Ổn Định (Quay Vòng Và Chuyển Động Thẳng) Chuyển Động Xe Nhiều Cầu Chủ Động (4X4).Pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

.+Ï$/8Ұ17Ӕ71*+,ӊ3
1*¬1+&Ð1*1*+ӊ.Ӻ7+8Ұ7Ơ TƠ

Ә1Ĉӎ1+48$<9Đ1*9¬&+8<ӆ1ĈӜ1*7+Ҷ1*

&+8<ӆ1ĈӜ1*;(1+,ӄ8&Ҫ8&+ӪĈӜ1*;



*9+'76/Ỉ00$,/21*
697+ 75Ҫ17+$1+48Ỉ1
 +8ǣ1+.+Ӣ,0,1+

S K L0 0 7 9 6 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỔN ĐỊNH (QUAY VÒNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG)
CHUYỂN ĐỘNG XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG (4X4)

SVTH: TRẦN THANH QUÂN

MSSV: 13145207
SVTH: HUỲNH KHỞI MINH
MSSV: 13145159
GVHD: TS. LÂM MAI LONG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Tên đề tài:

ỔN ĐỊNH (QUAY VÒNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG)
CHUYỂN ĐỘNG XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG (4X4)

SVTH: TRẦN THANH QUÂN
MSSV: 13145207
SVTH: HUỲNH KHỞI MINH
MSSV: 13145159
GVHD: TS. LÂM MAI LONG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
ii

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép chúng em gửi lời cảm ơn đến nhà trường, khoa Cơ khí
Động lực đã tạo điều kiện, cung cấp các tài liệu tham khảo và tạo môi trường cho
chúng em thực hiện đề tài tốt nghiệp. Thứ hai, chúng em đặc biệt cảm ơn thầy Lâm
Mai Long, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi
để chúng em có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp.
Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức về chun mơn của chúng em
cịn nhiều hạn hẹp, nên mong q thầy cơ, các bạn có thể đóng góp nếu có mọi sai
sót, để đề tài được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn và chúc các thầy cô sức khỏe và thành đạt.

iii


TÓM TẮT
Đề tài tốt nghiệp nghiên cứu về sự ổn định chuyển động khi quay vòng và
chuyển động thẳng của xe ô tô du lịch nhiều cầu chủ động. Đề tài thực hiện việc
nghiên cứu về cơ học lăn của bánh xe – góc lệch hướng, đặc tính hướng, sự
truyền năng lượng trên xe nhiều cầu chủ động, lý thuyết về ổn định chuyển động
thẳng và quay vòng sử dụng mơ hình phẳng một vết, lập mơ hình và tính toán ổn
định chuyển động. Kết quả thu được cho thấy, khi ta tăng vận tốc chuyển động khi
quay vịng thì tính chất quay vịng thiếu càng thể hiện rõ ở xe có cầu trước chủ
động, thể hiện ít nhất ở xe có cầu sau chủ động, đối với trường hợp 2 cầu chủ động
là trung tính. Xe có cầu trước chủ động thì độ mất ổn định cao nhất, cần đánh thêm
tay lái nhiều nhất, sau đó đến xe 2 cầu và cuối cùng là xe có cầu sau chủ động. Sự
thay đổi vận tốc tỉ lệ thuận với bán kính quay vịng thực tế của xe. Đối với trường
hợp ổn định chuyển động thẳng, khi khảo sát với một vận tốc khơng đổi thì khơng
có sự khác biệt rõ rệt về bán kính quay vịng ở xe có cầu trước, cầu sau và 2 cầu
chủ động.

iv


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... i
TÓM TẮT ............................................................................................................... iv
MỤC LỤC................................................................................................................ v
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI ....................................................1
1.1.Lời mở đầu .......................................................................................................1
1.2.Mục đích của đề tài ..........................................................................................1
1.3.Giới hạn của đề tài ..........................................................................................2
1.4.Phương pháp nghiên cứu ................................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ HỌC LĂN – GĨC LỆCH HƯỚNG – ĐẶC TÍNH HƯỚNG .........3
2.1.Bánh xe .............................................................................................................3
2.1.1.Bán kính thiết kế r0 ........................................................................................3
2.1.2.Bán kính tự do rtd ...........................................................................................4
2.1.3.Bán kính tĩnh rt ..............................................................................................4
2.1.4.Bán kính động lực học rd ...............................................................................4
2.1.5 Bán kính lăn rl ................................................................................................4
2.1.6.Bán kính tính tốn (bán kính làm việc trung bình) r ......................................6
2.2.Động học lăn của bánh xe không biến dạng ....................................................6
2.2.1.Các khái niệm ................................................................................................6
2.2.2.Các quan hệ động học khi bánh xe lăn .........................................................7
2.3 Động lực học chuyển động bánh xe ...............................................................10
2.3.1.Bánh xe bị động không phanh (Mk = 0, MP = 0) ..........................................10
2.3.2.Bánh xe chủ động (Mk ≠ 0, Mp = 0) .............................................................11

v


2.3.3.Bánh xe chủ động hoặc bị động bị phanh (Mp ≠ 0, Mk = 0) ........................12

2.4.Sự bám và đặc tính trượt của bánh xe ...........................................................13
2.4.1.Khả năng bám .............................................................................................13

2.4.2.Hệ số bám φ ................................................................................................13
2.4.3.Điều kiện bám .............................................................................................14
2.4.4.Đặc tính trượt .............................................................................................15
2.5.Góc lệch hướng và đặc tính hướng ...............................................................17
2.5.1.Khái niệm góc lệch hướng ..........................................................................17
2.5.2.Đặc tính hướng ...........................................................................................20
Chương 3: SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG ..24
3.1.Quá trình truyền năng lượng từ động cơ tới bánh xe chủ động .....................24
3.1.1.Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực .....................24
3.1.2.Quá trình biến đổi năng lượng trong hệ thống chuyển động ......................26
3.2.Phân phối công suất trên ô tô .........................................................................27
3.2.1.Sự phân phối công suất của vi sai ở cầu chủ động ....................................27
3.2.1.1.Động học của cơ cấu vi sai ....................................................................28
3.2.1.2.Động học và mô men của vi sai bánh xe ...............................................29
3.2.1.3.Quan hệ mô men ....................................................................................31
3.2.1.4. Quan hệ về lực của cầu có vi sai ..........................................................33
3.2.2.Phân phối công suất không vi sai ................................................................35
3.2.2.1.Các quan hệ động học và moment.........................................................36
3.2.2.2.Nghiên cứu quá trình chuyển động thẳng ..............................................38
3.2.2.3.Trạng thái lăn của cầu – Hiện tượng lưu thông công suất .....................40
Chương 4: LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG ...........................................44
4.1.Xây dựng hệ trục tọa độ khảo sát ...................................................................44

4.2.Các lực tác dụng lên ô tô ................................................................................46
4.2.1.Trong mặt phẳng dọc ..................................................................................46
4.2.1.1.Lực kéo Fk ..............................................................................................47
4.2.1.2.Lực cản lăn Ff .........................................................................................47
4.2.1.3.Mô men cản lăn Mf .................................................................................48
vi


4.2.1.4.Phản lực pháp tuyến Z1, Z2 ....................................................................48
4.2.1.5.Lực cản khơng khí Fω .............................................................................49
4.2.1.6.Lực cản quán tính Fj ...............................................................................50
4.2.2.Trong mặt phẳng ngang ..............................................................................51
4.2.2.1.Lực bên (lực ngang) Fy...........................................................................51
4.2.2.2. Mô men đàn hồi Mz:...............................................................................53
4.2.2.3.Lực ly tâm Flt ..........................................................................................55
4.3.Mơ hình khảo sát và các quan hệ động học, động lực học ô tô 1 cầu và 2 cầu
chủ động ......................................................................................................56
4.3.1.Các giả thiết ................................................................................................56
4.3.2.Động lực học ô tô 1 cầu chủ động ..............................................................57
4.3.2.1.Cầu trước chủ động ...............................................................................57
4.3.2.2.Cầu sau chủ động ..................................................................................59
3.2.3 Động lực học ô tô 2 cầu chủ động ..............................................................60
4.4.Ảnh hưởng của góc lệch hướng đến động lực học quay vịng của ơ tơ ........61
CHƯƠNG 5: LẬP MƠ HÌNH VÀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE
Ơ TƠ DU LỊCH 4X4 .....................................................................................67
5.1.Các thơng số kỹ thuật cơ bản Toyota Fortuner 2.7V 4x4 ...............................67
5.2.Các thông số tính tốn ....................................................................................68
5.3.Tính tốn ổn đinh quay vịng ..........................................................................69
5.4.Mơ phỏng quỹ đạo chuyển động quay vịng trên labview ..............................73
5.5.Mơ tả quỹ đạo ổn định chuyển động thẳng.....................................................81

5.5.1.Cơ sở lý thuyết ............................................................................................82
5.5.2.Tính tốn bán kính R(Yw) ............................................................................84
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN.......................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................89

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2. 1: Đặc tính quan hệ giữa bán kính lăn và lực kéo rl(Fk).................................5
Hình 2. 2: Bánh xe lăn khơng trượt ............................................................................8
Hình 2. 3: Bánh xe chủ động trượt quay ....................................................................8
Hình 2. 4: Bánh xe phanh ...........................................................................................9
Hình 2. 5: Các lực và mơ men tác dụng lên bánh xe bị động khi lăn .......................10
Hình 2. 6: Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động khi lăn ....................11
Hình 2. 7: Bánh xe phanh .........................................................................................12
Hình 2. 8: Đặc tính trượt tồn bộ của lực Fk và X..................................................16
Hình 2. 9: Đặc tính trượt của các bánh xe .............................................................17
Hình 2. 10: Bánh xe dưới tác dụng của lực ngang...................................................18
Hình 2. 11: Góc lệch hướng của bánh xe ................................................................19
Hình 2. 12: Đồ thị Kamm biểu diễn mối quan hệ của khả năng truyền lực dọc Fx và
lực bên Fy của bánh xe .............................................................................................20
Hình 2. 13: Ảnh hưởng của lực dọc đến đặc tính lệch bên của bánh xe. ................21
Hình 3. 1: Hệ thống truyền lực của xe VAZ 2121 .....................................................24
Hình 3. 2: Sự truyền năng lượng từ động cơ xuống bánh xe chủ động ..................25
Hình 3. 3: Sơ đồ truyền lực xe nhiều cầu chủ động .................................................28
Hình 3. 4: Sơ đồ truyền động vi sai bánh rang nón ..................................................29
Hình 3. 5: Sơ đồ quay vịng của cầu chủ động ........................................................30
Hình 3. 6: Quan hệ về lực của cầu có vi sai khi làm việc .........................................34

Hình 3. 7: Các sơ đồ phân phối công suất không vi sai ...........................................35
Hình 3. 8: Đặc tính lực của bán kính lăn ..................................................................38
Hình 3. 9: Trường hợp bánh xe tới giới hạn bám ....................................................40
Hình 3. 10: Trạng thái chuyển động của cầu với lực Fk khác nhau .........................41
Hình 4. 1: Quan hệ động học của ơ tơ trong mơ hình phẳng ...................................44
Hình 4. 2: Xác định vị trí trọng tâm ơ tơ tại một thời điểm xác định ..........................45
Hình 4. 3: Các lực tác dụng lên ơ tơ .........................................................................46
Hình 4. 4: Sơ đồ xác định diện tích cản chính diện của ơ tơ ....................................50
Hình 4. 5: Quan hệ giữa lực bên và góc lệch hướng ...............................................52
Hình 4. 6: Sự thay đổi của vết tiếp xúc và các mối quan hệ động học, động lực học
của bánh xe khi v = 0 và v ≠ 0. ................................................................................54
Hình 4. 7: Mơ men đàn hồi bánh xe Mz ....................................................................55
viii


Hình 4. 8: Mơ hình động lực học của ơ tơ cầu trước chủ động ................................58
Hình 4. 9: Mơ hình động học của ơ tơ cầu sau chủ động .........................................59
Hình 4. 10: Mơ hình động học của ơ tơ hai cầu chủ động ........................................60
Hình 4. 11: Động học quay vịng ơ tơ khơng có biến dạng của lốp ..........................62
Hình 4. 12: Động học quay vịng của ơ tơ có kể đến biến dạng của lốp ..................63
Hình 4. 13: Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tính chất quay vịng trung tính ............64
Hình 4. 14: Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tính chất quay vịng thiếu ....................65
Hình 4. 15: Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tính chất quay vịng thừa ....................66
Hình 5. 1: Quỹ đạo chuyển động của ô tô cầu trước chủ động khi thay đổi vận tốc74
Hình 5. 2: Đồ đặc tính trượt tồn bộ của lực kéo Fk.................................................75
Hình 5. 3: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của hệ số bám dọc và bám ngang theo độ
trượt ..........................................................................................................................75
Hình 5. 4: Quỹ đạo chuyển động của ô ô cầu sau chủ động khi thay đổi vận tốc....76
Hình 5. 5: Quỹ đạo chuyển động của ô tô 2 cầu chủ động khi thay đổi vận tốc ......77
Hình 5. 6: Quỹ đạo chuyển động của cả 3 trường hợp với v = 20 m/s ....................78

Hình 5. 7: Quỹ đạo chuyển động của cả 3 trường hợp với v = 25 m/s ....................79
Hình 5. 8: Quỹ đạo chuyển động của cả 3 trường hợp với v = 30 m/s ....................80
Hình 5. 9: Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tính chất quay vịng thiếu ......................83
Hình 5. 10: Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tính chất quay vịng thừa ....................84
Hình 5. 11: Đồ thị bán kính quay vịng thực tế R(Yw) ...............................................87

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3. 1: Bảng quy ước về dấu của mơ men và tốc độ góc ..................................31
Bảng 4. 1: Giá trị của hệ số cản lăn f0 ......................................................................48
Bảng 4. 2: Giá trị của hệ số cản khơng khí Cx và diện tích cản chính diện S ..........50
Bảng 5. 1: Các thông số kỹ thuật Toyota Fortuner 2.7V 4x4 ...................................67
Bảng 5. 2: Bảng giá trị khảo sát ổn định chuyển động thẳng ...................................86

x


1.1.Lời mở đầu

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

Tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ cho quỹ đạo chuyển động theo
yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Tùy thuộc điều kiện sử dụng,
ơ tơ có thể đứng n, chuyển động trên đường dốc (đường có gốc nghiêng dọc
hoặc nghiêng ngang) có thể phanh hoặc quay vòng ở các loại đường khác nhau
(đường xấu hoặc đường tốt…).
Ổn định chuyển động của ô tô là một yêu cầu rất quan trọng. Khái niệm

chuyển động ổn định của ô tô là khi ô tô chuyển động thẳng, thì nó phải duy trì
được hướng chuyển động thẳng và không bị lệch, nếu như người lái không đánh
vơ lăng hay khơng lý do gì đánh vơ lăng thì ơ tơ phải duy trì được hướng chuyển
động thẳng của nó. Nhưng thực tế ơ tơ cũng khó giữ được quỹ đạo chuyển động
thẳng, nó sẽ chịu tác động của nhiều yếu tố làm cho sự ổn định chuyển động thẳng
của ơ tơ bị ảnh hưởng. Cịn khái niệm chuyển động khi quay vịng là khi người lái
đánh vơ lăng để điều khiển hướng chuyển động mong muốn, nhưng khi đánh vơ
lăng như vậy thì trạng thái quay vịng của ơ tơ nó sẽ chịu ảnh hưởng của rất nhiều
yếu tố, trong lý thuyết ơ tơ thì người có phân ra làm ba trạng thái quay vòng: quay
vòng thiếu, quay vịng thừa, quay vịng trung tính. Và chúng ta sẽ phân tích ba
trạng thái quay vịng này để đánh giá tính ổn định chuyển động của ơ tơ.
1.2.Mục đích của đề tài
Nội dung của đề tài là xây dựng được mơ hình nghiên cứu lý thuyết để thiết
lập các phương trình mơ tả quỹ đạo chuyển động của ơ tơ bằng mơ hình phẳng một
vết. Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe khi biết trước quy luật đánh lái, xem xét
các nhân tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động khi ơ tơ quay vịng có kể đến các
đặc tính biến dạng của lốp, sự phân bố tải trọng lên các bánh xe, phân phối công
suất, thay đổi vận tốc của xe, điều đó làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô.
Ta đặc biệt quan tâm đến xe có cầu chủ động là bởi vì ngun nhân chủ yếu khiến
1


cho ô tô bị mất ổn định khi chuyển động thẳng và quay vịng là do góc lệch hướng
tại các bánh xe, mà góc lệch hướng của ơ tơ của cầu trước, cầu sau không chỉ phụ
thuộc vào lực ngang mà cịn phụ thuộc chủ yếu vào việc bố trí cầu chủ động, lực
kéo có hay khơng có, lực kéo lớn hay lực kéo nhỏ, như vậy việc phân bố lực kéo ở
các cầu chủ động sẽ làm ảnh hưởng đến sự trượt của cầu đó. Vì vậy, ta sẽ nghiên
cứu về ổn định chuyển động thẳng và quay vòng giữa ơ tơ có hai cầu chủ động xem
nó khác với ô tô một cầu chủ động như thế nào.
1.3.Giới hạn của đề tài

Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài “Ổn định (quay vòng và chuyển động
thẳng) chuyển động xe nhiều cầu chủ động (4x4)” chỉ nghiên cứu tập trung vào
các nội dung sau:


Tính tốn các thơng số quay vòng của xe.



Các yếu tố ảnh hưởng đến quay vịng.



Xây dựng phương trình quay vịng của ơ tơ.

1.4.Phương pháp nghiên cứu


Phương pháp nghiên cứu tài liệu: trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu có
liên quan đến lý thuyết quay vịng của xe ơ tơ, tính ổn định của các bánh
xe dẫn hướng, thu thập tài liệu qua sách, luận văn thạc sĩ, qua Internet và
các tiêu chuẩn quốc tế về quay vịng.



Phương pháp giải hệ phương trình bằng cách sử dụng phần mềm
Labview để giải quyết các thuật tốn, giải phương trình quay vịng.



So sánh đánh giá.

2


CHƯƠNG 2
CƠ HỌC LĂN – GÓC LỆCH HƯỚNG – ĐẶC TÍNH HƯỚNG
2.1.Bánh xe
Chức năng chính của bánh xe:
-

Chịu tác dụng của trọng lượng xe.

-

Một phần tử giảm chấn.

-

Là một bộ phận chuyển đổi năng lương cơ học của chuyển động quay
thành chuyển động tịnh tiến.

-

Là bộ phận điều khiển lái.

Bánh xe là phần tử nối giữa xe và mặt đường, nhờ có bánh xe mà cơng suất
từ động cơ được truyền xuống đến mặt đường và giúp cho xe chuyển động. Các
đặc tính của bánh xe sẽ gây ảnh hưởng rõ rệt đến các đặc tính của xe như đặc tính
kéo, tính kinh tế nhiên liệu, tính điều khiển và ổn định chuyển động của xe. Vì vậy,

nghiên cứu cơ học lăn của bánh xe là phần tất yếu khi muốn nghiên cứu về tính ổn
định chuyển động của xe.
Trước tiên, chúng ta đi vào khái niệm các loại bán kính bánh xe. Bán kính
bánh xe là một thơng số quan trọng, có nhiều liên hệ trong việc nghiên cứu về các
đặc tính của bánh xe cũng như ổn định chuyển động của ơ tơ.
2.1.1.Bán kính thiết kế r0
r0 là bán kính của bánh xe khơng quay, khơng chịu tải, áp suất trong lốp ở mức
danh định. Bán kính này được xác định theo kích thước tiêu chuẩn trên lớp, được
cho bởi nhà chế tạo.
Ví dụ: một lốp có ký hiệu B-d
Trong đó: B – Bề rộng của lốp (mm)
d – Đường kính vành bánh xe (inch)
Lúc đó r0 được xác định như sau:
d

r0 = (B + ) 25,4 (mm)
2

(2.1)
3


2.1.2.Bán kính tự do rtd
rtd là bán kính của bánh xe khơng chịu tải. Bán kính này sẽ thay đổi do ảnh
hưởng của dung sai chế tạo, lực ly tâm và áp suất khí trong lốp. Giá trị rtd sẽ tăng
nếu ωb tăng lên.
2.1.3.Bán kính tĩnh rt
Bán kính tĩnh rt là khoảng cách từ tâm bánh xe tới mặt đường khi bánh xe
đứng yên và chịu lực tác dụng theo chiều thẳng đứng. Giá trị của rt phụ thuộc vào
các lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe và áp suất khơng khí trong lốp.

2.1.4.Bán kính động lực học rd
Bán kính động lực học rd là khoảng cách từ tâm bánh xe đến mặt đường khi
bánh xe đang lăn và chịu các lực tác dụng theo cả 3 chiều dọc, đứng và ngang
Giá trị rd phụ thuộc vào các yếu tố sau:
-

Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe

-

Lực ly tâm khi bánh xe quay

-

Mômen chủ động Mk hoặc mơmen phanh Mp

-

Áp suất khơng khí trong lốp

2.1.5 Bán kính lăn rl
Bán kính lăn rl khơng phải là thơng số hình học mà là thơng số động học, nó tỷ
lệ giữa vận tốc tịnh tiến thực tế v và vận tốc góc ωk của bánh xe. Bán kính lăn được
xác định:
rl =

v

ωk

(2.2)

Như vậy, bán kính lăn là bán kính của một bánh xe ảo, nó chuyển động khơng
có trượt với vận tốc tịnh tiến tương đương với bánh xe thực tế. rl có thể coi là
khoảng cách từ tâm bánh xe tới cực P của chuyển động tương đối giữa bánh xe
với mặt đường.
Giá trị rl phụ thuộc vào các thông số sau:
4


-

Tải trong tác dụng lên bánh xe.

-

Áp suất khơng khí trong lốp.

-

Độ đàn hồi của vật liệu chế tạo lốp .

-

Khả năng bám của bánh xe với đường.

-

Giá trị mô men chủ động Mk hoặc mô men phanh Mp.

Sự phụ thuộc giữa bán kính lăn rl vào lực kéo Fk hoặc mô men chủ động Mk
hoặc lực phanh Fp hoặc mô men phanh Mp được sử dụng phù hợp khi khảo sát sự
phân phối công suất cho nhiều cầu chủ động qua hợp phân phối mà khơng sử dụng
vi sai.

Hình 2. 1: Đặc tính quan hệ giữa bán kính lăn và lực kéo rl(Fk)
Để đơn giản hóa thì mối quan hệ rl(Fk) thường được tuyến tính hóa trong
tồn bộ vùng tác dụng của mô men theo công thức:
rl = rl0 − λM . Mk = rl0 − λf . Fk

(2.3)

rl = rl0 − λM . Mp = rl0 − λf . Fp

(2.4)

Hoặc:
Ở đây:

λM (có đơn vị N-1); λf (có đơn vị N-1.m) là các hệ số thay đổi bán kính lăn (hoặc

hệ số biến dạng vòng).

5


Giá trị của chúng thay đổi theo phạm vi khá rộng, phụ thuộc vào loại lốp.
Bán kính rlo là bán kính lăn của bánh xe bị động, mà trên nó khơng có tác
dụng bất kỳ mơ men nào (Mk = Mp = 0).
Khi giá trị lực kéo (hoặc mô men chủ động Mk) tác dụng lên bánh xe tăng dần

và xuất hiện sự trượt quay giữa bánh xe với mặt đường thì rl giảm xuống. Khi bánh
xe bị trượt quay hồn tồn (Fk = Fkmax = Fφ: lực bám) thì rl = 0.
Khi giá trị lực phanh (hoặc mô men phanh Mp) tác dụng lên bánh xe tăng dần
và xuất hiện sự trượt lết giữa bánh xe với mặt đường thì rl sẽ tăng lên. Khi bánh xe
bị trượt lết hồn tồn (Fp = Fpmax = Fφ) thì rl → ∞.

2.1.6.Bán kính tính tốn (bán kính làm việc trung bình) r
Trong tính tốn thực tế, người ta thường sử dụng bán kính của bánh xe có

kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh hưởng của nhiều tố tố khác nhau.Giá trị của
bán kính này so với bán kính thực tế có sai lệch khơng nhiều.
r = λ. r0

(2.5)

2.2.Động học lăn của bánh xe không biến dạng
2.2.1.Các khái niệm
 Vận tốc chuyển động lý thuyết v0:
-

v0 là vận tốc của ơ tơ chuyển động hồn tồn khơng có trượt.

Với:

v0 =

Sl
t

=

2πrNb
t

= ωk . r

(2.6)

Sl – Quãng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn.
t – Thời gian bánh xe đã lăn.
r – Bán kính tính tốn của bánh xe.
Nb – Tổng số vịng quay của bánh xe.
ωk – Vận tốc góc của bánh xe.

6


 Vận tốc chuyển động thực tế v:
-

v là vận tốc chuyển động của xe khi có tính đến ảnh hưởng của sự trượt
của bánh xe với mặt đường.

Với:

v=

St
t

=

2πrl Nb
t

= ωk . rl

(2.7)

St – Quãng đường thực tế mà bánh xe đã lăn.
rl – Bán kính lăn của bánh xe.
 Vận tốc trượt vδ:
Khi xe chuyển động, xuất hiện sự trượt giữa bánh xe và mặt đường thì vận tốc
thực tế của xe và vận tốc lý thuyết sẽ khác nhau. Sự chênh lệch của 2 vận tốc này
chính là vận tốc trượt:
vδ = v − v0 = ωk . rl − ωk . r

(2.8)

 Hệ số trượt và độ trượt:

 Hệ số trượt và độ trượt khi kéo:
Sự trượt của bánh xe thể hiện qua thông số trượt δk:
δk = −

vδ
v0

=

v0 −v
v0

=1−

 Hệ số trượt và độ trượt khi phanh:

rl
r

(2.9)

Trong trường hợp phanh, ta có hệ số trượt và độ trượt như sau:
δp = −

vδ
v

=

v0 −v
v

=

r

rl

−1

(2.10)

2.2.2.Các quan hệ động học khi bánh xe lăn

Khi bánh xe lăn có thể xảy ra hiện tượng trượt (trượt quay khi kéo hoặc trượt
lết khi phanh), điều này sẽ làm ảnh hưởng đến vận tốc thực tế của xe. Có thể có 3
trạng thái lăn:
 Bánh xe lăn không trượt:
Trong trường hợp này, tốc độ của tâm bánh xe bằng với tốc độ vòng. Nghĩa là
tốc độ lý thuyết bằng với tốc độ thực tế (v = v0 = r.ωk):

7


Hình 2. 2: Bánh xe lăn khơng trượt
Do vậy, tâm quay tức thời P của bánh xe nằm trên vành bánh xe và bán kính
lăn bằng bán kính tính tốn: rl = r
Trạng thái này chỉ có được ở bánh xe bị động với Mp = 0, lúc đó vδ = 0.
 Bánh xe lăn có trượt quay:
Trường hợp này bánh xe đang có lực kéo, tốc độ của tâm bánh xe (tốc độ
thực tế) v nhỏ hơn tốc độ lý thuyết v0, do vậy cực P nằm trong vòng bánh xe và rl <
r. Trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, theo quy luật phân bố vận tốc
sẽ xuất hiện một vận tốc trượt Vδ ngược hướng trục X.
Vδ = V - V0 < 0

Hình 2. 3: Bánh xe chủ động trượt quay
Theo (2.9) hệ số trượt kéo được tính:
8

δk = −

vδ
𝑣0

=1−

𝑣

𝑣0

=1−

𝑟𝑙
𝑟

>0

Ở trạng thái bánh xe trượt quay hoàn tồn (bánh xe chủ động quay, xe
đứng n) ta có:
v = 0; ωk > 0 → v = ωk . rl → rl = 0

vδ = v - v0 = -v0 → δk = 1 (trượt quay hoàn toàn)

 Bánh xe lăn có trượt lết:

Đây là trường hợp bánh xe đang được phanh. Ở trường hợp này, tốc độ lý
thuyết v0 nhỏ hơn tốc độ thực tế v, cực P nằm bên ngoài bánh xe và rl > r. Tại vùng
tiếp xúc của bánh xe với mặt đường cũng xuất hiện tốc độ trượt vδ, nhưng hướng

theo chiều trục X.
Vδ = V-V0 > 0

Hình 2. 4: Bánh xe phanh
Độ trượt khi phanh:
δP = −

vδ
v

=

v0
v

−1=

r

rl

−1<0

Ở trạng thái bánh xe bị trượt lếch hồn tồn (bánh xe bị hãm cứng khơng
quay, xe và bánh xe vẫn chuyển động tịnh tiến):
v ≠ 0; ωk = 0 → rl =

v

ωk

→∞

v0 = ωk.r = 0 → vδ = v → δP = -1

9


2.3 Động lực học chuyển động bánh xe
Chúng ta sẽ khảo sát lực và mô men tác dụng lên bánh xe đang lăn trên
đường khi khơng có lực ngang tác dụng dưới bánh xe. Trong thực tế sẽ có 3 trạng
thái chuyển động khác nhau ở các bánh xe:
2.3.1.Bánh xe bị động khơng phanh (Mk = 0, MP = 0)

Hình 2. 5: Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động khi lăn
Khi đó bánh xe sẽ chịu các lực sau đây:
Từ khung xe: Tải trọng thẳng đứng, ký hiệu là Gb và lực đẩy đặt tại tâm trục và
bánh xe, hướng theo chiều chuyển động, ký hiệu là Fx. Hợp lực của Fx và Gb đi qua
ổ trục và nghiêng một góc α cắt mặt đường ở khoảng cách a.
Từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe các phản lực tiếp tuyến mà hợp lực
của chúng ký hiệu là X và các phản lực pháp tuyến mà hợp lực của chúng là Z.
Phản lực tiếp tuyến xuất hiện là do tại tâm trục bánh xe tồn tại lực Fx. Mà lực
này có xu hướng đẩy vết tiếp xúc giữa đường với lốp về phía trước theo chiều
chuyển động. Do đó tại vết tiếp xúc sẽ xuất hiện lực X, chống lại sự dịch chuyển đó,
xét về giá trị ta có:
X = Fx; Z = Gb

(2.11)

Với:

Z – Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe.
10


Gb – Trọng lượng tác dụng lên bánh xe.
Phản lực tiếp tuyến X ngược chiều chuyển động của xe, được coi là lực cản
lăn Ff, lực cản lăn phải được khắc phục bằng lực đẩy Fx, vì vậy ta có:
Fx = X = Ff = Z. f

(2.12)

Z. a = Ff . r = f. Z. r = Mf

(2.13)

Với f là hệ số cản lăn.

Phương trình cân bằng mơmen tại tâm bánh xe:
Trong đó mơmen Mf được đưa vào sơ đồ nếu giả thiết các phản lực tác dụng
từ mặt đường nằm tại giao điểm của trục thẳng đứng đối xứng của bánh xe với
mặt đường. Mômen Mf gọi là mômen cản lăn của bánh xe. Từ sơ đồ ta có:
tg α =

a
𝑟

=

Ff
z

=f

(2.14)

2.3.2.Bánh xe chủ động (Mk ≠ 0, Mp = 0)

Đặt trên bánh bị động một mômen chủ động Mk (cùng chiều ωk). Mk cân bằng

với cặp lực Fk, một đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (gọi là lực
kéo tiếp tuyến), một đặt tại tâm bánh xe (là thành phần đẩy vào khung gây ra do
mơ men chủ động). Ta có các quan hệ sau:

Hình 2. 6: Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động khi lăn
Tải trọng thẳng đứng Gb vẫn bằng phản lực thẳng đứng Z: Z = Gb
Lực kéo tiếp tuyến Fk xác định bằng quan hệ : Fk =

Mk
rd

(2.15)
(2.16)
11


Lưc đẩy tổng cộng vào khung xe : Fx = Fk – Ff = X

(2.17)

Với X còn gọi là phản lực tiếp tuyến của bánh xe với mặt đường. Khi kéo nó cùng

chiều với chiều chuyển động.
2.3.3.Bánh xe chủ động hoặc bị động bị phanh (Mp ≠ 0, Mk = 0)

Trong trường hợp này, mô men phanh Mp ngược chiều với ωk. Mp cân bằng

với cặp lực Fp, tức là:
Mp = Fp.rd → Fp =

Mặt khác ta vẫn có Z = Gb

Mp
rd

(2.18)

Cân bằng theo lực nằm ngang ta có lực tác dụng và khung xe :
Fx = Fp + Ff = X

(2.19)

 Fp: Lực phanh
 Fx: lực đẩy vào khung ngược chiều chuyển động của xe
 X: Phản lực tiếp tuyến, khi phanh nó ngược chiều chuyển động của xe.

Hình 2. 7: Bánh xe phanh
Từ quan hệ lực của bánh xe chủ động rút ra rằng: lực truyền cho khung xe
không phải là lực Fk (hoặc lực Fp) mà là phản lực pháp tuyến X = Fx, tức là:
X=

Mk

X=

Mp

rd

rd

− Ff (Khi kéo)

+ Ff (Khi phanh)

(2.20)
(2.21)

12