Xác định các thông số lực cản chuyển động Fc, lực kéo Pk của ô tô khi đang chuyển động trên đường là các hàm của vận tốc.. Sinh viên phải thực hiện các yêu cầu sau: + Nắm vững các thông
Trang 1MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 2
1 GIỚI THIỆU CHUNG 3
1.1 Mục đích và yêu cầu 3
1.1.1 Mục đích 3
1.1.2 Yêu cầu 3
1.2 Giới thiệu sơ bộ về băng thử CD 48” 3
1.2.1 Giới thiệu 3
1.2.2 Thông số kỹ thuật của băng thử CD 48” 4
1.2.3 Cấu tạo băng thử CD 48” 4
1.2.4 Chế độ hoạt động của băng thử CD 48” 5
3 chế độ hoạt động 5
1.2.5 Nguyên lý hoạt động của băng thử CD 48” 5
2 ĐO ĐẶC TÍNH LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LĂN TRƠN 6
2.1 Cơ sở lý thuyết về sự hình thành lực cản chuyển động 6
2.2 Phương pháp đo 7
2.2.1 Mô tả về trang thiết bị và nguyên lý đo 7
2.2.2 Trình tự đo 7
2.3 Xử lý số liệu 8
2.3.1 Từ bảng số liệu vi = f(ti), tiến hành xấp xỉ đặc tính biến thiên v = f(t) thành đa thức xấp xỉ bậc ba đối với thời gian t (từ file dữ liệu) Chú ý thứ nguyên phải đổi ra [m/s] đối với tốc độ v 8
2.3.2 Xác định hàm dv/dt = f(t) từ hàm xấp xỉ v = f(t) với chú ý lấy đến số lẻ ít nhất là 7 Rồi tính giá trị (dv/dt)(i) = f(ti) 9
2.3.3 Tính giá trị lực cản Fc(i) bằng lực quán tính chuyển động chậm dần 10
2.3.4 Căn cứ bảng dữ liệu mới: Fc(i) biến thiên theo vi, tiếp tục xấp xỉ hàm lực cản Fc = f(v) biến thiên bậc hai theo tốc độ v có dạng 11
3 ĐO ĐẶC TÍNH LỰC KÉO Ở BÁNH XE CHỦ ĐỘNG 13
3.1 Cơ sở lý thuyết 13
3.2 Phương pháp đo 14
3.2.1 Mô tả về trang thiết bị và nguyên lý đo 14
3.3 Trình tự đo 15
3.3.1 Chuẩn bị 15
3.3.2 Gá xe lên băng thử 16
3.3.3 Chạy hâm nóng thiết bị 16
3.3.4 Lần lượt đo các giá trị lực kéo Fi ứng với các tốc độ vi 17
3.4 Xử lý số liệu 17
3.4.1 Xấp xỉ hàm 17
3.4.2 Tính sai số trung bình phương 18
4 KẾT LUẬN 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU
Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là việc ứng dụng các thiết bị cảm biến hiện đại, hệ thống xử lý và điều khiển bằng máy tính nên các công việc tiến hành là thí nghiệm đối với ôtô ngày nay đã dễ dàng hơn và kết quả nhận được cũng chính xác hơn Phòng thí nghiệm động cơ và ôtô mà Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng được trang bị cũng là một phòng thí nghiệm như vậy Được tự hào là phòng thí nghiệm hiện đại nhất trên cả nước, vốn đầu tư 600 triệu USD của chính phủ Italia Phòng thí nghiệm đã đào tạo một nguồn nhân lực quan trọng cho Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Mọi chi tiết được chế tạo rất chính xác và được hệ thống máy tính quản lý chặt chẽ, cảm nhận sự dao động nhỏ nhất của ô tô
Em rất là vinh dự được tiếp xúc và vận hành điểu khiển băng thử CD 48” hiện đại này dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy em đã cảm nhận được sự tinh
tế, chính xác đến mức nhỏ nhất Điều này làm cho em thấy được sự hiện đại giàu có của chính phủ Italia họ đi trước chúng ta hơn 20 năm, như vậy sự giàu có của một đất nước là sự phát triển của khoa học kỹ thuật và đã nâng tầm cao của một quốc gia Và em thấy rằng đất nước Việt Nam cần đẩy mạnh đầu tư hơn nữa về khoa học kỹ thuật, tạo một nền tảng cho thế hệ đi sau tiếp bước Là một sinh viên năm cuối trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng em có một mơ ước là góp phần nhỏ bé vào công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa
Và cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Văn Tụy đã hướng dẫn và phụ trách rất nhiệt tình cho chúng em về môn học Thí nghiêm ô tô và thực hành thí nghiệm ô tô, giúp cho
em hiểu được kiến thức sâu rộng và bản chất của nó Em xin cảm ơn và chúc thầy sức khỏe, có những cống hiến đóng góp cho Khoa và Nhà trường, chúc các thầy cô trong khoa Cơ khí giao thông sức khỏe và công tác tốt
Đà Nẵng, ngày 09 tháng 2 năm 2012
Sinh viên Nguyễn Công Khánh
Trang 31.GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Mục đích và yêu cầu.
1.1.1 Mục đích.
2. Xác định các thông số lực cản chuyển động Fc, lực kéo Pk của ô tô khi đang chuyển động trên đường là các hàm của vận tốc Và các đại lượng được đo trên băng thử CD-CHASSIS DYNDMIMETRE 48”
3. Giúp sinh viên nắm vững các quá trình động lực học của ô tô, nhận thấy vai trò của các thông số động lực học đối với quá trình vận hành, sử dụng khai thác ô tô
3.1.1 Yêu cầu.
Sinh viên phải thực hiện các yêu cầu sau:
+ Nắm vững các thông số chuyển động của ô tô, các thông số được hình thành như thế nào
và trong quá trình vận hành của ô tô thì chúng thay đổi như thế nào và chúng có mối liên hệ như thế nào đến vận tốc
+ Nắm vững quy tắc, quy trình vận hành băng thử CD 48” và an toàn thí nghiệm Sách hướng dẫn sư dụng băng thử CD 48” do hãng AVL ( Italia) cung cấp
+ Nắm vững phương pháp, thao tác sử dụng các dụng cụ đo, các bước chuẩn bị, cơ sở lý thuyết, phương pháp xác định các thông số cần thiết của ô tô
+ Nắm vững các chu trình thí nghiệm của ô tô theo chế độ mô phỏng (chu trình của Nhật,
Mỹ, Châu Âu…)
+ Nắm vững các phương pháp xư lý số liệu thực nghiệm,
+ Tuân thủ các hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn, giáo viên phụ trách thí nghiệm và nội quy phòng thí nghiệm
3.2 Giới thiệu sơ bộ về băng thử CD 48”.
3.2.1 Giới thiệu.
Mô hình phòng thí nghiệm AVL
Trang 4+ Băng thử CD 48’’ là loại băng thử có 2 Rulô đơn, thiết bị hấp thụ công suất là máy điện
AC không đồng bộ 3 pha, có thể chạy ở chế độ động cơ hay máy phát
+ Băng thử có tốc độ đáp ứng cao, có khả năng tao ra lực cản đối với các bánh xe tương tự như đang chuyển động trên đường để phân tích các đặc tính cần cho người nghiên cứu Ngoài ra băng thử còn dùng để xác định các thông số động lực học của ô tô
3.2.2 Thông số kỹ thuật của băng thử CD 48”.
+ Khối lượng quán tính của ô tô có thể mô phỏng (kg): 454 – 5400
+ Khối lượng cực đại của cầu chủ động đặt lên băng thử (kg): 4500
3.2.3 Cấu tạo băng thử CD 48”.
+ Băng thử CD 48” cấu tạo gồm: 2 Rulô, máy phát điện AC, bộ đếm xung Encoder, cảm biến lực Load- Cell, quạt làm mát, phanh khí nén, công tấc vị trí, bộ giữ bánh xe, dây cáp, màn hình…
a 2 Rulô: Nhận và truyền lực kéo tiếp tuyến từ bánh xe chủ động cho máy phát AC và truyền lực cản từ máy phát AC lên bánh xe chủ động
Trang 5b Máy phát điện AC: Chuyển cơ năng thành điện năng để tạo lực cản cho ô tô
c Bộ đến xung Encoder: Đo vận tốc góc của bánh xe từ đó, xác định vận tốc chuyển động của ô tô
d Cảm biến lực Load-Cell: Đo lực cản do máy phát điện AC tạo ra
e Quạt làm mát: tạo luồng gió làm mát cho ô tô, tốc độ dòng gió phụ thuộc và tốc độ ô tô
f Phanh khí nén: dùng để phanh cứng 2 Rulô
g 4 công tấc vị trí: Dùng làm cảm biến các vị trí bánh xe, khi 2 bánh xe chạm vào các cảm biến này thì hệ thông tự động ngắt để đảm bảo an toàn
h 2 bộ dây cáp: Giữ ô tô không bị trượt ngang khi ô tô đang thử trên băng thử
i 2 bộ giữ bánh xe:Khóa cứng 2 bánh xe bị động để giữ không cho ô tô di chuyển trong quá trình thử
j Màn hình hỗ trợ người lái Hiển thị chu trình thử chuẩn để người lái ô tô chạy theo khi thử ở chế độ, mô phỏng quán tính ô tô và lực cản đường
3.2.4 Chế độ hoạt động của băng thử CD 48”
3 chế độ hoạt động
a Vận tốc bằng hằng số: Băng thử luôn tạo ra lực cản thay đổi để giữ cho vận tốc của ô tô không đổi, (không phụ thuộc vào người lái) Chế độ này được sử dụng để phân tích tính năng động lực của ô tô
b Lực kéo bằng hằng số: Băng thử luôn tạo ra lực cản thay đổi, không phụ thuộc vận tốc ô
tô (không phụ thuộc người lái) Chế độ này được dùng để phân tích tính năng động lực học của
ô tô, nhưng thường ít được sử dụng
c Mô phỏng quán tính của ô tô và lực cản trên đường: băng thử luôn tạo ra lực cản thay đổi, theo vận tốc sao cho vận tốc, gia tốc của ô tô đạt được tương tự như đang chạy trên đường Chế độ này dùng để phân tích khí thải của ô tô khi đang chạy theo chu trình tiêu chuẩn
3.2.5 Nguyên lý hoạt động của băng thử CD 48”.
a Băng thử CD 48” là một thiết bị có nhiệm vụ tạo ra lực cản cho bánh xe chủ động, để xác định tính năng của ô tô thử nghiệm: lực kéo tiếp tuyến, công suất, mức độ phát thải của ô tô
b Băng thử CD 48” tạo ra lực cản bằng cách hấp thụ cơ năng nhận từ bánh xe chủ động,
và chuyển năng lượng nhận được này thành dạng năng lượng khác Tùy theo giá trị năng lượng được chuyển hóa mà băng thử tạo ra lực cản trên bánh xe chủ động tương tự như đang đi trên đường
c Băng thử CD 48” là một máy điện AC làm thiết bị hấp thụ công suất, chuyển hóa cơ năng từ bánh xe thành điện năng Điện năng phát ra tương ứng với lực cản, bằng cách điều chỉnh cơ năng phát ra băng thử CD 48” có thể hoạt động ở 3 chế độ nêu trên
d Băng thử CD 48” xác định 2 thông số chính của ô tô đó là tốc độ và lực kéo
e Tốc độ được tạo ra từ bộ Encoder gắn đồng trục với Rulô, Encodeer phát ra 10.000xung/ vòng, biết được tần số xung phát ra và đường kính Rulô (48 inchies) sẽ xác định được vận tốc
và gia tốc của ô tô trên băng thử
f Lực kép tiếp tuyến được đo gián tiếp thông qua lực cản điện từ (do băng thử tạo ra khi chuyển hóa năng lượng) tổn thất ma sát của băng thử và gia tốc của ô tô Lực cản giữa Rotor và Stator của máy điện AC làm cản chuyển động quay của Rotor (lực cản chính của bánh xe chủ động) và đồng thời làm xoay Stator (chuyển động tương đối giữa Rotor và Stator Stator xoay
và đè lên một cảm biến lực một giá trị bằng với lực điện từ tạo ra Cùng với tổn thất của ma sát
Trang 6của băng thử và gia tốc của ô tô, bộ điều khiển sẽ tính được lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động:
a m Ptt R
r P a m P
Dnyo
Trong đó: Pk (N):Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động
PDnyo (N): Lực cản của băng thử
mDnyo(kg): Khối lượng quán tính của Rulô
a (m/s2): Gia tốc của ô tô
Pload-cell (N): Lực tác dụng lên cảm biến tải R(m): Bán kính Rulô
r (m): Chiều dài cánh tay đòn Ptt (N): Lực tổn thất ma sát
Hình 1.2.5 : Sơ đồ nguyên lý băng thử CD 48”
4 ĐO ĐẶC TÍNH LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LĂN TRƠN.
4.1 Cơ sở lý thuyết về sự hình thành lực cản chuyển động.
Về sự hình thành lực cản lăn và cản không khí, từ đó đi đến cách xác định phương tŕnh lực cản chuyển động của ô-tô trên đường nhờ phương pháp lăn trơn Trên cơ sở đó, chỉ ra các đại lượng đo (đo biến thiên tốc độ v[km/h] theo thời gian thực t[s]), dụng cụ/cảm biến dùng để đo (đồng hồ/cảm biến đo tốc độ cùng với đồng hồ đo thời gian thực)
Theo lý thuyết ô tô ta có: Fk=(Fi ± Ff) +Pω ± Fj(1)
Với: Ff : Lực cản lăn
Fi : Cản dốc
Fj : Lực quán tính
Pω : Lực cản chính diện của không khí
Trang 7Trong trường hợp này:
+ Fi = 0 : Do xe chuyển động trên đường không dốc
+ Fj = 0 : do 0
dt dv
Từ (1) Fk = Ff + Pω
Khi xe chuyển động trên đường:
+ Tương tác với đường: Ff = Z1.f1 + Z2.F2
+ Tương tác với không khí Pω
Như vậy ta phải tìm cách đo cho 2 thông số trên Ff, Pω trong điều kiện ô tô đang chạy trên đường và các đại lượng thay đổi liên tục Vì vậy để mô phỏng chính xác chuyển động của ô tô trên đường thì bỏ qua lực cản không khí lúc này v =0 và Pω = k.F.v2 Cho nên để tạo ra Pω bằng cách mô phỏng lực cản không khí trên băng thử Và thực tế 2 hàm: f (v)
P Ff
Hình 2.1 Cơ sở lý thuyết hình thành lực kéo tiếp tuyến
4.2 Phương pháp đo.
4.2.1 Mô tả về trang thiết bị và nguyên lý đo.
Chú ý các nội dung chính phải quan tâm:
+ Đối tượng đo: Xe dùng cho việc đo lực cản: Mecedes Benz MB140 có công suất động
cơ P = 90[kW] ở số ṿng quay n = 5000[rpm], tự trọng của xe Go = 2100[KG], tải Gt = 900[KG]
+ Các dụng cụ/cảm biến sử dụng: Đồng hồ/Cảm biến đo tốc độ, đồng hồ đếm thời gian
thực
4.2.2 Trình tự đo.
+ Đưa xe đến địa điểm đo (yêu cầu có chiều dài quăng đường thẳng và phẳng khoảng 4km) + Gia tốc xe đến tốc độ >60km/h
+ Đo biến thiên tốc độ giảm từ 60km/h về khoảng 25km/h theo t [s]
(Nếu có thiết bị đo chính xác thì đo 01 lần, ngược lại đo ít nhất 05 lần rồi lấy giá trị trung bình)
XK
XK M
K
7 V
G
Z2 Ff1
Z1
Trang 84.3 Xử lý số liệu.
4.3.1 Từ bảng số liệu v i = f(t i ), tiến hành xấp xỉ đặc tính biến thiên v = f(t) thành
đa thức xấp xỉ bậc ba đối với thời gian t (từ file dữ liệu) Chú ý thứ nguyên phải đổi ra [m/s] đối với tốc độ v
0.0000000 17.0310000 2.0000000 16.4377500 3.0000000 16.2396667 5.0000000 15.6444167 6.0000000 15.4456667 8.0000000 15.0476667 10.0000000 14.6490000 11.0000000 14.4494167 12.0000000 14.2496667 13.0000000 14.0497500 15.0000000 13.6494167 16.0000000 13.4490000 18.0000000 13.0476667 20.0000000 12.8467500 22.0000000 12.4444167 24.0000000 12.0414167 25.0000000 11.8396667 29.0000000 11.2334167 36.0000000 10.0164167 37.0000000 9.8130000 38.0000000 9.6094167 42.0000000 9.2017500 44.0000000 8.7934167 45.0000000 8.5890000 47.0000000 8.3844167 48.0000000 8.1800000 51.0000000 7.7696667 52.0000000 7.5644167 53.0000000 7.5644167 54.0000000 7.3590000 55.0000000 7.1534167 58.0000000 6.9476667 61.0000000 6.5356667 62.0000000 6.3294167 63.0000000 6.1230000
Trang 9Đồ thị của hàm: v=f(t):
v = f(t)
y = -0.000007x3 + 0.001434x2 - 0.234379x + 16.888185
R2 = 0.999607
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
V[m/s]
Poly (V[m/s ])
4.3.2 Xác định hàm dv/dt = f(t) từ hàm xấp xỉ v = f(t) với chú ý lấy đến số lẻ ít nhất là 7 Rồi tính giá trị (dv/dt) (i) = f(t i ).
Ta có: a0 = 16.88818516
Dựa vào hàm xấp xỉ của hàm v=f(t) ta tính ra
dt
dv
theo bảng:
0.0000000 -0.2343787 2.0000000 -0.2287205 3.0000000 -0.2259503 5.0000000 -0.2205275 6.0000000 -0.2178749 8.0000000 -0.2126874 10.0000000 -0.2076568 11.0000000 -0.2052003 12.0000000 -0.2027831 13.0000000 -0.2004050
Trang 1015.0000000 -0.1957666 16.0000000 -0.1935063 18.0000000 -0.1891032 20.0000000 -0.1848571 22.0000000 -0.1807678 24.0000000 -0.1768354 25.0000000 -0.1749280 29.0000000 -0.1676908 36.0000000 -0.1565357 37.0000000 -0.1550990 38.0000000 -0.1537015 42.0000000 -0.1485038 44.0000000 -0.1461403 45.0000000 -0.1450174 47.0000000 -0.1428892 48.0000000 -0.1418840 51.0000000 -0.1391035 52.0000000 -0.1382552 53.0000000 -0.1374460 54.0000000 -0.1366761 55.0000000 -0.1359454 58.0000000 -0.1339886 61.0000000 -0.1323848 62.0000000 -0.1319287 63.0000000 -0.1315118
4.3.3 Tính giá trị lực cản F c(i) bằng lực quán tính chuyển động chậm dần.
Fc(i) = Fj(i) = - m.(dv/dt)i tại từng thời điểm ti
-0.2343787 703.1360499 -0.2287205 686.1615735 -0.2259503 677.8508343 -0.2205275 661.5823539 -0.2178749 653.6246127 -0.2126874 638.0621283 -0.2076568 622.9703079 -0.2052003 615.6008967 -0.2027831 608.3491515 -0.2004050 601.2150723 -0.1957666 587.2999119
Trang 11-0.1935063 580.5188307 -0.1891032 567.3096663 -0.1848571 554.5711659 -0.1807678 542.3033295 -0.1768354 530.5061571 -0.1749280 524.7840699 -0.1676908 503.0723811 -0.1565357 469.6070667 -0.1550990 465.2969715 -0.1537015 461.1045423 -0.1485038 445.5114855 -0.1461403 438.4209531 -0.1450174 435.0521859 -0.1428892 428.6676495 -0.1418840 425.6518803 -0.1391035 417.3105687 -0.1382552 414.7654635 -0.1374460 412.3380243 -0.1366761 410.0282511 -0.1359454 407.8361439 -0.1339886 401.9658183 -0.1323848 397.1544867 -0.1319287 395.7860415 -0.1315118 394.5352623
4.3.4 Căn cứ bảng dữ liệu mới: F c(i) biến thiên theo v i , tiếp tục xấp xỉ hàm lực cản
F c = f(v) biến thiên bậc hai theo tốc độ v có dạng.
Ta có: Hàm xấp xỉ lực cản:
Trang 12Chart Title
y = 1.1591x 2 + 3.1631x + 324.48
R 2 = 0.9986
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
Fc
P oly (Fc)
Trong đó: hàm xấp xỉ Fc=324.48+3.1631.v+1.1591.v2
Với: F0=324.48
F1=3.1631
F2=1.1591
Đánh giá và bàn luận đối với các đại lượng F0, F1 và F2 đă xác định được thông qua các
hệ số cản:
011025484
0 81 , 9 3000
48 324
a
G
F a
000107479
0 81 , 9 3000
1631 3
a
G
F b
K = F2=1.1591 Trong đó Ga là trọng lượng toàn bộ của ô tô [N]
Sau khi kiểm tra : Các hệ số a, b, K nằm trong giới hạn:
a 0,010 ÷ 0,025
b 0 ÷ 0,0005
K 0,25 ÷ 1,50
Là thỏa mãn.