Nghiên cứu động học và động lực học xe hyundai santafe 2012 đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

Ô tô đã trở thành phương tiện vận chuyển chính cho hành khách và hàng hóa, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu Tại Việt Nam, số lượng ô tô ngày càng tăng cùng với sự phát triển kinh tế, dẫn đến mật độ xe trên đường cao hơn Ngành công nghiệp ô tô không ngừng phát triển về số lượng và chất lượng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Đây là ngành mũi nhọn ở nhiều quốc gia phát triển, và Việt Nam, trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, đang phát triển ngành công nghiệp ô tô còn non trẻ, chủ yếu tập trung vào lắp ráp và sửa chữa, với tỷ lệ nội địa hóa ngày càng tăng và nhiều triển vọng trong tương lai.

Hiện nay, xe sử dụng trong nước bao gồm cả xe nhập khẩu và xe lắp ráp trong nước, với thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu Việt Nam Do khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm và địa hình đồi núi, điều kiện khai thác xe tương đối khắc nghiệt Vì vậy, việc nghiên cứu, đánh giá và kiểm nghiệm các tính năng động học và động lực học của ô tô là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng, kéo dài tuổi thọ xe và tối ưu hóa chi phí.

Dưới sự hướng dẫn của thầy Msc Đặng Qúy, chúng em đã học tập chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô tại khoa Cơ khí Động Lực, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM và quyết định chọn đề tài cho nghiên cứu của mình.

Nghiên cứu động học và động lực học của xe Hyundai Santafe 2012 nhằm mục đích tìm hiểu sâu sắc về việc đánh giá và tính toán khả năng vận hành cũng như hiệu suất động lực học của ô tô du lịch.

Tính chất động học và động lực học của ô tô khi chuyển động rất quan trọng, thể hiện qua đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, và các lực cản Những yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất vận chuyển, cũng như độ êm dịu và tính an toàn trong quá trình di chuyển Các yếu tố như điều kiện mặt đường, tăng giảm ga, và quay vòng khi phanh cũng có tác động đáng kể đến những đặc tính này.

Việc xác định chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một thách thức lớn, do phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả yếu tố ngẫu nhiên.

Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu và tính toán đường đặc tính ngoài của động cơ, khảo sát cân bằng lực kéo và công suất, cũng như đặc tính động lực học Ngoài ra, bài viết còn đề cập đến việc tính toán tính ổn định của xe và kiểm tra khả năng quay vòng của ô tô du lịch không kéo rơ móc.

- Nêu được khái niệm về đặc tính công suất của động cơ dùng trên ô tô

- Áp dụng được công thức S.R.Lây Đécman để xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày phương trình cân bằng lực kéo và phương trình cân bằng công suất của ô tô, đồng thời phân tích đặc tính động lực học của phương tiện này cùng với các đồ thị tương ứng Những nội dung này sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về hiệu suất và khả năng vận hành của ô tô trong các điều kiện khác nhau.

- Trình bày được các đặc tính tăng tốc của ô tô

- Xác định được góc dốc giới hạn mà ô tô bị lật đổ, bị trượt trong các điều kiện chuyển động khác nhau của mặt đường

- Khảo sát được động học và động lực học quay vòng của ô tô

- Khảo sát được tính ổn định của xe khi quay vòng xét theo điều kiện trượt ngang

- Khảo sát điều kiện để xe quay vòng ổn định trên các loại đường khác nhau

Dựa trên các mục tiêu đã đạt được, chúng ta có thể rút ra kết luận về đặc điểm động học và động lực học của xe Hyundai Santa Fe 2012 trong từng điều kiện chuyển động, cùng với những yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của xe.

Có hai phương pháp nghiên cứu chính:

Phương pháp thử nghiệm trên thực tế sử dụng số liệu khảo nghiệm để nghiên cứu, mang lại độ chính xác cao Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu thiết bị hiện đại để thực hiện hiệu quả.

- Phương pháp lý thuyết: Cần thông số của xe và mặt đường đưa lên máy tính hỗ trợ

Do hạn chế về điều kiện và khả năng thực nghiệm, nghiên cứu này tập trung vào phương pháp lý thuyết, dựa trên các thông số cơ bản của xe.

Chúng em đã chọn xe du lịch Hyundai Santafe 2012 làm đối tượng nghiên cứu trong khuôn khổ đề tài được giao, dựa trên các thông số kỹ thuật được cung cấp bởi nhà sản xuất.

1.1.6 Ký hiệu và các đơn vị đo cơ bản

Bảng 1.1: ký hiệu và các đơn vị đo cơ bản Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Hệ số chuyển đổi

Số vòng quay n vg/ph

Khối lượng m kg Áp suất q N/m² 1N/m² = 1Pa = 10 -5 kG/cm²

Mômen quay M N.m 1 Nm ≈ 10 kGcm ≈ 0,1 kGm

1 W ≈ 1/736 m.l (m lực ) Nhiệt độ T K T = t + 2730 (T: độ Kenvin, t: độ Xenxiut)

GIỚI THIỆU CHUNG VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE HYUNDAI SANTAFE 2012

1.2.1 Giới thiệu chung về xe Hyundai Santafe 2012

Hyundai, hãng xe Hàn Quốc lâu đời, nổi bật với các dòng xe tải và xe du lịch như Santa Fe, Tucson, Sonata, Accent và Elantra Các mẫu xe du lịch của Hyundai có thiết kế hiện đại, nội thất rộng rãi với 5 hoặc 7 chỗ ngồi, cùng nhiều tính năng công nghệ tiên tiến như khởi động thông minh không cần chìa, ghế lái chỉnh điện, và hệ thống điều chỉnh độ nặng nhẹ của tay lái tự động theo tốc độ Bài viết này sẽ tập trung nghiên cứu dòng xe Santa Fe 2012 phiên bản 2.4 máy xăng, cầu trước, sử dụng hộp số sàn 6 cấp với 5 chỗ ngồi.

1.2.2 Hình dáng, thông số kỹ thuật xe Hyundai Santafe 2012

Hình 1.2: Tuyến hình của xe Hyundai Santafe 2012

1.2.2.2 Thông số kỹ thuật xe Hyundai Santafe 2012

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật xe Hyundai Santafe 2012

Tên thông số Đơn vị Kích thước và ghi chú

Chiều dài cơ sở mm 2700

Khoảng cách 2 vệt bánh xe mm 1615/1620

Khoảng sáng gầm xe mm 165

Bán kính vòng quay tối thiểu mm 5500

Trọng lượng toàn tải N 19970 Động cơ Xăng 2.4l, DOHC 16 VAN

Tỷ số truyền hộp số : ih1 = 3,769 ; ih2 = 1,931; ih3 = 1,696; ih4 = 1,276; ih5 = 1,027; ih6 =0,897; iR =3,588;

Truyền lực chính : i0 = 3,737 Đường kính x Hành trình piston mm 88x97

Công suất cực đại 130 KW, tại 6000 vòng/phút

Momen xoắn cực đại 229 Nm, tại 3750 vòng/phút

Kiểu dẫn động Cầu trước chủ động

Tốc độ tối đa km/h 190

Thời gian tăng tốc 0 - 100 km/h S 10,9

Mức tiêu hoa nhiên liệu lit/km 6,8/100

Thể tích thùng nhiên liệu lit 68

TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI ĐỘNG CƠ

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI ĐỘNG CƠ

2.1.1 Giới thiệu đường đặc tính ngoài của động cơ Đường đặc tính ngoài là các đường biểu diễn mối quan hệ của công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng khi nhiên liệu được cung cấp cho động cơ ở mức cực đại Trên ô tô nhiên liệu cung cấp cực đại cho động cơ được hiểu là khi bướm ga mở hoàn toàn ở động cơ xăng và ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thuớc nhiên liệu (ở động cơ diezel) Đường đặc tính ngoài là đường đặc tính quan trọng nhất của một động cơ dùng để đánh giá các chỉ tiêu công suất (P emax ) và tiết kiệm nhiên liệu (g emin ) Mặc khác nhờ có đường đặc tính này người ta cũng đánh giá được sức kéo của động cơ qua đặc tính mômen (M e ), vùng làm việc ổn định của động cơ và hệ số thích ứng K của nó

2.1.2 Đối với động cơ xăng

Chia làm hai loại: hạn chế số vòng quay và không hạn chế số vòng quay

Hình 2.1: Đường đặc tính ngoài động cơ xăng

- a: đặc tính ngoài động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vòng quay

- b: đặc tính ngoài động cơ xăng có bộ phận hạn chế số vòng quay

Động cơ xăng không hạn chế số vòng quay thường được sử dụng cho xe du lịch, với giá trị ω emax không vượt quá ω e P từ 10 đến 20% để giảm tải trọng và mài mòn Trong khi đó, động cơ xăng hạn chế số vòng quay trên xe tải nhằm tăng tuổi thọ, thường chọn n emax trong khoảng (0,8 ÷ 0,9) n e P.

2.1.3 Phân tích đồ thị đặc tính ngoài

- Vùng làm việc ổn định của động cơ:

Khu vực nằm giữa P e và M e cho thấy khi P e giảm, M e sẽ tăng, giúp phương tiện duy trì sức kéo và hoạt động hiệu quả, mặc dù tốc độ có thể bị giảm Ngoài khu vực này, khi cả P e và M e đều giảm, chỉ cần gặp chướng ngại nhỏ cũng có thể dẫn đến tình trạng chết máy Trong vùng làm việc ổn định, khi gặp chướng ngại, tốc độ và công suất sẽ giảm, nhưng M e lại tăng, giúp động cơ vượt qua chướng ngại mà không cần phải chuyển về số thấp.

Hệ số K được sử dụng để đánh giá khả năng vượt chướng ngại và khả năng tăng tốc của động cơ, với giá trị K càng lớn thì khả năng này càng tốt Động cơ xăng có đường cong M e dốc hơn so với động cơ diesel, dẫn đến giá trị K lớn hơn ở động cơ xăng Nếu giá trị K thấp hơn mức cho phép, ô tô sẽ không thể vượt qua chướng ngại nếu không chuyển về số thấp để tăng mômen bánh xe Đối với động cơ xăng, K dao động từ 1,25 đến 1,35, trong khi đối với động cơ diesel, K nằm trong khoảng từ 1,10 đến 1,15.

- Khảo sát đường cong công suất P e

Khi tăng tốc độ động cơ (n e) quá mức, áp suất hiệu dụng (P e) sẽ giảm, do thiết kế chỉ tính diện tích lưu thông của xupáp nạp để đạt áp suất tối đa (P emax) tại n e P Tại n e P, thời gian và diện tích nạp được đảm bảo để cung cấp đủ hỗn hợp hoặc không khí đạt P emax Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng số vòng quay n e, thời gian và diện tích nạp sẽ giảm đáng kể, dẫn đến giảm hệ số nạp và công suất động cơ.

Khi tốc độ n e giảm xuống n emin, cả M e và P e đều giảm do hệ số nạp giảm Sự hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí trở nên kém hiệu quả hơn do giảm xoáy lốc, dẫn đến quá trình cháy diễn ra chậm và kém, đồng thời làm tăng tổn thất nhiệt ra nước làm mát.

Trong quá trình hoạt động, từ n e M đến n e, công suất P e vẫn tăng trong khi mô men M e giảm do hệ số nạp giảm Sự mất mát năng lượng do công bơm và công cơ học tăng lên do số chu kỳ tăng, với số chu kỳ được tính bằng n/τ Mặc dù P e tăng, nhưng mức độ giảm của M e không bằng mức tăng của tốc độ n e, khi n e có thể tăng hàng trăm lần trong khi M e chỉ tăng theo hàng đơn vị Tuy nhiên, nếu n e tăng quá mức do thời gian và tiết diện quá nhỏ, hệ số nạp sẽ giảm mạnh, dẫn đến cả M e và P e đều giảm cho đến khi n đạt đến n 𝑝ℎ (tốc độ phá hủy động cơ, n ph = (1,5÷2) n e) Tại thời điểm này, M e và P e sẽ bằng 0, và g e tiến tới vô cùng, với g e = G T.

XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ XE HYUNDAI

Chúng tôi xây dựng đường đặc tính ngoài dựa trên công thức kinh nghiệm S.R.Lây Đécman Động cơ Theta II của xe Hyundai Santa Fe 2012 là động cơ xăng không giới hạn số vòng quay Để giảm thiểu mài mòn, số vòng quay tối đa (n emax) thường không vượt quá từ 10% đến 20% số vòng quay cực đại (n e P) Cụ thể, n emax được tính bằng 10% n e P và 20% n e P, với giá trị n e P là 6600 đến 7200 vòng/phút.

Ta chọn n emax = 7000 (vg/ph)

Số vòng quay tối thiểu động cơ làm việc được là n emin = 500 (vg/ph)

Cho các chỉ số n e chạy từ 500 (vg/ph) ÷ 7000 (vg/ph) Và thế vào công thức S.R.Lây Đécman :

- P e , n e : công suất hữu ích và số vòng quay của động cơ ứng với một điểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài

- P emax , n e P : công suất có ích cực đại và số vòng quay ứng với công suất nói trên

- a, b, c: các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ như sau: Đối với động cơ xăng : a = b = c = 1

Ta tiến hành nối các điểm giá trị P e vừa tìm được ứng với n e từ 500 ÷ 7000 (vg/ph) và ta thu được đường đặc tính công suất động cơ

Sau khi đã có được các điểm giá trị P e ứng với n e từ 500 (vg/ph) ÷ 7000 (vg/ph)

Ta thế các điểm giá trị này vào công thức :

- P e : công suất của động cơ [kW]

- n e : số vòng quay của trục khuỷu [ v/ph]

- M e : mômen xoắn của động cơ [N.m]

Ta tiến hành nối các điểm giá trị M e vừa tìm được ứng với n e từ 500 ÷ 7000 (vg/ph) Ta thu được đường đặc tính Momem của động cơ

Bảng 2.1: Bảng giá trị công suất và momen của động cơ theo số vòng quay trục khuỷu n e (vg/ph) M e (Nm) P e (kW)

Hình 2.2: Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ xe Hyundai Santafe

- Từ số liệu tính được, ta có được đồ thị trên Động cơ đạt công suất cực đại P emax 130 (kW) ở số vòng quay n e = 6000 (vòng/phút)

- Mômen xoắn cực đại M emax = 233,68 (N.m) ở số vòng quay n e = 3000 (vòng/phút)

- Mômen xoắn cực đại tính được sai số với mômen xoắn cực đại của xe là 229 (N.m) vì do sai số của công thức S.R.Lây Đécman

TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÂN BẰNG LỰC KÉO, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE

XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE

3.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm bằng phương pháp cân

Vị trí trọng tâm ô tô đóng vai trò quan trọng trong tính chất động lực học của xe, ảnh hưởng đến sự ổn định và an toàn khi vận hành Tọa độ trọng tâm thường được áp dụng trong quá trình tính toán và thiết kế ô tô, được xác định thông qua các kích thước theo chiều dọc và chiều cao, có thể kiểm tra bằng phương pháp thực nghiệm.

3.1.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm ô tô theo chiều dọc Đặt các bánh xe sau lên mặt bằng cân

Các bánh trước đặt lên mặt phẳng cứng nằm cùng mặt phẳng với bàn cân

Hình 3.1: Xác định tọa độ trọng tâm ô tô theo chiều dọc

Chỉ số trên cân là phần trọng lượng của ô tô tác dụng lên cầu sau, gọi là G 2

Như vậy trọng lượng phân ra cầu trước là G 1 = G − G 2

Khi đã biết trọng lượng G và các thành phần trọng lượng ra các cầu G 1 , G 2

Chúng ta xác định tọa độ trọng tâm ô tô theo chiều dọc như sau:

- a, b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt phẳng đứng qua trục cầu trước và cầu sau

- L: Chiều dài cơ sở của xe

3.1.1.2 Xác định tọa độ trọng tâm theo chiều cao Đặt các bánh xe sau lên bàn cân, các bánh trước đặt lên giá có độ cao H so với mặt bàn cân ( thường H = 0,5 ÷ 1,0 m)

Hình 3.2: Xác định tọa độ trọng tâm ô tô theo chiều cao

Chỉ số trên bàn cân là phần trọng lượng tác dụng lên trục sau ô tô khi đặt nghiêng đi qua tâm O 2 trục sau

Từ điều kiện cân bằng moment của hệ lực đối với O 1 tâm trục trước

- r b : Bán kính bánh xe trước và sau

- α: Góc nghiêng của mặt phẳng tiếp xúc bánh xe trước và sau so với mặt phẳng ngang

- G, G 2 : Trọng lượng ô tô và trọng lượng phân bố lên cầu sau khi ô tô nằm ngang

3.1.2 Xác định trọng tâm ô tô bằng phương pháp cơ lý thuyết

Tính toán phân bố trọng luợng trên ô tô

Sự phân bố trọng lượng trên các trục của ô tô được xác định dựa trên các thành phần trọng lượng và vị trí tác động của chúng, cả khi ô tô không tải và khi có tải.

Ta xác định tọa độ trọng tâm của ô tô theo công thức: a = ∑ m (G i l i ) i=1

- a : Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước

- b : Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau

- h g : khoảng cách từ trọng tâm o tô đến mặt đường

- 𝑙 𝑖 : khoảng cách từ tâm vết tiếp xúc bánh trước đến toạ độ trọng tâm các thành phần khối lượng

- ℎ 𝑖 : chiều cao trọng tâm các thành phần khối lượng

- L: Chiều dài cơ sở của xe

Phân bố lực trên các cầu:

- G: trọng lượng bản thân ô tô

- Z 1 : phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên cầu trước

- Z 2 : phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên cầu sau

Ta xét trường hợp đầy tải

Sơ đồ phân bố trọng lượng ô tô như sau:

Hình 3.3: Sơ đồ phân bố khoảng cách theo chiều ngang các khối lượng đến cầu trước khi ô tô đầy tải

Hình 3.4: Sơ đồ các độ cao trọng tâm của các bộ phận chính của xe

Các thành phần trọng lượng bao gồm:

- G K : Trọng lượng sat-xi và khung xương;

- G 𝐶𝑇 : Trọng lượng cầu trước và bánh xe;

- G CS : Trọng lượng cầu sau và bánh xe;

- G m : Trọng lượng khoang động cơ;

- G GT : Trọng lượng hai ghế trước và hai người ;

- G GS : Trọng lượng ba ghế sau và ba người;

- G l : Trọng lượng hệ thống lái

- G hl : Trọng lượng hành lý

Bảng 3.1: Thông số khoảng cách các thành phần khối lượng các chi tiết của xe đến cầu trước

(N) li(mm) hi(mm) Gi.li Gi.hi

Sat-xi và khung xe G K 5020 1450 800

Cầu trước và bánh xe G 𝐶𝑇 3500 0 180

Cầu sau và bánh xe G CS 3300 2700 180

Ghế sau+ ba người G GS 2300 2300 850

Áp dụng công thức 3.4, 3.5 và 3.6 cùng với các giá trị thành phần từ bảng 3.1, chúng ta sẽ tính toán các giá trị a, b, hg, Z1 và Z2 Những giá trị này sẽ được sử dụng cho các phép tính trong các chương 3, 4 và 5.

3.1.3 Xác định trọng tâm ô tô bằng phương pháp kinh nghiệm

- Tọa độ trọng tâm của ô tô theo chiều dọc: Đối với xe du lịch, thông thường Z 1 = Z 2 = 0,5𝐺

- Tọa độ trọng tâm của xe đến bánh xe cầu trước: a = Z 2

- Tọa độ trọng tâm của xe đến bánh xe cầu sau: b =Z 1

- Tọa độ trọng tâm theo chiều cao:

2 = 863(mm) H: Chiều cao tổng thể của xe

CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN XE TRONG TRƯỜNG HỢP CHUYỂN ĐỘNG TỔNG QUÁT

Hình 3.5: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ô tô đang chuyển động tăng tốc lên dốc Ý nghĩa của các ký hiệu ở trên hình vẽ như sau:

- G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô

- F k : Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động

- F f1 : Lực cản lăn ở các bánh xe bị động

- F f2 : Lực cản lăn ở các bánh xe chủ động

- F J : Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định ( có gia tốc )

- Z 1 , Z 2 : Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe cầu trước, cầu sau

- M f1 : Mômen cản lăn ở các bánh xe chủ động

- M f2 : Mômen cản lăn ở các bánh xe bị động

Sau đây ta sẽ khảo sát giá trị của các lực và mômen vừa nêu trên:

F K là lực phản kháng từ mặt đường tác động lên bánh xe chủ động, hướng theo chiều di chuyển của ôtô Lực F K được đặt tại tâm của vết tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường.

- M e : Momen xoắn của động cơ [N.m]

- i t : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực : i t = i h i O

- i h : Tỷ số truyền của hộp số

- i O : Tỷ số truyền của lực chính

- r b : Bán kính làm việc của xe [m]

- : Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Khi bánh xe di chuyển trên mặt đường, lực cản lăn sẽ xuất hiện, tác động song song với mặt đường và ngược chiều chuyển động tại khu vực tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường.

Lực cản lăn tác động lên bánh xe trước được ký hiệu là F f1, trong khi lực cản lăn tác động lên bánh xe sau là F f2, như thể hiện trong hình 3.5 Để đơn giản hóa, lực cản lăn được coi là ngoại lực tác động lên bánh xe trong quá trình chuyển động và được xác định theo một công thức cụ thể.

F f = F f1 + F f2 (3.8) Với: F f là lực cản lăn của ôtô

Lực cản lăn ở các bánh xe trước và sau là:

Hệ số cản lăn ở bánh xe trước và sau được ký hiệu là f1 và f2 Nếu giả định rằng hệ số cản lăn của cả hai bánh xe là giống nhau, ta có thể đặt f1 = f2 = f.

Khi xe di chuyển trên mặt đường có độ dốc nhỏ, góc α cũng sẽ nhỏ, do đó có thể coi cosα = 1 Trong trường hợp mặt đường nằm ngang, ta có công thức F f = (Z 1 + Z 2 )f = fG cos α (3.10).

Lực cản lăn và các lực cản khác được xem là dương khi chúng tác động ngược chiều với chuyển động của xe Hệ số cản lăn còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, và vấn đề này sẽ được trình bày chi tiết trong chương tiếp theo.

Mômen cản lăn của ôtô được tính:

M f = M f1 + M f2 = Z 1 fr đ + Z 2 fr đ = Gfr đ cos α (3.12) Ở đây:

- M f2 , M f1 : Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu trước và cầu sau

- r đ : Bán kính động lực học của bánh xe

Nếu xe chuyển động trên đường ngang thì:

Khi xe di chuyển lên dốc, trọng lượng G được phân chia thành hai thành phần: Gcosα vuông góc với mặt đường và Gsinα song song với mặt đường Thành phần Gcosα tác động lên mặt đường, tạo ra các phản lực pháp tuyến Z1 và Z2 lên các bánh xe Trong khi đó, Gsinα gây cản trở cho sự chuyển động của xe khi lên dốc, được gọi là lực cản lên dốc Fi.

Mức độ dốc của mặt đường được xác định qua góc dốc α và độ dốc i, với công thức F i = Gsinα Khi góc dốc α nhỏ hơn 5 độ, ta có thể coi rằng i = tgα = sinα, giúp đơn giản hóa các tính toán liên quan đến độ dốc của mặt đường.

Khi xe di chuyển xuống dốc, lực F i sẽ cùng chiều với chuyển động của xe, trở thành lực đẩy (lực chủ động) Ngược lại, khi xe lên dốc, F i trở thành lực cản với dấu (+) Do đó, trong công thức (3.14), khi xe xuống dốc, F i có dấu (-).

Ngoài ra, người ta còn dùng khái niệm lực cản tổng cộng của đường F là tổng của lực cản lăn và lực cản lên dốc:

F  = F f ± F i = G(f cos α ± sin α) ≈ G(f ± i) (3.17) Đại lượng f ± i được gọi là hệ số cản tổng cộng của đường và ký hiệu là :

Lực cản không khí tỉ lệ với áp suất động học q d , diện tích cản gió S và hệ số cản của không khí C x theo biểu thức sau:

- : Khối lượng riêng của không khí (kg/m 3 ), ở nhiệt độ 25°C và áp suất 0,1013 MPa thì  =1,25kg/m 3

- V 0 : Vận tốc tương đối giữa xe và không khí (m/s): v 0 = v ± v g (3.21) Với:

Dấu (+) ứng với khi vận tốc của xe và của gió ngược chiều

Dấu (-) ứng với khi vận tốc của xe và của gió cùng chiều

Khi tính tóan, người ta còn đưa vào khái niệm nhân tố cản không khí W có đơn vị là Ns²/m 4

Lực cản không khí được xác định tại tâm của lực khí động học Dưới đây là bảng thông tin về hệ số Cx và diện tích cản gió S của một số loại xe.

Bảng 3.2: Hệ số cản và diện tích cản không khí

+ Xe du lịch Loại thường Loại đuôi xe cao

Loại mui trần + Xe tải Loại thùng hở Loại thùng kín

Khi ôtô chuyển động không ổn định, lực quán tính của các khối lượng chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến xuất hiện

Lực quán tính, ký hiệu là F j, đóng vai trò quan trọng trong chuyển động của xe, trở thành lực cản khi xe tăng tốc và lực đẩy khi xe giảm tốc Điểm đặt của lực quán tính nằm tại trọng tâm của xe, giúp xác định sự thay đổi trong chuyển động.

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô, ký hiệu là F j ′

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ôtô, ký hiệu là F j ′′ Bởi vậy F j được tính:

Với: j = dv dt là gia tốc tịnh tiến của ô tô Lực F j ′′ được xác định như sau:

- J n : Mômen quán tính của các chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực đối với trục quay của chính nó

- J b : Mômen quán tính của một bánh xe chủ động đối với trục quay của chính nó

- i n : Tỷ số truyền tính từ chi tiết thứ n nào đó của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động

- 𝜂 n : Hiệu suất tính từ chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động

Mômen quán tính của khối lượng chuyển động quay của động cơ được quy dẫn về trục khuỷu, bao gồm cả khối lượng chuyển động quay của phần chủ động ly hợp.

- ε e = dω e dt : Gia tốc góc của khối lượng chuyển động quay của động cơ

- i t : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

- : Hiệu suất của hệ thống truyền lực ε e =dω e dt = i t dω b dt = i t r b dv dt (3.27) ε n = i n dω b dt = i n r b dv dt (3.28)

Bỏ qua đại lượng ∑ J n i n 2 η n r b 2 do khối lượng của chúng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng bánh đà và các bánh xe.

F j = δ i G gj (3.32) Với i là hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay Ta có thể tínhi gần đúng như sau: δ i = 1,05 + 0,05i h 2 (3.33)

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO

3.3.1 Cân bằng lực kéo ô tô

3.3.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo

Xét trường hợp tổng quát, ta có:

F k = F 𝑓 ± F i + F 𝜔 ± F j + F m (3.35) Ở lực F i : dấu (+) dùng khi xe lên dốc, dấu (-) dùng khi xuống dốc Ở lực F j : dấu (+) dùng khi xe tăng tốc, dấu (-) dùng khi giảm dốc

Thay các giá trị các lực vào phương trình trên, ta được: e t 2 i b

Tổng hợp hai lực cản F i và F j ta sẽ được lực cản tổng cộng của đườngF Ψ

- G: Trọng lượng toàn bộ xe

- Ψ: Hệ số cản tổng cộng của đường: Ψ = fcosα ± sinα, nếu α < 5° có thể coi Ψ = f ± i

- i: Độ dốc của mặt đường: i = tgα

Lưu ý: Độ dốc i có giá trị (+) khi xe lên dốc và có giá trị (-) khi xe xuống dốc

Hệ số Ψ có giá trị (+) khi f > i và có giá trọ (-) khi f < i hoặc Ψ = 0 khi f = i khi xuống dốc

Nếu xe chuyển động đều j = 0 trên đường nằm ngang α = 0 và không kéo theo romooc thì phương trình cân bằng lực kéo sẽ đơn giản:

3.3.1.2 Phương pháp xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo

Xét xe chuyển động đều j = 0 và không kéo theo rơmóc và xe đang chuyển động trên đường nằm ngang α = 0

Ta có phương trình cân bằng lực kéo:

F k = F f + F ω Đường lực kéo tiếp tuyến F kn = f(v)

- Ta thay thế từng giá trị M ei vào để có được giá trị F Kn

- Tiếp theo ta thay thế từng giá trị nei vào để có được giá trị v n

Sau khi thực hiện một lần thay thế, chúng ta thu được một điểm trên đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa giá trị F K và v Từ đó, có thể xây dựng các đường lực kéo F Kn = f(v) tương ứng với từng tay số Đồng thời, cần lưu ý đến đường lực cản lăn trong quá trình này.

- Khi vận tốc của xe nhỏ hơn 22 (m/s) thì chọn f = 0.012 => F f = G f

- Khi vận tốc của xe lớn hơn 22 (m/s) thì ta thay thế từng giá trị v n vào công thức f = (32 + 𝑉 𝑛 )

2800 (3.38) Từ giá trị của f i ta tiếp tục thay thế vào công thức F f = G f i

Khi vận tốc của xe vượt quá 22 m/s, lực F f không còn là hằng số mà trở thành một đường cong Đường lực cản không khí được xác định bởi công thức F 𝜔 = 0,625.Cx.S.𝑉 𝑛 2, trong đó F f tương ứng với từng điểm thay thế theo hai công thức đã nêu.

Để tính giá trị F(ω), ta thay thế từng giá trị v vào công thức đã cho Kết quả thu được là một đường cong bậc hai, phụ thuộc vào vận tốc của xe Tổng lực cản được xác định từ các yếu tố này.

Ta cộng hai đường lực cản lăn và lực cản không khí theo từng tay số Đường lực bám: F φ = m 𝑘1 G 1 φ (3.39)

3.3.2 Tính toán các thông số cho đồ thị cân bằng lực kéo

3.3.2.1 Tính lực kéo trên bánh xe chủ động ứng với các tay số 𝐅 𝐊 [N]

F K là lực phản lực từ mặt đường tác động lên bánh xe chủ động, hướng theo chiều di chuyển của ô tô Điểm tác dụng của lực F K nằm tại tâm của vết tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường.

- M e : Momen xoắn của động cơ [N.m]

- i t : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực : i t = i h i 0

- i h : Tỷ số truyền của hộp số

- i 0 : Tỷ số truyền của lực chính

- r b : Bán kính làm việc của xe [m]

- : Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Từ các giá trị M e tính toán được ở chương 2, ta thế tuần tự vào công thức (3.1) và tuần tự cho từng tay số

3.3.2.2 Tính tốc độ của ô tô ở từng tay số v (m/s)

- n e : Số vòng quay trục khuỷu ( vòng/phút )

- r b : Bán kính làm việc của xe (m) Ta đã tính toán ở phần thông số kỹ thuật dựa trên ký hiệu mã số lốp

Bảng 3.3: Bảng giá trị vận tốc v và lực kéo Fk ở từng tay số 1, 2, 3 v1 (m/s) Fk1 (N) v2 (m/s) Fk2 (N) v3 (m/s) Fk3 (N)

Bảng 3.4: Bảng giá trị vận tốc v và lực kéo Fk ở từng tay số 4, 5, 6 v4 (m/s) Fk4 (N) v5 (m/s) Fk5 (N) v6 (m/s) Fk6 (N)

- m ktai = 1672 (kg): Khối lượng không tải của xe

- m hk = 5.60 = 300 (kg): Khối lượng của hành khách

- m hh = 5.5 = 25 (kg): Khối lượng hàng hóa

G = (m ktai + m hk + m hh ).g = (1672 + 300 + 25) 10 = 19970 (N) : Trọng lượng toàn trải của xe

- f: Hệ số cản lăn tương ứng từng tốc độ :

Ta xét trường hợp xe chuyển động trên đường nhựa bê tông

Khi v cua xe < 22,2(m/s) thì chọn f = 0,012

- v: vận tốc (m/s) của xe ứng với từng tay số

Bảng 3.5: Bảng giá trị hệ số cản lăn ứng với từng loại đường

Hệ số cản lăn f của các loại đường khi vận tốc ≤ 22,2 m/s (80 km/h) được phân loại như sau: Đường nhựa tốt có hệ số cản lăn từ 0,015 đến 0,018; đường nhựa bê tông từ 0,012 đến 0,015; đường rải đá từ 0,023 đến 0,03; đường đất khô từ 0,025 đến 0,035; đường đất sau mưa từ 0,05 đến 0,15; đường cát từ 0,1 đến 0,3; và đất sau khi cày có hệ số cản lăn là 0,012.

Bảng 3.6: Bảng giá trị hệ số cản f lăn ứng với tốc độ v1, v2, v3 v1 (m/s) f1 v2 (m/s) f2 v3 (m/s) f3

Bảng 3.7: Bảng giá trị hệ số cản lăn f ứng với tốc độ v4, v5, v6 v4 (m/s) f4 v5 (m/s) f5 v6 (m/s) f6

Bảng 3.8: Bảng giá trị lực cản lăn Ff ứng với tốc độ v1, v2, v3 v1 (m/s) Ff1 (N) v2 (m/s) Ff2 (N) v3(m/s) Ff3 (N)

Bảng 3.9: Bảng giá trị lực cản lăn Ff ứng với tốc độ v4, v5, v6 v4 (m/s) Ff4 (N) v5 (m/s) Ff5 (N) v6(m/s) Ff6(N)

3.3.2.4 Tính lực cản không khí tác dụng lên xe 𝐅 𝛚 [N]

- v: vận tốc của xe tương ứng từng tay số

- Cx: hệ số cản không khí ( chọn Cx = 0,3 (Ns 2 /m 4 ) )

- S: diện tích cản không khí (m 2 )

- B: chiều rộng tổng thể (mm)

- H: chiều cao tổng thể (mm)

Bảng 3.10: Bảng giá trị lực cản không khí F ω theo từng tốc độ v1 ,v2, v3

Bảng 3.11: Bảng giá trị lực cản không khí F ω theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v1 (m/s) F ω1 (N) v2 (m/s) F ω2 (N) v3 (m/s) F ω 3 (N) 1.288224 0.497857 2.514406 1.896671 2.862805 2.458696 2.576449 1.991426 5.028811 7.586683 5.72561 9.834783 3.864673 4.480709 7.543217 17.07004 8.588415 22.12826 5.152897 7.965705 10.05762 30.34673 11.45122 39.33913 6.441121 12.44641 12.57203 47.41677 14.31403 61.46739 7.729346 17.92284 15.08643 68.28015 17.17683 88.51305 9.01757 24.39497 17.60084 92.93687 20.03964 120.4761 10.30579 31.86282 20.11525 121.3869 22.90244 157.3565 11.59402 40.32638 22.62965 153.6303 25.76525 199.1544 12.88224 49.78565 25.14406 189.6671 28.62805 245.8696 14.17047 60.24064 27.65846 229.4972 31.49086 297.5022 15.45869 71.69134 30.17287 273.1206 34.35366 354.0522 16.74692 84.13775 32.68727 320.5374 37.21647 415.5196 18.03514 97.57988 35.20168 371.7475 40.07927 481.9044 v4 (m/s) F ω4 (N) v5 (m/s) F ω5 (N) v6 (m/s) F ω6 (N)

3.3.2.5 Tính lực cản tổng cộng 𝐅 𝚿 [N]

Bảng 3.12: Bảng giá trị lực cản tổng cộng F Ψ theo từng tốc độ v1,v2, v3 v1 (m/s) F ψ1 (N) v2 (m/s) F ψ2 (N) v3 (m/s) F ψ3 (N)

Bảng 3.13: Bảng giá trị lực cản tổng cộng Fψ theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v4 (m/s) F ψ4 (N) v5 (m/s) F ψ5 (N) v6 (m/s) F ψ6 (N)

- Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu trước m k1 = 1,2 ( 1,2 ÷ 1,4)

- Hệ số bám dọc giữa lốp và mặt đường φ = 0,8 ( 0,7 ÷ 0,8 )

Bảng 3.14: Bảng giá trị lực bám Fφ theo từng tốc độ v1 (m/s) v2 (m/s) v3 (m/s) v4 (m/s) v5(m/s) v6 (m/s) Fφ(N) 1.288224 2.514406 2.862805 3.805108 4.72767 5.41284 10553.3 2.576449 5.028811 5.72561 7.610215 9.45534 10.82568 10553.3

Hình 3.6: Đồ thị cân bằng lực kéo theo từng tay số

- Hai đường F k6 và ( F f + F ω ) cắt nhau tại A, chiếu A xuống trục hoành ta được giá trị v max = 58,7 (m/s) = 211,32 (km/h) ứng với điệu kiện chuyển động đã cho Ta thấy v max

Tốc độ 190 km/h trong thông số kỹ thuật có sai số so với giá trị v max từ đồ thị Nguyên nhân là do đồ thị cân bằng lực kéo được xây dựng dựa trên thông số từ công thức S.R Lây Đécman, dẫn đến sai số vì đây là công thức gần đúng.

- Phần tung độ nằm giữa đường cong F k và (F f + Fω) ở bên trái điểm A gọi là lực kéo dư của xe F d

- Lực kéo dư dùng để: tăng tốc, leo dốc, kéo rơ móc

Đường biểu thị lực bám Fφ là một đường thẳng song song với trục hoành Khi lực kéo F k nhỏ hơn hoặc bằng Fφ, xe sẽ không bị trượt quay Ngược lại, nếu lực kéo F k lớn hơn Fφ, các bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay.

- Điều kiện để ô tô chuyển động trong trường hợp này là:

Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất F kmax phụ thuộc vào mômen quay cực đại của động cơ, tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực và điều kiện bám.

F kmax = Fφ Nên lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị F k ≤ Fφ.

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

3.4.1 Phương trình cân bằng công suất

Công suất của động cơ ô tô không chỉ được sử dụng để tạo ra lực di chuyển mà còn phải tiêu hao một phần cho ma sát trong hệ thống truyền lực Phần còn lại của công suất sẽ được dùng để vượt qua các lực cản trong quá trình chuyển động Do đó, biểu thức cân bằng giữa công suất phát ra từ động cơ và công suất cản là phương trình cân bằng công suất của ô tô khi hoạt động.

- P e : Công suất do động cơ phát ra

- P t : Công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực

- P f : Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn

- P i : Công suất tiêu hao để thắng lực cản lên dốc

- P ω : Công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí

- P j : Công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính

Công suất tiêu hao P m được sử dụng để thắng lực cản của móc kéo Ở công suất Pi, dấu (+) thể hiện khi xe đang lên dốc, trong khi dấu (-) áp dụng khi xe xuống dốc Tương tự, ở công suất Pj, dấu (+) được dùng khi xe tăng tốc lên dốc, còn dấu (-) được sử dụng khi xe giảm tốc.

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

Với P k là công suất của động cơ đã truyền đến các bánh xe chủ động:

Tổng hợp công suất tiêu hao từ lực cản lăn và lực cản lên dốc cho phép chúng ta xác định công suất tiêu hao do lực cản của mặt đường 𝐹 𝜔.

3.4.2 Phương pháp xây dựng đồ thị

Chúng ta vẽ cho trường hợp: hộp số có sáu số truyền, xe chuyển động ổn định (j=0) trên đường nằm ngang và không kéo rơmóc, tức là:

Vẽ các đường biểu thị công suất P ki ở các tay số dựa vào:

- η: Hiệu suất của hệ thống truyền lực chọn η = 0.85

Vẽ các đường biểu thị công suất P ei dựa vào P ki

Vẽ các đường biểu thị công suất tiêu hao do lực cản không khí dựa vào:

Vẽ các đường biểu thị công suất tiêu hao do lực cản lăn dựa vào:

Vẽ các đường cong (P ω + P f ) là tổng các giá trị P ω và P f tương ứng

Bảng 3.15: Bảng giá trị P k và P e theo từng tốc độ v1, v2 v 1 (m/s) P e1 (kW) P k1 (kW) v 2 (m/s) P e2 (kW) P k2 (kW) 1.288224 11.66088 10.14497 2.514406 11.66088 10.14497 2.576449 24.67593 21.46806 5.028811 24.67593 21.46806 3.864673 38.59375 33.57656 7.543217 38.59375 33.57656 5.152897 52.96296 46.07778 10.05762 52.96296 46.07778 6.441121 67.33218 58.57899 12.57203 67.33218 58.57899

Bảng 3.18: Bảng giá trị P f theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 v1 (m/s) P f1 (kW) v2 (m/s) P f2 (kW) v3 (m/s) P f3 (kW) 1.288224 0.30871 2.514406 0.60255 2.862805 0.68604

Bảng 3.19: Bảng giá trị P f theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v4 (m/s) P f4 (kW) v5 (m/s) P f5 (kW) v6 (m/s) P f6 (kW)

Bảng 3.20: Bảng giá trị P ω theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 v1 (m/s) P ω1 (kW) v2 (m/s) P ω2 (kW) v3 (m/s) P ω3 (kW) 1.288224 0.000641 2.514406 0.004769 2.862805 0.007039 2.576449 0.005131 5.028811 0.038152 5.72561 0.05631 3.864673 0.017316 7.543217 0.12876 8.588415 0.19005 5.152897 0.041046 10.05762 0.30522 11.45122 0.45048 6.441121 0.080169 12.57203 0.59612 14.31403 0.87985

Bảng 3.21: Bảng giá trị P ω theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v4 (m/s) P ω4 (kW) v5 (m/s) P ω5 (kW) v4 (m/s) P ω6 (kW)

Bảng 3.22: Bảng giá trị P ψ theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 v1 (m/s) P ψ1 (kW) v2 (m/s) P ψ2 (kW) v3 (m/s) P ψ3 (kW) 1.288224 0.30935 2.514406 0.60732 2.862805 0.69308

Bảng 3.23: Bảng giá trị Pψ theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v4 (m/s) P ψ4 (kW) v5 (m/s) P ψ5 (kW) v6 (m/s) P ψ6 (kW)

Hình 3.7: Đồ thị cân bằng công suất theo từng tay số

Tùy thuộc vào các vận tốc khác nhau, công suất dự trữ (P d) được xác định bởi sự chênh lệch giữa đường cong tổng hợp (P ω + P f) và đường cong P K Công suất dư này đóng vai trò quan trọng trong các tình huống như leo dốc, tăng tốc và kéo rơ móc.

- Tại điểm A: P d = 0, xe không còn khả năng tăng tốc, leo dốc… chiếu điểm A xuống trục hoành ta được v max = 58,7 (m/s) = 211,32 (km/h) ứng với điều kiện đã cho

V max = 190 km/h trong thông số kỹ thuật có sự sai lệch so với v max từ đồ thị Nguyên nhân của sự khác biệt này là do đồ thị lực kéo được xây dựng dựa trên công thức S.R.Lây Đécman, một công thức gần đúng, dẫn đến sai số trong kết quả.

Để ô tô di chuyển ổn định trên một đoạn đường với vận tốc nhỏ hơn vận tốc tối đa, cần giảm độ mở của cánh bướm ga và có thể chuyển về số thấp hơn trong hộp số.

Lưu ý rằng để đạt được vận tốc lớn nhất của xe, cần đảm bảo xe di chuyển ổn định trên đường nằm ngang, cánh bướm ga phải mở hết và xe đang ở tay số cao nhất trong hộp số.

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC

3.5.1 Đặc tính động lực học ô tô

Khi so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô trong các điều kiện làm việc khác nhau, cần có một thông số thể hiện rõ ràng tính chất này Phương trình cân bằng lực kéo không đủ để đánh giá các loại ô tô, vì vậy cần một chỉ số đặc trưng cho động lực học mà không phụ thuộc vào chỉ số kết cấu Thông số này được gọi là đặc tính động lực học của ô tô, được xác định bằng tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến sau khi trừ đi lực cản không khí (F k – F φ) và trọng lượng toàn bộ G của ô tô Đặc tính động lực học được ký hiệu là D.

Giá trị của D (3.54) chỉ phụ thuộc vào các thông số kết cấu của xe, cho phép xác định D cho mỗi xe cụ thể.

Từ phương trình cân bằng lực kéo khi ô tô không kéo rơmóc: e t 2 i b

Ta chuyển W.v 2 sang vế trái và chia hai vế cho G thì nhận được: e t 2 i i b

3.5.2 Phương pháp xây dựng đồ thị Đặc tính động lực học của ô tô D có thể biểu diễn bằng đồ thị Đồ thị đặc tính động lực học D biểu thị mối quan hệ phụ thuộc giữa đặc tính động lực học và vận tốc chuyển động của ô tô, nghĩa là D = f(v), khi ô tô có tải đầy và động cơ làm việc với ghế độ toàn tải được thể hiện trên đồ thị và được gọi là đồ thị đặc tính động lực ô tô

Trên trục tung, ta đặt các giá trị của đặc tính động lực học D, trên trục hoành ta đặt các giá trị vấn tốc chuyển động v

Giá trị của D bị giới hạn bởi điều kiện bám F φ ≥ F kmax hoặc m i G b φ ≥ F kmax Do đó, cần bổ sung khái niệm về đặc tính động lực học theo điều kiện bám D φ để hiểu rõ hơn về mối quan hệ này.

G (3.55) Để ô tô chuyển động không bị trượt quay thì: D φ ≥ D Để duy trì cho ô tô chuyển động phải thỏa mãn điều kiện sau:

Bảng 3.24: Bảng giá trị động lực học D theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 v1 (m/s) D1 v2 (m/s) D2 v3 (m/s) D3

Bảng 3.25: Bảng giá trị động lực học D theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v4 (m/s) D4 v5 (m/s) D5 v6 (m/s) D6

Bảng 3.26: Bảng giá trị f theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 v1 (m/s) f1 v2 (m/s) f2 v3 (m/s) f3

Bảng 3.27: Bảng giá trị f theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v 4 (m/s) f4 v5 (m/s) f5 v6 (m/s) f6

Bảng 3.28: Bảng giá trị D φ theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 v1 (m/s) D φ1 v2 (m/s) D φ2 v3 (m/s) D φ3

Bảng 3.29: Bảng giá trị D φ theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v4 (m/s) D φ4 v5 (m/s) D φ5 v6 (m/s) D φ6

Hình 3.8: Đồ thị đặc tính động lực học theo từng tay số

3.5.3 Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô

Khi ô tô di chuyển với vận tốc ổn định trên đường nằm ngang mà không có lực kéo, điều này tương đương với j = 0 Trong trường hợp này, tung độ của đường cong đặc tính động lực học D và f sẽ giao nhau, cho phép xác định vận tốc tối đa của ô tô là v max = 58,7 m/s, tương đương với 211,32 km/h.

Vận tốc cực đại v max của xe được ghi nhận là 190 km/h, trong khi tính toán cho thấy v max đạt 211,32 km/h, cho thấy có sự sai số Nguyên nhân của sự chênh lệch này là do đường đặc tính ngoài động cơ, được xác định từ công thức S.R.Lây Đécman, vốn là một công thức gần đúng, dẫn đến sai số trong kết quả.

3.5.4 Xác định độ dốc lớn nhất mà xe vượt qua được

Khi xác định độ dốc tối đa mà xe có thể vượt qua, chúng ta không xem xét khả năng bám của bánh xe với mặt đường Do đó, đây chỉ là lý thuyết tối đa liên quan đến lực kéo F kmax hoặc lực kéo riêng F kmax.

Để xác định độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua khi chạy với vận tốc đều, ta có công thức D = 𝛹 Biết được hệ số cản lăn của đường, ta có thể tính được độ dốc tối đa mà ô tô có thể khắc phục Cụ thể, độ dốc lớn nhất được tính theo công thức i = D – f = 𝛹 – f Đối với mỗi tỷ số truyền khác nhau của hộp số và khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải, độ dốc lớn nhất được xác định bằng D max – f, từ đó ta có i max = D max – f.

Bảng 3.30: Bảng giá trị góc dốc theo từng tay số đạt được

Tay số Dmax imax Góc dốc ( o)

3.5.5 Xác định sự tăng tốc của ô tô

Nhờ vào đồ thị đặc tính động lực học D = f(v), chúng ta có thể xác định sự tăng tốc của ô tô khi biết hệ số cản của mặt đường, đồng thời tính toán ở một số truyền bất kỳ với vận tốc xác định.

Từ đó ta rút ra được: i dv g j = = (D-ψ). dt δ

- δ i : hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay của từng tỷ số truyền (δ i = 1,05 + 0,05 i h2 )

- 𝛹: Hệ số cản tổng cộng của mặt đường

- 𝛹 = f ± i ( i là độ dốc của đường)

Xét trong trường hợp xe chuyển động trên đường bằng thì i = 0 khi đó 𝛹 = f 0,012

Thay thế lần lượt i h vào công thức phía trên ta được giá trị δ i

Bảng 3.31: Bảng giá trị δ i theo từng tay số i h số 1 số 2 số 3 số 4 số 5 số 6

Bảng 3.32: Bảng giá trị j theo từng tốc độ v1 ,v2, v3 v1 (m/s) j1 (m/s^2) v2 (m/s) j2 (m/s^2) v3 (m/s) j3 (m/s^2)

Bảng 3.33: Bảng giá trị j theo từng tốc độ v4 ,v5, v6 v4 (m/s) j4 (m/s^2) v5 (m/s) j5 (m/s^2) v6 (m/s) j6 (m/s^2)

Hình 3.9: Đồ thị gia tốc của ô tô

3.5.6 Xác định thời gian tăng tốc của ôtô

Thời gian và quãng đường tăng tốc là hai chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá động lực học của ô tô Những chỉ tiêu này có thể được xác định thông qua đồ thị gia tốc j f(v).

Xác định thời gian tăng tốc của ô tô

Từ biểu thức: j = dv dt ; ta suy ra :𝑑𝑡 = 1

𝑗 𝑑𝑣 ; Thời gian tăng tốc của ô tô từ tốc độ v̅ 1 đến tốc độ v̅̅̅ sẽ là: 2 t = ∫ 1

Tích phân này không thể giải bằng phương trình giải tích do thiếu mối quan hệ phụ thuộc chính xác giữa gia tốc j và vận tốc v Tuy nhiên, nó có thể được giải bằng đồ thị dựa trên đặc tính động lực học hoặc đồ thị gia tốc của ôtô j = f(v) Để xác định thời gian tăng tốc qua phương pháp tích phân đồ thị, cần xây dựng đường cong gia tốc nghịch j = f(v) cho từng số truyền.

Hình 3.10: Đồ thị gia tốc ngược và đồ thị thời gian tăng tốc

Trong hình 3.10b, chúng ta xây dựng đồ thị gia tốc nghịch cho số truyền cao nhất của hộp số Diện tích giới hạn bởi đường cong 1/j, trục hoành và hai đoạn tung độ tương ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv thể hiện thời gian tăng tốc của ôtô Tổng hợp tất cả các vận tốc này cho phép tính toán thời gian tăng tốc từ v1 đến v2, từ đó xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động t = f(v) như trong hình 3.10b.

Khi ô tô tăng tốc từ vận tốc 10m/s lên 20m/s, thời gian cần thiết để đạt được vận tốc này có thể được xác định thông qua diện tích abcd Thời gian này được tính gần đúng bằng công thức: t = (v2 - v1) / (1/j1 + 1/j2) * (vj - vi).

Trong quá trình tính toán và xây dựng đồ thị, ta cần một số lưu ý:

Tại vận tốc tối đa của ô tô, gia tốc j bằng 0, dẫn đến 1/j bằng vô cực Do đó, trong quá trình lập đồ thị và tính toán, chúng ta chỉ xem xét giá trị vận tốc của ô tô ở khoảng 0,95 lần vận tốc tối đa.

Tại vận tốc tối thiểu v max, khi t = 0, hệ thống truyền lực của ôtô với hộp số có cấp gặp hiện tượng giảm vận tốc Δv trong quá trình chuyển từ số thấp lên số cao, như thể hiện trong hình 2.13.

Trị số giảm vận tốc Δv có thể xác định nhờ phương trình chuyển động lăn trơn của ô tô với thời gian chuyển số là t 1 : Δv = g Δv = ψ g.t 1 δ i (3.61)

TÍNH TOÁN KIỂM TRA TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE

TÍNH ỔN ĐỊNH DỌC CỦA XE

4.1.1 Tính ổn định dọc tĩnh

4.1.1.1 Xét tính ổn định của xe theo điều kiện lật đổ a Xe đậu trên dốc hướng lên

Hình 4.1: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ô tô khi đứng yên quay đầu lên dốc

Xu hướng lật đổ của xe xảy ra khi xe lật quanh trục nằm trong mặt phẳng đường, đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu sau với mặt đường (điểm O2) theo phương dọc Trạng thái giới hạn lật đổ xuất hiện khi góc α tăng dần đến góc αt, tức là góc giới hạn mà xe sẽ bị lật khi đứng quay đầu lên dốc, dẫn đến việc các bánh xe cầu trước nhấc khỏi mặt đường, với Z1 = 0.

Ta lập phương trình momen đối với điểm O 2 : ΣM i O 2 = 0 ΣM i O 2 = G.hg.sinα t – G.b.cosα t = 0 (4.1)

- α t : là góc giới hạn mà xe bị lật đổ khi đứng yên quay đầu lên dốc

- h g : là tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao( trích từ phần 3.1.2 của chương 3)

61 b Xe đậu trên dốc hướng xuống

Hình 4.2: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ô tô khi đứng yên quay đầu xuống dốc

Khi xe quay đầu xuống dốc, có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường, đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu trước với mặt đường (điểm O1) Khi góc α tăng dần đến góc α1' (góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc), các bánh xe cầu sau sẽ nhấc khỏi mặt đường, tức là Z2 = 0, và momen cần được tính toán đối với điểm này.

- α′ t : là góc giới hạn mà xe bị lật đổ khi đứng yên quay đầu xuống dốc

Chú ý: Không xét đến momen cản lăn nhằm tăng tính ổn định của ô tô

Nhận xét: Qua các biểu thức tính toán trên, ta có thể thấy góc giới hạn lật đổ tĩnh chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe

4.1.1.2 Xét tính ổn định của xe theo điều kiện trượt a Xe đậu trên dốc hướng lên

Sự mất ổn định dọc tĩnh của ô tô không chỉ gây lo ngại về khả năng lật xe mà còn liên quan đến hiện tượng trượt trên dốc, do lực bám giữa các bánh xe và mặt đường không đủ.

Vì xe santafe sử dụng phanh tay là phanh cầu chủ động nên khi dùng phanh tay thì chỉ có cầu trước được phanh

Khi lực phanh lớn nhất đạt giới hạn bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, góc dốc của xe bị trượt được xác định như sau:

- F pmax : Lực phanh lớn nhất đặt ở các bánh xe trước

- φ : Hệ số bám dọc của bánh xe với đường (φ = 0,8 đối với các đường bê-tông, đường nhựa)

Khi α tăng đến góc α tφ, lực phanh đạt đến giới hạn bám, dẫn đến hiện tượng ô tô bắt đầu trượt khi quay đầu trên dốc Hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe trước được biểu diễn qua phương trình ΣM i O 2 = G.hg.sinα tφ − G.b.cosα tφ + Z 1 L = 0.

L (4.4) Khi ô tô đứng trên dốc quay đầu lên, ta thay giá trị Z 1 vào công thức (4.3), ta được: tgα tφ = b φ

2,7 + 0,8.0,571 ≈ 0,38  α tφ ≈ 21° (4.5) b Xe đậu trên dốc hướng xuống

Khi ô tô đứng trên dốc quay đầu xuống, làm tương tự ta được: tgα′ tφ = b φ

Góc giới hạn bị trượt khi xe đứng yên trên dốc quay đầu lên và xuống được ký hiệu là α tφ và α′ tφ Để đảm bảo an toàn cho ô tô khi đỗ trên dốc, hiện tượng trượt cần xảy ra trước khi xe bị lật, điều này được xác định qua biểu thức: tgα tφ < tgα t tương đương với α tφ < α t.

Xe đứng yên trên dốc có thể bị trượt trước khi xảy ra hiện tượng lật đổ Do đó, có thể khẳng định rằng xe vẫn an toàn khi đứng yên trên dốc.

Góc giới hạn của ô tô khi đứng trên dốc trượt hoặc bị lật phụ thuộc chủ yếu vào tọa độ trọng tâm của xe và chất lượng mặt đường.

4.1.2 Tính ổn định dọc động

Hình 4.3: Sơ đồ các lực và momen tác dụng lên ô tô khi chuyển động lên dốc

Lấy mômen lần lượt tại các điểm O 1 và O 2 , rút gọn ta được biểu thức như sau:

Ta không xét F m trong tất cả trường hợp vì xe không kéo theo rơmooc

4.1.2.2 Trường hợp xe chuyển động lên dốc với vận tốc nhỏ, không kéo romoc và chuyển động ổn định (α ≠ 0) Ở trường hợp này ta có: F j = 0, F ω ≈ 0

Khi góc dốc α đạt đến giá trị giới hạn, xe sẽ bị lật với Z 1 = 0 Rút gọn biểu thức (4.7), ta xác định được góc dốc giới hạn khi xe bị lật là: tgα đ = b − f r b h g (4.9).

Xe ô tô khi di chuyển ổn định lên dốc mà không kéo móc có xu hướng lật đổ quanh trục tại điểm tiếp xúc của hai bánh xe ở cầu sau với mặt đường Điều này cần được xem xét để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

Áp dụng các giá trị vào công thức (4.9) và thực hiện tương tự như trong trường hợp ổn định dọc tĩnh, chúng ta có thể xác định góc giới hạn mà xe sẽ bị lật khi di chuyển lên dốc.

0,571 = 2,595  α đ ≈ 68,92° (4.10) Khi xe di chuyển xuống dốc, ta cũng xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ là:

0,571 = 2,133 (4.11)  α đ ′ = 64,885° b Xét ổn định theo điều kiện trượt

Khi lực kéo tại các bánh xe chủ động đạt tới giới hạn bám, xe bắt đầu trượt (xét trường hợp xe có cầu trước chủ động)

Với Z 1 được xác định bằng cách lấy mômen đối với điểm O 2

Từ (4.12) và (4.13) ta xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị trượt: tgα φđ =(b − f r b ) φ

- F kmax : Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động

- Fφ: Lực bám của bánh xe chủ động

- φ: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường

Ta có điều kiện để đảm bảo cho ô tô trượt trước khi bị lật đổ là: tgα φđ < tgα đ  α φđ < α đ

Bảng 4.1: Bảng giá trị của các phản lực, lực kéo, lực bám theo góc dốc khi xe chuyển động lên và xuống dốc α (o) 𝑍 1𝑑𝑙 (N) 𝑍 2𝑑𝑙 (N) 𝐹 𝑏𝑎𝑚1𝑑𝑙 (N) 𝐹 𝑘1𝑑𝑙 (N) 𝑍 1𝑑𝑥 (N) 𝑍 2𝑑𝑥 (N)

Hình 4.5: Đồ thị thể hiện tính trượt và lật đổ của ô tô khi chuyển động lên dốc

𝐹 𝑏𝑎𝑚1𝑑𝑙 = 𝐺 cos(𝛼) 𝜑: Lực bám ở bánh xe chủ động cầu trước khi xe chuyển động trên đường dốc lên (N)

𝐹 𝑘1𝑑𝑙 = 𝐹 𝑘 : Lực kéo ở bánh xe chủ động cầu trước khi xe chuyển động trên đường dốc lên (N)

𝑍 1𝑑𝑙 = 𝑍 1 : Phản lực mặt đường cầu trước khi xe chuyển động trên đường dốc lên

𝑍 2𝑑𝑙 = 𝑍 2 : Phản lực mặt đường cầu sau khi xe chuyển động trên đường dốc lên (N) α: Góc dốc mặt đường theo phương dọc (°)

Hình 4.6: Đồ thị thể hiện tính lật đổ của ô tô khi chuyển động xuống dốc

𝑍 1𝑑𝑥 : Phản lực mặt đường cầu trước khi xe chuyển động trên đường dốc xuống (N)

𝑍 2𝑑𝑥 : Phản lực mặt đường cầu sau khi xe chuyển động trên đường dốc xuống (N) α: Góc dốc mặt đường theo phương dọc (°)

Đồ thị hình 4.5 bên trái thể hiện hai hàm F k1dl và F bam1dl, tương ứng với lực kéo của bánh xe chủ động và lực bám của cầu chủ động Trong trường hợp này, giả sử lực kéo của bánh xe chủ động đủ để khắc phục lực cản chuyển động do góc α thay đổi (F i = G.sinα) Khi góc dốc α tăng, lực cản chuyển động F i cũng tăng, dẫn đến lực kéo F k1 tăng theo để đảm bảo khắc phục lực cản Đồng thời, đường F bam1dl giảm khi góc α tăng, cho thấy bánh xe cầu trước dần tách khỏi mặt đường, làm giảm tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cầu trước (G 1 = Z 1 = G.cosα) Điều này dẫn đến lực bám của cầu trước giảm (F φ1 = φ Z 1, G 1 = Z 1) cho đến khi đạt giá trị nhất định.

Khi góc dốc đạt giá trị 20,58°, hai đường F k1dl và F bam1dl giao nhau, cho thấy hiện tượng trượt xoay bắt đầu xuất hiện ở bánh xe chủ động Tại góc dốc này, lực kéo của bánh xe chủ động đã đạt tới giới hạn bám, dẫn đến việc nếu xe di chuyển trên đường có góc dốc lớn hơn 20,58°, bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay hoàn toàn và không thể di chuyển.

Đồ thị hình 4.5 bên phải thể hiện mối tương quan giữa giá trị phản lực pháp tuyến của mặt đường tác động lên cầu trước (Z 1dl = Z 1) và cầu sau (Z 2dl = Z 2) khi xe di chuyển trên đường dốc lên Theo hình 4.4, tại góc dốc tới hạn, xe sẽ bị lật quanh điểm tiếp xúc của bánh xe cầu sau với mặt đường, dẫn đến phản lực pháp tuyến tác động lên cầu trước bằng 0 (Z 1dl = 0) Do đó, việc khảo sát giá trị Z 1dl và Z 2dl theo sự gia tăng góc dốc là cần thiết để xác định góc dốc mà tại đó Z 1dl bằng 0, cho thấy bánh xe cầu trước sẽ tách hoàn toàn khỏi mặt đường, tăng nguy cơ lật xe Đồ thị hình 4.5 minh họa rõ ràng tình huống này tại góc dốc α.

= 68,92° thì Z 1dl = 0 và xe sẽ lật đổ trong trường hợp này

- Tại góc dốc α = 64,885° thì Z 1dx = 0 cho trường hợp xe chuyển động trên đường có độ dốc hướng xuống (Hình 4.6)

4.1.2.3 Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm ngang và không kéo theo rơmooc (α= 𝟎)

Trong trường hợp này, ta có: F j = 0, F m = 0, α = 0, bỏ qua ảnh hưởng của lực cản lăn

Khi xe di chuyển với tốc độ cao, lực cản không khí có thể gây ra nguy cơ lật xe Sơ đồ momen cho thấy rằng khi lực cản đạt đến giá trị giới hạn, xe sẽ lật quanh điểm O2, nơi O2 là giao điểm của mặt phẳng qua trục bánh xe sau với mặt đường, dẫn đến phản lực Z1 bằng 0.

Để xác định giới hạn lật đổ của xe khi chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm ngang, ta sử dụng công thức tính mômen tại điểm O2.

Ta coi M f ≈ 0 vì trị số của nó rất nhỏ so với F ω , thay giá trị F ω = W.v o 2 và rút gọn ta được vận tốc nguy hiểm mà xe bị lật đổ: v n = √ G b

- v n : vận tốc giới hạn mà xe bị lật đổ (m/s)

- W: Nhân tố cản không khí: W = 0,625.Cx.S (Ns 2 /s 2 )

- Cx: Hệ số cản không khí (Ns 2 /m 4 )

- S: Diện tích cản không khí (m 2 )

Bảng 4.2: Bảng giá trị phản lực theo vận tốc lật đổ khi xe chuyển động trên đương thẳng với vận tốc lớn v n (m/s) 𝑍 1 (N) 𝑍 2 (N)

Hình 4.8: Đồ thị thể hiện tính lật đổ của ô tô khi chuyển động thẳng với vận tốc cao

𝑍 1 : Phản lực mặt đường cầu trước khi xe chuyển động trên đường thẳng (N)

𝑍 2 : Phản lực mặt đường cầu sau khi xe chuyển động trên đường thẳng (N) v n = v ld : Vận tốc lật đổ của xe khi chuyển động trên đường thẳng (m/s)

TÍNH ỔN ĐỊNH NGANG CỦA XE

4.2.1 Tính ổn định của xe khi chuyển động thẳng trên đường nghiên ngang

Hình 4.9: Xe chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang

- Y’, Y”: Các phản lực ngang tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái

- β: Góc nghiêng ngang của mặt đường

- Z’, Z”: Các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái

Mômen của các lực quán tính tiếp tuyến ảnh hưởng đến sự ổn định của ô tô trong mặt phẳng ngang khi xe di chuyển không ổn định, đặc biệt là trong điều kiện lật đổ Việc phân tích ổn định theo điều kiện lật đổ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục nằm ngang khi di chuyển trên đường, đặc biệt tại điểm tiếp xúc của hai bánh xe bên phải với mặt đường (điểm B) Để phân tích hiện tượng này, ta có thể lấy mô men đối với điểm B và rút gọn để thu được biểu thức cần thiết.

Khi góc β đạt đến giá trị giới hạn β đ, xe sẽ bị lật quanh trục đi qua điểm B, dẫn đến Z’ = 0 Thông thường, giá trị M jn là nhỏ, vì vậy có thể xem M jn = 0, và xe không kéo theo rơmooc.

Ta xác định được góc giới hạn lật đổ khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang là: tgβ đ = c

- β đ : Góc nghiêng ngang giới hạn của đường mà xe bị lật đổ b Xét ổn định theo điều kiện trượt

Khi bánh xe có chất lượng bám kém với mặt đường, xe dễ bị trượt khi di chuyển trên đường nghiêng Để xác định góc giới hạn trượt của xe, cần lập phương trình hình chiếu các lực lên mặt phẳng song song với mặt đường.

- β φ : Góc nghiêng ngang giới hạn mà ô tô bị trượt

- φ y : Hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường

Rút gọn biểu thức (4.19) ta có: tgβ φ = φ y = 0,8 (4.20)

=> β φ = 38,65° Để đảm bảo an toàn thì xe phải trượt trước khi lật đổ, nghĩa là: tgβ φ < tgβ đ hay β φ < c

Khi ô tô đứng yên trên đường nghiêng ngang, chúng ta có thể xác định góc nghiêng giới hạn mà tại đó xe sẽ bị lật hoặc trượt Trong tình huống này, ô tô chỉ chịu tác động của trọng lực Phương trình xác định góc giới hạn mà xe bị lật đổ được thể hiện qua công thức: tgβ t = c.

Cũng tương tự ta có góc giới hạn mà xe bị trượt là: tgβ t φ = φ y = 0,8 (4.23)

=>β t φ = 38,65° Điều kiện để xe trượt trước khi lật đổ là: tgβ φ < tgβ đ hay φ y < c

Bảng 4.3: Bảng giá trị phản lực và lực bám theo góc dốc khi xe chuyển động thẳng trên đường ngang β (o) 𝑍 𝑛1 (N) 𝑍 𝑛2 (N) 𝐹 𝑝𝑙𝑛𝑦 (N) 𝐹 𝑏𝑎𝑚𝑦 (N)

Hình 4.10: Đồ thị thể hiện tính trượt và lật đổ của ô tô khi chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang

Trong đó : β: Góc dốc mặt đường theo phương ngang (°)

𝑍 𝑛1 = Z′: Phản lực mặt đường tại các bánh xe bên trái khi xe chuyển động thẳng trên đường nghiên ngang (N)

𝑍 𝑛2 = Z′′: Phản lực mặt đường tại các bánh xe bên phải khi xe chuyển động thẳng trên đường nghiên ngang (N)

𝐹 𝑏𝑎𝑚𝑦 = 𝐺 cos(β) φ y : Lực bám ngang khi xe chuyển động thẳng trên đường nghiên ngang (N)

𝐹 𝑝𝑙𝑛𝑦 = 𝐺 sin(β): Phản lực ngang khi xe chuyển động thẳng trên đường nghiên ngang (N)

Đồ thị hình 4.10 bên trái thể hiện hai hàm 𝐹 𝑝𝑙𝑛𝑦 và 𝐹 𝑏𝑎𝑚𝑦, mô tả phản lực ngang tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, cùng với lực bám ngang của mỗi bánh xe Trong trường hợp này, tại trọng tâm của xe, lực ngang xuất hiện do sự thay đổi của góc β (F i).

Khi góc nghiêng ngang của mặt đường β tăng, lực ngang F i cũng sẽ tăng theo, dẫn đến việc phản lực ngang tại điểm tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường tăng lên.

Đường 𝐹 𝑝𝑙𝑛𝑦 tăng biểu thị sự đảm bảo khắc phục lực ngang F i, trong khi đường Fbamy giảm khi góc β tăng, cho thấy bánh xe bên trái dần tách khỏi mặt đường Điều này dẫn đến tải trọng thẳng đứng tác động lên bánh xe bên trái giảm (G’’= Z’’= G.cosβ) khi góc β tăng từ 0 đến 90°, với sin tăng và cos giảm Hệ quả là lực bám ngang (𝐹 𝑏𝑎𝑚𝑦 = φ y (Z’+Z”)) cũng giảm Tại góc dốc β = 38,65°, hai đường 𝐹 𝑏𝑎𝑚𝑦 và 𝐹 𝑝𝑙𝑛𝑦 giao nhau, chỉ ra rằng xe bắt đầu có hiện tượng trượt ngang khi di chuyển trên đường có góc dốc này.

Đồ thị hình 4.10 bên phải thể hiện mối tương quan giữa giá trị phản lực pháp tuyến của mặt đường tác động lên các bánh xe bên phải (𝑍 𝑛2 = Z’’) và bên trái (𝑍 𝑛1 = Z’) khi xe di chuyển trên đường nghiêng ngang Theo hình 4.9, khi đạt đến một góc dốc tới hạn, xe sẽ bị lật ngang quanh điểm tiếp xúc của các bánh xe bên phải với mặt đường, dẫn đến phản lực pháp tuyến của mặt đường tác động lên các bánh xe bên trái bằng 0 (𝑍 𝑛1 = 0) Qua khảo sát, chúng ta nhận thấy rằng ở một góc dốc nhất định, giá trị 𝑍 𝑛1 sẽ bằng 0, cho thấy khi xe di chuyển trên đường nghiêng ngang với góc dốc này, các bánh xe bên trái sẽ hoàn toàn tách khỏi mặt đường, làm tăng nguy cơ lật ngang xe Đặc biệt, tại góc dốc β = 54,82°, 𝑍 𝑛1 = 0, điều này chỉ ra rằng xe sẽ bị lật đổ khi di chuyển trên đường nghiêng ngang với độ dốc này.

4.2.2 Tính ổn định của xe khi chuyển động quay vòng

4.2.2.1 Quay vòng trên đường nghiêng ngang hướng ra ngoài

Hình 4.11: Sơ đồ momen và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đường nghiêng ngang a Xét trường hợp lật đổ

Trong trường hợp này, ô tô chịu tác động của các lực như lực ly tâm F1 và trọng lượng toàn bộ của ô tô G Do xe không kéo theo rơmooc, chúng ta có thể bỏ qua lực Fm.

Khi góc β tăng và lực ly tâm F l tác động lên xe, xe sẽ bị lật quanh trục đi qua điểm B, là giao tuyến giữa mặt phẳng đường và mặt phẳng vuông góc với mặt đường qua hai tâm bánh xe bên phải Lúc này, vận tốc ô tô đạt giá trị giới hạn và hợp lực Z” bằng 0 Để xác định trị số phản lực bên trái, ta lập phương trình mômen đối với đường thẳng qua hai điểm tiếp xúc B của các bánh xe bên phải với mặt đường.

- Z 1 ′′ , Z 2 ′′ : Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe bên trái ở cầu trước và cầu sau

Thông thường trị số M jn nhỏ nên chúng ta có thể bỏ qua Thay trị số của lực ly tâm

2 g.R vào công thức trên và rút gọn, ta có: v n 2 (c

2 sinβ (4.26) Lấy căn bậc hai hai vế ta được giá trị của v n : v n = √(c

- β: Góc nghiêng ngang của đường khi xe quay vòng bị lật đổ

- R: Bán kình quay vòng của xe

- v: Vận tốc chuyển động quay vòng (m/s)

- v n :Vận tốc giới hạn khi xe quay vòng bị lât đổ

Ví dụ, ta lấy góc quay vòng giới hạn là 22° thì: v n = √

Khi xe quay vòng trên đường nghiêng, ô tô có thể bị trượt do tác động của lực G.sinβ và F l cosβ, khi mà điều kiện bám của xe với mặt đường không đảm bảo.

Khi ô tô đạt giá trị giới hạn v n , ô tô bắt đầu trượt ngang, lúc đó các phản lực ngang sẽ bằng lực bám

Chiếu các lực lên phương song song với mặt đường và phương vuông góc với mặt đường, ta được:

Thế các giá trị biểu thức (4.30) và (4.29) vào (4.28) rồi rút gọn, ta được:

𝑣 𝜑 2 =R g (φ y cosβ − sinβ) φ y sinβ + cosβ (4.31) v φ = √R g (φ y − tgβ)

Với β là góc giới hạn khi xe quay vòng bị trượt (chọn β = 22°)

Vậy với β = 22° thì ta có v φ = 4,082 (m/s)

Bảng 4.4: Bảng giá trị vận tốc giới hạn quay vòng với các góc nghiêng ngang ra ngoài β(o) v n (m/s) v φ (m/s)

Hình 4.12: Đồ thị thể hiện vận tốc nguy hiểm của ô tô khi trượt và lật đổ khi quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài

Vận tốc lật đổ của xe khi di chuyển trên đường nghiêng ra ngoài được ký hiệu là v n và được tính bằng đơn vị m/s Vận tốc trượt của xe trong cùng tình huống được ký hiệu là v φ, cũng tính bằng m/s Góc dốc của mặt đường theo phương ngang được biểu thị bằng β, tính bằng độ (°).

Khi xe di chuyển quay vòng trên đường nghiêng, các giá trị vận tốc nguy hiểm liên quan đến lật đổ và trượt của xe sẽ giảm dần khi góc dốc β tăng lên Điều này cho thấy vận tốc an toàn mà xe có thể đạt được là rất nhỏ ở từng góc dốc khảo sát Cụ thể, xe chỉ có thể duy trì vận tốc 2,1 m/s tại góc dốc β = 50° để đảm bảo không bị lật đổ.

= 1,8 m/s ở góc dốc β= 35° để đảm bảo xe không bị trượt

Xe sẽ bị lật đổ hoàn toàn khi góc nghiêng β đạt 55° và sẽ bắt đầu trượt khi góc β là 40° Tại những góc này, giá trị vận tốc nguy hiểm cho cả trường hợp trượt và lật đều bằng 0, được thể hiện rõ trên đồ thị.

TÍNH TOÁN KIỂM TRA QUAY VÒNG CỦA XE

Tiêu đề	Nghiên Cứu Động Học Và Động Lực Học Xe Hyundai Santafe 2012
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp

Định dạng
Số trang	112
Dung lượng	2,79 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[3] Vehicle Dynamics Theory and Application - Nezan. Jazar (trang 41-44) (https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive)	Link
[4] Xác định tọa độ trọng tâm của oto. (https://docs.google.com/document/d/1J_a3iJVIdCxmrPXw1L0HkJmWRnXipQ6t/edit)	Link
[5] Hyundai Santafe 2006-2012 Workshop Service and Repair Manual. (https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive )	Link
[6] Matlap toàn tập. (https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive)	Link
[1] MSc. Đặng Qúy, Giáo trình Lý thuyết ô tô (chương 2, 3, 4, 5, 7), Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2000	Khác
[2] Nguyễn Hữu Cần, Giáo trình Lý thuyết ô tô máy kéo ( trang 114 - 122), Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 1996	Khác