NGHIÊN cứu, mô PHỎNG cầu XE tự ĐỘNG điều KHIỂN

M CăL C
Trang tựa

TRANG

Quy t đ nh giao đề tài
Xác nh n của cán b h

ng dẫn

Lụ L CH KHOA H C ............................................................................................... i
L I CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
L I C M N ........................................................................................................... iii
TịM T T ................................................................................................................. iv
ASTRACT...................................................................................................................v
M C L C ................................................................................................................. vi
DANH SÁCH CÁC CH

VI T T T ...................................................................... ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH .........................................................................................x
DANH SỄCH CỄC B NG ........................................................................................x
Ch

ngă1:ăT NG QUAN .........................................................................................1

1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ............................................................1
1.2. M c đích của đề tài ..............................................................................................4
1.3. Nhiệm v của đề tài và gi i h n đề tài .................................................................4
1.3.1. Nhiệm v của đề tài...........................................................................................4
1.3.2. Gi i h n đê tai ...................................................................................................4

1.4. Ph
Ch

ng pháp nghiên cứu......................................................................................4

ngă2: C ăS

LÝ THUY T .............................................................................5

2.1. Gi i thiệu về cầu xe tự đ ng điều khi n ..............................................................5
β.β. C h c lăn của bánh xe ........................................................................................9
β.β.1. Bán kính lăn của bánh xe ......................................................................................................................... 9
2.2.2. Các quan hệ đ ng h c vƠ đ ng lực h c của bánh xe chủ đ ng.......................10
2.2.3. Sự truyền năng l ng từ bánh xe chủ đ ng t i mặt đ ng ...........................................................12
2.2.4. Lực bám của bánh xe chủ đ ng ...........................................................................................................13
2.2.5. Các y u tố nh h ng đ n hệ số bám .................................................................................................15
vi


β.β.6. Đặc tính tr

t ..................................................................................................16

2.3. Lý thuy t phân phối công suất ...........................................................................16
2.3.1. Phối công suất dùng vi sai......................................................................................................................16
2.3.2. Tr ng thái lăn của cầu và hiện t ng l u thông công suất .............................................................25
2.3.3. Nh ng nh c đi m của việc phân phối công suất trên ôt ô khi dùng vi sai...............................28
Ch

ngă3:ăC UăXEăT ăĐ NGăĐI UăKHI N ...................................................30

γ.1. Cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng kh p nối cứng ...........................................30
γ.β. Cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai h n ch tr

t ki u ly h p .................31

3.2.1. Cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai h n ch tr t ki u ly h p ma sát đ n......................31
3.2.2. Cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai h n ch tr t ki u ly h p ma sát kép ......................33
γ.γ. Cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai c cấu bánh răng hƠnh tinh ..............36
3.3.1. Cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai c cấu bánh răng hƠnh tinh k t h p v i kh p
nối thủy lực ...........................................................................................................................................................36
3.3.2. Cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai không đôi xứng k t h p v i kh p nối
thủy lực ...............................................................................................................................................................41
γ.4. Cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai có ma sát ..........................................43
Ch

ngă4:ăMÔ PH NG C U XE T

4.1. Ph

Đ NGăĐI U KHI N ...........................47

ng án kh o sát ............................................................................................47

4.2. Gi i thiệu chung về xe Audi A4 3.0 ..................................................................47
4.3. Phân phối công suất trên xe Audi A4 ................................................................48
4.3.1. S đồ truyền lực trên xe Audi A4 ........................................................................................................48
4.3.2. Phân phối công suất cầu 2 s d ng vi sai Torsen (vi sai có ma sát) .............................................51
4.3.2.1. Các thông số của kỹ thu t vi sai Torsen.......................................................51
4.3.2.2. Cấu t o, nguyên lý ho t đ ng cầu xe tự đ ng điều khi n s dung vi sai

Torsen. .......................................................................................................................52
4.γ.γ. Mô phỏng đ ng lực h c cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai Torsen................................65
4.3.3.1 Tr ng thái xe chuy n đ ng thẳng trên đ
4.3.3.2. Tr ng thái xe quay vòng trên đ

ng bám kém: ..............................67

ng tốt: ......................................................70

4.4. Đánh giá k t qu mô phỏng cầu xe tự đ ng điều khi n .....................................74
Ch

ngă5:ăK T LU N ...........................................................................................76

vii


5.1. K t lu n ..............................................................................................................76
5.2. Nh ng vấn đề còn h n ch .................................................................................77
5.3. Ki n ngh vƠ h

ng phát tri n đề tài ..................................................................78

TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................78

viii


DANH SÁCH CÁC CH
LSD

VI T T T

: Limited Slip Differentinal ậ Vi sai h n ch tr

t

TORSEN : Torque Sensing ậ Vi sai c m bi n mô men
2WD

: Two-wheel Drive ậ Xe m t cầu chủ đ ng

4WD

: Four-wheel Drive ậ Xe hai cầu chủ đ ng

AWD

: All-wheel Drive ậ Tất c cầu xe chủ đ ng th

ABS

: Anti-lock Braking System ậ Hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe

ECU

: Electric Control Unit ậ B vi x lý

ng xuyên

LabVIEW : Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench ậ Phần
mềm l p trình ngôn ng đồ h a

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Cầu xe s d ng vi sai v i kh p nối cứng điều khi n bằng c khí ................ 5
Hình 2.2: Cầu xe s d ng vi sai v i kh p nối cứng điều khi n bằng thủy lực............. 6
Hình 2.3: Cầu xe s d ng vi sai v i kh p nối cứng điều khi n bằng điện t ............... 6
Hình 2.4: Cầu xe s d ng vi sai h n ch tr
Hình 2.5: Cầu xe s d ng vi sai h n ch tr

t ki u ly h p điều khi n bằng c khí ..... 6
t ki u ly h p điều khi n bằng thủy lực7

Hình 2.6: Cầu xe s d ng vi sai h n ch tr

t ki u ly h p điều khi n bằng điện t .... 7

Hình 2.7: Cầu xe s d ng c cấu bánh răng hƠnh tinh .................................................. 8
Hình 2.8: Cầu xe s d ng vi sai có ma sát ..................................................................... 8
Hình 2.9μ Đồ th quan hệ g a bán kính lăn vƠ lực kéo .................................................. 9
Hình 2.10μ S đồ đ ng h c của bánh xe chủ đ ng lăn có tr

t quay ......................... 10

Hình 2.11μ S đồ lực và mô men tác d ng lên bánh xe chủ đ ng lăn trên đ

ng...... 11

Hình 2.12: Dòng công suất bánh xe chủ đ ng.......................................................... 12
Hình 2.13: Các y u tố nh h
Hình 2.14μ Đặc tính tr

ng đ n hệ số bám. ....................................................... 15

t ............................................................................................. 16

Hình 2.15: S đồ vi sai bánh răng nón ......................................................................... 17
Hình 2.16μ S đồ quay vòng của cầu chủ đ ng. .......................................................... 18
Hình 2.17: Quan hệ về lực củ cầu chủ đ ng khi vi sai làm việc ................................. 21
Hình 2.18: Hiệu suất riêng vi sai và kh năng t n d ng lực bám riêng của cầu ......... 23
Hình 2.19μ Tr ng thái chuy n đ ng của cầu v i các lực Fk khác nhau ....................... 26
Hình 3.1: Mô hình khóa cầu xe s d ng kh p nối cứng ............................................. 30
Hình 3.2μ S đồ vi sai h n ch tr

t ki u ly h p ma sát đ n ...................................... 32

Hình 3.3μ S đồ vi sai h n ch tr

t ki u ly h p ma sát kép....................................... 34

Hình 3.4μ S đồ lực tác d ng lên vỏ vi sai bên trong .................................................. 35
Hình 3.5μ S đồ vi sai c cấu bánh răng hƠnh tinh k t h p kh p nối thủy lực........... 36
Hình 3.6μ S đồ lực và mô men tác d ng lên vi sai cầu tr

c (a), vi sai trung tâm (b) ... 37

Hình 3.7μ S đồ vi sai không đối xứng k t h p v i kh p nối thủy lực ....................... 41

x


Hình 3.8: Cấu trúc vi sai có ma sát .............................................................................. 44
Hình 3.9μ S đồ cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai có ma sát ......................... 44
Hình 4.1: Hình dáng xe Audi A4 3.0 Avant ................................................................ 47
Hình 4.2μ S đồ truyền lực từ đ ng c qua vi sai trung tơm xuống hai cầu ............... 48
Hình 4.3μ S đồ truyền lực từ vi sai trung tâm qua vi sai cầu sau xuống hai bánh xe 49
Hình 4.4: Cấu t o vi sai Torsen .................................................................................... 51
Hình 4.5μ S đồ cầu xe tự đ ng điều khi n s d ng vi sai Torsen.............................. 53
Hình 4.6: Phân phối công suất đ n hai bán tr c khi xe chuy n đ ng thẳng ............... 57
Hình 4.8: Mặt c t ngang răng nghiêng của bánh răng 1 vƠ 1’ .................................... 57
Hình 4.9μ S đồ các lực tác d ng lên bánh răng bán tr c 1 vƠ 1’ ............................... 57
Hình 4.10: Phân phối công suất đ n hai bán tr c khi xe quay vòng bên ph i ............ 60
Hình 4.11: Mặt c t ngang răng nghiêng của bánh răng 1 vƠ 1’ .................................. 61
Hình 4.12μ S đồ các lực tác d ng lên bánh răng bán tr c 1 vƠ 1’ ............................. 61
Hình 4.13: Phân phối công suất đ n hai bán tr c khi xe chuy n đ ng thẳng trên
đ

ng bám kém (bánh xe bám kém e là bánh xe bên ph i)......................................... 63

Hình 4.14: Phân phối công suất đ n hai bán tr c khi xe chuy n đ ng thẳng trên
đ

ng bám kém (bánh xe bám kém e là bánh xe bên trái) .......................................... 63

Hình 4.15μ Đồ th đặc tính phân phối mô men
khi xe chuy n đ ng thẳng trên đ

ng bám kém .......................................................... 67

Hình 4.16μ Đồ th đặc tính phân phối mô men
khi xe chuy n đ ng thẳng trên đ

tay số 1 thay đổi theo ph n lực thẳng

ng tốt...................................................................... 71

Hình 4.18μ Đồ th đặc tính phân phối mô men
đứng Zi khi xe quay vòng trên đ

tay số 6 thay đổi theo hệ số bám φe

ng bám kém .......................................................... 68

Hình 4.17μ Đồ th đặc tính phân phối mô men
đứng Zi khi xe quay vòng trên đ

tay số 1 thay đổi theo hệ số bám φe

tay số 6 thay đổi theo ph n lực thẳng

ng tốt...................................................................... 73

xi

DANHăSỄCHăCỄCăB NG
B NG

TRANG

B ngă4.1μ Thông số kỹ thu t xe Audi A4 γ.0 ................................................47
B ng 4.2: Đặc tr ng kỹ thu t bánh răng hƠnh tinh .......................................51
B ng 4.3: Đặc tr ng kỹ thu t bánh răng bán tr c .........................................51
B ng 4.4: Đặc tr ng kỹ thu t hệ số ma sát các ly h p đĩa ma sát .................52

xii


ng 1

Ch

T NG QUAN
1.1. T ng quan chung v lƿnh v c nghiên c u
Ngày nay ngành công nghệ ô tô trên th gi i đƣ phát tri n v
ph

ng tiện v n chuy n rất quan tr ng đối v i con ng

ngành kinh t quốc dơn, đồng th i đƣ tr thƠnh ph
các n

t b c, ô tô là

i và hàng hóa cho các

ng tiện giao thông cá nhân

c có nền kinh t phát tri n.

Chúng ta bi t rằng, về lý thuy t sự phân phối công suất đ n các bánh xe của các
cầu là khác nhau tùy thu c vào tr

ng h p chuy n đ ng và c cấu phân phối, việc

phân phối công suất các bánh xe cầu chủ đ ng qua c cấu phân phối công suất là do
vi sai trong cầu chủ đ ng hoặc là h p phân phối
khí h u

n

c ta m a n ng, lũ l t thất th

xe nhiều cầu chủ đ ng. H n n a

ng, cùng v i điều kiện đ a hình t

đối dốc khúc khuỷu, nhỏ hẹp, tình tr ng mặt đ

ng

ng không đ t tiêu chuẩn. Đ đáp

ứng yêu cầu thực t này các nhà s n xuất ô tô đ a ra dòng xe hai cầu chủ đ ng, tuy
nhiên đa sô các dòng xe này ch đ
là b vi sai th

c trang b d ng vi sai cầu đ n gi n nhất, còn g i

ng. Đối v i b vi sai th

xe chuy n đ ng thẳng trên đ

ng này khi xe chuy n đ ng trên đ

ng tốt,

ng thì c hai bánh xe trên cùng m t cầu s quay v i

m t v n tốc nh nhau còn khi xe vào cua thì các bánh xe s ph i quay v i các v n
tốc khác nhau (các bánh xe bên trong quay ch m h n các bánh xe bên ngoài) đ gi
cho xe ổn đ nh. Đơy là u đi m của b vi sai này nh ng l i có nh
quá trình chuy n đ ng trên đ

ng xấu n u m t trong hai bánh xe r i vào vùng bám

kém mômen xo n b gi m thì bánh xe bên kia mặt dù trên đ

ng bám tốt cũng b

gi m theo, điều này làm cho tổng sức kéo của cầu gi m. Ngoài nh
vi sai th

c đi m là trong

c đi m trên, b

ng còn có th gây nh ng r c rối h n nhiều khi m t bánh xe trên m t cầu

chủ đ ng b sa lầy, bánh xe không còn kh năng bám đ
hoàn toàn và làm cho bánh xe còn l i đứng yên.

1

ng thì chúng s tr

t quay


NgoƠi ra đ truyên công suơt từ đ ng c t i hai bánh xe trái - ph i của cầu chủ
đ ng đôi v i mô ̣t sô dòng xe s ̉ dung c cơu phân phối công suất không dùng vi sai,
ngay c v i ô tô s ̉ d ng c cơu phân phối công suất dùng vi sai có ma sát, trong
tr

ng xe chuyể n đô ̣ng trên đ

ng tôt thì vi sai l i ứng x ̉ nh không có vi sai. Đối

v i cầu phân phối công suất không dùng vi sai th

ng x y ra hiên t

ng l u thông

công suất. Khi hiện t

ng l u thông công suất khi x y ra s gây quá t i cho hệ

thống truyền lực. Nh

c đi m của xe s d ng vi sai không ma sát là việc gi m lực

kéo của cầu chủ đ ng khi kh năng bám của m t trong hai bánh xe b gi m và xe
không th tự mình v

t qua vùng lầy

Nh đƣ bi t tính chất đ ng lực h c của ô tô lƠ h t sức quang trong, nó quy t
đ nh chất l

ng của xe, mƠ tính chất đ ng lực h c của ô tô quy t đ nh chủ y u lƠ

b i lực kéo vƠ sự phơn phối lực kéo gi a các cầu vƠ các bánh xe của ô tô. Lực kéo
không th l n tùy ý mƠ nó ph thu c vƠo kh năng bám của các cầu vƠ các bánh xe
trên m t cầu, tốt nhất lƠ tất c lực kéo từ đ ng c truyền xuống ph i đ
đ

c mặt

ng ti p nh n h t tuy nhiên điều nƠy không d x y ra vì khi ô tô chuy n đ ng thì

tình tr ng mặt đ

ng vƠ t i tr ng pháp tuy n trên từng bánh xe thay đổi liên t c. Vì

v y việc phơn phối lực kéo cho các cầu vƠ các bánh xe trên m t cầu lƠ vô cùng
quang trong, nó quy t đ nh việc t n d ng h t kh năng bám của mặt đ
h

ng vƠ nh

ng đ n tính chất đ ng lực h c của ô tô
Đ gi i quy t vấn đề này các hãng ô tô nh là Huyndai, Toyota, Audi, Merce

des-Benz…đƣ áp d ng m t số hệ thống cho viê ̣c điều khi n tự đ ng vi sai trong cầu
xe chủ đ ng trên mô ̣t sô dòng xe, nhằm nâng cao tính chất đ ng lực h c của ô tô là
việc phân phối h p lý công suất từ đ ng c đ n các bánh xe cầu chủ đ ng đ tránh
hiê ̣n t

̣ng l u thông công suơt vƠ gi m s c kéo của cơu chủ đô ̣ng. Do đo vơn đề

nghiên c u cầu xe tự đ ng điều khi n lƠ cơn thiêt, m t số công trình nghiên cứu liên
quan vấn đề này nh sau:
Trơn Quôc Khánh. Nghiên c u vƠ mô phỏng s ̣ truyên công suơt trong hê ̣ thông
truyên l c̣ xe nhiêu cơu chủ đô ̣ng, Đa ̣i h c S ph m Kỹ thuơ ̣t Tp.Hô Chí Minh,
2004. Kêt qu đa ̣t đ

̣c: Mô phỏng quá trình truyên công suơt trong chuyể n đô ̣ng

2


thẳ ng, quay vòng trên đ

ng bám tôt vƠ đ

ng bám kém của ô tô

mô ̣t sô tr ng

thái điể n hình sau: Xe mô ̣t cơu chủ đô ̣ng, vi sai không ma sát, vi sai có ma sát. Xe
hai cơu chủ đô ̣ng: Hô ̣p phân phôi không vi sai, h p phân phôi vi sai có ma sát. Đề
tài ch nghiên c u vƠ mô phỏng quá trình truyên công suơt trong chuyể n đô ̣ng
thẳ ng, quay vòng của vi sai nón đôi x ng trên xe mô ̣t cơu vƠ hai cơu.
Ṽ ThƠnh Nhân, Nghiên c u hê ̣ thông ASR, phân tích nh h ̉ ng của ASR t i
tính chơt đô ̣ng l c̣ h c vƠ ổn đinh
̣ chuyể n đô ̣ng của xe, Đa ̣i h c S ph m Kỹ thuơ ̣t
Tp.Hô Chí Minh, 2005. K t qu đề tƠi đã gi i thiê ̣u đ
thuyêt vƠ đanh giá đ

̣c u nh

̣c t

ng đôi đơy đủ c s ̉ lý

̣c điể m của hê ̣ thông điêu khiể n l c̣ kéo ASR.

V i gi thiêt bánh xe trong nghiên c u nƠy lƠ c ng, không biên d ng, Ch nghiên
c u hê ̣ thông điêu khiể n l c̣ kéo ASR trên xe du l ch. Đê tƠi ch phân tích trên c s ̉
lý thuyêt ch a mô phỏng hê ̣ thông điêu khiể n l c̣ kéo ASR nh h ̉ ng đ n tính chơt
đô ̣ng l c̣ h c vƠ ổn đinh
̣ chuyể n đô ̣ng của xe.

Bùi Tuơn Vũ. Nghiên c u đô ̣ng l c̣ h c chuyể n đô ̣ng thẳ ng của xe nhiêu cơu
chủ đô ̣ng. Các ph

ng pháp phân phôi công suơt, Đa ̣i h c S ph m Kỹ thuơ ̣t Tp.Hô

Chí Minh, 2008. Đê tƠi đã đ a ra kêt qu hoƠn toƠn m i vê vơn đề tr

̣t của các

bánh xe cơu chủ đô ̣ng khi tính toán các thông sô đô ̣ng l c̣ h c chuyể n đô ̣ng trên xe
HINO FM1 JNUA-RGV. Đề tài ch đ a ra kêt qu tính toán vê vơn đề tr

̣t của các

bánh xe cơu chủ đô ̣ng trên xe HINO FM1 JNUA-RGV ch ch a gi i quyêt đ
vơn đề tr

̣c

̣t nƠy.

Nguyễn ThƠnh Tâm. Nghiên c u tổ n hao l c̣ kéo vƠ l c̣ phanh do tr

̣t. Các gi i

pháp đ khăc ph c, Đa ̣i h c S ph m Kỹ thuơ ̣t Tp.Hô Chí Minh, 2012. Đề tƠi đã đ a
ra gi i pháp kh c ph c tổn hao lực kéo và lực phanh do tr

t bằng hệ thống phanh

chống hãm cứng (ABS) và hệ thống ki m soát lực kéo (TRC). Xác đ nh hiệu qu
phanh của phanh ABS tốt h n so v i phanh cổ đi n bằng cách tính toán quãng
đ

ng phanh của chúng.
Đề tƠi ắNghiên c u, mô phỏng cầu xe tự đ ng điều khi n” t p trung chủ y u sau

khi trình bƠy c s lý thuy t về phơn phối công suất thì t p trung nghiên cứu m t

3


lo i vi sai khá hiện đ i, đó lƠ vi sai Torsen. Vi sai nay tự đ ng phơn phối công suất
cho hai bánh xe theo điều kiện chuy n đ ng của ô tô
1.2. M căđíchăc aăđ tài
Nghiên cứu, mô phỏng đ

c quá trình phơn phối mô men của cầu xe tự đ ng

điều khi n v i từng ch đ lƠm việc của cầu xe vƠ các y u tố nh h

ng ch đ làm

việc đó, lƠm c s cho việc gi i các bƠi toán tối u về thi t k , điều khi n cầu xe,
góp phần nơng cao hiệu qu trong việc khai thác, s d ng xe trong thực t .
1.3. Nhi m v c aăđ tài và gi i h năđ tài
1.3.1.ăNhi măv ăc aăđ ătƠi
- Nghiên c u sự phơn phối công suất từ đ ng c đ n các cầu chủ đ ng.
- Nghiên c u các ph

ng phápđiều khi n của các lo i cầu xe tự đ ng điều khi n

- Mô phỏng quá trình phơn b ố mô men của cầu xe tự đ ng điều khi n tùy
thu c vào ch đ làm việc của cầu xe.
1.3.2. Gi iăh năđềătài
Do điều kiện kinh t cũng nh th i gian mƠ đề tƠi gi i h n trong ph m viμ
- Nghiên c u cầu xe tự đ ng điều khi n dùng vi sai có ma sát trên dòng xe
Audi.
- Điều kiện ho t đ ng của cầu xe khi có sự thay đổi hệ số bám của m t bánh xe,
khi xe quay vòng.
- Sự phân bố mô men cầu xe đ

c th hiện bằng phần mềm mô phỏng

LabVIEW.
1.4.ăPh

ngăphápănghiênăc u

- Thu th p d liệu và ch n l c về các công trình nghiên cứu trong và ngoài
n

c có liên quan.
- Phân tích hiệu qu phân bố mô men dựa trên lý thuy t phân phối công suất.
- Tính toán và mô phỏng sự phân bố mô men bằng phần mền LabVIEW.

4


Ch

ngă2

C ăS ăLụăTHUY T
2.1. Gi i thi u v c u xe t đ ngăđi u khi n
Ki m soát lực kéo của xe đóng vai trò đặc biệt quan tr ng trong việc s d ng
công suất đ ng c sao cho đ t hiệu qu tốt nhất. Đối v i cầu xe s d ng vi sai
không ma sát s t o ra sự chênh lệch v n tốc gi a các bánh bên trong vƠ bên ngoƠi
giúp cho việc đổi h

ng của xe d dƠng h n. Nh ng khi xe r i vƠo tình tr ng m t

bánh của cầu chủ đ ng đặt trên mặt đ
mặt đ

ng tr n nh bùn, cát bánh còn l i đặt trên

ng tốt. Lúc đó, toƠn b công suất s đ

c truyền t i bánh xe d

i bùn lƠm

nó quay tr n, trong khi bánh xe còn l i đứng yên. K t qu lƠ xe không di chuy n.
Đ kh c ph c hiện t

ng này, các nhà s n xuất ô tô s d ng vi sai h n ch tr

(LSD). Về mặt cấu t o, giống vi sai thông th

t

ng nh ng có bổ sung thêm ly h p trên

cầu xe. Khi có sự chênh lệch v n tốc gi a hai bánh, ly h p trên cầu xe s đóng. Vi
sai b khóa m t phần hoặc toàn phần. Bánh d
đ

ng khô s nh n đ

i bùn quay ch m l i, bánh xe trên mặt

c công suất từ đ ng c truyền t i và quay. Nh t n d ng đ

lực bám của bánh này, xe thoát khỏi tình tr ng sa lầy d dàng. Vi sai h n ch tr
h tđ

c

t hầu

c s d ng cho cầu sau hoặc trên h p phân phối công suất của xe truyền đ ng

hai cầu. Tóm l i các ph

ng pháp tự đ ng điều khi n của cầu xe bao gồm:

- Cầu xe s d ng vi sai v i kh p nối cứng
+ Kh p nối cứng điều khi n bằng c khí

Hình 2.1: Cầu xe s d ng vi sai v i kh p nối cứng điều khi n bằng c khí

5


+ Kh p nối cứng điều khi n bằng thủy lực

Hình 2.2: Cầu xe s d ng vi sai v i kh p nối cứng điều khi n bằng thủy lực
+ Kh p nối cứng điều khi n bằng điện t

Hình 2.3: Cầu xe s d ng vi sai v i kh p nối cứng điều khi n bằng điện t
- Cầu xe s d ng vi sai h n ch tr

t ki u ly h p

+ Ly h p điều khi n bằng bằng c khí

Hình 2.4: Cầu xe s d ng vi sai h n ch tr

6

t ki u ly h p điều khi n bằng c khí


+ Ly h p điều khi n bằng thủy lực

Hình 2.5: Cầu xe s d ng vi sai h n ch tr

t ki u ly h p điều khi n bằng thủy lực

+ Ly h p điều khi n bằng đi n t

Hình 2.6: Cầu xe s d ng vi sai h n ch tr

7

t ki u ly h p điều khi n bằng điện t


- Cầu xe s d ng c cấu bánh răng hành tinh

Hình 2.7: Cầu xe s d ng c cấu bánh răng hƠnh tinh
- Cầu xe s d ng vi sai có ma sát

Hình 2.8: Cầu xe s d ng vi sai có ma sát

8


2.2. C ăh c lĕnăc a bánh xe
2.2.1.ăBánăkínhălĕnăc a bánh xe
Bán kính lăn không ph i lƠ thông số hình h c mƠ lƠ m t thông số đ ng h cμ

r
Ký hiệuμ

l



v



(2.1)
k

v : V n tốc thực t của ô tô (m/s)
ωk : V n tốc góc của bánh xe (rad/s)
rl μ Bán kính lăn của bánh xe (m)

Trong đó rl lƠ thông số thay đổi tùy thu c vƠo tình tr ng tr
đ

ng. N u xe tr

t của bánh xe trên

t quay hoƠn toàn k  0 , v  0 , suy ra rl = 0. Khi tr

t l t hoƠn

toƠn khi phanh thì ta có các thông số sauμ k  0, v  0 nên bán kính lăn s ti n về vô
cùng rl =  . Nh v y bán kính lăn thay đổi tùy theo tình tr ng tr
tr

t của bánh xe, sự

t ph thu c vƠo lực kéo hay lƠ lực phanh của của bánh xe. Vì v y gi a bán kính

lăn vƠ lực kéo có mối quan hệ sauμ

Hình 2.9μ Đồ th quan hệ g a bán kính lăn vƠ lực kéo
V i F lƠ hệ số cho tr

c thì bán kính lăn của bánh xe đ

c tính theo công

thứcμ
rl  rlo  λ F .Fk

Trong đóμ rlo - bán kính lăn của bánh xe khi không có lực kéo (lực phanh).

9

(2.2)


2.2.2. Cácăquanăh ăđ ngăh căvƠ đ ngăl căh căc aăbánhăxeăch ăđ ng
- Đ ng h c của bánh xe chủ đ ng

Hình 2.10μ S đồ đ ng h c của bánh xe chủ đ ng lăn có tr
Đơy lƠ tr

t quay

ng h p của bánh xe kéo, khi đó v n tốc của tâm bánh xe (v n tốc thực

t ) V nhỏ h n v n tốc lý thuy t V0  k .r , do v y cực P nằm

và rl  r .Trong vùng ti p xúc của bánh xe v i mặt đ
tốc s xuất hiện m t v n tốc tr

t V ng

ch

bên trong vòng bánh xe

ng, theo quy lu t phơn bố v n

ng tr c X.

Ta có quan hệ sauμ
V = r.ωk - Vδ = rl .ωk

(2.3)

Do đóμ
Vδ = V- rωk = V- V0 < 0

Đ k t i nh h
tr

ng của sự tr

t khi kéo, kí hiệu lƠ  k vƠ nó đ

t khi kéo, ng

i ta đ a ra khái niệm g i lƠ đ

c đ nh nghĩa nh sauμ

k  

tr ng thái tr

(2.4)

V V0 - V
r

 1 l  0
V0
V0
r

t quay hoàn toàn,  k  1

10

(2.5)


- Đ ng h c lực của bánh xe chủ đ ng

Hình 2.11μ S đồ lực và mô men tác d ng lên bánh xe chủ đ ng lăn trên đ

ng

Trên hình 2.11 chúng ta có: Mk là mô men xo n từ đ ng c truyền xuống bánh
xe chủ đ ng:
Mk = Me . itl . ηtl

(2.6)

Trong đó
Me: Mô men xo n của đ ng c
itl: T số truyền của hệ thống truyền lực
ηtl: Hiệu suất của hệ thống truyền lực
Giá tr mô men kéo không th có giá tr l n nhất tùy ý mà b h n ch b i gi i
h n bám của bánh xe v i mặt đ

ng, điều nƠy đ

c thề hiện b i công thức:

Mkmax ≤ Z.φ.r

(2.7)

T i tr ng thẳng đứng Gb bằng ph n lực đứng Z
Gb = Z
Ph n lực đẩy vào khung xe truyền xuống bánh xe Fξ
Fξ = Fk ậ Ff = X
V i X là ph n lực ti p tuy n của mặt đ
chiều chuy n đ ng v i bánh xe chủ đ ng

11

ng tác d ng lên bánh xe, nó cùng


2.2.3. S truy nănĕngăl
Năng l

ng t bánh xe ch đ ng t i mặtăđ

ng

ng từ đ ng c truyền đ n các bánh xe chủ đ ng thông qua hệ thống

truyền lực. Sau đó năng l

ng từ các bánh xe đ

c truyền t i mặt đ

vào tr ng thái chuy n đ ng của bánh xe, s tồn t i nh ng dòng năng l

Hình 2.12: Dòng công suất
Khi kh o sát năng l

ng. Tùy thu c
ng sau đơy

bánh xe chủ đ ng

ng truyền từ bánh xe t i mặt đ

ng, s xuất hiện 3 d ng

công suất sau đơyμ
- Công suất trên tr c của bánh xe: Pk
Trong tr

ng h p bánh xe chủ đ ng đang có lực kéo thì mômen Mk và v n tốc

góc bánh xe ωk cùng chiều, cho nên công suất Pk s lƠ d

ngμ

Pk = Mk ωk > 0

(2.8)

- Công suất truyền qua ổ tr c của bánh xe: Px
Px = Fξ.V
Trong tr

ng h p bánh xe chủ đ ng đang có lực kéo thì Fξ vƠ V ng

nhau. B i v y công suất Px đ

(2.9)
c chiều

c coi là âm vì nó truyền khỏi bánh xe. Đơy lƠ dòng

công suất truyền lên khung xe vƠ đẩy xe ch y t i.
- Công suất tổn hao: Pm
Vì Pm là công suất mất mát nên nó có giá tr âm.

12


Khi bánh xe chuy n đ ng ổn đ nh, ta có ph

ng trình cơn bằng năng l

P k + Px + P m = 0

ng:
(2.10)

<=> Pm = - Pk - Px = - Mk ωk - Fξ.V = - Fk .V0 +(Fk + Ff ).V
= Ff .V + Fk (V - V0) =Ff .V + Fk Vδ = Pf + Pδ

(2.11)

L u ý rằng Pδ luôn có giá tr âm
Rõ ràng rằng, công suất c n lăn Pf luôn tồn t i khi bánh xe lăn, còn công suất
tr

t ch có khi có lực Fk, tức là ch khi có mômen Mk tác d ng lên bánh xe. Khi xe

chuy n đ ng tr ng thái kéo trên đ
nên công suất tr

ng cứng thì thông th

ng v n tốc tr

t có th bỏ qua. Khi xe chuy n đ ng trên đ

đ a hình) thì không th bỏ qua công suất tr

t khá nhỏ,

ng đất mềm (đ

ng

t.

2.2.4. L c bám c a bánh xe ch đ ng
Điều kiện đ ô tô có th chuy n đ ng đ

c là

các bánh xe chủ đ ng ph i có

mômen xo n chủ đ ng truyền đ n và t i bề mặt ti p xúc gi a bánh xe và mặt đ
ph i có đ bám nhất đ nh. N u đ bám nhỏ thì bánh xe có th b tr
bánh xe có mômen chủ đ ng l n hoặc bánh xe b tr

t l t khi

t quay khi

bánh xe có mômen

phanh l n. Nh v y, kh năng bám lƠ kh năng bánh xe chuy n đ ng bình th
không có tr

t quay d

ng

ng

i tác d ng của mômen chủ đ ng

- Hệ số bám d c và lực bám d c
Đ bám gi a bánh xe v i mặt đ
chiều của ph n lực mặt đ

ng đ

c đặc tr ng b i hệ số bám. Tùy theo

ng tác d ng lên bánh xe mà hệ số bám s có tên g i khác

nhau.
N u xét kh năng bám theo chiều d c (khi d
lực kéo), thì hệ số bám đ

i bánh xe ch có ph n lực d c:

c g i là hệ số bám d c φx vƠ đ

c đ nh nghĩa nh sauμ

φx = Fkmax / Gb
V i: Fkmax ậ Lực kéo ti p tuy n cực đ i gi a bánh xe v i mặt đ

13

(2.12)
ng.


Gb ậ T i tr ng thẳng đứng tác d ng lên bánh xe (đ

c g i là tr ng l

ng

bám).
Từ đ nh nghĩa của hệ số bám d c, chúng ta có th xác đ nh đ

c lực kéo ti p

tuy n cực đ i phát sinh theo điều kiện bám gi a bánh xe chủ đ ng v i mặt đ

ng

nh sauμ
Fkmax = Gb φx

N u g i Zb là ph n lực thẳng đứng từ mặt đ

(2.13)
ng tác d ng lên bánh xe thì:

Zb = G b
Lúc đó lực bám d c Fφx đ

c xác đ nh nh sauμ
Fφx = Zb. φx

(2.14)

- Hệ số bám ngang và lực bám ngang
N u xét kh năng bám theo chiều ngang (khi d
ngang Yb), thì hệ số bám g i là hệ số bám ngang φy vƠ đ

i bánh xe ch có ph n lực
c đ nh nghĩa nh sauμ

φy = Ybmax / Gb
đơyμ Ybmax ậ Ph n lực ngang cực đ i của mặt đ
Khi d
ngang đ

(2.15)
ng tác d ng lên bánh xe.

i bánh xe có ph n lực ngang tác d ng thì kh năng bám theo chiều
c th hiện qua lực bám ngang

Fφy = Zb φy

14

(2.16)


nhăh

2.2.5. Các y u t

ngăđ n h s bám

Hình 2.13: Các y u tố nh h

ng đ n hệ số bám.

a. nh h

ng của áp suất trong lốp.

b nh h

ng của v n tốc chuy n đ ng của ô tô.

c. nh h

ng của ph n lực thẳng đứng tác d ng lên bánh xe.

d. nh h

ng của đ tr

1μ Đ

t của bánh xe v i mặt đ
βμ Đ

ng khô,

Hệ số bám φ gi a bánh xe chủ đ ng v i mặt đ
nguyên liệu lƠm đ

ng

ng.
t.

ng tr

c h t ph thu c vào

ng, nguyên liệu ch t o lốp, tình tr ng mặt đ

ng, k t cấu của

hoa lốp, t i tr ng tác d ng lên bánh xe, áp suất lốp… Sau đơy lƠ m t số đồ th ch sự
ph thu c của hệ số bám φ vƠo áp suất lốp q, v n tốc d ch chuy n v, ph n lực thẳng
đứng tác d ng lên bánh xe Zb vƠ đ tr

t của bánh xe v i mặt đ

15

ng λ (hình β.13).


2.2.6. Đặcătínhătr

t

Thực nghiệm chứng tỏ rằng hệ số bám  (bám d c  x và bám ngang  y ) không
ph i lƠ m t hằng số đối v i m i lo i mặt đ
bánh xe khi lăn trên mặt đ
g i lƠ đặc tính tr

tđ

ng. MƠ ph thu c vƠo đ tr

t của m i

ng đó. Đồ th mô t mối quan hệ bằng thực nghiệm vƠ

c bi u di n trên hình β.6.

Hình 2.14μ Đặc tính tr

t

Nh n xétμ
tr ng thái tr

t hoàn toàn  k = 1 thì hệ số bám x  s không ph i là giá tr

cực đ i mà giá tr cực đ i là  v t

ng ứng v i từng lo i đ

ng.

Hệ số bám ngang  y t i  k bằng 1 thì  y gần bằng 0 tức là ô tô không còn có
kh năng bám ngang.
2.3. Lý thuy t phân ph i công su t
2.3.1. Ph i công su t dùng vi sai
Việc phân phối công suất trên ô tô th

ng s d ng c cấu vi sai, vi sai trên ô tô

có nhiệm v :
+ Phân phối v n tốc góc khác nhau cho hai tr c đ đ m b o v n tốc ti p tuy n
khác nhau của các bánh xe (sự khác nhau gi a bánh ngoài và bánh trong khi quay
vòng hoặc gi a các cầu khi chuy n đ ng trên đ

ng gồ ghề hoặc bám kém).

+ Phân phối mô men xo n cho các tr c theo m t t lệ xác đ nh.

16

- Đ ng h c của c cấu vi sai:
Vi sai là m t c cấu có ít nhất 2 b c tự do, vi sai thì có nhiều lo i nh μ Vi sai
bánh răng nón, vi sai bánh răng tr , vi sai tr c vít, vi sai hành tinh.

Hình 2.15: S đồ vi sai bánh răng nón
Trên s đồ hình 2.15 chúng ta kí hiệu 2 tr c ra là e và i v i qui

c: Tr c e là

tr c quay nhanh h n, tức là tr c bánh xe phía ngoài khi ô tô quay vòng hoặc là tr c
của bánh xe (hay cầu) tr

t quay chiều h n, còn tr c i là tr c quay ch m h n, tức là

tr c trong khi quay vòng hoặc là tr c của bánh xe (hay cầu) tr

t quay ít h n.

+ Khi truyền đ ng từ tr c e t i tr c i và phần t r (vỏ vi sai) đ

c gi cố

đ nh (e  i) r :

ieir  

Z P2
 1
Z P1

(2.17)

Z
i   P1  1
Z P2
r
ie

Trong đóμ

ieir , iier là t số truyền từ tr c e t i tr c i vƠ ng c l i khi phần t r đứng yên.
Z P1 , Z P 2 là số răng của bánh răng P1 và P2 .

Dấu (ậ) chứng tỏ β bánh răng P1 và P2 quay ng

c chiều nhau.

+ Khi truyền đ ng từ r t i tr c e vƠ iμ Trong tr

ng h p chuy n đ ng thẳng

r
vƠ bán kính các bƠnh xe lƠ nh nhau. Vi sai nón đối xứng v i i =1 ta có quan hệ:

e = i = truc v i

17

r

1
truc

(2.18)


Nh v y trong điều kiện chuy n đ ng thẳng v n tốc góc của các tr c e, i và
vỏ vi sai là bằng nhau.
- Đ ng h c và các quan hệ mô men của vi sai bánh xe:
Chúng ta kh o sát quan hệ đ ng h c gi a 2 bánh xe của 1 cầu chủ đ ng có
trang b vi sai nón đối xứng khi cầu xe quay vòng v i bán kính R.

Hình 2.16μ S đồ quay vòng của cầu chủ đ ng.
G i t số   R là bán kính quay vòng riêng, ta có quan hệ sau:
B

+ V n tốc t nh ti n của cầu xe.
V = R.Ω
V i Ω lƠ v n tốc quay của cầu xe xung quanh tâm quay vòng O.
+ Quan hệ gi a các v n tốc t nh ti n trong (i) và ngoài (e).
Ve = (R + B/β). Ω = r.  e

Vi = (R - B/2). Ω = r. i

Do đóμ

Ve e (R + B/2) (2  + 1)




Vi i
(R - B/2)
(2  - 1)

18

(2.19)