Bài tập lớn lý thuyết ô tô xe Toyota Fortuner 4x2 2.7V

Chương 3: Kết luận Sau khi kết thúc tính toán về sức kéo của động cơ của xe Toyota Fortuner 2.7V nhóm đã đạt được: • Hiểu được đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong • Hiểu được đồ thị cân bằng lực kéo • Hiểu được đồ thị cân bằng công suất của ôtô • Hiểu được đồ thị nhân tố động lực học ôtô • Hiểu được đồ thị gia tốc ôtô • Hiểu được đồ thị gia tốc ngược • Hiểu được đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô Khi làm xong bài tập lớn các kĩ năng mềm của các bạn trong nhóm đã được cải thiện như: kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng về word excel và autocad. Cả nhóm đã cố gắng hoàn thiện tốt về phần nội dung và hình ảnh của bài tập lớn.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

.……….…………

BÀI TẬP LỚN

LÝ THUYẾT Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: Vũ Hải Quân

Sinh viên thực hiện: Nhóm 5 - Lớp AT6047.1 - Khóa K15

Hà Nội -2022

MỤC LỤC

MỤC LỤC: 2

Chương 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ 3

1.1 Xác định các kích thước cơ bản của xe 3

1.2 Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn: 3

1.3 Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô 5

Chương 2: Tính toán sức kéo 6

2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 6

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 8

2.3 Xây dựng đồ thị 11

Chương 3: Kết luận 25

Chương 4: Tài liệu tham khảo 26

Chương 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ

1.1 Xác định các kích thước cơ bản của xe.

⁻ Ba hình chiếu của xe Toyota Forturner 2.7V 4x2 2017

– Các kích thước cơ bản:

1.2 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; dual VVT-i

– Dung tích công tác: Vc = 2694 (cc)

– Công suất tối đa: Pmax = 164 (mã lực) = 122 (kW) (hp*0.7456*1000)– Số vòng quay tại thời điểm công suất đạt cực đại :nN = 5200 (

vòng/ phút)

– Mômen xoắn tối đa: Mmax = 245 (N.m)

Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe:

rb = rk = λ.r0 với λ: Hệ số kể đến biến dạng lốp (λ=0,93÷0,95)Chọn lốp có áp suất cao λ = 0,94

→ rb = rbx = 0,94¿0,388 = 0,365 (m)

- Diện tích cản chính diện:

F = 0,78.B0.H0 = 0,78.1,855.1,835= 2,655 (m2)

- Công thức bánh xe: 4x2 ( axb có 4 bánh trong đó có 2 bánh chủ động )

1.3 Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô.

- Xe Toyota Forturner 7 chỗ:

+ Tự trọng (trọng lượng bản thân): G0 = 1875 (kg)+ Tải trọng (hàng hoá, hành lý, ): Gh = 20 (kg) → Trọng lượng: + G0 – tự trọng

+ n – số người (n = 7)

+ A – khối lượng người + Gh – khối lượng hành lý

G = 1875 + 7.(60 + 20) = 2425 (kg)

- Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 2425 (kg)= 23789,25 (N)

- Phân bố trọng lượng: xe con tải trọng tác dụng lên cầu trước (G1) chiếm

Chương 2: Tính toán sức kéo

2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

- Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểudiễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm:

+ Đường công suất: Ne = f(ne)

+ Đường mômen xoắn : Me = f(ne)

+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : ge = f(ne)

+ vmax = 170 (km/h)

vmax = 170.10003600 = 47,22 (m/s) + Nev max = ƞ1

 Hiệu suất truyền lực: ƞ tl = 0,9

 Hệ số cản tổng cộng của đường: ψ max = 0,4

- 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)

(1) → Ne = (Ne)max [a λ+b λ2

−c λ3] (kW)Trong đó : - Ne max và nN – công suất cực đại của động cơ và số vòng quay tương ứng

- Ne và ne : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính

+ Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay

ne khác nhau :

Me = 9550.N e[kW ]

n e[v / p] (N.m) + Lập bảng:

- Các thông số nN; Ne ; Me đã có công thức tính

- Cho λ = n e

n N với λ = 0,1; 0,2; 0,3; ….; 1,1

- Kết quả tính được ghi ở bảng:

Bảng 1: Bảng thể hiện mômen và công suất động cơ

Xuất phát từ công thứcMe=N e

Ne max = 1,1*Ne max = 1,1*126,49 = 139,14 (N.m)

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực :

itl = i0 ih ic ipTrong đó : + itl – tỷ số truyền của HTTL

+ i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính + ih – tỷ số truyền của hộp số

+ ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng + ip – tỷ số truyền của hộp số phụ

- Thông thường, chọn ic = 1; ip = 1

- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số

+ vmax = 170 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtô+ ihn = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số+ ipc = 1– tỷ số truyền của hộp phân phối chính

i0 = 0,105.0,365.57201.1 47,22 = 4,64

a) Tỷ số truyền của tay số 1.

– Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đảm bảo khắc phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động

– Theo điều kiện chuyển động, ta có:

Pk max ≥ Pψ max + PW

 Pk max – lực kéo lớn nhất của động cơ

 Pψ max – lực cản tổng cộng của đường

 PW – lực cản không khí– Khi ôtô chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua lực cản không khí PW

– Vậy : Pk max =M emax∗i hl∗i0∗i pc∗η tl

i h 1 ≤ m k∗G φ∗φ∗r bx

M emax∗i0∗ƞ tl

Trong đó: + mk – hệ số lái tải trọng (mk =1)

+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt)

+ rbx – bán kính động học của xe

i h 1 ≤ 1∗9515,7∗0,8∗0,365

290,35∗4.64∗0,9 = 2,29 (4)

Chọn ihl = 2,29

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:

q = n−1

√

i hn Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 6)

+ ih1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (ih1 = 2,29) + ihn - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (ih6 = 1)

 q = 5

√

– Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

+ Tỷ số truyền của tay số 2: ih2 = i h 1

q2−1 = 2,291,18 = 1,94+ Tỷ số truyền của tay số 3: ih3 = i h 1

q3−1 = 2,29

1,182 = 1,64

+ Tỷ số truyền của tay số 4: ih4 = i h 1

q4−1 = 1,182,293 = 1,39+ Tỷ số truyền của tay số 5: ih5 = i h 1

q5−1 = 1,182,294 = 1,18+ Tỷ số truyền của tay số 6: ih6 = 1,00

– Tỷ số truyền của tay số lùi: ihl = 1,2¿ih1 = 1,2¿2,29 = 2,75 (5)

Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:

c) Tỷ số truyền của các tay số

Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

Tỷ số

truyền 2,29 1,94 1,64 1,39 1,18 1,00 2,29

2.3 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 lực kéo của ôtô:

+ Pi – lực cản lên dốc Pi = G.sin α = 0 (do α = 0)

+ Pj – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)

Pj = G g.δ j.j

+ Pw – lực cản không khí Pw = K.F.v2

- Vận tốc ứng với mỗi tay số

V i=2 π∗n e∗r bx

60∗i0∗i hi (b)Lập bảng tính Pk theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền

f)

Tay số1

Tay số2

Tay số3

Tay số4

Tay số5

Tay số6V

1

Pk1

V2

Pk2

V3

Pk3

V4

Pk4

V5

Pk5

V6

Pk613

79 253.21 520 871.

6638

80

2

21

5624

82

2

60

4765

70

3

07

4037

81

3

63

3421

09

4.28

2898.5629

12 414.

5986

02 215.

5071

73 146.

4297

10 257.

3640

77 568.

3084.7045

51

6

62

6243

92

7

81

5290

25

9

22

4482

23

10.88

3797

63

12.84

3217.6062

26

8

82

6398

75

10.41

5421

43

12.29

4593

38

14.50

3891

81

17.12

3297.3979

08

11.03

6450

29

13.01

5465

10

15.36

4630

38

18.13

3923

15

21.40

3323.9494

11

288

.05

3120

11.21

7552

26

13.23

6398

75

15.62

5421

43

18.43

4593

38

21.75

3891

81

25.67

3297.3910

13.08

7369

51

15.44

6243

92

18.22

5290

25

21.50

4482

23

25.38

3797

63

29.95

3217.6011

14.95

7065

12

17.64

5986

02

20.82

5071

73

24.57

4297

10

29.00

3640

77

34.23

3084.7012

4.0 253.21 4680 16.8 38.66 19.8 24.56 23.4 65.47 27.6 37.40 32.6 21.34 38.5 98.28

8 1 80 5 82 2 70 5 81 3 09 1 5612

18.68

6090

57

22.05

5160

32

26.03

4372

15

30.72

3704

37

36.26

3138

57

42.79

2659.2012

20.55

5420

69

24.26

4592

75

28.63

3891

27

33.79

3296

93

39.88

2793

37

47.07

2366.72

Bảng 2: Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số

1500

1273.43

1425.78

1641.64

1939.55

2330.25

P φ 9135.0

7

9135.07

9135.07

9135.07

9135.07

9135.07

9135.07

Bảng 3: Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số

Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặtđường:

Pφ = z2.mk2.φ =9515,7x1,2x0.8=9135,072 N

Dựng đồ thị Pk =f(v) và Pφ=f(v):

Hình 2: Đồ thị cân bằng lực kéo

- Nhận xét:

 Trục tung biểu diễn Pk , Pf , Pw Trục hoành biểu diễn v (m/s)

 Dạng đồ thị lực kéo của ôtô Pki = f(v) tương tự dạng đường cong Me

= f(ne) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

 Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo Pki và đường cong tổng lực cản là lực kéo dư (Pkd) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc

Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

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:

Nk = Nf + Ni + Nj + NW – Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác định theo công thức:

Nki = Ne.ŋ tl

(

i0 i hi i pc .

)

– Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng:

Nki = Ne.ŋ tl

(

Bảng 4: Công suất của ôtô

Trên đồ thị Nk = f(v), dựng đồ thị

∑

– Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

∑



∑

∑

Hình 3: Đồ thị cân bằng công suất của ôtô

2.3.3 Đồ thị nhân tố động lực học.

- Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến Pk

và lực cản không khí Pw với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được

Tay số3

Tay số4

Tay số5

Tay số

.m)V1 D1 V2 D2 V3 D3 V4 D4 V5 D5 V6 D6

520 1.87 280. 2.21 240. 2.60 200. 3.07 170. 3.63 140. 4.28 120. 253.21104

0

25

5.21

0

21

6.14

0

18

7.25

0

15

8.56

0

13

269.47156

0

26

7.81

0

22

9.22

Dφ 0.38 0.38 0.38 0.38 0.37 0.37 0.36

f 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04

Bảng 7 : 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

 Cũng tương tự như lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường.

 Nhân tố động học theo điều kiện bám Dφ được xác định như sau:

2.3.4 Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc

+ f, i – hệ số cản lăn và độ dốc của đường;

+ ji – gia tốc của ôtô ở tay số thứ i

+ δ j là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng

Bảng 8 : Hệ số ảnh hưởng của các khối lượng động quay

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v<22 m/s thì f=f0

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v>22 m/s thì f=f0*(1+1500v ² )

Lập bảng tính toán các giá trị ji theo vi ứng với từng tay số:

3.74

5.60

7.47

9.34

1 0.28 0.30 0.31 0.32 0.32 0.31 0.31 0.29 0.27 0.25 0.22f1 0.015 0.015 0.015 0.016 0.016 0.016 0.017 0.017 0.018 0.018 0.019J

4.41

6.62

8.82

2 0.24 0.25 0.26 0.27 0.27 0.26 0.26 0.24 0.23 0.20 0.18f2 0.015 0.015 0.015 0.016 0.016 0.017 0.017 0.018 0.019 0.020 0.021J

5.21

7.81

3 0.20 0.21 0.22 0.22 0.23 0.22 0.21 0.20 0.19 0.16 0.14f3 0.015 0.015 0.016 0.016 0.017 0.017 0.018 0.019 0.020 0.022 0.023J

6.14

9.22

4 0.17 0.18 0.19 0.19 0.19 0.18 0.18 0.16 0.15 0.13 0.11f4 0.015 0.015 0.016 0.017 0.017 0.018 0.020 0.021 0.023 0.024 0.026J

4 1.32 1.40 1.46 1.47 1.46 1.41 1.33 1.22 1.08 0.90 0.69Tay

số 5

V

5

3.63

7.25

5 0.14 0.15 0.16 0.16 0.16 0.15 0.14 0.13 0.11 0.10 0.07

f5 0.015 0.016 0.016 0.017 0.018 0.020 0.021 0.023 0.026 0.028 0.031J

5

1.12

1.19

1.23

1.23

1.20

1.14

1.05

0.93

0.77

0.59

0.37

8.56

6

0.12

0.13

0.13

0.13

0.13

0.12

0.11

0.10

0.08

0.06

0.04f6 0.015 0.016 0.017 0.018 0.020 0.022 0.024 0.027 0.030 0.033 0.037J

6

0.95

1.00

1.02

1.00

0.96

0.88

0.77

0.63

0.45

0.24

0.00

Bảng 9: Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số

+ Ở tốc độ vmax = 47,22 (m/s) thì jv = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc.

+ Do ảnh hưởng của δj mà j2 (gia tốc ở tay số 2) > j1 (gia tốc ở tay số 1)

2.3.5 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc

2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược

- Biểu thức xác định thời gian tăng tốc:

+ ti = Fi – với Fi là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị 1j = f(v); v

= v1 ; v = v2 và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược

 Thời gian tăng tốc toàn bộ: t i=

∑

i=1

n

F i

n – số khoảng chia vận tốc (vmin → vmax)

- (vì tại j = 0 → 1j = ∞) Do đó, chỉ tính tới giá trị v = 0,95vmax = 161,5 km/h)

- Lập bảng tính giá trị 1j theo v:

Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5 Tay số 6V1 1/J1 V2 1/J2 V3 1/J3 V4 1/J4 V5 1/J5 V6 1/J61.8

7

0.50

68

2.21

0.5705

2.60

0.6528

3.07

0.7574

3.63

0.8895

4.28

1.05643.7

4

0.47

53

4.41

0.5351

5.21

0.6127

6.14

0.7121

7.25

0.8389

8.56

1.00215.6

0

0.45

56

6.62

0.5135

7.81

0.5891

9.22

0.687

10

88

0.8143

12

84

0.98357.4

7

0.44

54

8.82

0.5028

10

41

0.5786

12

29

0.6784

14

50

0.8116

17

12

0.99679.3

13

01

0.5799

15

36

0.685

18

13

0.8303

21

40

1.044311

15

62

0.5932

18

43

0.7077

21

75

0.8735

25

671.1369

22

0.6202

29

95

1.300114

20

82

0.6647

24

57

0.8191

29

00

1.0751

34

23

1.596216

23

42

0.7343

27

65

0.9297

32

63

1.2903

38

51

2.214818

26

03

0.8442

30

72

1.1141

36

26

1.7006

42

79

4.095220

28

63

1.0281

33

79

1.4559

39

88

2.7086

 Xác định Vimax theo phương pháp giải tích:

Từ đồ thị 1/j ta có thể tìm được các giao điểm bằng việc tính vận tốc tại thời điểm chuyển số (Vmax)

Với + D = G1

(

2

)

(

2

1500

)

[

V1max = 20,55 (m/s)Tính toán tương tự cho các lần chuyển số tiếp theo ta có các vận tốc lần lượt như sau:

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 Vmax của từng tay số

1

1

v

v v v

in n v

- 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 ôtô

+ Động cơ xăng, người lái có trình độ cao, thời gian chuyển số từ 0,5s đến 2s

(Với người lái có trình độ kém thì thời gian chuyển số có thể cao hơn từ 25 ÷ 40%)

- Tính toán sự mất mát tốc độ trong thời gian chuyển số (giả thiết: người

lái xe có trình độ thấp và thời gian chuyển số giữa các tay số là khác nhau):

1500

)

+ g – gia tốc trọng trường (g = 9,81 [m/s2]) + ∆t – thời gian chuyển số [s]

Bảng 12: Thời gian và quãng đường tăng tốc

2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc

Hình 7: Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc

Chương 3: Kết luận

- Sau khi kết thúc tính toán về sức kéo của động cơ của xe

Toyota Fortuner 2.7V nhóm đã đạt được:

 Hiểu được đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong

 Hiểu được đồ thị cân bằng lực kéo

 Hiểu được đồ thị cân bằng công suất của ôtô

 Hiểu được đồ thị nhân tố động lực học ôtô

 Hiểu được đồ thị gia tốc ôtô

 Hiểu được đồ thị gia tốc ngược

 Hiểu được đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô

- Khi làm xong bài tập lớn các kĩ năng mềm của các bạn trong nhóm đã được cải thiện như: kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng về word excel

và autocad

- Cả nhóm đã cố gắng hoàn thiện tốt về phần nội dung và hình ảnh của bài tập lớn

Chương 4: Tài liệu tham khảo