Nghiên cứu và mô phỏng động lực học quay vòng của xe ô tô nhiều cầu chủ động

Nghiên cứu và mô phỏng động lực học quay vòng của xe ô tô nhiều cầu chủ động là bài toán cơ b n của lý thuyết ô tô nhằm đánh giá cũng nh xác định đ ợc kh năng khai thác ô tô trong điều k

M C L C

Quyết định giao đề tài i

Lý lịch cá nhân ii

L i cam đoan iii

C m t iv

Mục lục vi

Danh sách các hình xi

Danh sách b ng xiv

Ch ng I T NG QUAN C A Đ TÀI 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Đối t ợng nghiên cứu và giới h n của đề tài 2

1.4 Ph ơng pháp nghiên cứu 2

1.5 Các kết qu nghiên cứu 3

Ch ng II C S LÝ THUY T 4

2.1 Lực và moment tác dụng lên bánh xe bị động 4

2.2 Lực và moment tác dụng lên bánh xe chủ động 5

2.3 Quan hệ động học của bánh xe khi lăn 8

2.3.1 Bánh xe lăn không tr ợt 8

2.3.2 Bánh xe lăn có tr ợt quay 9

2.3.3 Bánh xe lăn có tr ợt lết 9

2.4 Đặc tính bám của xe nhiều cầu chủ động 10

2.4.1 Lực bám và hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đ ng 10

2.4.2 Các yếu tố nh h ng đến hệ số bám và các giá trị của hệ số bám 12

2.4.3 Đặc tính tr ợt, các yếu tố nh h ng đến tr ợt 15

2.4.4 Đặc tính h ớng, các yếu tố nh h ng đến h ớng 17

2.5 Dòng công suất trên bánh xe chủ động 19

2.6 Phân phối công suất dùng vi sai 21

2.6.1 Nhiệm vụ của vi sai 22

2.6.2 Quan hệ Mô men phân phối trên cầu của xe ô tô 22

2.7 Phân phối công suất không có vi sai 24

2.8 Các quan hệ động học và mô men 25

Ch ng III KH O SÁT Đ NG H C VÀ Đ NG L C H C QUAY VÒNG C A Ô TÔ NHI U C U CH Đ NG 29

3.1 Hệ trục tọa độ kh o sát 29

3.2 Động học quay vòng của ô tô 32

3.3 Xác định bán kính quay vòng nhỏ nhất Và chiều rộng hành lang quay vòng 34

3.4 Sơ đ mô hình phẳng động lực học Chuyển động quay vòng của ôtô nhiều cầu 36

3.5 Xây dựng ph ơng trình quay vòng T ng quát của xe ô tô nhiều cầu chủ động 39

3.5.1 Ph ơng trình chuyển động khi Quay vòng của ô tô một cầu chủ động 40

3.5.2 Ph ơng trình chuyển động khi Quay vòng của ô tô hai cầu chủ động 41

3.5.3 Ph ơng trình chuyển động khi quay vòng của ô tô ba trục 42

Ch ng IV CÁC Y U T NH H NG T I Đ NG L C H C QUAY VọNG C A XE NHI U C U CH Đ NG 44

4.1 Góc lệch h ớng của bánh xe đàn h i 44

4.2 Lực tác dụng lên bánh xe khi quay vòng 45

4.3 nh h ng của cầu chủ động tới tính chất quay vòng của ô tô 47

4.4 nh h ng của hệ số bám  48

4.5 nh h ng của lực li tâm 50

4.6 n định chuyển động của ô tô khi quay vòng 52

4.6.1 n định chuyển động của ô tô hai cầu khi quay vòng 53

4.6.1.1 Tr ng hợp quay vòng trung tính 53

4.6.1.2 Tr ng hợp quay vòng thiếu 54

4.6.1.3 Tr ng hợp quay vòng thừa 55

4.6.1.4 n định chuyển động của ô tô ba trục khi quay vòng 56

4.7 n định ngang khi ô tô nhiều cầu quay vòng 58

4.8 n định ngang của ô tô khi có tính đến biến d ng của Bộ phận đàn h i hệ thống treo và biến d ng của lốp ô tô 61

Ch ng V: MỌ PH NG QU Đ O CHUY N Đ NG XE Ọ TỌ 64

5.1.Xây dựng ch ơng trình mô phỏng ô tô hai cầu chủ động 64

5.1.1 Ph ơng trình mô phỏng quỹ đ o một vết của ô tô hai cầu chủ động 64

5.1.2 Thông số đầu vào ban đầu của ô tô đ ợc sử dụng đ a vào Phần mền matlap gi i ph ơng trình vi phân 64

5.1.3.Quỹ đ o chuyển động của ô tô đ ợc mô t bằng phần mền matlap 68

5.1.4 Quỹ đ o chuyển động của ô tô khi thay đ i vận tốc 70

5.1.5 Lực ngang Y và góc lệch h ớng 71

5.1.6 Đ thị góc lệch h ớng Anpha và Beta, Epselon 72

5.2 Ph ơng trình chuyển động khi quay vòng của ô tô ba trục 72

5.2.1 Thông số đầu vào ban đầu của ô tô đ ợc sử dụng đ a vào Phần mền matlap gi i ph ơng trình vi phân 73

5.2.2 Quỹ đ o chuyển động của ô tô ba trục 76

K T LU N VÀ KI N NGH 79

TÀI LI U THAM KH O 81

PH L C 82

DANH M C HÌNH

Hình 2.1: Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động khi lăn 4

Hình 2.2: Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động khi lăn 6

Hình 2.3 : Các tr ng thái chuyển động của bánh xe 7

Hình 2.4 : Bánh xe lăn không tr ợt 8

Hình 2.5: Bánh xe lăn có tr ợt quay 9

Hình 2.6: Bánh xe lăn có tr ợt lết 10

Hình 2.7.Các yếu tố nh h ng đến hệ số bám 12

Hình 2.8: Đặc tính tr ợt toàn bộ của lực Fk và X 16

Hình 2.9: Sự lăn của bánh xe đàn h i khi chịu tác dụng của lực ngang 17

Hình 2.10 : Góc lệch h ớng của bánh xe khi chịu tác dụng của lực ngang 18

Hình 2.11 : Dòng công suất trên bánh xe chủ động 19

Hình 2.12 : Sơ đ truyền lực xe nhiều cầu chủ động 22

Hình 2.13 : Các sơ đ phân phối công suất không có vi sai 25

Hình 2.14 : Đặc tính tr ợt của bánh kính lăn 28

Hình 2.15: Các yếu tố nh h ng đến lực của bán kính lăn 28

Hình 3.1: Hệ trục tọa độ tác dụng lên ô tô 29

Hình 3.2 : Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng 30

Hình 3.3 : Sơ đ quay vòng của ô tô 32

Hình 3.4 : Sơ đ mối quan hệ động học quay vòng ô tô 33

Hình 3.5 : Sơ đ xác định bán kính quay vòng nhỏ nhất và Chiều rộng hành lang quay vòng 35

Hình 3.6: Sơ đ mô hình kh o sát chuyển động Quay vòng của ô tô nhiều cầu 37

Hình 4.1: Sơ đ t ng quát tác dụng của lực ngang Fy 44

Hình 4.2: Lực tác dụng lên bánh xe khi quay vòng 45

Hình 4.3: Biểu đ lực của mặt đ ng tác dụng lên bánh xe 47

Hình 4.4: Sơ đ kh o sát nh h ng của cầu chủ động tới quay vòng 48

Hình 4.5: Hiệu suất riêng vi sai và kh năng tận dụng bám 49

Hình 4.6 :Sơ đ xác định bán kính quay vòng của ô tô hai cầu 52

Hình 4.7 : Sơ đ chuyển động của ô tô có tính chất quay vòng trung tính… 54 Hình 4.8 : Sơ đ chuyển động của ô tô có tính chất quay vòng thiếu 54

Hình 4.9 : Sơ đ chuyển động của ô tô có tính chất quay vòng thừa 55

Hình 4.10 : Sơ đ xác định bán kính quay vòng của ô tô 3 trục 56

Hình 4.11: Sơ đ kh o sát n định ngang của

Ô tô khi quay vòng trên đ ng 59

Hình 4.12: Sơ đ kh o sát n định ngang của ô tô khi chuyển động Quay vòng trên đ ng nghiêng 61

Hình 5.1: Quỹ đ o chuyển động của ô tô 68

Hình 5.2 : Quỹ đ o chuyển động của ô tô khi thay đ i vận tốc 71

Hình 5.3 Lực ngang Y và góc lệch h ớng 71

Hình 5.4: Đ thị góc lệch h ớng Anpha và Beta, Epselon 72

Hình 5.6: Quỹ đ o chuyển động của xe ô tô 3 trục 76

Hình 5.7: Đ thị mô t quỹ đ o chuyển động của ô tô khi Thay đ i góc đánh lái 77

Hình 5.8: Đ thị mô t quỹ đ o chuyển động của ô tô khi thay đ i vận tốc 78

DANH M C B NG

B ng 2.1: Các lo i hệ số c n lăn trên các lo i đ ng khác nhau 14

B ng 2.2 : Qui ớc về dấu của mô men và tốc độ góc các phần tử vi sai 23

B ng 3.1 : Bán kính quay vòng nhỏ nhất của một số l i ô tô 36

B ng 4.1 : Đ thị lực ngang và độ cứng lốp xe góc lệch 45

Ch ng I

1.1 Gi i thi u

N ớc ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đ i hóa và hội nhập quốc

tế.Vì thế quá trình hợp tác c về kỹ thuật và th ơng m i với các n ớc trên thế giới đang phát triển m nh Các n ớc phát triển và đang phát triển đang tiến l i gần nhau hơn để xây dựng khối thị tr ng chung cùng nhau phát triển Các ngu n vốn đầu t

ph ơng tiện máy móc từ các n ớc phát triển nh Nhật, Hàn Quốc đ ợc đ a vào

n ớc ta để phát triển ngành công nghiệp của n ớc ta

Đối với ngành công nghiệp ô tô của n ớc ta đang trong quá trình hình thành

và phát triển, trong những năm vừa qua đư đ t đ ợc nhiều kết qu kh quan Mặc dù

n ớc ta ch a s n xuất đ ợc hoàn toàn ô tô và đang sử dụng các dây truyền lắp ráp

của n ớc ngoài,song chủ tr ơng của đất n ớc ta hiện nay là tăng tỷ lệ nội địa hóa trong các s n phẩm, b ớc đầu n ớc ta đư có đ ợc thành công trong các hưng xe nh

Tr ng H i Để đ t đ ợc những mục tiêu này chúng ta cần quan tâm nghiên cứu sâu hơn về các cụm chi tiết, các bộ phận trong cụm chi tiết, các hệ thống cũng nh điều kiện làm việc của ô tô để có thể có những gi i pháp kỹ thuật can thiệp sâu hơn vào các hệ thống nhằm phát huy đ ợc đặc tính tối u của hệ thống

Nghiên cứu và mô phỏng động lực học quay vòng của xe ô tô nhiều cầu chủ động là bài toán cơ b n của lý thuyết ô tô nhằm đánh giá cũng nh xác định đ ợc

kh năng khai thác ô tô trong điều kiện khác nhau Động lực học quay vòng của ô tô

là vấn đề không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu, nhất là trong th i gian gần đây

sự gia tăng m nh về hệ thống đ ng giao thông và mật độ ô tô cũng ngày một tăng

do đó cần ph i đ m b o tính điều khiển của ô tô mức độ cao nhằm h n chế tối đa tai n n giao thông khi ô tô tham gia giao thông

Đặc tính địa hình của lãnh th Việt Nam đ ợc n i bật b i sự t ơng ph n

giữa các đ ng bằng châu th thuộc ven biển phía đông, và những rặng núi hiểm hóc

dọc theo biên giới phía tây Núi và cao nguyên của n ớc Việt Nam chiếm kho ng 73% diện tích toàn thể (252.000 Km2 trong số 331.000 Km2 diện tích toàn

quốc).Núi và cao nguyên Việt Nam chịu nh h ng sự cấu t o địa chất, hiện

t ợng địa động, và tình tr ng xâm thực, cho nênmỗi miền mang một sắc thái khác nhau

1.2 M c tiêu c a đ tƠi

Bắt ngu n từ những yêu cầu đ ợc nêu ra trên, đề tài đư đặt ra đối t ợng và

mục đính nghiên cứu của đề tài là xây dựng cơ s lý thuyết động học và động lực

học để đánh giá kh năng quay vòng của ô tô vì thế đề tài có mục tiêu là: “Nghiên

cứu và mô phỏng động lực học quay vòng của xe ô tô nhiều cầu chủ động”

Nghiên cứu và mô phỏng động lực học quay vòng của xe ô tô nhiều cầu chủ động, để rút ra những đánh giá có tính khoa học về sự chuyển động quay vòng của

xe

Việc nghiên cứu đề tài nhằm b sung t liệu nghiên cứu và làm cơ s để lựa

chọn tính toán thiết kế xe phù hợp trong điều kiện thực tế

1.3 Đ i t ng nghiên c u vƠ gi i h n c a đ tƠi

Do th i gian thực hiện đề tài có h n, do kiến thức phần mền tin học có phần

h n chế, cho nên ng i nghiên cứu chỉ dừng l i nghiên cứu lý thuyết động lực học quay vòng của xe ô tô nhiều cầu chủ động và tính toán mô phỏng trên một lo i xe

thực tế

1.4 Ph ng pháp nghiên c u

Ng i nghiên cứu thực hiện ph ơng pháp

+ Ph ơng pháp phân tích lý luận

+ Ph ơng pháp tra cứu tài liệu

+Ph ơng pháp so sánh đánh giá

+ Ph ơng pháp sử dụng phần mền Catia và Matlab để tính toán mô phỏng

1.5 Các k t qu nghiên c u

Sau đây là một số đề tài điển hình:

Đề tài: “ Đặc tính quay vòng của xe du lịch” Của học viên Lê Đức Hiếu,

Tr ng Đ i Học Bách Khoa Hà Nội d ới sự h ớng dẫn của PGS.TS Ph m Hữu Nam, đ ợc thực hiện vào tháng 04 năm 2007 Đề tài đư thực hiện đ ợc việc nghiên

cứu đặc tính quay vòng d ới nh h ng của góc lệch h ớng và sự biến d ng của

lốp

Đề tài: “Nghiên cứu n định của thùng xe khi chuyển động thẳng và quay vòng của xe buýt hai tầng BHT89 đang sử dụng TPHCM” của học viên Cao Minh Đức, Tr ng Đ i Học S Ph m Kỹ Thuật TPHCM, d ới sự h ớng dẫn của TS Lâm Mai Long Đề tài tính toán góc nghiên của thùng xe của xe buýt 2 tầng khi chuyển động thẳng và quay vòng n định

Đề tài: “ Nghiên cứu động lực học chuyển động thẳng của xe nhiều cầu chủ động, các ph ơng pháp phân phối công suất” của học viên Bùi Anh Tuấn, Tr ng

Đ i Học S Ph m Kỹ Thuật TPHCM, d ới sự h ớng dẫn của TS Lâm Mai Long.Đề tài đư nghiên cứu tính toán các thông số động lực học chuyển động của ô

tô có tính đến tr ợt

Ch ng II

C S LÝ THUY T

2.1 L c và mô men tác d ng lên bánh xe b đ ng

Để cho bánh xe có t i trọng có thể chuyển động đ ợc với vận tốc V ( hoặc thì t i trục của nó ph i có lực � h ớng theo chiều của V Hợp lực của và �

đi qua trục và nghiêng một góc , cắt mặt đ ng kho ng cách a T i điểm này

có tác dụng của tất c các ph n lực của bánh xe với mặt đ ng X và Z

Hình 2.1: C ác lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động khi lăn

Ph n lực Z ng ợc h ớng với t i trọng thẳng đứng trên bánh xe và bằng nó

về giá trị:

Ph n lực X sẽ ng ợc chiều chuyển động của xe, tức là ng ợc chiều trục x và

đ ợc coi là lực c n, đó chính là lực c n lăn, ký hiệu là Lực c n lăn đ ợc khắc phục b i lực đẩy �, vì thế ta có ph ơng trình:

Về mặt định l ợng, lực c n lăn đ ợc mô t bằng quan hệ:

Hình 2.2: Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động khi lăn

Lực đẩy t ng cộng vào khung xe:

Với X còn gọi là ph n lực tiếp tuyến của bánh xe với mặt đ ng, khi kéo nó cùng chiều chuyển động

Lực truyền từ khung xe không ph i là lực mà là ph n lực tiếp tuyến

= � Theo quan điểm truyền cơ năng chúng ta quan tâm tới quan hệ giữa và

X, quan hệ này đ ợc rút ra từ công thức ( 2.7) và ( 2.8) nh sau:

Hình 2.3 : Các tr ng thái chuyển động của bánh xe

= là công suất c n lăn, có giá trị âm

= − gọi là tốc độ tr ợt ( nếu V là tốc độ tịnh tiến thực tế của ô tô ),

nó có giá trị d ơng khi phanh-tr ợt lết và âm khi kéo – tr ợt quay

= gọi là công suất tr ợt ( tr ợt lăn khi kéo hoặc tr ợt lết khi phanh)

Công suất tr ợt luôn nhỏ hơn không

Công suất c n lăn luôn t n t i bánh xe lăn, trong khi đó công suất tr ợt chỉ

t n t i khi có lực Fk( kéo hoặc phanh) Khi ô tô chuyển động với tốc độ cao trên nền

đ ng cứng thì tốc độ tr ợt th ng khá nhỏ cho nên công suất tr ợt có thể bỏ qua, khi chuyển động trên đ ng địa hình thì không thể bỏ qua công suất tr ợt

Hiệu suất bánh xe: trong tr ng hợp bánh xe bị động thì công suất truyền tới bánh xe chỉ cần thiết để khắc phục t n hao khi lăn

� =

Từ công thức ( 2.19) ta có thể xác định lực kéo tiếp tuyến cực đ i phát sinh theo điều kiện bám giữa bánh xe chủ động với mặt đ ng nh sau:

đây: là mô men xoắn cực đ i truyền tới bánh xe chủ động

Trong tr ng hợp chung, nếu vùng tiếp xúc của bánh xe chủ động với mặt

đ ng có c ph n lực tiếp tuyến X và ph n lực ngang Y của đ ng tác dụng lên bánh xe thì điều kiện bánh xe không bị tr ợt là:

Giá trị của ′� =�′

đây: �′ là hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đ ng theo h ớng véc

tơ hợp lực của các lực X,Y

Từ biểu thức ( 2.21) thấy rằng lực bám � tỷ lệ thuận với hệ số bám � và trọng

l ợng bám � mà lực kéo tiếp tuyến cực đ i l i bị giới h n b i lực bám �xem ( 2.22), cho nên muốn sử dụng hết lực kéo tiếp tuyến do động cơ truyền xuống để thắng các lực c n chuyển động thì cần thiết ph i tăng lực bám � nghĩa là

ph i tăng hệ số bám � hay tăng � hoặc cùng tăng c � và �

Điều này thể hiện ô tô có tính năng cơ động cao Để tăng lực bám � thì ô

tô này dùng lốp có vấu cao nhằm tăng hệ số bám � và dùng nhiều cầu chủ động để

sử dụng toàn bộ trọng l ợng của ô tô làm trọng l ợng bám

2.4.2 Các y u t nh h ng đ n h s bám và các giá tr c a h s bám

Hệ số bám � giữa bánh xe chủ động với mặt đ ng phụ thuộc tr ớc hết vào nguyên liệu bề mặt đ ng và nguyên liệu chế t o lốp, vào tình tr ng mặt đ ng ( Khô, ớt, nhẵn, nhám ), vào kết cấu và d ng hoa lốp, phụ thuộc vào các điều kiện

sử dụng khác nh t i trọng tác dụng lên bánh xe, áp suất trong lốp, tốc độ chuyển động của ô tô và độ tr ợt giữa bánh xe chủ động với mặt đ ng

Hình 2.7 Các yếu tố nh h ng đến hệ số bám

1 Đ ng khô, 2 Đ ng ớt

a nh h ng của áp suất trong lốp

b nh h ng của tốc độ chuyển động của ô tô

c nh h ng của ph n lực thẳng đứng tác dụng lên bánhxe

d nh h ng của độ tr ợt của bánh xe với mặt đ ng

Trên hình 2.7 trình bày một số đ thị chỉ sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp ( hình a), vào tốc độ chuyển động của xe ô tô ( hình b), vào t i trọng đặt lên bánh xe ( hình c), vào độ tr ợt giữa bánh xe chủ động với mặt đ ng ( hình d)

Từ đ thị thấy rằng, khi tăng áp suất trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên

r i sau đó l i gi m xuống.Giá trị hệ số bám cực đ i sẽ t ơng ứng với áp suất đ ợc khuyên để dùng cho lốp Khi tăng t i trọng thẳng đứng lên bánh xe thì hệ số bám sẽ

gi m từ từ theo d ng đ ng cong Khi tăng t i trọng thẳng đứng lên bánh xe thì hệ

số bám xẽ gi m đi và đ thị có d ng tuyến tính Khi đ ng ớt thì nh h ng của

áp suất trong lốp, của tốc độ chuyển động và t i trọng thẳng đứng lên bánh xe đến

hệ số bám càng lớn ( đ thị d ng a,b,c) Đặc biệt là độ tr ợt δ giữa bánh xe chủ động và mặt đ ng nh h ng rất nhiều đến hệ số bám Khi tăng độ tr ợt ( tr ợt lết hay tr ợt quay) của bánh xe thì hệ số bám lúc đầu tăng lên nhanh chóng và đ t giá trị cực đ i trong kho ng độ tr ợt (15-20)% Nếu độ tr ợt tiếp tục tăng thì hệ số bám

gi m, khi độ tr ợt δ = 100% ( nghĩa là lốp bị tr ợt lết hoàn toàn đối với bánh xe khi phanh hoặc bánh xe chủ động bị tr ợt quay hoàn toàn ) thì hệ số bám φ gi m ( 20-30)% so với hệ số bám cực đ i Khi đ ng ớt còn có thể gi m nhiều hơn nữa, đến ( 50-60)%

Hệ số bám φ mà chúng ta xét trên chính là hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức là trong mặt phẳng chuyển động của ô tô đ ợc biểu thị là φx Ngoài ra còn hệ số bám trong mặt phẳng ngang thẳng góc với mặt phẳng dọc, hệ số bám này ký hiệu là

φy và nó cũng chịu nh h ng của các yếu tố đ ợc nêu trên Ta gọi φx là hệ số bám dọc, và φy là hệ số bám ngang

Hệ số bám dọc � có thể xác định bằng nhiều ph ơng pháp thực nghiệm khác nhau Dùng một xe tr ớc kéo một xe sau mà xe sau đ ợc phanh cứng hoàn toàn Giữa hai xe có đặt lực kế để đo lực bám � phát sinh xe sau

Biết đ ợc trọng l ợng xe sau là � ta có thể xác định đ ợc hệ số bám � theo biểu thức sau đây:

hiệu qu phanh và n định phanh, đến tính năng dẫn h ớng Ngày nay, khi có xu

h ớng tăng tốc độ chuyển động của ô tô thì hệ số bám và lực bám càng có tầm quan trọng lớn

2.4.3 Đặc tính tr t, các y u t nh h ng đ n tr t

Bằng thực nghiệm ng i ta chứng minh đ ợc rằng � không những phụ thuộc vào tình tr ng mặt đ ng mà còn phụ thuộc vào độ tr ợt ( tình tr ng mặt đ ng) của bánh xe khi lăn trên đ ng đó Hiện t ợng này đ ợc mô t thông qua một đặc tính gọi là đặc tính tr ợt nh sau:

Mối quan hệ , ( ) đ ợc biểu diễn trên hình (2.9) trong c hai vùng

tr ợt lăn và tr ợt lết

Thông th ng thay cho các lực, ng i ta sử dụng các thông số không thứ nguyên và , khi các quan hệ ( ), hoặc ( ) đ ợc gọi là đặc tính tr ợt, đối với bánh xe chủ động thì đặc tính tr ợt th ng bao g m các quan hệ ( ) xác định

từ lực X và ( ) xác định từ mô men xoắn Đặc tính này có ý nghĩa quan trọng đặc biệt đối với các xe chuyển động trên đ ng địa hình hoặc khi nghiên cứu về hệ thống tự động điều chỉnh lực kéo Trong các đặc tính này và tăng thì hệ số

c n lăn f= − sẽ tăng theo

Để đặc tr ng cho mức biến thiên của đ ng cong tr ợt ng i ta đ a ra khái niệm gọi là độ cứng tr ợt hay độ cứng riêng , chúng đ ợc định nghĩa nh sau:

=

. ; =

Nếu độ tr ợt không lớn lắm thì có thể coi đặc tính tr ợt là tuyến tính, khi đó

có thể coi đặc tính tr ợt là tuyến tính, khi đó có thể viết:

Hình 2.8: Đặc tính tr ợt toàn bộ của lực Fk và X

Hệ số bám của bánh xe với mặt đ ng Trên đặc tính tr ợt, các giá trị cực

đ i của hệ số lực vòng hay hệ số lực kéo có ý nghĩa đặc biệt quan trọng: nó xác định giá trị lực vòng ( Ph n lực tiếp tuyến X) hay lực kéo hoặc lực phanh cực

đ i mà bánh xe có kh năng truyền đ ợc cho mặt đ ng Giá trị cực đ i đó đ ợc gọi

là hệ số bám của bánh xe và mặt đ ng Theo đặc tính tr ợt chúng ta có:

Hệ số bám lăn: chính là giá trị = , nó xác định giá trị ph n lực tiếp tuyến cực đ i mà bánh xe có thể truyền cho mặt đ ng khi lăn Ngoài ra ứng với thì 0 < < 1 Hệ số bám lăn th ng đ ợc sử dụng trong tính toán thiết kế hệ

thống truyền lực và nó th ng ký hiệu là �′

Hệ số bám tr ợt: ( lăn hoặc lết ) , nó xác định giá trị cực đ i của ph n lực tiếp tuyến X mà bánh xe có thể truyền đ ợc trong tình tr ng tr ợt ( lăn hoặc lết ) hoàn toàn, tức là khi đó bánh xe không c n lăn và = 1 Trong tính toán hệ thống phanh ( khi xác định mô men phanh cần thiết ) thì hệ số này th ng đ ợc ký hiệu là

�

Giá trị của hệ số bám lăn ( th ng gọi là hệ số bám ) dao động trong kho ng 0.1 ( đ ng đóng băng ) tới 1.0 ( đ ng bê tông )

2.4.4 Đặc tính h ng, các y u t nh h ng đ n h ng

Bánh xe đàn h i khi lăn trên đ ng có tác dụng của lực ngang Y sẽ bị biến

d ng ngang Khi đó tốc độ tịnh tiến v của tâm bánh xe sẽ không nằm trong mặt

phẳng đối xứng dọc của bánh xe mà lệch đi một góc gọi là góc lệch h ớng ( góc lăn lệch )

Góc lệch bên của bánh xe khi chịu lực ngang

Hình 2.9: Sự lăn của bánh xe đàn h i khi chịu tác dụng của lực ngang

� = 2 + ′2 (2.29)

Trong đó:

R là hợp lực của ( ) và ph n lực ngang Y'

Y' là ph n lực do lực ngang Y

, là lực kéo và lực phanh trên bánh xe

Theo điều kiện bám � = � =� và ph n lực ngang cũng đ t giá trị cực

2.5 Dòng công su t trên bánh xe ch đ ng

Hình 2.11 : Dòng công suất trên bánh xe chủ động

Chúng ta có 3 d ng công suất sau đây:

Công suất trên trục bánh xe = Nếu và cùng chiều (tr ng hợp chủ động) thì là d ơng, ng ợc l i trong tr ng hợp phanh mang dấu âm

Công suất truyền qua trục bánh xe = � .Khi � và V cùng chiều(

tr ng hợp phanh ) thì đ ợc coi là d ơng và dòng công suất này đ ợc truyền tới bánh xe ( sau đó sẽ đ ợc tiêu hao chủ yếu trong cơ cấu phanh ), ng ợc l i trong

tr ng hợp kéo mang giá trị âm, dòng công suất này truyền lên khung xe và đẩy

ô tô ch y tới

Công suất t n hao , vì công suất t n hao nên nó mang giá trị âm

Cân bằng năng l ợng khi bánh xe chuyển động n định đ ợc viết:

Từ đó có thể triển khai:

=− − =− − � =− + + = +

Trong đó: = / là tốc độ lý thuyết của xe ( khi chuyển động hoàn toàn không có tr ợt )

+ = là công suất c n lăn, có giá trị âm

= − gọi là tốc độ tr ợt ( với V là tốc độ tịnh tiến thực tế của ô tô ),

nó có giá trị d ơng khi phanh ( tr ợt lết ) và giá trị âm khi kéo ( tr ợt quay )

� = . gọi là công suất tr ợt ( tr ợt lăn khi lăn kéo hoặc tr ợt lết khi phanh ) Công suất tr ợt luôn luôn nhỏ hơn không

Rõ ràng công suất c n lăn luôn t n t i khi bánh xe lăn, trong khi đó công suất

tr ợt chỉ t n t i khi có lực Fk( kéo hoặc phanh ) Khi ô tô chuyển động với tốc độ cao trên nền đ ng cứng thì tốc độ tr ợt th ng khá nhỏ nên công suất tr ợt có thể

bỏ qua, khi chuyển động trên đ ng địa hình thì điều này không cho phép

Hiệu suất bánh xe: Trong tr ng hợp bánh xe bị động thì công suất truyền

tới bánh xe chỉ cần thiết để khắc phục t n hao khi lăn Trong tr ng hợp kéo hoặc phanh thì ngoài khắc phục c n lăn còn xẩy ra quá trình truyền năng l ợng từ trục bánh xe tới khung xe và ng ợc l i, bánh xe khi đó nh một cơ cấu truyền động, vì

vậy ta có khái niệm hiệu suất của bánh xe Chúng ta phân thành hai tr ng hợp kéo

và phanh:

bánh xe chủ động thì năng l ợng đ ợc truyền từ bánh xe tới khung xe, khi

đó hiệu suất đ ợc định nghĩa:

=� = .. = =� � ( 2.33)

2.6 Phơn ph i công su t dùng vi sai

Ô tô có ít nhất hai dòng công suất từ động cơ dẫn đến hai bánh xe trái và

ph i của cầu chủ động xe nhiều cầu chủ động thì dòng công suất tăng lên gấp

bội Nghiên cứu phân phối công suất là nghiên cứu quy luật phân phối công suất ( mô men xoắn và tốc độ góc ) từ động cơ đến các cầu chủ động và đến bánh xe của

cầu chủ động, đ ng th i cũng kh o sát các hiện t ợng xẩy ra trong quá trình phân

Hình 2.12 : Sơ đ truyền lực xe nhiều cầu chủ động

+ Phân phối mô men xoắn cho các trục theo một tỷ lệ xác định

2.6.2 Quan h Mô men phân ph i trên c u c a xe ô tô

Khi bỏ qua t n hao trong vi sai, ta có quan hệ sau:

=− = −1

Nếu vi sai là đối xứng thì ta có: = 1 và do đó:

B ng 2.2 : Qui ớc về dấu của mô men và tốc độ góc các phần tử vi sai

hoặc trong hộp phân phối Chúng ta sẽ kh o sát dòng công suất trong hai tr ng

hợp: Chủ động, tức là dòng công suất truyền từ động cơ tới các bánh xe và tr ng

hợp phanh ( bằng hộp số hay hộp số), khi đó công suất đ ợc tiêu thụ t i động cơ hay cơ cấu phanh hộp số

Trong tr ng hợp chủ động: truyền động từ phần tử r tới ( e+i)

Xuất phát từ:

Nh vậy, khi tính đến t n hao do ma sát ( chỉ sinh ra khi có chênh lệch tốc

độ giữa e, i và vỏ vi sai r ) và theo hai biểu thức trên ta có nhận xét rằng, dòng công suất thế năng sẽ đi từ trục i tới trục e Nói cách khác, công suất trên trục i sẽ lớn hơn công suất trên trục e một l ợng mất mát là 1 − � %

Về quan hệ mô men chúng ta có:

Nh vậy trong tr ng hợp có tính đến ma sát tỷ số truyền giữa trục e và i là không đ i và bằng giá trị hiệu suất riêng, momnet lớn trên trục i vi sai đối xứng không ma sát thì � = 1 do đó mô men sẽ phân phối đều cho hai trục

2.7 Phơn ph i công su t không có vi sai

Trong một số hộp phân phối việc phân phối công suất cho hai cầu chủ động không sử dụng vi sai mà thông qua một liên kết cứng ( đôi khi là khớp một chiều ) Đối với cầu chủ động khi sử dụng vi sai có ma sát với hiệu suất thấp, khi chuyển động trên đ ng tốt sẽ có những kho ng mà theo đó cầu ứng xử nh không có vi sai Trong các tr ng hợp trên việc phân phối công suất ( mô men xoắn và tốc độ góc ) sẽ diễn ra nh thế nào?

Chúng ta sẽ nhiên cứu tr ng hợp cặp bánh xe chủ động hay cặp cầu chủ động đ ợc nối với nhau bằng một quan hệ cơ học cứng với sơ đ phân phối năng

l ợng nh hình 2.13

Hình 2.13 : Các sơ đ phân phối công suất không có vi sai

Khi nghiên cứu chúng ta sử dụng các gi thiết sau:

Các hiện t ợng đ ợc kh o sát trong hệ t o độ xe, theo hệ tọa độ này thì mặt

đ ng sẽ chuyển động với tốc độ 1, 2

Dòng năng l ợng nối với mặt đ ng thông qua các điểm 1 và 2

2.8 Các quan h đ ng h c và mô men

Tốc độ tịnh tiến 1, 2 sẽ tỷ lệ với quưng đ ng t ơng ớng khi quay vòng, khi chuyển động thẳng 1 = 2

2 = 2.�2 ∑2 đối với tr ng hợp kéo ( 2.51)

Với �1,2là hiệu suất truyền động từ trục 1,2 tới các bánh xe

Lực tiếp tuyến t i các bánh xe:

1,2là công suất tiêu hao cho c n lăn

1,2là công suất tiêu hao cho sự tr ợt t i các bánh xe

Từ ph ơng trình ( 2.49) ta có nhận xét: Các ph ơng trình ch a cho phép xác định đ ợc quan hệ ( tỷ lệ ) mà qua đó biết đ ợc mô men ∑ phân chia thành ∑1 và

∑2 nh thế nào Bài toán này về ph ơng diện động lực học là không gi i quyết

đ ợc b i vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh : Tốc độ góc các phần tử truyền động trung gian, tốc độ tịnh tiến suy ra từ vị trí các bánh xe khi quay vòng và c các bán kính bánh xe Nói cách khác chúng ta chỉ có một ph ơng trình( 2.49) trong khi cần xác định hai ẩn số đó là ∑1, ∑2 Đây chính là một nh ợc điểm của cơ cấu phân

phối cứng một bậc tự do Tuy nhiên bài toán có thể gi i bằng cách nối ghép ph ơng trình ( 2.49) với các ph ơng trình tiếp theo, đó là ph ơng trình biến d ng lốp ( biến

d ng của các trục và bánh răng rất nhỏ có thể bỏ qua) Đặc tính biến d ng vòng của

lốp sẽ đ ợc sử dụng thông qua mối quan hệ giữa bán kính lăm và lực kéo tiếp tuyến ( ) – gọi là đặc tính lực của bán kính lăn, đ ợc mô t nh hình vẽ d ới đây:

Hình 2.14 : Đặc tính tr ợt của bánh kính lăn

là lực kéo tiếp tuyến, là hệ số biến d ng vòng

Hình 2.15: Các y ếu tố nh h ng đến lực của bán kính lăn

Ch ng III

3.1 H tr c t a đ kh o sát

Các dịch chuyển của ô tô theo các trục to độ gây nên các chuyển vị dọc theo

ba ph ơng và quay quanh ba trục, nh vậy có thể coi trong hệ to độ không gian ba chiều, chuyển động của trọng tâm ô tô đ ợc mô t nh hình 3.1 Tuỳ vào mục đích

kh o sát mà có thể xem xét các chuyển vị này là đ ng th i hay độc lập Khi kh o sát quỹ đ o chuyển động quan trọng hơn c là chuyển vị theo t o độ mặt đ ng –

T o độ cố định biểu diễn bằng to độ và góc quay thân xe Do hệ thống cơ học đây có tính chất đàn h i nên quy luật của chúng rất phức t p

Hình 3.1: H ệ trục tọa độ tác dụng lên ô tô

Vận tốc tức th i của ô tô v đặt t i trọng tâm xe Hệ to độ cố định ký hiệu là , hệ to độ di động gắn tâm ô tô Txyz Nh vậy vận tốc v tiếp tuyến với

quỹ đ o chuyển động và nghiêng đi một góc ( góc này là góc lệch h ớng chuyển động của ô tô ) Góc quay t ơng đối giữa hai hệ trục to độ là , đấy cũng chính là góc quay của dọc trục ô tô khi chuyển động Khi đó vận tốc của ô tô tính theo hệ to

Nh vậy nếu có hệ to độ mặt đ ng biết và các góc lệch , hoàn toàn

có thể xác định đ ợc vị trí của ô tô trên đ ng t i một th i điểm nhất định

Khi ô tô chuyển động quay vòng theo một quỹ đ o thì t i trọng tâm của ô tô xuất hiện một trọng tâm của ô tô gọi là gia tốc h ớng tâm ký hiệu là

=

2

� = v ( + ) (3.8 )

Mô hình đ a ra d ng phẳng, trọng tâm của ô tô coi nh đặt t i mặt đ ng

Bỏ qua nh h ng lật nghiêng thân xe d ới nh h ng của lực ly tâm và hệ thống treo

Trên hình chỉ ra quĩ đ o chuyển động của ô tô là một đ ng cong và đ ợc xác định b i các vị trí liên tiếp của trọng tâm ô tô T Vận tốc tức th i của ô tô là v đặt t i trọng tâm ô tô Hệ tọa độ cố định( hệ tọa độ mặt đ ng) ký hiệu là

Hệ tọa độ di động ( hệ tọa độ gắn với trọng tâm ô tô) ký hiệu là Txyz Nh

vậy vận tốc v tiếp tuyến với quỹ đ o chuyển động và nghiêng đi so với trục dọc ô tô