Báo-cáo-TH-TN-ô-tô-MCT-đã-FIX-các-con-số

Báo cáo TH TN ô tô giúp ta hiểu rõ về hiệu suất tiêu hao nhiên liệu các thành phần khí thải hiểu được hiêu suất kinh tế các tính năng và cách đo các thành phần đó với trang thiết bị hiện đại cùng sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy chúng em đã cũng như các thiết bị đo

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, việc trang bị những kiến thức thựchành thí nghiệm là hết sức cần thiết, đặc biệt là việc thí nghiệm kiểm chứng trongngành ô tô Từ đó có thể biết được khả năng làm việc của ô tô, thông qua kết quả thínghiệm có được có thể đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng kinh tế, kỹ thuật

và có thể hạn chế các yếu tố ảnh hưởng đó Điều đó giúp một kỹ sư trong tương lai dêdàng tiếp cận với các công nghệ mới

Để đáp ứng được điều đó, sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí được trang bị học

phần “Thực hành thí nghiệm ô tô và máy công trình” Từ các kiến thức đã học

được, sinh viên có thể đưa ra cơ sở lý thuyết để xây dựng các phương án tiến hành thínghiệm nhằm đạt được kết quả cần đánh giá, đồng thời biết tiếp cận và sử dụng hiệuquả các công cụ, trang thiết bị thí nghiệm để xử lý kết quả thí nghiệm có được để rút ranhận xét và kết luận cho phương án đã chọn và đối tượng cần kiểm nghiệm Trong họcphần này, sinh viên được thực hành đo đặc tính lực cản chuyển động của xe trên đườngbằng phương pháp lăn trơn và đo lực phanh ôtô trên băng thử

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy chúng em đã hoàn thành bài thí nghiệm và

bài báo cáo đúng thời gian quy định, chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy Phùng Minh Nguyên đã hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình cho chúng em trong học phần

“Thực hành thí nghiệm ô tô và máy công trình”, giúp chúng em tích lũy thêm đượcnhững kiến thức mới trong những giờ học lý thuyết và cũng cố kiến thức trong nhữnggiờ thực hành

Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Phùng Minh Nguyên, nhóm em đã cố

gắng hoàn thành báo cáo thực hành tốt nhất có thể Trong qua trình thực hành và đođạc sẽ còn nhiều kiến thức chưa hiểu hết do đó không tránh khỏi những thiếu xót, kínhmong nhận được sự hướng dẫn thêm của Thầy

Đà Nẵng, ngày 06 tháng 06 năm 2020

Nhóm sinh viên thực hiện

Nhóm 2

Phần 1 ĐO LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA Ô TÔ

1.1 Giới thiệu chung

Bài thí nghiệm về lực cản lăn là hết sức cần thiết để trang bị cho sinh viên thêmnhững kiến thức thực tế Qua đó có thể đánh giá và nhìn nhận cụ thể hơn về các yếu tốảnh hưởng tốc độ của ô tô Từ đó loại trừ những yếu tố ảnh hưởng để sử dụng ô tô vớihiệu suất cao hơn

Có 3 phương pháp đế đo lực cản chuyển động của xe trên đường bằng phươngpháp lăn trơn:

Cách 1: Sử dụng định vị GPS

Cách 2: Dùng cổng chẩn đoán OBD II để xuất dữ liệu

Cách 3: Ngồi trên xe và đo sự thay đổi của vận tốc theo thời gian.Trong bài thi nghiệm này ta áp dụng phương pháp thứ ba vì phương pháp nàyđơn giản, chuẩn bị không nhiều.Để tiến hành được bài thí nghiệm ta cần chuẩn bị mộtđiện thoại để bấn giờ và ghi lại thời gian; một xe ô tô thí nghiệm

1.2 Cơ sở lý thyết về sự hình thành lực cản

Hình 1.1- Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi chuyển động trên đường

Trong đó:

- V : Vận tốc chuyển động của ô tô

- G : Trọng lượng toàn bộ của ô tô

- Ff1 : Lực cản lăn ở bánh xe bị động

- Ff2 : Lực cản lăn ở bánh xe chủ động

- Fω : Lực cản không khí.

- Fj : Lực quán tính của ô tô khi chuyển động

- Z1, Z2 : Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầutrước và cầu sau

- Mf1, Mf2 : Mô men cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động

- a,b : Khoảng cách từ trọng tâm của ô tô tới tâm bánh xe trước và sau của ô tô

- L : Chiều dài cơ sở của xe

Khi ô tô đang chuyển động với một vận tốc ban đầu, nếu ta cắt ly hợp thì ô tôchịu tác dụng của các lực:

- Lực cản lăn;

- Lực cản không khí;

- Lực quán tính của ô tô;

Ta có phương trình chuyển động của ô tô là:

Trong đó:

Fk – lực kéo tiếp tuyến sinh ra tại bánh xe chủ động

Fd – lực cản lên dốc

Fk – lực bám của bánh xe với mặt đường

Ff = Ff1 + Ff2 – Lực cản lăn sinh ra ở các bánh xe cầu chủ động và bị động.Giả sử hệ số cản lăn trên bánh xe trước và sau là bằng nhau:

f0 – Hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe,

f – Hệ số cản lăn của đường:

32 2800

V

f  

(1.5)

v – Tốc độ chuyển động của ô tô tính theo [m/s]

α – Độ dốc của mặt đường

Fω, Fj – Lực cản không khí và lực quán tính do chuyển động tịnh tiến của ô tô(bỏ qua lực quán tính do chuyển động quay của các chi tiết)

Trong đó:

K – Hệ số cản không khí, nó phụ thuộc vào dạng ô tô và chất lượng bề mặt của

nó, phụ thuộc vào mật độ không khí, [Ns2/m4] Chọn K = 0,4 [Ns2/m4]

A – Diện tích cản chính diện của ô tô máy kéo, nghĩa là diện tích hình chiếu của

ô tô máy kéo trên mặt phẳng vuông góc với trục dọc của chúng, [m2]



(1.7)Trong đó:

G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô, [N]

dv

j

dt



t – Gia tốc tịnh tiến của ô tô, [m/s2]

t – hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

Theo [2] t được xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

2

1.05 0.05

Theo [1] t nằm trong khoảng (1-1,05)

Xét trường hợp xe chuyển động trên đường ngang (α=0) và lúc này xe chuyểnđộng chậm dần nên lúc này ta có phương trình chuyển động của ô tô như sau:

Phương trình cân bằng khi xe lăn trơn (cắt nhiên liệu, cắt ly hợp) từ đó Fk = 0, ta

có phương trình:

2 t

G dv G.(f f v f v ) K.A.v

F1 = f1G hệ số lực cản lăn phụ thuộc bậc nhất với tốc độ.

F2 = K.AG f 2 hệ số lực cản lăn phụ thuộc bậc hai theo tốc độ. (1.19)

2

G dv F F v F v

Xây dựng các phương án tiến hành thí nghiệm

Để đo biến thiên tốc độ theo thời gian khi cho xe lăn trơn ta có thể sử dụng baphương pháp sau:

- Cách 1: sử dụng định vị GPS, đối với các xe hiện đại đã có định vị GPS hoặcphải sử dụng thêm định vị ở trên xe, khi đó ta tăng tốc cho đến Vmax rồi xem sựbiến thiên của tốc độ theo thời gian

- Cách 2: đo biến thiên tốc độ theo thời gian thông qua đồng hồ hiện tốc độ trên

xe và đồng hồ thời gian (điện thoại) Khi tiến hành thí nghiệm tất cả đều ngồitrên xe, điều khiển cho xe tăng tốc lên vượt quá Vmax rồi bắt đầu cho xe lăntrơn, khi đó ta quay màn hình kim vận tốc lại để tách số liệu biến thiên tốc độtheo thời gian

- Cách 3: xuất dữ liệu từ cổng chẩn đoán OBD II, ghi lại diên biến tốc độ theothời gian qua điện thoại smartphone

Chọn phương pháp để tiến hành thí nghiệm:

Đối với 3 phương pháp đo trên đều có ưu nhược điểm riêng, tuy nhiên đối vớiphương pháp một và ba thì đòi hỏi trang bị dụng cụ thí nghiệm hiện đại hơn, ngườilàm thí nghiệm phải có trình độ về GPS và OBD II Nên để đơn giản và dê tiến hành

thí nghiệm ta chọn phương pháp thứ 2 – cho xe lăn trơn trên đương bằng nằm ngang để tiến hành làm thí nghiệm.

1.3 Mô tả phương pháp và trình tự đo

Trên cơ sở phương pháp đo được lựa chọn là “phương pháp cho xe lăn trơn trênđường”, chúng ta có trình tự đo được mô tả như sau:

1.3.1 Chuẩn bị thiết bị thí nghiệm

1.3.1.1 Chuẩn bị xe thử nghiệm

Đối với xe thử nghiệm chúng ta có thể chọn bất cứ xe nào để làm thí nghiệm,tuy nhiên tại trung tâm thí nghiệm ô tô và máy công trình đã có trang bị ô tô du lịch

Mercedes Benz MB140, rất thuận tiện cho sinh viên làm thí nghiệm

Để kết quả thí nghiệm được chính xác thì xe thử nghiệm phải đạt một số yêu cầu sau:

+ Áp suất lốp phải đạt chuẩn và áp suất các lốp phải bằng nhau

+ Độ mòn của lốp nhỏ và mòn đều ở các lốp

+ Tiến hành kiểm tra sơ bộ hư hỏng của xe trước khi thủ nghiệm

Bảng 1.1 Một số thông số của ô tô Mercedes Benz MB140

Thông số kích thước xe

Chiều dài tổng thể (mm) 5340Chiều rộng tổng thể (mm) 1855

Chiều cao tổng thể (mm) 2105

Khoảng cách 2 bánh trước (mm) 1520

Khoảng cách 2 bánh sau (mm) 1530

Trọng lượng

Trọng lượng không tải (kg) 2060

Trọng lượng toàn tải (kg) 3100

Thông số kỹ thuật động cơ

Bố trí trục cam/van 2 trục cam trên nắp máy /16 van

Đường kính/hành trình piston 90,9/88,4

Tỷ số nén 8,8:1

Công suất cực đại 90 kW tại 5500 vg/ph

Momen xoắn cực đại 188 Nm tại 3000 vg/ph

Thông số kỹ thuật hộp số

Cầu chủ động Dẫn động cầu trước

1.3.1.2 Chuẩn bị thiết đi đo thời gian

Để đo thời gian khi làm thí nghiệm, mà yêu cầu phải ghi lại được nhiều điểm đonên ta sử dụng điện thoại smartphone Ta có thể quay lại quá trình giảm tốc độ trênđồng hồ tốc độ để tách số liệu sau, hoặc có thể đọc và ghi chép luôn tại khi đo

1.3.1.3 Chuẩn bị bãi thử nghiệm

Từ công thức (1.11) ta có thể thấy được các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khi

xe chuyển động và để tiến hành thí nghiệm ta cần loại bỏ các yếu tố đó để kết quả thínghiệm được chính xác

+ Bãi xe đủ dài (tối thiểu 3km) để đảm bảo quá trình tăng tốc lên đến tốc độ Vmax

và để xe lăn trơn hết hành trình

+ Chất lượng mặt đường thí nghiệm phải bằng phẳng, không có nhấp nhô vàkhông có lên dốc xuống dốc để không ảnh hưởng đến quá trình đo

+ Vị trí của bãi thử là nơi ít gió để hạn chế lực cản không khí

+ Bãi thử là nơi ít có người qua lại và các phương tiện cùng tham gian trênđường, yếu tố này rất cần thiết vì có thể ta phải tiến hành thí nghiệm nhiều lầnkhi đang thí nghiệm phải dùng phanh và lách để tránh các phương tiện khác.Đối với điều kiện thí nghiệm của chúng ta, để đáp ứng các yêu cầu của bải thửtrên ta chọn tuyến đường Nguyên Tất Thành để làm thí nghiệm

1.3.2 Trình tự tiến hành thí nghiệm

- Tất cả sinh viên làm thí nghiệm sẽ tập trung ở trung tâm thí nghiệm ô tô và máycông trình, kiểm tra xe thử nghiệm lần cuối cùng trước khi ra đường thử, sau đó

di chuyển ra đường thử Nguyên Tất Thành bằng ô tô

- Xe ở vị trí đầu đường thử và các thiết bị đã chuẩn bị để bắt đầu thử

- Tăng tốc xe vượt quá 60 km/h, giữ nguyên vận tốc đó cho xe chạy ổn định sau

đó tiến hành trả về số N để bắt đầu đo Khi kim chỉ tốc độ về đến 60 km/h thì

bắt đầu bấm thời gian, vận tốc cứ giảm thêm 5km ta lại bấm thời gian 1 lần Cứnhư thế cho đến khi vận tốc còn lại 20km/h thì kết thúc đo, ghi toàn bộ kết quả

đo vào bảng số liệu

- Tiến hành 4 lần đo như thế để có được kết quả ít sai số nhất

- Kết thúc thí nghiệm, di chuyển về lại trung tâm thí nghiệm

- Xử lý kết quả xây dựng đồ thị và xác định các lực cản, kết luận và đánh giá kếtquả đo

Bảng 1.2 - Kết quả đo diễn biến tốc độ lăn trơn V[km/h] theo thời gian t [s]

STT

Vận tốc Vtrước

[km/h]

Vận tốc Vsau [km/h]

Vận tốc v [km/h]

Lần 1 (Δt1)

Lần 2 (Δt2)

Lần 3 (Δt3)

Lần 4 (Δt4)

TB (Δtb)

Đồ thị biểu diễn vận tốc V [m/s] theo thời gian t [s]

Hình 1.2- Đồ thị biểu diễn vận tốc V [m/s] theo thời gian t [m/s]

Bằng công cụ Add Trendline của Excel ta xuất được hàm xấp xỉ V = f(t) và theo kinh

nghiệm ta chỉ lấy đến bậc 3 của hàm

Lần lượt thay các giá trị thời gian ti ứng với các điểm đo ở Bảng 1.3, ta có giá trị đạo hàm tốc độ theo thời gian tương ứng được cho ở Bảng 1.4 như sau:

Bảng 1.4: Kết quả tính đạo hàm tốc độ theo thời gian

+ m - là khối lượng xe và người trên xe khi tiến hành thí nghiệm [kg],

Với xe đã chọn, khi đo gồm 16 người ngồi trên xe, khối lượng trung bìnhmỗi người là 60 [kg], theo đề cho tải trọng xe khi thí nghiệm là m = 3100[kg],

+ δ i - là hệ số xét đến ảnh hưởng của khối lượng chuyển động quay trong hệthống truyền lực đến lực quá tính Fj , khi xe lăn trơn có thể lấy và với tốc độnhỏ δi = 1,05

Theo nguyên lý xe lăn trơn, lực quán tính chuyển động chậm dần Fj chính bằnglực cản chuyển động cơ bản của xe, kí hiệu Fc (bao gồm lực cản lăn và lực cản không

k - là hệ số cản không khí [Ns2/m4],

A - là diện tích cản chính diện của xe [m2],

Từ đó suy ra được lực cản Fc với thời gian t (s) ta đã đo được ở trên:

Fc = – j.ma.i = – ( – 0,1639 + 8.10-5.t +9.10-6.t2 ).3100.1,05 [N] (1.25)

Với thời gian t [s] ta có vận tốc v [m/s], ứng với mỗi vận tốc đo được ta có Fc [N],

Ta có bảng thể hiện mối quan hệ giữa vân tốc và lực cản Fc = f(v):

12,50 24.115 -0.156737 510.178

94

11,11 33.593 -0.151056 491.688

95

9,72 43.193 -0.143654 467.594

76

8,33 52.998 -0.134382 437.412

17

6,94 63.335 -0.122731 399.490

48

5,56 76.665 -0.104869 341.348

9

Từ bảng số liệu trên ta có biểu đồ lực cản theo tốc độ xe như sau:

4 6 8 10 12 14 16 0

100 200 300 400 500

600

f(x) = - 1.91x^2 + 58.43x + 80.28 R² = 1

Bằng công cụ Add Trendline của Excel người ta lấy được hàm xấp xỉ bậc haicủa Fc theo V:

1500 1500

f V

1500

f

f 

với f0 0,01 0,025� nên f2 xấp xỉ bằng 0Theo (1.8) ta có:

F f G



;

2 2

F K A f

 Mặt đường không tốt, đang xuống dốc với độ dốc nhỏ

 Đo trong điều kiện chiều chuyển động của ôtô ngược chiều với gió biển đangthổi mạnh

Như vậy: Lực cản tỷ lệ thuận với tốc độ ô tô theo hàm: f(v)  f0  f1 v  f2 v2

0.009296

0.010434

Ta thấy rằng hệ số cản lăn f0 lớn hơn lý thuyết chứng tỏ rằng chúng ta thínghiệm trên đường nhựa chưa tốt và có một số yếu tố làm cho hệ số cản lăn lớn đó là:

xe chạy trên đường có nhấp nhô và gió thổi ngược

Với hệ số cản không khí K lớn, vì chính lúc thí nghiệm ta chạy ngược chiều vớihướng gió (thí nghiệm trên đường Nguyên Tất Thành nên có gió biển lớn hơn giótrong đường thường) làm cho hệ số cản không khí cao

Qua thí nghiệm này ta thấy rằng hệ số cản lăn không phải là hằng số phụ thuộcvào tốc độ, Tùy theo kiểu lốp xe, chất lượng mặt đường mà thực nghiệm cho thấy rằng

có khi hệ số cản lăn phụ thuộc bậc hai của tốc độ, có khi phụ thuộc vào bậc nhất theotốc độ

Nếu f1≈0 suy ra:

f = f0 + f2

Tương tự với công thức khi xe chuyển động với tốc độ theo thực nghiệm:

2

0 11500

Khi xấp xỉ hàm nếu làm tròn đến 4 chữ số thì ta được kết quả trên, nhưng khilàm tròn đến 10 chữ số thì kết quả sẽ chính xác hơn và khi đó F2 sẽ tăng lên, do đóphương pháp xử lý kết quả cũng ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng do những sai số

Kết luận:

Kết quả thí nghiệm được có sai số nhiều so với lý thuyết, bởi vì có rất nhiều yếu

tố thực tế nghí nghiệm và phương pháp xử lý số liệu ảnh hưởng đến kết quả đo

Lực cản tổng cộng của ô tô trên đường phụ thuộc vào các lực cản chuyển độngcủa ô tô, Tất cả các yếu tó ảnh hưởng đến các lực cản chuyển động của ô tô sẽ ảnhhưởng đến lực cản tổng cộng của ô tô

Vận tốc ô tô càng lớn thì lực cản càng lớn do hệ số cản khí động tăng

Thực tế thì các hệ số luôn tồn tại dao động xung quanh các giá trị lí thuyết, bởi

vì thí nghiệm thực tế luôn tồn tại các biến động nhỏ tác động đến quá trình thí nghiệm

Qua bài thí nghiệm chúng ta cũng hiểu rõ hơn về các công cản mà chúng ta đãđược học và các bước tiến hành làm thí nghiệm cũng như cách xử lí số liệu.

Lực cản lăn ảnh hưởng rất lớn với đến sự chuyển động của ô tô, nếu quá lớn sẽlàm tiêu hao công suất của động cơ nên xu hướng thiết kế ôtô lúc nào cũng yêu cầu lựccản là nhỏ nhất để có thể tận dụng tối đa công suất động cơ

Lực cản lăn còn phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như bề mặt đường, loại lốp,tải trọng, tốc độ chuyển động của xe

Phần 2 ĐO CÁC CHỈ TIÊU PHANH CỦA Ô TÔ

2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Mục đích

Đo lực phanh của các bánh trên cùng một cầu để từ đó có thể nhận xét về sự sailệch lực phanh giữa các bánh Từ đó có cơ sở cho việc điều chỉnh vì rằng nếu lựcphanh hai bên mất cân bằng lớn sẽ gây cho xe dê bị không ổn định, quay đầu xe khiphanh

2.1.2 Yêu cầu

- Biết được các thiết bị thí nghiệm và phần mềm ứng dụng để thí nghiệm

- Nẵm vững quy trình thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm an toàn, chính xác

- Nắm vững cơ sở lý thuyết để áp dụng vào phân tích, tính toán và đánh giá kếtquả thí nghiệm

- Kết quả đạt được là phải xác đinh được lực phanh ở mỗi bánh xe và độ sai lệnhlực phanh giữa hai bánh xe

2.2 Giới thiệu về hệ thống băng thử phanh

Hiện Trung tâm AVL, khu thực hành khoa Cơ khí Giao thông được trang bị mộtbăng thử phanh hiện đại, đáp ứng yêu cầu bài thí nghiệm Băng thử này đo lực phanhbánh xe theo các bước sau:

Để đo lục phanh và đánh giá hiệu quả phanh của ô tô trên băng thử Brake tester chassis dynamometer Kết quả được xử lý bằng phần mềm Picaro II cho từng

loại ô tô theo tiêu chuẩn quốc tế cũng như tiêu chuẩn của Việt Nam

Cho xe tiến thẳng vào bệ thử, các bánh xe chạm vào bệ thử các bánh xe nằmgiữa 2 con lăn ma sát (ru lô chủ động) và đè lên con lăn trơn (ru lô bị động)

Khi bánh xe đã ổn định trên bệ thử, do bộ con lăn được đặt trên 4 cảm biến cântrọng lượng mỗi bên Nên lúc này, trọng lượng xe làm các cảm biến số bị uốn conglàm thay đổi điện trở của cảm biến Sự thay đổi này được báo về tủ điều khiển hayECU và chuyển thành tiến hiệu trọng lượng thật hiện thị bảng táp lô

Chế độ thử: người điều hành bật công tắc điều khiển, động cơ điện khởi độngkéo con lăn ma sát quay ngược chiều với bánh xe cần đo Nhằm giảm tải của lưới điện,

2 động cơ điện sẽ lần lượt khởi động nhờ rơ le thời gian

Roto của động cơ điện quay, thông qua hộp giảm tốc và qua bộ truyền xích sốgiữa trục thứ cấp của động cơ và con lăn chủ động, các con lăn ma sát chuyển độngquay, cùng tốc độ của nhau và đồng thời con lăn trơn quay theo.

Khi có dấu hiệu của người điều khiển lái xe đạp phanh, do ma sát giữa con lăn

và bánh xe, bánh xe cản chuyển động quay của con lăn Sự chuyển động chậm lại nàytrực tiếp tác động lên động cơ điện

Do động cơ điện và hộp giảm tốc có thể quay quanh trục của nó Nên lúc này

nó sẽ dịch chuyển một góc nào đó, hộp giảm tốc được bắt chặt với cảm biến lực nên

nó kéo cảm biến đo lực dịch chuyển theo Một phần đầu cảm biến bị ngàm chặt vàokhung, do đó cảm biến bị cong gây nên thay đổi điển trở Sự thay đổi này được bộECU điều khiển và hiển thị lên táp lô, từ đó tính toán ra lực phanh và độ lệch phanhgiữa 2 bánh xe

Cảm biến số dùng để nhận biết khi xe đã vào bệ thử và bộ cảm biến an toàn khi

xe vào thì con lăn quay trơn cùng quay theo để đo tốc độ xe khi xe đừng lại cảm biếnnhận biết và ngắt dòng động cơ điện gọi là cơ cấu an toàn

Hình 2.1- Màn hình hiển thị số