NGHIÊN cứu THIẾT kế mô PHỎNG ĐỘNG lực học và ổn ĐỊNH của ô tô 1 cầu và 2 cầu CHỦ ĐỘNG

M CL C
Trang tựa
Lý lịch khoa học ......................................................................................................... i
L i cam đoan ............................................................................................................ iii
L i c m t ................................................................................................................. iv
Tóm tắt .......................................................................................................................v
Mục lục .................................................................................................................... vii
Danh sách các chữ viết tắt ..........................................................................................x
Danh sách các hình ................................................................................................. xiii
Danh sách các b ng ..................................................................................................xv
Ch

ng 1: T NG QUAN C A Đ TÀI ...............................................................1

1.1 T ng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ............................................................1
1.2 Mục đích của đề tài ..............................................................................................2
1.3 Đối tượng nghiên cứu và giới h n của đề tài ........................................................2
1.4 Các phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2
Ch

ng 2: C

S

LÝ THUY T ............................................................................3

2.1 Đặc tính trượt .......................................................................................................3
2.2 Góc lệch hướng ...................................................................................................6
2.2.1 Góc lệch bên của bánh xe khi chịu lực ngang ...................................................6
2.2.2 Sự lăn của lốp xe dưới tác dụng đ ng th i của lực ngang Y và lực vòng X ....8
2.3 Đư ng đặc tính tốc độ của động cơ ...................................................................10

2.4 Các lực tác dụng lên ô tô ....................................................................................11
2.4.1 Ph n lực thẳng góc của mặt đư ng tác dụng lên bánh xe ...............................12
2.4.2 Lực c n không khí ...........................................................................................12
3.4.3 Lực c n leo dốc ...............................................................................................13
3.4.4 Lực c n quán tính ............................................................................................13
3.4.5 Lực c n lăn ......................................................................................................13
2.5 Động lực học của ô tô .......................................................................................14

Trang vii


2.5.1 Tốc độ cực đ i của ô tô ...................................................................................14
2.5.2 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô .................................................................17
2.5.3 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô ..................................................................20
2.6 n định ngang và dọc của ô tô ...........................................................................24
2.6.1 n định dọc của ô tô .......................................................................................24
2.6.2 n định ngang của ô tô ...................................................................................27
2.7

n định quay vòng của ô tô ..............................................................................31

2.7.1 Quay vòng lý thuyết ........................................................................................31
2.7.2 Quay vòng thực tế ...........................................................................................32
2.7.3
Ch

nh hư ng phân bố lực kéo đến quay vòng ô tô ...........................................36
ng 3: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PH NG TRÊN PH N M M

MATLAB/SIMULINK ..........................................................................................46

3.1 Giới thiệu về Matlab .........................................................................................46
3.2 Thông số kỹ thuật của xe chọn để tính toán và mô phỏng .................................46
3.3 Tốc độ cực đ i của ô tô ......................................................................................47
3.4 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô ....................................................................48
3.4.1 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô khi bỏ qua trượt ......................................48
3.4.2 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô ch y cầu sau chủ động ............................48
3.4.3 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô ch y hai cầu chủ động ............................50
3.4.4 Nhận xét ..........................................................................................................50
3.5 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô .....................................................................51
3.5.1 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô khi bỏ qua trượt ........................................51
3.5.2 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô ch y cầu sau chủ động .............................51
3.5.3 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô ch y hai cầu chủ động .............................52
3.5.4 Nhận xét ..........................................................................................................52
3.6 Góc lật khi ô tô lên dốc ......................................................................................53
3.6 Góc trượt khi ô tô lên dốc ..................................................................................53
3.6.1 Góc trượt khi ô tô lên dốc bằng cầu sau chủ động ..........................................53
3.6.2 Góc trượt khi ô tô lên dốc bằng hai cầu chủ động ..........................................54

Trang viii


3.6.3 Nhận xét ..........................................................................................................54
3.7 Giới h n lật đ khi ô tô chuyển động trên đư ng nghiêng ngang ......................54
3.7.1 Góc giới h n lật khi ô tô chuyển động thẳng trên đư ng nghiêng ngang .......54
3.7.2 Vận tốc nguy hiểm khi ô tô chuyển động quay vòng trên đư ng nghiêng .....54
3.8 Góc lệch hướng khi ô tô quay vòng ...................................................................55
3.9 Ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động ..........................................................56
3.10 Ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động ...........................................................58
3.11 Ô tô quay vòng bằng hai cầu chủ động ............................................................60
Ch

ng 4: K T LU N VÀ KI N NGH ............................................................63

4.1 Kết luận ..............................................................................................................63
4.2 Kiến nghị và hướng phát triển đề tài ..................................................................63
TÀI LI U THAM KH O .....................................................................................64

Trang ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VI T T T
M TS
Ký hi u

ụ HI U
Tên g i

Đ nv
tính

R

Hệ số bám t ng hợp của bánh xe và mặt đư ng

x

Hệ số bám dọc của bánh xe và mặt đư ng

y

Hệ số bám ngang của bánh xe và mặt đư ng

R

Độ trượt t ng hợp của bánh xe và mặt đư ng

x

Độ trượt dọc của bánh xe và mặt đư ng

y

Độ trượt ngang của bánh xe và mặt đư ng



Góc lệch hướng của bánh xe chịu lực ngang

Y

Lực ngang tác dụng lên bánh xe

N

Y1

Lực ngang tác dụng lên bánh xe cầu trước

N

Y2

Lực ngang tác dụng lên bánh xe cầu sau

N

CY

Độ cứng ngang của bánh xe

N/m

CY 1

Độ cứng ngang của bánh xe cầu trước

N/m

CY 2

Độ cứng ngang của bánh xe cầu sau

N/m

Fk

Lực kéo tiếp tuyến của xe

N

Fk1

Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe cầu trước

N

Fk 2

Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe cầu sau

N

Ymax

Giới h n bám ngang của bánh xe

N

Y1max

Giới h n bám ngang của bánh xe cầu trước

N

Y2 max

Giới h n bám ngang của bánh xe cầu sau

N

Ph n lực của mặt đư ng tác dụng lên bánh xe

N

Z

Trang x


Z1

Ph n lực của mặt đư ng tác dụng lên bánh xe cầu trước

N

Z2

Ph n lực của mặt đư ng tác dụng lên bánh xe cầu sau

N

Ne

Công suất của động cơ

th i điểm bất kỳ

kW

Công suất cực đ i của động cơ

kW

nN

Số vòng quay trục khủy ứng với công suất cực đ i

v/p

ne

Số vòng quay của trục khủy

Me

Mômen xoắn của động cơ

M eM

Mômen xoắn cực đ i của động cơ

Nm

M eP

Mômen của động cơ ứng với công suất cực đ i

Nm

Fw

Lực c n gió

N

Fi

Lực c n leo dốc

N

Fj

Lực c n quán tính

N

Ff

Lực c n lăn

N

a

Kho ng cách từ cầu trước đến trọng tâm của xe

m

b

Kho ng cách từ cầu sau đến trọng tâm của xe

m

hg

Độ cao trọng tâm của xe

m

hg

Độ cao lực c n không khí

m

L

Kho ng cách từ cầu trước tới cầu sau

m

r

Bán kính làm việc của bánh xe

m

f

Hệ số c n lăn



Góc leo dốc

K

Hệ số c n không khí

S

Diện tích c n không khí

m2

v

Vận tốc chuyển động của xe

m/s

m

Khối lượng xe

kg

g

Gia tốc trọng trư ng

N max

th i điểm bất kỳ
th i điểm bất kỳ

v/p
Nm

rad

Ns 2 / m4

m / s2

Trang xi


L0

Chiều dài lớn nhất của ô tô

m

B0

Chiều rộng lớn nhất của ô tô

m

H0

Chiều cao lớn nhất của ô tô

m

j

Hệ số nh hư ng của các chi tiết chuyển động quay
Gia tốc chuyển động của ô tô

m / s2

jmax

Gia tốc chuyển động cực đ i của ô tô

m / s2

ih

Tỉ số truyền của hộp số

i01

Tỉ số truyền của vi sai cầu trước

i02

Tỉ số truyền của vi sai cầu sau

itln

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

tay số lớn nhất

0

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

tay số nhỏ nhất

j

itlI

tl

Hiệu suất truyền lực

r0

Bán kính thiết kế của bánh xe



Hệ số kể đến sự biến d ng của lốp

rl

Bán kính lăn của bánh xe

F

Hệ số thay đ i bán kính lăn

imax

Độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua

R

m

m

Bán kính quay vòng

m/N

m

Trang xii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Sơ đ khối Simulink mô t đặc tính bánh xe theo Burckhardt.

5

Hình 2.2: Đ thị thể hiện mối quan hệ bám trượt của bánh xe máy kéo Yanmar
3000 trên đư ng nhựa.

5

Hình 2.3: Sự lăn của bánh xe đàn h i khi chịu lực ngang.

6

Hình 2.4: Góc lệc hướng của bánh xe khi chịu lực ngang tác dụng.

7

Hình 2.5: Đặc tính hướng của lốp radial.

9

Hình 2.6: Đặc tính hướng của lốp diagonal

9

Hình 2.7: Sơ đ lực t ng quát tác dụng lên ô tô.

11

Hình 2.8: Sơ đ lực tác dụng lên ô tô khi tăng tốc bằng cầu sau chủ động.

18

Hình 2.9: Sơ đ lực tác dụng lên ô tô khi tăng tốc bằng hai cầu chủ động.

19

Hình 2.10: Sơ đ lực tác dụng lên ô tô khi leo dốc bằng cầu sau chủ động.

21

Hình 2.11: Sơ đ lực tác dụng lên ô tô khi leo dốc bằng hai cầu chủ động.

23

Hình 2.12: Ô tô chuyển động trên đư ng nghiêng ngang.

27

Hình 2.13: Quay vòng lý thuyết.

31

Hình 2.14: Quay vòng thực tế.

32

Hình 2.15: Quay vòng trung tính.

33

Hình 2.20: Lực ngang Y tác động làm xuất hiện α1 = α2.

33

Hình 2.16: Quay vòng thiếu.

34

Hình 2.17: Lực ngang Y tác động làm xuất hiện α1 > α2.

35

Hình 2.18: Quay vòng thừa.

35

Hình 2.19: Lực ngang Y tác động làm xuất hiện α1 < α2.

36

Hình 2.20: Lực ly tâm tác dụng khi ô tô quay vòng.

36

Hình 2.21: Ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.

38

Hình 2.22: Ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động.

41

Hình 2.23: Ô tô quay vòng bằng hai cầu chủ động.

43

Trang xiii


Hình 3.1: Đ thị kh năng bám trượt khi ô tô khi chuyển động thẳng.

49

Hình 3.2: Đ thị kh năng tăng tốc cực đ i phụ thuộc hệ số bám dọc.

51

Hình 3.3: Đ thị kh năng leo dốc cực đ i phụ thuộc hệ số bám dọc.

53

Hình 3.4: Đ thị mô t mối quan hệ vận tốc lật đ và góc nghiêng của mặt
đư ng.

55

Hình 3.5: Sơ đ khối Simulink mô t đặc tính góc lệch hướng của bánh xe khi
quay vòng.

56

Hình 3.6: Đ thị thể hiện góc lệch hướng của bánh xe cầu trước và cầu sau phụ
thuộc tốc độ quay vòng.

56

Hình 3.7: Sơ đ khối Simulink mô t lực ngang và giới h n bám ngang của các
bánh xe khi ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.

57

Hình 3.8: Đ thị thể hiện lực ngang và giới h n bám ngang của bánh xe trước khi
ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.

57

Hình 3.9: Đ thị thể hiện lực ngang và giới h n bám ngang của bánh xe sau khi ô
tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.

58

Hình 3.10: Sơ đ khối Simulink mô t lực ngang và giới h n bám ngang của các
bánh xe khi ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động.

59

Hình 3.11: Đ thị thể hiện lực ngang và giới h n bám ngang của bánh xe trước
khi ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động.

59

Hình 3.12: Đ thị thể hiện lực ngang và giới h n bám ngang của bánh xe sau khi
ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động.

60

Hình 3.13: Sơ đ khối Simulink mô t lực ngang và giới h n bám ngang của các
bánh xe khi ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động.

61

Hình 3.14: Đ thị thể hiện lực ngang và giới h n bám ngang của bánh xe trước
khi ô tô quay vòng bằng hai cầu chủ động.

61

Hình 3.15: Đ thị thể hiện lực ngang và giới h n bám ngang của bánh xe sau khi
ô tô quay vòng bằng hai cầu chủ động.

Trang xiv

62


DANH SÁCH CÁC B NG
B NG

TRANG

B ng 2.1: Các hệ số thực nghiệm theo mô hình Burckhardt của máy kéo
Yanmar 3000 sử dụng bánh hơi.

4

B ng 2.2: Giá trị trung bình của hệ số c n không khí K, diện tích c n chính
diện S và nhân tố c n không khí W đối với các lo i ô tô.

12

B ng 2.3: Giá trị của f 0 cho một số lo i đư ng.

14

B ng 2.4: Hiệu suất truyền lực của ô tô máy kéo.

15

Trang xv


Ch

ng 1

T NG QUAN C A Đ TÀI
1.1. Lý do ch n đ tài

Thế kỉ 21 đã chứng kiến những bước phát triển kinh ng c của ô tô và các lo i
phương tiện vận chuyển khác nhau. Ngày nay, ô tô đã là một phương tiện ph biến
hơn c bất kì phương tiện nào khác, từ những chiếc xe gia đình có công suất từ vài
chục mã lực đến những chiếc xe thể thao có công suất lên tới hàng nghìn mã lực. Ô
tô ngày nay không những m nh mẽ mà còn đầy đủ tiện nghi đáp ứng tất c các nhu
cầu của con ngư i. Mặc dù đã xuất hiện những chiếc xe ch y bằng điện hay các
d ng năng lượng xanh như năng lượng mặt tr i, nhưng ô tô sử dụng nhiên liệu hóa
th ch như xăng, dầu .. vẫn ph biến hơn c . Động lực chính trên các xe ô tô hiện
nay vẫn là động cơ đốt trong lo i pittông.
Trên thế giới hiện nay nói chung và đất nước ta nói riêng, việc điều khiển một
chiếc ô tô lưu thông trên đư ng không có gì khó. Tuy nhiên, để có một chiếc xe ô
tô ho t động tốt thì ngư i ta ph i nghiên cứu, đánh giá đến các yếu tố: Tốc độ đ t
cực đ i, kh năng leo dốc cực đ i, kh năng tăng tốc cực đ i, tính n định của xe
với các lo i tr ng thái ho t động ứng với các lo i địa hình khác nhau, phân bố t i
trọng phù hợp trên các cầu….. hiện nay

Việt Nam v ẫ n chưa có nhiều bãi thử

xe nên việc kiểm tra, đánh giá ô tô trên phần mềm mô phỏng là rất hữu ích đó
cũng là lí do em chọn đề tài “Nghiên c u thi t k mô ph ng động lực h c và n
đ nh c a ô tô 1 c u và 2 c u ch độngẰ.
Hiện nay

nước ta có rất nhiều đề tài nghiên cứu về động lực học và n định

nhưng để làm n i bật sự nh hư ng của xe ch y hai cầu chủ động so với xe ch y
một cầu chủ động thì chưa có.
nước ngoài ngành công nghiệp ô tô đã phát triển từ rất lâu, các hãng s n xuất
hoặc một số công ty đã xây dựng rất nhiều khu thử xe thật còn nghiên cứu ch y mô
phỏng ch y trên phần mềm thì dư ng như hãng nào cũng có nhưng chưa công bố

rộng rãi ra bên ngoài.

Trang 1


1.2. M c tiêu c a đ tài
Trên cơ s lý thuyết về bám trượt, phân phối công suất thực hiện tính toán
bằng mô phỏng một số bài toán về động lực học và n định để làm n i bật tính năng
của xe ch y hai cầu so với xe ch y một cầu chủ động.
1.3. Đ i t

ng nghiên c u và gi i h n c a đ tài

Do th i gian thực hiện đề tài có h n nên chỉ nghiên cứu lý thuyết và phân tích
động lực học, n định ngang và dọc, các tr ng thái quay vòng trên xe cầu sau chủ
động và hai cầu chủ động trong những điều kiện cụ thể.
1.4. Ph

ng pháp nghiên c u

- Phương pháp phân tích lý luận, tham kh o tài liệu.
- Tính toán bằng mô phỏng MATLAB/SIMULINK.
1.5. ụ nghĩa khoa h c và thực ti n c a đ tài
- Đề tài đã sử dụng mô hình Burckhardt để xác định hệ số bám t o tiền đề cho
việc xác định các thông số động lực học và n định của ô tô.
- Kết qu của đề tài có thể được ứng dụng trong việc nghiên cứu và gi ng d y.

Trang 2

Ch

C
2.1. Đặc tính tr

S

ng 2

LÝ THUY T

t

Theo mô hình Burckhardt, quan hệ giữa hệ số bám dọc (  x ) và hệ số bám
ngang (  y ) với độ trượt của bánh xe được xác định theo hệ số bám t ng hợp và độ
trượt t ng hợp của hai phương dọc và ngang. Dựa trên quan điểm Kamm về tính
chất bám – trượt khi xuất hiện góc lệch bên (Grecenko, 1993), quan hệ giữa hệ số
bám t ng hợp (  R ) và độ trượt theo phương t ng hợp (  R ) có thể biểu diễn theo
công thức:
R  C1.(1  eC . )  C3. R

(2.1)

Với:  R   x2   y2

(2.2)

2

R

Trong đó  x ,  y ,  R lần lượt là độ trượt dọc, độ trượt ngang và độ trượt
t ng hợp của xe:
- Bánh xe chủ động:
2
2
 RR   xR2   yR
 (1   xR )2 tg R2   xR

(2.3)

- Bánh xe bị động:
2
2
 RF   xF2   yF
 (1   xF )2 tg F2   xF

(2.4)

Trong đó: C1, C2 và C3 là các hệ số thực nghiệm.
- C1 là giá trị lớn nhất của đư ng cong bám. C1 phụ thuộc vào tính chất và
điều kiện mặt đư ng, t i trọng pháp tuyến và kết cấu mấu bám của bánh xe.
- C2 đặc trưng cho hình dáng của đư ng cong bám, chủ yếu là độ dốc của
nhánh tuyến tính. C2 phụ thuộc đáng kể vào lo i nền đư ng và độ trượt của bánh
xe.

Trang 3


- C3 xác định sự sai khác giữa giá trị lớn nhất của đư ng cong bám với giá trị

hệ số bám khi trượt hoàn toàn (  R =1).
Theo B ng 2, [3] ta có:
B ng 2.1: Các hệ số thực nghiệm theo mô hình Burckhardt của máy kéo Yanmar
3000 sử dụng bánh hơi.
Lo i đư ng

C1

C2

C3

Đư ng nhựa

0,84

23

0,12

Đư ng đất

0,79

12

0,15

Mặt ruộng gốc r

0,76

9

0,18

Hệ số bám dọc và hệ số bám ngang khi đó được tính theo công thức:
x  R


x
và  y   R y
R
R

(2.5)

Các công thức (2.1) và (2.2) thỏa mãn trong toàn vùng (0   x ;  y  1) , do đó
các hệ số C1, C2 và C3 có thể xác định dễ dàng trong trư ng hợp  y  0 . Có nghĩa
chỉ cần t chức thí nghiệm kéo bám để xác định độ trượt của bánh xe theo phương
dọc.
Khi đó   0 nên  y  0 và  y  0 , do đó  R   x và R   x .
Từ các phương trình thực nghiệm trên ta sử dụng MATLAB/SIMULINK để
mô t đặc tính bám trượt của bánh xe với hai thông số đầu vào là độ trượt dọc  x và
góc lệch hướng  .

Trang 4


Hình 2.1: Sơ đ khối Simulink mô t đặc tính bánh xe theo Burckhardt.

Hình 2.2: Đ thị thể hiện mối quan hệ bám trượt của bánh xe máy kéo
Yanmar 3000 trên đư ng nhựa.

Trang 5


-  x  0 : Độ bám dọc nhỏ nhất  x  0 ,độ bám ngang lớn nhất  y   ymax .
-  x  0,1  0,3 : Độ bám dọc lớn nhất  x   xmax .
-  x  1 : Bánh xe trượt dọc hoàn toàn  x   xs , độ bám ngang nhỏ nhất  y  0 .
Tăng góc lệch bên  : Hệ số bám ngang  y tăng theo còn hệ số bám dọc thì
gi m đi.
2.2. Góc l ch h

ng

Bánh xe đàn h i khi lăn trên đư ng có tác dụng của lực ngang Y sẽ bị biến
d ng ngang. Khi đó tốc độ tịnh tiến v của tâm bánh xe sẽ không nằm trong mặt
phẳng đối xứng dọc của bánh xe mà lệch đi một góc  gọi là góc lệch hướng (góc
lăn lệch).
2.2.1. Góc l ch bên c a bánh xe khi ch u lực ngang

Hình 2.3: Sự lăn của bánh xe đàn h i khi chịu lực ngang.


Y
Cy

Trong đó:
Cy – độ cứng ngang của bánh xe.

 - góc lệch hướng của bánh xe.

Y – lực ngang tác dụng lên bánh xe
Trang 6

(2.6)


Góc lệch hướng  phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Cy, Z, X, Y, lo i lốp…
trong đó chủ yếu là phụ thuộc vào lực ngang và độ đàn h i của lốp.
Trư ng hợp bánh xe chủ động lăn chịu lực ngang Y, bánh xe sẽ chịu các lực
như hình vẽ : R là hợp lực của Fk (FP) và ph n lực ngang Y’ do lực ngang Y.
R  FK2  Y '2

(2.7)

Trong đó: R – hợp lực của Fk (FP) và ph n lực ngang Y’.
Y’ – ph n lực do lực ngang Y
Fk, Fp – Lực kéo (lực phanh) trên bánh xe.
Theo điều kiện bám R  Rmax  GR và ph n lực ngang cũng đ t giá trị cực
đ i Y= Ymax.

Ymax  Rm2 ax  Fk2

(2.8)

Từ công thức trên, nếu Fk càng lớn thì Y càng nhỏ. Khi lực Fk hoặc lực Fp đ t
đến giới h n bám thì Ymax = 0. do đó chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng lên bánh
xe thì nó bắt đầu trượt.

Hình 2.4: Góc lệc hướng của bánh xe khi chịu lực ngang tác dụng.

Trang 7


2.2.2. Sự lăn c a l p xe d

i tác d ng đ ng th i c a lực ngang Y và lực vòng X

Trong trư ng hợp này lốp xe sẽ lăn đ ng th i với góc lăn lệch  và bị trượt
với độ trượt  . Hai giá trị góc lăn lệch và độ trượt có mối quan hệ mật thiết với
nhau.
Khi lăn với góc lăn lệch thì nh hư ng của biến d ng trượt ngang sẽ làm xuất
hiện các lực ngang thành phần dY, còn khi lăn với lực vòng X sẽ có biến d ng trượt
dọc của lớp cao su, tương ứng với thành phần dX và t o ra độ trượt  nào đó.
Trong c hai trư ng hợp làm xuất hiện trong vùng tiếp xúc những sự trượt cục bộ và
sự trượt phân bố của các lực thành phần dZ.
Rõ ràng trong trư ng hợp này khi kết hợp lực dọc và lực ngang, chúng ta ph i
so sánh hợp lực tiếp tuyến thành phần dEt với giá trị giới h n bám  dZ

đây dEt

được hiểu là t ng vectơ của các lực thành phần dX và dY. Một cách gần đúng có
thể cho rằng dEt  (dX )2  (dY )2 Khi so sánh như vậy ta nhận thấy rằng giá trị
giới h n bám sẽ đ t tới sớm hơn, tức là gần với điểm bắt vào tiếp xúc hơn, điều này
có nghĩa là vùng trượt cục bộ trong vùng tiếp xúc sẽ m rộng hơn. Điều này làm
cho c góc lăn lệch  và độ trượt  đều lớn hơn so với trư ng hợp tác dụng lực
riêng rẽ.
Tập hợp mối quan hệ giữa  ,  ,  , X, Y, Z, MZ được gọi là đặc tính hướng
đầy đủ của lốp. Các đặc tính này xác định bằng thực nghiệm và có rất nhiều biểu

thị theo các tài liệu khác nhau. Đặc tính hướng biểu thị mối quan hệ Y(X) và MZ(X)
theo góc lăn lệch  .
MZ – mômen tr của bánh xe.

Trang 8


Hình 2.5: Đặc tính hướng của lốp radial.

Hình 2.6: Đặc tính hướng của lốp diagonal
Đối với đặc tính Y(X), theo quan điểm bám thì vùng bao của tất c các đư ng
cong có thể coi như là tập hợp của tất c các điểm vector của lực tiếp tuyến tận dụng
được trong vùng tiếp xúc. Nếu chúng ta gi thiết rằng hệ số bám không phụ thuộc
vào hướng của độ trượt trong vùng tiếp xúc thì có thể dẫn tới khái niệm về bán kính
Kamm R  GR , với  R là hệ số bám chung cho mọi hướng. Theo quan niệm này
thì

giới h n trượt dọc khi R  GR thì lực ngang Y ph i bằng không, nghĩa là mặt

đư ng không còn kh năng tiếp nhận lực ngang nữa. Nhưng những thí nghiệm thực
nghiệm l i chứng tỏ rằng hệ số bám ngang thư ng nhỏ hơn hệ số bám dọc và khác
nhau trong trư ng hợp kéo ho c phanh. Ngay c

Trang 9

tr ng thái trượt dọc hoàn toàn khi


lăn với   0 thì lực ngang Y vẫn không bị triệt tiêu, nghĩa là vẫn còn một kh năng
bám nào đó.

2.3. Đ

ng đặc tính t c độ c a động c

Theo công thức (I – 2), [2] ta có công thức S.R.Lây Đécman có d ng như sau:
 n
n
n 
N e  N max  a e  b( e )2  c( e )3 
nN
nN 
 nN

(2.9)

Trong đó:
N e , ne - công suất hữu ích của động cơ và số vòng quay trục khủy ứng với

một điểm bất kỳ của đ thị đặc tính ngoài.
N max , nN - công suất có ích cực đ i và số vòng quay ứng với công suất cực

đ i.
a , b , c - các hệ số thực nghiệm được chọn theo lo i động cơ.

Đối với động cơ xăng:

a  b  c 1
Đối với động cơ điêden 2 kỳ:
a  0,87 ; b  1,13 ; c  1

Đối với động cơ điêden 4 kỳ có bu ng cháy trực tiếp:
a  0,5 ; b  1,5 ; c  1

Đối với động cơ điêden 4 kỳ có bu ng cháy dự bị:
a  0, 6 ; b  1, 4 ; c  1

Đối với động cơ điêden 4 kỳ có bu ng cháy xoáy lốc:
a  0, 7 ; b  1,3 ; c  1

Cho các giá trị ne khác nhau, dựa theo công thức (2.9) sẽ tính được công suất N e
tương ứng.
Có các giá trị N e và ne có thể tính được giá trị mômen xoắn M e của động cơ.
Trang 10


Theo công thức (I -3), [2] ta được:

104 N e
Me 
1,047ne
Thay N e

(2.10)

công thức (2.9) vào công thức vào công thức (2.10) ta có được mômen

xoắn của động cơ theo tốc độ ne .

 a bn
n2 

M e  9551N max   2e  c 3e 
nN 
 nN nN
Đối với động cơ điêden 4 kỳ có bu ng cháy trực tiếp ta có công thức tính mômen
theo tốc độ động cơ:

 0,5 1,5ne ne2 
 2  3
M e  9551N max 
nN
nN 
 nN
Trong đó:

N max - công suất cực đ i của động cơ kW .
ne - số vòng quay của trục khủy v / p .
M e - mômen xoắn của động cơ Nm .
2.4. Các lực tác d ng lên ô tô

Hình 2.7: Sơ đ lực t ng quát tác dụng lên ô tô.
Trang 11

(2.11)


2.4.1. Ph n lực thẳng góc c a mặt đ

ng tác d ng lên bánh xe

Lập phương trình cân bằng mô men t i điểm tiếp xúc của bánh xe sau và mặt

đư ng:

M

A

Z1.L  Fw .hw  ( Fi  Fj ).hg  G.b.cos   M f 1  M f 2  0

 Z1 

G.cos  .(b  f .r )  (G.sin   Fj  Fw ).hg

(2.12)

L

Tương tự ta tính được:
Z2 

G.cos  .(a  f .r )  (G.sin   Fj  Fw ).hg

(2.13)

L

Trong đó:
Z1 - là ph n lực thẳng góc của mặt đư ng lên hai bánh xe cầu trước (N).
Z 2 - là ph n lực thẳng góc của mặt đư ng lên hai bánh xe cầu sau (N).
G – trọng lượng của xe (N), G  mg .

L – kho ng cách giữa cầu trước và cầu sau (m).

hw - kho ng cách từ điểm đặt lực c n không khí đến mặt đư ng, để đơn gi n

xem hw  hg .
2.4.2. Lực c n không khí
Fw  KSv 2

(2.14)

v - vận tốc của ô tô (m/s).
S - diện tích c n chính diện của ô tô ( m 2 ).

K - hệ số c n không khí ( Ns 2 / m4 ).

Theo B ng I – 4, [2] ta có:
B ng 2.2: Giá trị trung bình của hệ số c n không khí K, diện tích c n chính diện S
và nhân tố c n không khí W đối với các lo i ô tô.
K ( Ns 2 / m4 )

S ( m2 )

W ( Ns 2 / m2 )

- Vỏ kín

0,2 - 0,35

1,6 – 2,8

0,3 – 0,9

- Vỏ h

0,4 – 0,5

1,5 – 2,0

0,6 – 1,0

Lo i xe
Ô tô du lịch

Trang 12


Ô tô t i

0,6 – 0,7

3,0 – 5,0

1,8 – 3,5

Ô tô khách (vỏ lo i toa tàu)

0,25 – 0,4

4,5 – 6,5

1,0 – 2,6

Ô tô đua

0,13 – 0,15

1,0 – 1,3

0,13 – 0,18

Theo công thức I – 36, [2] ta có công thức tính diện tích c n chính diện đối với
ô tô du lịch.
S  0,8B0 H 0

(2.15)

Trong đó:
B0 - chiều rộng lớn nhất của ô tô (m).

H 0 - chiều cao lớn nhất của ô tô (m).

3.4.3. Lực c n leo d c
Fi  mg sin 

(2.16)

Fj  m j j

(2.17)

Trong đó:
m - khối lượng xe (kg)
g - gia tốc trọng trư ng ( m / s 2 )

 - góc leo dốc .

3.4.4. Lực c n quán tính

Trong đó:
j - gia tốc của ô tô ( m / s 2 )

 j - hệ số nh hư ng của các chi tiết chuyển động quay.

Theo công thức I – 53, [2] ta có công thức tính hệ số nh hư ng của các chi
tiết chuyển động quay gần đúng .
 j  1,05  0,05ih2

(2.18)

Ff  mgf

(2.19)

3.4.5. Lực c n lăn

Trang 13


Trong đó: f - hệ số c n lăn.
Theo công thức II-16, [2] ta có công thức c n lăn bằng thực nghiệm.

f  f 0 (1 

v2
)
1500

(2.20)

Trong đó:
f 0 - hệ số c n lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe v  22, 2 m/s.

v - tốc độ chuyển động của xe tính theo m/s.

Theo b ng II-1, [2] ta có:
B ng 2.3: Giá trị của f 0 cho một số lo i đư ng.
Hệ số c n lăn f 0 ứng với

Lo i đư ng

v  22, 2 m/s (80 km/h)

Đư ng nhựa tốt

0,015  0,018

Đư ng nhựa bê tông

0,012  0,015

Đư ng r i đá

0,023  0,03

Đư ng đất khô

0,025  0,035

Đư ng đất sau khi mưa

0,005  0,015

Đư ng cát

0,1  0,3

Đất sau khi cày

0,1  0,3

Theo công thức (II-17), [2]. Trong trư ng hợp ô tô chuyển động trên đư ng
nhựa bê tông và đư ng nhựa tốt, hệ số c n lăn có thể xác định theo công thức:

f 

32  v
2800

2.5. Động lực h c c a ô tô
2.5.1. T c độ cực đ i c a ô tô
Thực tế tốc độ cực đ i của ô tô chỉ đ t được trong trư ng hợp sau:

+ Xe chuyển động trên đư ng bằng (   0  Fi  0 ).
+ Xe chuyển động n định ( j  0  Fj  0 ).
Trang 14

(2.21)


+ Xe chuyển động

tay số n (tay số lớn nhất).

+ Động cơ làm việc với công suất cực đ i ( Pev  PeP  Pe max ).
Theo (IV – 9), [2] ta có phương trình cân bằng lực kéo:
Fk  Ff  Fw  Fi  Fj

Từ các điều kiện trên ta viết l i phương trình cân bằng lực kéo cho trư ng hợp
xe đ t tốc độ cực đ i như sau: Fkv  Ffv  Fwv


M eP .itln .tl
 m.g. f  K .S .vm2 ax
r

M ePitlntl  mgfr
KSr

 vmax 

(2.22)

Trong đó:
Fkv - lực kéo khi xe đ t tốc độ cựa đ i (N),

M eP .itln .tl
F 
r
v
k

(2.23)

M eP - mô men xoắn t i th i điểm công suất động cơ đ t cực đ i (N.m).
itln - tỉ số truyền lực của tay số lớn nhất.

itln  ihni0

(2.24)

Xem tỉ số truyền của hộp số phụ i p  1 .
ihn - tỉ số truyền của hộp số

tay số lớn nhất.

i0 - tỉ số truyền của vi sai.

tl - hiệu suất truyền lực.

Theo b ng I-2, [2] ta có b ng hiệu suất truyền lực của ô tô máy kéo.
B ng 2.4: Hiệu suất truyền lực của ô tô máy kéo.
Giá trị trung bình của tl

Lo i xe
Ô tô du lịch

0,93

Ô tô t i với truyền lực chính một cấp

0,89

Ô tô t i với truyền lực chính hai cấp

0,85

Máy kéo

0,88
Trang 15


r - bán kính làm việc của bánh xe (m).

r   r0

(2.25)

Với: r0 - bán kính thiết kế của bánh xe
 - hệ số kể đến sự biến d ng của lốp

Lốp áp suất thấp:   0,93  0,935

Lốp áp suất cao:   0,945  0,950
 Xác đ nh độ tr

t c a bánh xe và mặt đ

ng:

Từ công thức (3.7), [4] ta có:
rl
r

x  1

với: rl  r  F .Fk   x 

F .Fk
r

. Ta thấy độ trượt dọc phụ thuộc vào lực kéo của

bánh xe chủ động.
Fk 

 x 

M e .itl .tl
r

F .M e .itl .tl
r2

(2.26)
(2.27)

Trong đó: rl - bán kính lăn (m).
M e - mô men của động cơ phát ra ( N .m ).

F - hệ số thay đ i bán kính lăn (hệ số biến d ng vòng của lốp).

F  0,001  0,01 (m / kN )

Nh n xét: Ta thấy khi ô tô đ t tốc độ cực đ i vmax thì lực c n chuyển động là
nhỏ nhất chính vì vậy chỉ cần một lực kéo Fkv nhỏ để duy trùy chuyển động ( Fk min ),
lúc này rl  r  F .Fk min lớn nhất hay độ trượt  x là nhỏ nhất (  x min ) cho nên trư ng
hợp xe ch y với tốc độ cực đ i thì xem như bỏ qua độ trượt của bánh xe và mặt
đư ng.
xe ch y 2 cầu chủ động chỉ tăng cư ng kh năng bám so với xe ch y 1 cầu
chủ động cho nên khi bỏ qua sự trượt của bánh xe và mặt đư ng thì kh năng bám
của xe ch y 1 cầu hay 2 cầu chủ động là bằng nhau. Vì vậy trư ng hợp xe đ t tốc độ
cực đ i thì ch y 1 cầu hay 2 cầu là như nhau.
Trang 16