Bài 4 Xác định các hệ số tác động giữa ô tô và môi trường

Bài 4
Xác định các hệ số tác động giữa ô tô
và môi trường
Trình bày: Đỗ Tiến Minh


Thí nghiệm ô tô
4.1 Xác định hệ số cản lăn
4.1.1 Xác định hệ số cản lăn bằng thí nghiệm ô tô trên đường
a. Phương pháp đo bằng ten dô

• Các bước tiến hành:
- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe, đặc biệt là áp suất lốp
phải đúng tiêu chuẩn
- Dán cảm biến ten dô lên nửa trục của ô tô và mắc sơ đồ
đo ghi tín hiệu dao động ký
- Cho xe chạy với vận tốc 5,55m/s (20km/h) để tránh ảnh
hưởng của sức cản không khí
- Đọc kết quả đo mô men quay sinh ra trên nửa trục Mn.tr
• Xử lý kết quả
- Mn.tr = hm.μm
(4.1)
Trong đó:
hm – chiều cao trung bình của đồ thị mô men quay trên nửa
trục, được ghi trên máy ghi sóng (mm)
μm – tỷ xich của đồ thị, được xác định khi lấy chuẩn
(Nm/mm)


Thí nghiệm ô tô
- Tính lực kéo tiếp tuyến thông qua môn men nửa trục Mn.tr

2M n.tr
Pk =
rbx

(4.2)

Trong đó rbx là bán kinh làm việc trung bình của bánh xe
Vì xe chạy chậm nên lực cản không khí Pω = 0, cho nên có thể xác định lực cản lăn từ phương trình sau:
Pf = Pk
Do đó:

(4.3)

Pf

P 2M n.tr
f = = =
Làm thí nghiệm đo 3 lần rồi lấy kết quả trung bình
G G
rbx G
Trong đó G – trọng lượng của ô tôkđầy tải


Thí nghiệm ô tô
b. Phương pháp dùng ô tô kéo ô tô ở đằng sau

• Các bước tiến hành:
- Kiểm tra tính trạng kỹ thuật của xe thí nghiệm và xe kéo,
đặc biệt là áp suất lốp

- Cho 2 xe kéo nhau bằng dây cáp nối với lực kế
- Để tránh ảnh hưởng của lực quán tính và lực cản không
khí, cho xe chạy với vận tốc (2,77÷5,55) m/s (10÷20)km/h
- Để tránh hiện tượng xe sau trườn nhanh hơn xe trước,
làm trùng dây và chỉ số đo không ổn định, người ta cho xe
chạy trên đường có độ dốc nhỏ (<5%). Góc dốc phải xác
định trước
- Để tăng độ chính xác, người ta tách các bánh xe chủ động
của ô tô đằng sau ra khỏi hệ thống truyền lực để tránh tổn
hao do khuấy dầu
- Đọc số đo trên lực kế


Thí nghiệm ô tô

• Xử lý kết quả
- Từ phương trình cân bằng lực kéo:
Pk = Gsinα + fGcosα
Trong đó α là góc dốc của đường
Ta có:
(4.4)

Pk − G sin α
f =
G cos α


Thí nghiệm ô tô
c. Phương pháp chạy theo quán tính

• Các bước tiến hành
- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe, đặc biệt là áp suất lốp
phải đúng tiêu chuẩn
- Chọn đường phẳng nằm ngang, 2 bên đường có cọc cao
1 m, cách nhau 2m, đường nối 2 cọc vuông góc với tâm của
đường
- Cho xe chạy với vân tốc 5,55m/s (20km/h) để tránh lực cản
không khí
- Người lái quan sát 2 cọc, khi tầm mắt người quan sát và 2
cọc trên một đường thẳng thì ngắt hộp số ( tách động cơ
khỏi hệ thống truyền lực), cho xe chạy theo quán tính đến
khi dừng hẳn
- Đo quãng đường S từ vị trí cắm cọc đến chỗ xe dừng


Thí nghiệm ô tô

• Xử lý kết quả
- Phương trình cân bằng động năng của hệ có dạng:

2

Gv
δ
= fGS
g 2

(4.5)

Thí nghiệm ô tô
Trong đó:
v – vận tốc ô tô khi bắt đầu chạy theo quán tính (m/s)
δ – hệ số tính đến các khối lượng quay của ô tô khi hộp số
bị ngắt ( chủ yếu là bánh xe). Hệ số δ tính theo công
thức sau:

hoặc δ = 1,04 + 0,05ih

2

Ở đây:

J bx g
δ = 1+ 2
rbx G

Jbx – mô men quán tính của tất cả các bánh xe Nms

(4.6)

2

rbx – bán kính làm việc trung bình của bánh xe: rbx = λr0
r0 – bán kính tự do của bánh xe
λ – hệ sô biên dạng của lốp = 0.93÷0,95
S – quãng đường xe chạy theo quán tính
G – trọng lượng ô tô đầy tải (N)
2
g – gia tốc trọng trường (m/s )

Ta có:

(4.7)

δv
f =
2 gS
2


Thí nghiệm ô tô
4.1.2 Xác định hệ số cản lăn trong phòng thí nghiệm
a. Cấu tạo

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Đông cơ điện (thiết kế dạng treo để đo mô men quay)
Khớp nối
Bánh xe
Trống và đĩa
Khớp nối
Máy phát (thiết kế dạng treo để đo mô men quay)


Thí nghiệm ô tô

b. Trình tự thí nghiệm

•
•
•
•

Đặt bánh xe 3 lên tang trống (hoặc đĩa) (4)
Nối bánh xe với động cơ điện 1 qua khớp nối 2
Đặt lực Q lên bánh xe theo phương thẳng đứng
Cho đông cơ điện hoạt động, thông qua khớp nối 2, dẫn
động bánh xe quay, làm cho tang trông (hoặc đĩa) quay
theo, đồng thời dẫn động rô-to máy phát 6 thông qua khớp
nối 5. Do động cơ điện và máy phát điện đặt treo nên trên
các stato của chúng xuất hiện mô men quay.
• Tiến hành đo mô men trên stato của động cơ Mdc và máy
phát điện Mm.ph
• Tiến hành đo số vòng quay của rô-to động cơ điện ndc và
máy phát điện nm.ph


Thí nghiệm ô tô
c. Xử lý kết quả

• Xuất phát từ công thức tính lực cản lăn P f = f.Q ta có:
Q - Lực ép lên bánh xe
Pf - được tính từ công thức Nf = Pf.v, ta có:

N
f

(4.8)
Pf =
v

f =

v - là vận tốc dài tại điểm tiếp xúc bánh xe với trống (đĩa)
v = rbx.ωdc
Nf - Công suất tiêu hao cho cản lăn
Nf = Ndc – Nm.ph = Mdc.ωdc – Mm.ph.ωm.ph
Ndc - Công suất động cơ điện
Nm.ph - Công suất máy phát điện
Mdc - Môn men động cơ điện
Mm.ph - Mô men máy phát điện
ωdc - Vận tốc góc động cơ điện
ωm.ph - Vận tốc góc máy phát điện

Pf
Q


Thí nghiệm ô tô
Thay các giá trị công suất cản lăn Nf và vận tốc v vào công thức (4.8) ta có:

Pf =
Thay

Ta có:

Vậy:

M dcω dc − M m. phω m. ph

ω dc rbx

và

π .ndc
ω dc =
30
Pf =

f =

ω m. ph =

π .nm. ph
vào (4.9)

30

M dc ndc − M m. ph nm. ph
ndc rbx

Pf
Q

=

M dc ndc − M m. ph nm. ph

ndc .rbx .Q

(4.9)

(4.10)


Thí nghiệm ô tô
Giá trị trung bình của hệ số cản lăn f

Loại đường

Hệ số cản lăn

Đường nhựa và bê tông
- đặc biệt tốt

0,012 ÷ 0,015

- tốt

0,015 ÷ 0,018

Đường rải đá

0,03 ÷ 0,04

Đường đẩt
- khô, bằng phẳng

0,03 ÷ 0,05

- sau khi mưa

0,05 ÷ 0,15

Đường cát

0,10 ÷ 0,30


Thí nghiệm ô tô
4.2 Xác định hệ số cản không khí
4.2.1 Thử nghiệm trên đường
a. Dùng ống pi-tô kết hợp với dao động ký

• Các bước tiến hành
- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe
- Đặt ống pi-tô (cảm biến áp suất) ở phía trước của ô tô
- Nối ống pi-tô với sơ đồ đo gồm cầu đo và dao động ký.
- Cho xe chạy trên đường phẳng nằm ngang, trong điều kiện thời
tiết không có gió, với vận tốc lần lượt từ 5,55m/s đến 8,33m/s,
11,11m/s, 13,88m/s và 16,66m/s, tương ứng với 20, 40, 50 và 60 km/h
- Tiến hành đo ghi các giá trị áp lực không khí P w
- Thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần ở mỗi tốc độ để lấy giá trị
trung bình


Thí nghiệm ô tô
•

Xử lý kết quả
- Gia công đồ thị trên máy ghi sóng ta có lực cản không khí như sau:
Pw = hw.μw
Trong đó:
Pw – lực cản không khí
hw – tung độ của đồ thị áp lực không khí lên diện tích cản chính diện của ô tô
μw – Tỷ xích của đồ thị áp lực không khí khi lấy chuẩn N/mm
- Hệ số cản không khí K được xác định từ công thức
2 4
Ns /m

Trong đó:
v – vận tốc của ô tô khi thí nghiệm
F – diện tích cản chính diện

K=

Pw

F .v 2

(4.11)


Thí nghiệm ô tô
2
(m )
2
(m )

Đối với xe con: F = 0,78.B0.H0
Đối với xe tải F = B.H0
Trong đó
B – chiều rộng cơ sở của xe

(m)

B0 – Chiều rộng toàn bộ của xe

(m)

H0 – Chiều cao toàn bộ của xe

(m)

b. Ô tô chạy xuống dốc dưới tác dụng của lực trọng trường

•

Các bước tiến hành
- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe, đặc biệt là áp suất lốp phải đủ theo tiêu chuẩn
- Xác định hệ số cản lăn f theo các phương pháp ở trên
- Chọn đoạn đường có độ dốc α, chiều dải ≥ 500m
- Cho xe lăn xuống dốc nhờ lực Pi
- Ghi lại vận tốc xe khi đạt giá trị ổn định


Thí nghiệm ô tô
•

Xử lý kết quả
- Khi xe lăn ổn đinh xuống dốc ta có phương trình cân bằng lực như sau:
Pi = Pf + Pw

(4.12)

Trong đó:
Pi – thành phần trọng lượng tác dụng song song với mặt đường. Pi = Gsinα
Pf – lực cản lăn. Pf = Gfcosα
Pw – lực cản không khí. Pw = KFv

2

Thay các giá trị Pi, Pf, và Pw vào (4.12) ta có:
2
Gsinα = Gfcosα + KFv
Do đó:

Thí nghiệm được tiến hành 3 lần, rồi lấy giá trị K trung bình

G (sin α − f cos α )
K=
Fv 2


Thí nghiệm ô tô
c. Ô tô thí nghiệm được kéo bằng ô tô khác

•

Các bước tiến hành
- Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe, đặc biệt là áp suất lốp phải đúng tiêu chuẩn
- Xác định hệ số cản lăn như đã làm ở trên
- Xe kéo và xe thí nghiệm được nối bằng dây cáp trên đó có gắn lực kế đo lực kéo Pk
- Xe kéo cách xe thí nghiệm ít nhất 15 m để tránh ảnh hưởng của xe kéo lên dòng khí tác dụng lên
xe thí nghiệm
- Cho một xe kéo xe thí nghiệm ở vận tốc tương đối cao từ 11,11 ÷16,66 m/s (hay 40÷60 km/h)
nhưng không quá 19,44 m/s (hay 70km/h) vì bắt đầu ở vận tốc này trở lên hệ số cản lăn thay đổi
theo vận tốc xe
- Để tránh hiện tượng xe thí nghiệm trườn nhanh hon xe kéo, hai xe được cho chạy lên dốc trên
đường có độ dốc α nhỏ
- Tiến hành đo và đọc giá trị của lực kéo Pk


Thí nghiệm ô tô
•

Xử lý kết quả
- Phương trình cân bằng lực kéo trong trường hợp này là:
Pk = Pf + Pi + Pw

(4.13)

Trong đó:
Pk – lực kéo (giá trị đọc trên lực kế)
Pf – lực cản lăn. Pf = Gfcosα
Pi – lực cản lên dốc. Pi = Gsinα
Pw – lực cản không khí. Pw = KFv

2

Thay các giá trị này vào (4.13) ta có:
2
Pk = Gfcosα + Gsinα + KFv
Vậy:

Pk − G ( f cos α + sin α )
K=
2
Fv


Thí nghiệm ô tô
4.2.2 Xác định hệ số cản không khí trong phòng thí nghiệm
a. Thiết bị thí nghiệm

1. Ống khí động
2. Động cơ điện để dẫn động quạt hút
3. Quạt hút
4. Ô tô mẫu có hình dạng giống ô tô thiết kế nhưng kích thước
nhỏ hơn
5. Bàn cân được nối với ô tô mẫu qua hệ thống ròng rọc để đo
lực cản không khí
6. Dụng cụ đo tốc độ dòng khí


Thí nghiệm ô tô
b. Trình tự tiến hành

• Cho động cơ điện làm việc để dẫn động quạt hút
• Quạt hút tạo dòng khí thổi qua ô tô tương tự như khi xe
chạy trên đường
• Dưới tác động của dòng khí, xe mẫu bị đẩy về phí sau, kéo
căng dây cáp có treo các quả cân.
• Để xe trở về vị trí ban đầu ta thêm các quả cân vào đĩa treo
ở đầu dây cáp
• Nhờ trọng lượng các quả cân ta xác đinh được lực cản
không khí tác dụng lên xe mẫu
• Bằng cách thay đổi tốc độ quạt hút ta có thể thay đổi tốc độ
dòng khí trong ống khí động bao quanh ô tô và do đó xác
định được lực cản không khí Pw ở các tốc độ dòng khí khác
nhau.


Thí nghiệm ô tô
c. Xử lý kêt quả

•
•

Từ thí nghiệm ta được lực cản không khí Pw.
Hệ số cản không khí K được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

K=

Pw
F .v

2

Pw – lực cản không khí (lực đẩy ô tô mẫu, đo bằng quả cân)
F – diện tích cản chính diện. Xác định theo công thưc ở trên
v- tốc độ dòng khí được xác định được xác định theo chỉ tiêu đồng dạng thể hiện qua hệ số Râynôn


Thí nghiệm ô tô

Re =
Trong đó

v.l

γ

Re – trị số Rây-nôn
v – vận tốc dòng khí
l – một trong những kích thước chủ yếu của ô tô (chiều
dài cơ sở)
γ – hệ số độ nhớt động học của không khí
Tức là nếu kích thước cơ sở của ô tô mẫu nhỏ hơn ô tô
thiết kế bao nhiêu lần thì phải tăng tốc độ dòng khí khi thí
nghiệm lên bấy nhiêu lần. Trong thực tế rất khó đạt được
điều kiện trên

•

Để dòng khí bao quanh ô tô thí nghiệm gần giống với thực tế, người ta treo xe trong ống khí

động theo các sơ đồ sau:


Thí nghiệm ô tô
.


Thí nghiệm ô tô
Hệ số cản không khí K

Loại ô tô

Hệ số cản không khí K, Ns2/m4

Du lịch

0,20 ÷ 0,35

Vận tải

0,60 ÷ 0,70

Xe khách

0,25 ÷ 0,40

Xe thể thao

0,13 ÷ 0,15