Nghiên cứu khả năng cơ động của ô tô và máy kéo bánh bơm

Khi thiết kế ô tô, máy kéo nhất thiết phải tính toán khả năng động lực học của ô tô nhằm mục đích xác định các thông số cơ bản của động cơ và hệ thống truyền lực để đảm bảo yêu cầu thiết

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14

1.1 Tổng quan về ngành ô tô - máy kéo Việt Nam 14

1.1.1 Tình hình phát triển, quan điểm phát triển trong tương lai 14

1.1.2 Chính sách nội địa hóa và phát triển công nghiệp ô tô trong nước 15

1.2 Vấn đề tính năng cơ động 19

1.2.1 Chất lượng kéo - bám 19

1.2.2 Thông số hình học 30

1.3 Lý thuyết dòng lực 33

1.4 Mục tiêu, phương pháp và đối tượng nghiên cứu 37

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 39

2.1 Nhiệm vụ xây dựng mô hình hệ thống truyền lực 39

2.1.1 Khái quát chung 39

2.1.2 Khái quát chung về mô phỏng, phần mềm Matlab-Simulink và mô đun SimDriveline 41

2.2 Xây dựng mô hình khối hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ động 43

2.2.1 Xây dựng mô hình khối động cơ 43

2.2.2 Xây dựng mô hình khối ly hợp 46

2.2.3 Xây dựng mô hình khối hộp số 49

2.2.4 Xây dựng mô hình khối thân xe 51

2.2.5 Xây dựng mô hình khối vi sai 53

2.2.6 Mô hình hệ thống truyền lực với xe 4x4 57

2.2.7 Mô hình lốp có tương tác với đường 60

Kết luận chương 63

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TUẦN HOÀN CÔNG SUẤT Ở Ô TÔ VÀ MÁY KÉO HAI CẦU CHỦ ĐỘNG 4x4 65

3.1 Thông số kết cấu hệ thống truyền lực xe gaz 66 65

3.2 Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe hai cầu chủ động 66

3.3 Đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến hiện tượng tuần hoàn công suất 75

Kết luận chương 79

KẾT LUẬN 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu khả nắng cơ động của ô tô và máy kéo bánh bơm” được thực hiện bởi tác giả Trần Quang Thắng - học viên lớp Cao học

khóa 2013B, chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lưu Văn Tuấn – Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các kết quả đạt được chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Hà Nội, tháng 9 năm 2015

Tác giả luận văn

Trần Quang Thắng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số chính của động cơ lắp trên các xe gaz 66 65

Bảng 3.2 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực trên các xe khảo sát 65

Bảng 3.3 Thông số của xe 66

Bảng 3.4 Hệ số cản lăn và hệ số bám của các loại đường 73

Bảng 3.5 Giá trị hệ số kơ và công suất tại các bánh xe tại thời điểm t=61 (s) 77

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1.a Cơ cấu vi sai 22

Hình 1.1.b Lực tác dụng 22

Hình 1.2 Vi sai tăng ma sát 23

Hình 1.3 Cơ cấu gài cứng vi sai 25

Hình 1.4 Gài cứng vi sai 25

Hình 1.5 Xe nhiều cầu chủ động 25

Hình 1.6 Hiện tượng tuần hoàn công suất 26

Hình 1.7 Ly hợp ma sát nhiều đĩa 28

Hình 1.8 Vi sai giữa các cầu chủ động 28

Hình 1.9 Một số thông số hình học của xe 30

Hình 1.10 Bánh xe bị động 32

Hình 1.12 Ký hiệu các nhân tố của dòng lực 35

Hình 1.13 Ký hiệu chung của các điểm nút 36

Hình 1.14 Một số dạng nút động lực 36

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống truyền lực xe 4x4 43

Hình 2.2 Đoạn mã xây dựng đường đặc tính của động cơ xăng theo Lây đéc man 45 Hình 2.3 Hộp thoại nhập thông số chính của động cơ 45

Hình 2.4 Mô hình mô phỏng khối động cơ được trong SimDriveLine 46

Hình 2.5 Sơ đồ ly hợp xe gaz 66 46

Hình 2.5 Hộp thoại nhập các thông số đầu vào của ly hợp 48

Hình 2.7 Sơ đồ hộp số 3 trục 4 số 49

Hình 2.8 Mô hình vật lý mô tả khối hộp số 49

Hình 2.9 Mô hình mô phỏng khối hộp số cơ khí loại 3 trục 4 cấp 50

Hình 2.10 Sơ đồ lực ngoại lực tác dụng lên xe khi chuyển động thẳng 51

Hình 2.12 Hộp thoại nhập thông số chính 53

Hình 2.13 Mô hình khối vi sai 54

Hình 2.14 Mô hình mô phỏng khối vi sai cam 56

Hình 2.15 Sơ đồ hệ thống truyền lực xe 4x4 57

Hình 2.16 Sơ đồ dòng lực đối với xe 4x4 trong trường hợp chuyển động thẳng

không có tuần hoàn công suất 58

Hình 2.17 Mô hình mô phỏng động lực học xe GAZ66 nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất 59

Hình 2.18 Mô hình mô phỏng kết nối khối động cơ, ly hợp, hộp số và hộp số phân phối 60

Hình 2.19 Mô hình mô phỏng khối lốp xe 62

Hình 3.1 Sự thay đổi hệ số bám của bánh xe cầu trước bên phải theo quãng đường (giả thiết 1) 67

Hình 3.2 Mức độ mở bước ga 68

Hình 3.3 Đồ thị đặc tính tốc độ của xe GAZ66 68

Hình 3.4 Sự thay đổi công suất của bánh xe cầu trước, bên trái ( giả thiết 1) 69

Hình 3.5 Sự thay đổi công suất của bánh xe cầu trước, bên phải (giả thiết 1) 69

Hình 3.6 Vận tốc góc của hai bánh xe trên cầu trước khi có hiện tượng THCS 70

Hình 3.7 Sự thay đổi công suất của cầu sau ( giả thiết 1) 70

Hình 3.8 Đồ thị mô tả sự thay đổi công suất động cơ và công suất của cầu xe khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 1) 71

Hình 3.9 Công suất của các bánh xe cầu trước (giả thiết 2) 72

Hình 3.10 Công suất của động cơ và của hai cầu chủ động 72

khi có hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 2) 72

Hình 3.11 Công suất của bánh xe bên trái cầu trước (giả thiết 3) 1.Khi chưa có hiện tượng THCS; 2.Khi có hiện tượng THCS 74

Hình 3.12 Công suất của động cơ và các cầu chủ động có 74

hiện tượng tuần hoàn công suất (giả thiết 3) 74

Hình 3.13: Sự thay đổi hệ số bám bánh xe cầu trước, bên trái theo quãng đường 76

Hình 3.14 Quy luật thay đổi công suất của bánh xe cầu trước 76 Hình 3.15: Sự thay đổi công suất bánh xe theo hệ số khoá vi sai k ơ (lấy tại t=61s) 77

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

a,b,c Hệ số thực nghiệm của động cơ khi tính toán mô

men xoắn của động cơ theo Lâyđécman

Capacity_out Nm Tín hiệu lượng mô men phần bị động

ci N/m Độ cứng của hệ treo của bánh xe cầu thứ i

Controlable

Friction Clutch

Khối ly hợp ma sát có điều khiển

Khối tạo môi trường tính toán

Driver Khối tín hiệu điều khiển của người lái

Driver Shaft

inertia

Khối mô men quán tính

hg,hw Chiều cao trọng tâm và chiều cao tác dụng của lực

Initial Condition Khối đặt điều kiện

J

0 Kg/m2 Mô men quán tính quy dẫn của giá hành tinh-vi sai

J'0 Kg/m2 Mô men quán tính quy dẫn của giá hành tinh so với

trục quay chính

J1, J2 Kg/m2 Mô men quán tính của các bánh răng

Jc Kg/m2 Mô men quán tính của bánh răng hành tinh

Load tranfer Khối tính toán phản lực ñường lên các bánh xe

LossP m Khoảng cách tâm trục bánh xe cầu giữa và cầu sau M0,ω0 Nm,rad/s Mô men và vận tốc góc trên vỏ vi sai

M1,ω1,M2,ω2 Nm,rad/s Mô men và vận tốc góc tương ứng của hai bán trục

Mc Nm Mô men cản chất lên phần chủ ñộng của ly hợp

Me Nm Mô men xoắn của động cơ

MeN Nm Mô men xoắn của động cơ ứng tại vòng quay với

công suất lớn nhất

mode_in,

mode_out

Thông số lựa chọn trạng thái làm việc của ly hợp

NM v/p Tốc độ quay của trục khuỷu ứng với Me max

Nms W Công suất mất mát do mô men ma sát trong vi sai

nN v/p Tốc độ quay trục khuỷu ứng với công suất lớn nhất N'p W Véc tơ nhân tố công suất của dòng tương đối thứ p

Peck torque Bảng tra giá trị mô men và công suất của động cơ

qk Nm Véc tơ nhân tố lực của dòng lực thứ k

Rc Bán kính tác dụng trung bình trên bề mặt ñĩa ma sát

R1, R2, R3, R4 Phản lực pháp tuyến của đường lên các bánh xe

Rht m Khoảng cách giữa trục quay chính và bánh răng

Tire RL,TireRR,

TireFR,TireFL

Khối mô phỏng lốp xe

u1 rad/s Nhân tố vận tốc tương đối của dòng 1 và dòng 2

U2 rad/s Nhận tố vận tốc tuyệt đối của dòng 2

Uk rad/s Véc tơ nhân tố vận tốc của dòng lực thứ k

ω rad/s Nhân tố vận tốc của dòng lực (Vận tốc góc)

ω1, ω2 rad/s Vận tốc góc của hai bánh xe

Vlt m/s Vận tốc lý thuyết tại tâm trục bánh xe

Vmax km/h Vận tốc lớn nhất của ô tô

và những nét sáng tạo thẩm mỹ tạo nên những chiếc xe đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng

Ở Việt Nam ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại

cá nhân cũng như vận chuyển hành khách, hàng hóa rất phổ biến Các hãng xe lớn như: Daewoo, Isuzu, Ford, Honda, Huyndai, Mecerdes, Nissan, Toyota …đều đã có mặt trên thị trường Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ô tô trong xã hội đặc biệt là các loại ô tô đời mới thể hiện nhu cầu ngày càng lớn đối với mặt hàng này Và đó cũng chính là động lực mạnh mẽ để ngành công nghiệp ô tô Việt Nam phát triển Đứng trước cơ hội lớn đó yêu cầu đặt ra hàng đầu chính là phát triển trình độ của đội ngũ nguồn nhân lực phục vụ trong ngành ô tô đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế

Vì vậy, nâng cao khả năng nghiên cứu, tính toán thiết kế là một yêu cầu cấp thiết đối với các kỹ sư, các nhà nghiên cứu, chế tạo ô tô

Khi thiết kế ô tô, máy kéo nhất thiết phải tính toán khả năng động lực học của

ô tô nhằm mục đích xác định các thông số cơ bản của động cơ và hệ thống truyền lực để đảm bảo yêu cầu thiết kế Tính chất động lực học của ô tô được thể hiện qua khả năng cơ động của ô tô và máy kéo khi chuyển động trong điều kiện địa hình phức tạp Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính cơ động của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện Vì các chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó

có yếu tố ngẫu nhiên

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều, tạo điều kiện thuận lợi cho

nghành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của

người sử dụng Xuất phát từ thực trạng trên, đề tài “Nghiên cứu khả năng cơ động

của ô tô và máy kéo bánh bơm” là rất cần thiết Yếu tố trực tiếp ảnh hưởng tới khả

năng cơ động của ô tô và máy kéo là sự tuần hoàn công suất một hiện tượng xảy ra

thường xuyên trong quá trình vận hành của ô tô và máy kéo Sự tuần hoàn công suất

thường là tác động có hại, nó làm giảm khả năng làm việc của ô tô và máy kéo, tổn

hao một phần công suất vô ích Bên cạnh đó làm giảm khả năng điều khiển ô tô máy

kéo hay gọi là giảm tính chất động học, giảm khả năng dẫn hướng của ô tô và máy

kéo khi di chuyển Ngoài ra hiện tượng tuần hoàn công suất còn gây ra hậu quả

nghiêm trọng hơn đó là gây thêm tải tác động lên các chi tiết của hệ thống truyền

lực, làm giảm độ bền chi tiết, giảm tuổi thọ của cặp bánh răng truyền lực

Chính vì vậy việc nghiên cứu tính năng cơ động của ô tô và máy kéo cụ thể là

nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất là rất cần thiết

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã được PGS.TS.Lưu Văn Tuấn cùng

tập thể cán bộ giảng dạy của bộ môn Ôtô Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và

các bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ và chỉ bảo Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn

sâu sắc đối với PGS.TS.Lưu Văn Tuấn và các thầy giáo của bộ môn Ôtô và Xe

chuyên dụng Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để

tôi hoàn thành đề tài này

Mặc dù đề tài đã đạt được một số kết quả nhất định, tuy nhiên do khả năng

và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn đã không tránh khỏi những sai sót Rất

mong được sự đóng góp ý kiến chân thành của các Thầy giáo, các nhà khoa học,

đồng nghiệp và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội ngày tháng 9 năm 2015

Học viên

Trần Quang Thắng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về ngành ô tô - máy kéo Việt Nam

1.1.1 Tình hình phát triển, quan điểm phát triển trong tương lai

Từ khi thực hiện chính sách đổi mới, mở cửa nền kinh tế Việt nam đã có sự tăng trưởng mạnh mẽ của ngành kinh tế, đời sống của nhân dân được nâng cao Trong xu thế phát triển chung đó ngành công nghiệp ôtô Việt nam cũng không ngừng phát triển trở thành một trong ngành kinh tế mũi nhọn Trong thực tế Ngành công nghiệp ôtô Việt nam đã có từ khá lâu nhưng thực sự phát triển trong vòng 20 năm trở lại đây và phát triển trên cơ sở nội lực liên doanh liên kết

Hiện nay, nền công nghiệp ô tô Việt nam cơ bản gồm có 3 thành phần:

+ Các công ty liên doanh ôtô: Bao gồm các liên doanh của các công ty ô tô nổi tiếng thế giới như: Liên doanh Toyota Việt nam, Ford Việt nam, Vidamco, Nissan…… tính đến năm 2000 đã có 11 công ty liên doanh Đầu năm 2005 liên doanh thứ 12 của hãng Honda xuất hiện với dòng xe CIVIC đã được ưa chuộng trên thế giới

+ Các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô phát triển trên cơ sở các công ty

cơ khí quốc doanh: Công ty ô tô hòa bình, công ty ô tô 1- 5, công ty ô tô 3 - 2

+ Các doanh nghiệp tư nhân: Doanh nghiệp tư nhân Xuân Kiên, công ty ô tô Trường Hải, công ty TNHH Chiến Thắng…

Tính đến cuối năm 2009 số doanh nghiệp sản xuất ôtô trên lãnh thổ Việt Nam là 397 doanh nghiệp: trong đó, có 50 doanh nghiệp lắp ráp ôtô, 40 doanh nghiệp sản xuất khung gầm, thân xe và thùng xe, 210 doanh nghiệp sản xuất linh kiện phụ tùng ôtô và 97 doanh nghiệp sửa chữa ôtô được rải đều trên 44 tỉnh, thành trong cả nước

Trong những năm gần đây nền công nghiệp ô tô Việt nam có những chuyển biến tích cực đó là việc tham gia ngày càng nhiều của các công ty tư doanh,

họ cũng rất mạnh dạn trong viếc đầu tư không chỉ trong lĩnh vực láp ráp mà còn đầu

tư trong mua dây truyền công nghệ của các nước khác như Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc … như công ty Xuân Kiên, công ty ô tô Chiến Thắng Đồng thời có sự

tăng trưởng mạnh mẽ các nhà máy sản xuất phụ tùng ô tô cung cấp cho các nhà máy lắp ráp ô tô trong nước và tiến tới xuất khẩu ra thị trường trong khu vực

Mặc dù dã có sự phát triển nhưng cho đến nay thực tế sự phát triển của nền công nghiệp ô tô Việt nam vẫn là trong lĩnh vực láp ráp thuần túy Trong khi đó thì chất lượng ô tô chỉ ở mức trung bình, tỷ lệ nội địa hóa chưa đạt, công nghệ vẫn còn

ất hạn chế Ngoài ra, do nền kinh tế của đất nước đang trên đà phát triển, cơ sở hạ tầng giao thông ngày càng được cải thiện đáng kể, đời sống của nhân dân càng ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng ô tô của thị trường trong nước ngày càng tăng Số lượng xe ô tô đưa vào sử dụng trong những năm qua ngày càng tăng mạnh tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu của thị trường trong nước

Sau nhiều năm Chính Phủ đã định hình được ở Việt nam có 4 tổng công ty đầu mối về sản xuất ô tô đó là: VINAMOTOR, VEAM, VINACOAL và SAIGONMOTOR bao quát tất cả các loại xe cần thiết Để định hướng cho nền công nghiệp ô tô Việt nam phát triển trong những năm tới Chính Phủ đặc biệt là Bộ Công Thương và một số ngành có liên quan đã đưa ra chính sách, giải pháp để phấn đấu đến năm 2020 công nghiệp ô tô Việt nam sẽ trở thành một ngành công nghiệp quan trọng của đất nước có khả năng đáp ứng ở mức cao nhất nhu cầu của thị trường trong nước, tham gia vào thị trường trong nước và thế giới

1.1.2 Chính sách nội địa hóa và phát triển công nghiệp ô tô trong nước

a Quan điểm cơ bản về phát triển ngành công nghiệp ô tô

- Công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp quan trọng, cần được ưu tiên phát triểnđể phục vụ có hiệu quả trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và củng

cố an ninh quốc phòng của đất nước

- Phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt nam nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước đồng thời tạo động lực cho các ngành công nghiệp hỗ trợ khác phát triển, từng bước nâng cao khả năng xuất khẩu phụ tùng ô tô sang các nước trong khu vực và thế giới

- Phát triển ngành công nghiệp ô tô trên cơ sở đẩy mạnh quá trình liên doanh, liên kết trong nước và phân công hợp tác quốc tế Tổ chức sản xuất theo

hướng chuyên môn hóa cao trên cơ sở hình thành các khu công nghiệp phụ trợ làm

vệ tinh cho các doanh nghiệp lớn sản xuất và lắp ráp ô tô

- Phát triển ngành công nghiệp ô tô với phương châm đi tắt đón đầu trên cơ

sở tiếp thu công nghệ tiên tiến của thế giới kết hợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu phát triển trong nước và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất, trang thiết

bị sẵn có nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nước

- Phát triển ngành công nghiệp ô tô phải phù hợp với chính sách tiêu dùng của đất nước và đồng bộ với việc phát triển hệ thống hạ tầng giao thông, các yêu cầu về bảo vệ và cải thiện môi trường

Để đẩy nhanh quá trình phát triển nền công nghiệp ô tô Việt nam, đồng thời tạo động lực cho các ngành công nghiệp hỗ trợ khác phát triển thì Bộ Công Thương

đã có định hướng phát triển cụ thể trong giai đoạn từ nay đến năm 2020 như:

- Tập chung sản xuất các loại ô tô thông dụng và ô tô chuyên dùng hiện đại đang có nhu cầu lớn trong nước

- Ưu tiên đầu tư vào lĩnh vực sản xuất phụ tùng ô tô, khuyến khích phát triển những ngành công nghiệp hỗ trợ nhằm phục phụ hiệu quả nhu cầu trong nước và xuất khẩu phụ tùng ô tô ra nước ngoài

- Các dự án sản xuất động cơ ô tô thuộc chương trình cơ khí trọng điểm sẽ được giao cho các doanh nghiệp nhà nước để đảm bảo tập trung nguồn lực, tránh phân tán, tạo khả năng cung cấp cho thị trường

- Kết hợp phương thức sản xuất lắp ráp ban đầu với từng bước nâng cao khả năng chế tạo trong công nghiệp ô tô Việt nam Khuyến khích tăng tỷ lệ nội địa hóa trong công nghiệp phụ tùng ô tô

- Trước mắt không phát triển thêm các doanh nghiệp sản xuất ô tô cao cấp Các doanh nghiệp trong nước sản xuất và lắp ráp ô tô khi xây dựng các dự án đầu tư mới đều phải thực hiện đầy đủ các nguyên tắc lựa chọn các dự án đầu tư đã được xác lập trong quy hoạch phát triển ngành ô tô Việt Nam giai đoạn 2011- 2020, tầm nhìn 2030

- Coi trọng đầu tư vào khu tư vấn thiết kế và chuyển giao công nghệ trong công nghiệp ô tô nhằm nâng cao năng lực cho ngành, đẩy mạnh công tác xúc tiến thương mại để hỗ trợ và khuyến khích các doanh nghiệp xuất khẩu phụ tùng ô tô

- Các loại xe tải, xe khách cao cấp đạt tỷ lệ nội địa hóa đạt 35 – 40

- Đồng thời phấn đấu xuất khẩu phụ tùng ô tô đạt 5 – 10% giá trị tổng sản lượng của ngành

Ngoài những yêu cầu đặt ra cho ngành công nghiệp sản xuất ô tô việt nam thì Chính Phủ có những giải pháp và chính sách hỗ trợ sau:

+ Các chính sách về thuế đối với ô tô, linh kiện phụ tùng ô tô

+ Các chính sách và giải pháp về thị trường

+ Bảo vệ thị trường

+ Tạo lập thị trường

+ Các chính sách và giải pháp về đầu tư

+ Chính sách và giải pháp về khoa học và công nghệ

+ Chính sách và giải pháp về nguồn nhân lực

+ Các chính sách và giải pháp về huy động vốn

+ Các chính sách và giải pháp về quản lý ngành

+ Tổ chức thực hiện

c Đặc điểm thị trường ô tô Việt nam

Thị trường ô tô Việt nam có thể chia làm hai loại cơ bản như sau:

- Với thị trường xe du lịch: Đây là thị trường có yêu cầu rất cao đòi hỏi phải

có xe chất lượng cao kiểu dáng đẹp, tiện nghi hiện đại, vì xe phục phụ cho du lịch

và mục đích trang trí vui chơi Thị trường này dành cho giới thường lưu và các cơ quan doanh nghiệp chuyên chỉ phục phụ cho công việc đi lại của lãnh đạo nên nhu cầu ngày càng phát triển mạnh khi nền kinh tế pháp triển Nhưng trong điều kiện hiện nay khi công nghệ của các nhà máy ô tô Việt nam chưa thể đáp ứng được yêu cầu thì thị phần này chủ yếu dành cho các công ty liên doanh với nước ngoài có công nghệ tiên tiến và xe nhập khẩu

- Với thị trường xe thương mại: Xe phục vụ cho mục đích kinh doanh vận tải như: xe bus, xe vận tải hang hóa, xe chuyên dùng Đây được đánh giá là thị trường nhiều tiềm năng và rộng lớn, đồng thời có thể coi là vừa sức với các nhà máy ô tô Việt nam trong giai đoạn hiện nay Trong xu thế dịch vụ vận tải hành khách công cộng và dịch vụ vận tải hàng hóa ngày càng cao, đặc biệt là loại hình xe bus và xe vận tải cỡ nhỏ phù hợp cho các vùng đô thị và nông thôn vận tải cung đường ngắn,

số lượng ít Hàng năm có hàng nghìn xe hết niên hạn sử dụng theo nghị định 23/2004/QĐ – TTG của Thủ tướng chính phủ và lộ trình xe qua “ đát” Từ 1/1/2005

sẽ loại bỏ 16.600 xe tải và hơn 6.600 xe khách, con số này tiếp tục tăng nên trong những năm tới, đặc biệt là chủ trương loại bỏ hoàn toàn xe công nông, bông sen trên toàn quốc vào năm 2007 của Chính phủ đòi hỏi một lượng không nhỏ xe tải nhỏ, xe khách để thay thế Đây là thị trường đầy sức hấp dẫn để công nghiệp ô tô Việt nam đầu tư phát triển chiếm lĩnh thị trường đặc biệt là doanh nghiệp nhà nước và doanh nghiệp tư nhân

Theo tổng kết của Hiệp hội các nhà sản xuất ôtô Việt Nam (VAMA) lượng tiêu thụ năm 2014 vào khoảng 158.000 xe/năm Để thực hiện mục tiêu này, Bộ công nghiệp đang soạn thảo kế hoạch phát triển ngành công nghiệp ôt ô Việt nam Theo

đó, Bộ sẽ kiến nghị Chính phủ cho vay ưu đãi đối với các doanh nghiệp đầu tư sản

xuất ô tô giá rẻ, giảm thuế nhập khẩu đối với các linh kiện mà trong nước chưa xuất khẩu được

Tóm lại thị trường ô tô Việt nam là thị trường mở, đầy tiểm năng có tác động tích cực thúc đẩy ngành sản xuất ô tô Việt nam đầu tư phát triển, đặc biệt là đầu tư phát triển các nhà máy sản xuất, lắp ráp xe con và xe tải nhỏ đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và tiến tới xuất khẩu sang khu vực và thế giới

1.2 Vấn đề tính năng cơ động

Tính năng cơ động của ô tô được hiểu là khả năng chuyển động của ô tô trong các điều kiện đường xá khác nhau Khả năng chuyển động không chỉ là chuyển động được mà còn phải chuyển động linh hoạt, dễ dàng Loại đường xá được đề cập ở đây chủ yếu là nói đến đường xá khó khăn, địa hình phức tạp Người

ta còn dùng tính việt dã của ô tô để chỉ tính năng cơ động cao của ô tô

1.2.1 Chất lượng kéo - bám

a Chất lượng kéo

Hai yếu tố sau đây thường được dùng để đánh giá chất lượng kéo của ô tô:

- Khả năng của xe chuyển động được trên đường có hệ số cản ψ lớn Điều kiện chuyển động:

Fk ≥ Fc hay D ≥ ψ (1.1) Trong đó: Fk là lực kéo phát ra ở bánh xe; Fc là tổng các lực cản của xe; D là nhân tố động lực học của xe

Xe có D càng lớn càng có khả năng vượt được đường có hệ số cản cao

- Khả năng tăng tốc: Khả năng tăng tốc cũng là một yếu tố quan trọng đánh giá khả năng cơ động của ô tô Một ví dụ nhỏ: khi lái xe trên đường, ta cần vượt một xe nào đó, khi đó xe có gia tốc lớn sẽ dễ vượt hơn xe có gia tốc nhỏ Ngày nay thông số thời gian từ lúc khởi hành đến khi xe đạt vận tốc nào đó (ví dụ 100 km/h) nằm trong các chỉ tiêu mà nhà sản xuất quảng cáo cho chiếc xe của mình Mà thông

số này chính là khả năng tăng tốc của xe

Trong chương “Tính toán sức kéo” ta đã có:

g

j D (1.2) Trong đó δi là hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay của động cơ

tố khác Vì thế chỉ những xe hoạt động ít liên quan đến tính toán kinh tế như xe đua,

xe du lịch cao cấp người ta mới lắp các động cơ công suất cao để tăng tính năng cơ động

b Khả năng bám

Khả năng bám là một yếu tố quan trọng để đánh giá khả năng cơ động của ô

tô Như ta đã biết lực kéo cực đại trên một bánh xe bị khống chế bởi lực bám Pφ trên bánh xe đó:

Fkma x ≤ Fφ (1.3)

Mà Fφ = Gφφ (1.4) Như vậy lực bám phụ thuộc hệ số bám φ và trọng lượng bám Gφ

- Hệ số bám φ phụ thuộc chất lượng đường xá và lốp: mấu bám trên hoa lốp, chiều rộng lốp, áp suất lốp,

- Trọng lượng bám Gφ liên quan đến:

+ Số lượng bánh xe (hoặc cầu) chủ động,

+ Các vấn đề liên quan đến vi sai và bố trí vi sai trên xe

c Ảnh hưởng của vi sai đến khả năng bám của xe

Vi sai giữa các bánh xe

Trên ô tô, vi sai được lắp ở cầu chủ động giữa 2 bánh xe chủ động, có chức năng truyền mô men đến các bánh xe chủ động, đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với vận tốc khác nhau khi đi trên đường vòng và đường không bằng phẳng

Như vậy vi sai là một bộ phận quan trọng không thể thiếu trên ô tô Tuy nhiên, để các bánh xe có thể quay với vận tốc khác nhau, mô men phân ra các bánh xe sẽ phải phân bố lại theo “quy luật” của vi sai và điều đó có lúc ảnh hưởng đến tính năng cơ động của xe

Vi sai giữa các bánh xe cầu chủ động trên ô tô thường là loại vi sai bánh răng côn đối xứng là bánh răng bị động của truyền lực chính (ở đây truyền lực chính là một cặp bánh răng côn) Trên bánh răng 1 người ta lắp vỏ vi sai, trong vỏ vi sai là các bánh răng hành tinh 2 và các bánh răng bán trục 3, 4 Có 2 bánh răng bán trục (bánh răng 3 và 4), số lượng bánh răng hành tinh 2 có thể là 2, 3 hoặc 4 (thường gặp

là 4) Các bánh răng vi sai và bánh răng bán trục đều là các bánh răng côn và được lắp ăn khớp với nhau như trên hình 1.1.a Các bánh răng bán trục 3 và 4 được lắp với các bán trục, thường là bằng then hoa

Khi mô men cản hai bên bánh xe bằng nhau, mô men trên các bánh răng bán trục bằng nhau do đó lực tác động từ 2 bánh răng bán trục 3 và 4 vào bánh răng hành tinh 2 bằng nhau Ft = Ff, bánh răng hành tinh 3 cân bằng về mô men quanh trục của nó (hình 1.1.b) Do đó nó không quay quanh trục của nó (ωv = 0) Khi đó cả

cơ cấu vi sai như một khối cứng

Khi đó ta có:

ω = ωt = ωf → ωt + ωf = 2ω (1.5)

2

M M

M t f (1.6) Khi mô men cản hai bên bánh xe khác nhau, mô men trên các bánh răng bán trục khác nhau do đó lực tác động từ 2 bánh răng bán trục 3 và 4 vào bánh răng hành tinh 2 khác nhau (Ft ≠ Ff) làm xuất hiện mô men (Ft - Ff)r2; trong đó r2 là bán kính vòng chia trung bình của bánh răng 2 Bánh răng vi sai 2 sẽ quay quanh trục của nó với ωv Khi đó các bánh răng bán trục 3 và 4 ngoài việc quay cùng vỏ vi sai còn có một chuyển động quay phụ ngược chiều nhau làm cho ω3 ≠ ω4 (ωt ≠ ωf) và hai bánh xe sẽ quay không cùng vận tốc

Trong đó r3, r4 là bán kính vòng chia trung bình của bánh răng 3 và 4

Vì vi sai đối xứng nên r3 = r4 → ωt + ωf = 2ω

Như vậy công thức 1.5 đúng cho cả trường hợp vi sai làm việc và không làm việc

Hình 1.1.a Cơ cấu vi sai Hình 1.1.b Lực tác dụng

1 bánh răng bị động của truyền lực chính; 2 bánh răng hành tinh;

3,4 bánh răng bán trục

Do có ωv cho nên trong hệ thống xuất hiện ma sát tại vùng ăn khớp của bánh răng 2 với bánh răng 3 và bánh răng 2 với bánh răng 4 Ta gọi mô men do ăn khớp của bánh răng 2 với bánh răng 3 là Mmsf và mô men do ăn khớp của bánh răng 2 với bánh răng 4 là Mmst Nếu ωv có chiều như hình 1.1.a thì Mmst ngược chiều với M và

Mt và Mmsf cùng chiều với M và Mf Như vậy mô men ma sát ở hai phía bánh răng hành tinh 2 bằng nhau về giá trị nhưng ngược nhau về dấu Cho nên:

M = Mt + Mmst + Mf + Mmsf = Mt + Mf (1.7)

Về phương diện truyền công suất ta cũng có:

N = Nt + Nf + Nmst + Nmsf (1.8) Trong đó: Nmst = Mmst(ωt – ω) ; Nmsf = Mmsf(ω – ωf) (1.9)

Trong trường hợp xe đi trên đường có hệ số cản hai bên trái phải khác nhau, ví

dụ bên trái có hệ số bám thấp hơn Khi đó ta có mô men cực đại có thể có của bánh

xe bên phải:

Mfmax = Mφt + Mms (1.14) Trong đó Mφt là mô men bám của bánh xe bên trái

Khi đó mô men kéo cực đại của xe chỉ có thể bằng:

Mkmax = Mφt + Mfmax = 2Mφt + Mms

Hay: Mkmax = 2Mφmin + Mms (1.15) Trong đó Mφmin là mô men bám của bánh xe phía có hệ số bám thấp

Nghĩa là trong trường hợp xe đi trên đường có hệ số bám khác nhau ở hai bánh

xe trái phải, khi đó mô men kéo cực đại của xe chỉ phụ thuộc vào mô men bám bên bánh xe có hệ số bám thấp và mô men ma sát trong cơ cấu vi sai, không phụ thuộc

mô men bám bên bánh xe có hệ số bám cao Vi sai bánh răng côn thường có mô men ma sát trong cơ cấu vi sai nhỏ, chỉ bằng khoảng 4 ÷ 6% mô men đi qua vi sai Nếu φmin có giá trị thấp thì mô men kéo của xe

sẽ có giá trị nhỏ, khi giá trị này nhỏ hơn tổng

lực cản của xe thì xe không chuyển động được

cho dù bánh xe đứng ở vị trí có hệ số bám

thấp vẫn quay tức xe bị “sa lầy”, người ta vẫn

gọi hiện tượng này là xe bị “patinê” Như vậy

khi sử dụng vi sai, tính năng cơ động của xe

Biện pháp tăng mô men kéo của xe bằng cách tăng mô men ma sát M ms trong

cơ cấu vi sai:

Nhìn vào công thức 1.15 ta thấy mô men ma sát Mms là một thành phần của

mô men kéo của xe, cho nên tăng mô men ma sát trong cơ cấu vi sai cũng là một biện pháp được lựa chọn để làm tăng mô men kéo của xe Có thể có các sự lựa chọn sau đây:

- Dùng vi sai có ma sát lớn như vi sai cam;

- Dùng vi sai bánh răng côn nhưng thêm vào các đĩa ma sát (hình 1.2)

Trên hai bán trục (hoặc bánh răng bán trục) người ta lắp (thường bằng then hoa) các đĩa ma sát Xen kẽ các đĩa này là các đĩa ma sát được lắp trên vỏ vi sai (cũng bằng then hoa hoặc vấu) Khi vi sai làm việc, có sự chênh lệch vận tốc giữa

vỏ vi sai và bán trục các đĩa ma sát chuyển động tương đối với nhau, phát sinh ma sát và làm tăng mô men ma sát trong cơ cấu vi sai Mô men ma sát trong cơ cấu vi sai loại này có thể đạt 10 ÷ 15% mô men truyền qua vi sai do đó có thể cải thiện phần nào khả năng vượt lầy của xe

Tuy nhiên khi mô men ma sát trong cơ cấu vi sai lớn, sẽ làm mất mát công suất khi vi sai làm việc (đặc biệt là khi xe quay vòng trên đường tốt) mặt khác làm cản trở sự quay vòng xe, gây cưỡng bức bánh xe và phần nào đó làm tăng mòn lốp

Cài cứng vi sai

Có một biện pháp khắc phục ảnh hưởng của vi sai đến tính năng cơ động của

xe là dùng cơ cấu gài cứng vi sai Gài cứng vi sai thực chất là vô hiệu hóa sự hoạt động của vi sai trong trường hợp cần thiết (ví dụ khi xe bị sa lầy) Sơ đồ cấu tạo của

cơ cấu gài cứng vi sai được mô tả trên hình 1.3

Người ta lắp một khớp gài dạng vấu vào cơ cấu vi sai Một phía khớp được gắn trên vỏ vi sai, phía còn lại lắp then hoa trên bán trục Khi cần gài vi sai người lái điều khiển để khớp vấu ăn khớp vào nhau Khi đó bán trục và vỏ vi sai quay cùng một vận tốc do đó cơ cấu vi sai không làm việc nữa, vi sai trở thành một khớp cứng (hình 1.7) Do đó công thức 1.15 không còn đúng nữa

Hình 1.3 Cơ cấu gài cứng vi sai Hình 1.4 Gài cứng vi sai

Mô men kéo cực đại trên 2 bánh xe sẽ là:

Mkfmax = Mφf ; Mktmax = Mφt → Mkma x = Mφf + Mφt (1.16) Như vậy nếu 1 bánh xe đứng ở vị trí có hệ số bám thấp nhưng bánh xe còn lại đứng ở vị trí có hệ số bám cao thì xe vẫn có thể chuyển động được Khi chạy trên đường bình thường cơ cấu này phải ở vị trí “không gài”

d Chất lượng kéo - bám của xe nhiều cầu chủ động

Mô men kéo trên xe nhiều cầu chủ động

Hình 1.5 Xe nhiều cầu chủ động

Như vậy khi có 2 hay nhiều cầu chủ động thì mô men kéo cực đại có thể có của xe tăng lên nhiều so với xe một cầu chủ động do đó khả năng vượt qua đại hình

có hệ số bám thấp của xe cũng tăng lên tương ứng Nếu các bánh xe của một trong các cầu chủ động đứng ở vị trí có hệ số bám cao thì khả năng chuyển động của xe còn cao hơn nữa

Hiện tượng tuần hoàn công suất

Trường hợp cả hai cầu chủ động cùng hoạt động như trên hình 1.5 có thể xảy

ra hiện tượng các bánh xe của các cầu chuyển động không cùng vận tốc tịnh tiến Nguyên nhân là do các bánh xe có cùng vận tốc góc ωb nhưng không cùng đường kính động học rb Hộp phân phối là hộp truyền động sử dụng các bánh răng cho nên trục ra đi đến 2 cầu sẽ có cùng vận tốc góc ω Tuy nhiên bánh xe các bánh

xe không thể có cùng bánh kính động học rb vì:

- Chế tạo không đồng đều;

- Các lốp mòn không đều;

- Áp suất lốp không đồng đều;

- Áp lực lên lốp xe khác nhau do dao động các bánh xe

Do đó vận tốc dài của các bánh xe vb = ωbrb không bằng nhau Giữa các bánh

xe cùng một cầu sẽ được khắc phục bằng vi sai giữa các bánh xe, còn giữa các cầu

xe thì không khắc phục được Việc các bánh xe của các cầu có vận tốc tịnh tiến khác nhau sẽ gây cưỡng bức lẫn nhau giữa các bánh xe

Hình 1.6 Hiện tượng tuần hoàn công suất

Ta có về lý thuyết vận tốc tịnh tiến của của các bánh xe tại các cầu:

Ta gọi λ là độ trượt của bánh xe và có giá trị:

l

v v

v (1.20)

λ > 0 khi bánh xe bị trượt quay; λ < 0 khi bánh xe bị trượt lết

Gọi v là vận tốc của xe và cũng là vận tốc chung của các bánh xe

Tại cầu thứ nhất (cầu trước):

Từ công thức 1.23 ta thấy khi có sự chênh lệch bán kính của các bánh xe thì sẽ

có λ1, λ2 tức là có sự trượt bánh xe (trượt quay hoặc trượt lết) Hiện tượng này gây nên:

- Mòn lốp;

- Tạo tải trọng phụ lên các chi tiết truyền động giữa 2 cầu xe

Việc tạo ra tải trọng phụ lên các chi tiết truyền động giữa 2 cầu xe được giải thích là do khi đó tại bánh xe chủ động của 2 cầu sẽ các lực kéo phụ ngược chiều nhau F’k và F”k và tạo ra một dòng công suất lưu thông trong hệ thống truyền động giữa các bánh xe và mặt đường nối các bánh xe (hình 1.9) Người ta gọi hiện tượng này hiện tượng lưu thông công suất

Trên thực tế hộp phân phối được thiết kế có các vị trí gài khác nhau Ít nhất có

2 vị trí: Vị trí 1: chỉ truyền động đến cầu sau, không truyền động đến cầu trước; vị

trí 2: truyền động đến cả 2 cầu, người ta gọi là vị trí gài cầu trước Ngoài ra còn có thể có các vị trí khác như: vị trí 0: không truyền động đến cầu nào cả; vị trí gài số phụ trong trường hợp hộp phân phối bố trí 2 cấp số truyền

Khi xe chạy trên đường bình thường, hộp phân phối được gài ở vị trí số 1, khi

xe bị sa lầy người lái mới gài cầu trước (vị trí 2) Trong thời gian xe “vượt lầy” hiện tượng lưu thông công suất được bỏ qua hay nói đúng hơn phải chấp nhận Khi xe đã

“vượt lầy”, chạy trên đường bình thường, người lái phải đưa hộp phân phối về vị trí

1, nếu “quên”, hiện tượng công suất sẽ xảy ra

Hiện nay với các tiến bộ kỹ thuật và công nghệ, người ta đã chế tạo được khớp truyền động có thể tự động gài cầu trước khi xe bị sa lầy Cấu tạo (hình 1.7)

và nguyên tắc làm việc của khớp đó như sau:

Trên đường truyền động từ hộp phân phối đến cầu trước người ta đặt cơ cấu (tạm dịch là “khớp nhớt”) Nó có cấu tạo gần giống với một li hợp ma sát nhiều đĩa (hoặc giống như bộ phận làm tăng ma sát trong vi sai bánh răng côn đã trình bày ở trên Trong cơ cấu được đổ đầy một chất lỏng đặc biệt (có tài liệu nói đó là chất silicon) Chất này có tính chất đặc biệt: khi ở nhiệt độ bình thường nó có độ nhớt thấp (lỏng), khi nhiệt độ tăng lên độ nhớt cũng tăng lên (đặc lại)

Khi xe vận hành bình thường, vận tốc cầu trước và cầu sau bằng nhau, các đĩa

bị động và chủ động không chuyển động tương đối với nhau, nhiệt độ trong cơ cấu bằng nhiệt độ môi trường, chất lỏng trong cơ cấu ở trạng thái lỏng và mô men không truyền ra cầu trước Khi xe bị “sa lầy” tức xe không chuyển động nhưng ít nhất có một bánh xe vẫn quay, khi đó các đĩa chủ động và bị động quay khác vận

Hình 1.7 Ly hợp ma sát nhiều đĩa Hình 1.8 Vi sai giữa các cầu chủ động

tốc nhau Ma sát giữa chúng làm phát sinh nhiệt làm chất lỏng nóng lên, chúng đặc lại và các đĩa chủ động và bị động “dính” vào nhau và mô men được truyền ra cầu trước Khi xe ra khỏi chỗ lầy, chạy trên đường bình thường, vận tốc các đĩa chủ động và bị động bằng nhau, không có ma sát, không phát sinh nhiệt, nhiệt độ trong

cơ cấu trở lại bình thường, độ nhớt chất lỏng giảm đi và cầu trước sẽ được tách ra

Trường hợp có vi sai giữa các cầu chủ động

Giả sử để tránh hiện tượng lưu thông công suất trên xe nhiều cầu chủ động, người ta bố trí vi sai giữa các cầu chủ động (hình 1.11) Ta sẽ khảo sát xem chất lượng kéo – bám của xe có bị ảnh hưởng không và ảnh hưởng như thế nào

Từ công thức 1.15 ta có mô men kéo cực đại có thể có tại các cầu trong trường hợp không có vi sai giữa các cầu:

Mk1max = 2Mφ1min + Mms1 ; Mk2max = 2Mφ2min + Mms2

Khi các bánh xe đứng trên các vị trí có hệ số bám khác nhau thì hai giá trị mô men kéo trên 2 cầu xe khác nhau Ta ký hiệu giá trị thấp trong hai giá trị Mk1max và

cho các bánh xe giữa các cầu ta có mô men kéo cực đại có thể có cho cả xe:

Mkmax = 2Mkmin + Mmsc (1.24) Trong đó Mmsc là mô men ma sát trong cơ cấu vi sai giữa các cầu

Kết hợp công thức ta có mô men kéo cực đại có thể có Mkmax của xe có vi sai giữa các cầu:

Mkmax = nMφmin + Mms (1.25) Trong đó: n là số bánh xe chủ động; Mφmin là mô men bám nhỏ nhất trong số

mô men bám của các bánh xe; Mms là tổng mô men ma sát trong các cơ cấu vi sai Như vậy trong trường hợp này chỉ cần một bánh xe chủ động (một bánh xe thôi) đứng ở vị trí có hệ số bám thấp thì xe vẫn có khả năng bị sa lầy cho dù có nhiều cầu chủ động Có nghĩa là nếu bố trí thêm vi sai giữa các cầu thì tính năng cơ động của xe giảm đi

1.2.2 Thông số hình học

Một số thông số hình học của xe cũng là yếu tố đánh giá tính năng cơ động của xe

Trên đường phẳng như các đường cao tốc, đường quốc lộ, có thể các thông

số hình học của xe ít ảnh hưởng đến tính năng cơ động của xe Trường hợp này điều được quan tâm hơn là dạng khí động học của xe Xe cần phải có dạng khí động học hợp lý sao cho vừa đảm bảo tính thẩm mỹ vừa có hệ số cản không khí nhỏ

Tuy nhiên nếu xe đi trên đường xấu: nhiều ổ gà, sống trâu, có nhiều cầu, phà, thì một số thông số hình học của xe sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng cơ động của xe Các thông số hình học đó là: khoảng sáng gầm xe, bán kính cơ động dọc và ngang, góc thoát trước và sau, bán kính bánh xe

Xe có tính năng cơ động thấp: Xe du lịch: KS = 175 ÷ 210 mm; xe tải: KS =

240 ÷ 275 mm Xe có tính năng cơ động cao giá trị này có thể tăng lên 20 ÷ 50 mm Đặc biệt có những xe có khoảng sáng gầm xe đạt 400 mm hoặc hơn nữa

b Bán kính cơ động dọc và ngang

Bán kính cơ động dọc ρ1 và ngang ρ2 là bán kính các vòng tròn tiếp xúc với các bánh xe và điểm thấp nhất của gầm xe trong mặt phẳng dọc và ngang (hình 1.9) Nếu khoảng sáng gầm xe là thông số đặc trưng cho chiều cao của chướng ngại vật

mà xe có thể đi qua được thì bán kính cơ động đặc trưng cho chiều dài, chiều rộng

và hình dạng của chướng ngại vật mà xe có thể vượt qua được Nhìn trên hình 1.9 nếu chướng ngại vật có đường kính theo chiều dọc nhỏ hơn ρ1 hoặc bán kính theo chiều ngang nhỏ hơn ρ2 là xe không vượt qua được Như vậy, bán kính cơ động của

xe càng nhỏ thì tính năng cơ động càng cao

Bán kính cơ động dọc của loại xe 4x2 thường nằm trong giới hạn sau: xe du lịch: loại nhỏ: 2,5 ÷ 3,4 m; loại trung bình: 3,5 ÷ 5,5 m; loại lớn: 5,5 ÷ 8,5 m; xe tải: loại nhỏ: 2,5 ÷ 3,4 m; loại trung bình: 3,5 ÷ 5,5 m; loại lớn: 5,0 ÷ 6,0 m

c Góc cơ động trước α 1 và góc cơ động sau α 2 (còn gọi là góc thoát trước và góc thoát sau)

Góc cơ động trước (hoặc sau) là góc giữa mặt đường và đường thẳng đi qua điểm thấp nhất phía trước (hoặc sau) và tiếp xúc với bánh xe (hình 1.12) Các thông

số này đặc trưng cho khả năng xe có thể vượt qua được chướng ngại vật lớn như đường hào, gò đống, đặc biệt là cầu phà

Đối với các ô tô hiện nay các góc này thường có các giá trị sau: Xe du lịch có tính năng cơ động thấp: α = 200

÷ 300; α2 = 150 ÷ 200; Xe tải có tính năng cơ động thấp: α = 400 ÷ 500; α2 = 200 ÷ 400; Xe có tính năng cơ động cao: α ≥ 450 ÷ 500; α2

= 350 ÷ 400;

d Bán kính bánh xe

Bánh xe là nơi xe tiếp xúc với chướng ngại vật Bán kính bánh xe cũng là thông số quan trọng ảnh hưởng tới khả năng vượt chướng ngại vật của xe Ngoài ra tùy thuộc bánh xe là chủ động hay bị động mà khả năng vượt chướng ngại vật của

xe cũng khác nhau

xe

Có thể coi rằng:

T = Fk (1.27)

Fk là lực kéo và mô men kéo do bánh xe chủ động sinh ra

Kết hợp 1.26, 1.27 ta có điều kiện để xe có thể vượt được chướng ngại vật:

h r

a G F

b

k (1.28) Nhìn vào công thức 1.28 chiều cao h của chướng ngại vật càng lớn, xe càng khó vượt, khi h ≥ rb thì xe không thể chuyển động được cho dù lực kéo Pk lớn đến mấy Mặt khác ta cũng thấy khi rb tăng thì khả năng vượt chướng ngại vật của xe cũng tăng lên

Trong trường hợp bánh xe chủ động (hình 1.11): Bản thân bánh xe có mô men kéo Mk, khi đó điều kiện để xe có thể vượt được chướng ngại vật:

Mk ≥ Ga (1.29) Chú ý rằng ở đây ta bỏ qua lực T Lực T là lực tác động từ khung xe lên bánh

xe chủ động, trong trường hợp này là lực cản lăn của các bánh xe bị động

Hay: F G a (1.30)

So sánh công thức 1.28 và 1.30 ta thấy nếu chướng ngại vật có hình dạng như hình vẽ 1.14 thì bánh xe chủ động có khả năng vượt chướng ngại vật tốt hơn bánh

xe bị động

Tuy nhiên những điều nói trên đây mới chỉ là điều kiện cần vì ta chưa xét đến khả năng bám của bánh xe tại điểm O là điểm tiếp xúc bánh xe với chướng ngại vật Lực bám của bánh xe chủ động tại điểm O được tính như sau:

Fφ = Rφ (1.31) Kết hợp với công thức ta có điều kiện để xe có thể vượt được chướng ngại vật:

Ga ≤ Mk ≤ Rφrb (1.32)

Kết luận: Đối với ô tô và máy kéo, đặc biệt là ô tô và máy kéo có tính năng

cơ động cao thường được bố trí tất cả các cầu là cầu chủ động để tận dụng tối đa trọng lượng sử dụng của xe thành trọng lượng bám nhằm mục đích nâng cao chất lượng kéo - bám của ô tô và máy kéo Nhờ kết cấu này mà ô tô có thể vượt lầy hoặc khắc phục hiện tượng trượt quay khi một cầu bị trượt hoàn toàn để chuyển động Cùng với mục đích này mà máy kéo cũng được bố trí hai cầu đều là cầu chủ động thí dụ máy kéo MTZ52 và MTZ82; Kubota, yanma đều có công thức bánh xe 4x4 Tuy nhiên việc ô tô và máy kéo có các cầu đều là chủ động, bên cạnh mặt ưu điểm

là tăng chất lượng kéo - bám thì ở hệ thống truyền lực của ô tô và máy kéo này xuất hiện hiện tượng tuần hoàn công suất Trong ô tô và máy kéo sự truyền động mô men từ động cơ tới cầu trước và cầu sau có thể thông qua hộp phân phối cơ khí hoặc qua bộ vi sai giữa các cầu Để nghiên cứu khả năng cơ động của ô tô có rất nhiểu phương pháp như: Phương pháp lực, phương pháp dòng lực và phương pháp mô hình liên kết để phân tích hệ thống và xây dựng mô hình toán học Phương pháp dòng lực là phương pháp rất mạnh, rất thích hợp để xây dựng mô hình toán học cho

các loại hệ thống truyền lực có kết cấu và hoạt động phức tạp

được gọi là dòng có hướng, nếu năng lượng chỉ khuếch tán trong không gian thì được gọi là dòng khuếch tán Đối với hệ thống truyền lực cơ khí, nhân tố lực của dòng có hướng là mô men xoắn M đặt trên trục truyền, nhân tố vận tốc là vận tốc góc w của trục quay Khi đó nhân tố công suất N của dòng truyền qua trục sẽ được tính theo công thức 1.33

Lý thuyết dòng lực cũng chỉ ra rằng, cho dù kết cấu biến đổi có trong hệ thống truyền lực ô tô có đa dạng đến mức độ nào đi nữa, tất cả chúng đều bao gồm các phần tử của hai dạng sau đây:

- Kết cấu biến đổi nhân tố lực khi không thay đổi nhân tố vận tốc

- Kết cấu biến đổi nhân tố vận tốc khi không thay đổi nhân tố lực

Các kết cấu này được liên kết với nhau thông qua các trục truyền dẫn năng lượng, tổng hợp lại chúng tạo ta các nút này hoặc nút khác của hệ thống truyền lực hay bộ truyền

Chúng ta có thể phát biểu hai nguyên lý của lý thuyết dòng lực như sau:

- Tổng giá trị các nhân tố công suất của các dòng tuyệt đối và dòng tương đối của một điểm nút bằng không (công thức 1.34)

- Tổng giá trị các nhân tố lực của các dòng đồng nhất của điểm nút bằng không (Công thức 1.34)

+ = 0 (1.34) = 0 (1.35) Trong đó:

qk: Véc tơ nhân tố lực của dòng thứ k

uk: Véc tơ nhân tố vận tốc của dòng thứ k

Np’: Nhân tố công suất của dòng tương đối thứ p

Với

(1.36) = q (1.37) Trong đó:

u1 , u2: Nhân tố vận tốc tuyệt đối của hai dòng vô hướng 1 và 2 :

u1,2 : Nhân tố vận tốc tương đối của dòng 1 so với dòng 2

Hình 1.12 Ký hiệu các nhân tố của dòng lực

Phương pháp dòng lực ra đời từ những năm 50 của thế kỷ XX, nhưng vì các

hệ thống truyền lực lúc đó còn ở dạng đơn giản, nên phương pháp này ít được chú ý

và sử dụng trong ngành kỹ thuật xe máy Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, xuất hiện nhiều loại xe có hệ thống truyền lực phức tạp và có chất lượng vượt trội như hệ thống truyền lực thuỷ cơ, hệ thống truyền lực thay đổi liên tục (CVT), hệ thống truyền lực nhiều dòng công suất v.v., thì việc tính toán các hệ thống truyền lực đó bằng phương pháp lực trở lên khó khăn Phương pháp dòng lực bắt đầu được sử dụng ngày một rộng rãi và được khẳng định là một phương pháp tiên tiến, đáp ứng được các yêu cầu tính toán khắt khe của các hệ thống truyền lực phức tạp

Phương pháp dòng lực là phương pháp tính toán dựa trên cơ sở sơ đồ hoá hệ thống truyền lực bằng các nút và các dòng truyền, trong đó điểm nút là điểm thay đổi trạng thái và dạng chuyển động, các dòng truyền công suất trong hệ toạ độ không gian và thời gian được gọi là dòng lực

Sự thay đổi trạng thái dòng lực được hình thành tại các nút nhánh Nút nhánh được đặc trưng bởi nhân tố lực Sự thay đổi dạng dòng lực được hình thành tại các nút động lực Nút động lực được đặc trưng bởi nhân tố vận tốc Tuy nhiên, khi thiết lập sơ đồ dòng lực, không phải lúc nào cũng cần thiết phải biểu diễn các điểm nút là nút nhánh hay nút động lực Trong nhiều trường hợp có thể và cần phải thiết lập sơ đồ dòng lực với những điểm nút tổng quát Tại nút tổng quát đồng thời diễn ra sự thay đổi trạng thái và dạng của dòng lực Đặc tính của các điểm nút tổng

quát được thể hiện bằng các đẳng thức phản ánh tính chất của chúng

Hình 1.13 Ký hiệu chung của các điểm nút

a Nút nhánh; b Nút động lực; c Nút tổng quát

Nếu như nút nhánh chỉ tồn tại ở hai dạng là nút phân công suất và nút hợp công suất, thì nút động lực đa dạng hơn rất nhiều và được sử dụng thường xuyên trong mô hình hệ thống truyền lực Các dạng đặc trưng của nút động lực trong mô hình hệ thống truyền lực là nút trượt, nút phanh, nút không tải, nút xuyên suốt, nút biến đổi dạng chuyển động

a b c d

Hình 1.14 Một số dạng nút động lực

a Nút biến đổi dạng chuyển động; b Nút trượt; c Nút không tải; d Nút xuyên suốt

Các yếu tố lực và vận tốc của mọi dòng lực đều tuân theo hai nguyên tắc cơ bản sau là nguyên tắc cân bằng động lực và nguyên tắc bảo toàn vận tốc tương đối của dòng lực kín Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng dòng lực cuối cùng không phải được đặc trưng bởi yếu tố lực hay vận tốc, mà bằng công suất Hai nguyên tắc cơ bản và đặc tính của các điểm nút cho phép ta thiết lập một hệ phương trình kín biểu diễn chuyển động của dòng lực Giải hệ phương trình này ta tìm được các giá trị yếu tố lực và vận tốc theo giá trị các yếu tố ban đầu, và đó chính là bản chất của phương pháp dòng lực

Vì dòng lực là mô hình hoá sự truyền lực giữa các vật thể tương tác, nên phương pháp dòng lực là phương pháp chung để tính toán dòng lực đối với mọi truyền động, bất kể đó là truyền động cơ khí, điện hay thuỷ lực Biểu diễn hình học

a, u=const b,q=const c, q=var

q=var u=var u=var

có hướng từ khâu chủ động (nơi có công suất cao) đến khâu bị động (nơi có công suất thấp hơn) với tổn hao nào đó (được tính thông qua hiệu suất η) Phương pháp dòng lực là một trong những phương pháp rất thuận lợi trong việc biểu diễn, phân tích và tính toán các hệ thống truyền lực phức tạp, nhiều dòng công suất, đặc biệt là trong hệ thống truyền lực có dòng lực kín, tuần hoàn công suất Phương pháp này cho phép lập trình để tính toán hệ thống truyền lực một cách linh hoạt, dễ dàng thay đổi tuỳ theo kết cấu của hệ thống và thông số điều khiển, làm cơ sở cho việc giải các bài toán tối ưu về thiết kế và điều khiển

Từ các phân tích trên, ta thấy phương pháp dòng lực có nhiều ưu điểm trong việc tính toán hệ thống truyền lực, đặc biệt là nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất trong hệ thống truyền lực của ô tô có hai hay nhiều cầu chủ động Ngày nay, sự phát triển của công nghệ thông tin với sự xuất hiện của nhiều công cụ tính toán hiện đại đã mang lại nhiều thuận lợi cho việc nghiên cứu một cách tương đối đầy đủ các quá trình hoạt động của những hệ thống truyền lực phức tạp sát với điều kiện hoạt động thực tế

Một trong những công cụ như vậy đã được sử dụng rộng rãi chính là mô đun SimDriverLine của phần mềm Matlab

1.4 Mục tiêu, phương pháp và đối tượng nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu

Mục đích đặt ra của đề tài là nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất có thể xảy ra trong quá trình khai thác sử dụng, đánh giá được ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng tới hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô và máy kéo bánh hơi Mô phỏng được động lực học toàn xe khi có hiện tượng tuần hoàn công suất xuất hiện ở các trạng thái

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống truyền lực của ô tô và máy kéo bánh hơi hai cầu chủ động 4x4

Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích hệ thống dựa trên cơ sở lý thuyết dòng lực

- Tính toán và nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng

- Chọn công cụ thực hiện là SimDriveLine trong Matlab-Simulink

Kết luận chương

Ô tô và máy kéo bánh bơm có tính năng cơ động cao khi chuyển động xảy ra hiện tượng tuần hoàn công suất Hiện tượng tuần hoàn công suất có ảnh hưởng hai mặt tới hoạt động của hệ thống truyền lực Việc nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất là rất cần thiết để có được những phương án thích hợp về kết cấu và quy trình sử dụng thậm chí điều khiển quá trình tuần hoàn công suất nhằm đạt được yêu cầu ứng với mục đích sử dụng trang thiết bị

Việc nghiên cứu hiện tượng tuần hoàn công suất được thực hiện trên mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực, mô hình mô phỏng được xây dựng bằng công

cụ SimDriveLine, dựa trên mô hình vật lý thực và mô hình toán học tính toán hệ thống Mô hình toán học của hệ thống được xây dựng trên cơ sở lý thuyết dòng lực

và sử dụng phương pháp mô phỏng để tính toán

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

Nhiệm vụ chính của chương 2 là xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực cho phép tính toán, khảo sát hệ thống thực dựa trên cơ sở lý thuyết dòng lực đã được nêu trong chương 1 Thông qua mô hình mô phỏng, có thể tính toán được những số liệu cần thiết phục vụ cho việc khảo sát hiện tượng tuần hoàn công suất trên ô tô và máy kéo hai cầu chủ động 4x4 Mô hình mô phỏng được xây dựng trên cơ sở mô hình vật lý của hệ thống thực và mô hình toán học, để xây dựng được

mô hình mô phỏng phải tiến hành xây dựng mô hình toán học của hệ thống từ mô hình vật lý trên cơ sở của lý thuyết dòng lực

2.1 Nhiệm vụ xây dựng mô hình hệ thống truyền lực

2.1.1 Khái quát chung

Điều đầu tiên khi thực hiện tính toán hệ thống truyền lực là phải xây dựng được mô hình toán học của hệ thống Các mối quan hệ toán học trong mô hình toán được xây dựng sẽ mô tảcác trạng thái hoạt động của hệ thống truyền lực, chúng được biểu diễn dưới dạng các đẳng thức, phương trình, bất phương trình qua đó

mô tả được bản chất vật lý của hệ thống theo đúng yêu cầu và phạm vi nghiên cứu

Mô hình toán học là cơ sở để thực hiện tất cả các nhiệm vụ tính toán khi tiến hành khảo sát hệ thống truyền lực Mô hình toán học phản ánh đầy đủ, trung thực bản chất vật lý của hệ thống sẽ cho kết quả tính toán đầy đủ và chính xác

Mô hình toán của hệ thống truyền lực được xây dựng dựa trên các cơ sở sau:

- Yêu cầu nhiệm vụ của bài toán

- Mô hình vật lý của hệ thống

- Tính chất của tín hiệu đầu vào, tín hiệu trạng thái và tín hiệu đầu ra

- Các giả thiết được sử dụng trong tính toán

- Phương pháp biểu diễn và tính toán hệ thống truyền lực

- Khả năng của người thực hiện

Các thông số đầu ra chính là cái đích cần đạt được của quá trình tính toán Việc xác định thông số đầu ra là gì lại căn cứ vào yêu cầu nhiệm vụ của bài toán cụ thể Ví dụ, nếu yêu cầu của bài toán chỉ là xây dựng đặc tính kéo của xe, thì thông

số đầu ra chỉ là xác định quy luật thay đổi giá trị lực kéo đơn vị theo vận tốc chuyển động của xe Nhưng nếu bài toán yêu cầu đánh giá chất lượng xe theo các chỉ tiêu tăng tốc, tính việt dã, tính kinh tế nhiên liệu, độ êm dịu chuyển động v.v, thì thông

số đầu ra sẽ là một tập hợp các giá trị hay miền giá trị khác nhau Để có được một thông số đầu ra cần phải xây dựng một hoặc một số phương trình tính toán Hiển nhiên rằng càng nhiều thông số đầu ra cần xác định thì số lượng phương trình cần thiết sẽ càng nhiều hơn, tức là quy mô của mô hình toán học sẽ lớn hơn

Mô hình toán học phải được xây dựng theo mô hình vật lý và các đặc điểm

cụ thể của hệ thống truyền lực Các dạng hệ thống truyền lực khác nhau sẽ đòi hỏi các phương pháp biểu diễn và tính toán khác nhau, có những phương trình và số lượng phương trình khác nhau, từ đó sẽ có những mô hình toán học khác nhau

Hiện nay, khi tiến hành khảo sát hệ thống truyền lực trên xe, người ta thường

sử dụng các phương pháp biểu diễn và tính toán hệ thống truyền lực sau:

- Biểu diễn và tính toán theo phương pháp lực

- Biểu diễn và tính toán theo phương pháp dòng lực

- Biểu diễn và tính toán theo phương pháp mô hình liên kết

- Biểu diễn và tính toán theo phương pháp mô phỏng

Phương pháp lực, phương pháp dòng lực và phương pháp mô hình liên kết cũng chính là những phương pháp thường được sử dụng để phân tích hệ thống và xây dựng mô hình toán học của hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của xe bao gồm rất nhiều các cụm và các phần tử với các chức năng và nhiệm vụ khác nhau Thông thường, hệ thống truyền lực bao gồm: Ly hợp, hộp số, hộp số phân phối, truyền lực các đăng, truyền lực chính, cầu

xe và các bánh xe

Cùng đó, để đảm bảo tăng tính năng thông qua cho các xe khi hoạt động trên các loại địa hình phức tạp, trong cơ cấu vi sai giữa các bánh xe hoặc vi sai giữa các cầu xe thường có thiết kế với hệ số ma sát trong cao hoặc có cơ cấu khoá vi sai

Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, với đối tượng nghiên cứu là ô tô và máy kéo bánh, khi hoạt động trên các địa hình phức tạp với kết cấu của hệ thống