Bài giảng Lý thuyết ô tô: Chương 3 - Trường CĐ Công nghệ

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

CHƯƠNG 3
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
CỦA HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ

 3.1. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT DANH ĐỊNH CỦA ĐỘNG CƠ THEO
PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN:

 3.1.1. Phương pháp lựa chọn công suất của động cơ bằng thực
nghiệm:
 Theo kinh nghiệm thì công suất động cơ được chọn theo hai chỉ số
sau đây:
N emax
(kW/tấn)
+ Công suất khối lượng :
m
m
N emax

(kg/kW)
+ Khối lượng công suất :
• Ở đây:
Nemax – Công suất cực đại của động cơ (kW).
m – Khối lượng toàn bộ của xe (kg).


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Qua thực nghiệm chúng ta có bảng sau:
Loại xe

N emax (kW/tấn)
m

m
(kg/kW)
N emax

Du lịch

17 ÷ 65

Xe tải

8 ÷ 12

80 ÷ 125

Xe bus

8 ÷ 12

80 ÷ 125

Xe địa hình

8 ÷ 15

70 ÷ 125

15 ÷ 60


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 3.1.2. Phương pháp lựa chọn công suất của động cơ bằng tính
toán :
 Công suất cần thiết của động cơ được tính toán dựa vào các
thông số động lực học theo yêu cầu cho trước như là:
‡ +Lực chủ động riêng yêu cầu của xe [Pr] ứng với một vận tốc
yêu cầu [v] nào đó. Thông số này thể hiện yêu cầu về sức kéo
của ôtô.
‡ + Độ dốc yêu cầu [i].
‡ + Gia tốc yêu cầu [j].
 3.1.2.1. Tính toán theo lực chủ động riêng yêu cầu của xe [Pr]
ứng với một vận tốc yêu cầu[v]:
Cơ sở để tính toán là dựa vào phương trình cân bằng lực kéo của ô
tô khi xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang và không kéo
rơmoóc :
Pk=Pf+Pmax


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Ở đây:
Pk – Lực kéo tiếp tuyến ( lực chủ động ở các bánh xe ) của ô tô.
Pf – Lực cản lăn.
P - Lực cản không khí.
Khi đường nằm ngang (𝛼 = 0) và xe đạt vận tốc cực đại thì ta có:
Pf = G.f

P𝜔 max = 0,625Cx S𝑣0𝑚𝑎𝑥 2
 Trong đó:
G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô.
v0 – Vận tốc tương đối giữa xe và không khí:
vo = v  vg .
v – Vận tốc của ô tô.
vg – Vận tốc của gió.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Khi v = vmax thì vg khá nhỏ so với vmax nên ta có thể tính gần
đúng: v 0max  vmax , bởi vậy :
P𝜔 max = 0,625Cx S𝑣 2 𝑚𝑎𝑥
 Thay các giá trị Pf và P max vào (3.3) ta có :
Pk = G.f+ 0,625Cx S𝑣 2 𝑚𝑎𝑥

 Ở đây chúng ta sẽ đưa ra hai khái niệm mới:
 Lực chủ động của xe P :
P = Pk – P𝜔 = Pk – 0,625Cx S𝑣 2
 Lực chủ động riêng của xe:
P Pk  Pω
Pr = 
P – P r
G
G = kr


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Vậy lực chủ động riêng yêu cầu của xe sẽ là:
1
[Pr] = ( [Pk] - 0,625Cx S[ v 2 ])
G
Suy ra lực chủ động yêu cầu ở bánh xe laø:

1
[Pk] = G( [Pr] + 0,625Cx S[ v 2 ])
G

 Lúc đó công kéo yêu cầu ở các bánh xe là:
[Nk] = [Pk] .[v]
 Công suất hữu ích của động cơ được xác định:
Ne =

Nk
η

Pk .v
=
η

 Do đó xác định được công suất yêu cầu của động cơ:
[ Ne] = [N k ]
η


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Từ đó xác định được công suất danh định ( công suất thiết kế )

của động cơ là [Ned]:
[N k ] [Pk ].[v]
[N e ]
= η.η  η.η
[Ned] = η
d
d
d
 Ở đây :
𝑛– Hiệu suất của hệ thống truyền lực.
𝑛d – Hệ số sử dụng công suất của động cơ.
 3.1.2.2. Tính toán theo độ dốc yêu cầu [i]:
 Độ dốc mà xe vượt qua được ở một tay số nào đó hoặc ứng với
một vận tốc nào đó là một chỉ tiêu quan trọng tiếp theo của ô tô,
nhằm biểu thị tính chất động lực học của xe.
 Khi xác định thông số này, chúng ta tạm thời không cân nhắc đến
khả năng bám của xe với mặt đường, cho nên đây chỉ là độ dốc lý
thuyết có được ứng với lực kéo Pk hoặc lực chủ độâng riêng của xe
Pr được xác định từ đặc tính ngoài của động cơ.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Độ dốc được xác định trong trường hợp xe chuyển động đều ( Pj =
0), không kéo rơmoóc ( Pm =0 ) và khi lên dốc vận tốc xe khá nhỏ
nên có thể coi P = 0. Lúc này phương trình cân bằng lực kéo của
xe sẽ là:
Pk = Pf + Pi = Gf.cos + Gsin
 Với:
1

1

cos𝛼=
1  tg 2 α
1  [i 2 ]
tgα

sin𝛼 =

1  tg 2 α

tg =[i] – Độ dốc yêu cầu



[i]
1  [i 2 ]


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Nếu  khá nhỏ, có thể coi cos  1, sin  tg  i, lúc đó ta có :
Pk = Gf + Gi
 Thay (3.9) vaø (3.10) vaøo (3.8), ta nhận được lực chủ động yêu cầu
ở các bánh xe sẽ là:
[Pk] =


 f  [i] 
f

[i] 





G
G  1  [i 2 ] 1  [i 2 ]   1  [i 2 ] 





 Neáu  khá nhỏ thì :
[Pk] = G( f + [i] )
 Công suất kéo yêu cầu ở các bánh xe là
[Nk] = [Pk] .[v]
 Công suất yêu cầu của động cơ là:
[Ne]= [N k ]
η


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Trong trường hợp này , công suất danh định của động cơ là [Ned]:

[Pk ].[v]
[N e ] [N k ]

[Ned]=

=
η.ηd
η.ηd
ηd

 3.1.2.3. Tính toán theo gia tốc yêu cầu [j]:
ª Chúng ta xét một ô tô có khối lượng m, diện tích cản gió chính
diện là S, hệ số cản không khí là Cx , chuyển động trên đường
với góc dốc , hệ số cản lăn f, ô tô chịu tác dụng bởi lực kéo tại
các bánh xe chủ động là Pk.
ª Khi giải quyết bài toán này, ta vẫn sử dụng phương trình cân
bằng lực kéo, trong đó lực cản quán tính được tính thông qua gia
tốc yêu cầu [j].


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Ở trường hợp này ta xét xe chuyển động trên đường nằm ngang (
Pj = 0 ), không kéo rơmoóc ( Pm = 0 ) và do xe đang tăng tốc, nên
vận tốc của nó không lớn lắm, bởi vậy có thể coi P  0, lúc này
ta có :
Pk = Pf + Pj
= G.f +m.j.i = m(g.f + j.i )
 Bởi vậy lực kéo chủ động yêu cầu ở các bánh xe là:
[Pk] = m(g.f + [j].i )
 Sau khi có giá trị [Pk], chúng ta sẽ xác định được công suất danh
định của động cơ [Ned] như phần trước :
[Nk] = [Pk] .[v] = m(g.f + [j].i )[v]

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

[N k ]
[Ne] =
η
[N k ] [Pk ].[v]
[N e ]
= η.η  η.η
[Ned]=
d
d
ηd
 3.2. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ TRUYỀN CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU CỦA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC:

 3.2.1. Xác định tỉ số truyền cực tiểu it min:
ª Giả thiết rằng xe chuyển động không trượt, lúc đó v = vo = b.rb
và ta có:
ωe
.rb
v = b.rb =
it


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

ª Vận tốc đạt giá trị cực đại khi e = emax và it = it min , tức là :

v max
 Suy ra:

ω emax

.rb
i tmin

ω emax
.rb
it min =
v max

 Ở đây:
it – Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực.
rb – Bán kính tính toán của bánh xe chủ ñoäng.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 3.2.2. Xác định tỉ số truyền cực đại it max :
 Khi chúng ta cho xe chuyển động ở tay số 1, ở hộp số phụ đang
gài số truyền thấp và nếu truyền lực chính là loại 2 cấp và cũng
đang gài số truyền thấp thì lúc này it = it max. Lúc này lực kéo chủ
động Pk = Pkmax và xe sẽ phải khắc phục lực cản lớn nhất của
đường.
 Giả thiết xe không kéo rơmoóc ( Pm = 0 ), chuyển động ổn định (
Pj = 0 ) và ở tay số 1 vận tốc rất nhỏ nên có thể coi P = 0, lúc
này phương trình cân bằng lực kéo sẽ là:
Pkmax = Pfmax + Pimax = Pmnax = G.max
 Với :

Pkmax =

M emax .i tmax .η
rb


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Suy ra:
Bởi vậy:

M emax .i tmax .η
= G.max
rb
i tmax 

G.ψ max .rb
M emax .η

Ở đây:
max - Hệ số cản tổng cộâng cực đại của đường.
max = fmax + imax
 Để xe chuyển động được, chúng ta cũng cần tính toán giá trị it max
theo điều kiện bám để các bánh xe không bị trượt :
Pkmax  P


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

Tức là :

M emax .i tmax .η
 mi .Gb. 
rb

=> itmax 

mi G b .φ.rb
M emax .η

 Kết hợp điều kiện kéo và điều kiện bám ta có:
G.ψ max .rb
M emax .η

 it max

mi .G b .φ.rb

M emax .η

Trong đó:
G – Trọng lượng toàn bộ của xe.
Gb – Trọng lượng bám tác dụng lên các bánh xe chủ động.
 – Hệ số bám dọc giữa các bánh xe với đường.
mi – Hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe chủ động.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 3.3.PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN TRONG HỘP SỐ :
Việc lựa chọn tỉ số truyền phù hợp sẽ đem lại hiệu quả về tính năng

động lực học, tính kinh tế của xe. Xuất phát từ yêu cầu thực tế và
điều kiện vận hành cụ thể mà người ta sẽ lựa chọn số lượng tỉ số
truyền sao cho phù hợp nhất. Khi tăng số lượng tỉ số truyền trong
hộp số sẽ dẫn đến việc tăng tốc độ trung bình của ô tô, điều này là
có lợi, nhưng nếu tăng quá mức số lượng tỉ số truyền của hộp số sẽ
làm cho cấu tạo của hộp số phức tạp, cồng kềnh, khối lượng của
hộp số tăng lên và gây khó khăn cho người điều khiển. Mặt khác
khi tăng quá mức số lượng tỉ số truyền thì làm tăng tải trọng động
tác động lên các cơ cấu truyền lực, mức độ êm dịu khi chuyển động
của ô tô sẽ giảm xuống. Để thay đổi lực kéo tiếp tuyến và vận tốc
của ô tô một cách linh hoạt, đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu và tính
năng động học của ô tô, người ta phân phối tỉ số truyền thành các
cấp xác định


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

3.3.1. Xác định tỷ số truyền ở số một của hộp số :
 Tỷ số truyền ở số một cần phải chọn sao cho lực kéo tiếp tuyến
phát ra ở các bánh xe chủ động của ôtô có thể khắc phục được lực
cản tổng cộng lớn nhất của mặt đường. Từ phương trình cân bằng
lực kéo khi ôtô chuyển động ổn định, ta có :

Pkmax ≥  max.G + Wv2
 Khi ôtô chuyển động ở số một thì tốc độ của chúng rất chậm, do
đó ta bỏ qua lực cản của không khí. Như vậy :
Pkmax

≥ max.G

M emax .i h1.i o .i pc η
rb

 ψ max .G


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Nghóa là :
ih1



G.ψ max .rb
M emax .i o .i pc .η

ª Trong đó :
Memax
– Mômen xoắn cực đại của động cơ.
max
– Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường.
 – Hiệu suất của hệ thống truyền lực.
rb – Bán kính tính toán của bánh xe có tính đến sự biến dạng
của lốp.
io – Tỷ số truyền của truyền lực chính.
 – Hệ số bám dọc.
ipc
– Tỷ số truyền của hộp số phụ ở số cao.

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Mặt khác lực kéo tiếp tuyến lớn nhất phát ra ở các bánh xe chủ
động Pkmax bị hạn chế bởi điều kiện bám, cho nên :
Pkmax ≤ mi Gb 

hay :

M emax .i hl .i o .i pc η

 mi G b 

rb
 Với mi là hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe chủ động.
Theo điều kiện bám thì tỷ số truyền ở số một được chọn là :

ih1



mi G b φ rb
M emax .i o .i pc η


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Như vậy khi chọn tỷ số truyền ở số một của hộp số thỏa mãn theo
biểu thức (3.30), chúng ta cần phải kiểm tra chúng theo điều kiện
bám phải thỏa mãn biểu thức (3.32).
 Nếu như điều kiện (3.32) không được thỏa mãn thì phải tính lại

trọng lượng phân bố lên cầu chủ động, nghóa là phải thiết kế lại
bố trí chung của ôtô.
 Sau khi đã chọn được tỷ số truyền ở số một của hộp số, sẽ tiếp
tục chọn hệ thống tỷ số truyền của hộp số.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 3.3.2. Xác định tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số :
 3.3.2.1. Phân phối tỉ số truyền theo cấp số nhân :

Hình 3.1:Đồ thị sang số của ôtô có hộp số 3 cấp bố trí theo cấp số
nhân.


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

 Dựa trên cơ sở sử dụng công suất trung bình của động cơ khi làm
việc ở chế độ toàn tải là không thay đổi trong quá trình gia tốc ô
tô.
 Ở tất cả các số truyền thì khoảng biến thiên số vòng quay động
cơ từ ne’ → ne’’ là không đổi.
 Giả thiết: Khi chuyển số thì ô tô không bị ngắt dòng công suất,
do đó không bị mất mát vận tốc và xem thời gian chuyển số bằng
không hay vận tốc cuối cùng của số thấp bằng vận tốc đầu tiên
của số cao tiếp theo, tức là :
v’’1 = v’2 ; v”2 = v’3 … v’’n-1 = v’n
 Vận tốc cuối cùng của xe ở các số truyền khác nhau được tính :

;
...

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

2π rb n 'e'
Số thứ (n -1) v”n-1 =
60i 0 i h(n 1)i pc

 Tốc độ đầu tiên khi gia tốc ở các số truyền khác nhau được tính :

Số thứ n

v’n =

2π rb n 'e
60i 0 i hn i pc

Kết hợp các biểu thức trên ta có :
n 'e'
n 'e

i h1
i h2

n 'e' n 'e

i h2 i h3

n 'e'

i h(n -1)

n 'e

i hn


BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ

Vậy ta có :

i h(n-1) n 'e'
i h1 i h2

 ... 
 ' q
i h2 i h3
i hn
ne

 Với :
v’,v’’– Vận tốc ô tô tương ứng với số vòng quay n’e, n’’e.
n – Số lượng số truyền của hộp số.
q – Công bội cấp số nhân.
 Từ biểu thức trên ta thấy các tỷ số truyền của hộp số được sắp
xếp theo cấp số nhân với công bội là q :

i h2

i h(n-1)

i h1
i h2
 ; i h3 
;...; i hn 
q
q
q