝑖 ℎ𝑐 = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số
+ 𝑖 𝑝𝑐 = 1– tỷ số truyền của hộp phân phối chính
2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số a Tỷ số truyền của tay số 1
Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định để đảm bảo khắc phục lực cản lớn nhất của mặt đường, giúp bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động Việc điều chỉnh tỷ số truyền này là yếu tố then chốt để tối ưu hóa khả năng vận hành của xe, nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống truyền động Chính nhờ có thiết kế tỷ số truyền phù hợp, xe có thể vận hành ổn định và an toàn trên các loại địa hình khác nhau.
Theo điều kiện chuyển động, ta có:
• 𝑃 K 𝑚𝑎𝑥 – lực kéo lớn nhất của động cơ
• 𝑃 ψ 𝑚𝑎𝑥 – lực cản tổng cộng của đường
Khi ôtô chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua lực cản không khí 𝑃 W
Mặt khác, 𝑃 K 𝑚𝑎𝑥 còn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường
Trong đó: + 𝑚 K – hệ số lại tải trọng
+ 𝐺 φ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động
+ 𝜑 – hệ số bám của mặt đường (chọn 𝜑 = 0,7: đường tốt)
+ 𝑟 𝑏 − bán kính động học của xe
=>Chọn𝑖 h1 = 2.8 b Tỷ số truyền của các tay số trung gian
- Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’
- Công bội được xác định theo biểu thức:
Trong đó: + n là số cấp trong hộp số (n = 5)
+ 𝑖 h1 là tỷ sô truyền của tay số 1 (𝑖 h1 = 2,8) + 𝑖 hn là tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (𝑖 h5 )
-Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau:
Trong đó: 𝑖 ℎ𝑖 – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số
(i = 1; 2 ;…; n-1) Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:
- Tỷ số truyền của tay số 2: 𝑖 ℎ2 = 𝑖 ℎ1 q 2−1 = 2,8
- Tỷ số truyền của tay số 3: 𝑖 ℎ3 = 𝑖 ℎ1 q 3−1 = 2,8
- Tỷ số truyền của tay số 4: 𝑖 ℎ4 = 𝑖 ℎ1 q 4−1 = 2,8
- Tỷ số truyền của tay số 5: 𝑖 ℎ5 = 𝑖 ℎ1 q 5−1 = 2,8
- Tỷ số truyền của tay số lùi: 𝑖 ℎ𝑙 = 1,2 ∗ 𝑖 ℎ1 = 1,2 ∗
2,8 = 3,36 c Tỷ số truyền của các tay số
Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3 Bảng thể hiện tỉ số truyền của xe d So sánh và nhận xét tỷ số truyền của các tay số giữ tính toán và thông số chọn
Bảng 4 So sánh tỉ số truyền giữa tính toán và thông số chọn
Từ bảng trên, chúng ta có thể nhận thấy rõ sự chênh lệch về tỷ số truyền giữa các hệ số, nguyên nhân chính là sự khác biệt giữa quá trình tính toán và thông số chọn lựa thực tế Điều này ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ chính xác của thiết kế, do đó cần phải cân nhắc kỹ các yếu tố này để tối ưu hóa hệ truyền động Việc so sánh tỷ lệ truyền giúp xác định các điểm tối ưu trong quá trình lựa chọn thông số phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật.
- Các thông số đầu vào để tính tỉ số truyền có sự khác nhau nhỏ giữa tính toán và nhà sản xuất
- Nhà sản xuất đo đạc trong điều kiện lý tưởng cả về nguyên liệu, bôi trơn, làm mát
- Tỷ số truyền tính toán trên lý thuyết thường với điều kiện không có ma sát
- Thiết bị kỹ thuật test tỷ số truyền có độ chính xác cao hơn và chất lượng thiết bị tốt nhất
Xây dựng đồ thị
2.3.1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô
- Phương trình cân bằng lược kéo của ô tô:
Trong đó: + P k là lực kéo lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động
𝑟 𝑏 +𝑃 𝑟 là lực cản lăn 𝑃 𝑟 = 𝐺 𝑓 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 𝐺 𝑓(𝑑𝑜 𝛼 = 0) ( 𝐶𝑇 1.19 𝐺𝑇) +𝑃 𝑖 là lực cản lên dốc 𝑃 𝑖 = 𝐺 𝑠𝑖𝑛𝛼 = 0 ( 𝑑𝑜 𝛼 = 0 ) ( 1.21 𝐺𝑇) +𝑃 𝑗 là lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định )
Lập bảng tính P k theo công thức ta có:
Ne Me ne Pk1 Pk2 Pk3 Pk4 Pk5
Bảng 5 Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số
Bảng 6 Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số
- Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
+ 𝑚 𝑘1 – hệ số phân bố lại tải trọng ở cầu sau ( 𝑚 𝑘1 = 0,65 ÷ 0,7 )
+ 𝐺 𝜑 – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động
+𝜑 – hệ số bám của mặt đường ( chọn 𝜑 = 0,7 )
Hình 3 Đồ thị cân bằng lực kéo
2.3.2 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô
- Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động:
- Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác
Pk1Pk2Pk3Pk4Pk5PphiPc
- Lập bảng và tính toán các giá trị 𝑁 𝑘𝑖 và 𝑣 𝑖 tương ứng:
Trên đồ thị 𝑁 𝑘 = 𝑓 (𝑣) ,dựng đồ thị Σ = 𝑁 𝑐 theo bảng trên:
- Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:
Bảng 2.7: Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số
Công suất cản ứng với từng tay số v 0 17.8716 23.0601 29.7860 38.4926 50.0404 48.6160
Bảng 8 Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số
Nk(kW) ne Ne Vh1 Vh2 Vh3 Vh4 Vh5
Bảng 7 Bảng công suất của ô tô
Hình 4 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô
2.3.3 Đồ thị nhân tố động lực học
Nhân tố động lực học, còn gọi là hệ số động lực học, được xác định bằng tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến (Pk) và lực cản không khí (Pw) trên ô tô Thông số này thể hiện khả năng vượt qua lực cản của xe khi di chuyển Tỷ lệ này được ký hiệu là “D” và đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất khí động học của ô tô Hiểu rõ nhân tố động lực học giúp tối ưu thiết kế xe, nâng cao khả năng vận hành và tiết kiệm nhiên liệu.
Đồ thị nhân tố động lực học thể hiện mối quan hệ giữa lực D và tốc độ chuyển động của ô tô khi tải trọng đủ lớn và động cơ hoạt động trong dải tốc độ ngoài đặc tính Trong đó, G được xác định bởi các thành phần f, i, j và g, mô tả cách các yếu tố tác động ảnh hưởng đến lực kéo của ô tô Hàm D = f(v) thể hiện sự biến đổi của lực kéo theo tốc độ của xe, giúp người đọc hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ và khả năng vận hành của phương tiện.
Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số:
Nk1Nk2Nk3Nk4Nk5Ne
Nhân tố động học theo điều kiện bám được xác định như sau:
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5 Vh1 D1 Vh2 D2 Vh3 D3 Vh4 D4 Vh5 D5
Bảng 9 Nhân tố động lực học
Bảng 10 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám
Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô
Hình 5 Đồ thị nhân tố động lực học
2.3.4 Xác định khả năng gia tốc của oto-xây dựng đồ thị gia tốc
Biểu thức tính gia tốc:
𝛿 𝑖 ∗ 𝑔 Khi ô tô chuyển động trên đường thẳng (a=0) thì:
Trong đó: + 𝐷 𝑖 – giá trị nhân tố động lực học ở tay số thứ 𝑖 tương ứng với tốc độ
𝑣 𝑖 đã biết từ đồ thị 𝐷 = 𝑓(𝑣);
+ 𝑓, 𝑖 – hệ số cản lăn và độ dốc của đường
+𝐽 𝑖 – gia tốc của oto ở tay số thứ 𝑖
+𝛿 𝑖 – là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay
Nhân tố động lực học
𝑖 ℎ là tỉ số truyền ở số
Khi oto chuyển động với vận tốc 𝑣 < 22 𝑚/𝑠 thì 𝑓 = 𝑓 0
Khi oto chuyển động với vận tốc 𝑣 > 22 𝑚/𝑠 thì 𝑓 = 𝑓 0 ∗ (1 + 𝑉 𝑖 2
1500) -Lập bảng tính toán với các giá trị 𝐽 𝑖 theo 𝑉 𝑖 ứng với từng tay số:
Bảng 11: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5
Bảng 12 Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số
Từ kết quả bảng tính, xây dựng đồ thị 𝐽 = 𝑓(𝑣):
Hình 6 Đồ thị gia tốc ô tô
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5
Bảng 13 Giá trị 1/J ứng với từng tay số
Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị 1
Hình 7 Đồ thị gia tốc ngược
2.3.4.1 Cách tính thời gian tăng tốc- quãng đường tăng tốc của oto a Thời gian tăng tốc
Dựa vào hình dáng của đồ thị gia tốc ngược ta có thời điểm chuyển từ số thấp sang số cao là tại 𝑣 𝑚𝑎𝑥 của từng tay số
Biểu thức xác định thời gian tăng tốc:
𝑗𝑑𝑣 Thời gian tăng tốc của oto từ tốc độ 𝑣 1 đến tốc độ 𝑣 2 sẽ là:
+ 𝑡 𝑖 – thời gian tăng tốc từ 𝑣 1 đến 𝑣 2
0.0000 5.0000 10.0000 15.0000 20.0000 25.0000 30.0000 35.0000 40.0000 45.0000 50.0000 Đồ thị gia tốc ngược
+ 𝑡 𝑖 = 𝐹 𝑖 -với 𝐹 𝑖 là phần diện tích giới hạn bởi đồ thị 1
𝑗 = 𝑓(𝑣); 𝑣 = 𝑣 1 ; 𝑣 = 𝑣 2 và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược
⇒ Thời gian tăng tốc toàn bộ:
+ 𝑛 – số khoảng chia vận tốc (𝑣 𝑚𝑖𝑛 ⟶ 𝑣 𝑚𝑎𝑥 ) b Quãng đường tăng tốc
Ta có: 𝑆 𝑖 = 𝐹 𝑠 𝑖 – với 𝐹 𝑠 𝑖 phần diện tích giới hạn bởi các đường 𝑡 = 𝑓(𝑣); 𝑡 = 𝑡 1 ;
𝑡 = 𝑡 2 và trục tung đồ thị giới hạn thời gian tăng tốc
⇒Quãng đường tăng tốc từ 𝑣 𝑚𝑖𝑛 ⟶ 𝑣 𝑚𝑎𝑥 :
2.3.4.2 Lập bẳng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của oto
- Có xét đến sự mất mát tốc độ và thời gian khi chuyển số
+ Sự mất mát về tốc độ khi chuyển số sẽ phụ thuộc vào trình độ người lái, kết cấu của hộp số và loại động cơ đặt trên oto
Động cơ xăng mang lại cảm giác lái linh hoạt cho người điều khiển có trình độ cao, với thời gian chuyển số chỉ từ 0,5 giây đến 2 giây, giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành Tuy nhiên, đối với những người lái có trình độ kém hơn, thời gian chuyển số có thể tăng lên từ 25% đến 40%, ảnh hưởng đến trải nghiệm lái xe mượt mà và chính xác.
Tính toán sự mất mát tốc độ theo thời gian chuyển số là yếu tố quan trọng trong phân tích hiệu suất lái xe, đặc biệt khi giả thiết người lái có trình độ thấp và thời gian chuyển số giữa các cấp số khác nhau Quá trình này ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ trung bình của xe, gây ra sự chậm trễ trong quá trình vận hành và giảm khả năng kiểm soát phương tiện Việc xác định chính xác lượng mất mát tốc độ giúp tối ưu hóa quy trình chuyển số, nâng cao hiệu quả vận hành xe và đảm bảo an toàn trên hành trình.
Trong đó: + 𝑓– hệ số cản lăn của đường 𝑓 = 𝑓 0 ∗ (1 + 𝑉 2
Từ công thức ta có bảng sau:
Số 1 → số 2 1,442 Thời gian chuyển số ở giữa các tay số được chọn:
Bảng 14 Độ giảm vận tốc khi sang số
Bảng thời gian và quãng đường tăng tốc v 1/j t(s) s(m)
Bảng 15 Bảng thời gian và quãng đường tăng tốc
Hình 8 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Hoàng Quang Tuấn vì sự quan tâm, hướng dẫn tận tình và tâm huyết trong quá trình học tập môn Lý Thuyết ô tô Nhờ những kiến thức thầy truyền đạt, chúng em đã tích lũy thêm kiến thức chuyên sâu và phát triển cái nhìn toàn diện về ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô Những hướng dẫn của thầy đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về môn học cũng như kiến thức về ô tô nói chung, góp phần nâng cao kỹ năng và năng lực học tập trong lĩnh vực này.
Kiến thức là vô tận, nhưng khả năng tiếp nhận của mỗi người luôn có giới hạn Do đó, trong quá trình làm bài tập lớn, chắc chắn sẽ có những thiếu sót cần được chỉnh sửa Nhóm chúng em rất mong nhận được góp ý từ thầy cô để hoàn thiện bài tập lớn của mình hơn.
Kính chúc thầy, cô giáo sức khỏe, hạnh phúc thành công trên con đường sự nghiệp giảng dạy
Em xin chân thành cảm ơn!