Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạn và nguồn tài liệu hiện có, đề tài chỉ giới hạn tập trung phân tích, khảo sát: - Sự thay đổi tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

GVHD: TS LÂM MAI LONG SVTH: TRỊNH VIỆT DŨNG MSSV:14145038

VŨ BẮC THẮNG MSSV:14145272 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

:

TP Hồ Chí Minh, 7/2018

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 03 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: 1 Trịnh Việt Dũng MSSV: 14145038

2 Vũ Bắc Thắng MSSV: 14145272

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Hệ đào tạo: Chính qui

Mã ngành đào tạo: 52510205 Mã hệ đào tạo: K14145

Khóa: K14 Lớp: 141453A

Tên đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có

gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”

1 Nhiệm vụ của đề tài

- Khái niệm về sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe ở sơ đồ 1 khối

lượng

- Phân tích ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến tới động lực học chuyển động và

ổn định của ô tô

- Sự thay đổi của tải trọng pháp tuyến ở sơ đồ 2 khối lượng

- Nguyên lý điều chỉnh cân bằng thùng xe ô tô du lịch

Sản phẩm của đề tài

Thuyết minh đề tài

2 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 26/03/2017

3 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 23/07/2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP

HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn khung gầm

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên: Trịnh Việt Dũng MSSV: 14145038 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: Vũ Bắc Thắng MSSV:14145272 Hội đồng:…………

Tên đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc” Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ và tên GV hướng dẫn: TS Lâm Mai Long Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

4 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018

Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên)

tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa

học và kỹ thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP

(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: Trịnh Việt Dũng MSSV: 14145038 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: Vũ Bắc Thắng MSSV:14145272 Hội đồng:…………

tốc theo sơ đồ 2 khối lượng Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án:

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

7 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018

Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên)

tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học

và kỹ thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng

có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”

Họ và tên sinh viên: 1 Trịnh Việt Dũng MSSV: 14145038

2 Vũ Bắc Thắng MSSV: 14145272

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn thành theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng: _

Giảng viên hướng dẫn: _ _

Giảng viên phản biện: _ _

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong xu thế hội nhập vào mở cửa nền kinh tế, nhu cầu di chuyển của người và vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng cao, dẫn đến những đòi hỏi khắt khe hơn về nhiều mặt của phương tiện di chuyển, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ do vậy việc ứng dụng và phát triển những công nghệ mới là hết sức quan trọng

Để đáp ứng tốt các yêu cầu như tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, tăng tính an toàn, ổn định và thoải mái của xe Ta cần có một cơ sở lý thuyết chính xác, khoa học và vững chắc để phân tích các tác động xảy ra trong quá trình chuyển động của xe, từ đó đưa ra các phương án để giải quyết vấn đề trên cơ sở lý thuyết đã phân tích

Khi xe chuyển động ở các điều kiện chuyển động phức tạp dẫn đến việc thay đổi của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó tải trọng pháp tuyến là yếu tố quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất của xe

Là những sinh viên ô tô sắp ra trường, chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu sự phân

bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”làm đề tài tốt nghiệp Em rất mong với

đề tài này, em có thể củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường có thể góp một phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô nước nhà

Cuối cùng, chúng em xin được gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Lâm Mai Long đã chỉ bảo tận tình, giúp chúng em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình Bên cạnh đó, chúng em xin cám ơn các thầy cô giáo trong Khoa Cơ khí động lực đã tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Vì kiến thức của chúng em còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện Mong quý thầy nhận xét và chỉ dẫn thêm để bài làm của em được hoàn hiện hơn

Lời cuối, chúng em xin kính chúc các thầy luôn có nhiều sức khỏe, niềm vui, luôn hạnh phúc và có thêm thật nhiều thành tựu trong sự nghiệp của mình

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu 1

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN TRÊN BÁNH XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG 3

1.1 Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp tổng quát khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường dốc: 3

1.2 Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường bằng: 5

1.2.1 Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực kéo ( xe tăng tốc): 5

1.2.2 Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực phanh ( xe giảm tốc): 5

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG CÓ GIA TỐC TỚI TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN ĐỊNH CỦA XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG 7

2.1 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến động lực học chuyển động của xe: 7

2.1.1 Động lực học kéo của xe: 7

2.1.2 Các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe khi không tính đến trượt: 8

2.1.3 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến đến các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe: 9

2.1.4 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến

động lực học phanh: 15

2.2 Ảnh hưởng của của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc đến ổn định chuyển động của ô tô 17

2.2.1 Khái niệm về ổn định chuyển động thẳng của ô tô: 17

2.2.2 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc đến tính ổn định của ô tô: 23

CHƯƠNG 3: SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CÓ GIA TỐC THEO SƠ ĐỒ 2 KHỐI LƯỢNG 26

3.1 Sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trong trường hợp tổng quát [1]: 26

3.2 Cân bằng cơ cấu treo khi kéo và khi phanh: 28

CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG THÙNG XE VỚI HỆ THỐNG TREO KHÍ 35

4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng thùng xe: 35

4.1.1 Xét đặc tính tải của buồng đàn hồi khí nén: 36

4.1.2 Ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng đến áp suất túi khí hệ thống treo cầu trước, cầu sau 38 4.2 Sự điều khiển cân bằng thùng xe: 40

4.2.1 Sự thay đổi khối lượng khí bên trong các túi khí 40

4.2.2 Sự thay đổi về độ cứng 41

4.3 Hệ thống treo khí nén trên xe khách Kinglong KB 120SE: 43

4.3.1 Cấu tạo cụm chi tiết hệ thống [4]: 43

4.3.1.1 Van tải trọng: 43

4.3.1.2 Túi hơi: 44

4.3.1.3 Giảm chấn thủy lực: 45

4.3.1.4 Phần tử hướng 45

4.3.1.5 Bình chứa khí nén 46

4.3.1.6 Bộ lọc và tách ẩm 47

4.3.1.7 Máy nén khí 47

4.3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống treo xe KB 120SE 48

4.4 Nhận xét 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ lực tác dụng khi xe chuyển động tăng tốc lên dốc 3

Hình 2.1 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với vận tốc cực đại trên đường bằng 12

Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với gia tốc cực đại trên đường bằng 13

Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với góc dốc cực đại 14

Hình 2.4 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chịu lực phanh 15

Hình 2.5 Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác dụng của lực ngang 18

Hình 2.6 Sơ đồ hướng của vecto vận tốc bánh xe khi bánh xe bị trượt ngang 18

Hình 2.7 Đồ thị quan hệ giữa độ trượt ngang và hệ số bám ngang 19

Hình 2.8 Sơ đồ chuyển động của ô tô có tinh chất quay vòng trung tính 20

Hình 2.9 Sơ đồ chuyển động của ô tô có tinh chất quay vòng thiếu 21

Hình 2.10 Sơ đồ chuyển động của ô tô có tinh chất quay vòng thừa 22

Hình 3.1 Mô hình ô tô chuyển động thẳng với gia tốc không đổi 26

Hình 3.2 Cơ cấu treo khi kéo và khi phanh 29

Hình 4.1 Sự thay đổi khối lượng khí khi tải trọng thay đổi 40

Hình 4.1 Kết cấu của van tải trọng 43

Hình 4.2 Kết cấu túi hơi 44

Hình 4.3 Vỏ túi hơi 44

Hình 4.4 Giảm chấn thủy lực dạng trụ trên xe KB 120SE 45

Hình 4.5 Tay đòn treo sau ( Giò gà ) 46

Hình 4.6 Bầu chứa khí nén 47

Hình 4.7 Bộ làm khô không khí 47

Hình 4.8 Máy nén khí 48

Hình 4.9 Sơ đồ hệ thống treo khí nén trên xe KB 120SE 49

là một yếu tố có ảnh hưởng nhất, và chúng thay đổi liên tục trong quá trình hoạt động của

xe Vậy nên, việc phân tích làm rõ những sự thay đổi và các ảnh hưởng của chúng và đưa

ra các giải pháp là cần thiết Sự thay đổi này của tải trọng pháp tuyến có tác động lớn đến

sự mất ổn định của thùng xe, do đó ta cần đưa ra nguyên lý nhằm khắc phục tình trạng mất

ổn định này

Chính vì thế, chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc” nhằm phần nào bổ sung kiến thức cho bản thân và thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp người đọc thấy được bức tranh tổng quát về sự phân bố tải trọng khi

xe chuyển động thẳng có gia tốc và các ảnh hưởng của chúng đến quá trình chuyển động của xe cũng như những ứng dụng của việc phân tích lý thuyết vào thực tiễn đưa ra

nguyên lý ổn định thùng xe cho hệ thống treo của xe

2 Mục tiêu

Mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành đề tài như sau:

- Nắm được khái niệm về sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe ở sơ đồ 1 khối lượng khi xe chuyển động thẳng có gia tốc

- Hiểu được các ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến tới động lực học chuyển động và

3 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành đề tài này, chúng em đã kết hợp rất nhiều phương pháp nghiên cứu Trong đó đặc biệt là phương pháp nghiên cứu tài liệu, tìm kiếm và thu thập các thông tin liên quan, học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè, Từ đó tìm ra ý tưởng để hình thành

đề cương của đề tài

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạn và nguồn tài liệu hiện

có, đề tài chỉ giới hạn tập trung phân tích, khảo sát:

- Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trong mặt phẳng dọc và những ảnh hưởng của chúng đến tính động lực học và tính ổn định của xe khi xe chuyển động thẳng

- Sự mất cân bằng thùng xe do sự thay đổi tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng và đưa ra nguyên lý cân bằng thùng xe

- Đề tài không tập trung vào các chi tiết cơ cấu mà chỉ chỉ ra các nguyên lý, cơ sở về

mặt lý thuyết

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN

TRÊN BÁNH XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG 1.1 Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp tổng quát khi

xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường dốc:

Giả sử xe chuyển động thẳng, mặt đường cứng tuyệt đối – đường nghiêng với góc dốc là α, khối lượng của xe là m

Hình 1.1 Sơ đồ lực tác dụng khi xe chuyển động tăng tốc lên dốc

Khi đó xe sẽ chịu tác dụng của các lực như hình vẽ

Trong đó:

+ G: Trọng lực tác dụng lên xe:

Phân thành 2 thành phần lực: Thành phần có phương song song với mặt đường gọi

là lực cản dốc Fi = G.sinα và thành phần vuông góc với mặt đường G.cosα

+ F k : Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe (khi xe tăng tốc):

- Là phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động

v

- Giá trị của Fk được tính theo công thức: Fk = 𝑀𝑘

𝑟𝑏 = 𝑀𝑒𝑟𝑖𝑡𝜂

𝑏 .( với Mk là mômen kéo của bánh xe, rb là bán kính tính toán của bánh xe, Me là mômen của động cơ, it là tỉ số truyền của hệ thống truyền lực, 𝛈 là hiệu suất truyền lực)

+ F p : Lực phanh tại bánh xe (khi phanh)

+ F f : Lực cản lăn của bánh xe:

- Là lực cản phát sinh do sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh xe đường và do ma sát giữa lốp xe và đường

- Lực cản lăn bánh xe trước (Ff1) và lực cản lăn bánh xe sau (Ff2):

Ff1 = Z1f1

Ff2 = Z2f2

Trong đó:

Z1,Z2 là phản lực pháp tuyến ở bánh xe trước và sau

f1,f2 là hệ số cản lăn ở bánh xe trước và sau

- Giá trị của Ff :

Ff = (Z1 + Z2)f = fGcosα ( với điều kiện hệ số cản lăn f1 = f2 = f)

Trong đó: α là góc dốc của mặt đường

+ F w : Lực cản không khí (Fw = 0.625.Cx.S.v2 - với Cx là hệ số cản gió của xe, S là diện tích cản gió của xe, v là vận tốc tức thời của xe)

+ F j : Lực quán tính của xe (Fj = δi.m.j - với δi là hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay, j là gia tốc chuyển động tịnh tiến của xe)

+ M f1 , M f2 : momen cản lăn của bánh xe: có giá trị tương đối nhỏ nên ta có thể bỏ

Để xác định được các giá trị của tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động ta lấy phương trình cân bằng moment tại các điểm O1,O2, ta được giá trị của tải trọng pháp tuyến cầu trước và cầu sau lần lượt là:

(Lực cản dốc Fi: dấu “+” sảy ra khi xe lên dốc, dấu “-“ xảy ra khi xe xuống dốc

Lực cản quán tính Fj: dấu “+” sảy ra khi xe tăng tốc, dấu “-“ xảy ra khi xe giảm tốc) Trong đó:

- L: là chiều dài toàn bộ của xe

- a,b: là khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe trước và sau

- hg :là tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao

- hw :là khoảng cách từ điểm đặt lực cản của không khí đến mặt đường, để đơn giản trong tính toán ta xem hw = hg

Xe chuyển động trên đường bằng nên góc dốc α = 0, xe tăng tốc nên Fj mang dấu

“-” Theo công thức (1.1a) và (1.1b), tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe ở cầu trước và cầu sau lần lượt là:

Xe chuyển động trên đường bằng nên góc dốc α = 0, xe giảm tốc nên Fj mang dấu

“+” Theo công thức (1.1a) và (1.1b) tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe ở cầu trước và cầu sau lần lượt là:

Z1p = 𝐺.𝑏+(𝐹𝑗−𝐹𝑤)ℎ𝑔

𝑚.𝑔.𝑏+(𝛿𝑗𝑚.𝑗−0.625.𝐶𝑥.𝑆.𝑣2)ℎ𝑔

𝐿 = 𝑚𝑔𝑎𝐿 , sự thay đổi tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe cầu trước và cầu sau Z1,

Z2 phụ thuộc vào các yếu tố:

- Độ dốc của mặt đường α:

+ Khi xe lên dốc nếu α tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng

+ Khi xe lên dốc nếu α tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng

- Gia tốc chuyển động thẳng j:

+ Khi xe tăng tốc nếu gia tốc j tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng

+ Khi xe giảm tốc nếu gia tốc j tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng

- Vận tốc v của xe: Khi vận tốc xe tăng thì giá trị của Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng

- Khối lượng của xe m

- Tọa độ trọng tâm của xe hg

- Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay δi

- Hệ số cản gió của xe Cx

- Diện tích cản gió của xe S

Trong đó, ảnh hưởng của yếu tố gia tốc chuyển động thẳng đến sự thay đổi tải trọng pháp tuyến là mục tiêu nghiên cứu

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG CÓ GIA TỐC TỚI TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC

VÀ ỔN ĐỊNH CỦA XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG

Trong thực tế, mối quan tâm chính của chúng ta là khả năng chuyển động (tính động lực học của xe) và tính ổn định của xe khi chuyển động (nhiệm vụ chính của xe là chuyển động và đảm bảo tính an toàn khi chuyển động) Vì vậy, trong phần này chúng ta nghiên cứu các ảnh hưởng của sự phân bố của tải trọng pháp tuyến được phân tích ở phần 1 đến các tính chất này của xe

2.1 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến động lực học chuyển động của xe:

2.1.1 Động lực học kéo của xe:

2.1.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo:

Xét trường hợp tổng quát, xe chuyển động trên đường dốc, với vận tốc lớn và không

ổn định (có gia tốc)

Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động dùng để khắc phục các lực cản chuyển động Biểu thức cân bằng giữa lực kéo và lực cản chuyển động gọi là phương trình cân bằng lực kéo

Xét trường hợp tổng quát, ta có:

Fk = Ff ± Fi + Fw ± Fj

Với Fi: dấu (-) xảy ra khi xe xuống dốc, Fj: dấu (-) xảy ra khi xe giảm tốc

Thay giá trị cụ thể của các lực (được phân chỉ ra ở phần 1) vào biểu thức ta có:

𝑀𝑒𝑖𝑡𝜂

𝑟𝑏 = fGcosα ± Gsinα + 0.625CxSv0 ± mδjj (2.1)

2.1.1.2 Phương trình cân bằng công suất:

Công suất do động cơ sinh ra một phần đã tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để khắc phục các lực chuyển động Biểu thức cân bằng giữ công suất động cơ phát ra và công suất cản kể trên gọi là phương trình cân bằng công suất của ô

tô khi chuyển động:

Pe = Pt + Pf ± Pi + Pw ± Pj

Trong đó:

Pe: Công suất do động cơ phát ra

Pt: Công suất tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền lực

Pf: Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn Pf = Ff.v (với v là vận tốc)

Pi: Công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc Pi = Fi.v

Pw: Công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí Pw = Fw.v

Ở công suất Pi: dấu “+” dùng khi xe lên dốc, dấu “-” dùng khi xe xuống dốc

Ở công suất Pj: dấu “+” dùng khi xe tăng tốc, dấu “-” dùng khi xe giảm tốc

Nếu xét tại các bánh xe chủ động thì phương trình cân bằng công suất có dạng sau:

Pk = Pe – Pt = Pf ± Pi + Pw ± Pj

Với Pk là công suất của động cơ đã truyền đến các bánh xe chủ động

Pk = Pe – Pt = Pe.𝛈

 Pt = Pe(1 – 𝛈)

Với 𝛈 là hiệu suất truyền động của xe

2.1.2 Các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe khi không tính đến trượt:

Trong phần này ta sẽ phân tích theo điều kiện giới hạn về đặc tính của động cơ, bỏ qua điều kiện giới hạn bám - sự trượt đối với tất cả các trường hợp:

2.1.2.1 Xác định giá trị vận tốc cực đại V max :

Để xe đạt được giá trị vận tốc cực đại, ta cần có các điều kiện giả thiết: xe chuyển động trên đường bằng (Fi = 0), xe chuyển động với tốc độ ổn định (Fj = 0), động cơ làm việc ở chế độ công suất cực đại (Pe = Pe ), xe chuyển động ở tay số cao nhất (itl = itln) và

 vmax = √𝐹𝑘𝑣−𝑚𝑔𝑓

2.1.2.2 Xác định giá trị gia tốc cực đại J max :

Để xe đạt được giá trị gia tốc cực đại (khả năng tăng tốc), ta cần có các điều kiện giả thiết: xe chuyển động trên đường bằng (Fi = 0), xe chuyển động với vận tốc nhỏ (Fw = 0), động cơ làm việc ở chế độ momen xoắn cực đại (Mej = MeM), xe chuyển động ở tay số một (itl = itlI) và bỏ qua sự trượt

Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:

Fkj = 𝑀𝑒𝑀𝑖𝑡𝑙𝐼 𝜂𝑡𝑙

𝑟 = mgf + mδjjmax

Để tiện cho việc phân tích ảnh hưởng của phản lực pháp tuyến ta đưa phương trình

về dạng gia tốc cực đại phụ thuộc vào lực kéo (jmax = f(Fk)):

jmax = √𝐹𝑘𝑗−𝑚𝑔𝑓

2.1.2.3 Xác định giá trị độ dốc cực đại i max :

Để xe đạt được độ dốc cực đại mà xe có thể leo, ta cần có các điều kiện giả thiết: xe chuyển động với tốc độ ổn định (Fj = 0), ), xe chuyển động với vận tốc nhỏ (Fw = 0), động

cơ làm việc ở chế độ momen xoắn cực đại (Mei = MeM), xe chuyển động ở tay số một (itl =

Biến đổi phương trình ta nhận được:

(với tgαmax = imax)

Tiếp tục biến đổi ta được phương trình cân bằng bậc hai đối với độ dốc lớn nhất imax:

((𝐹𝑘𝑖

𝑚𝑔)2− 1)𝑖𝑚𝑎𝑥2 − 2𝑓𝑖𝑚𝑎𝑥 + ((

𝐹𝑘𝑖

𝑚𝑔)2− 𝑓2) = 0 Nghiệm imax dương của phương trình trên chính là độ dốc cực đại cần tìm

2.1.3 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến đến các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe:

2.1.3.1 Khái niệm về sự bám và trượt:

+ Khả năng bám:

Điều kiện để các bánh xe chuyển động được là ở các bánh xe chủ động phải có moomen xoắn chủ động truyền đến và tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường phải

có độ bám nhất định Nếu độ bám nhỏ thì bánh xe có thể bị trượt quay khi bánh xe có momen chủ động lớn hoặc bánh xe bị trượt lết khi bánh xe có momen phanh lớn

Như vậy, khả năng bám là khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (lực kéo hoặc lực phanh) của mặt đường

+ Hệ số bám:

Độ bám giữa bánh xe và mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám Tùy theo chiều của phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe mà hệ số bám có tên gọi khác nhau Nếu xét khả năng bám theo chiều dọc thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc 𝛗x và được định nghĩa như sau:

𝛗x = 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥

𝐺𝑏

Fkmax Lực kéo tiếp tuyến cực đại giữa bánh xe và mặt đường

Gb Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe (được gọi là trọng lượng bám)

Nếu xét khả năng bám theo chiều ngang thì hệ số bám được gọi là hệ số bám ngang

𝛗y và được định nghĩa như sau:

𝛗y = 𝑌𝑏𝑚𝑎𝑥

𝐺𝑏

Ybmax Là phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên bánh xe

Thông thường ta sử dụng hệ số bám dọc nên nó có thể được ký hiệu đơn giản là 𝛗

Hệ số bám giữ bánh xe và mặt đường phụ thuộc vào nguyên liệu làm đường, nguyên liệu chế tạo lốp, tình trạng mặt đường, kết cấu hoa lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe,…

+ Lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

Nếu Zb là tổng phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thì:

Zb = G.cosα Lúc đó tổng lực bám dọc tại các bánh xe được xác định như sau:

F𝛗x=𝛗xZb

Để cho bánh xe chủ động không bị trượt quay, lực kéo cực đại tại bánh xe đó phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc giữ bánh xe và mặt đường:

Fkmax≤ F𝛗x

Khi dưới bánh xe có phản lực ngang tác dụng, khả năng bám theo chiều ngang được thể hiện qua lực bám ngang:

Như vậy khả năng bám ảnh hưởng đến giới hạn động lực học của ô tô

Với điều kiện bám:

+ Fk ≤ 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 = Z.𝛗 đối với lực kéo

+ Fp ≤ Fpmax = Z.𝛗 đối với lực phanh

Z là phản lực pháp tuyến của bánh xe tương ứng ( bánh chủ động ở trường hợp kéo hoặc bánh xe chịu lực phanh ở trường hợp phanh.)

Việc thay đổi phản lực pháp tuyến Z sẽ làm thay đổi giới hạn bám của bánh xe với mặt đường

2.1.3.2 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi đạt đến giá trị vận tốc cực đại của xe v max (đường bằng, tay số cao, chuyển động ổn định):

Hình 2.1 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với vận tốc cực đại trên

Trong trường hợp này, do ảnh hưởng của lực cản gió Fw nên giá tải trọng cầu trước

và cầu sau bị thay đổi, theo công thức:

Z1 = G.b−Fw.hg

𝐿

Z2 = G.a+Fw.hg

𝐿

Nhận xét: Do tác dụng của lực cản gió tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe cầu trước

giảm, cầu sau tăng trong trường hợp này Vì vậy, giới hạn bám tại các bánh xe cầu trước giảm, cầu sau tăng Nếu xe có một cầu chủ động thì xe có cầu chủ động đặt phía sau có khả năng đạt vận tốc cực đại lớn hơn xe có cầu chủ động đặt phía trước

Khi xe đạt vận tốc cực đại, xe chuyển động ổn định với gia tốc bằng 0, tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe không bị ảnh hưởng bởi gia tốc trong trường hợp này

2.1.3.3 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe đạt đến giá trị giá tốc cực đại của xe j max ( đường bằng, tay số thấp, vận tốc nhỏ):

Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với gia tốc cực đại trên

Lúc này theo công thức 1.2 (bỏ qua lực cản không khí Fw), sẽ có sự phân bố lại phản lực pháp truyến giữa cầu trước và cầu sau theo biểu thức:

Nhận xét: Với giới hạn bám của các bánh xe cầu trước và cầu sau lần lượt là:

Z1.𝛗 và Z2.𝛗 (xem hệ số bám cầu trước và cầu sau bằng nhau)

Gia tốc của xe càng lớn thì khả năng bám của các bánh xe cầu trước càng giảm, ngược lại khả năng bám của các bánh xe cầu sau càng tăng Vì vậy, lực kéo chủ động ở cầu sau có thể tăng lớn hơn so với lực kéo chủ động ở cầu trước trong trường hợp này

Xe có cầu trước là cầu chủ động thì khả năng tăng tốc của xe sẽ kém hơn so với xe

có cầu sau chủ động

2.1.3.4 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe đạt đến giá trị độ dốc cực đại của xe i max (tay số thấp, chuyển động ổn định, vận tốc nhỏ):

Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với góc dốc cực đại

Trong trường hợp này, tải trọng pháp tuyến phân bố tại cầu trước và sau phụ thuộc vào góc dốc αmax, ta có:

𝑚𝑔 =fcosαmax + sinαmax

Dựa vào biểu thức với góc dốc 0o < αmax < 90o và hệ số bám φ ≤ 1 thì khi tăng lực kéo

𝐹𝑘𝑖 cực đại, góc dốc cực đại tăng lên

Khi Fik vượt quá giới hạn bám thì 𝐹𝑘𝑖 = 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 = Z φ

Với Z là phản lực pháp tuyến tại cầu chủ động

Nhận xét: Giới hạn lực kéo tiếp tuyến phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến tại cầu

chủ động qua đó phụ thuộc vào độ dốc mà xe đang leo:

+ Đối với xe có cầu trước chủ động: Ta có phản lực pháp tuyến cầu trước Z1 giảm khi góc dốc α tăng, do đó, khả năng bám tại các bánh xe cầu trước giảm nên lực kéo lớn nhất 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 mà mặt đường có thể hấp thụ giảm dẫn đến độ dốc cực đại mà xe có thể leo giảm

+ Đối với xe có cầu sau chủ động: Ta có phản lực pháp tuyến cầu sau Z2 tăng khi góc dốc α tăng, do đó, khả năng bám tại các bánh xe cầu sau nên lực kéo lớn nhất 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥

mà mặt đường có thể hấp thụ tăng lên dẫn đến độ dốc cực đại mà xe có thể leo tăng

Khi xe đạt độ dốc cực đại, xe chuyển động ổn định với gia tốc bằng 0, tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe không bị ảnh hưởng bởi gia tốc trong trường hợp này

2.1.4 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến động lực học phanh:

2.1.4.1 Khái niệm về động lực học phanh:

Hình 2.4 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chịu lực phanh

Lực phanh Fp = Fp1 + Ff2 lực phanh này do cơ cấu phanh ở các bánh xe sinh ra, đạp phanh càng mạnh thì lực phanh càng lớn nhưng nó bị giới hạn bởi giới hạn bám

Xét trường hợp xe phanh trên đường nằm ngang, không tác dụng lực kéo ở bánh xe chủ động

Trong trường hợp này lực phanh dùng để khắc phục lực quán tính của xe

Ta có phương trình cân bằng lực theo phương chuyển động:

Fqt – Fw – Fp – Ff = 0

 Fqt = Fw + Fp + Ff

Khi phanh cực đại vận tốc của xe giảm rất nhanh vì vậy lực cản gió và lực cản lăn rất nhỏ so với lực cản lăn nên ta có thể không kể đến tác dụng của các lực này trong việc phân tích khả năng phanh của xe

Trong trường hợp này lực phanh dùng để khắc phục lực quán tính của xe Fqt = m.δj.j

2.1.4.2 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến đến gia tốc phanh cực đại

Jpmax

Để đạt được gia tốc phanh lớn, ta cần tăng lực phanh, tuy nhiên do lực phanh bị giới hạn bởi giới hạn bám nên trong trường hợp lực phanh vượt quá giới hạn bám, bánh xe bị hãm cứng và trượt lết thì ta có:

2.2 Ảnh hưởng của của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng

có gia tốc đến ổn định chuyển động của ô tô

2.2.1 Khái niệm về ổn định chuyển động thẳng của ô tô:

Tính ổn định chuyển động thẳng của ô tô là khả năng đảm bảo giữ quỹ đạo chuyển động thẳng trong các điều kiện chuyển động khác nhau Tùy thuộc điều kiện sử dụng, ô tô

có thể chuyển động trên đường dốc ( đường có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang), đường bằng, có thể phanh ở các loại đường khác nhau (đường xấu, đường tốt,…) và chịu lực ngang như lực gió ngang

Trong phần này, chúng ta nghiên cứu sự ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến tính ổn định của ô tô khi xe chuyển động thẳng dưới tác dụng của lực ngang

2.2.1.1 Khái niệm về góc lệch hướng:

Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến việc thay đổi quỹ đạo không theo mong muốn của người lái là do lệch hướng của bánh xe đàn hồi dưới tác dụng của lực ngang

Thực tế, bánh xe là một phần tử đàn hồi vì vậy nó có thể biến dạng theo mọi phương,

vì vậy dưới tác dụng của lực ngang Y bánh xe bị biến dạng ngang khi đó vectơ vận tốc v của tâm bánh xe không còn nằm trong mặt phẳng đối xứng của bánh xe nữa mà lệch đi một góc α – góc lệch hướng

≥ Z 𝛗y

Hình 2.5 Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác dụng của lực ngang

Trong đó: Cy là độ cứng hướng kín của lốp – lốp càng mềm Cy càng bé

Khi bánh xe lăn trên đường sẽ có trượt dọc và đồng thời sẽ có thể bị trượt ngang do lực ngang tác dụng vượt quá giới hạn bám ngang của lốp, bánh xe sẽ trượt ngang với vận tốc vy nào đó Kết quả là tâm bánh xe đồng thời thực hiện 2 chuyển động – chuyển động theo phương dọc và chuyển động theo phương ngang, khi đó vectơ vận tốc v của tâm bánh

xe không còn nằm trong mặt phẳng đối xứng của bánh xe nữa mà lệch đi một góc

Hình 2.6 Sơ đồ hướng của vecto vận tốc bánh xe khi bánh xe bị trượt ngang

Giới hạn bám ngang phụ thuộc vào hệ số bám ngang 𝛗y bị ảnh hưởng bởi lực kéo tiếp tuyến Fk

Hệ số bám ngang 𝛗y phụ thuộc vào độ trượt của bánh xe khi chịu lực kéo hoặc phanh δ

Hình 2.7 Đồ thị quan hệ giữa độ trượt ngang và hệ số bám ngang

Mà độ trượt của bánh xe δ lại phụ thuộc vào giá trị của lực kéo hoặc lực phanh: δk

= 1 - 𝑟𝑙0−𝜆𝑓𝐹𝑘

𝑟𝑏 ( với rlo là bán kính lăn của bánh xe khi chưa chưa có lực tiếp tuyến tác

dụng, λf là hệ số biến dạng vòng của lốp, rb là bán kính tính toán của bánh xe)

Đồng thời, giới hạn bám ngang còn phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến Z

- Điểm tâm của bánh trước tương ứng với điểm giữa của cầu trước

- Điểm tâm của bánh sau tương ứng với điểm giữa của cầu sau

- Khoảng cách giữa điểm tâm bánh xe trước và sau đúng bằng chiều dài cơ sở của xe L

Trong phần này chúng ta sẽ khảo sát trường hợp: xe đang chuyển thẳng, người lái giữ vô lăng ở vị trí trung gian Nhưng sau đó có lực ngang tác dụng lên thân xe ( lực gió

ngang hoặc xe chuyển động trên đường nghiêng ngang thành phần lực trọng lực song song

với mặt đường ngang chính là lực ngang)

Dưới tác dụng của thành phần lực ngang bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

xuất hiện các phản lực ngang Yb Dưới tác dụng của Yb xuất hiện góc lệch hướng ở bánh

xe do biến dạng của lốp, nếu lực ngang tác dụng quá lớn vượt quá giới hạn bám ngang hiện

tượng trượt ngang xảy ra cũng gây ra góc lệch hướng, gọi góc lệch hướng tại các bánh xe

cầu trước và cầu sau lần lượt là α1 và α2

Lúc này vectơ vận tốc v1 ở bánh trước sẽ lệch một góc α1 so với trục dọc, đồng thời

vecto vận tốc v2 ở bánh xe sau sẽ lệch một góc α2 so với trục dọc

Trong quá trình di chuyển của xe, xảy ra 3 tình huống:

2.2.1.2.1 Trạng thái chuyển động của xe có tính chất quay vòng trung tính (α 1 = α 2 ):

Hình 2.8 Sơ đồ chuyển động của ô tô có tinh chất quay vòng trung tính

Ý nghĩa của các ký hiệu:

R1 – bán kính quay vòng của xe khi xuất hiện góc lệch hướng

v1 – vận tốc chuyển động tịnh tiến của tâm cầu trước

v1 – vận tốc chuyển động tịnh tiến của tâm cầu sau

α1 – góc lệch hướng của các bánh xe cầu trước

α2 – góc lệch hướng của các bánh xe cầu sau

Yb1 – phản lực ngang tác dụng ở bánh trước