Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô pdf

Bộ Khoa học và Công nghệ
Chơng trình KC.05 - Dự án KC.05.DA.13
Trung tâm Phát triển Công nghệ Ô tô

=====o0o=====



Tài liệu kỹ thuật




Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng
sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô


Chơng I : Tính toán động lực học ô tô
Chơng II : Tính toán hệ thống phanh
Chơng III : Tính toán hệ thống treo
Chơng IV : Tính toán hệ thống lái
Chơng V : Tính toán hệ thống ly hợp
Chơng VI : Tính toán khung ô tô

6091-7
07/9/2006

Hà Nội 2004

- 3 -
Lời nói đầu

Ngành ôtô máy kéo đã ra đời từ lâu và hiện đang giữ một vị trí quan trọng trong nền
kinh tế quốc dân. Trớc đây, ở Việt Nam, ngành ôtô máy kéo chủ yếu mang tính chất sử
dụng và sửa chữa. Trong thập kỷ cuối của thế kỷ XX, hơn 10 liên doanh hoạt động lắp ráp
ôtô tại Việt Nam đã đợc thành lập và vấn đề tăng tỷ lệ nội địa hoá trong sản xuất là mục
tiêu quan trọng của ngành ôtô Việt Nam trong giai đoạn tới. Để nhanh chóng đạt đợc điều
này, một mặt chúng ta cần xây dựng những chơng trình tính toán thiết kế của riêng mình,
mặt khác phải nghiên cứu sâu hơn để hiểu rõ các quá trình xảy ra bên trong các hệ thống
cũng nh để can thiệp sâu hơn vào các quá trình đó nhằm thu đợc những kết quả tối u.
Bên cạnh việc thiết kế, cải tiến, chúng ta đang nhập về sử dụng khá nhiều xe của nớc
ngoài. Vấn đề quan trọng ở đây là phải đánh giá đợc tính năng hoạt động của các hệ thống
để kiểm định chất lợng các loại xe này. Ngoài việc sử dụng các phép đo bằng thực nghiệm
nh hiện có, xu hớng tính toán và mô phỏng trên máy tính đem lại kết quả nhanh chóng và
khá chính xác.
Hiện nay công việc thiết kế và kiểm nghiệm các hệ thống trên ôtô đang rất đợc các
nhà khoa học và các nhà chế tạo quan tâm. Trong công tác kiểm định ngoài việc đo trên các
băng thử tại các trạm đăng kiểm, ngày nay xu thế còn có thể đánh giá bằng các số liệu tính
toán. Trớc kia, các quá trình tính toán kiểm nghiệm và thiết kế còn hạn chế vì các công
thức cồng kềnh, phức tạp và thời gian tính toán dài. Ngày nay các công việc tính toán đã
đợc sự trợ giúp của máy tính đã phát triển hơn rất nhiều, giải quyết đợc vấn đề thời gian
và sức lao động.
Trên ôtô hiện đại có rất nhiều hệ thống, mỗi hệ thống lại có kết cấu rất đa dạng và phức
tạp nên việc tính toán cũng gặp nhiều khó khăn. Từ trớc đến nay cha có một chơng trình
tính toán tổng quát nào để ứng dụng cho những ngời sử dụng một cách nhanh chóng và có

hệ thống mà lại đảm bảo tính hiệu quả, nghĩa là rút ngắn đợc thời gian và khối lợng tính
toán.
Chúng tôi đã tiến hành hệ thống hoá kết cấu các hệ thống hiện đang sử dụng rộng rãi
trên ôtô cùng với phần tính toán thiết kế, cải tiến và kiểm nghiệm của chúng. Ch
ơng trình
tổng hợp các công thức tính toán hiện đợc sử dụng lâu nay, hệ thống hoá và xây dựng phần
tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ đọc, dễ hiểu để có thể sử dụng một cách dễ dàng
và tiện lợi. Chơng trình của chúng tôi cũng xây dựng với hớng mở, nghĩa là tuy cha tính
- 4 -
toán triệt để một số cụm phức tạp, một số kết cấu mới, nhng chúng ta có thể dễ dàng và
nhanh chóng mở rộng để kết nối với chơng trình cho hoàn thiện hơn.
Chơng trình đã tổng hợp và xây dựng các phần chơng trình tính toán thiết kế, kiểm
nghiệm một số hệ thống trên ôtô có giao diện bằng tiếng Việt ứng dụng trên nền phần mềm
Matlab:
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán động lực học ôtô.
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán hệ thống phanh (phanh dầu, dẫn động
cơ khí, cơ khí có trợ lực loại chân không kết hợp thuỷ lực).
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán hệ thống treo (treo phụ thuộc với bộ
phận đàn hồi loại nhíp và giảm chấn thuỷ lực).
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán hệ thống lái (cơ cấu lái loại trục vít -
êcu bi, dẫn động lái cơ khí có trợ lực).
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán hệ thống ly hợp (cơ cấu ly hợp loại ma
sát khô 1 đĩa, 2 đĩa, dẫn động cơ khí có trợ lực).
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán khung ôtô.
Các phần mềm xây dựng đợc đã đợc công bố trên một số hội nghị chuyên ngành và
đợc ứng dụng trong quá trình đào tạo các công nghệ mới cho các kỹ s và kỹ thuật viên tại
Công ty ôtô Sài Gòn (7/2004).
Những phần mềm chuyên dụng có thể dùng làm cơ sở để tính toán thiết kế và nghiên
cứu sâu những quá trình phức tạp của các hệ thống trên ôtô, cũng nh làm tài liệu cho các
cán bộ chuyên ngành. Những nội dung cần tiếp tục là mở rộng hoàn thiện các quá trình thiết

kế các cụm, hệ thống phức tạp hơn, tiến hành thử nghiệm và chế tạo các cụm trên ôtô cũng
nh thử nghiệm tổng thể ôtô để hiệu chỉnh cho hoàn thiện hơn Hội nghị KH quốc tế về
Công nghệ ôtô cho Việt Nam (ICAT' 2002) tháng 10/2002.


Trung tâm phát triển Công nghệ Ô tô
Dự án KC.05.DA.13
- 5 -
Mục lục

Trang
Lời nói đầu 3
Mục lục 5
Chơng I. Tính toán động lực học ôtô 9
I. Đặt vấn đề 9
1.1. Tổng quát 9
1.2. Nhiệm vụ 9
II. Các bớc tính toán 9
2.1. Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 9
2.2. Xây dựng các chỉ tiêu động lực học của ôtô 10
2.2.1. Xác định chỉ tiêu về công suất 10
2.2.2. Xác định về chỉ tiêu lực kéo 11
2.2.3. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học 11
2.2.4. Xác định khả năng tăng tốc cuả ôtô 11
III. Sơ đồ thuật toán 13
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 16
V. Kết luận 21
Chơng II. Tính toán hệ thống phanh 22
I. Đặt vấn đề 22
1.1. Tổng quát 22

1.2. Phân loại hệ thống phanh 22
1.3. Nhiệm vụ 25
II. Các bớc tính toán 26
2.1. Bài toán thiết kế 26
2.1.1. Tính mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh 26
2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh 27
2.1.3. Tính toán dẫn động phanh 29
2.1.4. Tính bền 31
2.2. Bài toán kiểm nghiệm 32
2.2.1. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh 32
2.2.2. Tính mô men phanh tác dụng lên các cơ cấu phanh 34
2.2.3. Tính lực phanh tổng cộng tác dụng lên các cơ cấu phanh 35
- 6 -
2.2.4. Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống 35
2.2.5. Tính bền một số chi tiết quan trọng của hệ thống 36
2.2.6. Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 37
III. Sơ đồ thuật toán 39
3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống phanh 39
3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh 43
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 47
V. Kết luận 59
Chơng III. Tính toán hệ thống treo 60
I. Đặt vấn đề 60
1.1. Tổng quát 60
1.2. Phân loại hệ thống treo 60
1.3. Nhiệm vụ 62
II. Các bớc tính toán 63
2.1. Bài toán thiết kế 63
2.1.1. Tính các thông số dao động của bánh xe 63
2.1.2. Tính toán bộ phận đàn hồi 65

2.1.3. Tính toán bộ phận giảm chấn 69
2.2. Bài toán kiểm nghiệm 72
2.2.1. Tính chính xác độ cứng và độ võng của khối nhíp 72
2.2.2. Tính bền nhíp 73
2.2.3. Kiểm tra lại độ êm dịu của hệ thống treo 73
2.2.4. Tính bền và tính nhiệt giảm chấn 73
III. Sơ đồ thuật toán 74
3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế bộ phận đàn hồi hệ thống treo 74
3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận đàn hồi hệ thống treo 77
3.3. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận giảm chấn hệ thống treo 80
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 82
V. Kết luận 94
Chơng IV. Tính toán hệ thống lái 95
I. Đặt vấn đề 95
1.1. Tổng quát 95
1.2. Phân loại hệ thống lái 95
1.3. Nhiệm vụ 97
- 7 -
II. Các bớc tính toán 98
2.1. Bài toán thiết kế 98
2.1.1. Tính toán động học dẫn động lái 98
2.1.2. Xác định mômen cản quay vòng 99
2.1.3. Chọn tỉ số truyền 99
2.1.4. Tính toán cơ cấu lái 100
2.1.5. Tính toán dẫn động lái 102
2.2. Bài toán kiểm nghiệm 104
2.2.1. Kiểm tra động học dẫn động lái 104
2.2.2. Xác định mômen cản quay vòng 104
2.2.3. Tính toán tỉ số truyền 104
2.2.4. Tính bền các chi tiết trong hệ thống 105

III. Sơ đồ thuật toán 108
3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống lái 108
3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái 112
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 116
V. Kết luận 127
Chơng V. Tính toán hệ thống ly hợp 128
I. Đặt vấn đề 128
1.1. Tổng quát 128
1.2. Phân loại hệ thống ly hợp 128
1.3. Nhiệm vụ 131
II. Các bớc tính toán 132
2.1. Bài toán thiết kế 132
2.1.1. Xác định mômen ma sát của ly hợp 132
2.1.2. Xác định kích thớc cơ bản của ly hợp 132
2.1.3. Tính công trợt và công trợt riêng 133
2.1.4. Tính toán hệ thống dẫn động ly hợp 134
2.1.5. Tính bền một số chi tiết điển hình 135
2.2. Bài toán kiểm nghiệm 139
2.2.1. Xác định lực ép lên đĩa ma sát 139
2.2.2. Xác định mômen ma sát của ly hợp 140
2.2.3. Xác định hệ số dự trữ của ly hợp 140
2.2.4. Kiểm tra công trợt và kiểm tra công trợt riêng 140
- 8 -
2.2.5. Kiểm tra hành trình bàn đạp và lực bàn đạp 140
2.2.6. Tính bền một số chi tiết của hệ thống 141
III. Sơ đồ thuật toán 142
3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế ly hợp 142
3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm ly hợp 145
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 148
V. Kết luận 158

Chơng VI. Tính toán khung ôtô 159
I. Đặt vấn đề 159
1.1. Tổng quát 159
1.2. Mục đích 159
1.3. Giả thiết tính toán 159
II. Các bớc tính toán 160
2.1. Xác định các tải trọng đặt lên khung 160
2.2. Tính các phản lực tại vị trí lắp đặt hệ thống treo 160
2.3. Vẽ biểu đồ nội lực tác dụng lên khung,
xác định vị trí nguy hiểm chịu lực tổng hợp lớn 161
2.4. Kiểm tra bền uốn khung tại tiết diện nguy hiểm 161
2.5. Kiểm tra bền xoắn khung 162
III. Sơ đồ thuật toán 164
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 166
V. Kết luận 170
Kết luận 171
Tài liệu tham khảo 172
- 9 -
Chơng I. Tính toán động lực học ôtô

I. Đặt vấn đề
1.1. Tổng quát
Động cơ đợc coi là nguồn động lực chính để xe có thể chuyển động trên đờng. Bởi vậy để
có thể khảo sát một chiếc ôtô nào, nhiệm vụ đầu tiên là phải khảo sát khả năng động lực học
của chiếc xe đó. Một chiếc ôtô có tải trọng xác định, để có thể chạy ổn định trên một loại
đờng xá nhất định thì trớc hết phải có đủ công suất và mômen kéo do động cơ phát ra.
Ngoài ra, việc đánh giá khả năng động lực khác của ôtô nh thời gian, quãng đờng tăng
tốc, v.v là một trong những công việc hết sức cần thiết.
Quá trình tính toán động lực học ôtô là một công tác đầu tiên để đánh giá chiếc xe đó. Bởi
vậy trong chơng này chúng tôi xin trình bày một cách tổng hợp cách thức xây dựng các lý

thuyết và chơng trình ứng dụng để tính toán động lực học ôtô.
1.2. Nhiệm vụ
Quá trình tính toán động lực học của ôtô nhằm thoả mãn các nhiệm vụ sau:
- Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ. Công việc này nhằm đánh giá đợc
công suất và mômen xoắn của động cơ có đảm bảo đợc cho ôtô chuyển động đợc trong
các điều kiện định trớc hay không.
- Tính toán các chỉ tiêu động lực học. Đây là quá trình đánh giá các chỉ tiêu động lực của
động cơ lắp đặt trên ôtô trong điều kiện chuyển động cho trớc, từ đó có thể đánh giá đợc
chất lợng động lực học của ôtô.

II. Các bớc tính toán:
Qui trình tính toán động lực học ôtô gồm các bớc sau:
- Xây dựng đờng tốc độ ngoài của động cơ
- Tính toán các chỉ tiêu động lực học của ôtô:
+ Tính toán chỉ tiêu về công suất
+ Tính toán chỉ tiêu về lực kéo
+ Tính toán chỉ tiêu về nhân tố động lực học khi đầy tải và tải thay đổi
+ Tính toán khả năng tăng tốc của ôtô: gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đờng tăng tốc.
2.1. Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Các số liệu cho trớc là thông số xe, thông số động cơ, vận tốc cực đại của xe, các điều kiện
chuyển động, từ đó chúng ta phải xây dựng đợc đờng đặc tính ngoài (công suất, mô men
xoắn) của động cơ đó.
Công suất của động cơ N
e
là một hàm của số vòng quay n
e
theo công thức:

+

=
3
N
e
2
N
e
N
e
maxee
n
n
c
n
n
b
n
n
aNN
(mã lực) (1.1)
Mô men xoắn của động cơ là một hàm của số vòng quay:
- 10 -
e
e
e
n
N
2,716M =
(kGm) (1.2)

Trong đó:
N
emax
: Công suất cực đại của động cơ
a, b, c : Là các hệ số thực nghiệm
Động cơ xăng: a = b = c = 1
Động cơ điezel 4 kỳ: a = 0,5; b = 1,5; c = 1
Động cơ điezel 2 kỳ: a = 0,87; b = 1,13; c = 1
n
e
: số vòng quay của động cơ, n
e
biến thiên từ n
emin
đến n
emax
(vòng/phút)
n
N
: Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất của động cơ
Từ đó ta xây dựng đợc các đờng N
e
(n
e
) và M
e
(n
e
)
2.2. Xây dựng các chỉ tiêu động lực học của ôtô

2.2.1. Xác định chỉ tiêu về công suất
- Công suất kéo ở bánh xe chủ động đợc xác định theo công thức:
N
k
= N
e
.
t
(mã lực) (1.3)
Trong đó:
t
là hiệu suất truyền lực
- Số vòng quay của động cơ ứng với vận tốc cực đại:
b
maxhn0
V
r.377,0
Vii
n =
(vòng/phút) (1.4)
i
0
: tỉ số truyền của truyền lực chính
i
hn
: tỉ số truyền ở tay số cao nhất
V
max
: vận tốc cực đại của ôtô (km/h)
r

b
: bán kính làm việc trung bình của bánh xe (m)
r
b
=
1
.r
0
(m) (1.5)

1
: hệ số kể đến sự biến dạng của lốp.
1
= 0,93 - 0,95.
r
0
: bán kính thiết kế của bánh xe. r
0
= (B
l
+ d
l
/2) (m)
B
1
: chiều rộng lốp
d
l
: đờng kính vành bánh xe
- Vận tốc chuyển động của ôtô ở các số truyền đợc tính theo công thức:

hmo
eb
m
i.i
n.r
.377,0V =
(km/h) (1.6)
Trong đó:
m: chỉ số truyền đang tính (m = 1ữn)
n: số cấp số tiến của hộp số
- 11 -
n
e
: số vòng quay của động cơ, n
e
biến thiên từ n
emin
đến n
emax
(vòng/phút) (n
emax
= n
V
)
Từ đó chúng ta xây dựng đợc đồ thị biểu diễn công suất kéo của động cơ theo vận tốc
chuyển động của xe ở từng tay số.
2.2.2. Xác định về chỉ tiêu lực kéo:
- Lực kéo tiếp tuyến P
k
tại bánh xe chủ động ở tay số thứ m đợc xác định theo công thức:

b
tohme
km
r
.i.i.M
P

=
(kG) (1.7)
Trong đó:
M
e
: Mô men xoắn của trục khuỷu động cơ (kGm)

t
: Hiệu suất của hệ thống truyền lực
Từ đó chúng ta xây dựng đợc đồ thị biểu diễn lực kéo theo vận tốc chuyển động của xe ở
từng tay số.
- Tính lực cản không khí P

ở mỗi tay số theo vận tốc:
)kG(
13
V.F.K
P
2
m
=

(1.8)

Trong đó:
K: Hệ số cản không khí (kGs
2
/m
4
)
Ôtô du lịch: K = 0,02 - 0,035
Ôtô tải: K = 0,06 - 0,07
F: Diện tích cản chính diện của ôtô (m
2
)
F = B . H (m
2
) (1.9)
V
m
: Vận tốc của ôtô ở mỗi tay số (km/h)
B: Chiều rộng cơ sở của ôtô (m)
H: chiều cao toàn bộ của ôtô (m)
2.2.3. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học:
- Nhân tố động lực học ở tay số thứ m đợc xác định theo công thức:
G
P-P
D
wmkm
m
= (1.10)
Từ đó chúng ta xây dựng đợc đồ thị biểu diễn nhân tố động lực học theo vận tốc chuyển
động của xe ở từng tay số.
2.2.4. Xác định khả năng tăng tốc cuả ôtô

a. Xác định gia tốc:
- Gia tốc ở tay số thứ m của ôtô khi chạy trên đờng bằng đợc xác định theo công thức:
im
m
m

g)f-D(
j =
(m/s
2
) (1.11)
Trong đó :
- 12 -
j
m
: Gia tốc của ôtô khi chuyển động ở tay số thứ m
f: Hệ số cản lăn của đờng
g: Gia tốc trọng trờng g = 9,81 m/s
2
.

im
: Hệ số kể đến ảnh hởng của các khối lợng chuyển động quay

im
= 1,04 + 0,05
2
hm
i (1.12)
Từ đó chúng ta xây dựng đợc đồ thị biểu diễn gia tốc theo vận tốc chuyển động của xe ở

từng tay số.
b.Xác định thời gian tăng tốc:
Thời gian tăng tốc đợc tính theo công thức:

=
2
1
V
V
dv
j
1
t (giây) (1.13)
Thời gian tăng tốc đợc xác định bằng cách tích phân đồ thị 1/j(v).
Ta có thể xác định thời gian tăng tốc t bằng phơng pháp tính gần đúng nh sau:
- Chia khoảng vận tốc v
min
ữ 0,95 v
max
thành k khoảng.
- Tính diện tích mỗi khoảng nằm dới đờng cong 1/j theo công thức:
2
j/1j/1
.
6,3
vv
t
i1ii1i
i

=
++
(s) (1.14)
v: vận tốc chuyển động của xe (km/h)
- Tính thời gian tăng tốc theo công thức:

=
=
k
1i
i
tt (s) (1.15)
c. Xác định quãng đờng tăng tốc
Quãng đờng tăng tốc đợc tính theo công thức:

=
2
1
V
V
vdtS (m) (1.16)
Quãng đờng tăng tốc đợc xác định bằng cách tích phân đồ thị t(v)
Ta có thể xác định quãng đờng tăng tốc S bằng phơng pháp tính gần đúng nh sau:
- Chia khoảng vận tốc v
min
ữ 0,95 v
max
thành k khoảng.
- Tính diện tích mỗi khoảng nằm dới đờng cong t theo công thức:
6,3.2

vv
).tt(S
i1i
i1ii

=
+
+
(s) (1.17)
v: vận tốc chuyển động của xe (km/h)
- Tính quãng đờng tăng tốc theo công thức:

=
=
k
1i
i
SS (s) (1.18)
- 13 -
III. Sơ đồ thuật toán

Hình 1.3. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán động lực học ôtô

Với trình tự các bớc tính toán động lực học ôtô nh ở phần II, chúng tôi đa ra sơ đồ thuật
toán của bài toán thiết kế hệ thống ly hợp trên hình 1.3.
Trong sơ đồ trên có các khối chơng trình thực hiện các chức năng sau:
Bắt đầu
Nhậ
p
dữ liệu
Kết thúc
Xây dựng đờng
đặc tính ngoài của
động cơ
Xem kết
q
uả
Xác định chỉ tiêu
công suất
Xác định chỉ tiêu
lực kéo
Nhập dữ liệu
chung của xe
Nhập dữ liệu
của động cơ
Nhậ
p
dữ liệu điều
kiện chuyển động
Xác định chỉ tiêu

nhân tốc động lực học
Xác định khả năng
tăng tốc của ôtô
Gia tốc ôtô
Thời gian
tăng tốc
Quãng đờng
tăng tốc
- 14 -
3.1. Các khối nhập dữ liệu:
Các khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu tính toán. Có 3 khối nhập dữ
liệu là nhập dữ liệu của xe, dữ liệu động cơ, các và dữ liệu tham khảo về điều kiện chuyển
động, bao gồm:
Các thông số kỹ thuật ôtô
- Loại xe (con hay tải)
- Trọng lợng toàn bộ của ô tô
- Chiều rộng cơ sở của ôtô
- Chiều cao toàn bộ của ôtô
- Vận tốc chuyển động lớn nhất của ôtô
- Kích thớc lốp
- Tỷ số truyền của truyền lực chính.
- Tỷ số truyền của các tay số trong hộp số chính
- Hiệu suất truyền lực
Các thông số động cơ:
- Loại động cơ (xăng, điezen 2 kỳ, 4 kỳ)
- Các hệ số tính toán (hệ số Lâyđécman)
- Công suất cực đại của động cơ /số vòng quay ứng với công suất cực đại
- Mômen xoắn cực đại/ số vòng quay ứng với mômen xoắn cực đại
- Số vòng quay tối thiểu của động cơ
Các điều kiện chuyển động:

- Gia tốc trọng trờng
- Hệ số cản lăn của đờng
- Góc dốc cực đại cho phép của mặt đờng.
- Hệ số cản không khí
- Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp
3.2. Khối xây dựng đờng đặc tính ngoài của động cơ:
Khối này thực hiện việc tính toán công suất, mômen xoắn của động cơ theo số vòng quay và
vẽ đồ thị đặc tính ngoài.
3.3. Khối xác định chỉ tiêu công suất:
Khối này thực hiện việc tính toán công suất và vẽ đồ thị công suất ứng với vận tốc chuyển
động của xe ở từng tay số.
3.4. Khối xác định chỉ tiêu lực kéo:
Khối này thực hiện việc tính toán lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động và vẽ đồ thị lực kéo
ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số.
3.5. Khối xác định chỉ tiêu nhân tố động lực học:
- 15 -
Khối này thực hiện việc tính toán nhân tố động lực học và vẽ đồ thị nhân tố động lực học
ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số.
3.6. Các khối xác định khả năng tăng tốc:
Gồm có 3 khối thành phần là khối xác định gia tốc, thời gian tăng tốc và quãng đờng tăng
tốc để thực hiện các công việc:
- Tính toán gia tốc và vẽ đồ thị gia tốc ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số.
- Tính toán thời gian và vẽ đồ thị thời gian tăng tốc của xe ứng với vận tốc chuyển động.
- Tính toán quãng đờng và vẽ đồ thị quãng đờng tăng tốc của xe ứng với vận tốc chuyển
động.
3.7. Khối xem kết quả
Sau khi đã tính toán và kiểm tra các chỉ tiêu động lực học, khối này sẽ thể hiện các kết quả
tính toán và các đồ thị thể hiện đặc tính động lực học của ôtô.

3.8. Kết luận

Sau khi đã hoàn thành tính toán thiết kế, chúng ta đa ra kết luận về chất lợng động lực học
của xe, trên cơ sở đó có thể đánh giá hoặc chọn động cơ lắp cho xe đó.
- 16 -
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt
Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho bài toán tính toán động lực học ôtô, chúng tôi tiến hành xây
dựng chơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực
quan trên máy tính. Chơng trình đợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab
5.3. Khi lựa chọn tính toán động lực học từ chơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu thông
báo cho phép ngời dùng bắt đầu thực hiện bài toán tính động học:















Hình 1.4.1. Menu chính

Nếu bấm chọn "Tiếp tục" sẽ đa ra menu chơng trình tính toán động lực học ôtô. Chọn
"Thoát" để quay trở lại chơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô.

4.1. Chơng trình tính toán động lực học

Khi lựa chọn "Tiếp tục" từ menu chính sẽ chạy phần chơng trình tính toán động lực học có
giao diện nh sau:






Hình 1.4.2. Menu chính "Tính toán động lực học ôtô"
- 17 -
Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán tính toán.
Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi chơng
trình". Bên cạnh đó ngời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp
đỡ về cách thức sử dụng chơng trình trong những lần đầu tiên.
4.2. Nhập dữ liệu
Đây là phần chơng trình rất quan trọng, bao gồm các dữ liệu chung của xe, động cơ, hộp số
và các điều kiện chuyển động. Modul nhập dữ liệu gồm có hai phần: Nhập dữ liệu từ bàn
phím và nhập dữ liệu từ tệp.
4.2.1. Nhập dữ liệu từ tệp
Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe cơ sở
đã có sẵn các thông số cho phép ngời sử dụng lựa chọn để tham khảo một số thông số khi
mới nhập lần đầu tiên.

Hình 1.4.3. Nhập dữ liệu từ tệp
Khi ta chọn đợc tệp dữ liệu thì chơng trình sẽ hiện ra các menu giống nh nhập dữ liệu từ
bàn phím cho phép ngời sử dụng có thể tham khảo để giữ nguyên hay sửa đổi các thông số
của xe đó.
4.2.2. Nhập dữ liệu từ bàn phím
Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập các dữ liệu, sẽ hiện ra menu để ngời sử
dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán:
Sau khi đã nhập đầy đủ các thông số cơ bản để tính toán động lực học, chúng ta có thể lu
lại các thông số này khi bấm vào "Lu lại", hoặc có thể bấm "Tiếp tục" để kết thúc phần
nhập dữ liệu, chuyển sang phần tiếp theo. Bấm "Thoát" khi nhập dữ liệu sai hoặc không
muốn nhập dữ liệu nữa.
4.3. Lu dữ liệu
Sau khi đã nhập dữ liệu, ngời sử dụng có thể lu lại các thông số để khi cần không phải
nhập lại số liệu cũng nh để có đợc một số thông số để tham khảo. Khi chọn "Lu lại"
chơng trình sẽ đa ra menu cho phép ngời dùng có thể lu lại tệp dữ liệu theo tên tuỳ
chọn.


- 18 -

Hình 1.4.4. Nhập dữ liệu từ bàn phím










Hình 1.4.5. Nhập dữ liệu từ tệp
4.4. Xem kết quả
Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, chơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả
tính sẽ đợc thể hiện khi ngời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi
bấm vào "Xem kết quả", sẽ hiện ra bảng chứa kết quả là các đồ thị đặc tính động cơ, đặc tính
động lực học và khả năng tăng tốc. Trên bảng thể hiện kết quả, có các nút bấm cho phép
ngời sử dụng có thể lựa chọn kết quả cần xem, bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả.
Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán động lực học ôtô
nữa, thì ngời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi chơng trình" để quay về menu chính
nh ban đầu để kết thúc phần "Tính toán động lực học ôtô".

- 19 -

Hình 1.4.6. Các kết quả tính động lực học

Hình 1.4.7. Các đồ thị đặc tính ngoài động cơ




- 20 -

H×nh 1.4.8. §Æc tÝnh c«n
g
suÊt H×nh 1.4.9. §Æc tÝnh lùc kÐo
H×nh 1.4.10. §Æc tÝnh nh©n tè ®én
g
lùc häc H×nh 1.4.11. §Æc tÝnh
g
ia tèc
H×nh 1.4.12. Thêi
g
ian t¨n
g

tèc H×nh 1.4.13. Qu·n
g
®−ên
g
t¨n
g
tèc
- 21 -
V. Kết luận
Chơng trình "Tính toán động lực học ôtô" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu,
dễ sử dụng đã đạt đợc một số kết quả sau:
- Tổng hợp đợc các công thức và một số phơng pháp tính toán lý thuyết động lực học ôtô
đã đợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua.
- Xây dựng đợc chơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng.
Chơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s chuyên ngành giảm nhẹ đợc công việc tổng hợp lại
các bớc và công thức tính, cũng nh giảm đợc khối lợng và thời gian tính toán so với
trớc đây còn phải sử dụng bằng tay.
- Tổng hợp đợc quá trình tính toán trên đa phần ôtô hiện đang đợc sử dụng rộng rãi trên
thị trờng Việt Nam và có thể áp dụng chơng trình để kiểm nghiệm chất lợng động lực
học của các loại xe này, cũng nh có thể tham khảo các thông số trên các loại xe hiện có để
lựa chọn thiết kế chọn động cơ cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam.
Bên cạnh những mặt đạt đợc, chơng trình còn có một số khiếm khuyết sau:
- Chơng trình xây dựng theo phơng pháp tính toán lý thuyết nên cha thật sự chính xác so
với thử nghiệm trên các băng thử.
- Chơng trình cha tính toán đối với các loại xe có lắp biến mô thuỷ lực và hộp số thuỷ cơ.
- Chơng trình chạy trong môi trờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn
có và sử dụng tơng đối thuận tiện nhng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đợc.
- 22 -
Chơng Ii. Tính toán Hệ thống phanh

I. Đặt vấn đề
1.1. Tổng quát
Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe. Do vậy phải chấp
nhận những yêu cầu khắt khe, nhất là đối với xe cao tốc, chủ yếu thời gian hoạt động ở tốc
độ cao. Các yêu cầu của nó nh sau:
- Phải đảm bảo nhanh chóng dừng xe trong bất kỳ tình huống nào. Khi phanh đột ngột, xe
phải đợc dừng sau quãng đờng phanh ngắn nhất, tức là có gia tốc phanh cực đại. Theo tiêu
chuẩn của châu Âu ôtô con cần phải đạt hiệu quả phanh cao trong các điều kiện thử xe:
+ Đối với phanh chân, tốc độ lúc bắt đầu phanh 80km/h; quãng đờng phanh phải nhỏ hơn
50,7m; gia tốc phanh phải lớn hơn 5,8m/s
2
, lực phanh chân lớn nhất đặt trên bàn đạp là
50kG.
+ Đối với phanh tay cũng với điều kiện vận tốc nh trên, quãng đờng phanh phải nhỏ hơn
93,4m, lực tác dụng của ngời lái vào cần phanh tay lớn nhất là 40kG. (Điều kiện thử đợc
xác định theo loại xe và tải trọng M1).
- Hiệu quả phanh cao kèm theo sự phanh êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc
chậm dần biến đổi đều đặn giữ ổn định chuyển động của xe.
- Lực điều khiển không quá lớn, điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng kể cả điều khiển bằng chân
hoặc bằng tay. Các giá trị nêu trên tơng ứng với việc điều khiển bằng một chân hoặc một
tay ở t thế ngồi của ngời lái.
- Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều lần giữa các lần
phanh.
- Đảm bảo tránh hiện tợng trợt lết của bánh xe trên đờng vì khi trợt lết trên mặt đờng
sẽ gây ra mòn lốp và làm mất khả năng dẫn hớng chuyển động của xe.
- Phanh chân và phanh tay làm việc độc lập không ảnh hởng lẫn nhau. Phanh tay có thể
thay thế phanh chân khi phanh chân có sự cố, đảm bảo chức năng dự phòng.
- Phanh tay dùng để giữ nguyên vị trí xe. Phải giữ đứng nguyên trên dốc nghiêng tối thiểu
18% (tức 16
0

-20
0
).
- Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh hởng tới
sự làm việc của các cơ cấu xung quanh (lốp xe, moay ơ ) phải dễ dàng điều chỉnh, thay thế
các chi tiết h hỏng.
- Ngoài các yêu cầu kể trên còn có các yêu cầu nh chiếm ít không gian, trọng lợng nhỏ,
độ bền cao, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí.
1.2. Phân loại hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên mỗi xe có đặc điểm kết cấu riêng của nó, vì thế phơng pháp và cách
thức tính toán chúng cũng có những điểm riêng biệt. Do đó để có thể hệ thống hoá đợc các
hệ thống phanh chúng ta phải tiến hành phân loại và tổng hợp chúng.
* Phân loại theo cơ cấu điều khiển trên xe:
- Phanh chân điều khiển bằng bàn đạp.
- 23 -
- Phanh tay điều khiển bằng cần.
* Ngày nay, xe con chỉ sử dụng hệ thống phanh thuỷ lực, trong đó bao gồm các dạng:
- Phanh thuỷ lực đơn giản.
- Phanh thuỷ lực có trợ lực.
* Phân loại theo kết cấu của cơ cấu phanh:
- Cơ cấu phanh loại đĩa.
- Cơ cấu phanh loại tang trống.
* Phân lọai theo kết cấu truyền lực điều khiển:
- Dẫn động điều khiển một dòng.
- Dẫn động điều khiển hai dòng.
Các dòng truyền lực này độc lập với nhau, nhằm tránh sự cố xảy ra cùng một lúc trên tất cả
hệ thống phanh, nâng cao độ tin cậy, an toàn cho xe khi chuyển động. Theo qui chuẩn của
quốc tế chỉ cho phép dùng loại dẫn động điều khiển hai dòng trở lên. Cấu trúc hai dòng có
thể là:
- Dòng độc lập.

- Dòng song song (bố trí hỗn hợp).
* Theo mức độ hoàn thiện chất lợng phanh có thể chia:
- Hệ thống phanh có bộ điều chỉnh lực phanh.
- Hệ thống phanh có bộ chống lãm cứng bánh xe (Anti-lock brake system) ABS. Trên xe
con, phanh chân là hệ thống phanh cơ bản, còn phanh tay là phanh dự phòng. Hệ thống điều
khiển của hai loại này độc lập với nhau, làm việc tin cậy, đồng thời phanh tay phải có cấu
trúc tự khoá để ngời lái không phải liên tục tác động lực.
* Ngoài ra còn có thể phân chia hệ thống phanh theo vị trí bố trí cơ cấu phanh:
- Bố trí ở trong lòng bánh xe.
- Bố trí ở cạnh cầu xe.
Với sự đa dạng của từng cụm bộ phận trong hệ thống phanh nh trên, chúng ta thấy rằng khi
sử dụng phải phân loại khá phức tạp và với mỗi loại lại có các quá trình và công thức tính
toán khác nhau, nh vậy là khá phức tạp và tốn nhiều công sức, thời gian tính toán lâu và
nh vậy là hiệu quả công việc thấp.

Hình 2.1.1. Sơ đồ cấu tạo các dạng cơ cấu phanh tang trống
a) Đối xứng trục b) Đối xứng tâm
- 24 -


Hình 2.1.2. Sơ đồ cấu tạo các loại phanh đĩa
a) Loại có giá cố định b) Loại có giá di động


Hình 2.1.3. Cấu tạo xy lanh chính một buồng
1.Lỗ xả khí; 2.Piston; 3.Lỗ thông bình dầu; 4.Cần đẩy; 5.Vành bao kín; 6.Bát cao su; 7.Lò
xo hồi vị; 8.Van hồi dầu; 9.Lỗ thông với xy lanh bánh xe


Hình 2.1.4. Cấu tạo xu lành chính 2 buồng (LADA 2105)

1.Nắp sau; 2.Vỏ xy lanh; 3.Piston thứ cấp; 4.Piston chính; 5.Vành bao kín; 6.ốc hạn chế;
7.Lò xo hồi vị; 8.Lò xo tì vành khăn; 9.Vành chặn

Trong chơng trình, chúng tôi tiến hành phân loại tính toán nh sau:
- Chọn loại cơ cấu phanh: Trống (loại 1 xi lanh tác dụng kép, loại 2 xi lanh bố trí đối xứng
tâm) ; Đĩa (loại 1 xi lanh ép và loại 2 xi lanh ép)
- Chọn loại dẫn động phanh theo từng bớc sau:
- 25 -
+ Dẫn động là dầu hoặc khí.
+ Dẫn động 1 dòng hay 2 dòng. Nếu là 2 dòng thì dùng bộ chia hay xilanh phanh chính loại
tăngđem.
+ Có bộ trợ lực hay không, nếu có thì chọn loại trợ lực (thuỷ lực, khí nén, chân không, thuỷ
khí, v.v )
+ Có bộ điều hoà lực phanh không
+ Có ABS không.
Sau khi đã chọn đầy đủ các cấu thành của toàn bộ hệ thống, chơng trình sẽ tính toán cụ thể
đối với mỗi loại hệ thống phanh.
1.3. Nhiệm vụ
Chơng trình tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống phanh thực hiện những nhiệm vụ
sau:
a. Với bài toán thiết kế:
- Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống.
- Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống.
b. Với bài toán kiểm nghiệm:
- Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống (hành trình làm việc, áp suất trên bề mặt ma
sát và nhiệt sinh ra ở trống phanh)
- Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống.
- Đánh giá hệ thống theo các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh theo TCVN.
- 26 -
II. Các bớc tính toán:

2.1. Với bài toán thiết kế:
Yêu cầu đặt ra đối với bài toán thiết kế là cho các thông số kỹ thuật của xe, cho điều kiện
làm việc, chúng ta tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống phanh, sau đó chọn
và kiểm tra quá trình làm việc của hệ thống phanh đó thoả mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật cho
phép để đảm bảo an toàn cho xe.
Qui trình tính toán gồm các bớc sau:
- Tính mô men phanh phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh
- Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh
- Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh
- Xác định các thông số cơ bản của dẫn động phanh
- Kiểm tra các điều kiện làm việc
- Tính bền một số chi tiết của hệ thống

2.1.1. Tính mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh
Mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu trớc:
bx
gmax
'
P
r.
b.g
hj
1
L2
b.G
M

+=
(Nm) (2.1.1)
Mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu sau:
bx
gmax
''
P
r.
a.g
hj
1
L2
a.G
M








=
(Nm) (2.1.2)
Trong đó:
G: trọng lợng ôtô khi đầy tải (N)

a,b,h
g
: toạ độ trọng tâm của ôtô (m)
L: chiều dài cơ sở của ôtô (m)
j
max
: gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh (j
max
= 6ữ7m/s
2
)
g: gia tốc trọng trờng (g=9,81 m/s
2
)
: hệ số bám của bánh xe với mặt đờng
r
bx
: bán kính lăn của bánh xe (m)
Nếu đã biết trọng lợng của ôtô khi đầy tải phân ra trục trớc là G
1
và trục sau là G
2
thì ta có
thể tính toán các toạ độ a, b là:
G
LG
a
2
= (m) (2.1.3)
G

LG
b
1
= (m) (2.1.4)