Nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô 2 cầu chủ động 4 x 4 trên đường bám kém (đường trơn)

v
MỤC LỤC
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii
Lời cm ơn iii
Tóm tắt iv
Mc lc v
Danh sách các hình viii
Danh sách các bng x
Chương 1:Tổng quan đề tài 1
1.1. Lời mở đầu. 1
1.2. Mc đích của đề tài. 2
1.3. Giới hn đề tài 3
1.4. Phương pháp nghiên cứu 3
1.5. Các kết qu nghiên cứu 3
Chương 2: Cơ sở lý thuyết. 5
2.1. Bánh xe. 5
2.2. Bán kính làm vic trung bình của bánh xe 5
2.3. Đng học của bánh xe lăn. 6
2.3.1. Lăn không trưt 6
2.3.2. Lăn có trưt quay 7
2.3.3. Lăn có trưt lết 7
2.4. Quan h về lực khi bánh xe lăn 8
2.4.1. Bánh xe bị đng 8
2.4.2. Bánh xe chủ đng 9
2.4.3. Bánh xe phanh 10
2.5. Phân phối công suất trên ô tô 12
2.5.1. Dòng công suất trên bánh xe chủ đng 12
2.5.2. Phân phối công suất dùng vi sai 14
vi

2.5.2.1. Đng học của cơ cấu vi sai 14
2.5.2.2. Quan h đng học 15
2.5.2.3. Quan h mô men 17
2.5.2.4. Quan h về lực của cầu có vi sai 18
2.5.2.4. Quan h về lực của cầu có vi sai 19
2.5.3. Phân phối công suất không vi sai 21
2.5.3.1. Các quan h đng học và môment 22
2.5.3.2. Nghiên cứu quá trình chuyển đng thẳng (trường hp thứ nhất) 24
2.5.3.3. Trng thái lăn của cầu– hin tưng lưu thông công suất 26
2.5.3.4. Chuyển đng thẳng- trường hp thứ hai 29
2.6. Lực bám và h số bám giữa bánh xe chủ đng với mặt đường 30
2.7. Đng học quay vòng của ô tô 31
2.9. Góc lch hướng 33
Chương 3: Nghiên cứu nh hưởng của xe nhiều cầu chủ đng (4x4) tới đng lực
học quay vòng ô tô 36
3.1.Góc lch bên và mô men đàn hồi của bánh xe khi chịu lực bên 37
3.2. Đặc tính của bánh xe khi có mặt lực dọc, kh năng trưt ngang, trưt dọc . 37
3.3. Các yếu tố nh hưởng đến h số bám và các giá trị của h số bám 39
3.4. Sự trưt ph thuc vào các lực kéo F
k
hoặc X 41
3.5. Kh năng bám của cầu có vi sai 43
3.5.1. nh hưởng của h số bám  44
3.5.2. nh hưởng của lực li tâm 46
3.6. Kết luận chương 3 47
Chương 4: Xây dựng phương trình vi phân mô t quỹ đo chuyển đng của ô tô 48
4.1. H trc tọa đ kho sát 48
4.2. Các lực tác dng lên ô tô 50
4.2.1.Các lực tác dng lên ô tô trong mặt phẳng dọc 50
4.2.1.1. Lực kéo F

k
51
4.2.1.2. Lực cn lăn F
f
53
vii
4.2.1.3. Mô men cn lăn 53
4.2.1.4. Phn lực thẳng góc Z
1
, Z
2
54
4.2.1.5. Lực cn không khí F
ω
54
4.2.1.6. Lực cn quán tính F
j
55
4.2.2. Các lực tác dng lên mặt phẳng ngang 57
4.2.2.1. Lực bên F
y
57
4.2.2.2. Lực ly tâm F
lt
58
4.3. Mô hình kho sát và các quan h đng lực học . 58
4.3.1. Mô hình đng lực học ô tô hai cầu chủ đng (4x4) 60
4.3.2. Mô hình đng lực học ô tô cầu trước chủ đng 61
4.3.3. Mô hình đng lực học ô tô cầu sau chủ đng 62
4.4. Giới thiu xe ô tô Hyundai SantaFe (4x4) 64

4.5. Kết luận chương 4 66
Chương 5 : Phương pháp gii phương trình vi phân và kết qu mô t quỹ đo
chuyển đng ô tô 67
5.1. Khái quát chung về Matlab và M-file 67
5.2. Thiết kế giao din người dùng 68
5.3. Gii h phương trình vi phân 69
5.4. Kết qu mô t quỹ đo chuyển đng của ô tô 73
5.4.1. Phân phối công suất trên ô tô . 73
5.4.2. Quỹ đo chuyển đng của ô tô 2 cầu chủ đng 75
5.4.2.1. Kho sát chuyển đng của ô tô 2 cầu chủ đng khi thay đổi vân tốc . 75
5.4.2.2. Kho sát chuyển đng của ô tô 2 cầu chủ đng khi thay đổi h số bám. 77
5.5. Kết luận chương 5 78
Chương 6 : Kết luận và kiến nghị . 79
6.1. Kết luận 79
6.2. Đề nghị 80
TÀI LIU THAM KHO . 81
PH LC 82
viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Kích thước hình học của lốp xe 4
Hình 2.2: Lăn không trưt 6
Hình 2.3: Lăn có trưt quay ở bánh xe kéo 7
Hình 2.4: Lăn có trưt lết ở bánh xe phanh 8
Hình 2.5: Các lực và moment tác dng lên bánh xe bị đng khi lăn 9
Hình 2.6: Các lực và moment tác dng lên bánh xe chủ đng khi lăn 10
Hình 2.7: Các lực và mômen tác dng lên bánh xe phanh . 11
Hình 2.8: Các trng thái chuyển đng của bánh 11
Hình 2.9: Dòng công suất trên bánh xe chủ đng 12
Hình 2.10: Sơ đồ truyền lực xe nhiều cầu chủ đng 14

Hình 2.11: Sơ đồ đng vi sai bánh răng nón 15
Hình 2.12: Sơ đồ quay vòng của cầu chủ đng 16
Hình 2.13: Quan h về lực của cầu khi vi sai làm vic 20
Hình 2.14: Các sơ đồ phân phối công suất không vi sai 22
Hình 2.15: Đặc tính lực của bán kính lăn . 24
Hình 2.16: Các yếu tố nh hưởng tới đặc tính lực của bán kính lăn 24
Hình 2.17 Trường hp bánh xe tới giới hn bám 26
Hình 2.18: Trng thái chuyển đng của cầu với các lực F
k
khác nhau 27
Hình 2.19: Mô t trường hp 2 – chuyển đng thẳng 29
Hình 2.20 : Sơ đồ khối h thống điều khiển ô tô . 32
Hình 2.21 : Sơ đồ quay vòng không có sự biến dng của lốp xe 33
Hình 2.22 : Sơ đồ quay vòng có sự biến dng của lốp xe 34
Hình 2.23: Sơ đồ quay vòng thiếu 35
Hình 2.24: Sơ đồ quay vòng thừa 35
Hình 3.1: Sự thay đổi vết tiếp xúc và các mối quan h đng học,đng lực học của
bánh xe khi v
k
= 0 (trái) và v
k
 0 (phi) 36
ix
Hình 3.2: Dấu và chiều của 
k
, S
k
, M
sk
37

Hình 3.3: đồ thị Kamm biểu diển mối quan h của kh năng truyền lực dọc F
k
và
lực bên F
y
của bánh xe: F
k
(+)lực kéo; F
k
(-)lực phanh 38
Hình 3.4: nh hưởng của lực dọc tới đặc tính lch bên của bánh xe 38
Hình 3.5: Các yếu tố nh hưởng đến h số bám  39
Hình 3.6: Đặc tính trưt toàn b của lực F
k
và X 42
Hình 3.7: Đặc tính trưt 42
Hình 3.8: Hiu suất riêng vi sai và kh năng tận dng bám 45
Hình 4.1: Quan h đng học của ô tô trong mô hình phẳng 49
Hình 4.2: Quan h đng học của ô tô trong mô hình phẳng 50
Hình 4.3: Các lực tác dng lên ô tô 51
Hình 4.4: Sơ đồ xác định din tích cn chính din của ô tô 55
Hình 4.5: Đồ thị quan h giửa lực bên và góc lch bên . 57
Hình 4.6: Mô hình đng lực học quay vòng của ô tô 4x4 60
Hình 4.7: Mô hình đng lực học quay vòng của ô tô cầu trước chủ đng 61
Hình 4.8: Mô hình đng lực học quay vòng của ô tô cầu sau chủ đng 62
Hình 5.1 : Giao din người dùng trước khi chy chương trình . 68
Hình 5.2 : Giao din người dùng khi chy chương trình 69
Hình 5.3 : Quỹ đo chuyển đng của ô tô với h số bám φ=0,2 73
Hình 5.4: Quỹ đo chuyển đng của ô tô thay đổi h số bám φ=0,4 74
Hình 5.5: Quỹ đo chuyển đng của ô tô thay đổi vận tốc với h số φ=0,2 75

Hình 5.6: Quỹ đo chuyển đng của ô tô thay đổi vận tốc với h số φ=0,4 75
Hình 5.7 : Đồ thị gia tốc hướng tâm 76
Hình 5.8: Quỹ đo của ô tô thay đổi h số bám với vận tốc v=40Km/h 77
Hình 5.9: Quỹ đo của ô tô thay đổi h số bám với vận tốc v=50Km/h 77


x
DANH SÁCH CÁC BNG

Bng 2.1: Bng qui ước về dấu của mô men và tốc đ góc 18
Bng 3.1: Giá trị của h số bám trung bình 41
Bng 4.1: Giá trị của h số cn lăn f
0
53
Bng 4.2: Giá trị của h số cn không khí C
x
và din tích cn chính din . 55

1


1

Chng 1
TNG QUAN CHUNG V Đ TÀI
1.1. Li m đu
Ô tô lƠ phng tin đợc sử dụng rng rãi trong hot đng kinh t và xã hi.
Vic nghiên cu để nâng cao hiu qu sử dụng ca loi phng tin này luôn là vấn
đ đợc nhiu nhà khoa học quan tâm gii quyt. Trong nhng năm gần đơy s phát
triển ca ngành ô tô có nhiu bc nhy vọt v kỹ thuật và công ngh, đem li hiu

qu kinh t ngƠy cƠng cao vƠ an toƠn hn cho ngi sử dụng.
Tính chất đng lc học ca ô tô khi chuyển đng là mt trong nhng tính chất
rất quan trọng, nó đợc thể hin qua đặc tính đng lc học, lc kéo, công suất kéo,
các lc cn, nhân t đng lc học, thi gian vƠ quƣng đng tăng tc, vận tc, gia
tc, khi chuyển đng trong điu kin mặt đng khác nhau hoặc do tác đng điu
kin nh tăng gim ga, quay vòng khi phanh. Tính chất đng lc học ca ô tô nh
hng đn kh năng khi hƠnh vƠ tăng tc ca ô tô, vận tc trung bình, năng suất và
giá thành vận chuyển, đ êm dịu và tính an toàn trong chuyển đng. Vic tính toán
chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính đng lc học ca ô tô là mt vấn đ rất khó thc
hin. Vì các chỉ tiêu này phụ thuc vào nhiu yu t, trong đó có yu t ngẫu nhiên.
Cùng vi s phát triển nhanh ca ngành công ngh thông tin và các thit bị,
phần mm nghiên cu ngƠy cƠng chính xác hn, nên nhiu bƠi toán đợc gii quyt
mt cách nhanh chóng vi đ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thit k và
ch to đợc thuận lợi vƠ chính xác hn rất nhiu to điu kin thuận lợi cho ngành
công nghip ô tô ngày càng phát triển vƠ đm bo đợc các yêu cầu ca ngi sử
dụng. VƠ ngƠy nay cũng đƣ có nhiu thit bị vƠ phng pháp thc nghim để có thể
kiểm tra chất lợng và tình trng kỹ thuật ca xe trong quá trình sử dụng rất thuận
tin vƠ đm bo đ chính xác cao giúp cho vic hiu chỉnh thit k và chọn ch đ
sử dụng các loi xe ô tô có hiu qu.


2

Hin nay trên th gii vic nghiên cu đng lc học ô tô nói chung vƠ đng
lc học mô hình phẳng nói riêng đƣ có nhng kt qu to ln, nhng vấn đ thuc s
hu bn quyn ca các hãng ô tô nên cha đợc công b rng rƣi vƠ đầy đ.

 Vit Nam, vic nghiên cu kho sát đng lc học ca ô tô đợc chú ý quan
tâm từ lâu, nên có nhiu đ tài, tài liu, giáo trình đợc biên son để phục vụ cho
công tác ging dy, nghiên cu lý thuyt tính toán ô tô.

Tính ổn định quay vòng ca ô tô là kh năng gi đợc quỹ đo chuyển đng
theo yêu cầu ca ngi lái trong mọi điu kin khác nhau nh: ô tô có thể đng yên,
chuyển đng trên đng thẳng có lc ngang tác dụng, chuyển đng trên đng dc,
có thể quay vòng trên các loi đng khác nhau và có kể đn s bin dng vƠ trợt
ca bánh xe.
Đi vi ô tô 2 cầu ch đng có tính năng c đng cao trong nhng điu kin
phc tp đòi hi ô tô phi gi đợc quỹ đo chuyển đng ca nó sao cho xe không
bị lật đổ, xe không bị trợt, thùng xe không bị nghiên để đm bo cho xe chuyển
đng an toàn. Khi xe hai cầu chuyển đng trên đng bám kém thì quỹ đo ô tô nh
th nào. Vi nhng nhu cầu trên trong phần luận văn nƠy sẽ “nghiên cu đng lc
hc quay vòng ca ô tô 2 cu ch đng( 4x4) trên đng bám kém (đng
trn)”.
1.2. Mc đích ca đ tài
Ni dung ca đ tài là xây dng đợc mô hình nghiên cu lý thuyt để thit
lập các phng trình mô t quỹ đo chuyển đng ca ô tô bằng mô hình phẳng mt
vt. Kho sát quỹ đo chuyển đng ca xe khi bit trc quy luật đánh lái, xem xét
các nhân t nh hng đn quỹ đo chuyển đng khi ô tô quay vòng có kể đn các
đặc tính bin dng ca lp, s phân b ti trọng lên các bánh xe, phân phi công
suất, thay đổi vận tc ca xe, điu đó lƠm thay đổi quỹ đo chuyển đng ca ô tô.
Từ đó đa ra các bin pháp nâng cao tính an toàn khi sử dụng ô ô, để gii quyt bài
toán này tác gi sử dụng phần mm Matlab để mô t quỹ đo chuyển đng ca ô tô
trên máy tính. Vi điu kin thc t  Vit Nam hin nay, cha có các bƣi thử,
phòng thí nghim để đánh giá chất lợng quay vòng ca xe cho nên vic mô t giúp
3

ta có s s để đánh giá tính chất quay vòng ca ô tô. Trong trng hợp có đầy đ
các điu kin thí nghim thì vic mô t trên máy tính giúp chúng ta rút ngắn thi
gian làm thí nghim.
Vi mục đích nh trên ni dung luận văn sẽ trình bày v lý thuyt tính toán
để lƠm c s để xây dng các phng trình vi phơn mô t quỹ đo chuyển đng ca

ô tô. Sau khi có đợc h phng trình vi phân chúng ta sử dụng M-file trong Matlab
để gii các phng trình và mô t quỹ đo chuyển đng ca ô tô.
1.3. Gii hn đ tài
Để gii quyt các vấn đ trên, đ tƠi “Nghiên cu đng lc hc quay vòng
ca ô tô 2 cu ch đng (4X4) trên đng bám kém (đng trn)” chỉ nghiên
cu tập trung vƠo các ni dung sau:
 Tính toán các thông s quay vòng ca xe.
 ωác yu t nh hng đn quay vòng.
 Xơy dng phng trình quay vòng ca ô tô.
 Đ xuất các phng án an toƠn cho xe ô tô.
1.4. Phng pháp nghiên cu
 Phng pháp nghiên cu tƠi liu: trên c s nghiên cu các tƠi liu có liên
quan đn lý thuyt quay vòng ca xe ô tô, tính ổn định ca các bánh xe dẫn
hng, thu thập tƠi liu qua sách, luận văn thc sĩ, qua Internet vƠ các tiêu
chuẩn quc t v quay vòng.
 Phng pháp gii h phng trình bằng cách sử dụng phần mm Matlab để
gii quyt các thuật toán, gii phng trình quay vòng.
 Phng pháp so sánh đánh giá:
1.5. Các kt qu nghiên cu
Đ tài: “ Nghiên cu đng lc hc chuyn đng thẳng ca xe nhiu cu
ch đng- các phng pháp phơn phối công sut ” Ca học viên cao học Bùi
Tuấn Vũ, Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật TPHωM, di s hng dẫn ca TS.
Lâm Mai Long, đợc thc hin vào tháng 08 năm 2008. Đ tƠi đƣ thc hin đợc
4

vic nghiên cu vấn đ trợt ca các bánh xe ca cầu ch đng khi tính toán các
thông s đng lc chuyển đng ca ô tô.
Đ tài: “Nghiên cu n đnh ca thùng xe khi chuyn đng thẳng và quay
vòng ca xe buýt hai tng BHT89 đang sử dng  TPHCM” ca học viên Cao
Minh Đc, Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật TPHωM, di s hng dẫn ca

TS. Lơm Mai Long. Đ tài tính toán góc nghiên ca thùng xe buýt 2 tầng khi
chuyển đng thẳng và quay vòng ổn định.
Đ tài: “Mô phỏng tính cht chuyn đng quay vòng cu ô tô máy kéo
trên đt nông nghip” ca HƠn Trung Dũng, Bùi Hi Triu, Trng Đi Học Nông
Nghip Hà Ni, năm 2013. Đ tài kho sát và tính toán các thông s đặc trng c
bn ca quá trình chuyển đng vòng ca máy kéo, có tính đn nh hng ca đng
c, h thng truyn lc vƠ đặc bit lƠ tng tác bánh xe - đất nông nghip.
Đ tài: “ng dng mô hình Burckhardt đ mô t toán hc đặc tính thc
nghim ca bánh xe máy kéo nông nghip” ca HƠn Trung Dũng, Bùi Hi Triu,
Lê Anh Sn,Trng Đi Học Nông Nghip Hà Ni, năm 2013. Đ tài đợc phát
triển trên c s mô hình ψurckhardt, có tính đn tng tác gia bánh xe vi mặt
đng thông qua các quan h ng suất –bin dng ca lp xe và nn đất nông
nghip trong mặt phẳng tip xúc.
Đ tài: “Nghiên cu kho sát chuyn đng ca ô tô 4 bánh dn hng” ca
Hồ Hu Hi, Lê ngọc Trung,Trng Đi Học Nông Nghip Hà Ni, năm 2010. Đ
tài nghiên cu kho sát quỹ đo và các thông s đng lc học trong quá trình
chuyển đng quay vòng ca ô tô.






5

Chng 2
C S LÝ THUYT
2.1.Bánh xe
ψánh xe lƠ phần tử ni gia xe vƠ mặt đng, nh có bánh xe mƠ xe có thể
truyn đợc công suất từ đng c đn các bánh xe vƠ giúp xe chuyển đng. ωác đặc

tính ca bánh xe nh hng rõ rt ti các đặc tính ca xe nh đặc tính kéo, tính kinh
t nhiên liu, tính điu khiển vƠ an toƠn chuyển đng bánh xe có nhng chc năng
sau:
- ωhịu tác dụng ca trọng lợng xe.
- Nh lƠ mt phần tử gim chấn.
- LƠ b phận bin đổi năng lợng c học ca chuyển đng quay thƠnh chuyển
đng tịnh tin.
- LƠ b phận điu khiển lái.

Hình 2.1: Kích thc hình học ca lp xe.
2.2. Bán kính làm vic trung bình ca bánh xe
Trong tính toán thc t, ngi ta sử dụng bán kính bánh xe có kể đn s bin
dng ca lp do nh hng các thông s trình bày  trên. Trị s ca bán kính này so
vi bán kính thc t sai lch không ln nên gọi là bán kính làm vic trung bình ca
bánh xe vƠ đợc ký hiu là: r
ψán kính lăn có quan h vi bán kính thit k:
r = λ. r
0
2-1
r
0
- là bán kính thit k ca bánh xe
D
6


k

P
V V

o

r
l

r
Hình 2.2: Lăn không trợt

λ
- là h s kể đn s bin dng ca lp, đợc chọn phụ thuc vào loi lp:
Vi lp áp suất thấp:
0,930 0,935



Vi lp áp suất cao:
0,945 0,950



Vi sai lch không đáng kể có thể chọn
l0
rr
.
2.3. Đng hc ca bánh xe lăn
Khi bánh xe lăn trên đng cng, s bin dng theo hng tip tuyn (bin
dng vòng) ca các th lp do tác dụng ca mô men xoắn M
k
làm gim vận tc tịnh
tin ca xe, gây ra s trợt. Điu đó đợc gii thích rằng, các phần tử ca lp khi đi

vào khu vc tip xúc sẽ bị nén li làm cho bán kính thc t ca xe nh li, quãng
đng mƠ bánh xe đi đợc sau mt vòng quay sẽ gim đi. Vì vậy mô men xoắn M
k

chính là mt trong nhng nguyên nhân gây ra s trợt.
Ngoài ra, còn nhng nguyên nhơn khác cũng nh hng đn s trợt ca bánh
xe ch đng nh: trọng tác dụng, cấu to vật liu lp, áp suất không khí trong lp và
điu kin đng xá.
2.3.1. Lăn không trt
Trong trng hợp này, tc đ ca bánh xe (cũng lƠ tc đ ca xe) bằng vi tc
đ vòng. Nói cách khác tc đ thc t V bằng tc đ lý thuyt
0
V
, ta có:
V = V
0
= 
k
. r (2-2)
Do vậy, tâm quay tc thi (cc P) ca bánh xe nằm trên vành bánh xe và bán
kính lăn bằng bán kính tính toán: r
l
= r , M
k
= 0

x
7

2.3.2. Lăn có trt quay
Đơy lƠ trng hợp ca bánh xe kéo, khi đó tc đ ca tâm bánh xe (tc đ
thc t) V nh hn tc đ lý thuyt
0
.
k
Vr


, do vậy cc P nằm  bên trong vòng
bánh xe và
l
rr
.Trong vùng tip xúc ca bánh xe vi mặt đng, theo quy luật
phân b vận tc sẽ xuất hin mt vận tc trợt
V

ngợc hng trục X.
Ta có quan h sau:

k Ł l k
V=r.ω -V =r .ω
(2-3)
Do đó:

Ł k 0
V =V-rω =V-V <0
(2-4)








Để kể ti nh hng ca s trợt khi kéo, ngi ta đa ra khái nim gọi lƠ đ
trợt khi kéo, kí hiu là
k

vƠ nó đợc định nghĩa nh sau:
Ł0
l
k
00
V V -V
r
Ł =- =1- = >0
V r V
(2-5)
 trng thái trợt hoàn toàn ta có các quan h sau:
V = 0; 
k
>0; r
l

=0
V
δ
= - r. 
k
= - V
0

1
k


(trợt quay hoàn toàn)
2.3.3. Lăn có trt lt
Đơy lƠ trng hợp bánh xe đang đợc phanh. Trong trng hợp này tc đ
thc t V ln hn tc đ lý thuyt
0
V
, cc P nằm bên ngoài bánh xe và
l
rr
. Ti
vùng tip xúc gia bánh xe và mặt đng cũng xuất hin tc đ trợt
V

nhng
Hình 2.3: Lăn có trợt quay  bánh xe kéo
V

V

P
V
o

r
l


k

r
X
8

hng theo hng dng ca trục X. ωũng tng t ta có khái nim đ trt khi
phanh

p
, và các quan h đng học đợc biểu din di đơy:









k Ł l k
V= r.ω +V =r.ω

(2-6)
Ł k 0
V =V-rω =V-V >0
(2-7)
Ł
p
l
0
Vr
Ł =- = 0
Vr
V -V
V


(2-8)
 trng thái trợt lt hoàn toàn, tc là bánh xe hãm cng hoàn toàn ta có quan
h sau:
;0
1






k
l
p
VV

r

2.4. Quan h v lc khi bánh xe lăn
2.4.1. Bánh xe b đng
Để cho bánh xe có ti trọng
ł
F
có thể chuyển đng vi vận tc V (hoặc 
k
) thì
ti ổ trục ca nó phi có lc
ξ
F
hng theo hng ca V. Hợp lc ca
ξ
F
và
ł
F
đi qua
ổ trục và nghiêng mt góc

, cắt mặt đng  khong cách a. Ti điểm này có tác
dụng ca tất c các phn lc ca bánh xe vi mặt đng X và Z.
Hình 2.4: Lăn có trợt lt  bánh xe phanh
V
o

V



k

P
r
V
r
l

x
9

Phn lc Z ngợc hng vi ti trọng thẳng đng trên bánh xe
ł
F
và bằng nó
v giá trị: Z =
ł
F









Phn lc X ngợc chiu chuyển đng ca xe, tc lƠ ngợc chiu trục X và
đợc coi là lc cn – đó lƠ lc cn lăn, ký hiu là F

f

. Lc cn lăn phi đợc khắc
phục bằng lc đẩy
ξ
F
, vì vậy ta có phng trình:
ξ
F
= X = F
f
= Z.f
Nu vit phng trình mômen ti tâm bánh xe, ta có:
Z.a = F
f
. r
d

= f.Z. r
d
= M
f
(2-9)
Trong đó mômen M
f
đợc đa vƠo s đồ nu gi thit các phn lc tác dụng
từ mặt đng nằm ti giao điểm ca trục thẳng đng đi xng ca bánh xe vi mặt
đng. Mômen M
f
gọi là mômen cn lăn ca bánh xe. Từ s đồ ta có

tgα =
a
r
d
=
F
f
Z
= f (2-10)
2.4.2. Bánh xe ch đng
Nu chúng ta đặt trên bánh bị đng mt mômen ch đng
k
M
(cùng chiu
k
ω
)
và cân bằng vi nó là mt cặp lc
k
F
, mt đặt ti điểm tip xúc gia bánh xe vi
mặt đng (gọi là lc kéo tip tuyn) và mt đặt ti tâm bánh xe (là thành phần đẩy
vào khung gây ra do mômen ch đng
k
M
chúng ta sẽ có trng thái chịu lc ca
bánh xe ch đng. Ta có quan h sau :

F


= F
f
Fε

Fε

X  F
f


k

F

a X
Z

k

Hình 2.5: Các lc và mô men tác dụng lên bánh xe bị đng khi lăn
10

M
f

Z
Z
F
f

F
f

F
k

a Z
F
f

F


F
k

Hình 2.6: Các lc và mô men tác dụng lên bánh xe ch đng khi lăn.
X

k
, M
k

k
,M
k
F

F


F
k


k
, M
k
F

F










Ti trọng thẳng đng
ł
F
vẫn bằng phn lc thẳng đng Z : Z = F


Lc kéo tip tuyn
k
F

xác định bằng quan h : F

=
M
k
r
d

Lc đẩy tổng cng vào thân xe: F

= F
k
– F
f
= X

(2-11)
Vi X còn gọi là phn lc tip tuyn ca bánh xe vi mặt đng, khi kéo nó
cùng chiu chuyển đng.
2.4.3. Bánh xe phanh
Tng t nh trng hợp bánh xe ch đng nhng trong trng hợp này mô
men
k
M
ngợc chiu quay
k
ω
(hay còn gọi là mômen phanh
b
M

). Theo quy c v
dấu thì M
k
(M
b
) và
b
F
trong trng hợp nƠy đợc coi là âm. Ta có mi quan h sau :
F

= Z
F

= F
b
– F
f
= X (2-12)
Nh vậy trong trng hợp này lc đẩy lên khung
ξ
F
bằng tổng ca lc phanh
(do c cấu phanh sinh ra) và lc cn lăn, nó cơn bằng vi lc tip tuyn ca bánh xe
vi mặt đng khi phanh.




11

F
f

M
k

F
k

X
Trng thái kéo
Trng thái t do
Trng thái trungbình
Trng thái bị đng
F
k
, X
Hình 2.8: Các trng thái chuyển đng ca bánh








Hình 2.7: Các lc và mô men tác dụng lên bánh xe phanh.
Chúng ta đƣ coi h thng duy chuyển là mt b bin đổi năng lợng c học,
trong đó

k
F
và tc đ
k
V=ω .r
là các thành phần ca công suất ra. Nhng từ quan h
lc ca bánh xe ch đng rút ra rằng: lc truyn cho khung xe không phi là lc
k
F

mà là phn lc tip tuyn X =

F
. Theo c năng chúng ta quan tơm ti quan h gia
k
M
và X, quan h nƠy đợc rút ra nh sau:
X =
M
k
r
d
- F
f
(2-13)
Thc nghim chng minh rằng lc cn lăn F
f
không phụ thuc vào mômen
xoắn
k

M
vƠ đồ thị mô t quan h (2-13) cho thấy  hình (2.8) di đơy:









 trng thái phanh:
k
M0
, F
k
< 0, X = F
k
+ F
f

M
k
 M
p

M
f

Z

Z
F
f

O
f

F
p

a Z
F
f

F


F
p

X

k
M
p
F

F

F

p

M
p
F

F



12

 trng thái bị đng: M
k
= 0, F
k
= 0, X = - F
f


 trng thái trung tính: 0< M
k
< M
f
, 0 < F
k
< F
f
, - F
f

< X < 0
 trng thái t do: M
k
= M
f
, F
k
= F
f
. X= 0
 trng thái kéo: M
k
> M
f
, F
k
> F
f
, X >0 , X= F
k
– F
f
2.5. Phơn phối công sut trên ô tô
2.5.1. Dòng công sut trên bánh xe ch đng
Chúng ta có 3 dng công suất sau đơy:
- Công suất trên trục bánh xe P
k
= M
k
. 

k
. Nu M
k
và 
k
cùng chiu (trng
hợp ch đng) thì P
k
lƠ dng, ngợc li trong trng hợp phanh P
k
mang dấu âm.
- Công suất truyn qua ổ trục bánh xe P
v
= F

.V. Khi F

và V cùng chiu
(trng hợp phanh) thì P
v
đợc coi lƠ dng vƠ dòng công suất nƠy đợc truyn ti
bánh xe (sau đó sẽ đợc tiêu hao ch yu trong c cấu phanh) ; ngợc li trong
trng hợp kéo P
v
mang giá trị âm, dòng công suất này truyn lên khung xe vƠ đẩy
ô tô chy ti.

- Công suất tổn hao P
m
, vì công suất tổn hao nên nó mang giá trị âm.
Cân bằng năng lợng khi bánh xe chuyển đng ổn định đợc vit :
P
k
+ P
v
+ P
m
= 0 (2-14)
Từ đó có thể triển khai:
P
m
= - P
k
– P
v
= - M
k
. 
k
- F

. V = - F
k

. V
o
+ (F
k
+ F
f
) . V
= F
f
. V + F
k
( V – V
o
) = F
f
. V + F
k
. V

= P
f
+ P

(2-15)
Hình 2.9: Dòng công suất trên bánh xe ch đng
M
k
P
k
F



k

P
v
V
F
x
P
m
13

Trong đó : - V
o
= 
k
. r [ m / s ] là tc đ lý thuyt ca xe ( khi chuyển đng
hoƠn toƠn không có trợt).
 P
f
= F
f
. V là công suất cn lăn, có giá trị âm.
 V

= V – V
o
gọi là tc đ trợt (vi V là tc đ tịnh tin thc t ca ô tô), nó
có giá trị dng khi phanh (trợt lt) và giá trị ơm khi kéo (trợt quay).

 P

= F
k
.V

- là công suất trợt (trợt lăn khi kéo hoặc trợt lt khi phanh),
công suất trợt luôn luôn nh hn không.
Rõ ràng rằng công suất cn lăn luôn tồn ti khi bánh xe lăn, trong khi đó công
suất trợt chỉ tồn ti khi có lc F
k
(kéo hoặc ph
anh). Khi ô tô chuyển đng vi tc đ cao trên nn đng cng thì tc đ
trợt thng khá nh nên công suất trợt có thể b qua, khi chuyển đng trên
đng địa hình thì điu này không cho phép.
Hiu suất bánh xe : Trong trng hợp bánh xe bị đng thì công suất truyn ti
bánh xe chỉ cần thit để khắc phục tổn hao khi lăn. Trong trng hợp kéo hoặc
phanh thì ngoài khắc phục cn lăn còn xy ra quá trình truyn năng lợng từ trục
bánh xe ti khung xe hoặc ngợc li bánh xe khi đó nh mt c cấu truyn đng, vì
vậy ta có khái nim hiu suất ca bánh xe. ωhúng ta phơn thƠnh hai trng hợp kéo
và phanh.
 bánh xe ch đng thì năng lợng đợc truyn từ trục bánh xe ti khung xe,
khi đó hiu suất đợc định nghĩa :



 .
V
V
F

F
.M
V.X
P
P
f
ok
x
kkk
V
(2-16)
r
r
r
r
V
V
f
F
F
F
F
l
k
kl
o
kk
x
k
f

k
x
f









.
.
11
(2-17)
 đơy : 
x
= X/G gọi là h s lc vòng.

k
= F
k
/G gọi là h s lc kéo.
14

ηf là hiu suất lăn ca bánh xe ch đng, biểu thị s tổn hao lc ca bánh xe
do có cn lăn.
η


là hiu suất trợt (trợt lăn) ca bánh xe ch đng, biểu thị s mất mát tc
đ do trợt lăn.
2.5.2. Phân phối công sut dùng vi sai
 phần trc chúng ta đƣ gi thit chỉ có mt đng truyn công suất duy nhất
từ đng c đn bánh xe ch đng. Thc chất, ô tô có ít nhất hai dòng công suất từ
đng c dẫn đn hai bánh xe trái, phi ca cầu ch đng.  xe nhiu cầu ch đng
thì dòng công suất tăng lên gấp bi. Nghiên cu phân phi công suất là nghiên cu
qui luật phân phi công suất (mô men xoắn và tc đ góc) từ đng c đn các cầu
ch đng vƠ đn các bánh xe ca cầu ch đng, đồng thi cũng kho sát các hin
tợng xy ra trong quá trình phân phi này.
Vic phân phi công suất đợc thc hin bằng c cấu phân phi công suất :
  cầu ch đng, c cấu này là b vi sai
 Hp phân phi  gia hai cầu ch đng thì c cấu này có thể là vi sai hoặc
không dùng vi sai.










2.5.2.1. Đng hc ca c cu vi sai
Vi sai là mt c cấu có ít nhất hai bậc t do, thông thng có các loi nh : vi
sai bánh răng nón, vi sai bánh răng trụ, vi sai trục vít và vi sai hành tinh.
M
e
,

e
M
1
,
1


2↓↓
Đω
HS
HPP
Hình 2.10: S đồ truyn lc xe nhiu cầu ch đng
15

Hình 2.11 lƠ s đồ đng học ca vi sai bánh răng nón. Trên s đồ ta ký hiu
hai trục ra là e và i vi qui c : trục e là trục quay nhanh hn, tc là trục bánh xe
phía ngoài khi ô tô quay vòng hoặc là trục bánh xe (hay cầu) trợt quay nhiu hn ;
i là trục quay chậm hn, tc là trục trong khi quay vòng hoặc là trục ca bánh xe
(hay cầu) trợt quay ít hn.
2.5.2.2. Quan h đng hc









 Khi truyn đng từ trục e ti trục i và phần tử r (v vi sai) đợc gi c định

(e-i)
r
:
;;
2
1
1
2
p
p
e
r
i
p
p
i
r
e
Z
Z
i
Z
Z
i 
(2-18)
Trong đó :
i
e
r
i

, i
i
r
e
là tỷ s truyn từ trục e ti trục i vƠ ngợc li khi phần tử r đng yên.
Z
p1
, Z
p2
là s răng ca các bánh răng p1 vƠ p2.
Dấu – chng t hai bánh răng p
1
và p
2
quay ngợc chiu nhau.
Nu vi sai lƠ vi sai đi xng ta có :
Z
p1
= Z
p2
do đó i
e
r
i
= i
i
r
e
= i
r

= -1 (2-19)
Hai trục quay cùng tc đ nhng ngợc chiu nhau.
Các thông s nêu trên tng ng vi các hiu suất truyn đng η
r
ei
, η
r
ie
và η
r
.
 Khi truyn đng từ r ti trục e và i : trong trng hợp chuyển đng thẳng và
bán kính các bánh xe lƠ nh nhau :
M
i
, 
i

p
2

p
1

r
e
i
M
o
, 

o

M
e
, 
e

Hình 2.11: S đồ đng vi sai bánh răng nón
S
16



R
V
i

V
e

V

e

e

i

i
r

k

B/2 B/2
B
P P
2P
e
i
r
2P
P
P
Hình 2.12: S đồ quay vòng ca cầu ch đng
Đi vi vi sai nón loi đi xng vi i
r
= -1 ta có quan h :

e
= 
i
= 
trục
, vi
1
truc
r



(2-20)

Nh vậy trong điu kin chuyển đng thẳng tc đ góc ca các trục e, i và v
vi sai là bằng nhau.
Chúng ta kho sát các quan h đng học gia hai bánh xe ca mt cầu ch
đng có trang bị vi sai nón đi xng khi cầu xe quay vòng vi bán kính R.








Gọi tỷ s
B
R

là bán kính quay vòng riêng, ta có các quan h nh sau :
Tc đ tịnh tin ca ca xe V = R. (2-21)
Vi  là tc đ quay ca cầu xe xung quanh tâm quay vòng O.
+ Quan h gia tc đ tịnh tin các bánh xe trong i và bánh xe ngoài e :


).
2
B
R(V
).
2
B
R(V

i
e

Do đó :
12
12
2
B
R
2
B
R
V
V
i
e
i
e










Từ đó suy ra tc đ góc ca các trục :
17

r
V
)
2
1
1(
r
)
2
B
R(
r
V
)
2
1
1(
r
)
2
B
R(
i
e









(2-22)
Tc đ ca v vi sai :
ie
r
i
ei
r
e
i
ri
e
e
re
i
r
i1i1
ii







Vì vi sai lƠ đi xng nên i
r
ei

= i
r
ie
= i
r
= -1 và ta có :

r
= 0,5 ( 
e
+ 
i
) (2-23)
V = 0,5 ( V
e
+ V
i
) = 0,5 r ( 
e
+ 
i
) = r . 
r
(2241)
Từ đó suy ra :
)
2
1
1();
2

1
1(
rire




(2-25)
Biểu thc trên có nghĩa lƠ khi quay vòng bánh xe ngoƠi quay nhanh hn v
còn bánh xe trong quay chậm hn.
2.5.2.3. Quan h mô men
 Khi bỏ qua tn hao trong vi sai, ta có các quan h sau :
ie
r
ri
e
r
i
ei
r
re
i
r
e
ie
r
i
e
i1
1

i
M
M
i1
1
i
M
M
i
M
M







(2-26)
Nu vi sai lƠ đi xng thì ta có : i
r
= 1 vƠ do đó :
2
1
M
M
M
M
1
M

M
r
i
r
e
i
e


(2-27)
Nhận xét :
18

Theo biểu thc (2-27) khi b qua tổn hao trong vi sai, tc là vi sai không ma
sát thì mô men xoắn phân b cho hai bán trục luôn bằng nhau và bằng mt nửa giá
trị mô men trên v vi sai. VƠ do đó :
M
e
= M
i
= 0,5M
r
; M
e
+ M
i
= M
r
(2-28)
Tất c các cầu ch đng ca ô tô đu sử dụng vi sai đi xng vi ma sát không

đáng kể (ngoi trừ mt s xe c đng cao sử dụng vi sai có ma sát). Vi sai không
đi xng chỉ có thể sử dụng ti hp phân phi.
Qui c v dấu ca mô men và tc đ góc các phần tử vi sai nh sau :




Bng 2.1: Bng quy c v dấu ca mô men và tc đ góc
 Khi tính đn tn hao : Trong trng hợp này chúng ta kể đn tổn hao do ma
sát trong truyn đng từ trục e ti trục i (hoặc ngợc li) khi v vi sai gi đng yên,
tc là kể đn hiu suất riêng η
r
ca vi sai. Nhng vi sai có hiu suất riêng thấp (nh
hn 1) đợc gọi lƠ vi sai có ma sát, chúng thng đợc sử dụng  các xe c đng
cao hoặc trong hp phân phi. Chúng ta sẽ kho sát dòng công suất trong hai trng
hợp : Ch đng, tc là dòng công suất truyn từ đng c ti các bánh xe vƠ trng
hợp phanh (bằng đng c hay hp s), khi đó công suất đợc tiêu thụ ti đng c
hay c cấu phanh  hp s.
 Trong trng hp ch đng : truyn đng từ phần tử r ti (e + i ).
Công suất th năng ca các phần tử e và i cho bi các quan h sau :
Xuất phát từ :

e
- 
r
= 
er
> 0 ; M
e
< 0


i
- 
r
= 
ỉr
< 0 ; M
i
< 0
Do đó công suất th năng :
P
r
e
= M
e
. 
er
< 0 (2-29)

ωh đng
Dấu 
Dấu ca M
r

+

r
> 0
Dấu ca M
i

-

i
> 0

e
> 0
Dấu ca M
e