Nghiên cứu mối quan hệ và các giải pháp kỹ thuật liên quan tới động lực học và tiêu hao nhiên liệu của ô tô du lịch

Đối với bất kỳ một người sử dụng xe ngoài giá cả thì hai tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu luôn luôn là điều quan tâm số một.Trong bối cảnh cạn kiện các nguồn cung cấp nhiên

Sự phát triển của xe cộ sử dụng động cơ đốt trong, đặc biệt là ôtô, là một

vận chuyển hàng ngày

Đối với bất kỳ một người sử dụng xe ngoài giá cả thì hai tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu luôn luôn là điều quan tâm số một.Trong bối cảnh cạn kiện các nguồn cung cấp nhiên liệu, nhưng các hãng sản xuất ô tô vẫn liên tục cho ra đời các dòng xe có dung tích động cơ lớn hơn, tính năng động lực học cao hơn Tuy nhiên điều này nảy sinh vấn đề tiêu hao nhiên liệu sẽ nhiều hơn

quan đến giao thông đã chú trọng đến việc phát triển các mẫu xe có tính cân bằng giữa tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu Những chiếc xe này vừa thỏa mãn cho người lái các tính năng vận hành vừa có mức tiêu thụ nhiên liệu vừa phải và thân thiện với môi trường

Trong luận văn này, tác giả tập trung “Nghiên cứu mối quan hệ và các giải pháp kỹ thuật liên quan tới động lực học và tiêu hao nhiên liệu của ô tô du lịch“ Nội dung của luận văn gồm có một số phần chính như sau:

Ch ơng1 T ng quan

Ch ơng2 Cơ sở lỦ thuy t về đ ng lực học và tiêu hao nhiên li u

Ch ơng3 M i quan h giữa đ ng lực học và tiêu hao nhiên li u

Ch ơng4.Các gi i pháp k thu t liên quan t i đ ng lực học và tiêu hao nhiên li u

Ch ơng5 K t lu n

automobiles, is one of the greatest achievements of modern technology Automobiles have made great contributions to the growth of modern society by satisfying many of its needs for transportation in every daylife

For a driver, in addition to price, both dynamic performance and fuel consumption is always the most concern Despite the supply of drain fuel , the car manufacturers are continually released cars with larger engine capacity, higher dynamic features This problematic fuel consumption will be much more

In recent decades, the research and development activities related to transportationhaveconcentrated onthedevelopment models which have a balance between dynamic performance and fuel consumption.These cars are not only just satisfied to drivers operating features but also moderate fuel consumption and environmentally friendly

In this thesis, the author focuses "The research on relationship and technical solutions related to the dynamics and fuel consumption of automobiles." The content of the thesis consists of a main part as follows:

Chapter1.Overview

Chapter2.The basis of the theory of dynamics and fuel consumption Chapter3.The relationship between dynamics and fuel consumption Chapter 4.Technical solutions related to the dynamics and fuel

consumption

Chapter5 Conclusion

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các hình x

Danh sách các chữ viết tắt xii

Ch ơng 1: T NG QUAN 1

1.1 Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu 3

1.2 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu 3

1.3 Phương pháp nghiên cứu 3

Ch ơng 2: C S Lụ THUY T 4

2.1 Sự truyền năng lượng trên ô tô 4

2.1.1 Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực 4

2.1.2 Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống chuyển động 6

2.1.3 Sự tổn hao năng lượng khi truyền năng lượng trên xe 7

2.2 Các quan hệ về lực khi bánh xe lăn trên đường 8

2.2.1 Bánh xe bị động 9

2.2.2 Bánh xe chủ động 10

2.2.3 Bánh xe phanh 11

2.3.2 Mối quan hệ giữa bán kính lăn và sự trượt 13

2.3.2.1 Khi lăn không trượt 13

2.3.2.2 Khi lăn có trượt quay 14

2.3.2.3 Khi lăn có trượt lết 16

2.3.3 Hiệu suất trượt 17

2.4 Giới hạn bám khi kéo và khi phanh 19

2.5 Sai lệch động học 20

2.6 Các chỉ tiêu kinh tế nhiên liệu của ôtô 22

2.6.1 Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô 22

2.6.2 Phương trình tiêu hao nhiên liệu 22

2.6.3 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ô tô khi chuyển động ổn định 27

Ch ơng 3: M I QUAN H GI A Đ̣NG ḶC ḤC VÀ TIÊU HAO NHIÊN LI U 32

3.1 Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu khi xe đạt vận tốc cực đại 32

3.2 Xác định độ dốc cực đại và lượng tiêu hao nhiên liệu khi leo dốc cực đại 36 3.2.1 Xác định độ dốc cực đại 36

3.2.2 Xác định tiêu hao nhiên liệu khi leo dốc cực đại 39

3.3 Xác định gia tốc cực đại và lượng tiêu hao nhiên liệu khi gia tốc cực đại 42

3.3.1 Xác định gia tốc cực đại 42

3.3.2 Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu khi gia tốc cực đại 43

3.4.1 Không có lưu thông công suất 47

3.4.1.1 Công suất tổn hao do trượt trên xe (4x4) và (4x2) 47

3.4.1.2 Sự ảnh hưởng của lực bám đến tính năng động lực học 50

3.4.1.3 So sánh ảnh hưởng của sự trượt đến tiêu hao nhiên liệu của xe( 4x4) và (4x2) 51

3.4.2 Khi có lưu thông công suất 52

3.4.2.1 Xác định lực kéo tiếp tuyến va đô ̣ trượt tại mỗi cầu 52

3.4.2.2 Công suất tổn hao do trượt 55

3.4.2.3 Hiệu suất trượt 57

3.4.2.4 Xác định tiêu hao nhiên liệu khi có lưu thông công suất 59

3.5 Kết luâ ̣n 60

CH NG 4: ĆC GI I PH́P K̃ THU T LIÊN QUAN Đ N Đ̣NG ḶC ḤC V̀ TIÊU HAO NHIÊN LI U 61

4.1 Giảm các lực cản chuyển động 61

4.1.1 Giảm lực cản của gió 61

4.1.2 Giảm lực cản lăn 62

4.1.3 Giảm trọng lượng xe 63

4.2 Tối ưu hoạt động của động cơ 65

4.3 Tối ưu hoạt động của hệ thống truyền lực 67

4.3.1 Hộp số tự động vô cấp 67

4.3.2 Hộp số ly hợp kép 67

4.3.3Các giải pháp phân phối công suất 69

4.4.2 Thiết bị điều khiển công suất động cơ EMS 74

4.4.2.1 Đối với động cơ xăng 74

4.4.2.2Động cơ động cơ diezel 74

4.4.2.3Điều khiển bàn đạp chân ga 75

4.4.3Bộ điều khiển ASR 76

4.4.3.1Các đặc điểm làm việc của ASR 76

4.4.3.2 Các bộ phận của hệ thống phanh ABS có TRC 77

4.4.3.3 Điều khiển tốc độ ô tô 78

4.4.4Bộ điều chỉnh mô men phanh bẳng động cơ MSR 79

4.4.5 Bộ khoá vi sai điện tử ABS+ABD80 80

CH NG 5: K T LU N 82

5.1 Đánh giá đề tài 82

5.2 Kiến nghị 82

TÀI LI U THAM KH O 84

Hình 2.1 Các lực và moment tác dụng lên bánh xe bị động, chủ động và bánh xe

phanh 10

Hình 2.2 Đặc tính rl(Fk) 12

Hình2.3 Lăn không trượt 20

Hình 2.4 Lăn có trượt quay 16

Hình 2.5 Lăn có trượt lết 17

Hình 2.6 Đặc tính ngoài của động cơ 24

Hình 2.7 Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ( ne’> ne’’>ne’’’) 27

Hình 2.8 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô ứng với các hệ số cản  khác nhau của mặt đường 28

Hình 2.9 Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định 30 Hình 3.1 Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ khi xe đạt vận tốc cực đại 34

Hình 3.2 Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định ở vận tốc cực đại 35

Hình 3.3 Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ khi leo dốc cực đại 41

Hình 3.4 Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ khi gia tốc cực đại 45

Hình 3.5 Công suất tổn hao do trượt tại bánh xe khi F k1  F k 2 48

Hình 3.6 Công suất tổn hao do trượt tại bánh xe khi F k1  F k 2 49

Hình 3.7 Công suất tổn hao do trượt tại bánh xe khiF k1  0, F k 2  0 50

Hình 4.2 Sơ đô chuyển số của hộp số tự động CVT va AT 69 Hình 4.3 Hô ̣p số ly hợp kép 70

1 AT: Automatic Transmission

3 DTC: dual-clutch transmisson

6 TRC: Traction Control

8 ASR: Anti Spin Regulator

Ch ơng 1

T NG QUAN

Đối với bất kỳ một người sử dụng xe, ngoài giá cả thì hai tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu luôn luôn là điều đáng quan tâm Có thể nói hai yếu tố này rất quan trọng Trước hết, ta hãy bàn về tính năng động lưc học Tính năng động lực học hay tính năng vận hành tức là nói đến tính năng khởi hành, tăng tốc, leo dốc, vận tốc cực đại

Mỗi một tài xế có một phong cách lái xe khác nhau Mỗi người thích cảm nhận tính năng vận hành khác nhau của chiếc xe tuy nhiên có một điểm chung

là ai cũng thích xe có tính năng động lực học tốt

Đây cũng là điều dễ hiểu, khi điều khiển một chiếc xe có tính năng động lực, hay nói cách khác là tính năng vận hành cao sẽ cho người điều khiển rất nhiều thuận lợi

Đầu tiên an toàn là trong khi tránh, vượt các xe khác vì xe có gia tốc lớn người tài xế có thể chủ động về tốc độ của xe cũng như thời gian tăng tốc Thứ hai là khi leo dốc hay vượt qua chướng ngại vật trên đường Chiếc xe

có tính năng động lực tốt có thể thông qua những con đường có độ dốc lớn, chướng ngại vật cao mà những xe có tính năng động lực học yếu không thể thực hiện được

Đó là những minh họa rất gần gũi để ta thấy rằng tính năng động lực học

có sức hấp dẫn rất lớn đối với người tiêu dùng Điều này cũng tác động đến

động lực học dẫn đến tiêu hao nhiên liệu lớn hơn Nhưng các nhà sản xuất ô tô liên tục cho ra đời những mẫu xe tính năng động lực học cao Tuy nhiên trong

bối cảnh giá xăng dầu tăng cao điều này cũng cần dung hòa với tính kinh tế nhiên liệu của xe

Có một thời gian các hãng xe lớn của Mỹ như Ford, GM rơi vào khủng hoảng vì xe không bán được Nếu so sánh về tính năng vận hành, có thể nói các xe của Nhật Bản không hẳn tốt hơn xe của Mỹ nhưng về mặt tiết kiệm nhiên liệu thì tốt hơn do đó được nhiều khách hàng ưa chuộng hơn

Lượng tiêu hao nhiên liệu của xe được tính theo nhiều phương pháp cũng như có nhiều quy trình thử mức tiêu hao nhiên liệu

Các quy trình thử theo tiêu chuẩn của Nhật, Mỹ, châu âu, có những điểm giống và khác nhau nhưng nói chung là đều dựa trên các cơ sở: loại đường xe vận hành đô thị hay đường xa lộ, trong quá trình thử nghiệm các thao tác được tiến hành giống như các thói quen của người tài xế

Lượng tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Do đó đôi khi lượng tiêu thụ nhiên liệu mà các nhà sản xuất xe cung cấp không hoàn toàn giống với thực tế

Việc mua được một chiếc xe có tính năng vận hành tốt không đồng nghĩa với sự thảo mãn của người chủ xe vì xe không tiết kiệm nhiên liệu.Do đó vấn

đề cân bằng giữa hai yếu tố này thực sự là một bài toán khó đối với các nhà sản xuất cũng như những người nghiên cứu về ô tô

Ngày nay đã có nhiều công nghệ mới để có thể làm cho chiếc xe vừa có tính năng động lực học tốt lại vừa có mức tiêu hao nhiên liệu ở mức độ chấp nhận được

Có một số giải pháp tập trung vào các vấn đề sau: thiết kế động cơ, thiết

kế hệ thống truyền lực, thiết kế khí động học của xe, công nghệ thu hồi năng lượng, thiết kế theo điều kiện giao thông, chất lượng đường sá, huấn luyện kỹ năng của người điều khiển xe

Trong phạm vi của đề tài, người nghiên cứu sẽ tập trung vào tìm hiểu mối liên

hệ giữa hai yếu tố này nhằm chỉ ra một cách rõ các mâu thuẫn, đưa ra các minh chứng cụ thể và từ đó đưa ra các giải pháp

1.1 M c tiêu, khách thể và đ i t ng nghiên cứu

nhiên liệu

- Đề ra các giải pháp kỹ thuật liên quan tới hai vấn đề này nhăm đảm bảo tính năng đô ̣ng lực ho ̣c trong khi mức tiêu thụ ở mức vưa phải

- Đối tượng nghiên cứu: xe ô tô du lịch

1.2 Nhi m v của đề tài và ph m vi nghiên cứu

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa hai vấn đề động lực học và tiêu hao nhiên liệu

Từ đó tìm ra các giải pháp kỹ thuật liên quan tới hai vấn đề này

- Nghiên cứu tính toán các thông số động lực học và tiêu hao nhiên liệu khi có

kể đến trượt

Phạm vi nghiên cứu:

- Chỉ nghiên cứu trên ô tô con, ô tô du lịch

- Chỉ nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu, sự tác động của các hệ thống chứ không đi vào phân tích cụ thể các mạch điện điều khiển, cấu tạo…

1.3 Ph ơng pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến các thông số động lực học và tiêu hao nhiên liệu của ô tô

- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến trượt

- Nghiên cứu các tài liệu về các trang bị hiện đại để hạn chế sự trượt

chị học viên

CH NG 2

C S Lụ THUY T

2.1 Sự truyền năng l ng trên ô tô

Quá trình truyền năng lượng từ động cơ đến mặt đường thông qua hệ thống truyền lực và hệ thống chuyển động sẽ làm thay đổi vận tốc (vận tốc góc hoặc vận tốc tịnh tiến) và mô ment (hoặc lực), một phần năng lượng truyền đi sẽ tiêu hao ở hệ thống truyền lực do sự tích lũy năng lượng ở dạng động năng (do các chi tiết có khối lượng) và thế năng (do tính đàn hồi sinh ra) và một phần năng lượng nữa bị tiêu hao do có sự xuất hiện của sự trượt

Bây giờ chúng ta xét đến quá trình truyền năng lượng trên xe trong trường hợp

xe chuyển động ổn định và chưa xét đến trượt

2.1.1 Sự truyền và bi n đ i năng l ng trong h th ng truyền lực

ô tô năng lượng được truyền từ động cơ đến các bánh xe chủ động thông qua hệ thống truyền lực Quá trình truyền và biến đổi năng lượng được đặc trưng bởi các

thành phần của công suất đầu vào Pevà công suất đầu ra ở bánh xe Pk, nghĩa là bởi vận tốc góc và mômen xoắn tương ứng:

e t

n

nω

ων

1

Trong đó:

it – T̉ số truyền của hệ thống truyền lực, thường dùng ở truyền động có cấp

Theo kết cấu của hệ thống truyền lực thì t̉ số truyền itcòn được tính theo công thức sau:

đây:

ih– T̉ số truyền của hộp số

ip– T̉ số truyền của hộp số phụ (hoặc hộp phân phối)

io– T̉ số truyền của truyền lực chính

ic– T̉ số truyền của truyền lực cạnh (truyền lực cuối cùng)

+ T̉ số truyền mômen:

e

k m

MM

+ Hiệu suất của hệ thống truyền lực:

trường hợp đang xét  chính là hiệu suất của hệ thống truyền lực

Xét về mặt kết cấu của hệ thống truyền lực thì hiệu suất  còn được tính như sau

tl

đây:

l – Hiệu suất của ly hợp

h – Hiệu suất của hộp số

p – Hiệu suất của hộp số phụ (hoặc hộp số phân phối)

cd– Hiệu suất của cac đăng

o – Hiệu suất của truyền lực chính

c – Hiệu suất của truyền lực cạnh

2.1.2 Sự bi n đ i năng l ng trong h th ng chuyển đ ng

Hệ thống chuyển động là cụm truyền động giữa bánh xe với mặt đường trường hợp này chúng được coi là cụm biến đổi bậc không, nghĩa là ta không để ý đến khối lượng và biến dạng của nó

Công suất của bánh xe chủ động được thể hiện qua Mk và k Nhờ có Mk tại bánh xe chủ động và nhờ sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường nên đã phát sinh

xe Phản lực này chính là lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động

Như vậy hệ thống chuyển động đã biến đổi chuyển động quay của bánh xe

trên trục bánh xe thành lực kéo của bánh xe và vận tốc tịnh tiến v

Quan hệ giữa các thông số vừa nêu được thể hiện:

e h p o c tl

e t tl k

k

M i i i i η

M i ηM

rl – Bán kính lăn của bánh xe

Trong thực tế có thể coi r = const, còn rl const, vì rlphụ thuộc vào nhiều yếu

tố, ví dụ: tải trọng, vận tốc… Cho nên từ (2.7) và (2.8) cho thấy rằng hệ thống

chuyển động biến đổi lực với một tỉ lệ không đổi, nhưng sự truyền vận tốc không

phải là ổn định Khi xe chuyển động ở đường tốt và với vận tốc lớn thì có thể xem

rl = r Trên đường xấu và với vận tốc nhỏ thì rl r, lúc này chúng ta phải cân nhắc

đến sự trượt giữa bánh xe với mặt đường

2.1.3 Sự t n hao năng l ng khi truyền năng l ng trên xe

Khi truyền năng lượng từ động cơ đến khung xe sẽ có một phần năng lượng

biến đổi thành nhiệt năng không thể thu hồi được Giá trị này cần phải biết khi tính

toán thiết kế bởi hai lý do sau:

đã cho của động cơ Hoặc ngược lại để xác định công suất yêu cầu của động cơ ứng

với yêu cầu năng lượng của xe đã cho

- Nhằm xác định các yêu cầu làm mát đảm bảo cho hệ thống làm việc bình

thường

Các tổn thất được biểu thị về mặt định lượng bởi công suất tổn hao P hay

nguyên là hiệu suất η tl hoặc hệ số tổn hao 

Mối quan hệ giữa các đại lượng:

e

γ γ

k e γ

ω

P M

PPP

γ

M

PP

Cần lưu ý rằng ở truyền động cơ khí chỉ có tổn hao về mômen mà không có tổn hao về vận tốc

Tổn hao ở truyền động cơ khí không những không phụ thuộc vào kết cấu, ma sát giữa các bề mặt của các chi tiết, sơ đồ động học, mà còn phụ thuộc vào mômen truyền, vận tốc, độ nhớt và nhiệt độ của dầu bôi trơn…

2.2 Các quan h về lực khi bánh xe lăn trên đ ờng

Chúng ta cũng khảo sát ứng với ba trạng thái lăn của bánh xe, sơ đồ lực tác dụng ở các trạng thái được chỉ ra ở hình ở 2.1

2.2 1 Bánh xe bị đ ng (Hình 2.1a)

k) thì tại ổ trục của nó phải có lực F hướng theo hướng của V Hợp lực của F và

này có tác dụng của tất cả các phản lực của bánh xe với mặt đường X và Z

trị:

Phản lực X sẽ ngược chiều chuyển động của xe, tức là ngược chiều trục x và được coi là lực cản, đó là lực cản lăn ký hiệu Ff Lực cản lăn phải được khắc phục bởi lực đẩy F, vì thế ta phải có phương trình:

Xét về mặt định lượng, lực cản lăn được mô tả bằng quan hệ:

Trong đó f được gọi là hệ số cản lăn

Nếu viết phương trình cân bằng moment tại tâm bánh xe, ta có:

dụng từ mặt đường nằm tại giao điểm của trục thẳng đứng đối xứng của bánh xe với

Cũng từ sơ đồ ta rút ra quan hệ sau:

2.2.2 Bánh xe chủ đ ng (Hình 2.1b)

Hình 2.1: Các lực và moment tác dụng lê n bánh xe bi ̣ động (a.), chủ động (b.)và bánh xe phanh (c.)

Nếu chúng ta đặt trên bánh xe bị động một moment chủ động Mk (cùng chiều

k) và cân bằng với nó là một cặp lực Fk, một đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường (gọi là lực kéo tiếp tuyến) và một đặt tại tâm bánh xe (là thành phần đẩy

Tương tự như trường hợp bánh xe chủ động nhưng trong trường hợp này

về dấu thì Mk (hay Mb) và Fbtrong trường hợp này được coi là âm

Một cách tương tự ta có quan hệ:

Như vậy trong trường hợp này lực đẩy lên khung F bằng tổng của lực phanh (do cơ cấu phanh sinh ra) và lực cản lăn, nó cân bằng với phản lực tiếp tuyến của bánh xe với mặt đường khi phanh

2 3 Bán kính lăn r l và m i quan h giữa sự tr t và bán kính lăn

2.3 1 Bán kính lăn

thông số động học, nó là tỉ lệ giữa tốc độ góc k và tốc độ tịnh tiến V của bánh xe Bán kính lăn được xác định bằng mối quan hệ:

k l

ω

V

Từ định nghĩa ta rút ra rằng:

rl là bán kính của một bánh xe ảo, nó chuyển động không có trượt với một tốc

độ tịnh tiến tương đương với tốc độ của bánh xe thực tế

rl có thể coi là khoảng cách giữa tâm bánh xe tới cực P (hình 2.3, 2.4, 2.5)

thiết để đi hết quãng đường đó

k l

N 2

X r



Có ảnh hưởng rõ rệt đến bán kính lăn ngoài tốc độ quay là các thông số như sau: tải trọng Z, áp suất lốp pv và moment xoắn Mk nh hưởng của Z và pvlà rõ rệt hơn ở loại lốp Diagonal, còn sự phụ thuộc rl(Mk) thì cho thấy rằng ở vùng Mk nhỏ

khi đó xuất hiện sự trượt giữa bánh xe và mặt đường giới hạn trượt khi kéo (trượt lăn) ứng với Mkmax thì rl= 0, còn ở giới hạn trượt khi phanh (trượt lết) ứng với Mkmin

thì rl = 

2 3.2 M i quan h giữa bán kính lăn và sự tr t

Lực kéo (lực phanh) ảnh hưởng rất lớn đến sự trượt, khi có lực kéo (lực phanh) thì sẽ có sự trượt do đó mối quan hệ giữa bán kính lăn và sự trượt cũng chính là mối quan hệ giữa bán kính lăn (rl) và lực kéo Fk(lực phanh Fp) và được thể hiện qua đặc tính rl(Fk) (hình 2.2)

Hình 2.2: Đặc tính rl(Fk)

2 3.2.1 Khi lăn không tr t (hình 2.3)

Trong trường hợp này, tốc độ của tâm bánh xe (cũng là tốc độ xe) bằng với tốc

độ vòng Nói cách khác tốc độ thực tế V của xe bằng tốc độ lý thuyết V0, ta có:

r.V

Hình2.3 Lăn không trượt

2.3.2.2 Khi lăn ć tr t quay (hình 2.4)

= kr, do vậy cực P nằm ở bên trong vòng bánh xe rl < r Trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, theo qui luật phân bố vận tốc sẽ xuất hiện một vận tốc trượt

Vngược hướng với trục X

V V r

r 1 V

V

0

0 l 0

Hình 2.4 Lăn có trượt quay Bán kính lăn rl phụ thuộc vào lực kéo tiếp tuyến r l  f (F ) k Dưới các điều kiện hoạt động của bánh xe ta có:

đó:

rl0 là bánh kính lăn của bánh xe trên đó không có tác dụng của bất kỳ lực kéo hay lực phanh nào (bánh xe bị động không phanh) Bán kính này chính là bán kính tính toán rl0 = r

2 3.2.3 Khi lăn ć tr t l t (hình 2.5)

Khi lăn có trượt lết: Đây là trường hợp của bánh xe đang được phanh Trong

bánh xe và rl> r Tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường cũng xuất hiện tốc

về độ trượt khi phanh b Các quan hệ động học được biểu diễn dưới đây:

0 b

2.3.3 Hi u sút tr t

2.3.3.1 Hi u sút tr t của xe m t cầu chủ đ ng (4x2)

Trong lý thuyết về động lực học của xe ô tô, đối với xe ô tô một cầu chủ động, hiệu suất trượt η của xe thường được tính khi xét model một vết, tức là hai bánh xe trên cùng một cầu được thay thế bởi một bánh xe

k 0

 : độ trượt khi kéo

2.3.3.2 Hi u sút tr t của xe hai cầu chủ đ ng (4x4)

Việc tính toán hiệu suất trượt η cho một chiếc xe với hai cầu chủ động hay khi cần thiết phải tính toán một cách độc lập cho bánh bên trái hay bên phải là tương đối phức tạp hơn Bởi vì có một thực tế là công suất tổn hao không chỉ phụ thuộc vào tổng lực kéo mà còn phụ thuộc vào cách thức phân phối công suất giữa các cầu xe và giữa hai bánh xe trên cùng mô ̣t cầu

Hiệu suất trượt η thể hiện công suất tổn hao do trượt được viết như sau:

P là tổng công suất truyền tới các bánh xe chủ động

Plà tổng công suất trượt

t

i

P là công suất trượt tại bánh xe bên trái của cầu thứ i

i

P là công suất trượt tại bánh xe bên phải của cầu thứ i

Công suất truyền tới bánh xe bên trái và bên phải trên cùng một cầu thứ i là:

Đối với trường hợp model một vết, tức là hai bánh xe trên cùng một cầu được thay thế bởi 1 bánh xe công thức 2.41 trở thành:

2

ki ki

i 1 ki 2

ki

i 1 ki

k k

F 1

F 1

Giá trị của lực kéo tiếp tuyến phụ thuộc vào loại hệ thống truyền lực lắp trên

xe Do đó giá trị hiệu suất trượt sẽ là khác nhau trên mỗi loại xe khác nhau hay trên cùng một kiểu xe nhưng đươc lắp hệ thống truyền lực khác nhau Điều này dẫn đến lượng tiêu hao nhiên liệu khác nhau giữa các xe

Tóm lại giá trị của hiệu suất trượt sẽ khác nhau tùy thuộc vào lực kéo tiếp tuyến Trong khi đó lực kéo tiếp tuyến phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như sự phân chia công suất giữa các bánh xe, khối lượng xe, hình dạng xe, thông số của bánh xe, tình trạng mặt đường, phương thức lái xe của tài xế

2.4 Gi i h n bám khi kéo và khi phanh

Một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến tính năng động lực học của

ô tô đó là lực kéo Như chúng ta đã biết lực kéo Fk càng lớn, khi đó ô tô càng có khả năng đạt được tốc độ cao, gia tốc của ô tô lớn, khả năng leo dốc của nó là lớn Tuy

giới hạn đó là lực bám Lực kéo Fk khi đạt đến giới hạn bám, tức là khi đó giá trị của nó bằng với giá trị của lực bám thì hiện tượng trượt sẽ xảy ra (cụ thể trong trường hợp này là trượt quay)

Trong đó:

Z: tải trọng tác dụng lên bánh xe

Trong quá trình phanh, cơ cấu phanh cần phải tạo ra một năng lượng để triệt tiêu động năng của ô tô, khi đó cơ cấu phanh tạo ra lực phanh Một yêu cầu đối với

hệ thống phanh là cần phải có hiệu quả phanh tối ưu, tức là quảng đường phanh phải ngắn nhất, thời gian phanh nhỏ nhất và gia tốc chậm dần khi phanh là lớn nhất,

thể lớn tùy ý được mà nó bị giới hạn bởi giới hạn bám Fpmax = Z.

Như vậy chúng ta thấy rằng cả lực kéo và lực phanh không thể lớn tuỳ ý được mà nó chỉ có thể nhỏ hơn hoặc bằng lực bám Từ hai công thức trên ta có thể thấy rằng lực kéo Fk và lực phanh Fpphụ thuộc rất lớn hệ số bám  của mặt đường,

do đó để có được lực kéo và lực phanh lớn đồi hỏi ở ô tô phải có các hệ thống để di trì trạng thái của xe trong phạm vi có hệ số bám  lớn nhất

2.5.1 Trên xe m t cầu chủ đ ng (4x2)

Trên xe một cầu chủ động thường được trang bị một vi sai mở tại cầu chủ động Khi các bánh xe bên trái va bên phải có bán kính không băng nhau Bộ vi sai

có tác dụng bù lại sự chênh lệch này

Do đó không xảy ra sự sai lệch về động học đối với xe một cầu chủ động

2.5.2 Trên xe hai cầu chủ đ ng (4x4)

Trong nghiên cứu này đề cập tới loại xe 4x4 gián đoạn (không có vi sai trung tâm giữa 2 hai cầu xe)

cầu trước và cầu sau bằng nhau Trong khi đó các bánh xe có thể không đồng dạng

sẽ dẫn tới sai lệch về động học giữa các câu xe Sử dụng model một vết

Nếu xe không xảy ra sự sai lệch về động học thì:

k1 02

Nếu không có sự bằng nhau vê bán kính động lực học sẽ xảy ra sự sai lệch về động học Để đánh giá sự khác nhau giữa vận tốc lý thuyết V , V 01 02ta có nhân tố sai lệch động học m r

02 01 2 1 r

r , r là bán kính động lực học của bánh xe trước và sau

2.6 Các chỉ tiêu kinh t nhiên li u của ôtô

2.6.1 Tính kinh t nhiên li u của ôtô

Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô được đánh giá bằng mức tiêu hao nhiên liệu trên quãng đường 100km hoặc mức tiêu hao nhiên liệu cho một tấn-km

tính theo biểu thức:

100 S

Q – Lượng tiêu hao nhiên liệu (l)

2.6.2 Ph ơng trình tiêu hao nhiên li u

Khi ôtô chuyển động, tính kinh tế nhiên liệu của nó phụ thuộc vào tính kinh

tế nhiên liệu của động cơ đặt trên ôtô và tiêu hao công suất để khắc phục lực cản chuyển động Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thí nghiệm, ta xác định được mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian (kg/h) và công suất phát ra của động cơ Pe (kW)

Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

t – Thời gian làm việc của động cơ (h)

Để đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của động cơ, ta dùng suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge:

Trong đó:

Pe – Công suất có ích của động cơ (kW)

Thông qua thí nghiệm động cơ và tính toán, ta xây dựng được đồ thị quan

hệ giữa công suất động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay của trục khủu động cơ:

Từ công thức (2.47) và (2.49) ta rút ra được biểu thức để xác định mức tiêu hao nhiên liệu như sau:

100g P t 100g P q

l100km

Khi ôtô chuyển động, công suất của động cơ phát ra cần thiết để khắc phục các lực cản chuyển động và được biểu thị theo phương trình cân bằng công suất như sau:

F G(f cos   sin )    G

 Fωlà lực cản gió

Lực cản gió tỉ lệ với áp suất động học pd, diện tích cản gió S và hệ số cản gió Cx

theo biểu thức sau:

Dấu (+) ứng với khi vận tốc của xe và của gió ngược chiều

Dấu (-) ứng với khi vận tốc của xe và của gió cùng chiều

Khi tính toán, người ta còn đưa vào khái niệm nhân tố cản gió W có đơn vị là Ns2/m2

W = 0,625CxS

Từ đó ta có:

2 o

Wv

P 

 F alà lực cản quán tính

Fa = ma.a Với: a: hệ số các khối lượng quay

m

mtg

a 



Trong đó: mtglà khối lượng thu gọn tổng cộng của ô tô, mtg = m + mr + mr0

mrlà khối lượng thu gọn của bánh xe chủ động

mr0là khối lượng thu gọn của bánh xe bị động

 v là vận tốc chuyển động của ôtô (m/s)

Như vậy mức tiêu hao nhiên liệu của ôtô phụ thuộc vào suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ và công suất tiêu hao để khắc phục các lực cản chuyển động

Từ công thức (2.50) và (2.51) ta có công thức tính mức tiêu hao nhiên liệu:

Tình trạng làm việc của hệ thống truyền lực không tốt sẽ làm giảm hiệu suất truyền lực và làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị quãng đường chạy

Khi lực cản chuyển động tăng lên thì mức tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng Trong quá trình ôtô tăng tốc sẽ làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu

2.6.3 Đặc tính tiêu hao nhiên li u của ô tô khi chuyển đ ng n định

Sử dụng phương trình (2.52) để phân tích tính toán mức tiêu hao nhiên liệu,

đường đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô

Đầu tiên, dựa vào thí nghiệm động cơ trên bệ thí nghiệm để lập đồ thị suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ theo mức độ sử dụng công suất của động cơ

ge = f(YN) tương ứng với các số vòng quay khác nhau của động cơ (hình 2.7) Qua đồ thị này ta có nhận xét: mức độ sử dụng công suất của động cơ càng tăng và số vòng quay của trục khủu động cơ càng giảm thì mức tiêu hao nhiên liệu càng giảm, vì ge càng giảm Vì thế khi mức độ sử dụng công suất động cơ như nhau (ví dụ tại điểm YN1) thì suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ge ở số vòng quay ne’’’sẽ nhỏ hơn khi ở số vòng quay ne ’’và ne’

Hình 2.7: Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ( ne ’> ne’’>ne’’’)

sử dụng công suất khác nhau của động cơ YN (hình 2.7) Ta xây dựng đồ thị Pe = f(v) cho một tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

Căn cứ vào phương trình cân bằng công suất của ôtô khi chuyển động ổn định, ta có:

e tl

P P

P  



cho lực cản không khí và có kể đến công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực:

Dựa vào đồ thị (hình 2.7), ta có thể xác định được mức độ sử dụng công suất

tốc v nào đó ở số truyền đã cho và phụ thuộc vào điều kiện đường xá đã cho

Hình 2.8: Đồ thị cân bằng công suất của ôtô ứng với các hệ số cản  khác nhau của mặt đường

Tiếp đó ta xây dựng đồ thị cân bằng công suất của ôtô khi chuyển động ổn định với các hệ số cản của các loại mặt đường khác nhau để tìm được mức độ sử dụng công suất khác nhau của động cơ YN (hình 2.7) Ta xây dựng đồ thị Ne = f(v) cho một tỉ

số truyền của hệ thống truyền lực

Căn cứ vào phương trình cân bằng công suất của ôtô khi chuyển động ổn định, ta có:

e tl

P P

P  



cong này, xây dựng về phía dưới của nó đường cong biểu thị công suất tiêu hao cho lực cản không khí và có kể đến công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực:

Sau đó lập các đường cong biểu diễn công suất cản của mặt đường với các hệ số cản khác nhau

Dựa vào đồ thị (hình 2.7), ta có thể xác định được mức độ sử dụng công suất của

nào đó ở số truyền đã cho và phụ thuộc vào điều kiện đường xá đã cho

Hình 2.9Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định

Đồ thị ở hình 2.9 được gọi là đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định

Đồ thị hình 2.9 cho phép ta xác định được mức độ tiêu hao nhiên liệu (l/100km) khi biết các trị số và v Qua đồ thị này ta có nhận xét rằng:

Trên mỗi đường cong của đồ thị có hai điểm đặc trưng cơ bản nhất Điểm thứ nhất xác định mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất qđmin khi ôtô chuyển động trên loại đường có hệ số cản  (ví dụ qđmin ứng với đường 1), vận tốc tại điểm đó được gọi là

vận tốc kinh tế và ký hiệu là vkt Điểm thứ hai của đường cong (điểm cuối cùng của đường cong) đặc trưng cho lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ làm việc ở chế độ toàn tải (các điểm a,b,c) Các điểm này ứng với vận tốc chuyển động lớn nhất của ôtô

vmaxvới các hệ số cản  khác nhau

Ngoài ra còn có điểm bất thường trên mỗi đường cong (d,e,f) nằm về phía bên phải của vkt và lồi lên trên ứng với sự bắt đầu hoạt động của bộ tiết kiệm nhiên liệu, hỗn hợp hòa khí được làm giàu thêm Đối với động cơ diêden thì ở khu vực vận tốc nhỏ, đường cong sẽ thoải hơn so với ôtô có đặt động cơ xăng, vì tính kinh tế nhiên liệu của động cơ diêden ở khu vực vận tốc nhỏ tốt hơn so với động cơ xăng

Cần chú ý rằng khi ôtô chuyển động với vận tốc kinh tế vktthì đạt được mức tiêu

ôtô chuyển

động với vận tốc này, vì tăng vận tốc chuyển động của ôtô sẽ tăng được năng suất vận chuyển và giảm được giá thành chung cho trong vận tải ôtô Vì vậy khi chọn vận tốc chuyển động thích hợp, không nhất thiết xuất phát từ điều kiện tính kinh tế của nhiên liệu của ôtô mà cần phải căn cứ vào các điều kiện sau đây:

- Thời gian vận chuyển cần ít

- Đảm bảo an toàn chuyển động trong điều kiện đã cho

- Đảm bảo điều kiện thích nghi cho người lái và hành khách