Đang tải...

Cơ bản Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G

Thảo luận trong 'Động cơ' bắt đầu bởi hinhsu89, 8/10/14.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. hinhsu89
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    20/11/13
    Số km:
    280
    Được đổ xăng:
    152
    Mã lực:
    76
    Giới tính:
    Nam
    Xăng dự trữ:
    2,288 lít xăng
    MỞ ĐẦU

    Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và xã hội. Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm giải quyết. Trong những năm gần đây sự phát triển của ngành ô tô có nhiều bước nhảy vọt về kỹ thuật và công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao và an toàn hơn cho người sử dụng.

    Tính chất động lực học của ô tô khi chuyển động là một trong những tính chất rất quan trọng, nó được thể hiện qua đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh. Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu này phụ thuốc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên.

    Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng. Và ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị và phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng và tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng cho các loại xe ô tô có hiệu quả.

    Từ những yêu cầu đó, Dưới sự hướng dẫn giúp đỡ của thầy cô giáo tôi hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G’’. Với mục đích góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc lực chọn chế độ sử dụng hợp lý và đánh giá khả năng sử dụng.


    Chương 1

    TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

    1.1 VÀI NÉT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỊ TRƯỜNG Ô TÔ VIỆT NAM

    Hiện nay trên thế giới ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ, đáp ứng đủ nhu cầu của con người và xã hội. Hiện nay khoảng ba phần tư số lượng ô tô được sản xuất chủ yếu tại Bắc Mỹ Tây Âu và Nhật Bản. Và ở Việt Nam một số công ty của các nước đó cũng đã đầu tư xây dựng nhà máy lắp ráp tại Việt Nam như nhà máy ô tô Ford ở Hải Dương, công ty ô tô Toyota Việt Nam…

    Cùng với sự phát triển kinh tế, nên nhu cầu sử dụng ô tô ở nước ta ngày càng tăng. Ôtô trở thành phương tiện đi lại và chuyên dụng phục vụ cho ngành kinh tế, thể thao giải trí quốc phòng an ninh… Hiện nay có khoảng trên 34 doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ôtô trong nước. Và nhiều hãng ô tô nước ngoài đang thăm dò ý định xây dựng dây chuyền lắp ráp tại Việt Nam.

    Công việc sản xuất ôtô trong nước hiện nay của chúng ta cũng chỉ dừng lại ở công việc hàn, sơn, sản xuất một số linh kiện phụ tùng như ácquy, ghế, đèn trần, tay nắm cửa, lốp…Nên tỷ lệ nội địa vẫn còn thấp.

    Theo ước tính của bộ công nghiệp nhu cầu về ô tô của Việt Nam đến khoảng 2020 là khoảng 239000 chiếc.

    Và theo các nhà sản xuất ô tô nước ngoài thì một xe ô tô khoảng 24000 đến 30000 linh kiện nên không thể một công ty nào có thể sản xuất được hết cả nên phải phát triển các cơ sở sản xuất linh kiện phụ tùng.

    Vì vậy chúng ta cần xúc tiến công cuộc sản xuất ô tô trong nước hay sản xuất phụ tùng linh kiện để đáp ứng được nhu cầu nội địa hoá ngành công nghiệp ô tô trong tương lai tới.

    1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ

    Ôtô là loại xe tự hành để chở hành hoá hoặc hành khách trên các loại đường bộ. Ngoài ra, trên ôtô có thể được trang bị các loại máy công tác để thực hiện các công việc chuyên dùng như cứu hoả, cứu thương, nâng chuyển,… Phạm vi của ô tô là rất rộng trên nhiều lĩnh vực kinh tế quốc phòng an ninh….

    1.2.1 Phân loại ôtô

    Hiện nay trên thế giới có rất nhiều chủng loại tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau nên kết cấu các loại xe cũng khác nhau để nhằm phù hợp với công việc. Ta có thể phân loại ôtô theo những cách sau đây:

    Theo công dụng:

    Xe ôtô con là xe có sức chở người đến 9 người.

    Xe ôtô khách là loại xe chỉ dùng để chở người trên 10 người.

    Xe ôtô tải là loại xe chỉ dùng để chở hàng hoá, sức chở vài trăm kg trở lên. Và xe có rơmooc cũng được xếp vào loại xe này.

    Xe chuyên dùng là xe có thiết bị và trang bị đặc biệt và trang bị những thiết bị chuyên dùng để đáp ứng một hay một vài mục địch nào đó.

    Theo số cầu chủ động:

    Xe ôtô có một cầu chủ động: Đây là loại xe thông dụng hay dùng ở các nơi có đường xá tốt, các thành phố.

    Xe có nhiều cầu chủ động: Những loại xe này có tính năng ưu việt hơn loại xe một cầu chủ động, hoạt động trên nhiều địa hình khác nhau, các loại xe này có hai hay nhiều cầu chủ động.

    Theo dạng nhiêu liệu tiêu thụ:

    Xe ôtô dùng nhiêu liệu xăng.

    Xe ôtô dùng nhiên liệu diezel.

    Xe ôtô dùng khí gas.

    Xe ôtô dùng điện, hay các nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời….

    1.2.2 Cấu tạo chính của ôtô

    Cấu tạo Ôtô bộ phận chính có chức năng giống nhau. Các bộ phận và hệ thống chính của ôtô máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống truyền lực (Ly hợp, hộp số, truyền lực cacđăng, cầu chủ động), hệ thống di động, hệ thống treo, hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, trang bị điện và các trang bị làm việc khác.

    + Động cơ là nguồn động lực trên ôtô máy kéo. Hiện nay động cơ đốt trong dùng nhiên liệu lỏng hoặc nhiên liệu khí được sử dụng chủ yếu trên ôtô. Động cơ là một bộ phận quan trọng của ôtô dùng để tạo ra nguồn năng lượng cho xe hoạt động và có thể truyền một phần hoặc toàn bộ công suất của động cơ đến bộ phận làm việc của máy công tác liên kết với chúng.

    + Hệ thống truyền lực (HTTL) là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo. HTTL còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen quay truyền, cho phép ôtô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc. Phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của xe máy cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của ôtô có thể có một hai hay nhiều cầu chủ động.

    Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ động quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đường không bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy.

    Truyền lực cacđăng dùng để truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phối đến các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xe chủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau. Truyền lực cacđăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằm trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong một giới hạn nhất định.

    + Hệ thống di động của ô tô gồm các bánh xe với lốp đàn hồi , hệ thống di động là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với mặt đường, nó nhận mômen chủ động từ động cơ qua hệ thống truyền lực và biến mômen chủ động thành lực kéo tiếp tuyến hay còn gọi là lực chủ động để làm ôtô chuyển động.

    + Hệ thống treo là tổ hợp của một số các chi tiết và phần tử đàn hồi, liên kết giữa bộ phận di động với khung xe, nhằm giúp cho khung xe được êm dịu trong khi bộ phận di động luôn chịu tác động của các lực va đập do mấp mô mặt đường khi chuyển động.

    + Hệ thống điều khiển gồm một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm điều khiển ôtô theo các hướng và chiều cần thiết, đồng thời giúp ôtô chuyển động ổn định không trượt lê sang trái hay phải. Ngoài ra hệ thống điều khiển còn cho phép ôtô giảm tốc độ chuyển động hoặc dừng lại nhanh chóng khi gặp sự cố khẩn cấp.

    + Trang bị điện là tổ hợp của hàng loạt bộ phận, thiết bị điện nhằm đảm bảo giúp cho ôtô làm việc ổn định, tin cậy, tăng tính tiện nghi, thuận lợi cho người lái, hành khách và an toàn lao động. Trang bị điện là một hệ thống rất phức tạp nó có thể được phân ra hai hệ thống là hệ thống nguồn điện và hệ thống các thiết bị tiêu thụ điện. Hệ thống nguồn điện dùng tạo ra nguồn năng lượng điện để cung cấp cho các phụ tải (các thiết bị dùng điện). Hệ thống các thiết bị phụ tải là tổ hợp của tất cả các thiết bị có trên ôtô dùng năng lượng điện như hệ thống đốt cháy, hệ thống khởi động, hệ thống chiếu sáng, tín hiệu, hệ thống điều khiển bao gồm cả máy tính điện tử điều khiển động cơ và điều khiển thân xe cùng các rơle hay các bộ phận chấp hành đi theo máy tính, do tính phức tạp của trang bị điện, nên phần này được trình bày trong một tài liệu riêng.

    + Trang bị làm việc là tổ hợp của nhiều thiết bị, bộ phận giúp cho ôtô máy kéo và xe chuyên dụng thực hiện các công việc một cách thuận tiện và đạt hiệu quả cao. Sau đây chúng ta tìm hiểu đại cương về sự bố trí các bộ phận chính trên ôtô máy kéo.

    1.3 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

    Hệ thống truyền lực là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo. Hệ thống truyền lực còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen quay truyền, cho phép ôtô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc. Dựa vào nguyên tắc hoạt động, hệ thống truyền lực được chia ra: hệ thống truyền lực cơ khí, hệ thống truyền lực thủy lực, hệ thống truyền lực phân cấp và không phân cấp. Trước khi đi vào xây dựng đặc tính động lực học của ô tô dùng truyền động cơ khí, hãy tìm hiểu về hệ thống truyền lực cơ học.

    Hệ thống truyền lực cơ khí

    Truyền lực cơ khí gồm có hai loại: truyền lực phân cấp và truyền lực không phân cấp:

    - Trong hệ thống truyền lực phân cấp là sử dụng những bộ truyền các cặp bánh răng ăn khớp để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau thông qua sự thay đổi các cặp bánh răng ăn khớp.

    - Đối với hệ thống truyền lực không phân cấp thì sử dụng các bộ truyền động ma sát như: bộ truyền động đai, bộ biến tốc ma sát...

    - Những bộ phận chính trong truyền lực cơ khí bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền lực trung gian (các đăng), truyền lực chính, hộp vi sai, các bán trục:


    1.3.1 Ly hợp ma sát

    Ly hợp là một bộ phận trong hệ thống truyền lực của ôtô. Ly hợp dùng để truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến trục sơ cấp hộp số, cho phép cắt nhanh động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực và nối động cơ vào hệ thống truyền lực một cách êm dịu. Nó còn có tác dụng như một bộ phận an toàn ngăn ngừa cho động cơ không bị quá tải.

    Cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:

    [​IMG]

    Hinh 1.1 Ly hợp của ô tô TOYOTA

    Ly hợp nằm giữa động cơ và hộp số chính. Chức năng của ly hợp trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo là:

    - Có khả năng đóng, ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ động. Đảm bảo việc đóng, ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện quá trình đóng, ngắt một cách nhanh chóng.

    - Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ.

    - Khi có hiện tượng cộng hưởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng dập tắt chấn động để nâng cao chất lượng truyền động.

    Ly hợp ma sát được dùng nhiều trên ô tô, máy kéo là loại ly hợp một đĩa hoặc hai đĩa ma sát và là loại thường xuyên đóng do lực ép của các lò xo, ép các đĩa ép cùng khối đĩa ma sát vào bề mặt của bánh đà, để truyền mô men từ bánh đà (liên kết cứng với vỏ ly hợp, rănh trong vỏ ly hợp ăn khớp với vấu đĩa ép (chủ động)) sang đĩa ma sát nối then hoa với trục sơ cấp hộp số (phần bị động).

    Tuy nhiên quá trình cắt, nối ly hợp vẫn còn hiện tượng gây ồn, nếu trượt kéo dài sẽ phát sinh nhiệt và hao mòn nhanh... chính vì những nhược điểm còn tồn tại, nên đã có những giải pháp khắc phục [2].

    1.3.2 Hộp số cơ khí

    Trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo sử dụng hộp số để đảm bảo các chức năng: tạo nên sự thay đổi mô men và số vòng quay của động cơ ở phạm vi rộng phù hợp với sự thay đổi của địa hình làm việc, tạo nên chuyển động lùi và có thể ngắt truyền động trong thời gian dài.

    Hộp số cơ khí trong truyền động cơ khí của ô tô, máy kéo thường sử dụng các bộ truyền động bánh răng: răng thẳng hoặc răng nghiêng. Trên ô tô thường bố trí hộp số có từ 3 đến 5 số tiến và 1 số lùi.

    [​IMG]

    Hình 1.2 Hộp số trên xe TOYOTA INNOVA

    Cấu tạo thì hầu hết các hộp số cơ đều có điểm chung là có một cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp để truyền mô men quay từ trục sơ cấp đến trục trung gian. Trên trục sơ cấp có bố trí bánh răng liền trục của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp đó, và ở đầu có vành răng để gài số truyền thẳng (i=1).

    Trên ôtô con và ôtô vận tải người ta cũng thường dùng hộp số hai hoặc ba trục. Trên hình 1.3.3 ta xét hộp số ba trục gồm trục sơ cấp, trục thứ cấp và trục trung gian . Trục trung gian luôn quay nhờ nhận chuyển động từ trục thứ cấp xuống, các bánh răng trên trục trung gian luôn quay làm các bánh răng trên trục thứ cấp quay, các bánh răng trên trục thứ cấp quay trơn trên trục. Khi thực hiện gài số qua cơ cấu gài số bộ hòa động tốc được lắp then hoa trên trục thứ cấp được gài vào bánh răng đang quay làm trục thứ cấp quay theo, bộ gài đồng tốc gài vào các bánh răng ta được các số truyền tương ứng. Như trên hình 1.3.3 ta có 5 số tiến và một số lùi R

    [​IMG]

    Hình 1.3 Sơ đồ động học của hộp số

    Hộp số cơ có ưu điểm là kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền cao ([​IMG]=0.9[​IMG]0.95), khối lượng nhỏ. Tuy nhiên hộp số cơ còn có nhược điểm là gây ồn khi làm việc, khó sang số đòi hỏi sự khéo léo của người vận hành điều khiển khi sang số. Muốn gài số, người vận hành phải điều khiển sao cho các bánh răng cần gài với nhau phải được quay cùng một tốc độ, có như vậy để tránh các đầu răng không bị vấp vào nhau. Để tạo điều kiện cho việc sang số dễ dàng, trên hộp số được trang bị các bộ đồng tốc. Các bộ đồng tốc thường có ba loại sau:

    - Bộ đồng tốc không thay đổi lực ma sát.

    - Bộ đồng tốc quán tính.

    - Bộ đồng tốc quán tính tăng lực.

    Khi có bộ đồng tốc này sẽ làm cho hộp số làm việc êm dịu hơn, tuy nhiên trong sử dụng, khi vào số bằng lực tác dụng quá lớn có thể dẫn đến hư hỏng khoá hãm và cháy mòn vành ma sát, khi đó quá trình sang số sẽ không còn êm dịu nữa. Mặt khác việc ứng dụng giải pháp này làm cho cấu tạo hộp số thêm phức tạp đây cũng là nhược điểm cần được khắc phục.

    1.3.3 Truyền động các đăng

    Cacđăng và khớp nối là cơ cấu nối và truyền dẫn mômen. Nó được dùng để truyền mômen xoắn giữa các cụm truyền lực không cố định, trục của các bộ phận này không nằm trên cùng một đường thẳng mà thường cắt nhau dưới một góc α thay đổi và luôn bị chuyển dịch vị trí tương đối với nhau (đặc biệt là theo phương thẳng đứng: Như hộp số và cầu xe). Sự dịch chuyển vị trí tương đối này đòi hỏi cacđăng phải có khả năng thay đổi chiều dài.

    Nhiệm vụ của cacđăng để nối hộp số với cầu xe, dùng để nối cầu xe với bánh chủ động có hệ thống treo độc lập. Ngoài ra cacđăng còn thường được dùng để truyền mômen xoắn đến các bánh dẫn hướng là chủ động, đến các bộ phận làm việc của máy công tác, đến các trang bị làm việc phụ trợ trên ôtô máy kéo và xe chuyên dụng. Khi cần truyền mômen với khoảng cách lớn, thân trục cacđăng có thể được tạo nên bởi hai phần: Một phần gắn lên thân xe, phần còn lại nối với cầu xe. Giữa các đoạn thân có thể có khớp nối và ổ đỡ.

    Bộ truyền cacđăng phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Quá trình truyền mômen xoắn giữa các bộ phận máy không có dao động tốc độ góc, không gây nên va đập và tải trọng động lớn do mômen quán tính. Các trục cacđăng phải đảm bảo quay đều, không gây nên cộng hưởng. Hiệu suất bộ truyền phải cao khi góc lệch giữa hai trục là lớn. Kết cấu bộ truyền gọn nhẹ, thuận tiện khi chăm sóc bảo dưỡng trong sử dụng.

    [​IMG]

    Hình1.4 Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý cacđăng có trạc chữ thập

    a) Cấu tạo ; b) Sơ đồ nguyên lý.

    1.3.4 Truyền lực chính và vi sai

    [​IMG]

    Hình 1.5 Cấu tạo của bộ truyền lực chính và bộ vi sai

    Cầu chủ động của ôtô và máy kéo bánh bao gồm truyền lực chính (còn gọi là truyền lực trung tâm) và visai. Cả hai cơ cấu này thường đặt trong hộp vỏ cầu. Đối với ôtô vỏ cầu thường được đặt trên dầm cầu và nó là một phần của dầm cầu. Ở hệ thống treo độc lập, vỏ cầu là một khối riêng gắn chặt với khung, dầm ngang sàn xe hay liền khối với hộp số và động cơ.

    Truyền lực chính có chức năng

    - Đảm nhận tỷ số truyền lớn, tăng mômen quay cho bánh chủ động, tạo nên số vòng quay tối ưu cho chuyển động của xe trong khoảng tốc độ của xe yêu cầu;

    - Tạo nên chiều quay thích hợp giữa bánh xe và HTTL, khi động cơ bố trí dọc, truyền lực chính thay đổi chiều quay trục bị động vuông góc với chiều quay trục khuỷu nên thường dùng bộ truyền bánh răng nón.

    Vi sai có nhiệm vụ:

    - Thực hiện sự sai lệch tốc độ quay giữa các trục bánh xe trên cùng một cầu khi chuyển động trên đường vòng hay đường không bằng phẳng, bảo đảm dễ dàng điều khiển hướng chuyển động và không mài mòn lốp xe;

    - Hạn chế sự trượt quay ở bánh xe, khi chênh lệch tốc độ góc giữa các bánh xe trên cùng một cầu, tạo điều kiện tận dụng lực bám và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu.

    1.4 MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

    1.4.1 Mục đích

    Khảo sát tính năng động lực học của xe ôtô TOYOTA INNOVA G ở các số truyền, tốc độ, độ dốc khác nhau. Từ đó tìm ra các hệ số làm việc hợp lý của xe khi chuyển động trong các điều kiện khác nhau.

    Đồng thời cũng cơ sở giúp cho người sử dụng lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý để nâng cao năng suất của xe và cũng để hỗ trợ cho việc tổ chức khai thác loại xe này đạt hiệu quả cao hơn.

    1.4.2 Nhiệm vụ

    Để đạt được những mục tiêu đó trong đề tài đã thực hiện những nhiệm vụ chính sau đây:

    · Tìm hiểu tổng quan về động lực học ô tô

    · Tìm hiểu về đặc điểm và đặc tính kỹ thuật của đối tượng khảo sát

    · Xây dựng các đường đặt tính động lực học của ô tô với việc sử dụng phần mềm Matlab

    · Sử dụng đường đặt tính động lực học để xác định các thông số khác

    · Đánh giá tính năng động lực học của loại xe này.

    1.4.3 Phương pháp nghiên cứu

    Chất lượng động lực học của ô tô thường được đánh giá theo khả năng khởi hành và tăng tốc với các tải trọng khác nhau, ở các số truyền khác nhau và trong những điều kiện đường xá khác nhau. Những khả năng này thường được thể hiện trên đường đặc tính động lực học của ô tô.

    Để xây dựng đường đặc tính động lực học có thể thực hiện theo hai phương pháp sau:

    Đường đặc tính động lực học được xây dựng theo các số liệu khảo nghiệm xe trên đường và thường được gọi là đường đặc tính thực nghiệm.

    Đường đặc tính động lực học xây dựng trên cơ sở đường đặc tính động cơ và sử dụng các công thức toán học để tính các chỉ tiêu động lực học và thường được gọi là đường đặc tính lý thuyết.

    Đối với phương pháp thứ nhất để đo được trực tiếp các thông số đòi hỏi phải có các thiết bị hiện đại, đặc biệt là phải có khả năng đo được các tín hiệu thay đổi theo thời gian với tần số cao và phải có khả năng ghi lại quá trình diễn biến của các thông số.

    Đối với phương pháp thứ hai đòi hỏi phải có đường đặc tính động cơ hoặc một số thông số kết cấu của xe và một số thông số về điều kiện sử dụng. Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là tuy có nhiều bài toán phức tạp nhưng bằng việc ứng dụng các phần mềm tin học mà cụ thể ở đây là phần mềm matlab các bai toán này có thể được giải quyết một cách nhanh chóng hơn với độ chính xác cao. Thêm vào đó khi sử dụng phương pháp này dễ đặt ra phương án khảo sát ảnh hưởng của tường thông số. Nhược điểm của phương pháp này là độ chính xác không cao bằng phương pháp thứ nhất.

    Do điều kiện và khả năng không cho phép nên trong khóa luận tốt nghiệp này em đã lựa chọn nghiên cứu theo phương pháp thứ hai.

    1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

    Xuất phát từ điều kiện thực tế, căn cứ vào những vấn đề đã nêu ở trên đề tài chọn nghiên cứu phương pháp và tiến hành xây dựng đặc tính động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G với hệ thống truyền lực cơ học. Thông số kỹ thuật của xe được thể hiện qua bảng 1.1.

    Hình ảnh của xe TOYOTA INNOVA G

    [​IMG]



    Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của xe TOYOTA INNOVA G

    Động cơ

    2,0 lít (1TR-FE)

    Dung tích công tác (cc)

    1998

    Kiểu động cơ

    I4, 16V, DOVHC, VVT-i

    Đường kính xy lanh x Hành trình piston (mm)

    83 x 83.1

    Công suất cực đại (kW/vòng/phút)

    96 / 6000

    Mô men xoắn cực đại (Nm/vòng/phút)

    165 / 4000

    Hệ thống cung cấp nhiên liệu

    Phun xăng điện tử

    Dung tích thùng nhiên liệu (L)

    55

    Hộp số

    5 số tay

    Tỷ số truyền số lùi

    4.743

    Tỷ số truyền chính

    4.3

    Số 1

    3.928

    Số 2

    2.142

    Số 3

    1.397

    Số 4

    1.000

    Số 5

    0.851

    Dài x rộng x cao (mm)

    4580 x 1770 x 1745

    Chiều dài cơ sở (mm)

    2750

    Chiều rộng cơ sở trước và sau (mm)

    1510 / 1510

    Bán kính vòng quay tối thiểu (mm)

    5400

    Khoảng sáng gầm xe tối thiểu (mm)

    191

    Trọng lượng không tải (kg)

    1530 - 1550

    Trọng lượng toàn tải (kg)

    2130

    Lốp xe

    205 / 65R15, mâm đúc



    Chương 2

    CƠ SỞ LÝ THUYẾT

    2.1 LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG

    2.1.1 Các đường đặc tính của động cơ

    Các tính chất động lực học của ô tô liên quan nhiều đến tính toán thiết kế, chế tạo và sử dụng ô tô.

    Động cơ đặt trên các xe ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại piston. Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế thể hiện rõ trên đường đặc tính làm việc của nó. Đặc tính làm việc của động cơ chi phối đặc điểm cấu tạo và khả năng làm việc của nó.Vì vậy cần phải nắm vững các đường đặc tính của động cơ để cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của ô tô.

    Đường đặc tính của động cơ chia làm hai loại: Đường đặc tính tốc độ và đường đặc tính tải trọng.

    a. Đường đặc tính tốc độ

    Đường đặc tính tốc độ là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (chí phí nhiên để sản sinh ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc ω của trục khuỷu.

    Các loại động cơ điezel lắp trên ô tô đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản MC) thay đổi. Đường đặc tính tốc độ của động cơ Diezel phụ thuộc rất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tự điều chỉnh.

    Có 2 loại đường đặc tính tự điều chỉnh

    - Đường đặc tính tốc độ ngoài gọi là đường đặc tính ngoài.

    - Đường đặc tính cục bộ

    Các đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng.

    Đuờng đặc tính ngoài của động cơ nhận được khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thuớc nhiên liệu (ở động cơ diezel) ở vị trí cực đại hoặc mở buớm ga hoàn toàn (ở động cơ xăng). Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận đuợc đường đặc tính cục bộ. Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế độ (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có đường đặc tính ngoài và đường đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga.

    Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị cực đại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemax, khi đó động cơ làm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức. Ở chế độ này các chỉ tiểu của động cơ cũng có tên gọi tương ứng: Công suất định mức Nm= Nemax , mô men quay định mức Mn và số vòng quay định mức nn.

    Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn đến số vòng quay chạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc. Phần đồ thị tương ứng khoảng tốc độ nn–nck được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đường đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị dạng đường cong). Ở nhánh quá tải cộng suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả. Ngoài ra, các chi tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một số nhược điểm khác nữa. Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc phục các hiện tựợng quá tải tức thời .

    Ở nhánh quá tải mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi đạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên mô men động cơ sẽ giảm xuống rồi ngừng quay. Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được với tải trọng Mc < Mmax tương ứng với tốc độ quay n > nM.

    Trên hình 2.1 là đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b). Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và được xác định.

    [​IMG][​IMG] (2.1)

    Trong đó : Mmax là mô men quay cựcđại của động cơ.

    Mn là mô men quay định mức của động cơ.

    [​IMG]

    Hình 2.1 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng

    a - Không có hạn chế số vòng quay; b - có hạn chế số vòng quay.

    Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện tượng quá tải càng tốt. Ở các động cơ diezel thông thường kM =1.1÷ 1.25, còn ở động cơ xăng kM = 1.1 ÷ 1.35.

    Ô tô thường làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm vi rộng nhiều khi người lái không kịp trở phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay số truyền và dẫn đến bị chết máy. Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơ nhỏ hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ở nhánh tự điều chỉnh. Mức độ sử dụng công suất động cơ được đánh giá bởi hệ số sử dụng tải trọng:

    [​IMG] (2.2)

    Trong đó: Mc là mô men cản đặt trên trục khuỷu ;

    Mn là mô men quay định mức của động cơ;

    Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật để đánh giá tính năng kinh tế -kỹ thuật của động cơ. Trong lý thuyết ô tô thường sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực học.

    Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằng thực nghiệm. Tuy nhiên nếu chấp nhận độ chính xác tương đối cũng có thể chấp nhận phương pháp giải tích kết hợp một số công thức hoặc thực nghiệm. Một trong những công thức hay được sử dụng là công thức S.R.Lay Đecman, dạng như sau:

    [​IMG] (2.3)

    Trong đó: - Ne, n là công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ tương ứng với một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài;

    - Nn, nn là công suất định mức (công suất cực đại ), và số vòng quay định mức;

    - a, b, c là các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ; ở động cơ xăng a = b = c = 1; ở động cơ diezel 4 kỳ a=0,5[​IMG]0,7; b=1,5[​IMG]1,3; c=1;

    Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức :

    [​IMG]

    Trong đó: Ne – công suất động cơ, kW

    n – số vòng quay của trục khuỷu, v/ph

    Me – mô men quay của động cơ, Nm

    Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3), (2.4) ta có thể xây dựng được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n).

    b. Đường đặc tính tải trọng

    Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu và chi phí nhiên liệu giờ GT với mô men quay của động cơ Me, thể hiện trên hình 2.2.

    [​IMG][​IMG]

    Hình 2.2 Đường đặc tính tải trọng của động cơ

    Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mối quan hệ đó hoàn toàn giống như đã phân tính trên đường đặc tính tốc độ. Nhưng đường đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên cứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của ô tô. Vì nhánh điều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0 đến Mn) có thể bố trí được rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính tốc độ (trong khoảng nn – nck). Nhờ đó khi xác định giá trị của các thông số trên đồ thị sẽ chính xác hơn. Tuy nhiên, để đánh giá tính năng kinh tế kỷ thuật của động cơ thì đường đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánh giữa các động cơ với nhau thông qua chí phí nhiên liệu riêng ge.

    2.1.2 Mô men chủ động

    Khi ô tô làm việc công suất và mô men quay của động cơ được truyền qua hệ thống truyền lực rồi đến các bánh xe chủ động để tạo ra sự chuyển động tịnh tiến của ô tô . Trên hình 2.3 được trình bày sơ đồ đơn giản của hệ thống truyền lực ô tô gồm ly hợp chính 2, hộp số 3, truyền lực chính 4 và hộp vi sai 5.

    [​IMG]

    Hình 2.3 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực của ô tô

    1- động cơ; 2-ly hợp ;3-hộpsố; 4-truyền lực chính;

    Mô men quay do động cơ truyền đến các bánh chủ động được gọi là mô men chủ động và thường được ký hiệu là Mk.

    Giá trị của mô men quay Mk phụ thuộc vào mô men quay của động cơ Me, tỷ số truyền i và hiệu suất ηm của hệ thống truyền lực. Ngoài ra còn phụ thuộc vào chế độ chuyển động của ô tô.

    - Khi ô tô chuyển động ổn định :

    Mk = Me.i.ηm (2.5)

    Trong đó: Me là mô men quay của động cơ, Nm

    i, ηm tỷ số truyền và hiệu suât của hệ thống truyền lực,

    - Khi ô tô chuyển động không ổn định:

    [​IMG] (2.6)

    Trong đó:

    Jd, [​IMG] là mô men quán tính của các chi tiết chuyển động không đều trong động cơ qui đổi đến trục khuỷu và gia tốc góc của động cơ.

    Jx, [​IMG] là mô men quán tính và gia tốc góc của chi tiết thứ x trong hệ thống truyền lực.

    Jk, [​IMG] là mô men quán tính và gia tốc của bánh xe chủ động.

    Trong công thức (2.6) dấu (+) được sử dụng cho trường hợp chuyển động chậm dần đều và dấu (-) là khi chuyển động nhanh dần.

    Mối liên hệ giữa gia tốc tịnh tiến của xe và gia tốc góc của bánh xe chủ động có thể được biễu diển qua biểu thức:

    [​IMG]

    Trong đó : a – gia tốc tịnh tiến của xe, m/s2

    rk – bán kính bánh xe chủ động, m

    i – là tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực,

    Từ đó suy ra hệ thức sau:

    [​IMG]

    Sau khi thay các giá trị trên vào công thức (2.6) và bằng phép biến đổi đơn giản nhận được mô men chủ động khi chuyển động không ổn định :

    M’k= Mk+ Mak (2.7)

    Trong đó: Mk là mô men chủ động của ôtô khi chuyển động ổn định.

    2.1.3 Các lực tác dụng lên ôtô

    a. Lực kéo tiếp tuyến và lực bám

    Quá trình tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường hoặc đất xảy ra rất phức tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu diễn như hình 2.4.

    [​IMG]

    Hinh 2.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động

    Dưới tác dụng của mô men chủ động Mk bánh xe tác động lên mặt đường một lực tiếp tuyến, ngược lại mặt đường tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển động với ô tô, có tác dụng làm cho máy chuyển động.

    Do vậy phản lực tiếp tuyến Pk được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn được gọi là lực chủ động.

    Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe do mô men chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động của ô tô. Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi ô tô chuyển động ổn định được xác định theo công thức:

    [​IMG] (2.8)

    Trong đó: Mk là mô men chủ động, Nm

    Me là mô men quay của động cơ, Nm

    i, ηm là tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực

    rk – bán kính bánh xe chủ động.

    Qua đó ta thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại Pkmax khi sử dụng số truyền có tỷ số lớn nhất i = imax và mô men quay động cơ đạt giá trị lớn nhất Me=Mmax, nghĩa là:

    [​IMG] (2.9)

    Khi ô tô chuyển động không ổn định mô men chủ động còn phụ thuộc gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ. Lực kéo tiếp có thể được xác định theo công thức:

    [​IMG] (2.10)

    Trong đó: M’k là mô men chủ động khi chuyển động không ổn định, Nm

    Mak là mô men các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ, Nm

    Pk, Pk’ là lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn định và khi chuyển động không ổn định, N

    Trong công thức (2.10) [​IMG]lấy dấu dương khi chuyển động chậm dần và lấy dấu âm khi chuyển động nhanh dần.

    b. Lực bám và hệ số bám

    Như phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Pk là do kết quả của tác động tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường. Do đó giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ động cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với đất hoặc mặt đường. Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xẩy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc đó trị số của giá trị lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại.

    Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe được gọi là lực bám Pφ nghĩa là:

    [​IMG]

    Về bản chất, lực bám được tạo thành bởi hai thành phần chính: lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường; sức chống cắt của đất được sinh ra do tác động của các mấu bám. Khi chuyển động trên đường cứng, lực bám được tạo thành do các lực ma sát, còn khi chuyển động trên đất nền mềm lực bám được tạo thành do lực cản ma sát, và lực chống cắt của đất. Do vậy lực bám sẽ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất mặt đường và tải trọng pháp tuyến. Khi chuyển động trên mặt đường nằm ngang (hình2.4) tải trọng pháp tuyến Gk là phần trọng lượng ô tô tác dụng lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản thân của bánh xe. Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ được cân bằng với phản lực pháp tuyến Zk của mặt đường.

    Thực nghiệm cũng đã khẳng định rằng, lực bám phụ thuộc rất lớn vào tải trọng pháp tuyến và có mối quan hệ tỷ lệ thuận. Do đó mối quan hệ này thường hay được sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh xe.

    Tỷ số giữa lực bám Pφ và trọng pháp tuyến Gk được gọi là hệ số bám và thường được ký hiệu là φ:

    [​IMG] (2.11)

    Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất bám của ô tô. Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di động và trạng thái mặt đường. Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng ô tô cũng như sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh hưởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ được xác định bằng thực nghiệm và độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính chất tương đối.

    Trên cơ sở công thức (2.11) ta có thể viết:

    [​IMG] (2.12)

    Như vậy điều kiện cần để ô tô có thể chuyển động được là:

    [​IMG] (2.13)

    Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của ô tô sẽ bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động.

    Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của ô tô cần phải xét cho 2 trường hợp:

    - Khi đủ bám sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công thức (2.11) hoặc (2.12).

    - Khi không đủ bám sẽ tính theo lực bám:

    [​IMG] (2.14)

    2.1.4 Các lực cản chuyển động của ô tô

    a. Lực cản lăn

    Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng trong lốp khi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường, trong các ổ trục bánh xe, lực cản không khí chống lại sự quay của bánh xe, và sự tiêu hao năng lượng cho việc tạo thành vết bánh xe.

    [​IMG]

    Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô

    Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu hao năng lượng của từng thành phần riêng là rất khó khăn. Bởi vậy người ta qui tất cả các thành phần tiêu hao năng lượng cho quá trình lăn của bánh xe thành một lực cản và gọi là lực cản lăn.

    Như vậy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của ô tô. Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng phản lực pháp tuyến của mặt đường là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Do đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến Z hoặc theo trọng lượng của máy G, sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại được quy thành một hệ số f và có thể viết :

    [​IMG] (2.15)

    Trong đó: Pfk- lực cản lăn của bánh chủ động, N

    Pfn - lực cản lăn của các bánh chủ động, N

    f- hệ số cản lăn,

    Z -phản lực pháp tuyến, N

    G- trọng lượng của ô tô, kG

    [​IMG] - độ dốc mặt đường;

    Z= G.cosα;

    Biểu thức (2.15) có thể viết lại một cách tổng quát hơn:

    [​IMG] (2.16)

    b. Lực cản dốc

    Khi ô tô lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần lực G.sin[​IMG] có phương song song với mặt đường và được gọi là lực cản dốc, ký hiệu Pα:

    [​IMG] (2.17)

    Trong đó: G- trọng lượng xe, kG

    α –góc dốc mặt đường, độ

    Tuy nhiên Pα chỉ gây ra cản chuyển động khi ôtô lên dốc, còn khi xuống dốc nó sẽ có tác dụng đẩy xe chuyển động. Song để tiện cho việc nghiên cứu, trong lý thuyết ô tô quy ước chung cho cả hai trường hợp cùng sử dụng một thuật ngữ.

    c. Lực cản không khí

    Khi ô tô chuyển động sẽ làm di chuyển các bộ phận không khí bao quanh xe, làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cản không khí. Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, hình dáng bề mặt chắn gió phía trước. Giá trị của lực cản không khí có thể xác định theo công thức thực nghiệm:

    [​IMG] (2.18)

    Trong đó: kw - hệ số cản không khí,

    v- tốc độ chuyển động tương đối giữa ô tô với không khí, m/s

    d. Lực cản quán tính

    Khi ô tô chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương song song với phương chuyển động và điểm đặt tại tâm của ô tô. Nếu chuyển động chậm dần đều, lực quán tính Pj sẽ cùng chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của ô tô. Ngược lại khi chuyển động nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán tính.

    Giá trị của lực quán tính có thể xác xem như tạo thành bởi hai thành phần:

    [​IMG] (2.19)

    Trong đó: Pj’ lực cản quán tính tịnh tiến, N

    P’’j lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trên ô tô gây ra, N

    Lực quán tính tịnh tiến Pj’ có thể xác định theo công thức:

    [​IMG] (2.20)

    Trong đó: j- gia tốc tịnh tiến của ô tô, m/s2

    G- trọng lượng của ô tô, kG

    g- gia tốc trọng trường, m/s2

    Thành phần lực quán tính Pj’’ được xác định theo công thức:

    [​IMG] (2.21)

    Trong đó:

    Mak mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều quy dẫn đến trục bánh chủ động.

    Man mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn hướng).

    [​IMG]

    Jn ,rn – mô men quán tính và bán kính quán tính của bánh bánh xe dẫn hướng.

    Thay các giá trị Mak và Man vào (2.21), sau đó thay các giá trị của Pj’ và P’’j vào (1.19) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của ô tô.

    [​IMG][​IMG] (2.22)

    Đặt [​IMG] (2.23)

    Thay δa vào (2.22) ta có: [​IMG] (2.24)

    Trong đó δa được gọi là hệ số quy đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ của ô tô.

    2.2 TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ

    2.2.1 Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất

    2.2.1.1 Cân bằng lực kéo

    Năng suất vận chuyển được đánh giá bởi khối lượng hàng hoá và quãng đường vận chuyển được trong một đơn vị thời gian. Nó phụ thuộc vào trọng tải và tốc độ chuyển động trung bình của ô tô. Hai yếu tố này lại phụ thuộc vào các tính chất kéo bám và tính chất động lực học của ô tô.

    Để phân tích đánh giá tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô người ta thường dựa vào đồ thị cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng công suất.

    a. Phương trình cân bằng lực kéo

    Xét trường hợp tổng quát khi ô tô chuyển động với tốc độ không ổn định trên dốc

    [​IMG] (2.25)

    Trong đó: Pk - lực kéo tiếp tuyến;

    Pf - lực cản lăn: [​IMG]; (2.26)

    Pα - là lực cản dốc: [​IMG] (2.27)

    Pj - lực quán tính: [​IMG] 2.28)

    Pw- lực cản không khí; [​IMG] (2.29)

    f - hệ số cản lăn,

    kw -hệ số cản của không khí,

    v- vận tốc tương đối giữa ôtô và không khí,

    δa -hế số tính đến sự ảnh hưởng của các khối quay trên ô tô,

    j, g –gia tốc của ô tô và gia tốc trọng trường,

    Trong phương trình (2.25), sử dụng dấu (+) hoặc (-) trước Pα là tuỳ thuộc vào xe chuyển động lên hoặc xuống dốc, còn Pj là tuỳ thuộc chuyển động nhanh hoặc chậm dần.

    Phương trình (2.25) có thể viết lại dưới dạng khai triển:

    [​IMG] (2.30)

    Các thành phần Pf ,và Pα đặc trưng cho lực cản của mặt đường và có thế gộp chung lại, ký hiệu [​IMG]:

    [​IMG]

    Hay [​IMG] (2.31)

    Trong đó : [​IMG]- được gọi là hệ số cản chung của mặt đường

    ψ - hệ số cản mặt đường;

    [​IMG]

    Phương trình (2.30) có thể viết lại:

    [​IMG] (2.33) Trường hợp chuyển động đều trên đường ngang

    [​IMG]

    hoặc [​IMG] (2.34)

    b. Đồ thị cân bằng lực kéo

    Lực kéo tiếp tuyến Pk của ô tô phụ thuộc vào mô men quay Me của động cơ và tỷ số truyền i trong hệ thống truyền lực, còn vận tốc chuyển động v phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ ωe , tỷ số truyền i và độ trượt [​IMG]:

    [​IMG] (2.35)

    [​IMG] (2.36)

    Trong đó: vt - vận tốc lý thuyết: [​IMG]

    Mặt khác quan hệ giữa mô men quay Mc và vận tốc quay [​IMG] là quan hệ phụ thuộc và được biểu thị trên đường đặc tính của động cơ Me=f([​IMG]).

    Do đó lực kéo tiếp tuyến Pk và mô men động cơ Me cũng có thể biểu thị theo hàm số vận tốc:

    Pk = f(v) và Me= f(v)

    Các quan hệ trên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố sử dụng khác nên khó có thế biểu diễn đầy đủ bằng các biểu thức toán học, và do vậy người ta thường biểu diễn chúng bằng đồ thị .

    Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến Pk và các thành phần lực cản của ô tô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động v và được gọi là đồ thị cân bằng lực kéo.

    Trước hết ta xét trường hợp đơn giản với giả thiết ô tô không bị trượt σ = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc f = const. Dạng đồ thị cân bằng lực kéo được minh hoạ trên hình 2.6.

    [​IMG]

    Hình 2.6 Đồ thị cân bằng lực kéo khi độ trượt δ = 0

    Trình tự xây dựng:

    · Xây dựng đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk=f(v)

    - Thay ωe vào công thức (2.35) để tính vận tốc thực tế v.

    - Cặp giá trị Pk, v vừa tính được xác định một điểm của đồ thị Pk=f(v).

    Bằng cách như vậy ta sẽ xác định được nhiều điểm ứng với các trị số khác nhau của Me và xây dựng được các đường cong Pk=f(v) cho từng số truyền. Trên đồ thị 2.6 minh hoạ cho 3 số truyền với các ký hiệu Pk1 ,Pk2, Pk3 .

    · Xây dựng đường lực cản mặt đường Pψ = f(v)

    Vì đã giả thiết f= const nên với mỗi góc dốc α xác định lực cản Pψ là đại lượng không đổi P= const , trên đồ thị được biểu thị bằng đường thẳng song song với trục hoành. Giá trị của Pψ được xác định theo (2.32).

    Khi lên dốc (α > 0) : [​IMG]

    Khi α =0: Pψ = Pf = f.Ga

    · Xây dựng đường lực cản tổng cộng

    [​IMG]

    - Khi lên dốc: [​IMG]

    - Khi α = 0 : [​IMG]

    Nhận xét :

    Qua đồ thị cân bằng lực kéo ta có thể rút ra một số nhận xét: Dạng của các đường cong Pk = f(v) tương tự như dạng đường cong Me =f(ωe). Ở một số truyền giá trị cực đại cảu lực kéo tiếp tuyến Pkmax sẽ tương ứng với mô men quay của động cơ Memax .

    Vận tốc tưng ứng với giá trị Pkmax được gọi là vận tốc gối hạn vk .

    Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v < vk lực kéo tiếp tuyến Pk sẽ giảm do mô men quay động cơ giảm.

    Cần lưu ý là khi v < vk động cơ không tự trở lại trạng thái cân bằng mô men quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy, nghĩa là không thể sử dụng vận tốc v < vk .

    Điểm cắt nhau của đường lực cản tổng cộng[​IMG] và đường lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v) chính là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, khi đó vận tốc đạt giá trị cực đại v = vmax .Trên hình 2.6 điểm B ứng với trường hợp chuyển động trên đường nằm ngang và điểm A với khi lên dốc.

    Ở mỗi số truyền, khi v < vmax đường cong Pmax nằm trên đường cong

    [​IMG] +Pw nghĩa là dư lực kéo.

    Hiệu số Pk – ( Pψ + Pw) = Pd được gọi là lực kéo dư.

    Phần lực kéo dư dung để tạo ra khả năng tăng tốc và để khắc phục lực cản dốc với độ dốc lớn hơn, tức tạo ra khả năng vượt dốc. Như vậy vùng có khả năng tăng tốc là ( vk - vmax ).

    Khi v= vmax thì lực kéo dư đạt giá trị lớn nhất Pd = Pdmax và khả năng tăng tốc sẽ lớn nhất.

    Khi v = vmax thì Pd = 0 và không còn khả năng tăng tốc hoặc vượt độ dốc lớn hơn. Khi đó muốn vượt độ dốc lớn hơn phải chuyển về làm việc ở số truyền thấp hơn.

    Ở điều kiện làm việc xác định, tức là lực cản mặt đường đã được xác định, nếu muốn giảm tốc độ chuyển động đều ta có thể giảm ga. Khi đó động sẽ làm việc với đường đặc tính riêng phần, đường cong Me =f(ωe) sẽ thấp hơn so với trường hợp cung cấp nhiêu liệu cực đại. Điểm cân bằng B’ trên đồ thị là một ví dụ khi làm việc ở số truyền 3, lúc đó xe chuyển động đều với v0 < vmax .

    Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất Pkmax không chỉ phụ thuộc vào mô men quay cực đại của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi điều kiện bám Pkmax = Pφ. Như vậy lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị Pk < Pφ.

    2.2.2 Cân bằng công suất

    Phương trình hoặc đồ thị cân bằng lực kéo chỉ đánh giá được tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô vận chuyển. Để đánh giá chỉ tiêu năng lượng ta cần xem xét sự cân bằng công suất khi liên hợp máy làm việc các điều kiện chuyển động khác nhau.

    2.2.2.1 Phương trình cân bằng công suất

    Từ phương trình cân bằng lực kéo (2.20) có thể suy ra phương trình cân bằng công suất bằng cách nhân hai vế của phương trình với vận tốc v:

    [​IMG] (2.37)

    Trong đó: Nk – công suất truyền cho bánh chủ động ;

    [​IMG] (2.38)

    Ne – công suất hiệu dụng của động cơ, kW

    [​IMG] - hiệu suất cơ học trong hệ thong truyền lực,

    Nψ -công suất hao tổn do lực cản mặt đường, kW

    Nj – công suất hao tổn do lực cản quán tính, kW

    N w – công suất hao tổn do lực cản không khí, kW

    2.2.2.2 Đồ thị cân bằng công suất kéo

    Phân tích tương tự như khi xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ta sẽ nhận được đồ thị cân bằng công suất kéo và được minh hoạ trên hình 2.7 trên đó còn biểu thị sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne của động cơ vào tốc độ chuyển động v.

    Trình tự xây dựng

    Cho giá trị Ne tính theo công thức (2.38)

    Từ đường cong Ne =f(ωe) xác định tốc độ quay ωe ứng với Ne đã cho, sau đó sử dụng công thức (2.36) tính vận tốc v.

    Cặp giá trị Ne, v xác định một điểm trên đồ thị. Xây dựng nhiều điểm và nối lại ta được toàn bộ đường cong Ne =f(v) của số truyền đã cho.

    Bằng cách như vậy sẽ xây dựng được các đường cong Ne = f(v) cho các số truyền khác nhau.

    [​IMG]

    Hình 2.7 Đồ thị cân bằng công suất

    Các đường cong Nk = f(v) cũng được xây dụng tương tự vì tỷ lệ thuận với Ne theo biểu thức (Nk = Ne .[​IMG]).

    Các thành phần công suất để khắc phục các thành phần lực cản được xây dựng dựa trên các công thức tính toán tương ứng sau đây:

    Công suất để khắc phục lực cản dốc:

    [​IMG] (2.39)

    Đồ thị biểu diễn N[​IMG] =f(v) là đường tuyến tính.

    Công suất để khắc phục lực cản tổng cộng:

    [​IMG] (2.40)

    Đường cong [​IMG] cắt đường cong công suất Nk tại điểm A. Đó chính là điểm cân bằng công suất, nghĩa là khi ô tô chuyển động đều và sẽ nhận được vận tốc chuyển động cực đại vmax vì không còn công suất dự trữ để tăng tốc.

    Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc cực đại v < vmax thì công suất cản tổng cộng ([​IMG]) < Nk, nghĩa là còn dữ trữ một phần công suất để tăng tốc hoặc khắc phục góc dốc lớn hơn.

    Phần công suất dữ trữ còn được gọi là công suất dư Nd .

    [​IMG] (2.41)

    Ở độ dốc α xác định, công suất dư chính bằng công suất để khắc phục lực cản quán tính Nd =Nj .

    Nếu kẻ đường thẳng đứng cho cắt các đường cong công suất ta sẽ được các thành phần công suất tương ứng biểu thị bởi các đoạn thẳng: Nψ ,Nω, Nj và Nm , trong đó Nm là công suất hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực của ô tô.

    Nếu độ dốc càng tăng, công suất chi phí cho lực cản mặt đường càng lớn, điểm cắt nhau giữa đường công suất cản tổng cộng (Nψ + Nω) và đường cong công suất kéo Nk sẽ lùi sang bên trái.

    2.3 NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC

    2.3.1 Nhân tố động lực học ô tô

    Phương trình cân bằng lực kéo và phương trình cân bằng công suất có thể sử dụng để phân tích đánh giá tính chất động lực học của một loại ô tô vận chuyển cụ thể. Nhưng không thể sử dụng các phương trình đó để đánh giá so sánh các tính chất động lực học của các ô tô vận chuyển khác nhau vì các ô tô khác nhau sẽ có trọng lượng khác nhau và đặc tính kỹ thuật của các loại ô tô cũng có thể khác nhau. Do vậy đánh giá so sánh tính chất động lực học của ôtô vận chuyển khác nhau người ta sử dụng một thông số đặc trưng tính chất động lực học không có thứ nguyên, thông số đó là nhân tố động lực học.

    Nhân tố động lực học là tỷ số giữa phần lực kéo tiếp tuyến sau khi đã trừ đi lực cản không khí (Pk - Pw) và trọng lượng toàn bộ Ga của ô tô vận chuyển.

    Nếu ký hiệu nhân tố động lực học là D ta có :

    [​IMG] (2.42)

    Từ phương trình cân bằng lực kéo (2.20) ta có thể rút ra hiệu số (Pk- Pw)

    rồi thay vào biểu thức (2.42) nhận được:

    [​IMG] (2.43)

    Trong đó δa là hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay;

    Biểu thức (2.43) biểu thị mối quan hệ giữa nhân tố động lực học và điều kiện chuyển động ( thông qua hệ số cản mặt đường ψ và gia tốc j ).

    Khi ô tô chuyển động đều (j = 0) thì nhân tố động lực học tính bằng hệ số cản chung của mặt đường:

    D = ψ = fcosα ± sinα

    Nếu ô tô chuyển động đều trên đương nằm ngang, tức là j = 0 và α = 0, thì nhân tố động lực học bằng hệ số cản lăn:

    D = f

    Giá trị của nhân tố động lực học còn phụ thuộc vào các thông số kết cấu của ô tô thể hiện qua biểu thức:

    [​IMG] (2.44)

    Qua biểu thức (2.44), ta nhận thấy rằng giá trị của nhân tố động lực học D chỉ phụ thuộc vào các nhân tố kết cấu và có thể xác định cho từng loại ô tô cụ thể.

    Ở số truyền càng thấp tỷ số truyền i càng lớn, đồng thời vận tốc v cũng càng thấp dẫn đến nhân tố động lực học D sẽ lớn hơn so với số truyền cao hơn. Do vậy khi làm việc ở số truyền 1 nhân tố động lực học sẽ nhận được giá trị lớn nhất so với các số truyền còn lại.

    Nhân tố động lực học còn bị giới hạn theo điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường. Khi Pkmax = Pφ nhân tố động lực nhận được giá trị cực đại:

    [​IMG][​IMG] (2.45)

    Trong đó :

    φ - hệ số bám của bánh xe chủ động;

    Zk - phản lực pháp tuyến của mặt đường lên bánh chủ động;

    [​IMG]

    [​IMG] - hệ số phân bố tải trọng trên cầu chủ động;

    G - trọng lượng của ô tô;

    Đối với ô tô có tất cả các bánh chủ động thì [​IMG], ở ô tô chỉ có cầu sau chủ động [​IMG] còn đối với ô tô tải tuỳ thuộc vào sự phân bố hang hoá trên thùng xe giá trị hệ số [​IMG] có thể thay đổi.

    Một số nhận xét :

    Nhân tố động lực học D đặc trưng cho khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản của mặt đường. Giá trị của nó phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực, khả năng bám của các bánh xe chủ động và tốc độ chuyển động của các ô tô.

    Nhân tố động lực học là đại lượng không có thứ nguyên và có thể sử dụng để đánh giá so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau hoặc cùng một loại ô tô làm việc ở các điều kiện đường xá khác nhau.

    2.3.2 Đặc tính động lực học của ô tô

    Để dễ nhận thấy quy luật thay đổi giá trị của nhân tố động lực học D trong sự phụ thuộc vào các yếu tố cấu tạo, điều kiện mặt đường và vận tốc chuyển động ta có thể biểu diễn các mối quan hệ đó dưới dạng đồ thị hàm số

    D = f(v) với trục hoành là vận tốc v và trục trung là nhân tố động lực học D.

    Đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa nhân tố động lực học và vận tốc chuyển động D =f(v) khi ô tô chở đầy tải và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải được gọi là đường đặc tính động lực học của ô tôhoặc gọi tắt là đường đặc tính động lực học.

    Trên hình 2.8 là dạng đường đặc tính động lực học D với giá thiết các bánh xe chủ động không bị trượt δ = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động f = const .

    [​IMG]

    Hình 2.8 Đặc tính động lực học của ô tô


    Đường đặc tính động lực học được xây dựng dựa trên đường đặc tính tải trọng hoặc đường đặc tính tải trọng của động cơ. Trình tự xây dựng cũng tương tự như đã xây dựng các đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk trên đồ thị cân bằng lực kéo (hình 2.6). Cụ thể là sử dụng công thức(2.36) để tính vận tốc v và công thức(2.44) để tính nhân tố động lực học D ứng với các số truyền khác nhau.

    Qua đồ thị ta thấy rằng, dạng đường cong nhân tố động lực học D = f(v) giống như dạng đường cong Me = f([​IMG]) trên đường đặc tính tốc độ của động cơ. Ở mỗi số truyền, điểm cực đại của đường cong Dmax tương ứng với Memax của động cơ, khi đó tốc độ chuyển động là nhỏ nhất cho phép vk. Như vậy ở mỗi số truyền sẽ có một giá trị cực đại Dmax (trên hình chỉ vẽ cho số truyền 1-Dmax). Số truyền càng cao thì giá trị Dmax càng nhỏ, nghĩa là D1max > D2max …..

    Nhân tố động lực học D là đại lượng không thứ nguyên nên có thể sử dụng đường đặc tính động lực học để đánh giá so sánh chất lượng động lực học giữa các xe khác nhau trên cùng một điều kiện sử dụng như nhau.

    Khi đã xây dựng được đường đặc tính động lực học, ta có thể sử dụng nó để một thông số còn lại của loại xe đó ở những điều kiện sử dụng tương tự.

    2.3.3. Sử dụng đường đặc tính động lực học của động cơ

    Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô. Khi chuyển động đều trên đường nằm ngang:

    Ta biết rằng với trọng tải đã được xác định, vận tốc chuyển động cực đại sẽ đạt được khi ô tô chuyển động đều trên đường nằm ngang (α = 0). Khi đó nhân tố động lực học chính bằng hệ số cản lăn D = f. Như vậy nếu ta kẻ đường biểu diễn f song song với trục hoành và cắt đường nhân tố động lực học D tại B, từ điểm B dóng xuống trục hoành sẽ xác định được vận tốc cực đại Vmax . Trong trường hợp đang xét vận tốc cực đại sẽ đạt được số truyền 4.

    - Khi chuyển động lên dốc:

    Khi chuyển động lên dốc (α > 0), D = ψ = fcosα + sinα. Điểm cắt nhau giữa đường hệ số cản ψ và đường nhân tố động lực học D sẽ là điểm A.

    Khi đó vận tốc cũng đạt lớn nhất vmax nhưng nhỏ hơn so với trường hợp chuyển động trên đường nằm ngang.

    Trường hợp đường hệ số cản chung ψ (khi α > 0) hoặc đường hệ số cản lăn f (khi α = 0) không cắt đường nhân tố động lực học D, nghĩa là không có điếm cân bằng và công suất và ô tô không chuyển động được ở số truyền đã cho. Nếu muốn duy trì cho ô tô chuyển động đều có thể thực hiện bằng 2 cách:

    Cách thứ nhất: Là chuyển sang chế độ làm việc ở số truyền cao hơn và sẽ đạt được vận tốc cực đại vmax .

    Cách thứ hai : Là giảm trọng lượng cung cấp nhiên liệu vào động cơ, lúc đó động cơ làm việc với đường đặc tính riêng phần và các đường cong nhân tố động lực học D cũng sẽ giảm xuống gần về phía trục hoành. Tuy nhiên vận tốc chuyển động sẽ nhỏ hơn so với trường hợp sử dụng ga cực đại.

    Xác định góc dốc lớn nhất αmax:

    Ta đã biết khi chuyển động đều lên dốc, nhân tố động lực học của ô tô có thể được xác định theo công thức:

    [​IMG]

    Từ đó nếu biểu diễn hàm cos qua hàm sin, ta có thể rút ra được :

    [​IMG]

    hoặc [​IMG] (2.46)

    Ở mỗi số truyền đều có một giá trị cực đại Dmax , nhưng lớn nhất là khi D1max khi làm việc ở số truyền thấp nhất (số truyền 1). Do đó, góc dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được sẽ được xác định theo nhân tố động lực học ở số truyền 1, nghĩa là theo D1max :

    [​IMG] (2.47)

    Từ đường đặc tính D = f(v) và xác định được D1max, rồi thay vào (2.47)

    sẽ xác định được αmax .

    Nếu góc dốc không lớn lắm có thể chấp nhận gần đúng.

    Sinα [​IMG] tagα = i

    Với i = tagα là độ dốc.

    Khi đó nhân tố động lực học được xác định gần đúng theo công thức :

    D = f + i

    Và có thể rút ra: imax = D1max – f (2.48)

    Trong đó imax - độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được ;

    Như vậy, nếu sử dụng độ dốc lớn nhất imax để đánh giá khả năng vượt dốc của ô tô sẽ thuận lợi vì có thể xác định được trực tiếp trên đồ thị nhân tố động lực học D = f(v).

    Cần lưu ý rằng, góc dốc lớn nhất αmax được xác định theo công thức (2.47) là trường hợp ô tô chuyển động với vận tốc đều. Nếu trước khi lên dốc ô tô chuyển vớí gia tốc nhanh dần (lấy đà) thì khả năng vượt dốc sẽ tốt hơn nhờ sử dụng thêm quán tính, nghĩa là giá trị góc αmax sẽ lớn hơn với giá trị tính toán theo công thức (2.47).

    Xác định khả năng tốc của của ô tô

    Nhờ độ thị D = f (v) có thể xác định được gia tốc của ô tô nếu biết: hệ số cản ψ của mặt đường, tỉ số truyền i và vận tốc cho trước v .

    Từ biểu thức (2.43) ta rút ra:

    [​IMG] (2.49)

    Trên hình 2.10 là đồ thị nhân tố động lực học cho 3 số truyền.

    Giả sử loại đường có hệ số cản ψ1.Ta kẻ đường ψ1 song song với trục hoành cho cắt đường nhân tố động lực ở số 3 tại A, hoành độ điểm A là v1 chính là vận tốc lớn nhất mà ô tô có thể chuyển động được.

    [​IMG]

    Hình 2.9 Xác định khả năng tăng tốc của ô tô theo đồ thị nhân tố động lực học

    Cũng trên loại đường này, nếu cho xe chuyển động với vận tốc vn < v1

    thị sẽ có khả năng tăng tốc vì lúc đó D > ψ1. Khả năng tăng tốc được đặc trưng bởi hiệu số (D - ψ). Trên đồ thị, khả năng tăng tốc ứng với các số truyền 3,2,1 là các tung độ : ab, ad và ae.

    Khi đã biết hiệu số(D - ψ), sử dụng công thức (2.49) ta tính được gia tốc [​IMG] cho các số truyền khác nhau ứng với vận tốc vn cho trước. Như vậy chúng ta có thể tìm được gia tốc j của ô tô ứng với một vận tốc nào đó cho trước trên một loại đường bất kỳ cho các số truyền khác nhau một cách dễ dàng. Ví dụ cùng vận tốc cho trước vn nhưng ta cho xe chạy trên loại đường khác có hệ số cản [​IMG] , thì rõ ràng là ô tô không thể chuyển động ở số truyền 3 được, mà chỉ có thể chuyển động ở số 2 và số 1 (Trên đồ thị được biểu thị bởi các tung độ cd và ce).

    Cần chú ý: Trường hợp chuyển động xuống dốc thì độ dốc i < 0 và có thể xấy ra [​IMG], nghĩa là hệ số cản chung của mặt đường “-”. Trong trường hợp này đường biểu diễn hệ số ψ nằm phía dưới trục hoành.

    Theo phương pháp trình bày ở trên cho các giá trị khác nhau của vận tốc sẽ tìm được giá trị D - ψ ở từng số truyền khác nhau. Thay chúng vào biểu thức (2.49) sẽ tính được các giá trị khác nhau của gia tốc ở từng số truyền theo vận tốc của ô tô, nghĩa là [​IMG]. Biểu diễn hàm số [​IMG] trong hệ toạ độ với tung độ là các giá trị của gia tốc j ở từng số truyền và trục hoành là vận tốc v ta được các đường cong trên đồ thị Hình 2.11.

    [​IMG]

    Hình 2.10 Đồ thị gia tốc của ô tô 3 số truyền

    Đối với một số ô tô, nhất là ô tô tải, ta biết rằng ở số truyền càng thấp (tỷ số truyền càng lớn ) thì năng lượng tiêu hao dùng để tăng tốc các khối lượng chuyển động quay càng lớn vì trị số [​IMG] càng lớn, do đó làm gia tốc j càng giảm rõ rệt. Vì vậy ở đồ thị gia tốc j của một số ôtô vận tải đường cong gia tốc ở số 1 (J1) thấp hơn đường cong gia tốc ở số 2 (J2) (hình 2.11).

    [​IMG]

    Hình 2.11 Đồ thị gia tốc của một số ôtô tải

    Xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô

    Thời gian và quãng đường tăng tốc là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất động lực học của ô tô. Hai chỉ tiêu trên có thể được xác định dựa trên đồ thị gia tốc j = f(v).

    Xác định thời gian tăng tốc của ô tô.

    Từ biểu thức: [​IMG] ; ta suy ra : [​IMG] ;

    Thời gian tăng tốc của ô tô từ tốc độ [​IMG] đến tốc độ [​IMG] sẽ là:

    [​IMG] (2.50)

    Tích phân này không thể giải được bằng phương trình giải tích, do nó không có quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa gia tốc j và vận tốc chuyển động v của chúng. Nhưng tích phân này có thể giải bằng đồ thị dựa trên cơ sở đặc tính động lực học hoặc nhờ vào đồ thị gia tốc của ôtô j = f(v) .

    Để tiến hành xác định thời gian tăng tốc theo phương pháp tích phân bằng đồ thị, ta cần xây dựng đường cong gia tốc nghịch [​IMG] cho từng số truyền.

    [​IMG]

    Hình 2.12 Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ô tô

    a> đồ thị gia tốc ngược [​IMG] ; b> đồ thị thời gian tăng tốc.

    Trên hình 2.12a ta giả thiết xây dựng đồ thị gia tốc nghịch cho số truyền cao nhất của hộp số. Phần 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 biểu thị thời gian tăng tốc của ôtô. Tổng cộng tất cả các vận tốc này ta được thời gian tăng tốc từ v1 đến v2 và xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động t = f(v) như hình 2.12b.

    Giả sử ô tô tăng tốc từ vận tốc 10m/s lên vận tốc 20m/s thì cần có một khoảng thời gian được xác định bằng diện tích abcd (Hình 2.12a).

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

    Tại vận tốc lớn nhất của ôtô vmax gia tốc j = 0 và do đó 1/j = ∞, vì khi lập đồ thị và tính toán ta chỉ lấy giá trị vận tốc của ô tô khoảng 0,95vmax .

    Tại vận tốc nhỏ nhất vmax lấy trị số t = 0 (hình 2.11 và 2.12b).

    Đối với hệ thống truyền lực của ôtô với hộp số có cấp, thời gian chuyển từ số thấp lên số cao có xẩy ra hiện tượng giảm vận tốc của ô tô một khoảng [​IMG]được thể hiện trên hình 2.13.

    [​IMG]

    Hình 2.13 Đồ thị tăng tốc khi kết hợp chuyển số

    Trị số giảm vận tốc [​IMG] có thể xác định nhờ phương trình chuyển động lăn trơn của ô tô với thời gian chuyển số là t1: [​IMG] (2.51)

    t - thời gian chuyển số, phụ thuộc vào trình độ của người lái, kết cấu của hộp số và động cơ. Đối với người lái có trình độ cao thì t1 = 0,5 ÷ 3s.

    Xác định quãng đường tăng tốc của ôtô

    Sau khi đã lập được đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động của ôtô, ta có thể xác định được quãng đường tăng tốc của xe đi được ứng với thời gian tăng tốc.

    Từ biểu thức [​IMG], suy ra: dS= vdt

    Quãng đường tăng tốc ôtô S từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 sẽ là :

    [​IMG] (2.52)

    Tích phân này cũng không thể giải được bằng phương pháp giải tích, do đó không thể có mối quan hệ chính xác về giải tích giữa thời gian tăng tốc và vận tốc chuyển động của ôtô. Do đó cũng có thể áp dụng giải bằng phương pháp đồ thị trên sơ sở đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô Thời gian tăng tốc của ô tô được thể hiện trên hình 2.12b.

    [​IMG]

    Hình 2.14 Đồ thị quãng đường tăng tốc

    Nếu lấy một vi phân diện tích tương ứng với khoảng biến thiên thời gian dt, phần diện tích được giới hạn bởi đường cong thời gian tăng tốc, trục tung và hai hoành độ tương ứng với độ biến thiên thời gian dt, sẽ biểu thị quãng đường tăng tốc của ôtô. Tổng cộng tất cả các diện tích này lại ta được quãng đường tăng tốc của ôtô từ vận tốc v1 đến v2 và xây dựng được đồ thị quãng đường tăng tốc của ôtô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của chúng

    S = f(v) (Hình 2.14).

    Giả sử ôtô tăng tốc từ vận tốc v1 = 10 m/s đến v2 = 20m/s thì ôtô đi được quãng đường xác định bằng diện tích hình (Hình 2.14).

    Quãng đường tăng tốc của ôt ô S từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 sẽ là:

    [​IMG] (2.53)

    Đặc tính động lực học của ôtô máy kéo khi tải trọng thay đổi:

    Trong các phần trên chúng ta đã nghiên cứu đặc tính động lực học của ôtô tương ứng với trường hợp tải trọng đầy. Trong thực tế, tải trọng của ôtô máy kéo có thể thay đổi với mức độ thay đổi khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện sủ dụng cụ thể .

    Từ biểu thức tính toán nhân tố động lực học (2.44) ta nhận xét rằng: Giá trị nhân tố động lực học tỷ lệ nghịch với trọng lượng toàn bộ của ôtô máy kéo. Điều này cho phép chúng ta tính được nhân tố động lực học của chúng cho trường hợp tải trọng bất kỳ theo công thức:

    DxGx = DG

    hay: Dx = D[​IMG] (2.54)

    G ,D và Gx , Dx -trọng lượng và nhân tố động lực học của ôtô máy kéo khi đầy tải và khi không đầy tải;

    Từ công thức (2.54) nhận thấy rằng: đồ thị nhân tố động lực học của ôtô máy kéo khi không đầy tải Dx = f(v) có thể suy từ trường hợp tải trọng đầy bằng cách thay đổi tỷ lệ xích của trục tung (trục biểu diễn D) cho phù hợp với mức tải trọng. Trên hình 5.10 là một ví dụ khi tải trọng thực tế bằng 50% tải trọng khi đầy ( Gx = 0,5G ).

    Trong thực tế, mức độ thay đổi tải trọng nằm trong phạm vi rộng và như vậy nếu dùng phương pháp trên cũng phức tạp vì phải vẽ rất nhiều tỷ lệ xích cho trục tung.

    [​IMG]

    Hình 2.15 Đồ thị nhân tố động lực học của ôtô khi chuyển động với tải trọng đầy G và khi không đủ tải Gx = 0,5G

    Để khắc phục khó khăn trên, người ta đưa ra đồ thị tia theo nhân tố động lực học khi tải trong thay đổi (hình 2.16).

    Trên góc phần tư bên phải là đặc tính động lực học của ôtô máy kéo khi tải trọng đầy, còn trên góc phần tư bên trái ta xây dựng chùm tia biểu thị mối quan hệ giữa D và Dx. Các tia nghiêng với trục hoành một góc a :

    [​IMG] (5.30)

    Như vậy mỗi tia ứng với một mức tải Gx nào đó tính theo phần trăm so với tải trọng đầy.

    Trong trường hợp Gx = G thì tg= 1, nghĩa là a = 450 . Các tia với
    a > 450 ứng với Gx >G là vùng quá tải. Ngược lại, các tia với góc a < 45 0 sẽ là vùng thiếu tải Gx<G.



    [​IMG]

    Hình 2.16 Đồ thị tia theo nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi

    Đồ thị tia có ý nghĩa quan trọng trong sử dụng thực tế, nhờ nó mà ta có thể giải quyết được một loạt các nhiệm vụ tính toán sức kéo trong sử dụng các phương tiện vận chuyển ôtô và máy kéo.

    Thí dụ:

    Xác định nhân tố động lực học Dx của ôtô khi chuyển động với vận tốc v1, số truyền 3, mức tải trọng quá 20 %.

    Từ vận tốc v1 ta kẻ đường song song với trục tung, cắt đường cong D3 tại điểm A. Từ A kẻ đường song song với trục hoành cắt tia 20% quá tải tai điểm B. Từ B kẻ đường song song với trục tung, cắt trục hoành tại điểm C, đoạn OC sẽ biểu thị giá trị nhân tố động lực học của ôtô khi bị quá tải 20%.

    Xác định hệ số cản lớn nhất của mặt đường ymax

    Giả sử ôtô chuyển động ở số 2 với 150% quá tải, từ điểm giá trị lớn nhất của đường cong nhân tố động lực học ở số truyền 2, tức D2max, tại điểm E (phần bên phải đồ thị) ta kẻ đường song song với trục hoành, cắt tia 150% quá tải tại điểm G (phần bên trái đồ thị), từ G kẻ đường song song với trục tung và cắt trục hoành tại H. Đoạn OH biểu thị hệ số cản lớn nhất của mặt đường mà ôtô có thể khắc phục được ứng với điều kiện đã cho.

    Xác định vận tốc chuyển động của ôtô khi biết hệ số cản của mặt đường và tải trọng của ôtô.

    Giả sử biết hệ số cản của mặt đường y= D1, với 40 % quá tải. Muốn biết được ôtô chuyển động ở số truyền nào thích hợp và v là bao nhiêu, ta làm như sau:

    Từ điểm y = D1 ở góc bên trái của đồ thị trên trục hoành, ta kẻ đường song song với trục tung, cắt tia 40% quá tải tại điểm K. Từ K, ta kẻ song song với trục hoành, cắt đường cong nhân tố động lực học D1 tại M. Chiếu điểm M xuống trục hoành sẽ được vận tốc chuyển động của ôtô khi làm việc với số truyền 1 là vn.

    Ngoài ra dựa vào đồ thị tia, ta cũng có thể xác định được tải trọng của ôtô khi biết được vận tốc của nó và biết hệ số cản của mặt đường mà ôtô máy kéo cần khắc phục.

    2.4 QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH VÀ TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ

    Quá trình khởi hành và tăng tốc của ô tô là quá trình tăng tốc từ vận tốc v = 0 một giá đến trị vận tốc ổn định nào đó. Trên một lộ trình vận chuyển, xe ô tô có thể phải dừng lại nhiều lần, đặc biệt là khi xe chạy trong thành phố thì số lần dừng lại càng nhiều. Do đó thời gian cần thiết cho quá trình khởi hành là một thông số gây ảnh hưởng đến vận tốc trung bình, năng suất và chi phí nhiên liệu và cuối cùng là ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế sử dụng. Thời gian và quãng đường khởi hành là 2 thông số đặc trưng nhất cho quá trình khởi hành.

    Quá trình khởi hành được tiến hành theo trình tự sau đây: Khởi động động cơ; Mở ly hợp (nếu là ly hợp thường xuyên đóng); Gài số; Đóng ly hợp từ từ;

    Quá trình khởi hành có thể được chia thành hai giai đoạn và có thể biểu thị như trên hình 2.15

    [​IMG]

    Hình 2.17 Đồ thị khởi hành của ô tô

    a) Giai đoạn thứ nhất

    Đặc trưng cơ bản của giai đoạn này là sự trượt của ly hợp (trượt tương đối giữa phần chủ động và phần bị động của ly hợp). Vận tốc góc ωhs của trục sơ cấp của hộp số tăng dần, còn vận tốc góc của trục khuỷu động cơ [​IMG] giảm dần. Tại điểm giao nhau của các đường cong ωhs và ωe (điểm H), tốc độ góc của động cơ và trục sơ cấp hộp số bằng nhau ωhs = ωe và kết thúc sự trượt của ly hợp.

    Kể từ thời điểm bắt đầu đóng ly hợp, theo trục hoành (biểu thị thời gian), tại gốc O tức là t = 0, đến thời điểm t = t0, số vòng quay của trục khuỷu của động cơ giảm từ điểm A tương ứng với số vòng quay không tải [​IMG] của động cơ đến điểm B tương ứng với lúc trục sơ cấp hộp số bắt đầu bắt đầu quay ô tô bắt đầu chuyển động. Tại điểm t = 0, mô men ma sát của ly hợp M = 0, tại thời điểm t = t0 mô men ma sát của ly hợp đã tăng lên bằng mô men cản của xe M = Mc (điểm C). Đến thời điểm t = t0, kết thúc quá trình đóng ly hợp nhưng vẫn còn sự trượt trong ly hợp (điểm F), số vòng quay của trục khuỷu của động cơ tiếp tục giảm đến điểm D, số vòng quay của trục sơ cấp hộp số tăng đến điểm E. Mô men ma sát của ly hợp tăng lên đến điểm F sẽ đạt giá trị lớn nhất Mmax = [​IMG].Mn .

    Trong đó: β - là hệ số dự trữ ma sát của ly hợp;

    Mn - mô men định mức của động cơ;

    Mmax mô men ma sát lớn nhất của ly hợp;

    Trong giai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành, mô men ma sát của ly hợp đóng vai trò là mô men cản đối với mô men quay của động cơ, còn đối với trục sơ cấp hộp số thì nó là mô men chủ động.

    Sau thời điểm t = t0’ thì số vòng quay của trục khuỷu động cơ vẫn giảm dần và số vòng quay của trục sơ cấp vẫn tăng dần. Mô men ma sát ly hợp có giá trị không đổi và bằng mô men quay của động cơ khi có gia tốc.

    Đến thời điểm t = t1, kết thúc quá trình trượt của ly hợp và kết thúc giai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành và tăng tốc ô tô. Tại thời điểm này trục khuỷu động cơ và trục sơ cấp hộp số có thể xem như nối cứng với nhau và [​IMG] . Từ sau thời điểm t = t0’ thì mô men động cơ luôn có giá trị sau đây:

    [​IMG] (2.56)

    Và mô men ở trục sơ cấp của hộp số sẽ là:

    [​IMG] (2.57)

    Ở đây: Mc – mô men cản của ô tô;

    Je – mô men quán tính của bánh đà và các chi tiết quay cùng với phần chuyển động tịnh tiến của động cơ qui dẫn về trục khuỷu của động cơ.

    [​IMG] - gia tốc góc chậm dần của trục khuỷu động cơ;

    Jsc – mô men quán tính của các khối lượng quay trong ô tô qui dẫn về trục sơ cấp của hộp số;

    [​IMG]- gia tốc nhanh dần của trục sơ cấp hộp số.

    Trong giai đoạn này do có sự trượt của ly hợp nên phát sinh công trượt L của ly hợp và được xác định theo công thức:

    [​IMG]

    Ở đây: ωe - vận tốc góc của trục khuỷu động cơ;

    β - hệ số dữ trữ ma sát của ly hợp.

    b) Giai đoạn hai

    Đặc trưng cơ bản của giai đoạn hai là ly hợp không bị trượt và ô tô tăng vận tốc dần dần đến khi chuyển động ổn định. Vận tốc góc của trục khuỷu động cơ bắt đầu giai đoạn thứ 2 (điểm H) sẽ tăng dần lên đến khi đạt đến giá trị ổn định ωe = const và chuyển động với tốc độ ổn định.

    Ở giai đoạn này, mô men ma sát của ly hợp không được sử dụng hết và chỉ truyền đến trục sơ cấp của hộp số bằng trị số mô men quay của động cơ Me = Mc.

    Phân tích quá trình khởi hành và tăng tốc ôtô ta có thể rút ra một vài nhận xét:

    Thời gian khởi hành và tăng tốc của ôtô phụ thuộc vào thời gian đóng ly hợp nhanh hay chậm, nói một cách khác là phụ thuộc vào trình độ thành thạo của người lái.


    Chương 3

    XÂY DỰNG ĐƯỜNG

    ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC LÝ THUYẾT

    3.1 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ

    Công suất cực đại/ tốc độ quay (kW/v/ph)

    NH/nH = 96/6000

    Mô men cực đại/ tốc độ quay (Nm/v/ph)

    MM/nM=165/4000

    Với động cơ xăng thì nck = 1,2 [​IMG] 1,35 nH

    chọn nck = 1,35.nH = 8000 (v/ph)

    Mô men danh nghĩa là:

    MH = [​IMG] = [​IMG] = 152 (Nm)

    Công suất tại giá trị mô men đạt cực đại:

    NM = MM. nM = [​IMG] = 69 (kW)

    · Xây dựng đường cong công suất Ne = f(ne)

    Vì động cơ là động cơ xăng ta coi đường công suất biến thiên theo phương trình bậc 2

    Ta có hệ phương trình sau:

    [​IMG]

    Đường bậc hai này đi qua hai điểm: (4000, 69) và (6000, 96) và đạt cực trị tại điểm (6000, 96)

    Giải hệ phương trình trên ta tìm ra được phương trình đường cong công suất Ne là: Ne = – 0.675.10^ – 5.n2 + 0.081.n – 147

    · Xây dựng đường cong mô men Me = f(ne)

    Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức:

    [​IMG] (2.4)

    Trong đó: Ne là công suất động cơ, (KW);

    n là số vòng quay của trục khuỷu, (v/ph);

    Me là mô men quay của động cơ, (Nm);

    Tương tự ta cũng coi đương mô men biên thiên theo phương trình bậc 2: đường bậc hai này đi qua hai điểm: (6000,152) và (4000,165) (đạt cực trị tại điểm này)

    Ta có hệ phương trình sau:

    [​IMG]

    Giải hệ ta có phương trình đường cong mô men biến đổi theo đường bậc hai là:

    Me = -3.25*10.^-6*n.^2+0.026*n+113;











    3.1.1 Đường đặc tính đặc tốc độ động cơ

    Với hai phương trình Ne, Me trên,sử dụng phần mềm matlab ta vẽ được đồ thị:

    [​IMG]

    Hình 3.1 Đường đặc tính tốc độ

    Nhận xét:

    Dựa vào công thức Ne, Me đã xây dựng được ở trên ta được ta xây dựng được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n).

    Trên đường đặc tính ta thấy ở tốc độ 6000 (v/ph) công suất đạt giá trị cực đại Ne = 96 (KW) khi đó động cơ làm việc có hiệu quả nhất và gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức. Tại số vòng quay 4000 (v/ph) mô men đạt giá trị cực đại Memax = 165 (N.m).


    3.1.2 Đường đặc tính tải trọng

    [​IMG]

    Hình 3.2 Đường đặc tính tải trọng

    Nhận xét:

    Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu ne và chi phí nhiên liệu giờ với mô men quay của động cơ Me.

    Nhánh điều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0 đến Mn ) có thể được bố trí rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính tốc độ (trong khoảng nn – nck).



    3.2 ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO

    [​IMG]

    Hình 3.3 Đồ thị cân bằng lực kéo

    Trình tự xây dựng:

    · Xây dựng các đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v)

    Cho trị số mô men quay Me, tính kực kéo tiếp tuyến Pk theo công thức trên.

    Từ đường cong Me = f([​IMG]) ta xác định được Me đã cho.

    Thay [​IMG] vào ta tính được vận tốc thực tế v.

    Cặp giá trị Pk, v vừa tính được xác định được một điểm trên đồ thị Pk = f(v).

    Bằng cách xây dựng như vậy ta xác định được nhiều điểm ứng với các số truyền khác nhau của Me và xây dựng được các đường cong Pk = f(v) cho từng số truyền.


    Bảng 3.1 Tỷ số truyền

    Tt

    Số truyền

    ih

    io

    1

    Số tiến 1

    3,928

    4,3

    2

    Số tiến 2

    2,142

    4,3

    3

    Số tiến 3

    1,397

    4,3

    4

    Số tiến 4

    1,000

    4,3

    5

    Số tiến 5

    0,851

    4,3

    6

    Số lùi

    4,743

    4,3

    · Xây dựng đường lực cản mặt đường P[​IMG]= f(v)

    Vì đã giả thiết f= const nên với mỗi góc dốc α xác định lực cản P[​IMG] là đại lượng không đổi P= const , trên đồ thị được biểu thị bằng đường thẳng song song với trục hoành. Giá trị của P[​IMG] được xác định theo (2.32)

    - Khi lên dốc (α > 0) : [​IMG] [​IMG]

    - Khi α =0 :p[​IMG] = Pf = f.G

    Ta có giá trị hệ số cản lăn theo bảng 3.2

    Bảng 3.2. Thông số hệ số cản lăn

    Loại đường

    Hệ số cản lăn f

    Đường nhựa tốt

    0.005 ÷ 0.018

    Đường nhựa bê tông

    0.012 ÷ 0.015

    Đường rải đá

    0.023 ÷ 0.03

    Đường đất khô

    0.025 ÷ 0.035

    Đường đât sau khi mưa

    0.050 ÷ 0.15

    Đường cát

    0.10 ÷ 0.30

    · Xây dựng đường lực cản tổng cộng [​IMG]

    - Khi lên dốc: [​IMG]

    - Khi α =0: [​IMG]

    Ở mỗi số truyền giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến Pkmax sẽ tương ứng với mô men quay cực đại của động cơ Memax.

    Vận tốc tương ứng với giá trị Pkmax được gọi là vận tốc giới hạn vk.

    Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v < vk , lực kéo tiếp tuyến sẽ giảm do mô men quay của động cơ giảm.

    Khi v < vk động cơ không trở lại trạng thái cân bằng mô men quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy tức là không thể vận hành ở vận tốc v < vk.

    Điểm cắt nhau của đường lực cản tổng cộng [​IMG]và đường lực kéo tiêp tuyến Pk = f(v) chính là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, khi đó vận tốc đạt giá rị cực đại v = vmax .

    Ở mỗi số truyền khi v < vmax đường cong Pk nằm trên đường cong [​IMG] nghĩa là dư lực kéo.Phần lực kéo dư dung để tạo ra khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản dốc với độ dốc lớn hơn, tứctạo khả năng vượt dốc. vậy vùng (vk - vmax ) là vùng có khả năng tăng tốc.

    Khi v = vk thì lực kéo dư Pd = Pk – ([​IMG]) đạt lớn nhất và khả năng tăng tốc lớn nhất.

    Khi v = vmax Pd = 0 không còn khả năng tăng tốc hoặc vượt độ dốc lớn hơn.Khi muốn vượt dốc lơn hơn phải về số thấp hơn.

    Trên đồ thị cân bằng lực kéo ta thấy: Ở số truyền 1 tốc độ chuyển động thấp nhưng lực kéo bánh chủ động Pk1 rất lớn do tỷ số truyền từ động cơ đến bánh chủ động lớn, ở các số truyền 2 và 3 tỷ số truyền không chênh lệch nhau nhiều nên các đường cong nằm gần nhau, nhưng lực kéo ở các số truyền này cũng lớn, còn đường cong Pk4, Pk5 có khoảng cách phân bố ở vùng tốc độ cao hơn.

    Lực cản lăn không đổi khi vận tốc thay đổi, lực cản tổng cộng Ppsi + Pw gồm lực cản mặt đường và lực cản gió nhỏ ở vận tốc thấp và tăng nhanh ở vận tốc cao do lực cản tỷ lệ bình phương với vận tốc.

    Giá trị lực cản không khí chọn trong bảng 3.3

    Bảng 3.3 Giá trị một số thông số liên quan đến lực cản không khi

    Loại xe

    kw

    (N.s2 /m4 )

    F

    (m2 )

    W

    (N.s2 /m4)

    Ô tô du lịch

    • vỏ kín
    • vỏ hở
    Ô tô tải

    Ô tô khách (loại vỏ tao tàu)

    Ô tô đua


    0,2 – 0,35

    0,4 – 0,5

    0,6 – 0,7

    0,25 – 0,4

    0,13 – 0,15


    1,6 – 2,8

    1,5 – 2,0

    3,0 – 5,0

    4,5 – 6,5

    1,0 – 1,3


    0,3 – 0,9

    0,6 – 1,0

    1,8 – 3,5

    1,0 – 2,6

    0,13 – 0,18

    3.3 ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

    Từ đường cong Ne = f(ωe) xác định tốc độ quay ωe. Cặp giá trị Ne, v xác định một điểm trên đồ thị. Xây dựng nhiều điểm và nối lại được toàn bộ đường cong Ne = f(v) của số truyền đã cho.

    Bằng cách xây dựng như vậy sẽ được các đường cong Ne = f(v) cho các số truyền khác nhau.

    Các đường cong Nk = f(v) cũng được xây dựng tương tự vì Nk tỷ lệ thuận với Ne.Nk = Ne.ηm ; ηm : hiệu suất của hẹ thống truyền lực.

    Đường cong Nw + Nψ = f(v) cắt đường cong công suất Nk. Đớ là điểm cân bằng công suất, nghĩa là khi đó xe chuyển động đều và vận tốc chuyển động cực đại vmax vì không còn công suất dự trữ để tăng tốc

    [​IMG]

    Hình 3.4 Đồ thị cân bằng công suất kéo

    Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc cực đại v < vmax thì công suất cản tổng cộng Nw + Nψ < Nk, nghĩa là còn dự trữ một phần công suất để tăng tốc hoặc để khắc phục góc dốc lớn hơn.

    Nếu độ dốc càng tăng thì công suất chi phí cho lực cản mặt đường càng lớn điểm cắt nhau giữa đường công suất cản tổng cộng (Nw + Nψ ) và đường cong công suất kéo sẽ lùi sang bên trái.

    Sự phân bố các đường cong công suất ở các vùng tốc độ của xe khác nhau được quyết định bởi sự phân bố tỷ số truyền.Các đường cong công suất kéo Nk nằm phía dưới đường cong công suất động cơ Ne do một phần công suất phải chi phí để phục vụ ma sát trong hệ thống truyền lực Nk = Ne.



    3.4 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC

    [​IMG]

    Hình 3.5 Đặc tính động lực hoc của ô tô

    Cho tốc độ động cơ ta tính được vận tốc xe, mô men Me và từ đó tính theo D theo công thức trên, tập hợp các điểm (D,v) ta có đường cong D = f(v). Xây dựng các số truyền bằng cách thay đổi các tỷ số truyền tương ứng.

    Ở số truyền thấp tỷ số truyền i càng lớn đồng thời vận tốc cũng càng thấp nên nhân tố động lực học D sẽ lớn hơn ở số truyền cao hơn. Do vậy khi làm việc ở số 1 nhân tố động lực học sẽ là lớn nhất so với các số truyền khác.

    Nhân tố động lực học D đặc trưng cho khả năng tốc và khắc phục lực cản của mặt đường. Giá trị của nó phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, tỷ số truyền truyền lực, khả năng bám của các bánh xe chủ động và tốc độ chuyyển động của ô tô.

    Ở mỗi số truyền, điểm cực đại của đường cong Dmax tương ứng với Memax của động cơ, khi đó tốc độ là nhỏ nhất cho phép vk. Như vậy ở mỗi số truyền có một giá trị cực đại Dmax, số truyền càng cao Dmax càng nhỏ.

    3.6 ĐỒ THỊ GIA TỐC VÀ VẬN TỐC

    [​IMG]

    Hình 3.6 Đồ thị gia tốc của ô tô

    Nhờ đồ thị động lực học D = f(v) xác định được gia tốc của ô tô nếu bíêt hệ số cản mặt đường ψ, tỷ số truyền i và vận tốc cho trước v.

    [​IMG]

    Biết ψ cho tốc độ động cơ ta tính được tỷ số truyền, tính được v, D theo công thức trên.

    δa : hệ số quy đổi khối lượng, ta lấy gần đúng bằng 1.

    Ta xác định được j và tương tự như trên và vẽ được đồ thị j = f(v).

    3.7 ĐỒ THỊ QUÃNG ĐƯỜNG VÀ THỜI GIAN TĂNG TỐC

    [​IMG]

    Hình 3.7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô

    Thời gian tăng tốc của xe từ biểu thức [​IMG] ta suy ra [​IMG] xe khởi hành ở số truyền 1 vận tốc ban đầu bằng không, quá trình tăng tốc ở từng số truyền được tách ra thành 2 giai đoạn.

    Giai đoạn 1: Tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ sơ cấp của hộp số, ly hợp trượt, người điều khiển phải giữ cho ly hợp truyền mô men danh nghĩa tránh để sang nhánh quá tải.

    Giai đoạn 2: Tốc độ động cơ bằng tốc độ trục sơ cấp của hộp số, mômen động cơ giảm dần tuyến tính trên đoạn điều chỉnh gia tốc cũng giảm theo.

    Khi gia tốc giảm tới giá trị bằng giá trị cực đại của số truyền cao hơn liền kề là lúc chuyển số.

    Cho vận tốc xe từ khi đóng ly hợp đến khi chuyển số, chia thành các đoạn dv trên mỗi đoạn lấy giá trị trung bình ta xác định được D, j . Tổng các giá trị đó là thời gian tăng tốc của mỗi số truyền, tính cho tất cả các số truyền công thêm thời gian chuyển số ta được thời gian tăng tốc tổng cộng.

    Thời gian chuyển số t1 gồm cả thời gian đạp côn ngắt ly hợp chuyển số và đóng ly hợp cho tới khi tốc độ động cơ giảm về tốc độ danh nghĩa. Thời gian này bình thường thường lấy bằng 3 giây.

    Quãng đường thời gian tăng tốc của ô tô:

    dS=vdt

    [​IMG], quãng đường tăng tốc của xe là tổng tất cả các dS.

    Quãng đường và thời gian tăng tốc của số truyền cuối là lớn nhất vì ở số truyền này tỷ số truyền thấp nhất, khả năng gia tốc là thấp nhất và lực cản gió là lớn nhất.

    Càng về cuối mỗi số truyền sự tăng quãng đường và thời gian so với sự tăng vận tốc càng lớn.

    Khi chuyển số thời gian tăng tốc và quãng đường vẫn tăng nhưng vận tốc lại giảm ly hợp ngắt bánh chủ động không nhận được mô men từ động cơ mà xe vẫn chuyển động và tác động bởi lực cản lăn và lực cản gió.

    3.8 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

    3.8.1 Giá trị lực kéo cực đại của ô tô

    Lực kéo cực đại ở số truyền 1 là: 10032.90 (N)

    Lực kéo cực đại ở số truyền 2 là: 5471.10 (N)

    Lực kéo cực đại ở số truyền 3 là: 3568.22 (N)

    Lực kéo cực đại ở số truyền 4 là: 2554.20 (N)

    Lực kéo cực đại ở số truyền 5 là: 2173,62 (N)

    3.8.2 Góc dốc lớn nhất ma xe có thể vượt qua

    Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 1 là 25,07 (độ) tại vận tốc 10,81(m/s)

    Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 2 là 13,03(độ) tại vận tốc 18,97(m/s)

    Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 3 là 7,68 (độ) tại vận tốc 27,44(m/s)

    Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 4 là 5,00 (độ) tại vận tốc 34,86(m/s)

    Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 5 là 2,27 (độ) tại vận tốc 43,97(m/s)

    Gia tốc lớn nhất xe có thể đạt được ở các số truyền 1; 2; 3; 4; 5 là:

    5,4956 2,8340 1,6330 0,8628 0,440

    3.8.3 Giá trị quãng đường và thời gian tăng tốc của ô tô

    Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 1 là : 0,15(s) tại vận tốc 7,59(m/s)

    Quãng đường tăng tốc cuối số truyền 1 là: 0,41(m) tại vận tốc 7,59(m/s)

    Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 2 là: 1,01(s) tại vận tốc 14,47(m/s)

    Quãng đường tăng tốc cuối số truyền 2 là: 5,59(m) tại vận tốc 14,47(m/s)

    Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 3 là: 2,32(s)t ại vận tốc 25,73(m/s)

    Quãng đường tăng tốc ở cuối số truyền 3 là: 20,37(m) tại vận tốc 25,73(m/s)

    Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 4 là: 4,67(s) tại vận tốc 41,03(m/s)

    Quãng đường tăng tốc ở cuối số truyền 4 là: 63,21(m) tại vận tốc 41,03(m/s)

    Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 5 là: 10,89(s) tại vận tốc 57,76(m/s)

    Quãng đường tăng tốc ở cuối số truyền 5 là: 228,34(m) tại vận tốc 57,76(m/s)




    NHẬN XÉT CHUNG

    Qua khảo sát và phân tích tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G ta thấy khả năng tăng tố và vượt dốc tương đối lớn và ít phụ thuộc vào hệ số cản tổng cộng của mặt đường.

    Chương trình xây dựng các đường đặc tính phù hợp với cơ sở lý thuyết, đáp ứng được yêu cầu của đề tài.

    Qua kết quả đạt được ta có thể áp dụng vào thực tế để vận hành xe một cách tốt hơn các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng vào thực tế khi vận hành.


















    Chuơng 4KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

    4.1 KẾT LUẬN

    1. Đã tìm hiểu các tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G, các đặc tính cũng như các thông số kỹ thuật làm cơ sở cho việc sử dụng có hiệu quả khi chuyển động trên các loại đường khác nhau.

    2. Đã xây dựng được cơ sở lý thuyết cơ bản về các tính năng của ôtô như đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc chương trình xây dựng được cũng phù hợp với lý thuyết và quy luật chuyển động của xe.

    3. Thành lập được chương trình tính toán và mô phỏng bằng phần mềm Matlab có khả năng mô phỏng và thay đổi nhiêu phương án khảo sát.

    4.2. ĐỀ NGHỊ

    Do việc nghiên cứu tính chất động lực học của loại xe này chỉ trên phương diện lý thuyết. Vì vậy cần phải được kiểm nghiệm lại bằng phương pháp xác thực nghiệm.

    Tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện tính năng động lực học các chỉ tiêu kính tế kỹ thuật, mở rộng phương án nghiên cứu đến các ảnh hưởng khác.

    Tiếp tục nghiên cứu chính xác hơn nữa để việc sử dụng vận hành được đảm bảo tốt hơn.

    Tiếp tục nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô sử dụng hộp số tự động.




    TÀI LIỆU THAM KHẢO


    1. Nguyễn Hữu Cẩn (2005), Lý thuyết ô tô máy kéo, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.

    2. La Văn Hiển (2003), Nhập môn Matlab, nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.

    3. Nguyễn Ngọc Quế (2007), Ô tô máy kéo và xe chuyên dụng, nhà xuất bảnNông Nghiệp.

    4. Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động cơ đốt trong, nhà xuất bản Giáo dục.

    5. Bùi Hải Triều, Nông Văn Vìn, Hàn Trung Dũng, Đặng Tiến Hoà (2001), Ô tô – máy kéo, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.

    6. Nông Văn Vìn (2004), Động lực học chuyển động máy kéo – ô tô.

    MỤC LỤC

    [​IMG]MỞ ĐẦU.. 1

    Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.. 3

    1.1 VÀI NÉT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỊ TRƯỜNG Ô TÔ VIỆT NAM... 3

    1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ.. 4

    1.2.1 Phân loại ôtô. 4

    1.2.2 Cấu tạo chính của ôtô. 5

    1.3 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC.. 7

    1.3.1 Ly hợp ma sát8

    1.3.2 Hộp số cơ khí9

    1.3.3 Truyền động các đăng. 12

    1.3.4 Truyền lực chính và vi sai13

    1.4 MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.. 14

    1.4.1 Mục đích. 14

    1.4.2 Nhiệm vụ. 15

    1.4.3 Phương pháp nghiên cứu. 15

    1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.. 16

    Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.. 18

    2.1 LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG.. 18

    2.1.1 Các đường đặc tính của động cơ. 18

    2.1.2 Mô men chủ động. 23

    2.1.3 Các lực tác dụng lên ôtô. 25

    2.1.4 Các lực cản chuyển động của ô tô. 28

    2.2 TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ.. 32

    2.2.1 Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất32

    2.2.2 Cân bằng công suất37

    2.3 NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC.. 40

    2.3.1 Nhân tố động lực học ô tô. 40

    2.3.2 Đặc tính động lực học của ô tô. 42

    2.3.3. Sử dụng đường đặc tính động lực học của động cơ. 44

    2.4 QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH VÀ TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ.. 56

    Chương 3 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC LÝ THUYẾT.. 60

    [​IMG]3.1 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ.. 60

    3.1.1 Đường đặc tính đặc tốc độ động cơ. 62

    3.1.2 Đường đặc tính tải trọng. 63

    3.2 ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO.. 64

    3.3 ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT. 67

    3.4 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC.. 69

    3.6 ĐỒ THỊ GIA TỐC VÀ VẬN TỐC.. 70

    3.7 ĐỒ THỊ QUÃNG ĐƯỜNG VÀ THỜI GIAN TĂNG TỐC.. 71

    3.8 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN.. 72

    3.8.1 Giá trị lực kéo cực đại của ô tô. 72

    3.8.2 Góc dốc lớn nhất ma xe có thể vượt qua. 73

    3.8.3 Giá trị quãng đường và thời gian tăng tốc của ô tô. 73

    NHẬN XÉT CHUNG.. 74

    Chuơng 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 75

    4.1 KẾT LUẬN.. 75

    4.2. ĐỀ NGHỊ. 75

    TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 76



    DANH MỤC BẢNG BIỂU

    [​IMG]Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của xe TOYOTA INNOVA G.. 17

    Bảng 3.1 Tỷ số truyền. 65

    Bảng 3.2. Thông số hệ số cản lăn. 65

    Bảng 3.3 Giá trị một số thông số liên quan đến lực cản không khi67



    DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

    [​IMG]Hinh 1.1 Ly hợp của ô tô TOYOTA.. 8

    Hình 1.2 Hộp số trên xe TOYOTA INNOVA.. 10

    Hình 1.3 Sơ đồ động học của hộp số. 11

    Hình1.4 Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý cacđăng có trạc chữ thập. 13

    Hình 1.5 Cấu tạo của bộ truyền lực chính và bộ vi sai13

    Hình 2.1 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng. 20

    Hình 2.2 Đường đặc tính tải trọng của động cơ. 22

    Hình 2.3 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực của ô tô. 23

    Hinh 2.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động. 25

    Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô. 29

    Hình 2.6 Đồ thị cân bằng lực kéo khi độ trượt δ = 0. 35

    Hình 2.7 Đồ thị cân bằng công suất39

    Hình 2.8 Đặc tính động lực học của ô tô. 43

    Hình 2.9 Xác định khả năng tăng tốc của ô tô theo đồ thị nhân tố động lực học. 47

    Hình 2.10 Đồ thị gia tốc của ô tô 3 số truyền. 48

    Hình 2.11 Đồ thị gia tốc của một số ôtô tải49

    Hình 2.12 Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ô tô. 50

    Hình 2.13 Đồ thị tăng tốc khi kết hợp chuyển số. 51

    Hình 2.14 Đồ thị quãng đường tăng tốc. 52

    Hình 2.15 Đồ thị nhân tố động lực học của ôtô khi chuyển động với tải trọng đầy G và khi không đủ tải Gx = 0,5G 54

    Hình 2.16 Đồ thị tia theo nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi55

    Hình 2.17 Đồ thị khởi hành của ô tô. 57

    Hình 3.1. Đường đặc tính tốc độ. 62

    Hình 3.2. Đường đặc tính tải trọng. 63

    Hình 3.3 Đồ thị cân bằng lực kéo. 64

    Hình 3.4 Đồ thị cân bằng công suất kéo. 68

    Hình 3.5 Đặc tính động lực hoc của ô tô. 69

    Hình 3.6 Đồ thị gia tốc của ô tô. 70

    Hình 3.7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô. 71
     
    Đã được đổ xăng bởi VuAnhKhoa.

Chia sẻ trang này