Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G’’

MỞ ĐẦU
Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và
xã hội. Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện
này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm giải quyết. Trong
những năm gần đây sự phát triển của ngành ô tô có nhiều bước nhảy vọt về kỹ
thuật và công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao và an toàn hơn
cho người sử dụng.
Tính chất động lực học của ô tô khi chuyển động là một trong những
tính chất rất quan trọng, nó được thể hiện qua đặc tính động lực học, lực kéo,
công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường
tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đường khác
nhau hoặc do tác động điều kiện như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh.
Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng
tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu
và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh
giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu
này phụ thuốc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên.
Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các
thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán
được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá
trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều
tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và
đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng. Và ngày nay cũng đã có nhiều
thiết bị và phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng và tình
trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ
chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng cho
các loại xe ô tô có hiệu quả.
1
Từ những yêu cầu đó, Dưới sự hướng dẫn giúp đỡ của thầy cô giáo tôi
hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô TOYOTA
INNOVA G’’. Với mục đích góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc lực

chọn chế độ sử dụng hợp lý và đánh giá khả năng sử dụng.
2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 VÀI NÉT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỊ TRƯỜNG Ô TÔ
VIỆT NAM
Hiện nay trên thế giới ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh
mẽ, đáp ứng đủ nhu cầu của con người và xã hội. Hiện nay khoảng ba phần tư
số lượng ô tô được sản xuất chủ yếu tại Bắc Mỹ Tây Âu và Nhật Bản. Và ở
Việt Nam một số công ty của các nước đó cũng đã đầu tư xây dựng nhà máy
lắp ráp tại Việt Nam như nhà máy ô tô Ford ở Hải Dương, công ty ô tô
Toyota Việt Nam…
Cùng với sự phát triển kinh tế, nên nhu cầu sử dụng ô tô ở nước ta ngày
càng tăng. Ôtô trở thành phương tiện đi lại và chuyên dụng phục vụ cho
ngành kinh tế, thể thao giải trí quốc phòng an ninh… Hiện nay có khoảng trên
34 doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ôtô trong nước. Và nhiều hãng ô tô nước
ngoài đang thăm dò ý định xây dựng dây chuyền lắp ráp tại Việt Nam.
Công việc sản xuất ôtô trong nước hiện nay của chúng ta cũng chỉ dừng
lại ở công việc hàn, sơn, sản xuất một số linh kiện phụ tùng như ácquy, ghế,
đèn trần, tay nắm cửa, lốp…Nên tỷ lệ nội địa vẫn còn thấp.
Theo ước tính của bộ công nghiệp nhu cầu về ô tô của Việt Nam đến
khoảng 2020 là khoảng 239000 chiếc.
Và theo các nhà sản xuất ô tô nước ngoài thì một xe ô tô khoảng 24000
đến 30000 linh kiện nên không thể một công ty nào có thể sản xuất được hết
cả nên phải phát triển các cơ sở sản xuất linh kiện phụ tùng.
Vì vậy chúng ta cần xúc tiến công cuộc sản xuất ô tô trong nước hay
sản xuất phụ tùng linh kiện để đáp ứng được nhu cầu nội địa hoá ngành công
nghiệp ô tô trong tương lai tới.
3
1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ

Ôtô là loại xe tự hành để chở hành hoá hoặc hành khách trên các loại
đường bộ. Ngoài ra, trên ôtô có thể được trang bị các loại máy công tác để
thực hiện các công việc chuyên dùng như cứu hoả, cứu thương, nâng chuyển,
… Phạm vi của ô tô là rất rộng trên nhiều lĩnh vực kinh tế quốc phòng an
ninh….
1.2.1 Phân loại ôtô
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều chủng loại tuỳ thuộc vào mục đích
sử dụng khác nhau nên kết cấu các loại xe cũng khác nhau để nhằm phù hợp
với công việc. Ta có thể phân loại ôtô theo những cách sau đây:
Theo công dụng:
Xe ôtô con là xe có sức chở người đến 9 người.
Xe ôtô khách là loại xe chỉ dùng để chở người trên 10 người.
Xe ôtô tải là loại xe chỉ dùng để chở hàng hoá, sức chở vài trăm kg trở
lên. Và xe có rơmooc cũng được xếp vào loại xe này.
Xe chuyên dùng là xe có thiết bị và trang bị đặc biệt và trang bị những
thiết bị chuyên dùng để đáp ứng một hay một vài mục địch nào đó.
Theo số cầu chủ động:
Xe ôtô có một cầu chủ động: Đây là loại xe thông dụng hay dùng ở các
nơi có đường xá tốt, các thành phố.
Xe có nhiều cầu chủ động: Những loại xe này có tính năng ưu việt hơn
loại xe một cầu chủ động, hoạt động trên nhiều địa hình khác nhau, các loại
xe này có hai hay nhiều cầu chủ động.
Theo dạng nhiêu liệu tiêu thụ:
Xe ôtô dùng nhiêu liệu xăng.
Xe ôtô dùng nhiên liệu diezel.
4
Xe ôtô dùng khí gas.
Xe ôtô dùng điện, hay các nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời….
1.2.2 Cấu tạo chính của ôtô
Cấu tạo Ôtô bộ phận chính có chức năng giống nhau. Các bộ phận và hệ

thống chính của ôtô máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống truyền lực (Ly hợp,
hộp số, truyền lực cacđăng, cầu chủ động), hệ thống di động, hệ thống treo, hệ
thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, trang bị điện và các
trang bị làm việc khác.
+ Động cơ là nguồn động lực trên ôtô máy kéo. Hiện nay động cơ đốt
trong dùng nhiên liệu lỏng hoặc nhiên liệu khí được sử dụng chủ yếu trên ôtô.
Động cơ là một bộ phận quan trọng của ôtô dùng để tạo ra nguồn năng lượng
cho xe hoạt động và có thể truyền một phần hoặc toàn bộ công suất của động
cơ đến bộ phận làm việc của máy công tác liên kết với chúng.
+ Hệ thống truyền lực (HTTL) là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ
thống nhằm truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động
của ôtô, máy kéo. HTTL còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của
mômen quay truyền, cho phép ôtô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm
việc. Phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của xe máy cụ thể mà trong hệ thống
truyền lực của ôtô có thể có một hai hay nhiều cầu chủ động.
Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ
động quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt
đường không bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số
truyền chung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy.
Truyền lực cacđăng dùng để truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phối đến
các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xe
chủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau. Truyền lực
cacđăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằm
5
trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong
một giới hạn nhất định.
+ Hệ thống di động của ô tô gồm các bánh xe với lốp đàn hồi , hệ
thống di động là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với mặt đường, nó nhận mômen
chủ động từ động cơ qua hệ thống truyền lực và biến mômen chủ động thành
lực kéo tiếp tuyến hay còn gọi là lực chủ động để làm ôtô chuyển động.

+ Hệ thống treo là tổ hợp của một số các chi tiết và phần tử đàn hồi,
liên kết giữa bộ phận di động với khung xe, nhằm giúp cho khung xe được êm
dịu trong khi bộ phận di động luôn chịu tác động của các lực va đập do mấp
mô mặt đường khi chuyển động.
+ Hệ thống điều khiển gồm một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm điều
khiển ôtô theo các hướng và chiều cần thiết, đồng thời giúp ôtô chuyển động
ổn định không trượt lê sang trái hay phải. Ngoài ra hệ thống điều khiển còn
cho phép ôtô giảm tốc độ chuyển động hoặc dừng lại nhanh chóng khi gặp sự
cố khẩn cấp.
+ Trang bị điện là tổ hợp của hàng loạt bộ phận, thiết bị điện nhằm
đảm bảo giúp cho ôtô làm việc ổn định, tin cậy, tăng tính tiện nghi, thuận lợi
cho người lái, hành khách và an toàn lao động. Trang bị điện là một hệ thống
rất phức tạp nó có thể được phân ra hai hệ thống là hệ thống nguồn điện và hệ
thống các thiết bị tiêu thụ điện. Hệ thống nguồn điện dùng tạo ra nguồn năng
lượng điện để cung cấp cho các phụ tải (các thiết bị dùng điện). Hệ thống các
thiết bị phụ tải là tổ hợp của tất cả các thiết bị có trên ôtô dùng năng lượng
điện như hệ thống đốt cháy, hệ thống khởi động, hệ thống chiếu sáng, tín
hiệu, hệ thống điều khiển bao gồm cả máy tính điện tử điều khiển động cơ và
điều khiển thân xe cùng các rơle hay các bộ phận chấp hành đi theo máy tính,
do tính phức tạp của trang bị điện, nên phần này được trình bày trong một tài
liệu riêng.
+ Trang bị làm việc là tổ hợp của nhiều thiết bị, bộ phận giúp cho ôtô
6
máy kéo và xe chuyên dụng thực hiện các công việc một cách thuận tiện và
đạt hiệu quả cao. Sau đây chúng ta tìm hiểu đại cương về sự bố trí các bộ
phận chính trên ôtô máy kéo.
1.3 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
Hệ thống truyền lực là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm
truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy
kéo. Hệ thống truyền lực còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của

mômen quay truyền, cho phép ôtô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm
việc. Dựa vào nguyên tắc hoạt động, hệ thống truyền lực được chia ra: hệ
thống truyền lực cơ khí, hệ thống truyền lực thủy lực, hệ thống truyền lực
phân cấp và không phân cấp. Trước khi đi vào xây dựng đặc tính động lực
học của ô tô dùng truyền động cơ khí, hãy tìm hiểu về hệ thống truyền lực cơ
học.
Hệ thống truyền lực cơ khí
Truyền lực cơ khí gồm có hai loại: truyền lực phân cấp và truyền lực
không phân cấp:
- Trong hệ thống truyền lực phân cấp là sử dụng những bộ truyền các
cặp bánh răng ăn khớp để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau thông qua sự thay
đổi các cặp bánh răng ăn khớp.
- Đối với hệ thống truyền lực không phân cấp thì sử dụng các bộ
truyền động ma sát như: bộ truyền động đai, bộ biến tốc ma sát...
- Những bộ phận chính trong truyền lực cơ khí bao gồm: ly hợp, hộp
số, truyền lực trung gian (các đăng), truyền lực chính, hộp vi sai, các bán trục:
7
1.3.1 Ly hợp ma sát
Ly hợp là một bộ phận trong hệ thống truyền lực của ôtô. Ly hợp dùng
để truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến trục sơ cấp hộp số, cho
phép cắt nhanh động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực và nối động cơ vào hệ
thống truyền lực một cách êm dịu. Nó còn có tác dụng như một bộ phận an
toàn ngăn ngừa cho động cơ không bị quá tải.
Cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:
Hinh 1.1 Ly hợp của ô tô TOYOTA
Ly hợp nằm giữa động cơ và hộp số chính. Chức năng của ly hợp trong
hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo là:
- Có khả năng đóng, ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ
động. Đảm bảo việc đóng, ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện
quá trình đóng, ngắt một cách nhanh chóng.

- Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm
tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ.
8
- Khi có hiện tượng cộng hưởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng
dập tắt chấn động để nâng cao chất lượng truyền động.
Ly hợp ma sát được dùng nhiều trên ô tô, máy kéo là loại ly hợp một
đĩa hoặc hai đĩa ma sát và là loại thường xuyên đóng do lực ép của các lò xo,
ép các đĩa ép cùng khối đĩa ma sát vào bề mặt của bánh đà, để truyền mô men
từ bánh đà (liên kết cứng với vỏ ly hợp, rănh trong vỏ ly hợp ăn khớp với vấu
đĩa ép (chủ động)) sang đĩa ma sát nối then hoa với trục sơ cấp hộp số (phần
bị động).
Tuy nhiên quá trình cắt, nối ly hợp vẫn còn hiện tượng gây ồn, nếu
trượt kéo dài sẽ phát sinh nhiệt và hao mòn nhanh... chính vì những nhược
điểm còn tồn tại, nên đã có những giải pháp khắc phục [2].
1.3.2 Hộp số cơ khí
Trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo sử dụng hộp số để đảm
bảo các chức năng: tạo nên sự thay đổi mô men và số vòng quay của động cơ
ở phạm vi rộng phù hợp với sự thay đổi của địa hình làm việc, tạo nên chuyển
động lùi và có thể ngắt truyền động trong thời gian dài.
Hộp số cơ khí trong truyền động cơ khí của ô tô, máy kéo thường sử
dụng các bộ truyền động bánh răng: răng thẳng hoặc răng nghiêng. Trên ô tô
thường bố trí hộp số có từ 3 đến 5 số tiến và 1 số lùi.
9
Hình 1.2 Hộp số trên xe TOYOTA INNOVA
Cấu tạo thì hầu hết các hộp số cơ đều có điểm chung là có một cặp
bánh răng luôn luôn ăn khớp để truyền mô men quay từ trục sơ cấp đến trục
trung gian. Trên trục sơ cấp có bố trí bánh răng liền trục của cặp bánh răng
luôn luôn ăn khớp đó, và ở đầu có vành răng để gài số truyền thẳng (i=1).
Trên ôtô con và ôtô vận tải người ta cũng thường dùng hộp số hai hoặc
ba trục. Trên hình 1.3.3 ta xét hộp số ba trục gồm trục sơ cấp, trục thứ cấp và

trục trung gian . Trục trung gian luôn quay nhờ nhận chuyển động từ trục thứ
cấp xuống, các bánh răng trên trục trung gian luôn quay làm các bánh răng
trên trục thứ cấp quay, các bánh răng trên trục thứ cấp quay trơn trên trục. Khi
thực hiện gài số qua cơ cấu gài số bộ hòa động tốc được lắp then hoa trên trục
thứ cấp được gài vào bánh răng đang quay làm trục thứ cấp quay theo, bộ gài
đồng tốc gài vào các bánh răng ta được các số truyền tương ứng. Như trên
hình 1.3.3 ta có 5 số tiến và một số lùi R
10
Hình 1.3 Sơ đồ động học của hộp số
Hộp số cơ có ưu điểm là kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền cao (
η
=0.9
÷
0.95), khối lượng nhỏ. Tuy nhiên hộp số cơ còn có nhược điểm là gây ồn
khi làm việc, khó sang số đòi hỏi sự khéo léo của người vận hành điều khiển
khi sang số. Muốn gài số, người vận hành phải điều khiển sao cho các bánh
răng cần gài với nhau phải được quay cùng một tốc độ, có như vậy để tránh
các đầu răng không bị vấp vào nhau. Để tạo điều kiện cho việc sang số dễ
dàng, trên hộp số được trang bị các bộ đồng tốc. Các bộ đồng tốc thường có
ba loại sau:
- Bộ đồng tốc không thay đổi lực ma sát.
- Bộ đồng tốc quán tính.
- Bộ đồng tốc quán tính tăng lực.
Khi có bộ đồng tốc này sẽ làm cho hộp số làm việc êm dịu hơn, tuy
nhiên trong sử dụng, khi vào số bằng lực tác dụng quá lớn có thể dẫn đến hư
hỏng khoá hãm và cháy mòn vành ma sát, khi đó quá trình sang số sẽ không
11
còn êm dịu nữa. Mặt khác việc ứng dụng giải pháp này làm cho cấu tạo hộp
số thêm phức tạp đây cũng là nhược điểm cần được khắc phục.
1.3.3 Truyền động các đăng

Cacđăng và khớp nối là cơ cấu nối và truyền dẫn mômen. Nó được
dùng để truyền mômen xoắn giữa các cụm truyền lực không cố định, trục của
các bộ phận này không nằm trên cùng một đường thẳng mà thường cắt nhau
dưới một góc α thay đổi và luôn bị chuyển dịch vị trí tương đối với nhau (đặc
biệt là theo phương thẳng đứng: Như hộp số và cầu xe). Sự dịch chuyển vị trí
tương đối này đòi hỏi cacđăng phải có khả năng thay đổi chiều dài.
Nhiệm vụ của cacđăng để nối hộp số với cầu xe, dùng để nối cầu xe với
bánh chủ động có hệ thống treo độc lập. Ngoài ra cacđăng còn thường được
dùng để truyền mômen xoắn đến các bánh dẫn hướng là chủ động, đến các bộ
phận làm việc của máy công tác, đến các trang bị làm việc phụ trợ trên ôtô
máy kéo và xe chuyên dụng. Khi cần truyền mômen với khoảng cách lớn,
thân trục cacđăng có thể được tạo nên bởi hai phần: Một phần gắn lên thân xe,
phần còn lại nối với cầu xe. Giữa các đoạn thân có thể có khớp nối và ổ đỡ.
Bộ truyền cacđăng phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Quá trình truyền
mômen xoắn giữa các bộ phận máy không có dao động tốc độ góc, không gây
nên va đập và tải trọng động lớn do mômen quán tính. Các trục cacđăng phải
đảm bảo quay đều, không gây nên cộng hưởng. Hiệu suất bộ truyền phải cao
khi góc lệch giữa hai trục là lớn. Kết cấu bộ truyền gọn nhẹ, thuận tiện khi
chăm sóc bảo dưỡng trong sử dụng.
12
Hình1.4 Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý cacđăng có trạc chữ thập
a) Cấu tạo ; b) Sơ đồ nguyên lý.
1.3.4 Truyền lực chính và vi sai
Hình 1.5 Cấu tạo của bộ truyền lực chính và bộ vi sai
13
Cầu chủ động của ôtô và máy kéo bánh bao gồm truyền lực chính (còn gọi là
truyền lực trung tâm) và visai. Cả hai cơ cấu này thường đặt trong hộp vỏ cầu.
Đối với ôtô vỏ cầu thường được đặt trên dầm cầu và nó là một phần của dầm
cầu. Ở hệ thống treo độc lập, vỏ cầu là một khối riêng gắn chặt với khung,
dầm ngang sàn xe hay liền khối với hộp số và động cơ.

Truyền lực chính có chức năng
- Đảm nhận tỷ số truyền lớn, tăng mômen quay cho bánh chủ động, tạo
nên số vòng quay tối ưu cho chuyển động của xe trong khoảng tốc độ của xe
yêu cầu;
- Tạo nên chiều quay thích hợp giữa bánh xe và HTTL, khi động cơ bố
trí dọc, truyền lực chính thay đổi chiều quay trục bị động vuông góc với chiều
quay trục khuỷu nên thường dùng bộ truyền bánh răng nón.
Vi sai có nhiệm vụ:
- Thực hiện sự sai lệch tốc độ quay giữa các trục bánh xe trên cùng một
cầu khi chuyển động trên đường vòng hay đường không bằng phẳng, bảo đảm
dễ dàng điều khiển hướng chuyển động và không mài mòn lốp xe;
- Hạn chế sự trượt quay ở bánh xe, khi chênh lệch tốc độ góc giữa các
bánh xe trên cùng một cầu, tạo điều kiện tận dụng lực bám và nâng cao tính
kinh tế nhiên liệu.
1.4 MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1 Mục đích
Khảo sát tính năng động lực học của xe ôtô TOYOTA INNOVA G ở
các số truyền, tốc độ, độ dốc khác nhau. Từ đó tìm ra các hệ số làm việc hợp
lý của xe khi chuyển động trong các điều kiện khác nhau.
Đồng thời cũng cơ sở giúp cho người sử dụng lựa chọn chế độ sử dụng
hợp lý để nâng cao năng suất của xe và cũng để hỗ trợ cho việc tổ chức khai
thác loại xe này đạt hiệu quả cao hơn.
14
1.4.2 Nhiệm vụ
Để đạt được những mục tiêu đó trong đề tài đã thực hiện những nhiệm vụ
chính sau đây:
• Tìm hiểu tổng quan về động lực học ô tô
• Tìm hiểu về đặc điểm và đặc tính kỹ thuật của đối tượng khảo sát
• Xây dựng các đường đặt tính động lực học của ô tô với việc sử dụng
phần mềm Matlab

• Sử dụng đường đặt tính động lực học để xác định các thông số khác
• Đánh giá tính năng động lực học của loại xe này.
1.4.3 Phương pháp nghiên cứu
Chất lượng động lực học của ô tô thường được đánh giá theo khả năng
khởi hành và tăng tốc với các tải trọng khác nhau, ở các số truyền khác nhau
và trong những điều kiện đường xá khác nhau. Những khả năng này thường
được thể hiện trên đường đặc tính động lực học của ô tô.
Để xây dựng đường đặc tính động lực học có thể thực hiện theo hai
phương pháp sau:
Đường đặc tính động lực học được xây dựng theo các số liệu khảo
nghiệm xe trên đường và thường được gọi là đường đặc tính thực nghiệm.
Đường đặc tính động lực học xây dựng trên cơ sở đường đặc tính động
cơ và sử dụng các công thức toán học để tính các chỉ tiêu động lực học và
thường được gọi là đường đặc tính lý thuyết.
Đối với phương pháp thứ nhất để đo được trực tiếp các thông số đòi hỏi
phải có các thiết bị hiện đại, đặc biệt là phải có khả năng đo được các tín hiệu
thay đổi theo thời gian với tần số cao và phải có khả năng ghi lại quá trình
diễn biến của các thông số.
Đối với phương pháp thứ hai đòi hỏi phải có đường đặc tính động cơ
hoặc một số thông số kết cấu của xe và một số thông số về điều kiện sử dụng.
15
Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là tuy có nhiều bài toán phức tạp nhưng
bằng việc ứng dụng các phần mềm tin học mà cụ thể ở đây là phần mềm
matlab các bai toán này có thể được giải quyết một cách nhanh chóng hơn với
độ chính xác cao. Thêm vào đó khi sử dụng phương pháp này dễ đặt ra
phương án khảo sát ảnh hưởng của tường thông số. Nhược điểm của phương
pháp này là độ chính xác không cao bằng phương pháp thứ nhất.
Do điều kiện và khả năng không cho phép nên trong khóa luận tốt
nghiệp này em đã lựa chọn nghiên cứu theo phương pháp thứ hai.
1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Xuất phát từ điều kiện thực tế, căn cứ vào những vấn đề đã nêu ở trên
đề tài chọn nghiên cứu phương pháp và tiến hành xây dựng đặc tính động lực
học của ô tô TOYOTA INNOVA G với hệ thống truyền lực cơ học. Thông
số kỹ thuật của xe được thể hiện qua bảng 1.1.
Hình ảnh của xe TOYOTA INNOVA G
16
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của xe TOYOTA INNOVA G
Động cơ 2,0 lít (1TR-FE)
Dung tích công tác (cc) 1998
Kiểu động cơ I4, 16V, DOVHC, VVT-i
Đường kính xy lanh x Hành trình piston (mm) 83 x 83.1
Công suất cực đại (kW/vòng/phút) 96 / 6000
Mô men xoắn cực đại (Nm/vòng/phút) 165 / 4000
Hệ thống cung cấp nhiên liệu Phun xăng điện tử
Dung tích thùng nhiên liệu (L) 55
Hộp số 5 số tay
Tỷ số truyền số lùi 4.743
Tỷ số truyền chính 4.3
Số 1 3.928
Số 2 2.142
Số 3 1.397
Số 4 1.000
Số 5 0.851
Dài x rộng x cao (mm) 4580 x 1770 x 1745
Chiều dài cơ sở (mm) 2750
Chiều rộng cơ sở trước và sau (mm) 1510 / 1510
Bán kính vòng quay tối thiểu (mm) 5400
Khoảng sáng gầm xe tối thiểu (mm) 191
Trọng lượng không tải (kg) 1530 - 1550
Trọng lượng toàn tải (kg) 2130

Lốp xe 205 / 65R15, mâm đúc
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
17
2.1 LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG
2.1.1 Các đường đặc tính của động cơ
Các tính chất động lực học của ô tô liên quan nhiều đến tính toán thiết
kế, chế tạo và sử dụng ô tô.
Động cơ đặt trên các xe ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại piston.
Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế thể hiện rõ trên đường đặc tính làm
việc của nó. Đặc tính làm việc của động cơ chi phối đặc điểm cấu tạo và khả
năng làm việc của nó.Vì vậy cần phải nắm vững các đường đặc tính của động
cơ để cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô như nghiên cứu
các tính năng kéo và tính năng động lực học của ô tô.
Đường đặc tính của động cơ chia làm hai loại: Đường đặc tính tốc độ
và đường đặc tính tải trọng.
a. Đường đặc tính tốc độ
Đường đặc tính tốc độ là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của
công suất hiệu dụng N
e
, mô men quay M
e
, chi phí nhiên liệu giờ G
T
và chi phí
nhiên liệu riêng g
e
(chí phí nhiên để sản sinh ra một đơn vị công suất hiệu
dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc ω của trục khuỷu.
Các loại động cơ điezel lắp trên ô tô đều có bộ điều tốc (máy điều

chỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô
men cản M
C
) thay đổi. Đường đặc tính tốc độ của động cơ Diezel phụ thuộc
rất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tự
điều chỉnh.
Có 2 loại đường đặc tính tự điều chỉnh
- Đường đặc tính tốc độ ngoài gọi là đường đặc tính ngoài.
- Đường đặc tính cục bộ
18
Các đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm
trên các thiết bị chuyên dùng.
Đuờng đặc tính ngoài của động cơ nhận được khi khảo nghiệm động cơ
ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thuớc nhiên liệu (ở
động cơ diezel) ở vị trí cực đại hoặc mở buớm ga hoàn toàn (ở động cơ xăng).
Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận đuợc
đường đặc tính cục bộ. Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế độ (máy
điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có đường đặc tính ngoài và đường đặc tính cục bộ
tùy thuộc vào vị trí tay ga.
Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ n
n
công suất động cơ đạt giá trị
cực đại N
emax
và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu g
emax
, khi đó động
cơ làm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc
chế độ làm việc định mức. Ở chế độ này các chỉ tiểu của động cơ cũng có tên
gọi tương ứng: Công suất định mức N

m
= N
emax
, mô men quay định mức M
n
và
số vòng quay định mức n
n
.
Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức n
n
đến số vòng
quay chạy không n
ck
phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc. Phần
đồ thị tương ứng khoảng tốc độ n
n
–n
ck
được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các
đường đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn
n
n
là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị dạng đường
cong). Ở nhánh quá tải cộng suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu
riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả. Ngoài ra, các chi tiết của
động cơ sẽ chịu tải trọng lớn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do
tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và
còn một số nhược điểm khác nữa. Do vậy không nên sử dụng động cơ ở
nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc phục các

hiện tựợng quá tải tức thời .
19
Ở nhánh quá tải mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi
đạt giá trị cực đại M
max
nếu tải trọng tiếp tục tăng lên mô men động cơ sẽ
giảm xuống rồi ngừng quay. Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được với
tải trọng M
c
< M
max
tương ứng với tốc độ quay n > n
M
.
Trên hình 2.1 là đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi
không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số
vòng quay (b). Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn
gọi là khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ
số thích ứng theo mô men quay và được xác định.
axm
M
n
M
k
M
=
(2.1)
Trong đó : M
max
là mô men quay cựcđại của động cơ.

M
n
là mô men quay định mức của động cơ.
Hình 2.1 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng
a - Không có hạn chế số vòng quay; b - có hạn chế số vòng quay.
Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện
tượng quá tải càng tốt. Ở các động cơ diezel thông thường k
M
=1.1÷ 1.25, còn
ở động cơ xăng k
M
= 1.1 ÷ 1.35.
Ô tô thường làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm vi
rộng nhiều khi người lái không kịp trở phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay số
20
truyền và dẫn đến bị chết máy. Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơ nhỏ
hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ở nhánh tự
điều chỉnh. Mức độ sử dụng công suất động cơ được đánh giá bởi hệ số sử
dụng tải trọng:
c
n
M
M
γ
=
(2.2)
Trong đó: M
c
là mô men cản đặt trên trục khuỷu ;
M

n
là mô men quay định mức của động cơ;
Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật để
đánh giá tính năng kinh tế -kỹ thuật của động cơ. Trong lý thuyết ô tô thường
sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực học.
Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến
hành bằng thực nghiệm. Tuy nhiên nếu chấp nhận độ chính xác tương đối
cũng có thể chấp nhận phương pháp giải tích kết hợp một số công thức hoặc
thực nghiệm. Một trong những công thức hay được sử dụng là công thức
S.R.Lay Đecman, dạng như sau:
2 3
. . .
e n
n n n
n n n
N N a b c
n n n
 
   
 
= + +
 ÷  ÷
 
   
 
(2.3)
Trong đó: - N
e
, n là công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ
tương ứng với một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài;

- N
n
, n
n
là công suất định mức (công suất cực đại ), và số vòng quay
định mức;
- a, b, c là các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ; ở động
cơ xăng a = b = c = 1; ở động cơ diezel 4 kỳ a=0,5
÷
0,7; b=1,5
÷
1,3; c=1;
Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức :
21

4
e
e
10 .N
M =
1,047.n

Trong đó: Ne – công suất động cơ, kW
n – số vòng quay của trục khuỷu, v/ph
Me – mô men quay của động cơ, Nm
Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3), (2.4) ta có thể xây dựng
được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n).
b. Đường đặc tính tải trọng
Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất
hiệu dụng N

e
, số vòng quay của trục khuỷu và chi phí nhiên liệu giờ G
T
với
mô men quay của động cơ M
e
, thể hiện trên hình 2.2.
Hình 2.2 Đường đặc tính tải trọng của động cơ
Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng
các mối quan hệ đó hoàn toàn giống như đã phân tính trên đường đặc tính tốc
độ. Nhưng đường đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên
cứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của ô tô. Vì nhánh điều chỉnh
trong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0
đến M
n
) có thể bố trí được rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính
tốc độ (trong khoảng n
n
– n
ck
). Nhờ đó khi xác định giá trị của các thông số
22
trên đồ thị sẽ chính xác hơn. Tuy nhiên, để đánh giá tính năng kinh tế kỷ thuật
của động cơ thì đường đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánh giữa
các động cơ với nhau thông qua chí phí nhiên liệu riêng g
e
.
2.1.2 Mô men chủ động
Khi ô tô làm việc công suất và mô men quay của động cơ được truyền
qua hệ thống truyền lực rồi đến các bánh xe chủ động để tạo ra sự chuyển

động tịnh tiến của ô tô . Trên hình 2.3 được trình bày sơ đồ đơn giản của hệ
thống truyền lực ô tô gồm ly hợp chính 2, hộp số 3, truyền lực chính 4 và hộp
vi sai 5.
Hình 2.3 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực của ô tô
1- động cơ; 2-ly hợp ;3-hộpsố; 4-truyền lực chính;
Mô men quay do động cơ truyền đến các bánh chủ động được gọi là mô
men chủ động và thường được ký hiệu là M
k
.
Giá trị của mô men quay Mk phụ thuộc vào mô men quay của động cơ
Me, tỷ số truyền i và hiệu suất ηm của hệ thống truyền lực. Ngoài ra còn phụ
thuộc vào chế độ chuyển động của ô tô.
- Khi ô tô chuyển động ổn định :
M
k
= M
e
.i.η
m
(2.5)
Trong đó: M
e
là mô men quay của động cơ, Nm
23
i, ηm tỷ số truyền và hiệu suât của hệ thống truyền lực,
- Khi ô tô chuyển động không ổn định:
'
. . . . . .
x k
k e d m x x x k

d d
d
M M J i J i J
dt dt dt
ω ω
ω
η η
 
= ± ± ∑ ±
 ÷
 
(2.6)
Trong đó:
J
d
,
d
dt
ω
là mô men quán tính của các chi tiết chuyển động không
đều trong động cơ qui đổi đến trục khuỷu và gia tốc góc của động cơ.
J
x
,
x
d
dt
ω
là mô men quán tính và gia tốc góc của chi tiết thứ x
trong hệ thống truyền lực.

J
k
,
k
d
dt
ω
là mô men quán tính và gia tốc của bánh xe chủ động.
Trong công thức (2.6) dấu (+) được sử dụng cho trường hợp chuyển
động chậm dần đều và dấu (-) là khi chuyển động nhanh dần.
Mối liên hệ giữa gia tốc tịnh tiến của xe và gia tốc góc của bánh xe chủ
động có thể được biễu diển qua biểu thức:

k k
k
dω dω r
a = .r = .
dt dt i
Trong đó : a – gia tốc tịnh tiến của xe, m/s
2
r
k
– bán kính bánh xe chủ động, m
i – là tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực,
Từ đó suy ra hệ thức sau:
. ; . ;
x k
x
k k k
d d

d a a a
i i
dt r dt r dt r
ω ω
ω
= = =

Sau khi thay các giá trị trên vào công thức (2.6) và bằng phép biến đổi
đơn giản nhận được mô men chủ động khi chuyển động không ổn định :
24
M’
k
= M
k
+ M
ak
(2.7)
Trong đó: M
k
là mô men chủ động của ôtô khi chuyển động ổn định.
2.1.3 Các lực tác dụng lên ôtô
a. Lực kéo tiếp tuyến và lực bám
Quá trình tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường hoặc đất
xảy ra rất phức tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể
biểu diễn như hình 2.4.
Hinh 2.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động
Dưới tác dụng của mô men chủ động M
k
bánh xe tác động lên mặt
đường một lực tiếp tuyến, ngược lại mặt đường tác dụng lên bánh xe một

phản lực tiếp tuyến P
k
cùng chiều chuyển động với ô tô, có tác dụng làm cho
máy chuyển động.
Do vậy phản lực tiếp tuyến P
k
được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi
còn được gọi là lực chủ động.
Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của mặt đường tác dụng lên
bánh xe do mô men chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động
của ô tô. Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi ô tô chuyển động ổn định được xác
định theo công thức:
25