Đề cương bài giảng hệ thống truyền lực tích hợp và có điều khiển của ô tô

Phương pháp được thực hiện theo các bước sau: Từ kết quả cụ thể của HTTL xây dưng cơ học của hệ thống còn gọi là mô hình cơ học; Chuyển đổi mô hình cơ học thành sơ đồ động lực và đưa trê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Hưng Yên, 2015

CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ÔTÔ

1.1 Các khái niệm cơ bản

Hệ thống truyền lực trên ôtô có nhiệm vụ thay đổi mômen và vận tốc quay của động cơ đến bánh xe chủ động của ôtô nhằm đáp ứng các điều kiện chuyển động Trị số của lực hay mô men xoắn này có thể thay đổi, tùy theo điều kiện làm việc của ôtô

1.2 Hệ thống truyền lực cơ khí

1.2.1 Hệ thống truyền lực có cấp

Hệ thống truyền lực là HTTL cơ khí có cấp, ở đó tỷ số truyền được thay đổi bằng cách thay đổi cấp trong hộp số

Hình 1.1 Sơ đồ truyền lực oto có cầu sau chủ động

1 Động cơ; 2 Ly hợp; 3 Hộp số; 4 Trục các đăng; 5 Truyền lực chính; 6

Bán trục

Trong hình 1.1 là một số ví dụ của HTTL cơ khú có cấp nhược diểm lớn nhất của loại HTTL này là số cấp số có hạn nên không thể đáp ứng một cách chính xác các điều kiện chuyển động

1.2.2 Hệ thống truyền lực vô cấp

Hệ thống truyền lực vô cấp thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục trong phạm vi điều chỉnh của nó, nhờ vậy mà đáp ứng được 1 cách tốt nhất các điều kiện chuyển động Nguyên lý chung của truyền lực vô cấp bằng ma sát được thể hiện trên hình 1.1 –

a momen được truyền từ cầu chủ động 1 sang đĩa bị động 2 nhờ lực ma sát tại điểm tiếp xúc giữa hai đĩa Để thay đổi tỷ số truyền, người ta thay đổi bán kính làm việc r2 bằng cách bố trí cho đĩa chủ động có thể trượt được dọc trên trục 3 của nó Như vậy, ta có tỷ

số truyền của truyền động là:

i = 𝑟2

𝑟1 thay đổi một cách liên tục trong vùng điều chỉnh của nó

Truyền lực ma sát vô cấp có thể phân thành ba nhóm như sau: truyền lực đai; truyền lực tiếp xúc nhiều điểm; truyền lực bằng các đĩa lăn

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý các hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp

a, Sơ đồ nguyên lý truyền lực ma sát; b, Truyền lực tiếp xúc nhiều điểm; c) Truyền lực

đai; d) Tryuền lực bằng các đĩa lăn

Ly hợp thủy lực: có ưu điểm là có thể thay đổi tỷ số truyền một cách lien tục, có

khả năng truyền tải năng lượng lớn, cấu tạo đơn giản, giá thành sản xuất thấp, dễ sử dụng và bảo dưỡng, sửa chữa Tuy nhiên, nhược điểm cảu ly hợp là không có khả năng biến đổi mô men đã hạn chế phạm vi sử dụng cả nó trên các hộp số thủy cơ ôtô Hơn nữa ly hợp còn có một số nhược điểm khác như: Hiệu suất rất thấp ở vùng làm việc có

tỷ số truyền nhỏ, độ nhạy quá cao ảnh hưởng xấu đến đặc tính làm việc kết hợp với động

cơ đốt trong

Biến mô thủy lực: được phân loại theo chiều quay cảu các bánh bơm và bánh tua

bin, theo số lượng bánh tua bin, theo các bố trí các bánh phản ứng

Theo chiều quay cacr các bánh công tác biến mô được phân thành 2 loại: biến mô thuận và biến mô nghịch Trong biến mô thuận, dòng chất lỏng trong khoang công tác

đi qua các bánh tua bin theo trình tự sau: bánh bơm (B), bánh tua bin (T), bánh phản ứng(P) (hình 1.3-c) trong các biến mô nghịch, bánh phản ứng được lắp giữa bánh bơm

và bánh tua bin (hình 1.3-g) biến mô nghịch chỉ được sử dụng trên ôtô trong các trường hợp hộp số thủy cơ có 2 dòng công suất

Hình 1.3 Sơ đồ các dạng truyền động thủy động

Theo số lượng bánh tua bin, biến mô được phân thành các loại: một cấp (có một bánh tua bin), nhiều cấp có hai hoặc nhiều bánh tua bin) Trong các biến mô nhiều cấp, sau mỗi bánh tua bin có bố trí một bánh phản ứng, trừ bánh tua bin cuối cùng (hình 1.3-

f, h) Các bánh tua bin cảu biến mô nhiều cấp thường được nối cứng với nhau, chúng có thể được nối với nhau nhờ vành 2 được nằm trong long biến mô (hình 1.3-f) hoặc bằng

bộ truyền hành tinh D (hình 1.3-h) bộ truyền này cũng được đặt bên trong biến mô và

nó còn có nhiệm vụ tang hệ số biến đổi mô men cảu biến mô Biến mô loại này được gọi là biến mô vi sai

Theo cách bố trí bánh phản ứng (bánh dẫn hướng) có thể phân biệt các loại biến

mô đơn giản và biến mô hỗn hợp trong các biến mô đơn giản, các bánh phản ứng được

bố trí cố định, chúng không có khả năng quay trong quá trình làm việc

Trong các biến mô hỗn hợp, các bánh phản ứng được đặt trên các khớp một chiều các khớp này bị khóa khi biến mô làm việc ở chế độ biến mô thủy lực nhờ một mô men xoắn tác động ngược lại với chiều quay của cánh bơm Khi biến mô làm việc ở tỷ số truyền lớn, chiều tác động của mô men xoắn thay đổi sẽ làm các bánh phản ứng quay cùng với một dòng chất lỏng lúc này biến mô làm việc ở chế độ biến mô thủy lực Chính

vì biến mô có thể làm việc ở 2 chế độ: ly hợp và biến mô nên nó có tên gọi là biến mô hỗn hợp trong một số kết cấu, người ta tách bánh phản ứng thành 2 bánh bố trí nối tiếp nhau (hình 1.3-d) điều này cho phép mở rộng vùng làm việc với hiệu suất cao cảu biến

mô Các biến mô hỗn hợp thường được sử dụng kết hợp với ly hợp khóa ϕ (hình 1.3 –

e), nó cho phép khóa biến cứng bánh bơm với bánh tua bin của biến mô tại nên khối cứng truyền trực tiếp mô men từ bánh bơm sang bánh tua bin Ly hợp khóa được điều khiển nhờ một hệ thống riêng biệt, việc khóa cứng biến mô ở chế độ ly hợp cho phép tăng hiệu suất làm việc của biến mô (10 ÷ 20 %) và tăng tốc độ chuyển động cực đại của ôtô Trong một số trường hợp, nhằm tăng cường khả năng phanh bằng động cơ, người ta sử dụng khớp một chiều 4 Khớp này có tác dụng nối cứng bánh tua bin với trục bánh bơm trong trường hợp mô men truyền ngược từ trục tua bin sang trục bánh bơm

1.3.2 Truyền lực thủy tĩnh

HTTL thủy lực thể tích gồm có bơm thủy lực lắp sau ngay động cơ đốt trong và một hoặc nhiều động cơ thủy lực (hình 1.4) năng lượng từ bơm được truyền tới các động cơ thủy lực nhờ dòng chất lỏng chuyển động trong các đường ống Để có vùng điều chỉnh đủ rộng đáp ứng được điều kiện chuyển động, người ta sử dụng các loại bơm

và hay động cơ thủy lực có khả năng điều chỉnh lưu lượng

Hình 1.4- Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền lực thủy lực thể tích

1 Động cơ; 2 Bơm thuỷ lực; 3 Động cơ thuỷ lực; 4 Trục các đăng; 5 Truyền lực chính và bộ vi sai; 6 Bán trục; 7 Đường ống; 8 Động cơ thuỷ lực

Trên thực tế có rất nhiều phương án bố trí các máy thủy lực, nhưng thông dụng hơn cả là hai phương án trình bày trên hình 1.4 hình 1.4-a thể hiện phương án sử dụng một động cơ thủy lực cho toàn bộ hệ thống truyền lực ở phương án thứ hai (hình 1.4 –b), tại mỗi bánh xe chủ động người ta bố trí một động cơ thủy lực sơ đồ này thường được sử dụng trên các oto có nhiều cầu chủ động và để tạo các cầu chủ động trên các rơ moóc (hoặc bánh moóc) Đặc biệt, nhiều loại động cơ thủy lự có khả năng phát huy mô men rất lớn, nên có thể lắp trục tiếp tại bánh xe mà không cần thêm bộ truyền cơ khí Việc thay đổi tỷ số truyền thường được thwucj hiện bằng cách điều chỉnh lưu lượng của bơm thủy lực đối với ôtô nhiều cầu chủ động, người ta có thể mở rộng vùng điều chỉnh bằng cách cắt bớt số cầu chủ động khi xe hoạt động trên đường tốt đối với hệ thống truyền lực dạng này, quá trình điều khiển thường được tự động hóa hoàn toàn HTTL thủy lực thể tích có những ưu điểm chính sau:

- Thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục trong phạm vi rộng

- Bố trí trên xe dễ dàng, gọn và dễ lắp đătj

- Có khả năng làm việc ổn định lâu dài hơn tốc độ thấp

- Bảo vệ động cơ và các bộ phận của hệ thống truyền lực tránh quá tải, tải xung

- Điều khiển dễ dàng, dễ tự động hóa quá trình điều khiển

- Có khả năng đảo chiều chuyển động và phanh ôtô mà không cần có các hệ thống chuyên dùng

Nhược điểm chính của HTTL thủy lực thể tích là tuổi thọ của các máy thủy lực thấp mà giá thành lại cao Vì vậy, hiện nay dạng truyền lực này rất hiếm gặp trên ôtô Nhưng nó lại được sử dụng rộng rãi trên cái loại xe máy có tốc độ di chuyển chậm hoặc

ít di chuyển như máy thi công (máy xúc, xe lu, cẩu tự hành, giàn khoan, cọc nhồi,…), các loại xe nâng hạ hàng trong kho bãi, sân bay,…., và một số loại máy nông- lâm nghiệp

1.4 Hệ thống truyền lực điện

HTTL điện cơ bao gồm hai phần: bộ truyền lực điện và hộp giảm tốc cơ khí Trong trường hợp này, người ta đặt sau động cơ đốt trong một máy phát điện dòng điện của máy phát được truyền tới động cơ điện làm động cơ này quay, sau đó mô men của động

cơ điện được truyền tới các bánh xe chủ động qua bộ truyền cơ khí Các dạng sơ đồ truyền lực điện được thể hiện trên hình 1.5

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền lực điện cơ

1 Động cơ; 2 Máy phát điện; 3 Động cơ điện; 4 Trục các đăng; 5 Truyền lực chính

và bộ vi sai; 6 Bán trục; 7 Dây dẫn điện; 8 Động cơ điện và hộp giảm tốc

HTTL điện cơ có thể thực hiện theo sơ đồ hình 1.5 –a trong trường hợp này truyền động từ động cơ điện tới các bánh xe chủ động tương tự như ở HTTL cơ khí thể hiện trên hình sơ đồ 1.1

Trên hình 1.2- b là trường hợp dẫn động độc lập: trong mỗi bánh xe chủ động người ta sẽ lắp một động cơ điện cùng với một bộ phận giảm tốc phương án này có ưu điểm là gọn, nhẹ, toàn bộ phần truyền động điện cơ được đặt gọn trong lòng bánh xe chủ động

Truyền động điện cơ thường được sử dụng trên các xe tự đổ siêu nặng (tải trọng trên 80 tấn) làm việc tại các vùng mỏ hay công trường thủy lợi lớn ngoài ra, nó còn

được sử dụng trên một số loại ôtô và đoàn xe nhiều cầu chủ động khi mà các dạng HTTL khác trở nên quá cồng kềnh và nặng nề

Ưu điểm chính của HTTL điện cơ là khả năng biến đổi mô men một cách liên tục (vô cấp) hơn nữa, việc sử dụng phương án dẫn động độc lập cho các bánh xe chủ động trên cấc xe tự đổ trọng tải lớn (với công suất lớn hơn 700-800 KW) làm cho HTTL trở nên gọn nhẹ và phân bố trọng lượng ôtô trở nên hợp lý hơn (tăng trọng lượng bám trên cầu chủ động)

Tuy nhiên, HTTL điện cơ có những nhược điểm chính sau: khối lượng lớn hơn so với HTTL cơ khí và HTTL thủy cơ nếu sử dụng trên các ôtô cỡ nhỏ; hiệu suất tương đối thấp; giá thành sản xuất cao; khối lượng không được treo lớn

1.5 Hệ thống truyền lực ôtô hybird

Hình 1.6 nguyên lý hoạt động của ôtô hybrid

a) Sơ đồ nối tiếp; b) Sơ đồ song song

Hình 1.7 Sơ đồ nối tiếp và song song

Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ đốt trong không được nối trục tiếp bằng cơ khí với cầu chủ động và được nối với máy phát điện, còn máy này cung cấp dòng điện để chạy

mô tơ điện đặt trên cầu chủ động

Trong sơ đồ song song, động cơ điện có đường nối trực tiếp với cầu chủ động và

có thể truyền trục tiếp công suất cho các bánh xe chủ động đồng thời cầu chủ động cũng được kết nối với một động cơ / máy phát điện

Hình 1.8 Sơ đồ hybrid hỗ hợp

Trên hình 1.8 là sơ đồ hỗ hợp cả hai trường hợp cảu sơ đồ hình 1.7 để tận dụng ưu điểm của từng sơ đồ Tuy nhiên sơ đồ này phức tạp hơn nhiều

Hệ thống truyền lực có thể được đánh giá theo các tiêu chí như;

 Đặc tính động lực học ôtô, tính kinh tế nhiên liệu;

Để có thể xác định được tải tác dụng lên HTTL ô tô trong các trường hợp cụ thể, cần xây dựng được sơ đồ mô tả hoạt động của hệ thống và thiêt lập được các phương trình thể hiện được các quá trình vật lý xảy ra trong hệ thống Việc là này dược gọi là

mô phỏng hệ thống

2.2 MÔ TẢ HTTL BẰNG SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG

2.2.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ thống

Hiện nay có rât nhiều phương pháp mô phỏng HTTL, mỗi phương pháp đều co ưu điểm riêng và được sủ dụng tùy theo từng trường hợp cụ thể Để nghiên cứu các chế độ tải tác dụng lên HTTL, phương pháp thích hợp hơn cả là mô phỏng HTTL bằng sơ đồ giao đông xoắn Phương pháp được thực hiện theo các bước sau:

Từ kết quả cụ thể của HTTL xây dưng cơ học của hệ thống (còn gọi là mô hình cơ học);

Chuyển đổi mô hình cơ học thành sơ đồ động lực và đưa trên những giả thiết tính toán đặt để đơn giản hóa sơ đồ động lực thành sơ đò tính toán;

Thiêt lập phương trình mô tả hoạt động của hệ thống

Các sơ đồ động lực có hai dạng: sơ đồ với các thông số phân bố và sơ đò với các thông sso tập trung Để đơn giản người ta thường goi chúng là các sơ đồ phân bố (liên tục) và các sơ đồ tập chung (rời rạc) Trong các sơ đồ phân bố, mỗi phần tử được đặc trưng bởi hai tính chất: quá tính và tính đàn hồi

Tất cả cá hệ thống thực đều là hệ thống dạng phân bố, nhưng khi sơ đồ hóa nó, người ta thường thể hiện sơ đồ dưới dạng tập trung Việc quy đổi về dạng tập trung (còn gọi là dời dạc hóa) được thực hiện trên co sở sau: các dao động xoắn trong HTTL có phổ không liên tục với tần số riêng nằm trong miền mới dưới 300 Hz Vì vậy, co thế sử dụng các sơ đồ tập trung để tính toán các quá trình dao động xoắn trong miền tần số trên

Trong các hệ thống đã được quy về dang tập trung, các khối lượng được coi là tập trung và chỉ có tính quán tính Các chi tiêt trong hệ thống có nhiệm vụ nối các khối

lượng với nhau có dạng đàn hồi và được đặc trưng bởi một tần số nhât định Trong quá trình nghiên cứu dao động xoắn, người ta coi các phần tử có kích thước dọc theo trục quay khong vượt quá hai lần đường kính là các phần tử tập trung Khhois lượng phân

bố của các phần tủ này được tính một cách tương đối chính sác bằn cách quy chúng về tập trung Việc lập sơ đồ tập trung của HTTL được thực hiên trên cơ sở nghien cứu kĩ lưỡng cấu tạo các cụm trong hệ thống để từ đó phân các chi tiết thành hai loại: loại chỉ

có tính chất quán tính (khối lượng tập trung) và loại chỉ có tính đàn hồi (phần tử nối) Những phần tử thương có khối lượng tập trung thường là các bánh răng, các đĩa cảu ly hợp, bánh đà, các mặt bích, các chi tiêt ổ bi, các chi tiết vỏ

Những phần tử chỉ co tính đàn hồi là các trục và một số chi tiêt đàn hồi chuyên dụng trong HTTL

Trong quá trình lập sơ đồ tính toán, việc phân loại và xác định các thông số của các phần tử một cách chính sác đóng vai chò quyêt định và ảnh hưởng trục tiếp đến kết quả Chẳng hạn, các bánh răng có độ đàn hồi rất nhỏ (độ cứng rất lớn) nên thườn được coi là co khối lượng tập trung, nhưng khi nghiên cứu những dao đọng tần số cao thì tính đàn hồi của nó phải được tính đến Lốp xe là những phần tử đặc biệt, chúng ta co độ đàn hồi cao lại có khối lượng lớn, khi sơ đồ hóa, chúng thương được thể hiện bằng khối lượng tập trung nối với một phần tử đàn hồi

Hình 2.1 Mô hình cơ học và sơ đồ động lực tương ứng

Nếu xét một cách tổng quát, ô tô được sơ đò hóa như một hệ thống dao động bao gồm những khối lương tập trung được nối với nhau bằn các khâu đàn hồi không quán tính Trên sơ đồ này thể hiện tất cả các mối quan hệ động lực học giữa các trục và các

bộ phận thực hiện bởi các bánh răng và các cơ cấu chuển động Ngoài ra sơ đồ còn thể hiện các lục và các mô men tác dụng lên các ohaanf tử của hệ thống, trog đó có lực ma sát là thành phần tiêu thụ năng lượng dao động

Việc lập sơ đồ tính toán cần theo các trình tự sau: nghiên cứu kĩ cấu tạo các bộ phận và của HTTL thông qua các bản vẽ cấu tạo và từ đó xây dựng mô hình cơ học; xác định các thông số của mô hình cơ học, từ mô hình cơ học xác định các thông số của hệ thống động lực; đơn giản hóa sơ đồ của hệ thống động lực thành sơ đồ tính toán

Mô hình cơ học là sơ đồ động học của hệ thống, trong đó thể hiện các phàn tử của

hệ thống dưới dạng sơ đồ hóa Ngoài các phần tử đã kể trên (khối lượng tập trung, phần

tử nối đàn hồi), trên sơ đồ còn có các phần tử khối lượng liên kêt phản lực Khối lượng liên kết phản lực là các phàn tử vỏ được nối đàn hồi với khong của ô tô và do vậy có tham gia vào quá trình dao động xoắn của HTTL Các khối lượng liên kết phản lực được thể hiện trên sơ đồ dưới dạng là so xoắn, một đàu nối với vỏ của cơ cấu, đầu kia nối với khung ô tô coi là cố định

Các thông số cơ bản của sơ đồ cơ học là mô men quán tính của các khối lượng tính theo truc quay của trúng và độ đàn hồi của các phần tử đàn hồi độ đàn hồi của phần tử đàn hồi là đại lượng nghịc đải vơi độ cứng và được tính bằng góc quay(rad) của một trong những mặt cắt của trục khi nó phải chịu mô men xoắn bằng 1 N.m đặt vào một đầu trục trong khi đầu kia bị ngàm cứng Độ đàn hòi của trục và mô men quán tính của các khối lượng được xác đinh bằng phương pháp thực nghiệm hoạc theo các bản vẽ cấu tạo Ngày nay, với các phần mềm máy tính chuyên dùng, việc tính toán mô men quán tính một cách chính sác của chi tiêt dựa trên hình vẽ của nó trở nên đơn gian hơn Trong đó trương hợp các trục nối tiếp với nhau thì độ đà hồi chung là tổng của các

độ đàn hồi thành phần, con nếu các trục mắc song song thì độ cứng băng tổng các độ cứng thành phần Trong trường hợp này, độ đàn hồi tổng được tính như sau:

𝑘𝑇- hệ số: 𝑘𝑇 = 6 10−12 đối với then hình khối chữ nhật;

𝑘𝑇 = 13,8 10−12đối với then bán nguyệt;

𝑘𝑇 = 4,2 10−12 đối với then hoa;

d: là đương kính mối ghép(d=𝑑𝑇𝐵 đối với then hoa);

l: là chiều dài mối ghép;

h: chiều cao hiệu dụng của then;

trong đó: d- đường kính các trục nối

Độ đàn hồi của nhíp của cầu chủ động theo phương dọc xe (độ đàn hồi liên kết):

𝑒𝑛 = 4𝐿𝑐trong đó: c-độ cứng của nhíp, L- chiều dài của nhíp

Độ đàn hồi rồi riêng của một bánh răng quy về một trong hai trục:

𝑒𝑏𝑟 = 𝑘𝑏𝑟

𝑏𝑅2𝑐𝑜𝑠2∝Trong đó b- bề rộng làm việc của bánh răng; 𝑘𝑏𝑟là hệ số, ∝- góc ăn khớp; R- bắn kính vòng chia của bánh răng nằm trên trục quy dẫn (đối với bánh răng côn thì lây giá trị trung bình của R)

𝑘𝑏𝑟 = 6 10−11 đối với bánh răng thẳng;

𝑘𝑏𝑟 = 3,6 10−11đối với bánh răng nghiêng;

𝑘𝑏𝑟 = 4.4 10−11đối vơi bánh răng chữ V

Trong các công thúc trên các kích thước được tính bằng m, lực tính băng N và độ đàn hồi tính bằng rad/Nm

Khi nghiên cưu quá trình quá độ xảy ra trong thời gian ngắn, người ta có thể bỏ qua sự thát thoát năng lượng (ví dụ như khi tính tải động cực đại) Nhưng khi ngiên cứu các quá trình liên quan tới các dao dộng ổn định thì ảnh hưởng của việc thất thoát năng lượng trơ nên đáng kể Vì vậy, trong trường hợp này cần phải tính đến các phần tử tiêu thụ nằng lượng

Trong quá trình dao động, năng lượng dao động bị mất mát trong bản thân chi tiết, trong các mối ghép then, the hoa, các ổ trục đỡ, trong các vêt ăn khớp bánh răng, trong các phớt làm kín va các cơ cấu giảm trấn

Trong khi nghiên cứu giao động xoắn, người ta cói các lực ma sát gây lên thất thoát năng lượng tỉ lệ với vận tốc tuyệt đối và tương đôi của các khối lượng Trong trường hợp tổng quát, mô men ma sát có thể được viêt như sau:

𝑀𝑚𝑠 = 𝑘𝜔 trong đó 𝜔- vận tốc tương đối hoặc tuyệt đối của khâu ghây thất thoát năng lượng khi dao động; k- hệ số cân bằng

Trong thục tế,khi làm thực nghiệm người ta không sác định trục tiếp hệ số k mà xác định hệ só giảm chấn 𝛹 hệ số tổn thất tương đối Hệ số 𝛹 được xác định bằng tỉ số giữa các biên độ lân cận của dao động tự do của khối lượng Quan hệ giữa các hệ số có các dạng sau:

𝑘 = 2𝛹𝐼𝑃𝛺 Trong đó 𝛺 – tần số dao động riêng của hệ thống, phương pháp sác định thông số này được trình bày dưới đây; 𝐼𝑝 là mô men quán tính của các khối lượng của hệ thống thành phần

Giá trị của hệ số giảm trấn 𝛹 của HTTL và một số bộ phận cảu nó nằm trong khoảng nhu sau Đối với HTTL 𝛹 = 0,45 − 0,95;; cầu chủ động: 𝛹 = 0,13 −0,27;nhíp 𝛹 = 0,02 − 0,04; bánh xe 𝛹 = 0,3 − 0.64; truyền động các đăng 𝛹 =0,02 − 0,04; hộp số: 𝛹 = 0,065 − 0,135

Để chuyển sơ đồ cơ học của hệ thống thành sơ đồ lực người ta quy các thông số của sơ đồ cơ học về làm một hoặc một vài trục và thể hiện hệ thống bằng các kí hiệu quy ước Các kí hiệu quy ước và công thức hướng dẫn được thể hiện trong bảng 3.1

Bảng 2.1 Ký hiệu quy ước của hệ thống động lực

2.2.2 Xây dựng mô hình toán học mô tả hệ thống

Trên thục tế, việc chuyển đổi từ mô hình cơ học sang sơ đồ động lực tương ứng với việc chuyển đổi hệ tọa độ của mô hình cơ học với điều kiện cơ bản là bảo toàn động

năng, thế năng và hàm thất thoát năng lượng của các phàn tử trước và sau chuyển đổi Đây chính là cơ sở để thiết lập mô hình toán học của hệ thống

Hình 2.2 Ví dụ chuyển đổi từ mô hình cơ học sang sơ đồ động lực

Trên hình 3.2 là một ví dụn về việc chuyển đổi từ mô hình cơ học sang sơ đồ động

lực Giả sử các khối lượng 1 và 2 bị xoắn đi các góc tuong ứng 𝜃1 𝑣à 𝜃2 so với vị trí ban đầu (khi mô men xoắn bằng 0), thì động năng cảu hẹ thống được tính bằng tổng động năng của các khối lượng:

Các mô men gây nên xoắn các trục được tính như sau:

𝑀1 =∆1

𝑒1; 𝑀2 =

∆2

𝑒2Nếu gọi tỉ số truyền của cặp bánh răng là i thì: 𝑀2 = 𝑖𝑀1 khi đó

𝑖

∆1= 𝜃1− 𝛼1; 𝜃2 = 𝛼2− 𝜃1 ; ∆1+ 𝑖∆2= 𝜃1− 𝑖𝜃2Kết hợp với biểu thức 1.3 ta được:

(𝜃1− 𝑖𝜃2)2

𝑒1+ 𝑖2𝑒2Nếu thay đổi tọa độ 𝜃1 𝑣à 𝜃2 bằng các tọa độ tương ứng là 𝜑1 𝑣à 𝜑2 voaiw điều kiện 𝜑1 = 𝜃1 𝑣à 𝜑2 = 𝜃2, và gọi độ đàn hồi tổng của các chi tiết là 𝑒12 = 𝑒1+ 𝑖2𝑒2 thì biểu thức thế năng được đơn giản hóa như sau:

𝐸𝑃 =12

(𝜃1− 𝜃2)2

𝑒12Trong hệ tọa độ mới biểu thức động năng có dạng:

𝐼𝑖 = 𝐼𝑖

′

𝑖12 ; 𝑒𝑖 = 𝑒𝑖

′ (2.3) Trog đó 𝐼𝑖′; 𝑒𝑖′ các thông số của mô hình cơ học, 𝐼𝑖 ; 𝑒𝑖 các thông ssos sơ đồ động lực của hệ thống

Trong HTTL co một số bộ phận có khả năng phân chia dọng công suất thành nhiều nhánh như có cấu vi sai trong cầu chủ động hay các hộp số hành tinh Đặc điểm của các

cơ cấu nay

Trong HTTL một số bộ phận có khả năng phân chia dòng công suât, chẳng hạn như các hộp số hành tinh, bộ vi sai trong các cầu chủ động (số 11, số 13 trong bảng 3.1) đặc điểm của các cơ cấu này là dòng công suất có thể được truyền theo nhiều đường khác nhau, nhưng trong mọi trường hợp, tất cả các trục cơ cấu đều phải chịu tải Do vậy,

ở đây người ta phải dùng tới khái niệm đàn hồi chung của hệ thống Trong trường hợp tổn quát độ đàn hồi của hệ thống các trục được xác định theo công thức:

Mô men quán tính của các chi tiết trong các cớ cấu có phân chia dong công suất cũng được tính theo bảng 3.3

Các dao động xoắn trong hệ thống truyền lực có mối liên hệ chặt chẽ với chuyển động tịnh tiến với khối lượng được treo và không được treo Vì vậy trong quá trình nghiên cứu chế độ tải trọng HTTL cần phải tính đến các khối lượng chuyển động tịnh tiến Thông thường các khối lượng tịnh tiến được thể hiện trên sơ đò tính toán bằng một bánh đà tương đương, với điều kiện động năng của bánh đà này đúng bằn động năng của các khối lượng chuyển động tịnh tiến cảu ô tô;nếu gọi 𝑚𝑎 là khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô; 𝐼𝑎 là mô men quán tính cảu bánh đà tương đương trên sơ đồ tính toán ; v là vận tốc khối lượng chuyển động tịnh tiến và 𝜔 là vận tốc góc của bánh đà tương đương, ta có:

xe bằng khâu đàn hồi là lốp, có độ đàn hoi là 𝑒𝐿 việc truyeeng mo men từ bánh xe tới các khối lượng chuyển động tịnh tiến thực hiện được là nhờ thành phần phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe theo phương dọc Thành phần lực này bị dới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường

Trên các sơ đồ tính toán bánh xe và khối lượng chuyển động tịnh tiến được thể hiện bằng hai bánh đà nối với nhau bởi khâu đàn hồi tương ứng với độ đàn hồi của lốp Trong khâu nối này còn có bộ truyền ma sát với nhiệm vụ hạn chế mô men truyền không quá mô men bám của bánh xe với mặt đường

𝑀𝜑 = 𝜑𝑅𝑧𝑟0Trong đó 𝜑 là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đương; 𝑅𝑧 –thành phần phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe

Nếu trong quá trình tính toán có kể đến thất thoát năng lượng do biến dạng theo phương tiếp tuyến của lốp thì phải đưa vào sơ đồ bộ phận giảm trấn như thể hiện trong bảng 3.1, mục số 10

Các mô men xoắn quy đổi tác dụng lên các phần tử của hệ thống động lực của ô tô được xác định từ điều kiện cân bằng công thực hiện với các mô hình cơ học và các mô men tương ứng trong sơ đồ quy dẫn và tính theo công thức 𝑀 = 𝑀′

𝑖 Nếu cần tính đến lực cả lăn tại các bánh xe thì mô men cản lăn phải được đặt vào bánh đà tương đương của bánh xe Mô men cản mô phỏng sức cản của không khí và lực cản lên dốc được đặt vào bánh đà tương đương khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô

Vì 𝑤

′

𝑤 = 𝑙

𝑖 ; nên k = k’.i2

Sơ đồ động lực quy dẫn của ô tô có rất nhiều các khối lượng và các khâu đàn hồi việc xác định các đặc tính động lực của hệ thống như vậy thường gặp phải những khó khăn nhất định Hơn nữa, việc tính toán theo các sơ đồ đơn giản hóa không gây nên những sai số lớn Do vậy, trong thực tế người ta thường đơn giản hóa các sơ đồ tính toán bằng cách ghép các khối lượng quán tính và các khâu đàn hồi Mức độ đơn giản hóa có thể khác nhau tùy theo tính chất của bài toán và quan trọng hơn cả là miền tần số quan tâm

Lý thuyết dao động đã khẳng định, sai số tính toán không vượt qua 5% nếu tần số cao nhất của dao động riêng của hệ thống quy dẫn lớn hơn so với tần số cao nhất của các dao động đang xét không quá bốn lần

Có nhiều phương pháp đơn giản hóa các hệ thống động lực Thông dụng hơn cả là phương pháp các hệ thống thành phần, nó cho phép có được sơ đồ tính toán một các tương đối đơn giản với độ chính xác mong muốn

Để đơn giản hóa sơ đồ động lực của hệ thống, người ta chia nó thành các hệ thống tối giản (còn gọi là các hệ thống thành phần) gồm một hặc hai khối lượng như thể hiện trên hình 3.3

Mỗi hệ thống thành phần được đặc trưng bởi một tần số dao động riêng Bình

phương của tần số dao động riêng của hệ thống tối giản thứ k được xác đinh theo biểu

thức:

𝑤𝑘2 = 1

𝑒𝑞𝑘I𝑞𝑘

Nếu hệ thống chia thành các hệ thống thành phần một khối lượng, thì độ đàn hồi

và mô men quán tính được xác định theo công thức

𝑒𝑞𝑘= - 𝑒𝑘−1,𝑘𝑒𝑘,𝑘−1

𝑒𝑘−1,𝑘+𝑒𝑘,𝑘+1 ; 𝐼𝑞𝑘 = 𝐼𝑘Đối với các hệ thống thành phần hai khối lượng:

𝑒𝑞𝑘 = 𝑒𝑘 ;

𝐼𝑞𝑘 = 𝐼𝑘𝐼𝑘,𝑘+1

𝐼𝑘 + 𝐼𝑘,𝑘+1Các hệ thống thành phần có tần số dao động riêng cao hơn nhiều so với giá trị cực đại của miền tần số đang xét được thay bằng các hệ thống tượng đương bằng cách chia đôi một khối lượng và hợp nhất các khâu đàn hồi bên phải và bên trái (xem hình 3.3-c) Một hệ hai khối lượng có thể chuyển thành hệ một khối lượng tượng đương bằng cách ghép hai khối lượng với nhau và tách khâu đàn hồi Trên hình 3.3 còn thể hiện các công thức tính các thông số của các hệ tương đương Những hệ thống thành phần ban đầu

trong sơ đồ động lực được thay băng các hệ thống tương đương Nếu các hệ thống tương đương là hệ hai khối lượng thì các khối lượng của nó được kết hợp với khối lượng của các hệ thống lân cận (bên phải và bên trái trên sơ đồ) Nếu hệ tương đương là một khối lượng thì các khâu đàn hồi sẽ được liên kết lại Khi thay hệ thống thành phần băng một

hệ tương đương ta giảm được một bậc tự do Để có được hệ thống với số bậc tự do theo

ý muốn có thể phải tiến hành đơn giản hóa theo nhiều bươc Vì vây, để nghiên cứu miền

dao động gồm n tần số dao động riêng thì hệ thống động lực cần phải có không dưới n +1 tần số dao động riêng

Hình 3.3 Các bước đơn giản hoá hệ thống động lực

a, Hệ thống ban đầu; b, Phân tích hệ thống ban đầu thành các hệ thành phần hai khối lượng; c, Phân tích hệ thống ban đầu thành các hệ thành các hệ thành phần một khối

lượng; d, Biến đổi các hệ thành phần tần số cao; e, Hệ thống động lực đã đơn giản

hoá

Trong quá trình thiết lập mô hình cơ học và sơ đồ động lực của hệ thống, mỗi phần

tử quán tính hoặc đàn hồi ứng với một hoặc một nhóm chi tiết của HTTL Nhưng sau khi đơn giản hóa hệ thống thì điều đó không còn đúng nữa sơ đồ tính toán động lực học của hệ thống chỉ tương đương với hệ thống thực ở chỗ là quá trình giao động của sơ đồ tính toán mô phỏng lại quá trình dao động của hệ thống thực với một độ chính xác nhất định

Kinh nghiêm xây dựng các sơ đồ động lực cho thấy, khi tính toán các dao động với tần số dưới 250Hz thì các mô men quán tính của các khối lượng chuyển động trong động cơ có thể thay thế băng một mô men tổng

Nếu coi tải trọng được phân bố điều lên các bánh xe, hệ số bám giữa các bánh xe với mặt đường là như nhau và ma sát trong vi sai là không đáng kể thì hệ thống động lực của bộ phận cầu chủ động được coi là đối xúng Do vậy, việc đơn giản hóa ở đây được thực hiện bằng các ghép các nhánh song song và kết quả thu được là sơ đồ động lực của hệ thống với các mô men quán tính và độ cứng các trục bằng tổng các thông số tượng ứng của các nhánh song song Với cách đơn giản hóa như vậy người ta bỏ qua các dao động ngược pha có thể xuất hiện trong các nhánh song song

Trong các hộp số ô tô có thể coi các khối lượng ở các nhánh không làm việc được nối cứng với các thành làm việc

Khi nghiên cứu các liên kết phản lực cần phải xét đến mức độ tương quan giữa các dao động của các khối lượng của ô tô và HTTL thông qua mạch liên kết phản hồi và ảnh hưởng của các phần tử liên kết tới tần số và dạng các dao động riêng của hệ thống Trong một số dạng tính toán thì chỉ cần xét đến liên kết phản lực của các cầu phản lực là đủ Nếu các góc xoay của các vỏ của các cầu chủ động bị hạn chế bởi các thanh giăng thì khối lượng liên kết phản lực của các cầu này có thể bỏ qua được

2.2.3 Một số mô hình điển hình

Mô hình ly hợp

Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng và phân tích lực

dcM



oto

Hình 2.6 Mô men M1 phần chủ động của ly hợp

Hình 2.7 Đồ thị quá trình trượt ly hợp

2.2.4 Phương pháp giải bài toán và đặc tính dao động xoắn HTTL

Mô phỏng hộp số

Mô hình cơ học

Hình 2.8 Mô hình mô phỏng

Hình 2.9 Mô hình bánh răng ăn khớp

Hình 2.10 Sơ đồ các mô men tác dụng lên các phần tử

Mô hình toán học

Hệ phương trình

b c,

M 1 ; 

M 2 ; 

r r

r r

c1

c2 1

2

Hình 2.11 Kết quả tính toán

Hình 2.12 Kết quả tính toán

2.3 CÁC CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG ĐẶC TRƯNG

2.3.1 Tải trọng từ dao động mô men xoắn của động cơ

Khi làm việc trong động cơ xuất hiện lực khí thể do khí cháy sinh ra và các quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và các khối lượng chuyển động quay Các lực này thay đổi theo góc quay của trục khuỷu và gây nên những dao động trong HTTL Lực khí thể và lục quán tính của động cơ là những lực có trị số lớn và thay đổi chu kỳ nên chúng mang tính chất va đập Mô men của các lục này được gọi là mô men kích thích chúng tác động lên HTTL và ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền lâu của các chi tiết trong HTTL Trên hình 3.13 trình bày đồ thị quan hệ của mô men do lục quán tính Mj,

mô men do lục khí thể Mkt và mô men tổng hợp M của hai mô men trên theo góc quay của trục khuỷu

Các mối quan hệ Mkt = f(α), và Mj= f(α), có thể được xây dựng bằng phương pháp

đồ thị Để nhận được phương trình toán học mô tả của mô men tổng hợp của động cơ M theo góc quay của trục khuỷu α người ta phải tiến hành phân tích nó thành các hàm điều

hòa các cấp Theo lý thuyết về chuỗi Phuarie mô men tổng hợp của động cơ M có thể được viết dưới dạng:

M0: mô men trung bình

Mb1, Mb2, Mbk: biên độ của các mô men điều hòa thứ k

Ω = 2𝜋

𝑇: tốc độ góc phụ thuộc vào chu kỳ của mô men kích thích của động cơ (đối với động cơ 2 kỳ Ω=ω; Ω=ω/2)

ak, bk: các hệ số Phuarie

Hình 2.13 Đồ thị quan hệ giữa momen và góc quay của trục khuỷu

1- Momen lực khí thể MKT; 2- Momen lực quán tính Mj; 3- Momen tổng M

Hệ số Phuriê và mô men xoắn trung bình của động cơ xác định theo công thức sau đây:

M0=1

2𝜋∫02𝜋𝑓(Ω𝑡)𝑑(Ω𝑡)

Do: 𝑎𝑘2 + 𝑏𝑘2=𝑀𝑏𝑘2 .Sin 2 αk+𝑀𝑏𝑘2 Cos 2 αk, nên biện độ của thành phần điều hòa thứ k

được xác định như sau:

do kết quả sử lý số liệu thực nghiệm Vì vậy, việc phân tích điều hòa các đường cong

mô men này thường được làm theo phương pháp thực nghiệm, trong đó phương pháp được sử dụng phổ biến hơn cả là phương pháp số học Theo phương pháp này người ta biến đổi hoành độ soa cho đường cong biểu diễn mô men có chu kỳ la 2π Sau đó người

ta chia hoành độ thanh m điểm (động cơ 2 kỳ m =24, động cơ 4 kỳ m = 48) mỗi phần của hành độ ứng với 𝛥x=2𝜋

𝑚 Do tung độ M ứng với các điểm chia ta có được các giá trị

xi, yi

Căn cứ vào các điểm chia trên ta có thể tính được giá trị tương ứng của các thành phần điều hòa k Để có thể tính được các hệ số Phuarie bằng các trị số của xi, yi, Cos kxi, Sin kxi…ta thay thế phép lấy tích phân bằng phép tính tổng hữu hạn Vì vậy, hệ số Phuarie có thể viết dưới dạng:

6 xi lanh bố trí chữ V ta có phương trình sau:

M=0,6+0,8Sin(3α-600) + 0,4Sin(3α+300) + 0,7Sin(4,5α-400) + 0,2Sin(7,5α-200) +…

Đồ thị biến thiên mô men của động cơ theo góc quay của trục khuỷu được thể hiện thên hình 3.15

Để nghiên cứu ảnh hưởng của dao động mô men xoắn của động cơ đến HTTL ta

có thể sử dụng sơ đồ tính toán 3 khâu đàn hồi như đã mô tả (hình 3.14)

Hình 3.14: Sơ đồ tính toán các chế độ tải cực đại trong HTTL ô tô

Hình 3.15: Biến thiên mô men của động cơ theo góc quay trục khuỷu

Với sơ đồ tính toán như trên, hệ phương trình mô tả hệ thống có dạng hoàn toàn tương tự như đã trình bày trong chương 3 (hệ phương trình 3.66):

hệ phương trình như trên trở nên rất đơn giản Chẳng hạn ta có thể sử dụng công cụ mô phỏng Simulink trong phần mềm matlab đê giả hệ phương trình này

Trên hình 4.4 thể hiện kết quả giải bài toán với các số liệu lấy từ một ô tô cụ thể

Có thể thấy rằng biến thiên mô men xoắn trên bán trục có dạng hoàn toàn tương tự như quy luật biến thiên mô men trên trục khuỷu động cơ Điều này có nghĩa là sau một thời gian làm việc nhất định, các chi tiết trong HTTL có thiết bị hỏng do mỏi gây nên bởi dao động mô men xoắn trong động cơ đốt trong

Hình 3.16: Biến thiên của mô men xoắn trên bán trục theo góc

2.3.2 Tải trọng từ mấp mô mặt đường

Ảnh hưởng của mặt đường tới vận tốc chuyển động được xác định bởi loại đường, tình trạng của lớp phủ bề mặt và đặc điểm của nơi đường chay qua

Lực cản tổng cộng của đường gồm có lực cản lăn Pf và cản lên dốc Pi Để tiện cho việc tính toán, ngoài các lực cản trên người ta thường đưa thêm lực cản không khí, khi

đó lực cản tổng sẽ được biểu diễn dưới dạng:

kê của lề đương được xác định bởi các thông số thống kê của mặt cắt của nó Đối với

quá trình dừng có quy luật phân bố chuẩn thì mặt cắt này được xác định bởi hàm quan

hệ hoặc hàm mật độ phổ

Mật độ phổ của mặt cắt đường khác với mật độ phổ của mặt cắt lề đường ở chỗ là trong quá trình xây dựng đường người ta đã tạo được bề mặt đường theo các yêu cầu kỹ thuật cụ thể (đối với từng loại đường) và vì vậy loại bỏ được những biên dạng có bán kính cong vượt quá giới hạn cho phép và mặt đường phải đảm bảo có độ mấp mô theo yêu cầu

Các mấp mô mặt đường được chia thành hai mức: micro và macro, những mấp mô này tác động lên khối lượng dao động của ô tô (các khối lượng được treo, không được treo, các hệ thống truyền lục) Tác động của các mấp mô mức macro có thể coi là tĩnh Trong một số trường hơp người người ta xét tới một mức mấp mô nữa, gọi là độ nhám mặt đường đây là những mấp mô rất ngắn (độ dài không qua 10cm), ảnh hưởng của những mấp mô này tới dao động của ô tô trong quá trình chuyển động bị triệt tiêu bởi lốp xe, nên chúng chỉ ảnh hưởng tới chế độ làm việc của lốp (độ ồn, mài mòn) Các phân chia các mực mấp mô trên đây chỉ mang tính quy ước và phụ thuộc vào các tính chất của ô tô cũng như tốc độ chuyển động Vì vậy, trên đồ thị mật độ phổ không thể phân biệt được rõ ràng biên giới giữa các mức: micro, macro và độ nhám mà chỉ có thể xác định những vùng chuyển tiếp

Một cách tổng quát, mật độ phổ của đường và lề đường có thể được cho dưới dạng sau:

S(v)=𝐾0(𝑣

2+𝑣12)(𝑣2+𝑣32)…(𝑣2+𝑣2𝑛−12 )

𝑣2(𝑣2+𝑣22)(𝑣2+𝑣42)…(𝑣2+𝑣2𝑛2 ) (1) Trong đó v là tần số(rad/giây); K0, vi- các hằng số xác định mức và dạng của mật

độ phổ

Các hằng số vi có thể được tìm theo đồ thị mật độ phổ nếu đồ thị này được xây dựng trong hệ toạn độ ga rít Trong trường hợp này các hằng số vi tương ứng với các điểm cắt giữa đường tiệm cận với đồ thị được xây dựng dưới các góc 0, 20, 40 và lớn hơn đề xi ben cho một decad Trong đó các hệ số có chỉ số lẻ (trên tử số của biểu thức 1) tương ứng với các điểm cắt với các đường tiệm cận mà sau đó góc nghiêng tăng lên, còn các chỉ số chẵn- ứng với các điểm cắt mà sau đó góc nghiêng giảm xuống

Trên thực tế để xác định mật độ phổ của biên dạng đường chỉ cần lấy tới 2 số hạng trong dãy là đủ

Để nâng cao độ chính xác tính toán cần chia các mấp mô thành hai mức: macro và micro

Biên dạng mấp mô macro

Mật độ của biên dạng macro phụ thuộc vào dạng đường và dịa hình xung quanh trong dải bước sóng rộng

Đối với bước sóng lớn hơn 1km mức mật độ phổ phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm của địa hình xung quanh mà gần như không phụ thuộc vào dạng và tình trạng của đường Trong miền này mật độ phổ của biên dạng có thể biểu diễn dưới dạng:

𝑆𝑞(𝑣) = 𝐷𝑀

𝑣2

Với DM: hệ số phụ thuộc vào địa hình xung quanh

Có thể tính DM theo công thức đơn giản sau: DM ≈0,1 (𝛥ℎ𝑚𝑎𝑥)2

𝐿

Trong đó Δh max : là giá trị cực đại của độ chênh lệch giữa các độ cao tồn tại trong

khoảng cách L

Giá trị Δh max có thể xác định theo bản đồ địa hình

Đối với các mấp mô ngắn có chiều dài vài chục mét mức mấp mô phụ thuộc chủ yếu vào dạng và tình trạng chủ yếu của mặt đường

Đối với mấp mô có độ dài khoảng 100m mật độ phổ của biên dạng:

𝑆𝑞(𝑣) ≈ 𝐷

𝑣 4

Nếu như trong mức mấp mô micro không tính đến các bước sóng ngắn hơn thì mật

độ phổ của mấp mô trên toàn bộ dải bước sóng có thể viết:

Hệ số DM nên chọn như sau:

- nếu đi qua vùng đồng bằng: 10-4 ÷ 10-3

- nếu đường đi qua vùng đồi: 10-3÷ 10-2

- nếu đường đi qua vùng núi: 10-2÷ 100

Các góc nghiêng cực đại imax được xác định tùy theo loại đường

Nếu trong mức mấp mô macro có tính đến các mấp mô ngắn hơn 100m thì biên dạng đường cần được mô phỏng bao gồm các múc micro

Như đã trình bày trên đây, biên dạng macro của đường ô tô khác với biên dạng địa hình xung quanh ở chỗ là khi xây dựng đường người ta đã loại bỏ tất cả những dốc có góc nghiêng vượt quá giới hạn cho phép đối với loại đường này Đối với địa hình đồng bằng mật độ phổ của biên dạng macro của đường ô tô có thể lấy bằng mật độ phổ của địa hình Đối với loại đường đi qua vùng núi thì cần phải có hiệu chỉnh

Hình 3.17 Phân bố góc dốc

Phân bố góc dốc trên đường và địa hình có thể coi là gần với phân bố chuẩn (hình 1) Phân bố góc dốc của đường nằm trên địa hình đã cho, bị giới hạn bởi các giá trị cực đại cho phép (± 𝛼𝑚𝑎𝑥), được thể hiện trên hình bằng nét đứt

Biên dạng mấp mô micro

Đặc trưng đầu tiên của biên dạng micro của đường là hàm tương quan Thông thường, hàm tương quan được thể hiện dưới dạng:

Số hạng thứ hai của biểu thức trên đặc trưng cho thành phần biến thiên tuần hoàn của biên dạng đường và có giá trị cực đại tại tần số 𝛽𝑖 Sự xuất hiện của những giá trị cự

đại trên đồ thị mật độ phổ của đường ô tô đi qua một mấp mô (được gọi là…) sẽ xuất hiện sóng áp suất lan truyền trong nền đường Do tần số dao động và tốc độ chuyển động trung bình của hầu hết các ô tô đê tương đương nhau nên tại những điểm xác định trên nền đường xuất hiện áp suất dương hoặc âm và điều này dẫn đến sự xuất hiện của các mấp mô biến thiên tuần hoàn Vì ô tô có hai tần số dao động riêng (tần số cao và tần số thấp) nên các mấp mô biến thiên tuần hoàn trên đường cũng có 2 bước sóng tương ứng Trên đường bê tông, bước sóng có thể liên quan tới chiều dài của tấm bê tông

Thành phần tần số thấp (bước sóng dài) có thể gặp ở cả đường đất và đường có bề măt cứng thông thường các đoạn đường có mấp mô tuần hoàn đan xen với các đoạn đường tương đối bằng phẳng với các mấp mô ngẫu nhiên Độ dài của đoạn đường với các mấp mô ngẫu nhiên thường không dài (vài lần bước sóng) Đều này được lý giải như sau: Khi bị rơi vào đoạn đường có mấp mô tuần hoàn lái xe sẽ nhanh chóng thay đổi tốc độ chuyển động đổ thoát ra khỏi tình trạng bị dạo động mạnh Vì vậy đồ thị mập

độ phổ phụ thuộc vào chế độ đô thực nghiệm trên đường

Thành phần tần số có thể gặp trên các đường cơ bền mặt cứng Trên đường đất thường xuyên xuất hiện các mấp mô tuần hoàn và nếu có thì cũng nhanh chóng bị dập tắt, những đoạn đường có mấp mô tuần hoàn rất hiếm và thường không dài Vì vậy trên các đồ thị mật độ phổ của biên dạng micro được xây dựng dựa trên các kết quả thực nghiệm mật độ phổ trong miền tần số cao thấp dần

Các số liệu về đặc tính của các biên dạng micro của đường ô tô cho phép xác định các miền mật độ phổ của các loại đường khác nhau Chẳng hạn trên hình 2 thể hiện các miền mật độ phổ của các biên dạng micro cuả đường bê tông và đường đất được vẽ trong

hệ tọa độ ga rít Đồ thị cho thấy mật độ phổ của đường bên tông năng trong một dải tương đối hẹp so với đường đất Trong đó biên giáo trên của vùng đường đất tương ứng với biên dạng micro của địa hình mà trên đó ô tô gần như không thể hoạt động được Các đồ thị tương tự được xây dựng cho các loại đường khác

Trong bảng 1 cho các công thức xác định biên giới trên và dưới của mật độ phổ của các loại đường khác nhau Cũng trong bảng này còn cho giá trị bình phương trung bình chiều cao của các mấp mô trong miền bước sóng từ 1-6m

Trong quá trình tính toàn nên dựng các đường biên xác định miền mật độ phổ của loại đường đang xét, sau đó trong miền mật độ phổ xác định mật độ phổ cụ thể và viết công thức giải tích biểu diễn mật độ phổ này Công thức này cho phép thể hiện kích thích của mấp mô mặt đường trong miền tần số quan tâm

Sự cần thiết phải giới hạn bên dưới là nhằm đáp ướng yêu cầu đảm bảm tính ổn định của kích thích mặt đường khi thời gian tính toán nhỏ Các nghiên cứu đã đi đến kết luận có thể đạt được độ chính xác tương đối tốt nếu sử dụng bộ lọc tần số thấp có hàm truyền dưới dạng:

Hình 3.17 Các miền mật độ phổ của đường

H H (iv)= 𝑖𝑣

𝑖𝑣+𝑣𝐻; v H =(0,2÷0,3)𝜔0Trong đó 𝜔0: tần số dao động riêng thấp nhất của hệ thống động lực đạng xét Khi tính toán dạo động ô tô có thể lấy 𝜔0 trong khoảng 2-3rad/giây

Bảng 1: Công thức xác định các vùng mật độ phổ của biên dạng micro của các loại đường ô tô

Loại đường Biên giới Công thức Bình phương TB

chiều cao mấp mô Đường bê tông Trên 1,3.10-5(v+1)v-4 0,3

Dưới 1,3.10-6(v2+0,3)v-1 0,1 Đường đá dăm Dưới Trên 1,3.10-4 v-2 1,0

7.10-6 v-2 0,25 Đường đá sỏi Trên 2.10-3 v2(v2+1)(v2+3,5)-1 4,0

Dưới 1,7.10-5(v2+1)-1 0,4

7,5.10-6(v2+3,52)-1 0,25 Việc giới hạn các kích thích tần số cao được giải thích bởi khả năng biến dạng của lốp

Có thể sử dụng bộ lọc với hàm truyền sau:

H B (iv)= 𝑣𝐵

𝑖𝑣+𝑣 𝐵

Trong đó v B > 2𝜋

𝑙𝑚𝑖𝑛 ; lmin: chiều dải nhỏ nhất của các mấp mô sử dụng trong tính toán

Có thể chọn lmin một cách tượng đối chính xác bằng độ dài vết tiếp xúc giữa lốp ô tô với mặt phẳng đường

Như vậy, trong trường hợp tổng quát mật độ phổ của các kích thích từ mấp mô micro của đường được thể hiện dưới dạng:

Sq(v)= 𝐷(𝑣

2+𝑣12)(𝑣2+𝑣32)𝑣𝐵2(𝑣2+𝑣𝐻2)(𝑣2+𝑣22)(𝑣2+𝑣42)(𝑣2+𝑣𝐵2)

Lưu ý:

Các đồ thị và các biểu thức tính toán mật độ phổ được xây dựng cho trường hợp vận tốc chuyển động của ô tô bằng 1 m/s Ở các vận tốc khác các thông số của mật độ phổ thay đổi Quạn hệ giữa mật độ phổ ở vận tốc đơn vị và mật độ phổ ở vận tốc V đước thể hiện như sau:

S qV (v)=𝐷

𝑉

(𝑣

𝑉)2+𝑣12(𝑣

lượng sau: I I : động cơ và bánh đà; I 2 : đĩa bị động ly hợp; I 3 : các chi tiết của HTTL; I 4:

các bánh xe chủ động; I 5: bánh đà tương đương thay cho khối lượng chuyển động tịnh

tiến của ô tô Các độ đàn hồi quy dẫn trên sơ đồ tương ứng với độ đàn hồi của e 23: các

chi tiết của hộp số và trục các đăng; e 34 : các bán trục; e 45: độ đàn hồi tiếp tuyến của các lốp xe Ma sát trong HTTL và độ đàn hồi cảu giảm chấn ly hợp có thể bỏ qua

Hình 3.18 Sơ đồ tính toàn các chế độ tải cực đại trong HTTL ô tô Khối lượng I 1 chịu mô men xoắn Me được xác định theo đặc tính ngoài của động

cơ Tại khối lượng I 4 có đặt mô men quy dẫn của lực cản lăn Mf

M f = 𝑓𝑔𝑚𝑎𝑟0

Trong đó f: hệ số cản lăn tương ứng với điều kiện chuyển động đang xét; m a: khối

lượng ô tô; r 0 : bán kính lăn của bánh xe trong điều kiện không trượt; i T: tỷ số truyền của HTTL

Mô men bám là giá trị giới hạn của mô men xoắn trong khâu đàn hồi e 45 được tính như sau:

Trong đó 𝛽: là hệ số dự trữ ly hợp; tc; thời gian đóng ly hợp

Khi tính toán mô men cực đại trong HTTL, người ta coi lái xe thả bàn đạp ly hợp đột ngột Trong trường hợp này, nếu ly hợp không có trợ lực dẫn động (khí nén hoặc thủy lực) thì mô men của nó tăng trong khoảng thời gian tc= 0,01÷0,04 giây Nếu dẫn động ly hợp có trợ lực thì thời gian tc tăng lên, chẳng hạn đối với ly hợp ô tô KAMAZ tc=0,1 giây

Thông thường khi nghiên cứu những hệ thống phức tạp, người ta thường sử dụng các phương trình lagrange loại II để thiết lập các phương trình chuyển động Nếu chọn

e34

các tọa độ suy rộng là các góc quay của các khối lượng φ1, φ2, φ3, φ4, φ5 thì các biểu thức tính động năng và thế năng có dạng:

Các mô men của các ngoại lực tác dụng lên hệ thống bao gồm mô men của động

cơ M e (đặt trong tọa độ φ1), mô men của ly hợp (đặt trong tọa độ φ1 và φ2) và mô men cản lăn Mf (đặt trong tọa độ φ4)

Lấy đạo hàm các biểu thức động năng và thế năng và thực hiệ các biến đổi ta được

hệ gồm 5 phương trình mô tả chuyển động của các khối lượng của hệ đạng xét:

1

𝑒23(𝜑2− 𝜑3) = 𝑀23; 1

𝑒34(𝜑3− 𝜑4) = 𝑀34; 1

𝑒45(𝜑4− 𝜑5) = 𝑀45 (3.65) Sau khi thực hiện các biến đổi ta được:

𝜔͘𝑒 =𝑀𝑒

𝐼 1 −𝑀𝑐

𝐼 1 𝑀˙˙23 = 𝑀𝑐

Hệ phương trình trỏ nên đơn giản hơn vì đã giảm đi được một ẩn số (số phương trình cũng giảm) Việc giải hệ phương trình này cho kết quả trực tiếp là các mô men tác động trên các khâu dàn hồi

Mô men của động cơ Me được xác định theo đặc tính ngoài của động cơ và là hàm

củ vận tốc góc M e = f(𝜔𝑒)

Mô men cản lăn được xác định theo công thức 1.6 và chỉ tác động khi khối lượng

I 4 chuyển động Điều kiện chuyển động như sau:

Các điều kiện đầu của bài toán là khi t = 0 thì 𝜔𝑒 = 𝜔𝑒𝑚𝑎𝑥

Để đánh giá chế độ tải động tác dụng lên HTTL người ta sử dụng hệ số tải động:

𝑘𝑑 =𝑀𝑇𝑚𝑎𝑥

𝑀 𝑒𝑚𝑎𝑥 (3.69) Trong đó MTmax là mô men tác động trên khâu đang xét, quy về truc sơ cấp hộp số; Memax: mô men cực đại của động cơ tác động trên khâu đangn xét, quy về trục sơ cấp hộp số

Khi tính toán mô men cực đại trong HTTL ô tô người ta chọn chế độ làm việc sau:

ô tô khổi động tại chỗ ở tay số thấp nhất với tốc độ quay lớn nhất của trục khuỷu động

Trong đó Mφ được tính theo công thức 1.7

Khi 20< iT < 50 giá trị MTmax được tính băng cách nội suy các giá trị thu được ở các tỷ số truyền iT = 20 và iT = 50:

𝑀𝑇𝑚𝑎𝑥 = 2𝛽𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 − (2𝛽𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 − 1,35𝑀𝜑)𝑖𝑇 −20

Đối với các bộ phận của HTTL nằm sau cặp bánh răng dẫn động trục trung gian của hộp số, mô men cực đại được tính từ trục sơ cấp theo tỷ số truyền và các thông số của các bộ phận liên quan

Đối với ô tô có HTTL thủy cơ, giá trị MTmax trên trục bánh tua bin của biến mô thủy lực được xác định như sau:

M Tmax = M B0 k max (3.72)

Trong đó MB0 là mô men trên bánh bơm của biến mô; kmax: giá trị của hệ số biến

mô ở chế độ “dừng” (bánh tua bin đứng yên) khi động cơ hoạt động theo đặc tính ngoài

Mô men lớn nhất tại chi tiết thứ i được tính theo mô men trên trục tua bin thông quá tỷ số truyền tính từ bánh tua bin tới chi tiết đang xét

Mimax = MTmax𝑖᾿𝑇𝜂᾿𝑇 (3.73)

Trong đó 𝜂᾿𝑇: là hiệu suất HTTL trong đoạn từ trục tua bin tới chi tiết đạng xét Cần lưu ý răng mô men cực đại trong HTTL bị gới hạn bới khả năng bám giữa các bánh xe chủ động với mặt đường Giá trị của mô men bám được tính với φ = 0,8:

𝑀𝑇𝜑𝑚𝑎𝑥 = 𝜑𝐺𝜑𝑟0

𝑖᾿᾿𝑇𝜂᾿᾿𝑇 (3.74) Trong đó 𝑖᾿᾿𝑇: tỷ số truyền; 𝜂᾿𝑇: hiệu suất HTTL tính từ chi tiết đang xét tới các bánh xe chủ động

Trong khi tính toán người ta lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị tính được từ các công thức 3.73 và 3.74 làm mô men tính toán

Trong một số trường hợp, người ta có thể sử dụng các giá trin đo được bằng thực nghiệm làm mô men tính toán

CHƯƠNG 3

RUNG ỒN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ 3.1 Khái niệm cơ bản

Khi động cơ làm việc, ô tô chạy trên đường, các chi tiết của ô tô sẽ bị rung động

và gây ra tiếng ồn Tiếng ồn ô tô gây ảnh hưởng không tốt cho cả người trong xe và môi trường bên ngoài xe

Tác hại của tiếng ồn

+ Đối với cơ quan thính giác và thính lực

Khi chịu tác dụng của tiếng ồn lặp lại nhiều lần, thính giác và thính lực không còn khả năng phục hồi hoàn toàn về trạng thái bình thường được và sẽ gây ra thoái hóa và dần dần sẽ phát triển thành những biến đổi có tính chất bệnh lý gây về cơ quan thính giác (gây ra bệnh điếc nghề nghiệp) và thính lực (không có cảm giác về mùi vị)

+ Đối với hệ thần kinh trung ương

Tiếng ồn cường độ trung bình và cao gây kích thích mạnh đến hệ thần kinh trung ương gây đau đầu, chóng mặt, cảm giác sợ hãi, hay bực tức, trạng thái tâm thần không

ổn định, trí nhớ giảm sút

+ Đối với hệ thống chức năng khác của cơ thể

Ảnh hưởng xấu đến hệ thống tim mạch, gây rối loạn nhịp tim Làm giảm bớt sự tiết dịch vị, ảnh hưởng đến co bóp bình thường của dạ dày Làm cho hệ thống thần kinh

bị căng thẳng liên tục có thể gây ra bệnh cao huyết áp

Tác hại của rung động

Khi cường độ rung động lớn và thời gian tác dụng lâu sẽ gây khó chịu cho cơ thể Những rung động có tần số thấp nhưng biên độ lớn thường gây ra sự lắc xóc cơ thể gây

ra mệt mỏi nhanh chóng và gây ra những tác hại cho sức khỏe con người Rung động lâu ngày gây nên các bệnh đâu xương khớp, làm viêm các hệ thống xương khớp Đối với phụ nữ, nếu làm việc trong điều kiện bị rung động nhiều sẽ gây bệnh dẫn đến tình trạng vô sinh.

Chia tác hại của tiếng ồn làm 4 mức độ:

Độ 1: Nguy hiểm, mất khả năng giao tiếp, điếc vĩnh viễn

Độ 2: Gây rối loạn chức năng và gây bệnh (stress, điếc có thể hồi phục)

Độ 3: ảnh hưởng đến khả năng lao động (stress, giảm kỹ năng thao tác và giao tiếp, mất ngủ)

Độ 4: ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống (mất sự yên tĩnh cá nhân, cản trở sự giao tiếp, giảm thính lực)