Thiết kế yếu tố hình học đường ôtô-Chương 2: SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 1

CHƯƠNG 2
SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG

2.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG KHI XE CHẠY
Chuyển động của ô tô trên đường là một chuyển động phức tạp - tịnh tiến
trên đường thẳng, quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và dao
động khi chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng. Tất cả những đặc điểm
chuyển động đó hiện nay chưa vận dụng hết vào việc xác định các yếu tố tuyến
đường, vì vậy trong thiết kế đường, người ta giả định là ô tô chuyển động không
dao động trên mặt đường hoàn toàn phẳng, rắn và không biến dạng.
Khi xe chạy trên đường động cơ phải tiêu hao năng lượng để khắc phục các
lực cản trên đường. Các lực cản khi xe chạy bao gồm: sức cản lăn, sức cản không
khí, sức cản quán tính và sức cản do dốc (Hình 2.1).
Điều kiện để xe chạy được là lực kéo do động cơ sinh ra phải khắc phục
được tất cả các lực cản : P
k
≥ ∑ P
cản
.
P
Pj
Pf
Pk

Pi

Hình 2.1 Các lực tác dụng trên ô tô khi xe chạy
P
k
– Lực kéo; P
f
– Lực cản lăn; P
w
- Lực cản không khí
P
i
– Lực cản lên dốc; P
j
– Lực cản quán tính
2.1.1 LỰC CẢN
2.1.1.1 Lực cản lăn P
f
:
Khi xe chạy, tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện lực
cản lăn. Lực này ngược chiều chuyển động của xe, cản trở sự chuyển động của ô
tô. Lực cản lăn sinh ra là do ma sát giữa bánh xe với mặt đường, sinh ra do biến
dạng của lốp xe và biến dạng của mặt đường, do xe bị xung kích và chấn động trên
mặt đường không bằng phẳng và do ma sát trong các ổ trục của xe khi xe chạy.
Thực nghiệm cho thấy tổng lực cản lăn trên tất cả các bánh xe P
f
tỉ lệ thuận với
trọng lượng G (kG) của ô tô:
P
f
= f.G (kG) (2-1)
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ

II - 2
Hệ số sức cản lăn f phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, tốc độ xe chạy và chủ
yếu phụ thuộc vào loại mặt đường (Bảng 2.1). (Thường lấy f=0,02 khi tính toán
thiết kế các yếu tố hình học đường)
Bảng 2.1 Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc loại mặt đường
Loại mặt đường Hệ số f Loại mặt đường Hệ số f
+ Bê tông xi măng
và bê tông nhựa
+ Đá dăm đen
+ Đá dăm

0,01 – 0,02

0,02 – 0,025
0,03 – 0,05
+ Lát đá
+ Đất khô và bằng phẳng
+ Đất ẩm và không
bằng phẳng
+ Đ
ất cát rời rạc

0 ,04 – 0,05
0,04 – 0,05
0,07 – 0,15

0,15
–

0,30

2.1.1.2 Lực cản do không khí P
w

Khi xe chạy, lực cản không khí gây ra do phản lực của khối không khí phía
trước, do ma sát của thành xe với không khí hai bên và do khoảng chân không phía
sau ô tô hút lại.
Theo khí động học, lực cản không khí khi không có gió được xác định theo công
thức:
P
w
= k.F.v
2
(kG)
Trong đó:
k – hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào mật độ không khí và hình dạng
xe: ô tô tải k = 0,06–0,07; ô tô bus k = 0,04 – 0,06; xe con k = 0,025 – 0,035.
F – diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô).
F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô m).
v – vận tốc tương đối của xe kể cả tốc độ gió, thường tính toán với vận tốc
của gió bằng không, như vậy v là vận tốc xe chạy tính toán (m/s).
Trong kỹ thuật, thường vận tốc xe chạy được tính bằng km/h, như vậy ta có :
13
kFV
P
2
w
 (2-2)

V – vận tốc xe chạy, km/h.
2.1.1.3 Lực cản do lên dốc P
i

Là do trọng lượng bản thân của ô tô gây ra khi xe chuyển động trên mặt
phẳng nằm nghiêng.
Ta có: P
i
=  G. sin
Do  nhỏ nên sin  tg = i
i – độ dốc dọc của đường.
Do đó: P
i
=  G. i (2-3)
Khi xe lên dốc lấy dấu “+” và khi xe xuống dốc lấy dấu “-“.
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 3
Khi xe lên dốc lực này ngược chiều chuyển động, khi xe xuống dốc cùng
chiều chuyển động.
2.1.1.4 Lực cản do quán tính P
j

Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc. Bao gồm sức cản quán tính do chuyển
động tịnh tiến của ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay
của ô tô. Khi xe tăng tốc thì lực quán tính ngược chuyển động của ô tô, cản trở
chuyển động; khi xe giảm tốc, lực quán tính cùng chiều chuyển động. Do đó ta có:
P
j

=  m.j
Trong đó:
m – khối lượng của ô tô m=G/g; G – trọng lượng của ô tô, g – gia tốc trọng
trường; J – là gia tốc của ô tô J=dv/dt; v – tốc độ xe chạy, t – thời gian;
Vì ngoài chuyển động tịnh tiến xe còn có các chuyển động quay của các bánh xe,
trục xe nên phải nhân thêm hệ số kể đến quán tính quay δ=1,03-1,07.
dt
dv
g
G


j
P
(2-4)
Dấu “+” ứng với trường hợp tăng tốc và dấu “-” ứng với trường hợp giảm tốc .

2.1.2 LỰC KÉO VÀ QUÁ TRÌNH SINH RA SỨC KÉO
Khi xe chạy, nhiên liệu cháy trong động cơ, biến nhiệt năng thành cơ năng
tạo ra một công suất làm quay trục khuỷu, tạo ra mô men quay M tại trục của động
cơ rồi chuyền qua hộp số, trục các đăng tới cầu xe tạo ra mô men quay tại trục chủ
động M
k
và sinh ra lực kéo P
k
tại bánh xe chủ động.

Hình 2.2 Quá trình sinh ra sức kéo của ô tô
1: Động cơ. 2: Ly hợp.
3: Hộp số. 4: Trục các đăng.

5: Cầu xe. 6: Bánh xe.
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 4
Công suất hiệu dụng N của động cơ tạo nên mô quay M tại trục khuỷu của động
cơ :
N=
75
.wM
(mã lực)
Trong đó :
w : là vận tốc góc của trục quay: w=
60
.2 n


n : số vòng quay tính bằng v/phút.
Do đó M=
n
N.2,716
(kG.m)
Từ đó tính được mô men quay ở bánh xe chủ động:
M
k
=M.i
k
..i
o
(kG.m).

Trong đó:
i
k
: tỉ số truyền của hộp số, thay đổi theo số cài của xe.
i
o
: tỉ số truyền cơ bản ở cầu xe, nó phụ thuộc vào loại xe.
: hệ số hiệu dụng của cơ cấu truyền động.
+ =0.8

0.85 đối với xe tải.
+ =0.85

0.9 đối với xe con, xe du lịch.
P
k
=
k
k
r
M
 P
k
=
k
ko
r
iiM
. (kG). (2-5)
Bán kính r

k
phụ thuộc vào áp lực hơi trong lốp xe, cấu tạo của lốp và tải trọng tác
dụng trên lốp xe. Thường r
k
=(0,93-0,96)r

2.2 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ BIỂU ĐỒ NHÂN
TỐ ĐỘNG LỰC
Lực kéo sinh ra để khắc phục tất cả các lực
cản trên đường. Để xe có thể chuyển động
được thì P
k
≥ ∑ P
cản

Như vậy, phương trình chuyển động của ô tô
P
k
=P
f
+ P
w
+ P
i
+ P
j

Hay P
k
= fG  Gi +

13
kFV
2

dt
dv
g
G
δ

Đặt D =
dt
dv
g
δ
if
G
13
kFV
P
2
k



Hình 2.3 Biểu đồ nhân tố động lực của ô tô
V, km/h
D
0
I

II
III
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 5
D - được gọi là nhân tố động lực của ô tô, về cơ học D có nghĩa là sức kéo trên một
đơn vị trọng lượng của xe.
Khi chuyển động đều thì 0
dt
dv
 và do vậy điều kiện chuyển động đều của ô tô về
mặt sức kéo sẽ là:
D = f ± i (2-6)
Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô,
và vế phải biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện đường.
Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác
nhau của một loại ô tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó (Hình
2.3).

Các vận dụng từ biểu đồ nhân tố động lực
1. Xác định được vận tốc xe chạy đều thực tế lớn nhất khi biết tình trạng của
đường :
D=f  i  J. khi xe chuyển động đều thì J=0  D=f  i.
Có f, i  D
tt
=f  i  V
max
thực tế
Khi từ D dóng sang ngang cắt biểu đồ tại hai điểm thì chỉ có điểm ở bên phải

có giá trị ổn định và dùng được để xác định V
max
thực tế.
Trường hợp này thường được áp dụng cho các đường cải tạo nâng cấp và khi
tính toán khai thác đường.
2. Xác định các điều kiện cần thiết của đường để đảm bảo một tốc độ xe chạy cân
bằng yêu cầu.
D=f  i  J. khi xe chuyển động đều thì J=0  D=f  i.
Chọn một loại xe đặc trưng cho đoạn đường đang xét (chiếm % lưu lượng lớn
nhất) để có biểu đồ nhân tố động lực của loại xe đó.
Có V dựa vào biểu đồ nhân tố động lực suy ra D, căn cứ vào loại mặt đường
có f  i
max
=D-f.
Trường hợp này thường được áp dụng cho việc thiết kế đường mới.
Trong quy phạm thiết kế đường, tương ứng với vận tốc thiết kế độ đốc dọc
lớn nhất được quy định tương ứng với từng cấp hạng kỹ thuật của đường.

Cũng theo phương pháp này có thể xác định khả năng khởi động ở chân dốc.
Muốn khởi động xe phải bắt đầu ở chuyển số I, lúc đó có D
max
và tính được gia tốc
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 6



g

ifD .)(
max
dt
dv

gia tốc đủ để khởi động được không nhỏ hơn 1,5m/s
2
.
3. Xác định chiều dài cần thiết của đoạn gia tốc, giảm tốc
Xe đang chạy với tốc độ cân bằng v
1
ứng với điều kiện đường D
1
=f
1
i
1
chuyển
sang một tốc độ cân bằng mới v
2
có gia tốc dv/dt khi có điều kiện mới D
2
=f
2
i
2

 







2
1
)
21
(
.
2
1
)
21
(
.
.
).
21
(.)(
dt
dv
v
v
DD
dvv
v
v
g
dsS

gDD
dvv
dtvds
g
DD
g
ifD




Từ đó có thể vẽ được biểu đồ vận tốc trên trắc dọc.

2.3 LỰC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG
Khi ô tô đang chuyển động thì có các lực tác dụng lên bánh xe chủ động và bị
động.

Lực tác dụng lên bánh chủ động Lực tác dụng lên bánh xe bị động
Hình 2.4 Các lực tác dụng lên bánh xe
Tại bánh xe chủ động mô men M
k
tác dụng lên mặt đường lực kéo P
k
và theo
định luật III Niuton mặt đường tác dụng trở lại bánh xe một lực T theo phương
ngang cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn với P
k
. Nhờ có T mà điểm tiếp
xúc giữa bánh xe và mặt đường trở thành tâm quay tức thời của bánh xe, giúp cho
xe chuyển động được, ta gọi T là lực bám của bánh xe và mặt đường.

Ngoài ra bánh chủ động còn chịu trọng lượng G theo phương thẳng đứng đè
lên mặt đường, và mặt đường cũng tác dụng lại bánh xe một lực R theo phương
thẳng đứng nhưng lệch tâm một đoạn là a (do quá trình chuyển động bánh xe bị
biến dạng và xô về phía trước). (a/r
k
=f)
Về bản chất: T là lực ma sát trượt giữa bánh xe và mặt đường, nó phụ thuộc vào:
+ áp suất hơi của bánh xe, tính chất bề mặt tiếp xúc của bánh xe.
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 7
+ Tính chất bề mặt tiếp xúc của mặt đường (ráp hay nhẵn, trơn)
+ Tình trạng mặt đường (khô, sạch hay ẩm, bẩn)
Do đó lực bám T là một lực bị động, khi P
k
xuất hiện thì T mới xuất hiện, và
P
k
càng lớn thì T cũng càng lớn, nhưng T chỉ tăng được đến một giá trị T
max
nào đó
mà thôi (gọi là lực bám lớn nhất), lúc đó cứ tăng P
k
lên thì điểm tiếp xúc không
còn là tâm quay tức thời nũa, bánh xe sẽ bị quay tại chỗ hoặc trượt theo quán tính
và xe không thể chuyển động được.
Như vậy điều kiện chuyển động bình thường của xe về lực bám là P
k
≤T

max

Bằng thực nghiệm người ta tính được lực bám lớn nhất giữa bánh xe với mặt
đường theo công thức sau :
T
max
=.G
k
(kG).
G
k
: là thành phần trọng lực tác dụng lên trục chủ động
Xe con : G
k
=(0,5

0,55)G
Xe tải : G
k
=(0,65

0,7)G
: là hệ số bám của bánh xe đối với mặt đường.
ý nghĩa của hệ số bám .
- Hệ số bám  phụ thuộc vào độ mài mòn của lốp xe và đặc biệt là phụ thuộc vào
tình trạng mặt đường và độ nhám của lớp mặt.
- Khuyến khích sử dụng loại mặt đường có độ bằng phẳng cao, vật liệu lớp mặt
cứng, đồng đều, ít mòn để tăng độ bám của mặt đường.
- Tình trạng của mặt đường phải tốt, nếu mặt đường bẩn và ẩm ướt thì lực bám
giảm đi rất nhiều, bánh xe dễ bị trơn trượt, làm mất an toàn khi chạy xe.

- Trong điều kiện lốp xe trung bình, vận tốc chạy xe trung bình thì có thể tham
khảo các giá trị của  như sau:
Bảng 2.2 Các giá trị hệ số bám dọc φ
Tình trạng mặt đường Điều kiện xe chạy Hệ số bám
Khô sạch
Khô sạch
ẩm v
à b
ẩn

Rất thuận lợi
Bình thường
Không thu
ận lợi

0,7
0,5
0,3

Theo điều kiện lực bám, để xe chuyển động được thì:
P
k
≤ T
max
=.G
k
.
Mà
G
PG

DPGDP
G
PP
D
wk
wk
wk




.
.


Kết hợp với điều kiện chuyển động được của ô tô về mặt lực kéo ta có
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 8
G
PG
D
dtg
dv
if
wk


.

.


điều kiện chuyển động chung của xe
Theo định luật bảo toàn chuyển động của khối tâm của cơ hệ có thể phân tích
quá trình chuyển động của ô tô như sau:
Khi khởi động, áp lực của hơi nước hoặc của khí nén bên trong động cơ là lực
trong, tự nó không thể làm cho khối tâm của hệ di chuyển. Chuyển động có thể
thực hiện được là nhờ động cơ đã truyền mô men quay M
k
cho các bánh chủ động.
Khi tiếp điểm B của bánh chủ động có khuynh hướng trượt về phía sau (sang trái)
thì lực bám T sinh ra sẽ hướng về phía trước (sang phải). Nhờ có lực ngoài này mà
trọng tâm của ô tô chuyển động được sang phải. Còn ở bánh bị động (bánh dẫn)
tác dụng vào bánh bị động không phải là mô men quay M
k
mà là lực P đặt vào trục
của bánh. Dưới tác dụng của lực P, cả bánh và điểm A tiếp xúc với mặt đường bị
trượt về phía trước. Khi đó lực ma sát hướng về phía sau tác dụng vào bánh xe là
lực ngoài cản lại chuyển động. Nếu không có lực bám T hoặc lực đó không đủ lớn
để thắng sức cản của các bánh bị động, thì ô tô không thể di chuyển về phía trước
được. Lúc đó các bánh chủ động sẽ quay tại chỗ (sa lầy).

2.4 SỰ HÃM XE VÀ CỰ LY HÃM XE
Khi xử lý các tình huống giao thông trên đường thì người lái xe thường phải
căn cứ vào khoảng cách tới các chướng ngại vật để ướt tính cường độ hãm phanh
sao cho xe vừa kịp dừng lại trước chúng. Khi thiết kế đường phải đảm bảo khoảng
cách này cho người lái xe trong mọi trường hợp. Do đó, khi xét điều kiện an toàn
chạy xe, chiều dài hãm xe có một ý nghiã rất quan trọng.
Khi hãm phanh trên các bánh xe, má phanh tác dụng vào vành xe sinh ra mô

men hãm M
h
và mô men này sinh ra lực hãm phanh P
h
.

Mh
rk
Pk
T
Pk
A

Hình 2.5 Sơ đồ phát sinh lực hãm xe

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 9
Lực hãm phanh P
h
chỉ có tác dụng khi có đủ sức bám giữa lốp xe với mặt
đường, nếu không thì xe vẫn trượt trên mặt đường mặc dù bánh xe không quay
nữa. Vì vậy lực hãm có ích lớn nhất chỉ có thể bằng lực bám lớn nhất, nghĩa là:
P
h
= T
max
=  G
h

Trong đó:  - hệ số bám
G
h
– trọng lượng hãm, vì tất cả các bánh xe đều bố trí bộ phận hãm
phanh nên trọng lượng hãm cũng bằng trọng lượng toàn bộ G của xe.
Ngoài lực hãm phanh P
h
, khi hãm xe các lực cản khác cũng tham gia vào
quá trình hãm, nhưng vì khi hãm xe, xe chạy chậm nên lực cản do không khí P
w
là
không đáng kể, còn lực cản lăn P
f
và lực quán tính P
j
được bỏ qua để tăng an toàn.
Do vậy tổng lực hãm lúc này chỉ gồm lực hãm phanh P
h
và lực cản do dốc P
i
,
nghĩa là:
∑P
hãm
= P
h
+ P
i
= G  iG = G(  i)

trong đó: i – độ dốc dọc của đường.
Gọi v
1
và v
2
(m/s) là tốc độ của ô tô trước và sau khi hãm phanh. Theo
nguyên lý bảo toàn năng lượng thì công của tổng lực hãm sinh ra trên chiều dài
hãm xe S
h
phải bằng động năng tiêu hao do tốc độ ô tô giảm từ v
1
xuống v
2
, tức là:
G(  i)S
h
=
22
2
2
2
1
2
2
2
1
vv
g
G
vv

m




Do đó có thể tính được chiều dài hãm xe:
 
ig
vv
S
h




2
2
2
2
1

Vì khi hãm xe với cường độ cao, chiều dài hãm xe ngoài thực tế sẽ lớn hơn
so với lý thuyết, do đó phải đưa vào công thức trên hệ số sử dụng phanh k. Theo
thực nghiệm nên lấy k = 1,2 với ô tô con và k = 1,3 – 1,4 với ô tô tải và ô tô buýt.
Do đó ta có:
 
ig
vv
kS
h





2
.
2
2
2
1

Nếu tốc độ xe tính bằng km/h thì:
 
i254
VV
.kS
2
2
2
1
h



, m
Khi hãm xe, nếu xe dừng lại hẳn thì V
2
= 0, do đó:
 
i254

k.V
S
2
h



, m
Theo định luật bảo toàn chuyển động của khối tâm của cơ hệ có thể phân
tích quá trình hãm phanh của ô tô như sau:
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ơ TƠ


II - 10
Để hãm phanh, người lái phanh cho má phanh áp chặt vào tang quay gắn
liền với bánh xe, lực ma sát giữa má phanh và tang quay sinh ra mơ men hãm M
h
.
Lực ma sát giữa má phanh và tang quay là lực trong, tự nó khơng làm thay đổi
được chuyển động của khối tâm tức là khơng hãm được xe đang chạy. Nhưng ma
sát giữa má phanh và tang quay sẽ làm cho bánh xe quay chậm lại và làm cho ma
sát giữa bánh xe với mặt đường tăng lên. Lực bám khi hãm là lực ngồi, có chiều
ngược với chiều chuyển động, nó làm cho khối tâm của xe phải chuyển động chậm
dần nghĩa là bị hãm lại.

2.5. TẦM NHÌN XE CHẠY.
Để đảm bảo xe chạy an tồn, người lái xe ln ln cần phải nhìn thấy rõ
một đoạn đường ở phía trước để kịp xử lý mọi tình huống giao thơng như tránh các
chỗ hư hỏng, các chướng ngại vật, vượt xe,… Chiều dài đoạn đường tối thiếu cần
nhìn thấy ở phía trước đó gọi là tầm nhìn chạy xe. Khi thiết kế đường cần phải đảm

bảo được tầm nhìn này.
Trở ngại đối với tầm nhìn có thể xảy ra ở chỗ đường vòng trên bình đồ
(Hình 2.6a) hoặc cũng có thể xảy ra ở những chỗ đỉnh dốc lồi trên trắc dọc (Hình
2.6b).
Vùng cản trở tầm nhìn
Tim đường
Qũy đạo xe chạy
Vùng cản trở tầm nhìn
a)
b)


Hình 2.6 Khái niệm về tầm nhìn
a) Trên bình đồ; b) Trên trắc dọc

Cần phải xác định chiều dài tầm nhìn tối thiểu S này tùy thuộc vào một số
tình huống giao thơng trên đường theo các sơ đồ sau đây:
2.5.1 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 1:
Ơ tơ gặp chướng ngại vật trên làn xe đang chạy, người lái xe cần phải nhìn
thấy chướng ngại vật và kịp dừng xe trước nó (Hình 2.7).
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 11
S1
lpu
Sh
l0

Hình 2.7 Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 1

Theo hình vẽ ta có:
S
1
= l
pu
+ S
h
+ l
0

Trong đó:
l
pu
– chiều dài xe chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, là
thời gian từ lúc lái xe nhận ra chướng ngại vật đến khi tác động hãm xe phát
huy hiệu quả hãm hoàn toàn, trong thiết kế đường quy định thời gian này là
1s, do đó: l
1
= v.t = v (m).
v – tốc độ ô tô trước khi hãm phanh, m/s;
S
h
– Chiều dài xe chạy được trong quá trình hãm xe,
 
i2g
v
k.S
2
h




, m
l
0
– Cự ly an toàn, thường lấy từ 5 – 10m;
Do đó:
 
0
2
1
l
i2g
v
k.vS 



, m
Nếu vận tốc V tính bằng km/h thì:
 
0
2
1
l
i254
V
k.
3,6

V
S 



, m
2.5.2 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 2:
Theo sơ đồ này, hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe và kịp
dừng lại trước nhau một cách an toàn (Hình 2.8).

S2
lpu1
Sh1 l0 Sh2
lpu2
1
1
2 2

Hình 2.8 Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 2

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 12
Theo hình vẽ ta có:
S
2
= l
pu1
+ S

h1
+ l
0
+ S
h2
+ l
pu2
(m)
Trong đó:
l
pu1
, l
pu2
- chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong thời gian người lái xe phản
ứng tâm lý, lập luận tương tự như trên ta có:
l
1
= v
1
l
2
= v
2
, (m)
v
1
, v
2
– vận tốc của xe 1 và xe 2, m/s;
S

h1
, S
h2
- chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong suốt quá trình hãm phanh.
 
i2g
v
k.S
2
1
h1



, m
 
i2g
v
k.S
2
2
h2



, m
(giả thiết xe 1 lên dốc và xe 2 xuống dốc)
l
0
– Cự ly an toàn, thường lấy từ 5 – 10m;

Do đó:
   
0
2
2
2
1
212
l
i2g
v
k
i2g
v
k.vvS 





, m
Nếu 2 xe chạy cùng tốc độ là V
1
= V
2
= V, vận tốc V tính bằng km/h thì:
 
0
22
2

2
l
127
V
k
1,8
V
S 


i


, m
2.5.3 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 3:
Theo sơ đồ này, hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe, xe chạy
trái làn phải kịp lái về làn xe của mình để tránh xe kia một cách an toàn và không
giảm tốc độ (Hình 2.9).
1
1
2 2
l1 l2
r
a
l2/2
a/2
r
S3
lo l3 l'1

Hình 2.9 Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 3

Theo hình vẽ ta có: S
3
= l
1
+ l
2
+ l
0
+ l
3
+ l’
1
(m)
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 13
Trong đó:
l
1
và l’
1
- chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong thời gian người lái xe phản
ứng tâm lý, lập luận tương tự như trên ta có: l
1
= v
1
, l’

1
=v
2
(m)
v
1
và v
2
– vận tốc của xe 1 và xe 2, m/s;
l
2
- chiều dài xe 1 chạy được trong thời gian lái tránh xe 2, theo hình vẽ 2.9,
xét tam giác vuông nội tiếp trong nửa vòng tròn bán kính r, ta có:
ar
4
a
ar
2
a
2r
2
a
2
l
2
2
2
















trong đó:
a – khoảng cách giữa trục các làn xe, m;
r – bán kính tối thiểu xe có thể lái ngoặt được tính theo điều kiện ổn định
chống trượt ngang, m;

)(127
r
2
nn
i
V




với φ
n
là hệ số bám ngang φ

n
=0,6φ (thường lấy φ
n
=0,3-0,35) và i
n
là độ dốc
ngang mặt đường (i
n
=2-4%)
từ đó ta có: ar2l
2
 , m
l
3
– đoạn đường xe 2 đi được trong thời gian xe 1 lái tránh, ta có:
2
3
1
2
v
l
v
l
t 

ar
v
v
2l
v

v
l
1
2
2
1
2
3

, m
Do đó:
0
1
2
213
ar
v
v
2ar2vS lv  , m
Nếu 2 xe chạy cùng tốc độ V
1
= V
2
= V, km/h thì:
ml ,ar4
1,8
V
S
03


2.5.4 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 4:
Hai xe cùng chiều có thể vượt nhau, xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy
chậm với khoảng cách an toàn S
h1
-S
h2
và khi quan sát làn xe trái chiều, xe 1 vượt
xe 2 và quay về làn của mình an toàn (Hình 2.10). Vận tốc các xe là v
1
, v
2
và v
3

(v
1
>v
2
) thường lấy v
2
=v
3
=v
tk
và xe 1 chạy nhanh hơn xe 2 là 15km/h
Xe 1 chạy đến mặt cắt 0-0 thì bắt kịp xe 2 và quay về làn của mình cách xe 2 một
khoảng cách an toàn S
h2
+l
0

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 14
Toàn bộ quá trình vượt xe không thay đổi tốc độ
1
1
3 3
1
2 22
S4
l1 l2 l'
l3
0
0
Sh1-Sh2
Sh2+l0

Hình 2.10 Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 4

Ta có: S
4
= l
1
+ l
2
+l’
2
+ l

3
, m (1)
Trong đó:
l
1
- chiều dài xe 1 chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lập luận
tương tự như trên ta có: l
1
= v
1
, m
* Tính l
1
+l
2
:
Thời gian xe 1 chạy đến mặt cắt 0-0 bằng thời gian xe 2 chạy đến mặt cắt 0-0
21
12211
2
2
212
1
21
)()(
v
l
vv
lvSSv
l

v
SSll
hhhh







Thay l
1
=v
1
, khai triển S
h1
và S
h2
; rút l
1
+l
2
ta có
)(2
)(
211
21
2
1
21

ig
vvkv
vv
v
ll






(2)
* Tính l’
2
:
Thời gian mà xe 1 đi từ mặt cắt 0-0 về làn xe thuận cũng bằng thời gian xe 2 đi từ
mặt cắt 0-0 đến cách xe 1 một khoảng cách S
h2
+l
0



















0
2
2
21
1
21
02
1
'
2
21
02
2
02
'
2
1
'
2
)(2
.
)(

l
ig
kv
vv
v
vv
lS
vl
vv
lS
v
lSl
v
l
hhh

(3)
* Tính l
3
:
Trong thời gian xe 1 chạy được quãng đường l
1
+l
2
+l’
2
thì xe 3 chạy được quãng
đường l
3
. Như vậy ta có:

)(
'
221
1
3
3
1
'
221
3
3
lll
v
v
l
v
lll
v
l


 (4)
Thay (2), (3), (4) vào (1) ta có
)1).((
1
3
'
2214
v
v

lllS 
(5)
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 15
Thay (2)+(3) vào (5) và viết gọn lại ta có
)1.(
)(2)(2
)(
1
3
0
2
2
21
1211
21
2
1
4
v
v
l
ig
kv
vv
v
ig
vvkv

vv
v
S 


























Công thức trên có thể tính đơn giản hơn, nếu như người ta dùng thời gian

vượt xe thống kê được trên đường. Trị số này trong trường hợp bình thường,
khoảng 10s, và trong trường hợp cưỡng bức, khi xe đông, khoảng 7s. Lúc đó
chiều dài tầm nhìn theo sơ đồ 4 có 2 trường hợp
- Bình thường S
4
=6.V
- Cưỡng bức S
4
=4.V
VẬN DỤNG CÁC SƠ ĐỒ TẦM NHÌN :
1. Sơ đồ 1: Là sơ đồ cơ bản nhất cần phải kiểm tra trong bất kỳ tình huống nào
của đường. Quy trình Việt Nam quy định Các tầm nhìn được tính từ mắt
người lái xe có vị trí: chiều cao 1,00 m bên trên phần xe chạy, xe ngược
chiều có chiều cao 1,20 m, chướng ngại vật trên mặt đường có chiều cao
0,10 m.
2. Sơ đồ 2 : Thường áp dụng cho các đường không có dải phân cách trung tâm
và dùng để tính toán bán kính đường cong đứng.
3. Sơ đồ 3 : Không phải là sơ đồ cơ bản, ít được sử dụng trong các quy trình
nhiều nước
4. Sơ đồ 4 : Là trường hợp nguy hiểm, phổ biến xảy ra trên đường có 2 làn xe.
Khi đường có dải phân cách giữa, trường hợp này không thể xảy ra. Tuy
vậy, trên đường cấp cao, tầm nhìn này vẫn phải kiểm tra nhưng với ý nghĩa
là bảo đảm một chiều dài nhìn được cho lái xe an tâm chạy với tốc độ cao.

Bảng 2.4 (bảng 10 TCVN 4054-05) Các giá trị tầm nhìn tối thiểu khi xe chạy trên đường
Cấp đường I II III IV V VI
Tốc độ thiết kế
(km/h)
120 100 80 60 60 40 40 30 30 20
Tầm nhìn hãm xe

S
1
(m)
210 150 100 75 75 40 40 30 30 20
Tầm nhìn trước xe
ngược chiều S
2
(m)
- - 200 150 150 80 80 60 60 40
Tầm nhìn vượt xe
S
VX

(m)

- - 550 350 350 200 200 150 150 100


2.6 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐOÀN XE KÉO MOÓC
Trong khi tính toán sức kéo của ô tô, chúng ta thấy trên phần lớn chiều dài
đường không sử dụng hết lực kéo của ô tô, nhất là ở vùng đồng bằng. Vì vậy, sử
dụng moóc kéo sau xe là một biện pháp hữu hiệu để nâng cao năng suất đoàn xe và
tận dụng lực kéo, tiết kiệm nhiên liệu chuyên chở. TCVN 4054-05 quy định xe dài
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 16
nhất là xe moóc tỳ, chiều rộng phủ bì 2,50 m, cao 4,00 m và toàn chiều dài là
16,5m. Khi trong đoàn xe có xe lớn hơn lưu thông, có thể tham khảo tiêu chuẩn
các nước khác. Theo tiêu chuẩn Mỹ, đoàn xe kéo moóc không rộng quá 2,6m,

không cao quá 4,0m và đoàn xe dài nhất (mang ký hiệu WB-114) không dài quá
35m
Về sự chuyển động của đoàn xe kéo moóc có những chú ý sau đây:
- Về yêu cầu an toàn, tất cả các moóc hiện đại đều có bố trí phanh hãm trên
các trục của moóc
- Lực cản lăn và lực cản lên dốc cũng như chiếc xe đơn nhưng phải tính với
trọng lượng của toàn đoàn xe
- Hệ số lực cản không khí lớn hơn nhiều so với xe đơn chiếc nhưng vì tốc độ
đoàn xe chạy chậm nên trị số tuyệt đối không tăng đáng kể
- Trong lực cản quán tính chú ý tới quán tính quay của các bộ phận của moóc
Ta có phương trình chuyển động của đoàn xe kéo moóc
dt
dv
nQG
g
kFV
ifnQGP
mmk
)(
13
))((
2



Trong đó
n - số moóc
Q
m
- Trọng lượng của mỗi moóc

β - Hệ số kể đến quán tính quay của các moóc
Trường hợp vận tốc của đoàn xe thấp, lực cản không khí coi như không đáng kể,
nếu chuyển động đều thì dv/dt=0 và ta có phương trình
P
k
=(G+nQ
m
).(f±i)
Căn cứ phương trình trên, khi biết điều kiện đường f và i, sẽ xác định được số hàng
kéo theo moóc hoặc khi yêu cầu về moóc đã xác định thì sẽ tính được độ dốc dọc
tối đa có thể khắc phục được Thường đoàn xe kéo moóc phải có mọt dự trữ nhất
định về lực kéo : ở chuyển só trực tiếp nhất phải khắc phục được dốc từ 1-1,5%, ở
chuyển số II phải khắc phục được độ dốc tối đa của đường
Khi xe kéo moóc, lực kéo của động cơ vẫn là P
k
nhưng trọng lượng phải kéo khác
đi, nhân tố động lực mới sẽ nhỏ đi nhiều
G
nQG
DD
nQG
G
DD
nQG
G
G
PP
nQG
PP
D

m
mm
wk
m
wk
)(
)(
.
)(
.
)(
'
''











Như vậy, các trị số nhân tố động lực phải được tính lại khi có kéo moóc theo các
quan hệ trên.

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ

II - 17
2.7. TÍNH HAO TỔN NHIÊN LIỆU VÀ HAO MÒN LỐP TRÊN ĐƯỜNG
2.7.1 Tính hao tổn nhiên liệu:
Lượng tiêu hao nhiên liệu là một chỉ tiêu quan trọng vì nó ảnh hưởng đến giá thành
vận tải, là chỉ tiêu để tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tuyến. Nhiên liệu
tiêu hao để sản ra công vận chuyển nên lượng tiêu hao phụ thuộc vào điều kiện
đường sá.
Về lý thuyết, lượng tiêu hao nhiên liệu cho một xe chạy trên 100km đường được
tính theo công thức:
lít/100km,
10.V.γ
.Nq
1000.V.γ
.N.100q
Q
ee
100

trong đó:
q
e
– tỉ suất tiêu hao nhiên liệu, tức là số nhiên liệu cần tiêu hao để sinh ra 1
mã lực trong 1 giờ (g/mã lực giờ), q
e
phụ thuộc vào số vòng quay của động
cơ, tỷ số chuyền động và độ mở bướm xăng. Trong tính toán thường giả
thiết bướm xăng mở hoàn toàn và thường lấy q
e
= 250 - 300 g/mã lực giờ;
γ – dung trọng của nhiên liệu, g/lít.

N – công suất hiệu dụng do động cơ ô tô sản sinh ra để khắc phục các lực
cản của đường, mã lực.
V – tốc độ xe chạy, km/h;
3,6.75.η
.P
N
k
V


trong đó:
P
k
- lực kéo sản sinh để cân bằng với các lực cản
 - hệ số hiệu dụng của động cơ ô tô;
V – tốc độ xe chạy, km/h;
Khi xe chạy cân bằng ta có P
k
=Pcản
Pcản – tổng lực cản khi xe chạy với tốc độ đều,
 

 ifG
13
KFv
P
2
caûn

 - hệ số hiệu dụng của động cơ ô tô;

Các số 3,6 và 75 – quy đổi đơn vị công suất ra mã lực;
Do đó ta có công thức tính lượng tiêu hao nhiên liệu:
 
kmlít 100/,ifG
13
KFv
.2700.η
q
Q
2
e
100









TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


II - 18
Từ công thức trên ta thấy tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện đường cụ thể
là chất lượng mặt đường và độ dốc dọc của đường (f và i).
Khi xe chạy trong thành phố, do giao thông thì người lái xe phải tăng tốc, giảm tốc
(điều kiện), dừng xe trước các đèn tín hiệu làm cho tiêu hao nhiên liệu tăng lên.
Các nhà khoa học đã chứng minh tiêu hao nhiên liệu tối ưu khi xe chạy với vận tốc

từ 50100 Km/h. Tiêu hao nhiên liệu còn phụ thuộc vào loại xe, chất lượng xe.








2.7.2 Hao mòn săm lốp:
Mức độ hao mòn lốp cũng là một thành phần đáng kể khi tính toán giá thành
vận doanh, sự hao mòn lốp phụ thuộc vào tốc độ xe chạy. Khi tốc độ xe chạy lớn,
lốp bị nóng lên do lực xung kích lớn nên hao mòn lốp nhiều hơn khi xe chạy chậm
Sự hao mòn lốp cũng phụ thuộc vào loại mặt đường, mặt đường càng cứng
và bằng phẳng thì tuổi thọ của lốp càng cao và ngược lại
Khi xe chạy trong đường cong, do lực đẩy ngang làm biến dạng lốp xe, tăng
lực cản lên lốp xe cũng chóng hao mòn hơn và nhiên liệu cũng tiêu hao nhiều hơn.

o0o