NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT LIÊN QUAN TỚI ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ DU LỊCH

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÔ DUY ĐÔNG

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ VÀ CÁC GIẢI PHÁP
KỸ THUẬT LIÊN QUAN TỚI ĐỘNG LỰC HỌC VÀ
TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ DU LỊCH

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO - 605246

S KC 0 0 4 0 1 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KS. NGÔ DUY ĐÔNG

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ VÀ CÁC GIẢI PHÁP
KỸ THUẬT LIÊN QUAN TỚI ĐỘNG LỰC HỌC VÀ
TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ DU LỊCH

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ÔTÔ–MÁY KÉO

MÃ NGÀNH: 605246
Hướng dẫn khoa học:
TS. LÂM MAI LONG

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌCSƢPHẠM KỸTHUẬT

Độc lập– Tự do–Hạnh phúc

THÀNHPHỐ HỒ CHÍ MINH

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

Họ và tên học viên: NGÔ DUY ĐÔNG

MSHV: 09085246003

Chuyên ngành: Khai thác và bảo trì ôtô-máy kéo

Khóa: 2009–2011

Tên đề tài: Nghiên cứu mối quan hệ và các giải pháp kỹ thuật liên quan tới động
lực học và tiêu hao nhiên liệu của ô tô du lịch.

Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức
(theo qui định) của một luận văn thạc sĩ.
Tp.Hồ Chí Minh,ngày tháng năm2013
Giảng viên hƣớng dẫn
(Ký và ghirõ họ tên)


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGÔ DUY ĐÔNG.

Giới tính: Nam.

Ngày, tháng, năm sinh: 30/10/1986.

Nơi sinh: Tuyên quang.

Quê quán: Hà Nam.

Dân tộc: Kinh.

Địa chỉ liên lạc: E4/3 –Khu phố 6- phường Trung Dũng- Biên Hòa- Đồng Nai.
Điện thoại cơ quan:0616291307.

Điện thoại nhà riêng:0613823281.

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính Quy.

Thời gian đào tạo từ 9/2004 đến 6/2009.

Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Ngành học: Cơ khí động lực.
Tên đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu và thi công mô hình thực tập ô tô 2.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 03/2009- Trường Đại Học Sư PhạmKỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: TH.S Nguyễn Ngọc Bích.
2.Cao học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ: 2009 đến 2011.

Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

06/2009 đến nay.

Khoa Cơ Khí Động Lực-Trường
Cao Đẳng Nghề Số 8- Bộ Quốc Phòng.

Phó Bộ Môn Khung Gầm.

Trang i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trang ii


CẢM TẠ

Trong thời gian học Cao học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ
Chí Minh, em đã tích lũy được nhiều kiến thức bổ ích và nâng cao được khả
năng tự nghiên cứu về chuyên môn của mình.
Cùng với nỗ lực của bản thân trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt
nghiệp, hôm nay luận văn đã được hoàn thành. Em xin gởi lời cảm ơn chân
thành đến:


Thầy TS. Lâm Mai Long: là người đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn

chuyên môn trong những lúc gặp khó khăn nhất.
 Ban giám hiệu, phòng sau Đại học và khoa Cơ khí động lực trƣờng Đại

học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi trong
suốt quá trình học tập tại trường.
 Các thầy cô tham gia giảng dạy cao học.
 Lãnh đạo trƣờng Cao Đẳng nghề số 8-BQP.
 Gia đình và bạn bè đã động viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh,ngày tháng năm 2013
Học viên: Ngô Duy Đông.

Trang iii


TÓMTẮT
Sự phát triển của xe cộ sử dụng động cơ đốt trong, đặc biệt là ôtô, là một
trong những thành tựu lớn nhất của kỹ thuật hiện đại.Ô tô đã có những đóng góp
to lớn trong sự phát triển của xã hội hiện đại bằng cách làm thỏa mãn nhu cầu
vận chuyển hàng ngày.
Đối với bất kỳ một người sử dụng xe ngoài giá cả thì hai tính năng động
lực học và tiêu hao nhiên liệu luôn luôn là điều quan tâm số một.Trong bối cảnh
cạn kiện các nguồn cung cấp nhiên liệu, nhưng các hãng sản xuất ô tô vẫn liên
tục cho ra đời các dòng xe có dung tích động cơ lớn hơn, tính năng động lực học
cao hơn. Tuy nhiên điều này nảy sinh vấn đề tiêu hao nhiên liệu sẽ nhiều hơn.
Trong các thập niên gần đây,những hoạ động nghiên cứu và phát triển liên
quan đến giao thông đã chú trọng đến việc phát triển các mẫu xe có tính cân
bằng giữa tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu. Những chiếc xe này
vừa thỏa mãn cho người lái các tính năng vận hành vừa có mức tiêu thụ nhiên
liệu vừa phải và thân thiện với môi trường.
Trong luận văn này, tác giả tập trung “Nghiên cứu mối quan hệ và các giải
pháp kỹ thuật liên quan tới động lực học và tiêu hao nhiên liệu của ô tô du lịch“.

Nội dung của luận văn gồm có một số phần chính như sau:

Chƣơng1. Tổng quan.
Chƣơng2. Cơ sở lý thuyết về động lực học và tiêu hao nhiên liệu.
Chƣơng3. Mối quan hệ giữa động lực học và tiêu hao nhiên liệu.
Chƣơng4.Các giải pháp kỹ thuật liên quan tới động lực học và tiêu hao
nhiên liệu.
Chƣơng5. Kết luận.

Trang iv


ABSTRACT
The development of internal combustion engine vehicles, especially
automobiles, is one of the greatest achievements

of modern technology.

Automobiles have made great contributions to the growth of modern society by
satisfying many of its needs for transportation in every daylife.
For a driver, in addition to price, both dynamic performance and fuel
consumption is always the most concern. Despite the supply of drain fuel , the
car manufacturers are continually released cars with larger engine capacity,
higher dynamic features. This problematic fuel consumption will be much more.
In recent decades, the research and development activities related to
transportationhaveconcentrated onthedevelopment models which have a balance
between dynamic performance and fuel consumption.These cars are not only just
satisfied to drivers operating features but also moderate fuel consumption and
environmentally friendly.
In this thesis, the author focuses "The research on relationship and

technical solutions related to the dynamics and fuel consumption of
automobiles." The content of the thesis consists of a main part as follows:
Chapter1.Overview.
Chapter2.The basis of the theory of dynamics and fuel consumption.
Chapter3.The relationship between dynamics and fuel consumption.
Chapter 4.Technical solutions related to the dynamics and fuel
consumption.
Chapter5. Conclusion.

Trang v


MỤC LỤC
Trang tựa .................................................................................................... TRANG
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân .................................................................................................. i
Lời cam đoan ..................................................................................................... ii
Cảm tạ ............................................................................................................... iii
Tóm tắt ............................................................................................................... iv
Mục lục .............................................................................................................. vi
Danh sách các hình ............................................................................................ x
Danh sách các chữ viết tắt .................................................................................. xii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN.......................................................................................... 1

1.1 Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu. ............................................. 3
1.2 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu. ............................................... 3
1.3 Phương pháp nghiên cứu. ............................................................................. 3
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 4

2.1 Sự truyền năng lượng trên ô tô ..................................................................... 4

2.1.1 Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực ................... 4
2.1.2 Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống chuyển động ............................... 6
2.1.3 Sự tổn hao năng lượng khi truyền năng lượng trên xe .............................. 7
2.2 Các quan hệ về lực khi bánh xe lăn trên đường .......................................... 8
2.2.1 Bánh xe bị động ....................................................................................... 9
2.2.2 Bánh xe chủ động ..................................................................................... 10
2.2.3 Bánh xe phanh ........................................................................................... 11

Trang vi


2.3 Bán kính lăn rl và mối quan hệ giữa sự trượt và bán kính lăn ..................... 12
2.3.1 Bán kính lăn .............................................................................................. 12
2.3.2 Mối quan hệ giữa bán kính lăn và sự trượt ............................................... 13
2.3.2.1 Khi lăn không trượt ................................................................................ 13
2.3.2.2 Khi lăn có trượt quay ............................................................................. 14
2.3.2.3 Khi lăn có trượt lết ................................................................................. 16
2.3.3 Hiệu suất trượt ........................................................................................... 17
2.4 Giới hạn bám khi kéo và khi phanh ............................................................. 19
2.5 Sai lệch động học. ........................................................................................ 20
2.6 Các chỉ tiêu kinh tế nhiên liệu của ôtô ......................................................... 22
2.6.1 Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô .................................................................. 22
2.6.2 Phương trình tiêu hao nhiên liệu. .............................................................. 22
2.6.3 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ô tô khi chuyển động ổn định . ............... 27
Chƣơng 3: MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TIÊU HAO NHIÊN
LIỆU............................................................................................................................ 32

3.1 Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu khi xe đạt vận tốc cực đại .................... 32
3.2 Xác định độ dốc cực đại và lượng tiêu hao nhiên liệu khi leo dốc cực đại. 36
3.2.1 Xác định độ dốc cực đại. ........................................................................... 36

3.2.2 Xác định tiêu hao nhiên liệu khi leo dốc cực đại. ..................................... 39
3.3 Xác định gia tốc cực đại và lượng tiêu hao nhiên liệu khi gia tốc cực đại. . 42
3.3.1 Xác định gia tốc cực đại. ........................................................................... 42
3.3.2 Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu khi gia tốc cực đại. ........................... 43

Trang vii


3.4 Ảnh hưởng của sự phân chia lực kéo giữa các bánh xe chủ đô ̣ng tới động lực
học và tiêu hao nhiên liệu................................................................................... 46
3.4.1 Không có lưu thông công suất. ................................................................. 47
3.4.1.1 Công suất tổ n hao do trượt trên xe (4x4) và (4x2). ................................ 47
3.4.1.2 Sự ảnh hưởng của lực bám đến tính năng động lực học. ....................... 50
3.4.1.3 So sánh ảnh hưởng của sự trượt đến tiêu hao nhiên liệu của xe( 4x4) và
(4x2). .................................................................................................................. 51
3.4.2 Khi có lưu thông công suất. ...................................................................... 52
3.4.2.1 Xác định lực kéo tiếp tuyến và đô ̣ trươ ̣t tại mỗi cầu . ............................. 52
3.4.2.2 Công suất tổn hao do trươ ̣t. .................................................................... 55
3.4.2.3 Hiệu suất trượt. ....................................................................................... 57
3.4.2.4 Xác định tiêu hao nhiên liệu khi có lưu thông công suất. ...................... 59
3.5 Kế t luâ ̣n ........................................................................................................ 60
CHƢƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘNG LỰC
HỌC VÀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ........................................................................ 61

4.1 Giảm các lực cản chuyển động. ................................................................... 61
4.1.1 Giảm lực cản của gió ................................................................................. 61
4.1.2 Giảm lực cản lăn. ...................................................................................... 62
4.1.3 Giảm trọng lượng xe. ................................................................................ 63
4.2 Tối ưu hoạt động của động cơ. ..................................................................... 65
4.3 Tối ưu hoạt động của hệ thống truyền lực. .................................................. 67

4.3.1 Hộp số tự động vô cấ p .............................................................................. 67
4.3.2 Hộp số ly hợp kép. .................................................................................... 67
4.3.3Các giải pháp phân phối công suất............................................................. 69

Trang viii


4.4 Hê ̣ thố ng kiể m soát lực kéo Traction Control (TRC)................................... 72
4.4.1 Khái niệm cơ sở về TRC ........................................................................... 73
4.4.2 Thiết bị điều khiển công suất động cơ EMS ............................................. 74
4.4.2.1 Đối với động cơ xăng ............................................................................. 74
4.4.2.2Động cơ động cơ diezel........................................................................... 74
4.4.2.3Điều khiển bàn đạp chân ga .................................................................... 75
4.4.3Bộ điều khiển ASR..................................................................................... 76
4.4.3.1Các đặc điểm làm việc của ASR ............................................................. 76
4.4.3.2 Các bộ phận của hệ thống phanh ABS có TRC ..................................... 77
4.4.3.3 Điều khiển tốc độ ô tô ............................................................................ 78
4.4.4Bộ điều chỉnh mô men phanh bẳng động cơ MSR .................................... 79
4.4.5 Bộ khoá vi sai điện tử ABS+ABD80 ........................................................ 80
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN ......................................................................................... 82

5.1 Đánh giá đề tài. ............................................................................................ 82
5.2 Kiến nghị. ..................................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 84

Trang ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Các lực và moment tác dụng lên bánh xe bị động , chủ động và bánh xe
phanh .................................................................................................................. 10
Hình 2.2 Đặc tính rl(Fk) ..................................................................................... 12
Hình2.3 Lăn không trượt .............................................................................. 20
Hình 2.4 Lăn có trượt quay ............................................................................... 16
Hình 2.5 Lăn có trượt lết ................................................................................... 17
Hình 2.6 Đặc tính ngoài của động cơ. ........................................................... 24
Hình 2.7 Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ( ne’> ne’’>ne’’’).................. 27
Hình 2.8 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô ứng với các hệ số cản  khác nhau
của mặt đường. .................................................................................................. 28
Hình 2.9 Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định .30
Hình 3.1 Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ khi xe đạt vận tốc cực đại ....... 34
Hình 3.2 Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định ở
vận tốc cực đại. ....................................................................................................... 35
Hình 3.3 Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ khi leo dốc cực đại ............... 41
Hình 3.4 Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ khi gia tốc cực đại .................... 45
Hình 3.5 Công suất tổn hao do trượt tại bánh xe khi Fk1  Fk 2 . ......................... 48
Hình 3.6 Công suất tổn hao do trượt tại bánh xe khi Fk1  Fk 2 . .......................... 49
Hình 3.7 Công suất tổn hao do trượt tại bánh xe khi Fk1  0, Fk 2  0 . ................. 50

Trang x


Hình 3.8 Mối quan hệ hiệu suất trượt- lực kéo tiếp tuyến- sai lệch động học .. 59
Hình 4.1 Đường đặc tính toàn tải của động cơ mercedes E250 ........................ 68
Hình 4.2 Sơ đồ chuyể n số của hô ̣p số tự đô ̣ng CVT và AT ............................... 69
Hình 4.3 Hô ̣p số ly hơ ̣p kép ............................................................................... 70

Trang xi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1. AT: Automatic Transmission
2. CVT: Continuously Variable Transmission
3. DTC: dual-clutch transmisson
4. 4WD (4x4): 4 Wheel Drive
5. AWD: All Wheel Drive
6. TRC: Traction Control
7. ABS: Anti-lock Brake System
8. ASR: Anti Spin Regulator
9. EMS: Electronic Engine-Mangement System
10. MSR: Automatic Barking Differential

Trang xii


Chương 1 Tổ ng quan

Chương 1

TỔNG QUAN

Đối với bất kỳ một người sử dụng xe, ngoài giá cả thì hai tính năng động
lực học và tiêu hao nhiên liệu luôn luôn là điều đáng quan tâm. Có thể nói hai
yếu tố này rất quan trọng. Trước hết, ta hãy bàn về tính năng động lưc học.
Tính năng động lực học hay tính năng vận hành tức là nói đến tính năng
khởi hành, tăng tốc, leo dốc, vận tốc cực đại.
Mỗi một tài xế có một phong cách lái xe khác nhau. Mỗi người thích cảm
nhận tính năng vận hành khác nhau của chiếc xe tuy nhiên có một điểm chung

là ai cũng thích xe có tính năng động lực học tốt.
Đây cũng là điều dễ hiểu, khi điều khiển một chiếc xe có tính năng động
lực, hay nói cách khác là tính năng vận hành cao sẽ cho người điều khiển rất
nhiều thuận lợi.
Đầu tiên an toàn là trong khi tránh, vượt các xe khác vì xe có gia tốc lớn.
người tài xế có thể chủ động về tốc độ của xe cũng như thời gian tăng tốc.
Thứ hai là khi leo dốc hay vượt qua chướng ngại vật trên đường. Chiếc xe
có tính năng động lực tốt có thể thông qua những con đường có độ dốc lớn,
chướng ngại vật cao mà những xe có tính năng động lực học yếu không thể
thực hiện được.
Đó là những minh họa rất gần gũi để ta thấy rằng tính năng động lực học
có sức hấp dẫn rất lớn đối với người tiêu dùng. Điều này cũng tác động đến
quan điểm thiết kế xe của các hãng sản xuất ô tô. Rõ ràng là tăng tính năng
động lực học dẫn đến tiêu hao nhiên liệu lớn hơn. Nhưng các nhà sản xuất ô tô
liên tục cho ra đời những mẫu xe tính năng động lực học cao. Tuy nhiên trong

Trang 1


Chương 1 Tổ ng quan

bối cảnh giá xăng dầu tăng cao điều này cũng cần dung hòa với tính kinh tế
nhiên liệu của xe.
Có một thời gian các hãng xe lớn của Mỹ như Ford, GM rơi vào khủng
hoảng vì xe không bán được. Nếu so sánh về tính năng vận hành, có thể nói
các xe của Nhật Bản không hẳn tốt hơn xe của Mỹ nhưng về mặt tiết kiệm
nhiên liệu thì tốt hơn do đó được nhiều khách hàng ưa chuộng hơn.
Lượng tiêu hao nhiên liệu của xe được tính theo nhiều phương pháp cũng
như có nhiều quy trình thử mức tiêu hao nhiên liệu.
Các quy trình thử theo tiêu chuẩn của Nhật, Mỹ, châu âu, có những điểm

giống và khác nhau nhưng nói chung là đều dựa trên các cơ sở: loại đường xe
vận hành đô thị hay đường xa lộ, trong quá trình thử nghiệm các thao tác được
tiến hành giống như các thói quen của người tài xế.
Lượng tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Do đó đôi khi
lượng tiêu thụ nhiên liệu mà các nhà sản xuất xe cung cấp không hoàn toàn
giống với thực tế.
Việc mua được một chiếc xe có tính năng vận hành tốt không đồng nghĩa
với sự thảo mãn của người chủ xe vì xe không tiết kiệm nhiên liệu.Do đó vấn
đề cân bằng giữa hai yếu tố này thực sự là một bài toán khó đối với các nhà
sản xuất cũng như những người nghiên cứu về ô tô.
Ngày nay đã có nhiều công nghệ mới để có thể làm cho chiếc xe vừa có
tính năng động lực học tốt lại vừa có mức tiêu hao nhiên liệu ở mức độ chấp
nhận được.
Có một số giải pháp tập trung vào các vấn đề sau: thiết kế động cơ, thiết
kế hệ thống truyền lực, thiết kế khí động học của xe, công nghệ thu hồi năng
lượng, thiết kế theo điều kiện giao thông, chất lượng đường sá, huấn luyện kỹ
năng của người điều khiển xe.

Trang 2


Chương 1 Tổ ng quan

Trong phạm vi của đề tài, người nghiên cứu sẽ tập trung vào tìm hiểu mối liên
hệ giữa hai yếu tố này nhằm chỉ ra một cách rõ các mâu thuẫn, đưa ra các
minh chứng cụ thể và từ đó đưa ra các giải pháp.
1.1 Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu.
- Nghiên cứu và tìm ra mối quan hệ giữa hai vấn đề động lực học và tiêu hao
nhiên liệu.
- Đề ra các giải pháp kỹ thuật liên quan tới hai vấn đề này nhằ m đảm bảo tính

năng đô ̣ng lực ho ̣c trong khi mức tiêu thu ̣ ở mức vừa phải .
- Đối tượng nghiên cứu: xe ô tô du lịch.
1.2 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu.
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa hai vấn đề động lực học và tiêu hao nhiên liệu.
Từ đó tìm ra các giải pháp kỹ thuật liên quan tới hai vấn đề này.
- Nghiên cứu tính toán các thông số động lực học và tiêu hao nhiên liệu khi có
kể đến trượt.
Phạm vi nghiên cứu:
- Chỉ nghiên cứu trên ô tô con, ô tô du lịch.
- Chỉ nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu, sự tác động của các hệ thống chứ
không đi vào phân tích cụ thể các mạch điện điều khiển, cấu tạo…
1.3 Phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến các thông số động lực học và tiêu hao
nhiên liệu của ô tô.
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến trượt.
- Nghiên cứu các tài liệu về các trang bị hiện đại để hạn chế sự trượt.
- Tham khảo ý kiến đóng góp của các thầy hướng dẫn và các thầy cô, các anh
chị học viên.

Trang 3


Chương 2 Cơ sở lý thuyế t

CHƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Sự truyền năng lƣợng trên ô tô
Quá trình truyền năng lượng từ động cơ đến mặt đường thông qua hệ thống

truyền lực và hệ thống chuyển động sẽ làm thay đổi vận tốc (vận tốc góc hoặc vận
tốc tịnh tiến) và mô ment (hoặc lực), một phần năng lượng truyền đi sẽ tiêu hao ở hệ
thống truyền lực do sự tích lũy năng lượng ở dạng động năng (do các chi tiết có
khối lượng) và thế năng (do tính đàn hồi sinh ra) và một phần năng lượng nữa bị
tiêu hao do có sự xuất hiện của sự trượt.
Bây giờ chúng ta xét đến quá trình truyền năng lượng trên xe trong trường hợp
xe chuyển động ổn định và chưa xét đến trượt.
2.1.1 Sự truyền và biến đổi năng lƣợng trong hệ thống truyền lực
Ở ô tô năng lượng được truyền từ động cơ đến các bánh xe chủ động thông qua hệ
thống truyền lực. Quá trình truyền và biến đổi năng lượng được đặc trưng bởi các
thành phần của công suất đầu vào Pe và công suất đầu ra ở bánh xe Pk, nghĩa là bởi
vận tốc góc và mômen xoắn tương ứng:
P e  M e e

(2.1)

P k  M k k

Các mối quan hệ giữa các thông số Me, Mk,  e,  b được gọi là các đặc tính truyền
động.
Ở đây:
Pk – Công suất truyền đến các bánh xe chủ động.

[W]

 k – Vận tốc góc của bánh xe chủ động.

[rad/s]

Trang 4

Chương 2 Cơ sở lý thuyế t

Mk – Mômen của các bánh xe chủ động.

[N.m]

Mặt khác, để thể hiện các mối quan hệ chức năng ở truyền động, chúng ta sử dụng
các khái niệm sau:
+ Tỷ số truyền động học (truyền vận tốc):

it 

1 ωe n e


ν ωb n b

(2.2)

Trong đó:
it – Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực, thường dùng ở truyền động có cấp.
 – Tỷ số truyền được dùng trong hệ thống truyền động thủy lực. [m/s]

ne – Số vòng quay của động cơ

[vòng/phút]

nb – Số vòng quay của bánh xe.

[vòng/phút]

Theo kết cấu của hệ thống truyền lực thì tỷ số truyền it còn được tính theo công thức
sau:
it = ihipioic

(2.3)

Ở đây:
ih – Tỷ số truyền của hộp số.
ip – Tỷ số truyền của hộp số phụ (hoặc hộp phân phối).
io – Tỷ số truyền của truyền lực chính.
ic – Tỷ số truyền của truyền lực cạnh (truyền lực cuối cùng).
+ Tỷ số truyền mômen:

im 

Mk
Me

Trang 5

(2.4)


Chương 2 Cơ sở lý thuyế t

+ Hiệu suất của hệ thống truyền lực:
ηtl 

Pk Mkωk
i

 i m .ν  m
Pe M eωe
it

(2.5)

Ở trường hợp đang xét  chính là hiệu suất của hệ thống truyền lực.
Xét về mặt kết cấu của hệ thống truyền lực thì hiệu suất  còn được tính như sau
η tl =  l  h  p  cđ  o  c

(2.6)

Ở đây:
 l – Hiệu suất của ly hợp.
 h – Hiệu suất của hộp số.
 p – Hiệu suất của hộp số phụ (hoặc hộp số phân phối).
 cd – Hiệu suất của cac đăng.
 o – Hiệu suất của truyền lực chính.
 c – Hiệu suất của truyền lực cạnh.

2.1.2 Sự biến đổi năng lƣợng trong hệ thống chuyển động
Hệ thống chuyển động là cụm truyền động giữa bánh xe với mặt đường. Ở
trường hợp này chúng được coi là cụm biến đổi bậc không, nghĩa là ta không để ý
đến khối lượng và biến dạng của nó.
Công suất của bánh xe chủ động được thể hiện qua Mk và  k. Nhờ có Mk tại
bánh xe chủ động và nhờ sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường nên đã phát sinh

phản lực Fk từ mặt đường tác dụng lên bánh xe hướng theo chiều chuyển động của
xe. Phản lực này chính là lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động.
Như vậy hệ thống chuyển động đã biến đổi chuyển động quay của bánh xe
thành chuyển động tịnh tiến của xe. Tức là biến đổi mômen Mk và vận tốc góc  k
trên trục bánh xe thành lực kéo của bánh xe và vận tốc tịnh tiến v.

Trang 6


Chương 2 Cơ sở lý thuyế t

Quan hệ giữa các thông số vừa nêu được thể hiện:
F k

M k M e i t ηtl M e i h i p i o i c ηtl


r
r
r
v  r lk

(2.7)
(2.8)

Ở đây:
r – Bán kính tính toán (bán kính làm việc trung bình) của bánh xe.
v – Vận tốc tịnh tiến thực tế.
rl – Bán kính lăn của bánh xe.
Trong thực tế có thể coi r = const, còn rl  const, vì rl phụ thuộc vào nhiều yếu

tố, ví dụ: tải trọng, vận tốc… Cho nên từ (2.7) và (2.8) cho thấy rằng hệ thống
chuyển động biến đổi lực với một tỉ lệ không đổi, nhưng sự truyền vận tốc không
phải là ổn định. Khi xe chuyển động ở đường tốt và với vận tốc lớn thì có thể xem
rl = r. Trên đường xấu và với vận tốc nhỏ thì rl  r, lúc này chúng ta phải cân nhắc
đến sự trượt giữa bánh xe với mặt đường.
2.1.3 Sự tổn hao năng lƣợng khi truyền năng lƣợng trên xe
Khi truyền năng lượng từ động cơ đến khung xe sẽ có một phần năng lượng
biến đổi thành nhiệt năng không thể thu hồi được. Giá trị này cần phải biết khi tính
toán thiết kế bởi hai lý do sau:
-

Nhằm xác định công suất sử dụng dùng để truyền động ô tô ứng với công suất

đã cho của động cơ. Hoặc ngược lại để xác định công suất yêu cầu của động cơ ứng
với yêu cầu năng lượng của xe đã cho.
-

Nhằm xác định các yêu cầu làm mát đảm bảo cho hệ thống làm việc bình

thường.

Trang 7


Chương 2 Cơ sở lý thuyế t

Các tổn thất được biểu thị về mặt định lượng bởi công suất tổn hao P  hay
mômen tổn hao M  . Tuy vậy người ta thường biểu thị bằng các hệ số không thứ
nguyên là hiệu suất η tl  hoặc hệ số tổn hao  .
Mối quan hệ giữa các đại lượng:

P γ Pe P k
Mγ

γ



P
Pe



Pγ
Pe

(2.9)

Pγ
ωe


Pγ
Me

P e P k
P
 1  k  1  ηtl
Pe
Pe

ηtl  1  

(2.10)

(2.11)
(2.12)

Công việc tính toán tổn hao dựa trên cơ sở kinh nghiệm và định hướng, bởi
vậy nó luôn là gần đúng. Muốn xác định chính xác chỉ có thể bằng con đường thực
nghiệm. Khi tính tổn hao ta tiến hành riêng cho từng bộ phận. Tổng tổn hao được
xác định theo nguyên tắc các tổ hợp mắc nối tiếp nhau.
Cần lưu ý rằng ở truyền động cơ khí chỉ có tổn hao về mômen mà không có
tổn hao về vận tốc.
Tổn hao ở truyền động cơ khí không những không phụ thuộc vào kết cấu, ma
sát giữa các bề mặt của các chi tiết, sơ đồ động học, mà còn phụ thuộc vào mômen
truyền, vận tốc, độ nhớt và nhiệt độ của dầu bôi trơn…
2.2 Các quan hệ về lực khi bánh xe lăn trên đƣờng
Chúng ta cũng khảo sát ứng với ba trạng thái lăn của bánh xe, sơ đồ lực tác
dụng ở các trạng thái được chỉ ra ở hình ở 2.1.

Trang 8


Chương 2 Cơ sở lý thuyế t

2.2.1 Bánh xe bị động (Hình 2.1a)
Để cho bánh xe có tải trọng F có thể chuyển động được với tốc độ V (hoặc
k) thì tại ổ trục của nó phải có lực F hướng theo hướng của V. Hợp lực của F và
F đi qua ổ trục và nghiêng một góc , cắt mặt đường ở khoảng cách a. Tại điểm
này có tác dụng của tất cả các phản lực của bánh xe với mặt đường X và Z.

Phản lưc Z ngược hướng với tải trọng thẳng đứng trên bánh xe F  và bằng nó về giá
trị:
Z = F

(2.13)

Phản lực X sẽ ngược chiều chuyển động của xe, tức là ngược chiều trục x và được
coi là lực cản, đó là lực cản lăn ký hiệu Ff. Lực cản lăn phải được khắc phục bởi lực
đẩy F, vì thế ta phải có phương trình:
F = X = Ff

(2.14)

Xét về mặt định lượng, lực cản lăn được mô tả bằng quan hệ:
Ff = Zf

(2.15)

Trong đó f được gọi là hệ số cản lăn
Nếu viết phương trình cân bằng moment tại tâm bánh xe, ta có:
Z.a = Ff.rd = Z.f.rd = Mf

(2.16)

Trong đó moment Mf sẽ được đưa vào sơ đồ nếu giả thiết rằng các phản lực tác
dụng từ mặt đường nằm tại giao điểm của trục thẳng đứng đối xứng của bánh xe với
mặt đường. Moment Mf được gọi là moment cản lăn.
Cũng từ sơ đồ ta rút ra quan hệ sau:
tg = a/rd = Ff/Z = f

Trang 9

(2.17)


Chương 2 Cơ sở lý thuyế t

2.2.2 Bánh xe chủ động (Hình 2.1b)

Hình 2.1: Các lực và moment tác dụng lê n bánh xe bi ̣đô ̣ng (a.), chủ động (b.)và
bánh xe phanh (c.)

Trang 10