Khảo sát động lực học chuyển động thẳng xe ô tô hai cầu chủ động

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

HÀ NỘI - 2009

LỜI CAM đOAN

S ố liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung

th ực và chưa từng ựược sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác

M ọi sự giúp ựỡ cho việc thực hiện luận văn này ựã ựược cám ơn và

Hà N ội, ngày 16 tháng 12 năm 2009

V ũ đình Tiến

LỜI CẢM ƠN

Có ñược kết quả nghiên cứu này, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến:

Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế - Bộ môn

ðộng lực – Khoa Cơ ñiện- Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ, ñóng góp nhiều ý kiến khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này

Tập thể các thầy cô giáo bộ môn ðộng lực - khoa Cơ ñiện - Trường

ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ, tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ của ñề tài

Các ñồng chí lãnh ñạo Viện Khoa học hình sự - Bộ Công an, tập thể Phòng 3 - Viện Khoa học hình sự, nơi tôi ñang công tác ñã hết sức tạo ñiều kiện và giúp ñỡ tôi trong quá trình công tác và học tập

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên, tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù ñã hết sức cố gắng hết sức mình nhưng do khó khăn về tài liệu, thiết bị, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp từ các Thầy, cô và bạn bè ñồng nghiệp ñể luận văn này ñược hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2009

Tác giả luận văn

MỞ ðẦU Error! Bookmark not defined

PHẦN I Error! Bookmark not defined

TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined

1.1 Tổng quan về xe ô tô hai cầu chủ ñộng Error! Bookmark not defined

1.1.1 Ứng dụng và ñặc ñiểm cơ bản của xe ô tô hai cầu chủ ñộng Error!

Bookmark not defined

1.1.2 Phân loại ô tô hai cầu chủ ñộng Error! Bookmark not defined

1.2 Mục ñích và nhiệm vụ của ñề tài Error! Bookmark not defined

1.2.1 Mục ñích của ñề tài Error! Bookmark not defined

1.2.2 Nhiệm vụ của ñề tài Error! Bookmark not defined

1.3 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined

1.3.1 Phương pháp lý thuyết Error! Bookmark not defined

1.3.2 Phương pháp thực nghiệm Error! Bookmark not defined

1.4 ðối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined

PHẦN II Error! Bookmark not defined

not defined.

2.1 Cơ sở lý thuyết Error! Bookmark not defined

2.1.1 Mô men chủ ñộng Error! Bookmark not defined

2.1.2 Lực kéo Error! Bookmark not defined

2.1.3 Lực bám Error! Bookmark not defined

2.1.4 Hệ số bám Error! Bookmark not defined

2.1.5 Sự trượt của bánh xe chủ ñộng Error! Bookmark not defined

2.1.6 Cân bằng lực kéo Error! Bookmark not defined

2.2 Hệ thống truyền lực, phân chia mô men tới các cầu chủ ñộng Error!

Bookmark not defined.

2.2.1 Hệ thống truyền lực Error! Bookmark not defined

2.2.2 Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô hai cầu chủ ñộng Error!

Bookmark not defined

2.2.3 Phân bố lực kéo tới các bánh xe chủ ñộng Error! Bookmark not defined

2.2.3.1 Hệ thống truyền lực một cầu chủ ñộngError! Bookmark not defined.

2.2.3.2 Hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ ñộng không có vi sai giữa các cầu Error! Bookmark not defined

2.2.3.3 Hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ ñộng có vi sai giữa các cầu

Error! Bookmark not defined

2.3 Mô hình toán học khảo sát ñộng lực học xe ô tô hai cầu chủ ñộng Error!

Bookmark not defined.

2.3.1 Sơ ñồ ñộng học và nguyên tắc làm việc của xe UAZ31512 Error!

Bookmark not defined.

2.3.2 Mô hình toán tổng quát của ôtô Error! Bookmark not defined

2.3.3 Mô hình toán khối ly hợp Error! Bookmark not defined

2.3.4 Mô hình toán hộp số có cấp Error! Bookmark not defined

2.3.5 Mô hình toán khối vi sai Error! Bookmark not defined

2.3.5.1 ðộng học vi sai Error! Bookmark not defined

2.3.5.2 Mô hình toán học khối vi sai Error! Bookmark not defined

2.3.6 Mô hình toán tương tác bánh-ñất Error! Bookmark not defined

2.3.6.1 ðộng lực học bánh xe bị ñộng Error! Bookmark not defined

2.3.6.2 ðộng lực học bánh xe chủ ñộng Error! Bookmark not defined

2.3.7 Phương trình vi phân chuyển ñộng của xe Error! Bookmark not defined

PHẦN III Error! Bookmark not defined

MÔ PHỎNG CHUYỂN ðỘNG CỦA XE Error! Bookmark not defined

BẰNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK-SIMDRIVELINE Error!

Bookmark not defined.

3.1 Giới thiệu Matlab - Simulink – Simdriveline Error! Bookmark not defined

3.2 Mô hình mô phỏng khối ñộng cơ Error! Bookmark not defined

3.3 Mô hình mô phỏng khối ly hợp ma sát khô Error! Bookmark not defined

3.4 Mô hình mô phỏng hộp số có cấp ñơn giản Error! Bookmark not

defined.

3.5 Mô hình khảo sát khối vi sai Error! Bookmark not defined

3.6 Mô hình khảo sát mối quan hệ ñất – bánh Error! Bookmark not defined

3.7 Mô phỏng khối thân xe trong Simulink – SimdrivelineError! Bookmark not defined.

3.8 Mô hình khảo sát tổng hợp Error! Bookmark not defined

3.9 Các phương án và kết quả khảo sát Error! Bookmark not defined

3.9.1 Chạy thử mô hình Error! Bookmark not defined

3.9.2 Các phương án khảo sát Error! Bookmark not defined

3.9.3 Kết quả và phân tích kết quả khảo sát lý thuyết Error! Bookmark not

defined

3.9.3.1 Phương án 1 Error! Bookmark not defined

3.9.3.2 Phương án 2 Error! Bookmark not defined

3.9.3.3 Phương án 3 Error! Bookmark not defined

3.9.3.4 Phương án 4 Error! Bookmark not defined

3.9.4 Nhận xét kết quả mô phỏng lý thuyết Error! Bookmark not defined

PHẦN IV Error! Bookmark not defined

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined

4.1 Mục ñích và phương pháp thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.1.1 Mục ñích thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.1.2 Phương pháp thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.1.2.1 Thiết bị ño Error! Bookmark not defined

4.1.2.2 Lắp ñặt thiết bị thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.1.2.3 Thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.2 ðiều kiện và các phương án thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.2.1 ðiều kiện Error! Bookmark not defined

4.2.2 Các phương án thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.3 Kết quả và phân tích kết quả thực nghiệm Error! Bookmark not defined

4.3.1 Phương án 1 Error! Bookmark not defined

4.3.2 Phương án 2 Error! Bookmark not defined

4.3.3 Phương án 3 Error! Bookmark not defined

4.3.4 Phuơng án 4 Error! Bookmark not defined

4.4 Nhận xét kết quả thực nghiệm Error! Bookmark not defined

PHẦN V Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN CHUNG Error! Bookmark not defined

KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Sơ ñồ hệ thống truyền lực Error! Bookmark not defined

Hình 2.2 Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng Error! Bookmark not defined.

Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại ñường Error! Bookmark not defined

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp Error! Bookmark not defined.

Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào tải trọng thẳng ñứng Error! Bookmark not defined.

Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc Error! Bookmark not defined.

Hình 2.6 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào ñộ trượt Error! Bookmark not defined.

Hình 2.7 ðường ñặc tính trượt của máy kéo .Error! Bookmark not defined

Hình 2.8 Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô Error! Bookmark not defined

Hình 2.9 Sơ ñồ truyền lực xe ô tô hai cầu chủ ñộng Error! Bookmark not defined.

Hình 2.10 Quan hệ ñộng học giữa hai cầu chủ ñộng Error! Bookmark not defined.

Hình 2.11 Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô máy kéo làm việc trên dốc ngang Error! Bookmark not defined.

Hình 2.12 Sơ ñồ ñộng học hệ thống truyền lực xe UAZ 31512 Error! Bookmark not defined.

Hình 2.13 Mô hình vật lý khối ly hợp ma sát khô Error! Bookmark not defined.

Hình 2.14 Mô hình vật lý khảo sát hộp số có cấp ñơn giản Error! Bookmark not defined.

Hình 2.15 Bộ vi sai và nguyên lý làm việc của bộ vi sai Error! Bookmark not defined.

Hình 2.16 Mô hình vật lý khảo sát khối vi sai theo dòng lực Error! Bookmark not defined.

Hình 2.17 Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe bị ñộng Error! Bookmark not defined.

Hình 2.18 Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ ñộng Error! Bookmark not defined.

Hình 2.19 Mô hình lực và mô men tác dụng lên ô tô Error! Bookmark not defined.

Hình 3.1 Hệ thống thư viện phần mềm Matlab - Simulink Error! Bookmark not defined.

Hình 3.2 Thư viện của SimDriveline Error! Bookmark not defined

Hình 3.3 Khối mô phỏng ñộng cơ xăng Error! Bookmark not defined

Hình 3.4 Mô hình mô phỏng ly hợp ma sát khô Error! Bookmark not defined.

Hình 3.5 Mô hình mô phỏng hộp số cơ khí ñơn giản một số truyền Error! Bookmark not defined.

Hình 3.6 Mô hình mô phỏng hộp số cơ khí có 5 cấp số truyền Error! Bookmark not defined.

Hình 3.7 Mô hình mô phỏng khối vi sai Error! Bookmark not defined

Hình 3.8 Mô hình mô phỏng mối quan hệ ñất bánh Error! Bookmark not defined.

Hình 3.9 Bảng thiết lập các thông số cho bánh xe Error! Bookmark not defined.

Hình 3.10 Mô hình mô phỏng khối thân xe Error! Bookmark not defined

Hình 3.11 Các thông số cần thiết lập cho khối thân xe Error! Bookmark not defined.

Hình 3.12 Mô hình khảo sát tổng hợp Error! Bookmark not defined

Hình 3.13 Mô hình mô phỏng khối truyền lực cuối cùng, thân xe, bánh xe Error! Bookmark not defined.

Hình 3.14 ðường ñặc tính ñộng cơ Error! Bookmark not defined

Hình 3.15 Khảo sát tốc ñộ ly hợp Error! Bookmark not defined

Hình 3.16 Tín hiệu ñiều khiển chân ga và ly hợp Error! Bookmark not defined.

Hình 3.17 ðồ thị tốc ñộ theo thời gian phương án 1 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.18 ðồ thị ñộ trượt theo thời gian phương án 1 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.19 ðồ thị tốc ñộ theo thời gian phương án 2 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.20 ðồ thị ñộ trượt theo thời gian phương án 2 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.21 ðồ thị tốc ñộ theo thời gian phương án 3 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.22 ðồ thị ñộ trượt theo thời gian phương án 3 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.23 ðồ thị tốc ñộ theo thời gian phương án 4 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.24 ðồ thị ñộ trượt theo thời gian phương án 4 Error! Bookmark not defined.

Hình 4.1 Cảm biến V1 và nguyên lý hoạt ñộng của cảm biến V1 Error! Bookmark not defined.

Hình 4.2 Cảm biến quang học E3F3 Error! Bookmark not defined

Hình 4.3 Lắp ñặt cảm biến V1 ño vận tốc tịnh tiến Error! Bookmark not defined.

Hình 4.4 Lắp ñặt cảm biến ño vận tốc quay bánh xe Error! Bookmark not defined.

Hình 4.5 Lắp cảm biến ño số vòng quay trục khuỷu Error! Bookmark not defined.

Hình 4.6 Kết nối các thiết bị ño vào thiết bị xử lý số liệu Error! Bookmark not defined.

Hình 4.7 Sơ ñồ hệ thống gom và xử lý tín hiệu ño Error! Bookmark not defined.

Hình 4.8 Worksheet ño các thông số Error! Bookmark not defined

Hình 4.9 Worksheet tính toán xử lý kết quả thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

Hình 4.10 Tốc ñộ tịnh tiến và số vòng quay ñộng cơ, bánh xe phương án thí

nghiệm 1 Error! Bookmark not defined

Hình 4.11 ðộ trượt cầu sau phương án thí nghiệm 1 Error! Bookmark not defined.

Hình 4.12 Tốc ñộ tịnh tiến và số vòng quay ñộng cơ, bánh xe phương án thí

nghiệm 2 Error! Bookmark not defined

Hình 4.13 ðộ trượt, hệ số không tương ứng ñộng học phương án thí nghiệm

2 Error! Bookmark not defined

Hình 4.14 Tốc ñộ tịnh tiến và số vòng quay ñộng cơ, bánh xe phương án thí

nghiệm 3 Error! Bookmark not defined

Hình 4.15 ðộ trượt cầu sau phương án thí nghiệm 3 Error! Bookmark not defined.

Hình 4.16 Tốc ñộ tịnh tiến và số vòng quay ñộng cơ, bánh xe phương án thí

nghiệm 4 Error! Bookmark not defined

Hình 4.17 ðộ trượt, hệ số không tương ứng ñộng học phương án thí nghiệm

4 Error! Bookmark not defined

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại ñường .Error! Bookmark not defined

Bảng 2.1 Hệ số cản lăn trên các loại ñường Error! Bookmark not defined

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Số vòng quay trục khuỷu ñộng cơ

ứng với mô men xoắn lớn nhất và công suất lớn nhất của ñộng cơ

dc Gia tốc góc của trục khuỷu ñộng cơ rad/s2

33 φ••cd, φ••k Gia tốc góc của bánh chủ ñộng rad/s2

MỞ ðẦU

Trong ñời sống xã hội hiện nay, ô tô và máy kéo ñược sử dụng phổ biến trên nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, công – nông nghiệp, an ninh quốc phòng, chiếm vị trí quan trọng trong sự nghiệp phát triển ñất nước

Với ñiều kiện ñịa hình, ñường xá ña dạng, phức tạp ở nước ta, các cơ quan, doanh nghiệp, cá nhân có xu hướng sử dụng nhiều hơn loại xe ô tô hai hay nhiều cầu chủ ñộng Vì vậy, loại xe này ngày càng xuất hiện nhiều tại Việt Nam ðặc ñiểm chung của loại xe này là khả năng thích ứng cao với nhiều dạng ñịa hình, tình trạng mặt ñường do sự phân chia mô men giữa các cầu chủ ñộng tuỳ theo hệ số bám ñường của lốp xe với mặt ñường, phát huy tối ña khả năng của ñộng cơ, hạn chế tối ña quá tải ñối với ñộng cơ và hệ thống truyền lực, hệ thống di chuyển của xe

Xe ôtô hai cầu chủ ñộng xuất hiện từ rất lâu trong ngành công nghiệp ôtô trên thế giới cũng như ở Việt Nam, từ cấu tạo ñơn giản ñến ñiều khiển tự

ñộng, trong rất nhiều hãng ô tô hiện nay Sự phân chia mô men giữa các cầu chủ ñộng ảnh hưởng nhiều ñến các tính năng ñộng lực học của xe, như khả năng kéo bám, ñộ ổn ñịnh khi quay vòng Mỗi loại xe khác nhau, sự ảnh hưởng này khác nhau, tuỳ thuộc vào cấu tạo của hệ thống truyền lực của xe Tuy nhiên, những nghiên cứu về sự ảnh hưởng này chưa ñược quan tâm nhiều

ðể ñưa ra những khuyến cáo giúp người sử dụng có thể phát huy tối ña khả năng hoạt ñộng của xe, ñược sự giúp ñỡ của PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế

- Bộ môn ðộng lực - Khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:

PHẦN I TỔNG QUAN

VỀ CÁC VẤN ðỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về xe ô tô hai cầu chủ ñộng

1.1.1 Ứng dụng và ñặc ñiểm cơ bản của xe ô tô hai cầu chủ ñộng

Trong khoảng một thế kỷ qua, ngành công nghiệp ô tô ñã phát triển rất mạnh mẽ Ước tính vận tải bằng ô tô chiếm 82% tổng khối lượng hàng hoá nội ñịa tại các nước ñang phát triển [21] Tại Việt Nam, tỷ lệ này khoảng 60-70% Xu hướng phát triển là hiện ñại hoá công nghệ sản xuất, tự ñộng quá trình ñiều khiển nhằm tăng tính kinh tế, ñộ tin cậy, an toàn và thân thiện với môi trường

ðịa hình ña dạng, hạ tầng cơ sở còn thiếu thốn, nhất là nông thôn và miền núi của nước ta, tạo nên hệ thống ñường giao thông cũng rất ña dạng: ñường nhựa, bê tông, ñuờng rải ñá, ñường ñất xen kẽ nhau ðể ñáp ứng nhu cầu phát triển các vùng núi, nông thôn, nhu cầu ñi lại, hiện nay xe ô tô hai cầu chủ ñộng ñược sử dụng ngày càng nhiều, do loại xe này có tính năng việt dã cao, có khả năng di chuyển trên ñường gồ ghề, trơn trượt, ñồi núi

ðiều kiện ñể xe chuyển ñộng là ñộ bám giữa bánh xe với mặt ñường Lực bám lớn nhất phụ thuộc vào trọng lượng bám trên các bánh xe chủ ñộng:

Do ñó xe có thể chạy trên ñường dốc, gồ ghề hay trơn trượt có hệ số bám ñường thấp, khả năng xuất phát và tăng tốc tốt

1.1.2 Phân loại ô tô hai cầu chủ ñộng

Ô tô hai cầu chủ ñộng rất ña dạng về chủng loại Nhìn chung, chúng thường ñược phân chia theo sự truyền công suất giữa các cầu chủ ñộng thành hai loại: làm việc bán thời gian và làm việc toàn thời gian

Xe làm việc bán thời gian thường xuyên sử dụng hai bánh chủ ñộng, chỉ chuyển ñổi thành bốn bánh chủ ñộng khi nguời lái thấy cần thiết Loại xe này thường có cơ cấu gài cầu trong hộp số phụ, khi sử dụng một cầu chủ ñộng, cơ cấu gài không làm việc, mô men chủ ñộng chỉ truyền tới một cầu của xe Khi

xe chuyển ñộng trên ñường xấu, người lái sẽ gài cầu ñể xe làm việc ở chế ñộ hai cầu chủ ñộng

Ưu ñiểm của loại xe làm việc bán thời gian: tránh hiện tượng tuần hoàn công suất giữa các cầu xe, dễ ñiều khiển khi quay vòng khi sử dụng một cầu Tuy nhiên, nhược ñiểm của loại xe này là: khi gài hai cầu thường có hiện tượng bó cứng, trượt lết, khi quay vòng, gây khó lái và tuần hoàn công suất Loại xe 4 bánh chủ ñộng làm việc toàn thời gian có thêm vi sai ñặt giữa hai cầu nằm trong hộp số (vi sai giữa các cầu) Khi quay vòng, xe sẽ không bị

bó, trượt lết, không gây tuần hoàn công suất ðể tránh mất lực kéo khi bánh

xe bị trượt trên ñường trơn, người ta sử dụng vi sai chống trượt hoặc khoá vi sai

1.2 Mục ñích và nhiệm vụ của ñề tài

1.2.1 Mục ñích của ñề tài

Khảo sát ñộng lực học chuyển ñộng thẳng của xe ô tô khi sử dụng một

và hai cầu chủ ñộng khi di chuyển trong các ñiều kiện mặt ñường khác nhau

Từ ñó thấy ñược ưu nhược ñiểm của ôtô khi sử dụng một hay hai cầu chủ

ñộng

1.2.2 Nhiệm vụ của ñề tài

Nghiên cứu lý thuyết các tính chất ñộng lực học của xe ô tô, hệ thống truyền lực trên ô tô Xây dựng mô hình toán, mô hình khảo sát trên máy tính

và mô phỏng quá trình chuyển ñộng trong những ñiều kiện mặt ñường khác

khi sử dụng một cầu và khi sử dụng hai cầu chủ ñộng

ðể thấy rõ ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng như ñiều kiện ñường xá, yếu tố bám, quá trình khởi hành và tăng tốc ñến tính năng ñộng lực học của ôtô với một và hai cầu chủ ñộng, ñề tài tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, khảo sát một số tính chất ñộng lực học của xe ô tô UAZ 31512 khi chuyển

ñộng trên một số nền ñường khác nhau ñể kiểm nghiệm mô hình và so sánh với kết quả của nghiên cứu lý thuyết

1.3 Phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Phương pháp lý thuyết

Xây dựng ñược mô hình tính toán và các phương pháp phù hợp ñể nghiên cứu Mô hình này phải phản ánh ñược những ñặc ñiểm cơ bản của hệ thống, thích hợp với việc giải và mô phỏng bằng phương pháp hiện ñại Thiết lập phương trình vi phân diễn tả các mối quan hệ giữa các thông số ñầu ra,

ñầu vào, các thông số ñặc trưng và các ñiều kiện giới hạn Giải phương trình

vi phân tuỳ thuộc vào ñặc ñiểm của mô hình nghiên cứu, các thông số ñầu vào

và mục ñích nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp mô hình hoá: Các mô hình khảo sát ñược xây dựng bằng các phần mềm hiện ñại Simulink và Simdriveline có khả năng ñưa các yếu tố ñiều khiển, các yếu tố cơ hệ, yếu tố quan hệ ñất-bánh xe vào mô hình, giải với ñộ chính xác cao và giao diện dễ sử dụng

1.3.2 Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp sử dụng các thiết bị ñể xác ñịnh trị số các thông số ñầu ra trực tiếp và qua tính toán khi thực nghiệm ñể kiểm chứng mô hình lý thuyết

Nghiên cứu thực nghiệm cho kết quả tin cậy vì khi thí nghiệm, tất cả các yếu

tố ảnh hưởng của ngoại cảnh cũng như các hệ số trong mô hình lý thuyết là thực Hiện nay nhiều công trình nghiên cứu khoa học thường phối hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ñể cho kết quả chính xác hơn, sau khi thí nghiệm một số thông số hoặc hệ số ñược lấy từ kết quả thực nghiệm ñưa trở lại mô hình lý thuyết ñể giải và chỉnh lý

Trong ñiều kiện ñề tài chúng tôi tiến hành thực nghiệm chủ yếu là ñề kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết, các thiết bị ño cũng như ñối tượng thí nghiệm thí nghiệm cần ñược lựa chọn sao cho phù hợp với mục ñích cũng như nội dung của luận văn

1.4 ðối tượng nghiên cứu

ðối tượng nghiên cứu là ôtô hai cầu chủ ñộng UAZ 31512 Loại xe này

có cấu tạo ñơn giản, khi sử dụng có thể gài một cầu chủ ñộng hoặc gài hai cầu tuỳ theo ñiều kiện ñường xá, hiện nay ôtô này còn dùng khá phổ biến ở nước

ta ñặc biệt trong các lực lượng vũ trang, trong kiểm lâm và sử dụng nhiều

trong ñiều kiện ñường xấu như ñường ñồi dốc, ñường rừng v.v…

Hình 2.1 trình bày sơ ñồ ñơn giản của hệ thống truyền lực

Me - Mô men quay của ñộng cơ

i, ηm - Tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực

Jd,

dt

dω

- Mô men quán tính của các chi tiết chuyển ñộng không ñều quy

ñổi ñến trục khuỷu và gia tốc góc ñộng cơ

- Mô men quán tính và gia tốc góc của bánh xe chủ ñộng

Trong công thức trên, dấu (+) ñược sử dụng khi chuyển ñộng chậm dần, dấu (-) ñược sử dụng khi chuyển ñộng nhanh dần

Mối liên hệ giữa gia tốc của xe và gia tốc góc của bánh chủ ñộng:

d

r

J i

J i

J

a η +∑ η +

.

2 2

(2.3)

2.1.2 Lực kéo

Quá trình tương tác ñộng tương hỗ giữa bánh xe với mặt ñường hoặc mặt ñất xảy ra rất phức tạp Về nguyên lý, có thể biều diễn như sau:

Hình 2.2 Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng

Dưới tác ñộng của mô men chủ ñộng, bánh xe tác ñộng lên mặt ñường một lực tiếp tuyến Pfk, ngược lại mặt ñường tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển ñộng với xe có giá trị bằng lực Pfk (Pk =

Pfk) Phản lực Pk có tác dụng làm cho xe chuyển ñộng Do vậy, phản lực tiếp tuyến Pk ñược gọi là lực kéo tiếp tuyến, ñôi khi còn ñược gọi là lực chủ ñộng

Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến Pk là phản lực của ñất tác dụng lên bánh

xe do mô men chủ ñộng gây ra, có chiều cùng chiều với chuyển ñộng của xe Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi xe chuyển ñộng ổn ñịnh ñược xác ñịnh theo công thức:

Trong ñó:

Mk: Mô men chủ ñộng; Me: Mô men của ñộng cơ; I, ηm: tỉ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực; Rk: Bán kính bánh xe chủ ñộng

Lực kéo tiếp tuyến sẽ ñạt ñược giá trị cực ñại Pkmax khi sử dụng ñược tỷ

số truyền lớn nhất i=imax và mô men Me= Memax

Khi xe chuyển ñộng không ổn ñịnh thì mô men chủ ñộng còn phụ thuộc vào gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển ñộng quay không ñều trong hệ thống truyền lực và trong ñộng cơ Kể ñến các yếu tố này, lực kéo ñược xác ñịnh bằng: P’k=

(2.5)

2.1.3 Lực bám

Giá trị lực kéo không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ ñộng cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với ñất hoặc mặt ñường Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc ñó trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng ñạt tới giá trị cực ñại

Giá trị cực ñại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe ñược gọi là lực bám Pϕ:

Pϕ = Pkmax

Về bản chất, lực bám ñược tạo thành bởi hai thành phần chính: Lực ma sát giữa xe và mặt ñường, sức chống cắt của ñất sinh ra do tác ñộng của các mấu bám Khi chuyển ñộng trên ñường cứng, lực bám ñược tạo thành do lực

ma sát, còn khi chuyển ñộng trên nền ñất mềm, lực bám ñược tạo thành do các lực ma sát và lực chống cắt của ñất Do vậy, lực bám sẽ phụ thuộc vào

ñặc ñiểm cấu tạo của bánh xe, cơ lý tính của ñất và tải trọng pháp tuyến

ðiều kiện cần ñể xe có thể chuyển ñộng ñược: Pk<Pϕ ðiều kiện này cho thấy khả năng chuyển ñộng của xe sẽ bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh

xe chủ ñộng

Các công trình nghiên cứu [1], [4] và [22] ñã chỉ ra rằng trị số cụ thể của

hệ số bám phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau và ñể thuận tiện nghiên cứu người ta chia các nhân tố ra làm 2 nhóm chính:

Nhóm 1: Các nhân tố mà mức ñộ ảnh hưởng tới hệ số bám ít thay ñổi, bao gồm: loại ñường, trạng thái mặt ñường, kết cấu và tình trạng lốp Ảnh hưởng của các nhân tố này ñã ñược nghiên cứu kỹ bằng thực nghiệm Các kết quả nghiên cứu thường ñược công bố dưới dạng bảng hoặc ñồ thị

Nhóm 2: Các nhân tố luôn thay ñổi trong quá trình chuyển ñộng của xe, gồm: vận tốc chuyển ñộng, ñộ trượt của bánh xe Vận tốc chuyển ñộng của

xe, ñộ trượt của các bánh xe càng lớn thì hệ số bám giảm

Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại ñường [4],[22]

Loại ñường và tình trạng mặt ñường Hệ số bám trung bình

ðường nhựa và ñường bê tông

Khô sạch

Ướt

0,7 – 0,8 0,35 – 0,45 ðường ñất

ðất pha cát, khô

Ướt

0,5 – 0,6 0,2 – 0,4

ðường cát

Khô

Ướt

0,2 – 0,3 0,4 – 0,5

Các ñồ thị cho thấy:

Khi tăng áp suất lốp, hệ số bám lúc ñầu tăng lên, sau ñó lại giảm Khi vận tốc xe tăng, hệ số bám giảm dần theo ñường cong Khi tăng tải trọng pháp tuyến, hệ số bám tăng theo dạng tuyến tính

Khi ñường ướt, ảnh hưởng của áp suất lốp, tải trọng pháp tuyến và vận tốc xe ñến hệ số bám càng lớn

Trong một số trường hợp nghiên cứu, ñể ñơn giản quá trình tính toán ta thường bỏ qua sự thay ñổi hệ số bám vào ñộ trượt Tuy nhiên, trong thực tế, khi ñộ trượt thay ñổi dẫn ñến hệ số bám thay ñổi rất lớn Khi tăng ñộ trượt (trượt lê hoặc trượt quay), hệ số bám lúc ñầu tăng nhanh chóng ñến giá trị cực

ñại khi ñộ trượt khoảng 20-25%, ñộ trượt tiếp tục tăng, hệ số bám giảm, ñến khi trượt hoàn toàn thì hệ số bám giảm khoảng 20-30% giá trị cực ñại, lên ñến 50-60% khi ñường ướt Bản chất vật lý của hiện tượng rất phức tạp, liên quan

ñến quá trình biến dạng của vật liệu lốp xe, biến dạng nền ñường Người ta thường xác ñịnh mối quan hệ này bằng thực nghiệm

ðể thuận lợi trong nghiên cứu, cần biểu diễn quan hệ ϕ =f(δ) bằng giải tích Theo Coraghenski [12], quan hệ này như sau:

d e

).

b a

ðối với các xe ô tô – máy kéo, hiện tượng lăn không trượt chỉ là giả thiết

lý tưởng , thực tế luôn xảy ra hiện tượng trượt của các bánh xe

Các khái niệm cơ bản:

- Vận tốc lý thuyết: vận tốc tịnh tiến của trục bánh xe khi lăn không trượt, thường ký hiệu là vt, và ñược tính bằng công thức:

vt = v0 = r.ω

- Vận tốc thực: vận tốc bánh xe khi lăn trong ñiều kiện có trượt v ≠ vt

- ðộ trượt δ: một thông số dùng ñể ñánh giá mức ñộ trượt của bánh xe

và ñược xác ñịnh bởi tỷ số giữa ñộ mất mát vận tốc (∆v = vt – v) và vận tốc lý thuyết:

Khi trượt quay: δ = 0÷100 %

Khi trượt lê: δ = -∞÷ 0

ðộ trượt quay δ là một trong các thông số quan trọng dùng ñể ñánh giá tính chất bám của bánh xe chủ ñộng, tính năng kéo bám và tính năng phanh của ô tô – máy kéo

ðộ trượt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Các thông số cấu tạo của các bánh

xe, các tính chất cơ lý tính của ñất, tải trọng pháp tuyến trên các cầu và lực cản chuyển ñộng của ô tô – máy kéo Các quan hệ này thường ñược xác ñịnh bằng thực nghiệm

ðộ trượt của xe phụ thuộc vào lực kéo tiếp tuyến Pk hay lực kéo ở moóc

Pm Quan hệ này rất phức tạp, muốn xây dựng chính xác mối quan hệ này chỉ

có thể thực hiện ñược bằng thực nghiệm PGS.TS Nông Văn Vìn [23] ñã xây dựng dạng ñường ñặc tính trượt phụ thuộc vào lực kéo Pk như hình 2.7

Hình 2.7 ðường ñặc tính trượt của máy kéo

Hình 2.7 biểu diễn sự phụ thuộc ñộ trượt vào lực kéo tiếp tuyến Pk (hay

Pm) tương ứng với các trọng lượng khác nhau Trên cùng một nền ñất, cùng

hệ thống di ñộng nhưng ñường ñặc tính trượt phụ thuộc lực kéo khác nhau khi trọng lượng của xe khác nhau

2.1.6 Cân bằng lực kéo

Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô:

Hình 2.8 Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô

1) Lực kéo tiếp tuyến

- Nếu ñủ bám, lực kéo tiếp tuyến ñược tính theo mô men ñộng cơ:

và ñường, do sự tạo thành vết bánh xe trên ñường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp xe và ñường Lực cản lăn ñược tính theo công thức:

Pf = f.G.cosα

Trong ñó:

f: Hệ số cản lăn nói chung của ô tô máy kéo

Bảng 2.2 Hệ số cản lăn trên các loại ñường [4]

ðường nhựa tốt ðường bê tông ðường rải ñá ðường ñất khô ðường ñất ướt ðường cát

ðất sau khi cày

0,015-0,018 0,012 – 0,015 0,023 – 0,030 0,025 – 0,035 0,050 – 0,15 0,10 – 0,30 0,12

2 2

2 2

n n k

k x x x m

d

r

J r

J i

J i

J G

Pw =F.kwv2

Trong ñó:

kw: hệ số cản không khí, phụ thuộc vào hình dạng ô tô, chất lượng bề mặt ô tô và mật ñộ không khí

F: diện tích cản chính diện của xe

v: tốc ñộ tương ñối giữa ô tô và không khí

5) Lực cản dốc

Pα = G.sinα

6) Lực cản ở móc kéo: tuỳ loại máy và ñiều kiện làm việc, lực cản này ñược xác ñịnh theo các phương pháp khác nhau, có thể bằng thực nghiệm hoặc tính toán lý thuyết

7) Cân bằng lực kéo và phương trình vi phân chuyển ñộng

Phương trình cân bằng lực kéo theo nguyên lý D’Alambert:

Pk = Pf ±Pα±Pj +Pw +Pm

Dấu (±) trước Pαtương ứng lên hoặc xuống dốc; dấu (±) trước Pj tương

ứng chuyển ñộng nhanh hoặc chậm dần

Phương trình vi phân chuyển ñộng:

[ k f m w ]

a

P P P P P G

g a

dt

dv

+ +

g a

Pc ñược gọi là thành phần lực cản chung của ô tô máy kéo

Khi chuyển ñộng ổn ñịnh, phương trình cân bằng có dạng: Pk = Pc

ðiều kiện ñể ô tô máy kéo có thể chuyển ñộng ñược là: Pc < Pkmax<PϕNếu Pkmax< Pc <Pϕ, xe không chuyển ñộng ñược, ñộng cơ sẽ dừng quay Nếu Pkmax> Pc >Pϕ, xe không chuyển ñộng ñược do các bánh chủ ñộng

bị trượt quay hoàn toàn

2.2 Hệ thống truyền lực, phân chia mô men tới các cầu chủ ñộng

2.2.1 Hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của ôtô và máy kéo là tập hợp của tất cả các cơ cấu nối từ ñộng cơ tới bánh xe chủ ñộng, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt nối, ñổi chiều quay, biến ñổi giá trị mô men truyền Chức năng của hệ thống truyền lực như sau:

Truyền, biến ñổi mô men và số vòng quay từ ñộng cơ tới bánh xe chủ

ñộng sao cho phù hợp giữa chế ñộ làm việc của ñộng cơ và mô men cản sinh

ra trong quá trình máy kéo và ôtô chuyển ñộng

Cắt dòng truyền lực trong thời gian ngắn hoặc dài

Thực hiện ñổi chiều quay ñể thay ñổi chiều chuyển ñộng cho xe

Tạo khả năng chuyển ñộng mềm mại và êm dịu trên ñường Các loại ôtô và máy kéo bánh thường trang bị ñộng cơ ñốt trong dùng nhiên liệu ñiêzen hoặc xăng, ngày nay do xuất hiện các loại ñộng cơ mới như

ñộng cơ rôto quay (ñộng cơ Wankel), ñộng cơ sử dụng nhiên liệu hyñrô phân hủy kim loại rắn hay thậm chí từ nước v.v làm thay ñổi cấu trúc của hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực trên ôtô máy kéo hiện nay có các loại phổ biến sau:

Hệ thống truyền lực cơ khí bao gồm các bộ truyền ma sát, các hộp biến tốc, hộp phân phối (hay còn gọi là hộp số phụ), truyền ñộng các ñăng, bộ truyền vi sai, truyền lực cuối cùng

Hệ thống truyền lực cơ khí thuỷ lực bao gồm các bộ truyền cơ khí kết hợp với bộ truyền thủy lực

Hệ thống truyền lực thuỷ lực bao gồm bơm thủy lực, các ñộng cơ thủy lực, van ñiều chỉnh và hệ thống ống dẫn

Hệ thống truyền lực ñiện từ bao gồm nguồn ñiện, các ñộng cơ ñiện, rơle

ñiện từ dây dẫn

Theo ñặc ñiểm truyền mô men quay chúng ñều có thể là hệ thống truyền lực có cấp hoặc vô cấp, ñiều khiển bằng cần số (manual transmissions:MT) hay HTTL ñiều khiển tự ñộng (automatic transmissions: AT)

2.2.2 Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ô tô hai cầu chủ ñộng

Sơ ñồ cấu trúc chung hệ thống truyền lực hai cầu chủ ñộng:

Hình 2.9 Sơ ñồ truyền lực xe ô tô hai cầu chủ ñộng

ðộng lực học kéo của xe có bốn bánh chủ ñộng phụ thuộc vào sơ ñồ dẫn

ñộng tới việc phân bố lực kéo giữa các bánh xe trước và sau Hiện nay, người

ta dùng hai loại dẫn ñộng: dẫn ñộng cứng và dẫn ñộng vi sai Những ô tô có dẫn ñộng cứng hai trục chủ ñộng hầu như luôn không có sự tương ứng ñộng học giữa các bánh xe trên cầu trước và trên cầu sau, ñể hạn chế mức ñộ không tương ứng ñộng học do dẫn ñộng cứng gây ra, người ta sử dụng các loại xe có thiết kế hệ thống truyền lực bố trí vi sai nằm giữa cầu chủ ñộng trước và sau

ðối với xe có hai cầu nối cứng, khi chuyển ñộng trên mặt ñường bằng phẳng, có sự không tương ứng ñộng học giữa các bánh xe: tốc ñộ vòng lý thuyết của bánh trước và bánh sau khác nhau trong khi cùng vận tốc tịnh tiến, nguyên nhân có thể sai lệch bán kính bánh xe, ñộ mài mòn, áp suất không khí trong lốp, sự dao ñộng của tải trọng thẳng ñứng Sự cân bằng vận tốc tịnh tiến của hai trục chủ ñộng chỉ ñạt ñược khi có sự trượt quay hoặc trượt lết của các bánh xe

Trong trường hợp xe quay vòng, mỗi trục của xe phải cùng lúc ñi ñược những quãng ñường khác nhau, nhưng hai trục lại ñược xem như gắn với

khung với cùng một vận tốc tịnh tiến Không thể ựảm bảo sự ựồng bộ vận tốc vòng của các bánh xe trước và sau trên thực tế Sự cân bằng vận tốc chỉ ựạt ựược trong ựiều kiện có sự trượt quay hay trượt lết của các bánh xe, vì sự trượt quay làm giảm vận tốc tịnh tiến, còn trượt lết làm tăng vận tốc tịnh tiến của các bánh xe đánh giá tắnh không tương thắch ựộng học giữa các cầu chủ

ựộng bằng hệ số không tương thắch ựộng học k

k =v t2 /v t1

Trong ựó v t2 và v t1 là vận tốc lý thuyết tương ứng của bánh sau và bánh trước Khi di chuyển trên ựường do vận tốc thực tế của hai cầu phải bằng nhau do ựó nếu gọi ựộ trượt tương ứng của cầu chủ ựộng sau và trước là δ2

và δ 1 ta có ựiều kiện cân bằng như sau:

v t1 ( 1- δ1) = v t2 ( 1- δ2)

Giả ựịnh các bánh xe cầu sau quay nhanh hơn các bánh xe cầu trước Trị

số δ1 trong trường hợp này có giá trị dương, vì các bánh xe quay nhanh bao giờ cũng làm việc với mức ựộ trượt quay nào ựó Còn các bánh xe quay chậm,

ựộ trượt có thể có giá trị âm, dương hay bằng không Nếu giá trị này âm, các bánh xe quay chậm sẽ bị trượt lết, nếu bằng không bánh xe lăn không trượt quay, trượt lết, nếu dương thì bánh xe trượt quay, nhưng trị số trượt quay nhỏ hơn bánh xe quay nhanh hơn Chỉ tiêu kéo tốt nhất khi hệ số k = 1 Khi ựó, các bánh xe ở hai cầu chủ ựộng ựều quay với cùng một ựộ trượt như nhau, làm việc với chất lượng bám như nhau

Khi tồn tại sự không tương ứng ựộng học, chất lượng bám của các bánh

xe quay chậm sẽ ựược sử dụng ở mức ựộ nhỏ hơn so với chất lượng bám của các bánh xe quay nhanh độ không tương ứng ựộng học càng lớn thì chất lượng bám của các bánh xe trên hai trục càng khác nhau, xấu nhất khi các

bánh xe quay chậm bị trượt lết, trong trường hợp này, các bánh này ñã trở thành bánh bị ñộng

Hình 2.10 Quan hệ ñộng học giữa hai cầu chủ ñộng

Trong trường hợp xe có các bánh sau quay nhanh, bánh trước bị trượt lết, sẽ xuất hiện công suất ký sinh không có lợi cho xe, cơ chế như sau:

Các bánh xe trước sẽ chịu tác ñộng của lực kéo tiếp tuyến âm –Pk” có chiều ngược lại với chiều chuyển ñộng của xe Lực này tạo nên một mô men xoắn, truyền tới các bánh sau qua hệ thống truyền lực, cùng với mô men từ

ñộng cơ tạo nên lực kéo tiếp tuyến dương Pk’ tại các bánh sau Một phần lực kéo tiếp tuyến Pk’ ñược truyền qua khung tới các bánh quay chậm ñể khắc phục lực kéo tiếp tuyến âm Pk” Như vậy, công suất ñược tạo bởi – Pk” ñược lưu thông theo một vòng khép kín Phần công suất này gọi là công suất ký sinh Công suất ký sinh không phải là nguồn năng lượng bổ sung mà chỉ gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực và tăng tổn thất cơ khí

Công suất ký sinh phát sinh rõ nét khi làm việc trong những ñiều kiện

mà không cho phép nhận ñược sự khác biệt cần thiết về trị số ñộ trượt giữa các bánh chủ ñộng cầu trước và cầu sau ñủ ñể bù lại sự không tương ứng

ñộng học giữa chúng

Hiện tượng lưu thông công suất cũng xuất hiện ở xe có vi sai giữa các cầu chủ ñộng khi vi sai bị gài cứng

2.2.3 Phân bố lực kéo tới các bánh xe chủ ñộng

2.2.3.1 Hệ thống truyền lực một cầu chủ ñộng

Lực kéo cực ñại: Pkmax = Pϕ = ϕ.G

Khi ñiều kiện chuyển ñộng ở hai bánh xe khác nhau, tức là có ϕmin và

ϕmax

Do ñặc ñiểm của vi sai nên lực kéo có ích sẽ cho bánh xe có hệ số bám nhỏ là ϕmin[4],[22] Lực kéo lớn nhất tại cầu chủ ñộng là:

Với ñiều kiện chuyển ñộng tương tự, nếu không có vi sai thì các bánh xe

ở hai bên có thể coi là ñược nối với nhau bằng một trục cứng Trong trường hợp này, lực kéo cực ñại có thể phát huy ñược tại cầu chủ ñộng là:

Khi sử dụng loại vi sai tăng nội ma sát, lực kéo cực ñại phát huy trên cầu chủ ñộng là:

2.2.3.2 Hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ ñộng không có vi sai giữa các cầu

Xe ô tô hai cầu chủ ñộng có trọng lượng bám phân bố trên cả 2 cầu, và

là trọng lượng của xe

Trong các nghiên cứu trước ñây [4];[22];[11], lực kéo của xe ô tô phụ thuộc vào hệ số bám của bánh xe và mô men ma sát của vi sai

Pkmax =f(ϕ1, ϕ2, Mms)

Ở trường hợp ô tô sử dụng bộ vi sai giữa các bánh xe là loại tăng nội ma sát, lực kéo cực ñại trên các bánh xe tại cầu trước và cầu sau có thể tính theo công thức:

2.2.3.3 Hệ thống truyền lực xe hai cầu chủ ñộng có vi sai giữa các cầu

Vi sai cầu dùng ñể phân mô men truyền ñến vi sai ra các cầu Thông thường mô men phân phối ra các cầu trước và sau ñối với ô tô hai cầu tỷ lệ với trọng lượng bám Ở loại xe ô tô có bố trí vi sai kiểu này, lực kéo cực ñại trên các cầu chủ ñộng ñược xác ñịnh theo công thức sau:

δ của vi sai giữa các cầu

Thông thường, tỷ lệ phân chia mô men ra cầu trước và câu sau bằng nhau nên k”

δ =1 Khi ñó hệ số bám hiệu dụng cũng tăng gấp ñôi và phù hợp với kiều xe hai cầu chủ ñộng làm việc liên tục, khi gặp chướng ngại vật, xe ô

tô sẽ tự ñộng ñiều chỉnh phân chia mô men tới các cầu phù hợp với hệ số bám tại các bánh xe thông qua vi sai giữa các cầu, giảm tác hại của mô men phụ trong hệ thống truyền lực, các chi tiết sẽ không bị quá tải

Trong một công trình nghiên cứu lý thuyết về tính năng kéo bám của ôtô máy kéo khi sử dụng vi sai giữa các bánh và vi sai giữa các cầu [15], tác giả

ñã chỉ ra giá trị của lực kéo tổng các trường hợp khoá và không khoá vi sai:

Cơ cấu vi sai trên các máy kéo bánh thường ñược thiết kế thêm cơ cấu khóa vi sai Khi vi sai không bị khóa ký hiệu là V và khi bị khóa ký hiệu là K Các chỉ số 1,2,3 viết sau V và K ký hiệu tương ứng cho cơ cấu vi sai nối các bánh trước, nối cầu trước với cầu sau, nối hai bánh cầu sau Ký hiệu máy kéo hai cầu chủ ñộng 4x4; một cầu chủ ñộng là 4x2

Hình 2.11 Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô máy kéo làm việc trên dốc ngang

Các sơ ñồ truyền ñộng có thể thực hiện theo 9 phương án Lực bám tổng cộng Pj và hệ số bám theo phương chuyển ñộng jX của máy kéo cho từng phương án có thể xác ñịnh theo hệ thống công thức sau:

1−−−−Phương án 1: (K1−K2−K3), máy kéo 4x4, khóa tất cả các vi sai

ϕϕ

βϕ

ϕ

ϕ

ϕ ϕ

2 2

cos

tg Z

P

G P

P

X

i

2−−−− Phương án 2: (V1−K2−K3), máy kéo 4x4, khóa vi sai nối 2cầu và vi

ϕ βϕ β

β β ϕ

ϕ βϕ β

β β β

ϕ ϕ ϕ

ϕ

tg g h L

tg g fh a L

tg g h L

tg g fh a L G

P P P

P

t

T X

T T

0 0

0

0 4

3 2

cot cot

cot

cot cos

=

ϕ βϕ β

β β ϕ

ϕ βϕ β

β β β

ϕ ϕ ϕ

tg g h L

tg g fh a L

tg g h L

tg g fh a L G

P P

P

t

T X

T T

0 0

0

0 2

1

cot cot

cot

cot cos

) (

=

ϕββϕ

ϕβββ

ϕ ϕ

ϕ

tg g

tg g G

P P

P

0 4

2

cot 1

cot 1 cos 2

ϕ β β ϕ

ϕ β β

ϕ β β β

ϕ

ϕ

tg g h

L

tg g fh

a L

tg g h

L

tg g fh

a L G

P

P

T

T X

T T

0 0

0

0 2

cot 1 2

cot 1

cot 1 2

cot 1 cos

=

ϕ

ϕ

ϕϕ

β

ϕ ϕ

ϕ

X

T

T h L

fh a G

P P

ϕ ϕ β β

β β β

ϕ ϕ

tg g

tg g h

L

tg g fh

a G

P

P

X

T T

0

0

0 4

cot 1

cot 1

cot 1 cos

=

ϕ

ϕ

ϕϕ

β

ϕ ϕ

ϕ

X

T

T h L

fh a L G

P P

(2.27)

9−−−− Phương án 9: (V1), máy kéo 4x2, cầu trước chủ ñộng

ϕ ϕ β β

β β β

ϕ

ϕ

tg g

tg g h

L

tg g fh

a L G

P

P

X

T T

0

0

0 2

cot 1

cot 1

cot 1 cos

2

(2.28)

Lực kéo cực ñại có thể tính theo công thức:

PTmax= Pj−fGcosb (2.29)

2.3 Mô hình toán học khảo sát ñộng lực học xe ô tô hai cầu chủ ñộng

2.3.1 Sơ ñồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc của xe UAZ31512

Sơ ñồ cấu tạo:

Hình 2.12 Sơ ñồ cấu tạo hệ thống truyền lực xe UAZ 31512

Nguyên tắc làm việc:

Mô men từ ñộng cơ ñược truyền từ ñộng cơ qua hệ thống truyền lực tới bánh xe Hệ thống truyền lực của xe khá ñơn giản gồm ly hợp ma sát khô, hộp

số cơ khí bánh răng thẳng Truyền và ngắt mô men ñến cầu trước không dùng

vi sai mà nhờ cơ cấu gài cầu trước trong hộp số phụ Mô men từ hộp số phụ

ñến truyền lực chính của các cầu ñược truyền qua trục cácñăng

Từ sơ ñồ cấu tạo trên ñây, ta thấy ôtô UAZ 31512 không trang bị vi sai giữa hai cầu chủ ñộng, việc gài cầu trước ñược tiến hành bằng các dịch chuyển bánh răng trên trục trung gian của hộp số phụ Với sơ ñồ ñộng học như trên trong sử dụng sẽ xuất hiện hiện tượng không tương thích ñộng học thể hiện qua hệ số k như trình bày ở mục 2.2.2 trên ñây

2.3.2 Mô hình toán tổng quát của ôtô

Coi khối ñộng cơ- hệ thống truyền lực-bánh chủ ñộng là một cơ hệ Khi

xe chuyển ñộng, nếu quy dẫn toàn bộ khối lượng của cơ hệ về bánh chủ ñộng của xe thì cơ hệ sẽ có một bậc tự do là góc quay φk

Áp dụng phương trình Lagrăng loại II [2],[12]:

k

k k