Báo cáo thực hành thí nghiệm ô tô

ĐO ĐẶC TÍNH LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LĂN TRƠN.. - Khi bánh xe chuyển động trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược chiều c

MỤC LỤC

1.1.1 Lực cản lăn Ff 3

1.2.3 Bảng kết quả đo 7

1.3.4 Xác định hàm xấp xỉ bậc 2 của Fc theo tốc độ v 10

1.5 Kết luận 11

LỜI NÓI ĐẦU

Việc ứng dụng các tiến bộ khoa học công nghệ trên thế giới vào việc giảng dạy nhằm mang lại hiệu quả cao trong quá trình đào tào không chỉ là nhiệm vụ cần thực hiện trong đào tạo đại học mà là nhiệm vụ của cả ngành giáo dục và chính phủ Trong tiến trình đó thì Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã được chọn đầu tư phòng thí nghiệm AVL với vồn đầu tư lên đến 5 triệu USD qua đó cho thấy được mức độ hiện đại của phòng thí nghiệm - thực hành

“Thực hành thí nghiệm ô tô” là học phần được trang bị cho sinh viên khoa Cơ Khí Giao Thông sau khi học xong học phần “thí nghiệm ô tô” nhằm giúp sinh viên tiếp cận đầy đủ hơn với các trang thiết bị hiện đại, cách vận hành hệ thống và trên hết là phương pháp thực hiện một thí nghiệm hoàn chỉnh

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy em đã hoàn thành bài thí nghiệm và bài báo cáo đúng thời gian quy định Và cuối cùng em xin chân thành cảm ơn đến thầy

Lê Văn Tụy, thầy Phùng Minh Nguyên và thầy Huỳnh Bá Vang đã hướng dẫn và giúp đỡ rất nhiệt tình cho chúng em trong các học phần “thí nghiêm ô tô” và “thực hành thí nghiệm ô tô”, giúp cho em tích lũy thêm được những kiến thức mới trong những giờ học lý thuyết và cũng cố kiến thức trong những giờ thực hành

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 10 năm 2012

Sinh viên

1 ĐO ĐẶC TÍNH LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LĂN TRƠN.

1.1 Cơ sở lý thuyết về sự hình thành lực cản

- Phương trình chuyển động của ô tô trên đường:

Fk = Ff + F ω ± Fi ± Fj Trong đó:

+ Fk là lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động (N)

+ Ff = G.cosα.f là lực cản lăn (N)

+ F ω = k.F.v2 là lực cản không khí (N)

+ Fi = G.sinα là lực cản dốc (N)

+ Fj = G g dv dtlà lực quán tính chuyển động của ôtô (N)

- Trong bài thí nghiệm này thì ô tô chuyển động đều trên đường bằng nên Fi và

Fj bằng không

- Phương trình được viết lại:

Fk = Ff + F ω (*) 1.1.1 Lực cản lăn Ff

- Khi bánh xe chuyển động trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

- Lực cản lăn phát sinh là do có sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường

- Để đơn giản người ta coi lực cản lăn là ngoại lực tác dụng lên bánh xe khi

nó chuyển động và được xác định theo công thức:

Ff = Ff1 + Ff2

Trong đó:

+ Ff1 là lực cản lăn ở bánh xe trước

+ Ff2 là lực cản lăn ở bánh xe sau

- Các lực cản lăn Ff1 và Ff2 ở bánh xe trước và sau có giá trị như sau:

Ff1 = Z1.f1 Ff2 = Z2.f2

Ở đây: f1, f2 là hệ số cản lăn tương ứng ở bánh xe trước và bánh xe sau

- Nếu coi hệ số cản lăn ở bánh trước f1 và ở bánh sau f2 như nhau thì ta có:

f1 = f2 = f

- Lúc đó:

Ff = (Z1 + Z2).f = f.G.cosα

Ở đây: α là góc dốc của mặt đường

- Khi ô tô chuyển động trên đường nằm ngang thì α = 0, nên:

Ff = G.f

Ở đây: f là hệ số cản lăn của ô tô

- Các nhân tố gây ra biến dạng của lốp với mặt đường đều có ảnh hưởng tới

hệ số cản lăn và lực cản lăn Trong đó tốc độ của ô tô là một yếu tố quan trọng Từ thực nghiệm đã chứng tỏ:

Ff = f(v) = G.f =

2 0

v G.f (1+ )

1500 G.(a bv)









  + Khi v dần đến 0+:

Ff = f(v) = G.f =

0

G.f G.a







Suy ra: f0 = a, tức là hệ số cản lăn cơ bản không phụ thuộc vào tốc độ

+ Khi v đủ lớn thì:

f = f0 + f1.v + f2.v2

f =

2 0

v

f (1+ )

1500 (a bv)









  1.1.2 Lực cản không khí F ω

- Khi ô tô chuyển động, tạo nên sự thay đổi mật độ không khí bao quanh xe, hình thành lực cản không khí tác dụng lên toàn bộ bề mặt của xe Trong tính toán thông thường, tất cả các lực cản không khí riêng phần được thay thế bằng lực cản tổng cộng quy ước F ω đặt tại tâm cản chính diện của ô tô cách mặt đường ở độ cao

h ω

- Thực nghiệm chứng tỏ rằng lực cản không khí của ô tô có thể xác định bằng biểu thức sau:

F ω = f(v) = k.F.v2 Trong đó: + k là hệ số cản không khí, phụ thuộc vào hình dạng khí động và chất lượng bề mặt của ô tô, phụ thuộc mật độ không khí [N.s2/m4]

+ F là diện tích cản chính diện của ô tô [m2]

+ v là tốc độ tương đối giữa ô tô và không khí [m/s]

- Do kích thước ô tô bị ràng buộc chặt chẽ, nên biện pháp cơ bản để giảm lực cản không khí là giảm hệ số khí động k Giá trị hệ số khí động nhỏ nhất có thể đạt được là 0,15 ứng với mẫu ôtô tiêu chuẩn, so với giá trị thực tế của ô tô hiện nay

là (0,26÷0,45) đối với ô tô du lịch và (0,6÷0,8) đối với ô tô tải, chứng tỏ nhu cầu giảm hệ số khí động còn rất lớn

- Như vậy, phương trình (*) trở thành:

Fc = Ff + Fw = G.(f0 + f1.v + f2.v2) + K.v2 = F0 + F1.v +F2.v2 (Với K =k.F)

1.2 Trình tự tiến hành thí nghiệm

1.2.1 Mô tả về trang thiết bị và nguyên lý đo

Đối tượng đo là một ô tô dùng cho việc đo lực cản: Mercedes Benz MB140

có công suất động cơ P = 90 (kW) ở số vòng quay n = 5000 (vòng/phút), tự trọng của xe G0 = 2100 (KG), tải Gt = 900 (KG)

1.2.2 Các bước làm thí ngiệm

- Một nhóm gồm 12 sinh viên cùng với giáo viên hướng dẫn lên xe để tiến

hành thí nghiệm

- Bắt đầu di chuyển đến địa điểm tiến hành thí nghiệm

- Khi đã đến đại điểm tiến hành thí nghiệm, chọn đoạn đường vắng và không có dốc để gia tốc xe tránh làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm (phanh đột ngột)

- Chuẩn bị đồng hồ tách thời gian

- Quan sát đồng hồ báo tốc độ ô tô trên bảng táp lô, khi gia tốc cho xe chạy vượt qua tốc độ 60(km/h) thì bắt đầu nhả bàn đạp ga đồng thời đưa cần gạt số về vị trí Mode hoặc ngắt ly hợp và cho xe lăn trơn trên mặt đường

- Khi kim đồng hồ báo tốc độ chỉ 60 [km/h] thì bắt đầu bấm đồng hồ để tách thời gian, ứng với vị trí này ta có thời gian t0 = 0 [s]

- Khi tốc độ của ô tô giảm còn 55 [km/h], ta tiếp tục bấm đồng hồ tách thời gian để xác định t = t1-t0

- Quá trình được lặp lại cho đến khi tốc độ của ô tô giảm còn 20 (km/h), tức là

ta cứ tính t tương ứng với v=5km/h Sau đó ghi lại tất cả kết quả vừa đo được

- Ta thực hiện quá trình như vậy 4 lần và kết thúc quá trình đo Sau đó tất cả sinh viên quay trở về xưởng AVL và tiến hành thí nghiệm đo lực phanh rồi lấy kết quả thí nghiệm

1.2.3 Bảng kết quả đo

1.3 Xử lý số liệu

1.3.1 Xác định đa thức xấp xỉ bậc ba của v đối với thời gian t

-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)

Bảng 1.1 Bảng số liệu v i = f(t i )

số liệu ta vẽ được đồ thị biểu diễn mối quan hệ v = f(t) như sau:

V(km/h) V(m/s) t1(s) t2(s) t3(s) t4(s) ttb(s)

Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ v = f(t)

- Dùng công cụ TRENDLINE trong EXCEL, ta tìm được đa thức xấp xỉ bậc

ba đối với thời gian t:

v = -6,9.10-6.t3 + 1,555.10-3.t2 – 0,2477.t + 16,6519 (1)

1.3.2 Xác định hàm (dv/dt) = f(t) từ hàm xấp xỉ v = f(t)

- Tính giá trị (dv/dt)(i) = f(ti)

- Từ phương trình (1), lấy đạo hàm ta được:

dv 2,07.10 t 3,11.10 t 0, 2477

dt =  + 

Bảng 1.2 Bảng giá trị (dv/dt) (i) = f(t i ).

ttb(s) V(m/s) dv/dt(m/s2)

7 5,715 15,277

11,932 5

13,888

18,642

26,43 11,111

34,292

42,832

52,262

62,57 5,5556 -0,2311 1.3.3 Tính giá trị lực cản Fc(i) bằng lực quán tính chuyển động chậm dần

Fc(i) = Fj(i) = -G g (dv/dt)i tại từng thời điểm ti

- Theo giả thiết, ta tính được trọng lượng toàn bộ của xe:

Ga = G0 + Gt = 2100 + 900 = 3000 (KG) = 29430 (N)

Bảng 1.3 Bảng giá trị F c(i)

V (m/s) dv/dt (m/s2

) Fc (N) 16,6667 -0,2016 604,85

1 13,8889 -0,2085 625,495

8 12,5000 -0,2121 636,178

1 11,1111 -0,2157 647,1

5

5

1.3.4 Xác định hàm xấp xỉ bậc 2 của Fc theo tốc độ v

- Căn cứ bảng giá trị 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:

Fc = F0 + F1.v + F2.v2, để xác định các hằng số F0, F1, F2

Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn F c = f(v)

- Dựa vào công cụ TRENDLINE của EXCEL, ta xác định được hàm lực cản

Fc = f(v) biến thiên bậc hai theo tốc độ v như sau:

Fc = 0,062v2 - 9,33v + 743,1

- Ta được: F2 = 0,062

F1 = 9,33 F0 = 743,1

- Đánh giá và bàn luận đối với các đại lượng F0, F1, F2 đã xác định thông qua các hệ số cản:

0 a

F

a =

G ;

1 a

F

b =

- Suy ra:

0 a

743,1

0,02525 3000.9,81

F

a =

3

1 a

9,33

0,317.10 3000.9,81

F

b = G



K = F2 = 0,062 Trong đó: Ga là trọng lượng toàn bộ của ô tô, [N]

Các hệ số a, b, K nằm trong giới hạn:

a ≈ 0,010 ÷ 0,025

b ≈ 0 ÷ 0,0005

K ≈ 0,25 ÷ 1,50 Như vậy, các đại lượng F0, F1 đã thỏa mãn, còn đại lượng F2 có thể chấp nhận được

1.4 Nhận xét

- Lực cản tỷ lệ thuận với tốc độ ô tô theo hàm bậc hai

- Do tốc độ tương đối của ô tô và không khí tăng lên do đó lực cản không khí tăng lên Tốc độ ô tô tăng nên các thớ lốp không kịp đàn hồi như cũ, đồng thời tốc

độ biến dạng lốp tăng lên nên nội ma sát trong lốp tăng Do đó hệ số cản lăn tăng dẫn đến lực cản tăng

1.5 Kết luận

Sau quá trình làm thí nghiệm và xử lí số liệu thí nghiệm ta thấy rằng:

- Các kết quả đo đạt và tính toán được từ quá trình làm thí nghiệm luôn dao động xung quanh các giá trị lý thuyết, bởi vì trong 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 lý thuyết về lực cản chuyển động của ô tô mà chúng ta đã được học và các bước tiến hành làm thí nghiệm, cũng như cách xử lí số liệu

2 ĐO LỰC PHANH

2.1 Mục đích

- Đo lực phanh của các bánh trên cùng một cầu để từ đó có thể xác định được

độ sai lệch lực phanh giữa các bánh Từ đó có cơ sở cho việc điều chỉnh, vì nếu lực phanh hai bên mất cân bằng lớn sẽ gây mất ổn định cho ô tô khi phanh

2.2 Chuẩn bị

- Kết nối điện cho thiết bị đo

- Đưa xe vào đúng vị trí trên băng thử Cầu trước đặt lên băng thử, (đối tượng thử là xe MEDCEDES BEN MB140)

- Quan sát kiểm tra mức độ an toàn xung quanh băng thử Khi đã đảm bảo an toàn, ta bắt đầu tiến hành làm thử nghiệm

2.3 Cơ sở lý thuyết

- Lực phanh do xe tạo ra chính là lực tiếp tuyến tác dụng lên băng thử phanh:

Pfi = Mfi / rbx và f = Pfi / Gi

- Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh có thể dùng các chỉ tiêu sau:

+ Quãng đường phanh

+ Gia tốc chậm dần

+ Thời gian phanh

+ Lực phanh

- Trong phần thí nghiệm này ta chỉ xét lực phanh và lực phanh riêng Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh Chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất là khi thử phanh trước trên bệ thử Lực phanh sinh ra

ở các bánh xe ta xác định theo biểu thức:

p

P = M / r

Trong đó:

+ Ppi là lực phanh

+ Mpi là momen phanh của các cơ cấu phanh

+ rbx là bán kính làm việc trung bình của bánh xe

- Lực phanh riêng Pri là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ tác dụng trên một bánh xe

Ta có lực phanh riêng i

pi ri

P

P =

G = ϕ > 0,5

- Để đánh giá độ sai khác lực phanh của bánh xe bên trái và bên phải của một

cầu, người ta đưa ra hệ số K δ với K δ=

pmax pmin pmax

P - P

Trong đó:

Ppmax = max(lực phanh bên trái, lực phanh bên phải)

Ppmin = min(lực phanh bên trái, lực phanh bên phải)

2.4 Thao tác thí nghiệm

- Về mặt nguyên lý thì quá trình đo lực phanh tương tự đo lực kéo.Tuy vậy có khác vài vấn đề sau:

+ Dùng 2 rulô để đo momen bánh xe

+ Dùng hộp giảm tốc để giảm tốc độ từ mô tơ điện đến rulô

+ Khi phanh chỉ khi nào bánh xe vào băng thử đè lên rulô thì mới được phép đóng điện cho mô tơ

+ Rulô an toàn cắt nguồn điện khi momen phanh bánh xe đạt cực đại

Hình 2.1 Sơ đồ của thiết bị đo lực phanh.

1 Rulô bị động; 2 Bánh xe cần thử momen phanh; 3 Rulô an

toàn; 4 Rulô chủ động; 5 Giá đỡ bệ thử; 6 Cảm biến trọng

lượng; 7 Đế tỳ cảm; 8 Nền bệ thử; 9 Ụ tỳ theo chiều dọc.

3

7 8

9

12

11 10

5 6

Hình 2.2 Sơ đồ truyền động từ mô tơ đến rulô chủ động.

1 Rulô bị động; 2 Bánh xe cần thử; 3,6,7,9 Các đĩa xích; 4 Rulô

chủ động; 5,8 Các xích dẫn động; 10 Hộp giảm tốc; 11 Mô tơ điện;

12 Cảm biến lực phanh.

- Tiến hành thí nghiệm

+ Sau khi xe vào bệ thử, hệ thống điện sẵn sàng đóng điện

+ Người điều khiển đóng điện cho rulô quay và kéo bánh xe quay theo

+ Khi tốc độ đã ổn định, thì người lái tiến hành đạp phanh

+ Do lực phanh tăng dần và đạt giá trị max rất lớn nên dễ làm cho mô tơ

đứng yên Lúc này cảm biến tốc độ của mô tơ sẽ tự động ngắt điện để đảm bảo an

toàn cho mô tơ

+ Trường hợp mô tơ vẫn quay mà bánh xe đứng yên thì hệ thống điện cũng

tự động ngắt nhờ cảm biến kiểm soát tốc độ xe của rulô an toàn 3

- Để đánh giá độ chênh lệch người ta dùng hai bộ đo độc lập lực phanh ở 2 bánh xe trên cầu trước

- Đóng điện cho motơ (động cơ) dẫn động 11 quay sao cho tốc độ của bánh xe khoảng (2 ¿ 3km/h) để đảm bảo an toàn khi thí nghiệm

2.5 Xử lý kết quả

2.5.1 Bảng kết quả

Sau khi thí nghiệm đo lực phanh trước không tải ta có bảng kết quả như sau:

Bảng 2.1 Kết quả sau thí nghiệm

2.5.2 Xử lý số liệu

- Trong quá trình xử lý số liệu ta áp dụng phương pháp tính hàm xấp xỉ (phương pháp bình phương bé nhất) và lấy tới hàm bậc nhất

t(s) Ptr (kN) Pp (kN) Độ lệch (%)

1 0,042 0,04 4,7

- Theo nguyên tắc thì ta nên dùng phương pháp xấp xỉ đa thức bằng cách đi

tìm các hệ số của đa thức đó Nhưng do ở thí nghiệm này ta chỉ chẩn đoán tình

trạng phanh nên có thể dùng công cụ xấp xỉ TRENDLINE có sẵn của EXCEL để

xác định hàm xấp xỉ Từ đó đánh giá tình trạng kỹ thuật của phanh

+ Pp= a0 + a1x (hàm bậc nhất).

- Nếu a0 = 0 thì đường đặc tính đi qua gốc tọa độ, nghĩa là phanh ăn

chuẩn

- Nếu a0 ≠ 0 thì phanh bị ăn sớm hoặc muộn

+ Pp = a0 + a1x + a2x2 (hàm bậc hai)

- Nếu a0 = 0; a2 = 0 thì đường đặc tính đi qua gốc tọa độ, nghĩa là phanh ăn

đúng lúc

- Nếu a2 > 0 thì đồ thị cong lõm xuống dưới thì phanh ăn chậm sau đó bị

bó cứng, do mòn có gờ và khe hở lớn

- Nếu a2 < 0 thì đồ thị cong lồi lên trên thì khi phanh bị trượt, không ăn

do khe hở nhỏ nhưng mòn mạnh

a Lực phanh riêng lốp bên trái cầu trước

Hình 2.3 Đồ thị mô tả lực phanh riêng lốp bên trái cầu trước

- Dùng công cụ TRENDLINE trong EXCEL, ta xác định được hàm mô tả đặc tính lực phanh bánh bên trái như sau: Ptr= 0,755t – 0,947

b Lực phanh riêng lốp bên phải cầu trước

Hình 2.4 Đồ thị mô tả lực phanh riêng lốp bên phải cầu trước

- Dùng công cụ TRENDLINE trong EXCEL, ta xác định được hàm mô tả đặc tính lực phanh bánh bên phải như sau: Pph= 0,721t – 0,957

c Độ lệch lực phanh

Hình 2.5 Đồ thị mô tả độ lệch lực phanh giữa hai bánh trái và phải cầu trước.

- Nhận xét: Qua đồ thị ta nhận thấy, độ chênh lệch lực phanh giữa hai bánh xe trái và phải của cầu trước nằm trong giá trị an toàn (nhỏ hơn 25%), độ sai lệch đo được khi xe dừng hẳn chỉ là 3,5% Với độ sai lệch nhỏ như vậy khi phanh xe sẽ không bị quay đầu và an toàn khi xe quay vòng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bài giảng môn học Thí nghiệm ô tô và máy công trình, TS Lê Văn Tụy, Khoa

Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

[2] Giáo trình Lý thuyết ô tô máy kéo, Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Nhà xuất

bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội