Nghiên cứu phương pháp xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i
MỤC LỤC........................................................................................................................... ii
KÍ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO CƠ BẢN ................................................................................ v
DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................................. vi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1.1 Lý do chọn đề tài ........................................................................................................ 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài................................................................................... 1
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 1
1.4 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 2
1.5.Nội dung nghiên cứu .................................................................................................. 2
1.6 Ý nghĩa đề tài.............................................................................................................. 3
CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN TRONG
MẶT PHẲNG DỌC KHI XE CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CÓ GIA TỐC VỚI SƠ ĐỒ
MỘT KHỐI LƯỢNG ........................................................................................................ 4
Mục đích ............................................................................................................................. 4
2.1 Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên các bánh xe trong mặt phẳng dọc
....................................................................................................................................... 4
2.1.1 Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc
.................................................................................................................................... 4
2.1.2 Trường hợp xe đang phanh trên đường nằm ngang, khơng kéo rơmóc ............ 6
2.1.3 Trường hợp xe đứng n trên đường nằm ngang, khơng kéo rơmóc ............... 6
2.2 Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe của ô tô ....................................................... 7
2.2.1 Xe đứng yên trên đường nằm ngang, khơng kéo rơmóc ................................... 8
2.2.2 Xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, khơng kéo rơmóc ................ 8
ii


2.2.3 Xe đang phanh trên đường nằm ngang không kéo rơmóc ................................ 9
2.3 Hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe của ô tô ..................................................... 10
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .................................................................................................. 10

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI TẢI
TRỌNG VÀ GÓC NGHIÊNG DỌC CỦA THÙNG XE KHI XE CHUYỂN ĐỘNG
THẲNG CÓ GIA TỐC VÀ GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH CỦA THÙNG XE TRONG MẶT
PHẲNG DỌC VỚI SƠ ĐỒ HAI KHỐI LƯỢNG ......................................................... 12
Mục đích ........................................................................................................................... 12
3.1 Các phương trình cân bằng ....................................................................................... 13
3.2 Cân bằng cơ cấu treo ................................................................................................ 16
3.2.1 Cân bằng cơ cấu treo khi kéo .......................................................................... 16
3.2.2 Cân bằng cơ cấu treo khi phanh ...................................................................... 20
3.3 Xác định góc nghiêng thùng xe và các dịch chuyển thùng xe ở cầu trước và cầu sau22
3.4 Phân tích giải pháp ổn định của thùng xe trong mặt phẳng dọc............................... 25
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .................................................................................................. 28
CHƯƠNG 4: ĐẶC TÍNH CỦA PHẦN TỬ ĐÀN HỒI................................................. 29
Mục đích ........................................................................................................................... 29
4.1 Phần tử đàn hồi bằng kim loại .................................................................................. 29
4.2 Phần tử đàn hồi khí ................................................................................................... 32
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 .................................................................................................. 36
CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN TRÊN XE KHÁCH KB 120SE .......... 38
Mục đích ............................................................................................................................ 38
5.1 Giới thiệu về xe khách KB 120SE ........................................................................... 38
5.2 Sơ đồ hệ thống treo xe KB120SE............................................................................. 41
iii


5.2.1 Hệ thống treo trước xe KB120SE. .................................................................. 42
5.2.2 Hệ thống treo sau xe KB120SE ...................................................................... 43
5.2.3 Van tải trọng .................................................................................................... 44
5.2.4 Túi hơi ............................................................................................................. 45
5.2.5 Giảm chấn thủy lực ......................................................................................... 46
5.2.6 Phần tử hướng ................................................................................................. 48

5.2.7 Bình chứa khí nén ........................................................................................... 49
5.2.8 Bộ lọc và tách ẩm ............................................................................................ 50
5.2.9 Máy nén khí..................................................................................................... 51
5.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí.............................................................. 52
KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 .................................................................................................. 54
CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 55
6.1 Kết luận..................................................................................................................... 55
6.2 Kiến nghị .................................................................................................................. 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 56

iv


KÍ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO CƠ BẢN
Đại lượng

Ký hiệu

Đơn vị

Trọng lượng tồn bộ ơ tơ

G

N

Khối lượng tồn bộ ơ tô

m

Kg

Gia tốc trọng trường

g

m/s2

Phản lực tiếp tuyến của mặt đường lên các bánh xe ở cầu

FZ1,FZ2

N

Các kích thước cơ sở của ô tô

L, a, b

m

Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao

h(0)

m

Bán kính lốp xe

rb

m

Hệ số phân bố tải trọng

n

Độ nâng trọng tâm của thùng xe

h

m

Độ nâng trọng tâm cầu trước, cầu sau

h1 , h2

m

Lực tiếp tuyến tại bánh xe cầu trước, cầu sau

FXS1, FXS2

N

Vận tốc và gia tốc của xe

V,d

m/s, m/s2

Bán kính động học cơ sở cầu trước , cầu sau

Rd1(0), Rd2(0)

m

Khối lượng của bánh xe cầu trước, cầu sau

mK1, mK2

Kg

Trọng lượng bánh xe cầu trước , cầu sau

GK1, GK2

N

Lực đàn hồi của hệ thống treo

Fđh

N

Độ cứng hệ thống treo

CK

N/m

Độ thay đổi tải trọng

FZ

N

Góc nghiêng thùng xe khi xe chuyển động có gia tốc

α

trước và cầu sau

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Sơ đồ mơmen và lực tác dụng lên ô tô chuyển động trên đường nằm ngang. ...... 4
Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang không kéo rơmóc 6
Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên khi xe đứng yên................................................................ 7
Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ơ tơ khi chuyển động thẳng có gia tốc dx và gây ra góc
nghiêng dọc ψv (khi tăng tốc hoặc phanh tốc độ chậm nên bỏ qua lực cản gió) .............. 12
Hình 3.2: Cơ cấu treo khi kéo ............................................................................................ 16
Hình 3.3 Cơ cấu treo khi phanh ......................................................................................... 20
Hình 4.1 Kết cấu của bộ nhíp lá......................................................................................... 29
Hình 4.2 Lị xo trụ.............................................................................................................. 31
Hình 4.3 Sơ đồ phần tử đàn hồi khí ................................................................................... 33
Hình 5.1 Bản vẽ tổng thể xe KB 120SE ............................................................................ 39
Hình 5.2. Sơ đồ hệ thống treo xe KB 120SE ..................................................................... 41
Hình 5.3 Hệ thống treo trước xe KB 120SE. ..................................................................... 42
Hình 5.4 Hình chiếu đứng hệ thống treo trước xe KB120SE ............................................ 42

Hình 5.5 Hệ thống treo sau xe KB 120SE. ........................................................................ 43
Hình 5.6 Hình chiếu đứng hệ thống treo sau xe KB120SE ............................................... 43
Hình 5.7 Kết cấu của van tải trọng. ................................................................................... 44
Hình 5.8 Túi hơi ................................................................................................................. 45
Hình 5.9 Vỏ túi hơi ............................................................................................................ 46
Hình 5.10 Giảm chấn thủy lực ........................................................................................... 47
Hình 5.11 Giảm chấn ống. ................................................................................................. 48
Hình 5.12 Tay đòn treo sau ( Giò gà ) ............................................................................... 49
Hình 5.13 Bình chứa khí nén ............................................................................................. 50
vi


Hình 5.14 Bộ lọc và tách ẩm.............................................................................................. 51
Hình 5.15.Máy nén khí ...................................................................................................... 52
Hình 5.16. Máy nén khí ..................................................................................................... 52
Hình 5.17 Sơ đồ hệ thống treo xe KB 120SE .................................................................... 53

vii


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài
Vận tải đường bộ là hình thức vận chuyển hàng hóa bằng các phương tiện di chuyển
trên bộ bao gồm: xe khách, xe bồn, xe container, xe tải,… Hiện nay, vận tải đường bộ là sự
lựa chọn hàng đầu của những chủ hàng muốn chuyển hàng trong nội thành, liên tỉnh, bắc
nam,… Bởi đây là hình thức quan trọng và phổ biến nhất tại Việt Nam hiện nay. Nó đã và
đang đóng góp khơng nhỏ trong việc ln chuyển hàng hóa nói riêng và phát triển nền kinh tế
nói chung. Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học, kỹ thuật, công nghệ, nền
công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại ô tô với các
hệ thống ngày càng hiện đại để phục vụ cho nhu cầu cũng như mục đích sử dụng của con

người.
Dao động của ơ tơ là một vấn đề hiện đang rất được quan tâm nghiên cứu để nâng cao
chất lượng khai thác ô tô. Một trong những vấn đề quan trọng trong dao động ô tô là sự phân
bố tải trọng lên hai cầu trước cầu sau khi xe chuyển động vì sự phân bố tải trọng ảnh hưởng
trực tiếp đến tính ổn định của ô tô, khả năng bám, khả năng kéo, chất lượng phanh giữa các
bánh xe với mặt đường
Và đó là một trong những lý do mà nhóm em chọn đề tài :” Nghiên cứu phương pháp
xác định sự ổn định của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và phương pháp
duy trì ổn định bằng hệ thống treo khí”.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Cung cấp cho chúng ta các phương pháp xác định tải trọng pháp tuyến tác dụng lên
các bánh xe, phương pháp xác định góc nghiêng của thùng xe để tìm ra phương pháp duy trùy
ổn định của thùng xe khi xe chuyển động, nắm bắt được đặc tính đàn hồi của hệ thống treo
khí nén,…đồng thời thơng qua khảo sát xe cụ thể để hiểu thêm về hệ thống treo khí nén trên
xe.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là ơ tơ khách có sử dụng hệ thống treo khí nén.
1


- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là xác định góc nghiêng và sự thay đổi tải trọng trong
mặt phẳng dọc khi xe chuyển động thẳng có gia tốc.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp tính tốn để đưa ra các giải pháp ổn định
thùng xe.
- Về việc nghiên cứu ở đây chúng xe chỉ nghiên cứu tính tốn trên mặt phẳng dọc khi
xe chuyển động thẳng. Sau khi tính tốn sử dụng kết quả tính tốn được để xác định cách ổn
định thùng xe khi xe di chuyển mà cụ thể ở đây là sử dụng hệ thống treo khí nén. Sau đó tập
trung nghiêng cứu đặc tính đàn hồi của hệ thống treo khí nén.
1.5.Nội dung nghiên cứu

Đồ án được chia làm 6 chương với nội dung như sau:
 Chương 1: Mở đầu.
 Chương 2: Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến trong mặt phẳng dọc khi
xe chuyển động thẳng có gia tốc với sơ đồ một khối lượng
 Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên các bánh xe trong
mặt phẳng dọc.
 Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe của ô tô.
 Hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe của ô tô.
 Chương 3: Nghiên cứu phương pháp xác định sự thay đổi tải trọng và góc
nghiêng dọc của thùng xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc và giải pháp ổn
định thùng xe trong mặt phẳng dọc với sơ đồ hai khối lượng
 Các phương trình cân bằng.
 Cân bằng cơ cấu treo.
 Xác định góc nghiêng thùng xe và các dịch chuyển thùng xe ở cầu trước
và cầu sau.
2


 Phân tích giải pháp ổn định của thùng xe trong mặt phẳng dọc.
 Chương 4: Đặc tính của phần tử đàn hồi
 Phần tử đàn hồi bằng kim loại.
 Phần tử đàn hồi khí
 Chương 5: Hệ thống treo khí nén trên xe khách KB120SE
 Giới thiệu về xe khách KB 120SE
 Sơ đồ hệ thống treo xe KB120SE
 Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí
 Chương 6: Kết luận và kiến nghị.
1.6 Ý nghĩa đề tài
- Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp chúng ta biết cách xác định góc nghiêng và sự thay
đổi tải trọng nhằm đưa ra các phương pháp ổn định thùng xe.

- Đề tài cịn nghiên cứu các ưu điểm, mơ hình động lực học, đặc tính đàn hồi của hệ
thống treo giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hệ thống.
- Ngồi ra đề tài cịn trang bị cho chúng ta những kiến thức cơ bản để có thể nghiên cứu
chuyên sâu hơn về các hệ thống treo cũng như phương pháp duy trì tính ổn định của xe khi xe
chuyển động trên đường.

3


CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP
TUYẾN TRONG MẶT PHẲNG DỌC KHI XE CHUYỂN ĐỘNG
THẲNG CÓ GIA TỐC VỚI SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG
Mục đích : Trong chương này, chúng ta sẽ đi xác định được phản lực thẳng góc tác
dụng lên các bánh xe trong những điều kiện chuyển động khác nhau của ô tô mà cụ thể ở đây
là phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên các bánh xe trong mặt phẳng dọc, xác định được
hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe của ô tô. Định nghĩa được hệ số thay đổi tải trọng lên
các bánh xe của ô tơ
2.1 Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên các bánh xe trong mặt phẳng
dọc
2.1.1 Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc
Trong trường hợp này thì: Xe chuyển động ổn định nên Fj = 0; khơng kéo rơmóc nên
Fm = 0, và xe chuyển động trên đường bằng α = 0 nên Fi = Gsin α = 0.

Hình 2.1 Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên ô tô chuyển động trên đường nằm ngang.
G - Trọng lượng tồn bộ của ôtô
4


Fk – Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động
Ff1 – Lực cản lăn ở các bánh xe cầu trước

Ff2 – Lực cản lăn ở các bánh xe cầu sau
Fꭃ - Lực cản khơng khí
Fj – Lực cản qn tính khi xe chuyển động khơng ổn định ( có gia tốc )
Mf1 – Mơmen cản lăn ở các bánh xe cầu trước
Mf2 – Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu sau
f – Hệ số cản lăn
rb – Bán kính tính bốn của bánh xe
h(0) – Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao
L – Chiều dài cơ sở của ô tô
lm – Khoảng cách từ tâm bánh xe sau đến điểm đặt lực kéo móc
FZ1, FZ2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và
cầu sau.
Mj1, Mj2 – Mơmen cản qn tính của bánh xe, thơng thường trị số này nhỏ nên có thể
bỏ qua.
Để xác định các lực FZ1, FZ2 ta lập phương trình mơmen đối với điểm O2 và O1 rồi rút
gọn, ta được:

FZ 1k 

G (b  frb )  F h
L

FZ 2 k 

G (a  frb )  F h
L

(2.1)

5

2.1.2 Trường hợp xe đang phanh trên đường nằm ngang, khơng kéo rơmóc

Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang không kéo rơmóc
Trong trường hợp này ta coi lực cản khơng khí Fꭃ  0 , mômen cản lăn Mf 0, lực quán
tính cùng chiều chuyển động của xe.
Tương tự như trên ta cũng xác định được FZ1, FZ2 thông qua việc lấy momen đối với
điểm O2 và O1, rồi rút gọn ta được:

FZ 1 p 

FZ 2 p 

Gb  Fj h( 0)
L

(2.2)

Ga  Fj h( 0)
L

2.1.3 Trường hợp xe đứng n trên đường nằm ngang, khơng kéo rơmóc

6


Trong trường hợp này chỉ còn ba lực tác dụng lên xe: Trọng lượng tồn bộ của xe G và
các phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe của cầu trước và cầu sau ở trạng thái tĩnh
FZ1, FZ2

Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên khi xe đứng yên
FZ1, FZ2 cũng được xác định bằng cách lấy mômen đối với điểm O2 và O1:

FZ 1t 

Gb
L
(2.3)

FZ 2t 

Ga
L

2.2 Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe của ô tô
Trong thực tế, ô tô làm việc ở những điều kiện khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện đường
xá và sự điều khiển của người lái. Do đó trị số các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên
các bánh xe cũng bị thay đổi theo. Tuy nhiên, các hợp lực Z1 + Z2 vẫn luôn bằng trọng lượng
của xe. Nghĩa là khi chuyển động tiến, thì trọng lượng phân ra cầu trước sẽ giảm đi và trọng
lượng phân ra cầu sau sẽ tăng lên. Khi phanh ô tô, trọng lượng phân ra cầu sau giảm đi, còn
phần trọng lượng phân ra cầu trước sẽ tăng lên.

7


Để đánh giá sự phân bố tải trọng người ta ra đưa khái niệm hệ số phân bố tải trọng và
được đặc trưng bởi tỉ số :

FZ 1

G
F
n2  Z 2
G
n1 

(1.4)

Trong đó:
FZ1, FZ2- Phản lực thẳng đứng từ đường tác dụng lên các bánh xe.
n1, n2 - Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau.
G - Trọng lượng tồn bộ của ô tô.
Hệ số phân bố tải trọng được xác định ứng với từng trường hợp cụ thể sau:
2.2.1 Xe đứng yên trên đường nằm ngang, khơng kéo rơmóc
Thay các giá trị của FZ1, FZ2 ở (1.3) vào (1.4) ta được:

FZ 1t Gb b


G
GL L
(1.5)
FZ 2t Ga a
n2t 


G
GL L

n1t 

Trong đó : n1t , n2t - Hệ số phân bố tải trọng tĩnh lên các bánh xe cầu trước và cầu sau.
2.2.2 Xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, khơng kéo rơmóc
Thay các giá trị FZ1, FZ2 ở biểu thức (1.1) vào (1.4) ta được

8


FZ 1k Gb Gfrb  F h(0)
Gfrb  F h(0)
n1k 


 n1t 
G
GL
GL
GL
(0)
FZ 2 k Ga Gfrb  F h
Gfrb  F h(0)
n2 k 


 n2t 
G
GL
GL
GL

(1.6)

Trong đó : n1k , n2k - Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe trước và sau khi xe chuyển
động tịnh tiến
2.2.3 Xe đang phanh trên đường nằm ngang không kéo rơmóc
Thay các giá trị FZ1, FZ2 ở biểu thức (1.2) vào (1.4) ta được

(0)
Fj h (0)
Gb Fj h
(1.7)
n1 p 


 n1t 
G
GL
GL
GL
FZ 2 p Ga Fj h (0)
Fj h (0)
n2 p 


 n2t 
G
GL
GL
GL

FZ 1 p

Trong đó:
n1p , n2p - Hệ số phân bố tải trọng ra cầu trước và cầu sau khi phanh xe.
Fj - Lực quán tính của ô tô khi phanh.
Qua các trường hợp nghiên cứu trên ta có nhận xét sau:
- Sự phân bố tải trọng lên các bánh xe phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe.
- Tọa độ trọng tâm của xe ảnh hưởng tới chất lượng bám của bánh xe với mặt
đường, cũng như tính ổn định và tính dẫn hướng của xe.
- Khi phanh ơ tơ, lực qn tính hướng về phía trước nên phản lực tác dụng lên cầu trước
lớn hơn cầu sau .
- Đối với ô tô du lịch, thông thường : FZ1=FZ2= 0,5G
9


- Đối với xe tải, thông thường : FZ2 = (0,7 0,75)G
2.3 Hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe của ô tô
Khi xe chuyển động, do trạng thái và điều kiện chuyển động luôn thay đổi, bởi vậy tải
trọng tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau cũng luôn thay đổi so với xe đứng yên
trên đường nằm ngang. Để thấy được tải trọng động thay đổi tăng hay giảm so với tải trọng
tĩnh, chúng ta sẽ đưa ra khái niệm: Hệ số thay đổi tải trọng ( hoặc là: hệ số thay đổi phản lực)
lên các bánh xe và được tính như sau:

m1 

FZ 1d
FZ 1t

m2 

FZ 2 d
FZ 2t

-

Trong đó :
m1, m2 – Hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau.
FZ1d, FZ2d– Tải trọng động tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau.
FZ1t, FZ2t– Tải trọng tĩnh tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau.

Khi xe tăng tốc ( hoặc lên dốc, hoặc chuyển động ngược chiều gió) thì m1 < 1, m2 >1 và
sẽ được kí hiệu là m1k, m2k
Khi xe đang phanh (hoặc xuống dốc, hoặc chuyển động thuận chiều gió) thì m1 > 1, m2
< 1 và sẽ được ký hiệu là m1p , m2p .
Các hệ số m1, m2 được sử dụng thường xun khi tính tốn các hệ thống phanh, treo, lái
và các cầu xe.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Tính ổn định của ô tô phụ thuộc vào sự phân bố tải trọng lên các cầu và khả năng bám
lại phụ thuộc vào phản lực thẳng góc của đường tác dụng các bánh xe và hệ số bám giữa bánh
xe với mặt đường
Khi xe chuyển động, các phản lực thẳng góc tác dụng lên các bánh xe luôn thay đổi tùy
thuộc vào trạng thái và điều kiện chuyển động. Giá trị của các phản lực này ảnh hưởng trực
10


tiếp đến các chỉ tiêu kỹ thuật của ô tô như : khả năng kéo và bám, chất lượng phanh, tính ổn
định và tuổi thọ các chi tiết.

11

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỰ
THAY ĐỔI TẢI TRỌNG VÀ GÓC NGHIÊNG DỌC CỦA THÙNG
XE KHI XE CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CÓ GIA TỐC VÀ GIẢI
PHÁP ỔN ĐỊNH CỦA THÙNG XE TRONG MẶT PHẲNG DỌC
VỚI SƠ ĐỒ HAI KHỐI LƯỢNG
Mục đích : Trong chương này, chúng ta nghiên cứu cách xác định góc nghiêng dọc của
thùng xe khi xe chuyển động có gia tốc, xác định sự thay đổi tải trọng tác dụng lên các cầu,
những yếu tố làm thay đổi giá trị của chúng. Đồng thời phân tích đưa ra giải pháp làm giảm
góc nghiêng của thùng xe trong mặt phẳng dọc

.

Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ơ tơ khi chuyển động thẳng có gia tốc dx và gây ra góc
nghiêng dọc ψv (khi tăng tốc hoặc phanh tốc độ chậm nên bỏ qua lực cản gió)
Vị trí thùng xe xác định bởi góc nghiêng thùng xe  và chiều cao thay đổi trọng tâm
Δh so với chiều cao cơ sở h(0)
12


Các kí hiệu:
(0)

•

ℎ𝑣 : Chiều cao cơ sở (m).

•

∆h: Độ nâng trọng tâm thùng xe (m).

•

∆h1 ,∆h2 : Độ nâng cầu trước, cầu sau (m).

•

hK1 ,hK2 Khoảng cách từ tâm bánh xe i đến mặt đường (m).

•

 : Góc nghiêng thùng xe (rad).

•

L,a,b: Các kích thước cơ sở của ơ tơ (m).

•

G=m.g: Trọng lượng thùng xe đặt tại trọng tâm (N)

•

V,d: Vận tốc và gia tốc theo phương X (m/s), (m/s2).

•

𝐹𝑋𝐸1 , 𝐹𝑋𝐸2 : Lực tiếp tuyến tại bánh xe cầu trước, cầu sau (N).

•

𝐹𝑍1 , 𝐹𝑍2 : Phản lực pháp tuyến tại các bánh xe cầu trước, cầu sau (N).

•

m.d : Lực qn tính của thùng xe theo trục X (N).

•

𝑅𝑑1 , 𝑅𝑑2 , : Là bán kính động học cơ sở khi d=0 (m).

•

𝐺𝑘1 , 𝐺𝑘2 , : Trọng lượng bánh xe cầu trước, cầu sau (N).

•

𝑚𝐾1 , 𝑚𝐾2 : Khối lượng bánh xe cầu trước, cầu sau (kg).

•

𝐷𝑘1 , 𝐷𝑘2 : Lực qn tính tại tâm bánh xe cầu trước, cầu sau (N).

(0)

(0)

3.1 Các phương trình cân bằng
Tại trọng tâm thùng xe có: trọng lượng G và lực qn tính m.d
Tại tâm bánh xe có các lực tác dụng:



Trọng lượng :

G K 1  mK 1 . g
G K 2  mK 2 . g

(1)

13




Các lực quán tính

DK 1  mK 1.d
DK 2  mK 2 .d

(2)

Gia tốc tịnh tiến d>0 khi tăng tốc ,d<0 khi phanh


Phương trình cân bằng theo phương thẳng đứng và phương ngang
Theo phương thẳng đứng :

FZ 1  FZ 2  G  m.g (3.1)
Theo phương ngang :

FXE1  FXE 2  (m  mK 1  mK 2 ).d


(3.2)

Từ phương trình cân bằng momen ta rút ra được phương trình: O2

b
d
FZ 1  G.  GK 1  (m.h  mK 1.hK 1  mK 2 .hK 2 ).  F (0) Z 1  FZ
L
L
(4.1)
b
d
FZ 2  G.  GK 2  (m.h  mK 1.hK 1  mK 2 .hK 2 ).  F (0) Z 2  FZ
L
L
Thay (4) (1) vào (3.1) ta có :

mg 



2.G.b
d
 2.g.(mK 1  mK 2 )  2.(m.h  mK 1.hK 1  mK 2 .hK 2 ).
L
L (4.2)
Chiều cao trọng tâm được xác định theo quan hệ hình học

14


h 

a.h2  b.h1
L
Theo hình 2.1 thì ta có :

h  h (0)  h  h (0) 


a.h2  b.h1
(5)
L

Các độ dịch chuyển ∆ℎ1 , ∆ℎ2 của thùng xe phụ thuộc vào 2 thành phần: biến

dạng hướng kính của lốp (do tác dụng của thay đổi lực pháp tuyến ∆𝐹𝑍 ) và độ dịch
chuyển ∆𝑍𝑉𝑆 của tâm bánh xe so với thùng xe do ảnh hưởng của biến dạng hệ thống
treo, do đó ta có:

h1  

FZ
 ZVS 1
2CPZ 1
(6)

FZ
h2 
 ZVS 2
2CPZ 2

Với CPZ1, CPZ2 là độ cứng hướng kính của lốp


Chiều cao trọng tâm bánh xe so với mặt đường

Rd 1  hK 1  R (0) d 1 
Rd 2  hK 2

mg 

FZ
2CPZ 1

FZ
 R d2 
2CPZ 2

(7)

(0)

Thay [5] [7] vào [4.2] ta có
 
 (0)
 (0)

a.h2  b.h1 
FZ 
FZ   d
2.G.b
 2.g.(mK 1  mK 2 )  2.  m.  h (0) 
  mK 2 .  R d 2 
 .
  mK 1.  R d 1 
L
L
2CPZ 1 
2CPZ 2   L



 

 
a.ZVS 2  b.ZVS1 

(0)
(0)
d  m.  h (0) 
  mK 1.R d 1.  mK 2 .R d 2 
L

 
 (8)
 FZ 
 mK 1

m 
d .m  b
a 
L
.

 K2 
  d .
L  2CPZ 1 2CPZ 2 
 2CPZ 1 2CPZ 2 

Trong đó ∆𝑍𝑉𝑆2 , ∆𝑍𝑉𝑆1 là các thơng số cần tìm dựa vào cân bằng cơ cấu treo

15


3.2 Cân bằng cơ cấu treo
3.2.1 Cân bằng cơ cấu treo khi kéo

Hình 3.2: Cơ cấu treo khi kéo
 Tại tâm S của bánh xe chịu lực
FZS : Lực thẳng đứng từ mặt đường ( phản lực pháp tuyến ) (N)
FXS : Lực dọc ( lực chủ động ) (N)
 Các thành phần của các lực này nằm trong hệ tọa độ của xe ( hình chiếu theo X, Z) là:

16


FXVS  FXS .cos   FZS .sin 
FZVS  FZS .cos   FXS .sin 

cos   1
Vì α rất nhỏ nên
=>
sin   

FXVS  FXS  FZS .
FZVS  FZS  FXS . (9)

 Thực tế tâm S chuyển động theo quỹ đạo cong tới S’ cho nên khi S dịch chuyển một
đoạn ∆𝑍𝑆 (theo phương Z )thì đồng thời nó dịch chuyển theo trục 𝑋 một lượng là:

17


Nhìn vào hình ta có thể thấy :

pXZ
cos  X VS


(10)
sin  ZVS hXZ  Rd
Với X VS là dịch chuyển thực tế của tâm S theo phương X và ZVS là dịch chuyển thực
tế của tâm S theo phương Z (cũng là biến dạng của hệ thống treo).
 Lực đàn hồi của hệ thống treo được tính theo cơng thức :

Fdh  Ck .ZVS

(11)

Với 𝐶𝑘 là độ cứng của hệ thống treo.
 Sử dụng phương pháp công ảo (tổng công của các dịch chuyển điểm S dưới tác dụng
của 3 lực FXVS, FZVS , Fdh bằng 0) ta có phương trình cân bằng hệ thống treo như sau:

18














F XVS .V SS '  F ZVS .V SS '  F dh .V SS '  0





 FXVS .VSS ' .cos(   )  FZVS .VSS ' .cos(   )  Fdh .VSS ' .cos(   )  0
2
2
  FXVS .cos   FZVS .sin   Fdh .sin   0


cos  FZVS  Fdh FZVS  CK .ZVS


sin 
FXVS
FXVS

(12)

 Từ phương trình (12) và (10) ta có :

F  CK .ZVS
p XZ
 ZVS
hXZ  Rd
FXVS
 ZVS 


1
Ck

p .F 
1 
.  FZVS  XZ XVS 
Ck 
hXZ  Rd 




p XZ
. 
.( FXS  FZS . )  ( FZS  FXS . ) 
 hXZ  Rd


(13)

19