Nghiên cứu khả năng truyền lực kéo tại các bánh xe chủ động của ô tô

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTTL Hệ thống truyên lực Nemax công suất cực đại của động cơ Ne công suất truyền từ động cơ vào HTTL Nk công suất tới được bánh xe chủ động là N c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

Chương 1: TỔNG QUAN 8

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực 9

1.1.1 Vai trò của hệ thống truyền lực trên ô tô 9

1.1.2 Chức năng của hệ thống truyền lực 11

1.1.3 Các bộ phận chính trong hệ thống truyền lực 12

1.2 Hiệu suất hệ thống truyền lực 16

1.2.1 Tổn hao công suất trong hệ thống truyền lực 16

1.2.2 Các thành phần hiệu suất 19

1.2.3 Hiệu suất của hệ thống truyền lực 20

1.3 Hiệu suất truyền lực kéo 21

1.3.1 Lực kéo và công suất hữu ích 21

1.3.2 Hiệu suất truyền lực kéo 23

1.4 Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu và nội dung của luận văn 24

1.4.1 Mục tiêu 24

1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 25

1.4.3 Nội dung nghiên cứu 25

Chương 2: QUAN HỆ GIỮA LỰC KÉO VÀ ĐỘ TRƯỢT 27

2.1 Quan hệ giữa lực kéo và sự trượt của bánh xe chủ động 27

2.1.1 Hiện tượng trượt tại vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường 27

2.1.2 Quan hệ lực kéo – độ trượt theo mô hình đơn giản hóa 32

2.2 Hệ số truyền lực 35

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất truyền lực kéo 38

2.4 Các Mô hình lốp 43

2.4.1 Mô hình lốp Pacejca (magic formula) 43

2.4.2 Mô hình lốp Burchkhardt 44

Chương 3: TÍNH TOÁN LỰC KÉO TẠI CÁC BÁNH XE CHỦ ĐỘNG 46 3.1 Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số truyền lực– hệ số trượt 46

3.1.1 Mối quan hệ giữa hệ số truyền lực– hệ số trượt theo mô hình lốp Pacejca 46

3.1.3 Mối quan hệ giữa hệ số truyền lực– hệ số trượt theo mô hình lốp Burchkhardt 49

3.1.4 So sánh mô hình Burchkhardt và mô hình Pacejca 50

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số tới hệ số truyền lực kéo 50

3.2.1 Ảnh hưởng của vận tốc tới hệ số truyền lực kéo 50

3.2.2 Ảnh hưởng của tải trọng tới hệ số truyền lực kéo 51

3.3 Tính toán lực kéo trên các bánh xe chủ động 53

3.3.1 Lực kéo trên các bánh xe chủ động xe Toyota Altis 2018 53

3.3.2 Lực kéo trên các bánh xe chủ động xe ISUZU 3T5 EURO 4 NPR85KE4 55

3.3.3 Lực kéo trên các bánh xe chủ động xe Hyundai Solati 2019 57

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác!

Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2019

Tác giả

Phạm Hải Anh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Đặc tính kéo lý tưởng của ô tô và khả năng đáp ứng của động cơ đốt

trong 9

Hình 1 2 Vùng làm việc của ô tô với hệ thống truyền lực cơ khí có 4 cấp 11

Hình 1 3 ly hợp cơ khí 13

Hình 1 4 cấu tạo biến mô hộp số tự động 14

Hình 1 5 cấu tạo hộp số cơ khí 14

Hình 1 6 cấu tạo bộ các đăng trên ô tô 15

Hình 1 7 cầu chủ động trên ô tô 16

Hình 1 8 tổn hao công suất trong HTTL 16

Hình 1 9 Quan hệ giữa các hiệu suất truyền lực với lực kéo hữu ích 24

Hình 2 1 Tương tác lốp – mặt đường 27

Hình 2 2 Quan hệ lực kéo-độ trượt 28

Hình 2 3 Áp suất tại vết tiếp xúc của lốp trong trường hợp 36

Hình 2 4 a) Tâm quay tức thời và vận tốc trượt của bánh xe bị phanh; b) Tâm quay tức thời trong các trường hợp: bánh xe lăn trơn C, bánh xe bị phanh C’ và bánh xe truyền lực kéo C” 36

Hình 2 5 Ảnh hưởng của tải trọng đến hệ số x Lốp 150 15, áp suất 170 kPa, V = 100 km/h.Hình 2.17 a) Diện tích trượt ở các hệ số trượt khác nhau; b) Đồ thị quan hệ 37

Hình 2 6 Biến thiên của hệ số phân bố lực kéo hữu ích theo hệ số vận tốc lý thuyết của xe hai cầu chủ động 38

Hình 2 7 Biến thiên của hiệu suất trượt theo tỷ số 39

Hình 2 8 Đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa hiệu suất trượt, lực kéo và hệ số vận tốc lý thuyết của máy kéo hai cầu chủ động đo khi hoạt động trên nền đất 40

Hình 2 9 Đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa hiệu suất trượt, lực kéo và

hệ số vận tốc lý thuyết của máy kéo hai cầu chủ động đo khi hoạt động trên nền đất 40 Hình 2 10 đồ thị thực nghiệm quan hệ giữa hiệu suất truyền lực với lực kéo

tổng và hệ số vận tốc lý thuyết 41 Hình 2 11 Đồ thị thực nghiệm quan hệ giữa hiệu suất truyền lực 42 Hình 2 12 Đồ thị thực nghiệm quan hệ giữa hiệu suất sử dụng nghiên liệu với

lực kéo tổng và hệ số vận tốc lý thuyết của xe bốn bánh chủ động 42 Hình 3 1 đồ thị quan hệ giữa hệ số truyền lực và hệ số trượt trên đường nhựa

khô theo mô hình Pacejca 46 Hình 3 2 đồ thị quan hệ giữa hệ số truyền lực và hệ số trượt trên đường nhựa

ướt theo mô hình Pacejca 47 Hình 3 3 đồ thị quan hệ giữa hệ số truyền lực và hệ số trượt trên đường phủ

tuyết theo mô hình Pacejca 48 Hình 3 4 đồ thị quan hệ giữa hệ số truyền lực và hệ số trượt trên một số loại

đường theo mô hình Pacejca 48 Hình 3 5 đồ thị quan hệ giữa hệ số truyền lực và hệ số trượt trên một số loại

đường theo mô hình Burchkhardt 49 Hình 3 6 quan hệ số giữa hệ số truyền lực và hệ số trượt tính theo các công

thức của Burchkhardt và Pacejca 50 Hình 3 7 đồ thị ảnh hưởng của vân tốc với hệ số truyền lực trên đường nhựa

khô theo mô hình Burchkhardt 51 Hình 3 8 đồ thị ảnh hưởng của tải trọng với hệ số truyền lực trên đường nhựa

khô theo mô hình Burchkhardt 52 Hình 3 9 đồ thị quan hệ giữa hệ số truyền lực và hệ số trượt trên một số loại

đường đối với xe Altis 2.0V CVT-i 54 Hình 3 10 đồ thị quan hệ giữa lực dọc và hệ số trượt trên một số loại đường

đối với xe ISUZU 3T5 EURO 4 NPR85KE4 3.5 TẤN 56 Hình 3 11 đồ thị quan hệ giữa lực dọc và hệ số trượt trên một số loại đường

đối với xe Hyundai Solati 2019 58

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HTTL Hệ thống truyên lực

Nemax công suất cực đại của động cơ

Ne công suất truyền từ động cơ vào HTTL

Nk công suất tới được bánh xe chủ động là

N công suất bị mất khi truyền qua HTTL

hiệu suất cơ khí hiệu suất HTTL

Me mô men của động cơ

rk bán kính của bánh xe

tỷ số truyền hiệu suất trượt

hiệu suất đặc trưng cho tổn hao do công suất ký sinh

Fd phần lực kéo còn dư sau khi đã khắc phục tổng lực cản

F lực kéo được truyền tới các bánh xe chủ động ở tay số đang xét

r e bán kính lăn hiệu dụng của bánh xe

kt độ cứng tiếp tuyến của ta lông lốp

F x lực dọc (phanh hoặc kéo)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Các hệ số trong công thức Pacejka 44 Bảng 2 2 Hệ số thực nghiệm trong mô hình Burchkhardt 45

Bảng 3 1 Bảng thông số kỹ thuật dành cho xe Toyota Altis 2018 53

Bảng 3 2 Bảng thông số kỹ thuật dành cho xe ISUZU 3T5 EURO 4

NPR85KE4 55 Bảng 3 3 Bảng thông số kỹ thuật dành cho xe Hyundai Solati 57

LỜI MỞ ĐẦU

Đối với một chiếc xe ô tô, hệ thống truyền lực là một trong những bộ phận phức tạp và rắc rối nhất trên xe Hệ thống truyền lực đóng một vai trò thiết yếu trong việc truyền tải công suất do động cơ sinh ra đến các bánh xe chủ động giúp cho xe có thể chuyển động được Nhưng khi công suất truyền tới các bánh nó vẫn bị thất thoát do hiện tượng trượt của các bánh xe với mặt đường Vì vậy một vấn đề quan trọng và cấp thiết hiện nay được đặt ra là nghiên cứu hiện tượng trượt của các bánh xe với mặt đường nhằm cải thiện và nâng cao khả năng truyền công suất của hệ thống truyền lực, từ đó đưa ra các giải pháp điều khiển đề giảm tổn hao công suất của hệ thống và tăng tính an toàn khi xe chạy trên đường

Hiện tượng trượt của các bánh xe chủ động ôtô trên thực tế không những phụ thuộc vào kết cấu của lốp ôtô mà còn phụ thuộc vào điều kiện đường xá Trong quá trình ô tô chuyển động,trên mỗi điều kiện mặt đường khác nhau thì

sự trượt của các bánh xe chủ động của ô tô cũng khác nhau

Trên cơ sở xuất phát từ nhu cầu đó hướng nghiên cứu của đề tài là: Nghiên cứu khả năng truyền lực kéo tại các bánh xe chủ động của ô tô Đây là

nghiên cứu lý thuyết ph hợp với điều kiện còn nhiều thiếu thốn về cơ sở vật chất, trang thiết bị về thí nghiệm như hiện nay của iệt Nam

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực

1.1.1 Vai trò của hệ thống truyền lực trên ô tô

Hệ thống truyền lực (HTTL) trên ô tô đóng vai trò của bộ phận kết nối động cơ với các bánh xe chủ động, giúp cho xe có thể chuyển động trên các loại đường xá theo điều kiện sử dụng cụ thể

Về bản chất, hệ thống truyền lực là hệ thống truyền công suất của động

cơ tới các bánh xe chủ động Nếu gọi hiệu suất của HTTL là T thì mối quan

hệ giữa công suất cực đại của động cơ Nemax với lực kéo tại các bánh xe chủ động Pk và vận tốc chuyển động của ô tô V được viết như sau:

max

e T k

Hình 1 1 Đặc tính kéo lý tưởng của ô tô và khả năng đáp ứng

Trên thực tế, phạm vi hoạt động của ô tô rất rộng, nên lực kéo tại bánh

xe và vận tốc chuyển động phải phải có khả năng thay đổi để đáp ứng các điều kiện chuyển động cụ thể Với đặc tính kéo như trên hình 1.1 thì v ng làm việc khả dĩ của ô tô nằm bên dưới đường đặc tính lý tưởng và đường giới hạn khả năng bám

Tuy nhiên, động cơ sử dụng trên ô tô hiện nay chủ yếu vẫn là động cơ đốt trong, tồn tại dưới hai dạng là động cơ xăng và động cơ diesel Các loại động cơ này không đáp ứng được vùng làm việc mong muốn theo đặc tính lý tưởng, mà nó chỉ có thể cung cấp lực kéo trong phạm vi giới hạn của đặc tính làm việc của nó (vùng trắng trên hình 1.1)

Như vậy, không thể kết nối trực tiếp động cơ với các bánh xe chủ động của ô tô mà cần có bộ phận truyền và biến đổi các thông số của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện chuyển động thực tế Bộ phận này chính là hệ thống truyền lực của ô tô Để làm được điều này, hệ thống truyền lực được thiết kế như một bộ biến đổi mô men với hệ số biến đổi được gọi là tỷ số truyền Khi đó, lực kéo tại bánh xe được tính như sau:

e T T k

Trong đó Me là mô men của động cơ và rk là bán kính của bánh xe

Hiện nay, hệ thống truyền lực của ô tô biến đổi mô men theo hai cách sau:

- Biến đổi theo cấp: hệ thồng truyền lực có số tỷ số truyền xác định, mỗi

tỷ số truyền tương ứng với một cấp số;

- Biến đổi vô cấp: tỷ số truyền của hệ thống truyền lực thay đổi một cách liên tục trong vùng biến thiên của nó (giữa imax và imin)

Đối với HTTL có cấp, mỗi tỷ số truyền tương ứng với một đường đặc tính kéo Chẳng hạn, trên hình 1.2 thể hiện đặc tính kéo của ô tô có trang bị hệ thống truyền lực cơ khí 4 cấp cùng với các đường lực cản chuyển động và

đường mô tả giới hạn bám giữa bánh xe và đường Vùng làm việc của ô tô chính là vùng trắng trên đồ thị

Có thể nhận thấy rằng, hệ thống truyền lực có cấp chỉ có thể tạo được vùng làm việc theo đúng đặc tính kéo lý tưởng nếu nó có vô số cấp Trên thực

tế điều này không thể thực hiện được Vì vậy, tùy theo mục đích sử dụng và điều kiện làm việc của từng loại ô tô người ta lựa chọn số cấp số của hệ thống truyền lực sao cho phù hợp

HTTL vô cấp (Continuously ariable Transmission, viết tắt là C T)thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục Nhờ đó, nó có thể cung cấp đường đặc tính tương tự như đặc tính lý tưởng trong vùng biến thiên tỷ số truyền của nó Tuy nhiên, các loại truyền lực vô cấp trên ô tô hiện nay có vùng biến thiên tỷ số truyền tương đối hẹp nên không đáp ứng được trọn vẹn mọi điều kiện chuyển động của ô tô Vì vậy, các bộ truyền vô cấp thường được sử dụng song hành với bộ truyền cơ khí truyền thống Chẳng hạn, biến mô thủy lực luôn được sử dụng cùng với một hộp số cơ khí, còn bộ truyền đai vô cấp thì phải đi c ng với một hộp giảm tốc bánh răng

1.1.2 Chức năng của hệ thống truyền lực

Với vai trò là bộ phận trung chuyển công suất từ động cơ tới các bánh xe chủ động, hệ thống truyền lực phải đảm bảo các chức năng cụ thể dưới đây:

Hình 1 2 Vùng làm việc của ô tô với hệ thống truyền lực

cơ khí có 4 cấp

- Giúp cho ô tô khởi hành từ trạng thái đứng yên, vì động cơ đốt trong chỉ có thể làm việc trong một dải tốc độ nhất định Nó không thể tăng tốc từ vận tốc bằng không Vì vậy, hệ thống truyền lực phải có cơ cấu cho phép ô tô khởi hành từ trạng thái tĩnh

- Tăng mô men của động cơ để tạo được mô men (lực kéo) tại bánh xe

đủ lớn trong những trường hợp cần thiết Động cơ đốt trong thường có mô men xoắn không lớn, nếu được truyền trực tiếp tới bánh xe thì nó không đủ để khắc phục điều kiện cản chuyển động khi xe khởi hành, tăng tốc hoặc chuyển động trên đường xấu, có độ dốc lớn Vì vậy, hệ thống truyền lực phải có chức năng tăng mô men của động cơ Hệ số tăng mô men chính là tỷ số truyền của

hệ thống truyền lực

- Thay đổi tỷ số truyền để có được lực kéo và vận tốc tại bánh xe thay đổi trong dải rộng đáp ứng mọi điều kiện hoạt động ô tô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau Chức năng này khắc phục nhược điểm của động cơ đốt trong là khả năng thích ứng rất hạn chế, nghĩa là v ng thay đổi mô men của nó rất hẹp

- Đảo chiều chuyển động trong hệ thống truyền lực để tạo số l i Động

cơ đốt trong trên ô tô chỉ quay được theo một chiều, nên muốn l i được thì phải có cơ cấu đảo chiều trong hệ thống truyền lực

- Ngắt dòng công suất từ động cơ xuống các bánh xe chủ động để khi dừng xe không cần phải tắt máy Việc khởi động động cơ đốt trong khá phức tạp, nên người ta chỉ tắt nó khi cần thiết Vì vậy, hệ thống truyền lực cần phải

có cơ cấu ngắt dòng công suất từ động cơ xuống các bánh xe chủ động để khi dừng xe không cần phải tắt máy Chức năng này có thể được thực hiện nhờ bộ

ly hợp hoặc số “0” trong hộp số

1.1.3 Các bộ phận chính trong hệ thống truyền lực

Để đảm bảo được các nhiệm vụ nêu trên, HTTL của ô tô bao gồm những

bộ phận chức năng chính như ly hợp, hộp số, truyền động các đăng và cầu chủ động

Ly hợp là bộ phận có nhiệm vụ ngắt và nối đường truyền công suất từ

động cơ tới HTTL và đảm bảo cho ô tô khởi hành một cách êm dịu Hiện nay,

trên các loại ô tô sử dụng chủ yếu ly hợp ma sát cho HTTL cơ khí và ly hợp thủy lực (hoặc biến mô thủy lực) cho hộp số thủy cơ

8- Vỏ ly hợp 9,10,11- đinh tán

Hộp số là bộ phận đảm nhiệm chức năng thay đổi tỷ số truyền trong

HTTL Trong đại đa số trường hợp, hộp số sử dụng trên ô tô hiện nay là hộp

số kiểu bánh răng iệc thay đổi tỷ số truyền được thực hiện bằng cách thay đổi đường truyền qua các bộ truyền bánh răng Đối với HTTL vô cấp thì hộp

số được thay bằng bộ biến đổi mô men (đai, xích, con lăn, thủy lực) có tỷ số truyền thay đổi liên tục

Hình 1 4 cấu tạo biến mô hộp số tự động

Hình 1 5 cấu tạo hộp số cơ khí

Truyền động các đăng đảm bảo việc kết nối trục ra của hộp số với trục

vào cầu chủ động trong trường hợp động cơ đặt xa cầu chủ động và hai trục cần liên kết không đồng trục với nhau Trên ô tô con dẫn động cầu trước với

động cơ đặt ở phía đầu xe thì không có truyền động các đăng do toàn bộ HTTL được bố trí trong cùng một khối

Hình 1 6 cấu tạo bộ các đăng trên ô tô

Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng trong hệ thống, nó truyền mô men

tới các bánh xe chủ động Trong cầu chủ động thường có ba bộ phận: truyền lực chính, vi sai và các bán trục Truyền lực chính về bản chất là bộ phận giảm tốc, có nhiệm vụ tăng tỷ số truyền cho HTTL Bộ vi sai được đặt giữa hai bán trục, nhờ nó mà các bán trục có thể quay với các vận tốc khác nhau khi ô tô quay vòng hoặc chuyển động trên mặt đường gồ ghề Các bán trục có nhiệm vụ truyền mô men tới các bánh xe chủ động

Hình 1 7 cầu chủ động trên ô tô

1.2 Hiệu suất hệ thống truyền lực

1.2.1 Tổn hao công suất trong hệ thống truyền lực

Khi truyền qua HTTL, một phần công suất bị mất đi do nhiều nguyên nhân khác nhau Tổn thất trong hệ thống truyền lực làm giảm công suất truyền tới các bánh xe chủ động

Hiện tượng tổn hao công suất được mô tả ở hình dưới Giả sử công suất truyền từ động cơ vào HTTL là Ne, công suất tới được bánh xe chủ động là

Nk Trong khi truyền qua HTTL một lượng công suất là N bị mất đi do các nguyên nhân khác nhau Ta có phương trình cân bằng công suất như sau:

Hình 1 8 tổn hao công suất trong HTTL

Để đánh giá hiệu quả truyền công suất, người ta sử dụng khái nhiệm hiệu suất của HTTL T:

1

k e T

a) Tổn thất phụ thuộc vào tải trọng (mô men truyền) Loại tổn thất này do ma sát giữa các phần tử trong HTTL gây nên (chủ yếu là ma sát tại các bánh răng), nó thường được tính theo % công suất truyền Ví dụ: tổn thất 3% tương ứng với hiệu suất là 97%

b) Tổn thất do công suất ký sinh, không phụ thuộc vào mô men truyền, xuất hiện do tương tác giữa các phần tử trong HTTL (tổn thất do khuấy dầu, vận chuyển dầu, …)

c) Tổn thất do trượt trong trường hợp sử dụng các bộ truyền có tỷ số truyền thay đổi liên tục (biến mô thủy lực, truyền lực cơ khí vô cấp)

Thông thường người ta coi trọng 2 dạng tổn thất đầu và cuối, còn dạng tổn thất thứ hai được cho là không đáng kể Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cho thấy, trong nhiều trường hợp tổn thất này khá lớn Chẳng hạn, vào

m a đông ở các nước xứ lạnh khi nhiệt độ xuống dưới 0oC, năng lượng tiêu tốn để vận chuyển dầu tăng lên đáng kể Đặc biệt là đối với HTTL có hệ thống điều khiển tự động, lúc này bơm dầu tiêu tốn nhiều công suất hơn bình thường Ngoài ra, trong các HTTL đều sử dụng rộng rãi các ổ lăn Các ổ lăn tham gia vào việc tạo nên 2 loại tổn thất: tổn thất do ma sát và tổn thất do lực cản chuyển động của dòng dầu khi đi qua các chi tiết của ổ bi Lực cản này sẽ lớn lên nhiều khi nhiệt độ thấp, độ nhớt của dầu tăng lên Tuy nhiên, trong điều kiện làm việc bình thường thì tổn thất tại các ổ bi được coi là nhỏ hơn nhiều so với tổn thất tại các bánh răng

Tổn thất do ma sát tập trung chủ yếu ở các vết ăn khớp của các bánh răng và một phần ở các ổ đỡ Loại tổn thất này phụ thuộc vào chế độ tải (mô

men truyền) Khi tải trọng tăng lên thì tổn thất cũng tăng theo Ngày nay, công nghệ chế tạo cơ khí tiên tiến đã hạn chế tối đa loại tổn thất này

Tổn thất do trượt chỉ xuất hiện trong các HTTL có tỷ số truyền thay đổi liên tục (biến mô thủy lực, CVT) Tổn thất này rất lớn đối với các biến mô thủy lực, đặc biệt là khi làm việc với tải trọng (mô men truyền lớn) Đây chính là lý do mà trong nhiều trường hợp biến mô thủy lực chỉ tham gia truyền công suất khi xe khởi hành và làm việc với tải rất lớn Trong đại đa số thời gian vận hành của ô tô, biến mô bị khóa cứng Trong các hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp (dây đai hoặc con lăn), hiện tượng trượt cũng gây nên tổn thất đáng kể làm giảm hiệu suất của C T Đây chính là nhược điểm lớn nhất của các bộ truyền vô cấp

Trong quá trình sử dụng, tổn thất phụ thuộc vào điều kiện vận hành Tổn thất đặc biệt lớn trong các trường hợp sau đây:

Khởi động nguội, hoạt động trong thành phố với mật đô giao thông cao, các chế độ thử nghiệm, đua, … Trong trường hợp này, tổn thất ký sinh chiếm

tỷ trọng đáng kể so với tổn thất do ma sát

Đường xấu, vận tốc quá cao, kéo moóc, … Trong trường hợp này, tổn thất do ma sát tăng tỷ lệ với mô men truyền trở nên rất lớn Ma sát làm cho dầu nóng lên, có thể dẫn đến hiện tượng phá hủy màng dầu giữa các bề mặt

ma sát, gây hiện tượng tróc rỗ bề mặt làm hỏng các chi tiết

Tóm lại, các dạng tổn hao năng lượng trong HTTL có thể được mô tả như sau:

- Tổn hao phu thuộc vào tải trọng, gồm:

+ Tổn hao do ma sát tại vết ăn khớp của các bánh răng;

+ Tổn hao do ma sát tại các ổ

- Tổn hao do công suất ký sinh, gồm:

+ Khuấy dầu do các bánh răng quay trong dầu bôi trơn;

+ Ép dầu tại vết tiếp xúc giữa các răng;

+ Tổn hao khí động do bánh răng quay trong không khí;

+ Tổn hao do cản tại các phớt làm kín;

+ Tổn hao dẫn động bơm dầu;

+ Tổn hao do các phần tử của ổ bi cản trở dòng dầu;

+ Tổn hao do lực cản sinh ra giữa các đĩa ma sát trong bộ ly hợp (hộp

số tự động, CVT) ở trạng thái mở

- Tổn hao do trượt, gồm:

+ Trượt tại vùng tiếp xúc giữa dây đai với pu li hoặc giữa con lăn với đĩa lăn trong các hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp (truyền bằng ma sát);

+ Trượt giữa bánh bơm và bánh tua bin của biến mô thủy lực

Trong các HTTL cơ khí truyền thống, nếu không có bơm dầu thì tổn thất

do ma sát chiếm tỷ trọng cao hơn nhiều so với tổn thất ký sinh Trong trường hợp có bơm dầu với hệ thống thủy lực áp suất cao thì tổn thất ký sinh trở nên đáng kể

Trong các hệ thống truyền lực vô cấp cơ khí và thủy lực, tổn thất do trượt chiến tỷ trọng lớn trong mất mát công suất chung của hệ thống Đặc biệt, biến mô thủy lực có hiệu suất phụ thuộc vào độ trượt, nên nó có hiệu suất rất thấp khi làm việc ở chế độ tải cao (xem đặc tính không thứ nguyên của biên mô) Hơn nữa, với môi trường truyền tải năng lượng là chất lỏng, rất khó để hệ thống điều khiển ấn định được một chế độ làm việc chính xác cho biến mô

1.2.2 Các thành phần hiệu suất

- Hiệu suất cơ khí

Công suất được hình thành từ 2 yếu tố: mô men và vận tốc Nếu như không có hiện tượng trượt và bỏ qua tổn thất công suất ký sinh thì chỉ còn tổn thất do ma sát Chẳng hạn, trong bộ truyền bánh răng, công suất bị tổn thất do mất mát mô men vì ma sát, trong khi vận tốc vẫn được bảo toàn do tỷ số truyền không đổi Điều này được thể hiện bằng các biểu thức sau:

Mô men tại bánh xe: M k M e M ms  M i e T M (1.5)

Vận tốc góc của bánh xe: e

k T

Từ các mối quan hệ trên ta có công suất tại bánh xe được tính như sau:

- Hiệu suất trượt

Trong hệ thống truyền lực có tỷ số truyền biến thiên liên tục, hiện tượng trượt luôn tồn tại, gây nên tổn hao công suất do mất mát về vận tốc Hiện tượng này được mô tả như sau:

Mô men tại bánh xe được xác định theo công thức 1.5, do trong hệ thống luôn tồn tại ma sát

- Hiệu suất do công suất ký sinh

Nếu như trong HTTL tồn tại tất cả các dạng tổn thất như đã nêu trên thì công suất tại bánh xe được tính như sau:

k e M s p

trong biểu thức trên là hiệu suất đặc trưng cho tổn hao do công suất ký sinh

1.2.3 Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Hiệu suất của HTTL có thể được hình thành từ tất cả các loại tổn thất trong hệ thống Trong trường hợp tổng quát, hiệu suất này được xác định theo công thức 1.4 Với các tổn thất trong HTTL như đã mô tả trên đây, hiệu suất của HTTL được xác định từ các công thức 1.4 và 1.10:

T M s p

Cần lưu ý rằng, trong các loại HTTL khác nhau thì tỷ trọng của các thành phần hiệu suất cũng khác nhau Chẳng hạn, đối với HTTL cơ khí dạng bánh răng, do không có hiện tượng trượt nên hiệu suất trượt s = 1 Hiệu suất này thấp nhất trong trường hợp HTTL có biến mô thủy lực và s < 1 trong HTTL cơ khí vô cấp do sự trượt giữa các bề mặt ma sát

Hiệu suất luôn nhỏ hơn 1 trong mọi dạng HTTL do chúng đều phải chịu tổn hao do ma sát, nghĩa là luôn tồn tại M < 1 Tuy nhiên, tùy theo dạng HTTL mà hiệu suất này có thể lớn hoặc nhỏ ở các mức độ khác nhau

Cũng tương tự như đối với hiệu suất cơ khí, hiệu suất ký sinh p < 1 trong mọi HTTL Tuy nhiên, giá trị của nó phụ thuộc vào cấu trúc của HTTL

cụ thể Nếu như trong HTTL cơ khí với hộp số có cấp loại bánh răng, p là rất lớn do tổn thất công suất ký sinh rất nhỏ, thì HTTL với hộp số tự động và CVT có p thấp hơn nhiều do mất mát công suất trong biến mô thủy lực và hệ thống thủy lực điều khiển

Như vậy, để đánh giá hiệu suất của một HTTL, cần phân tích kỹ lưỡng các tổn thất và các thành phần hiệu suất trong từng trường hợp cụ thể

1.3 Hiệu suất truyền lực kéo

1.3.1 Lực kéo và công suất hữu ích

Lực kéo hữu ích tại các bánh xe chủ động Fd được hiểu là phần lực kéo còn dư sau khi đã khắc phục tổng lực cản:

(1.12) trong đó: F- lực kéo được truyền tới các bánh xe chủ động ở tay số đang xét;

R- tổng lực cản tác động lên ôtô

Khi xe hoạt động trên đường tốt, nếu đặc tính của động cơ đã biết cùng với các thông số của HTTL thì có thể xác định một cách đơn giản lực kéo hữu ích Tuy nhiên, khi xe hoạt động trên đường xấu, hoặc trong điều kiện không





F R

F d

đường xá thì lực kéo hữu ích lại phụ thuộc nhiều vào sự tương tác giữa bánh

xe với mặt đường Lúc này, lực kéo hữu ích phụ thuộc chủ yếu vào sự trượt của các bánh xe trên mặt đường

Lực cản tổng cộng tác dụng lên xe bao gồm lực ma sát trong HTTL ở tay

số đang xét, lực cản tương tác giữa bánh xe với mặt đường, lực do các vật cản tạo nên, lực cản lên dốc và lực cản không khí

Lực cản do ma sát trong HTTL được đánh giá thông qua hiệu suất của hệ thống

Lực cản do tương tác xe - mặt đường được xác định theo phương pháp riêng hoặc bằng thực nghiệm

Lực cản do các vật cản tạo nên thường hay gặp khi xe hoạt động trên đường xấu hoặc trong điều kiện không đường xá và thường được xác định bằng thực nghiệm

Lực cản không khí có thể được coi là không đáng kể khi vận tốc của ô tô nhỏ hơn 48 km/h

Hiện tượng trượt giữa bánh xe và mặt đường làm giảm khả năng truyền lực kéo, gây nên tổn hao công suất và giảm tính năng động lực học của ô tô

Để đánh giá mức độ trượt, người ta sử dụng hệ số trượt, được tính theo công thức sau:

trong đó: là vận tốc thực tức thời và Vt vận tốc lý thuyết của ô tô

Nếu gọi vận tốc góc của bánh xe là , bán kính bánh xe là r, ta có:

Hệ số trượt có thể được thay thế bằng độ trượt:

1.3.2 Hiệu suất truyền lực kéo

Hiệu suất truyền lực kéo được sử dụng để thể hiện hiệu quả truyền công suất từ động cơ tới các bánh xe chủ động Nó được định nghĩa bởi tỷ số giữa công suất hữu ích Pd tại các bánh xe chủ động với công suất do động cơ sinh

công thức tính hiệu suất truyền lực

kéo được viết như sau:

 (1.19)

Hiệu suất động lực thể hiện

hiệu quả biến đổi lực kéo được

truyền tới bánh xe thành lực kéo

hữu ích Nếu lực cản có giá trị

không đổi thì m tăng c ng với lực

kéo hữu ích như thể hiện trên hình

xe địa hình

Công thức (1.19) cho thấy, hiệu suất truyền lực là tích của hiệu suất của HTTL, hiệu suất động lực và hiệu suất trượt Nhìn chung, hiệu suất truyền lực đạt giá trị cực đại ở một giá trị trung bình nào đó của lực kéo hữu ích (hình 1.9)

1.4 Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu và nội dung của luận văn

1.4.1 Mục tiêu

Tìm hiểu về mối quan hệ giữa lực kéo với hiện tượng trượt của các bánh

xe và các mô hình lốp thông dụng (Pacejka, Burckhardt, Ammon, )

Hình 1 9 Quan hệ giữa các hiệu suất truyền lực với lực kéo hữu ích

1.4.2 Đối tượng nghiên cứu

Hiện tượng trượt trên các bánh xe chủ động và hệ số truyền lực kéo trên các bánh xe ứng với từng điều kiện mặt đường cụ thể

1.4.3 Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan

1- Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực

- Vai trò của hệ thống truyền lực

- Chức năng của hệ thống truyền lực

- Các bộ phận chính trong hệ thống

2- Hiệu suất hệ thống truyền lực

- Tổn hao công suất trong hệ thống truyền lực

- Các thành phần hiệu suất

- Hiệu suất của hệ thống truyền lực

3- Hiệu suất truyền lực kéo

- Lực kéo và công suất hữu ích

- Hiệu suất truyền lực kéo

Chương 2: Quan hệ giữa lực kéo và độ trượt

1- Quan hệ giữa lực kéo và sự trượt của bánh xe chủ động

- Hiện tượng trượt tại vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

- Quan hệ lực kéo – độ trượt theo mô hình đơn giản hóa

Chương 3: Tính toán lực kéo tại các bánh xe chủ động

1- Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số truyền lực kéo – hệ số trượt

- Mối quan hệ giữa hệ số truyền lực kéo – hệ số trượt theo mô hình lốp Pacejca

- Mối quan hệ giữa hệ số truyền lực kéo – hệ số trượt mô hình lốp Burchkhardt

2- Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số tới hệ số truyền lực kéo

- Ảnh hưởng của vận tốc tới hệ số truyền lực kéo

- Ảnh hưởng của tải trọng tới hệ số truyền lực kéo

3- Tính toán lực kéo trên các bánh xe chủ động

- Lực kéo trên các bánh xe chủ động xe Toyota Altis 2018

- Lực kéo trên các bánh xe chủ động xe ISUZU 3T5 EURO 4 NPR85KE4

- Lực kéo trên các bánh xe chủ động xe Hyundai Solati 2019

Kết luận và khuyến nghị

Kết luận chương 1

- Khi truyền qua HTTL, một phần công suất bị mất đi do nhiều nguyên nhân khác nhau Tổn thất trong hệ thống truyền lực làm giảm công suất truyền tới các bánh xe chủ động

- Không những thế, việc các bánh xe chủ động trượt trên đường trong khi xe chuyển động cũng làm ảnh hưởng không nhỏ tới công suất của động cơ Vậy công suất của động cơ truyền tới các bánh xe chủ động bị ảnh hưởng

là bao nhiêu và ảnh hưởng như thế nào?

- Vì thế đề tài sẽ đi nghiên cứu về khả năng truyền lực kéo tại các bánh xe chủ động của ô tô để làm rõ vấn đề trên

Chương 2: QUAN HỆ GIỮA LỰC KÉO VÀ ĐỘ TRƯỢT

2.1 Quan hệ giữa lực kéo và sự trượt của bánh xe chủ động

2.1.1 Hiện tượng trượt tại vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

Hiện tượng trượt xảy ra tại vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đườngcó bản chất rất phức tạp và cho tới nay chưa có một lý thuyết chính xác để mô tả

nó Ở đây trình bày cách mô tả mối quan hệ giưa lực dọc với độ trượt theo Julien

Khi bánh xe chủ động tác động một lực lên nền đường (hình 2.1) thì phần lốp phía trước vết tiếp xúc bị nén lại làm xuất hiện biến dạng trong các lớp cấu trúc của lốp

Hình 2 1 Tương tác lốp – mặt đường

Do một mảng ta lông của lốp trước khi đi vào vết tiếp xúc bị nén lại nên quãng đường đi được của bánh xe khi có tác dụng của mô men xoắn nhỏ hơn

so với trường hợp bánh xe lăn tự do.Hiện tượng này được coi là sự trượt dọc

của lốp và được đánh giá thông qua hệ số trượt i theo các công thức 2.3 và

2.4.Nó có thể được viết dưới dạng sau:

trong đó: V là vận tốc tuyến tính của tâm bánh xe,  là vận tốc góc của bánh

xe, r là bán kính lăn của bánh xe khi lăn tự do, r e là bán kính lăn hiệu dụng của bánh xe được tính bằng tỷ số giữa vận tốc tuyến tính của tâm bánh xe với vận tốc góc của nó

Có thể thấy rằng, khi V = .r thì i = 0, lúc này bánh xe lăn hoàn toàn không trượt Còn khi V = 0 thì i = 100%, nghĩa là bánh xe trượt quay hoàn

toàn trong khi xe vẫn đứng yên

Mối quan hệ giữa lực kéo và độ trượt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau và có quy luật phi tuyến Nhìn chung, quan hệ lực kéo độ trượt có dạng như mô tả trên hình 2.1 Trong đó, W là trọng lượng tác dụng lên bánh xe chủ động đang xét Tỷ số giữa lực kéo tại bánh xe chủ động và trọng lượng W được gọi là hệ số truyền lực kéo:

% 100

V

Hình 2 2 Quan hệ lực kéo-độ trượt

Đồ thị trên hình 2.1 cho thấy, trong giai đoạn đầu lực kéo tăng tỷ lệ thuận với sự trượt bởi, vì ban đầu sự trượt xảy ra chủ yếu là do biến dạng đàn hồi của vỏ lốp Giai đoạn này tương ứng với đoạn OA Quá trình tăng tiếp theo của mô men và lực kéo dẫn đến một phần của lốp sẽ trượt trên mặt đường Trong điều kiện như vậy, quan hệ giữa lực kéo và độ trượt không còn tuyến tính nữa (đoạn AB trên hình 2.1) Theo các số liệu thực nghiệm, lực kéo đạt giá trị cực đại ở độ trượt trong khoảng 15 20 %   Sự tăng tiếp theo của độ trượt sẽ làm giảm nhanh chóng lực kéo từ giá trị cực đại p W tới giá trị s W

khi bánh xe trượt hoàn toàn như thể hiện trên hình 2.1 Ở đây, p và s là các giá trị của hệ truyền lực kéo khi lực kéo đạt cực đại và khi bánh xe trượt hoàn toàn

Cho tới nay, vẫn chưa có một lý thuyết chính xác về quan hệ giữa lực kéo với độ trượt dọc của bánh xe trên mặt đường cứng Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một số lý thuyết mô tả được bản chất của quá trình vật

lý của quá trình trượt Một trong số đó là lý thuyết của Julien

Theo lý thuyết Julien, có thể coi ta lông lốp xe như một dải băng đàn hồi, vết tiếp xúc được coi là có hình chữ nhật và áp suất phân bố đều trên vết tiếp xúc Hơn nữa, vết tiếp xúc được chia thành các vùng bám và v ng trượt Trong vùng bám, các lực tương tác phụ thuộc vào các tính chất đàn hồi của lốp, còn trong v ng trượt thì các lực tương tác phụ thuộc các tính chất bám giữa bánh xe và mặt đường Khi mô men xoắn tác dụng lên bánh xe, trong phần trước của vết tiếp xúc, mô men này tạo nên biến dạng (nén) tương đối

trong ta lông của lốp xe Nó được giữ không đổi trong vùng bám của vết tiếp xúc khi không có sự trượt giữa ta lông lốp xe với mặt đường

Gọi e 0 là biến dạng dọc của ta lông lốp xe ở phía trước của vết tiếp xúc, e

là biến dạng dọc của ta lông lốp xe tại một điểm cách điểm tiếp xúc phía trước

một đoạn là x:

0