(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô 2 cầu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------------------

NGUYỄN VĂN DUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC
CỦA Ô TÔ 2 CẦU

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên - Năm 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN VĂN DUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC
CỦA Ô TÔ 2 CẦU

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 80520116

KHOA CHUYÊN MÔN
TRƯỞNG KHOA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN
KHOA HỌC

PGS.TS. Lê Văn Quỳnh

TS. Nguyễn Khắc Tuân

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên - 2018


i
LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên :

Nguyễn Văn Duy

Học viên : Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệpĐại học Thái Nguyên.
Nơi công tác : Công ty TNHH MTV đăng kiểm Lào Cai
Tên đề tài luận văn thạc sỹ : Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ
thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô 2 cầu Chuyên
ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số : 80520116
Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa
chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp : Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu
hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô 2 cầu. Được
sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân và sự

nỗ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành đáp được nội dung đề tài thạc sĩ
kỹ thuật cơ khí động lực.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số
liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả.
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2018
HỌC VIÊN

Nguyễn Văn Duy


ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã tiếp
nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý thầy cô
trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viên Nhà
trường, khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo
Sau đại học - Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình
hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân
và tập thể cán bộ giáo viên khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng bảo vệ đề
cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội
dung đề ra.
Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do
kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn còn
nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn
đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được hoàn thiện
hơn.

Xin chân thành cảm ơn !
HỌC VIÊN

Nguyễn Văn Duy


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ............................................... v
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ......................... 4
1.1. Tổng quan về động lực học ô tô.............................................................. 4
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của ô tô .................... 8
1.2.1. Các lực cản chuyển động ..................................................................... 8
1.2.2. Kết cấu của hệ thống truyền lực ........................................................ 15
1.2.2.1 Các sơ đồ hệ thống truyền lực trên ô tô ........................................... 15
1.2.2.2. Vi sai trên ô tô ................................................................................. 17
1.4. Tổng quan về các công trình công bố liên quan ................................... 23
1.5. Kết luận chương 1 ................................................................................. 25
CHƯƠNG 2.................................................................................................... 26
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC CỦA Ô
TÔ ................................................................................................................... 26
2.1. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động
lực học ô tô ................................................................................................... 26
2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên
kết giữa các vật trong hệ .............................................................................. 27

2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết ............ 29
2.2. Phương pháp mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực
học ô tô thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân của hệ....................... 30
2.2.1. Xây dựng mô hình toán học ............................................................... 30
2.2.2. Giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống .................................... 34
2.3. Giới thiệu một số phần mềm mô phỏng................................................ 36


iv
2.3.3.2 Một số khối chức năng trong Simscape ........................................... 42
2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................. 48
CHƯƠNG 3.................................................................................................... 49
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ĐẾN
ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC CỦA Ô TÔ BẰNG CÔNG CỤ
SIMULINK SIMSCAPE .............................................................................. 49
3.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu.............................................................. 49
3.2.2. Các thông số đầu vào của mô hình thân xe: ...................................... 54
3.2.3. Các thông số khác .............................................................................. 55
3.3. Mô phỏng và phân tích kết quả ............................................................. 56
3.3.1. Trường hợp ô tô sử dụng dẫn động 4 bánh, vi sai giữa các bánh xe kiểu
bánh răng côn thông thường, vi sai trung tâm kiểu Viscous. ...................... 56
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai giữa các bánh xe đến khả năng động
học và động lực học của ô tô........................................................................ 61
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai trung tâm đến khả năng động học và
động lực học của ô tô ................................................................................... 64
3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................. 66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 68

v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô ................................................... 5
Hình 1.2 Hệ tọa độ và các thông số động lực học ô tô cơ bản.......................... 6
Hình 1.3. Mô đun động lực học trong mặt phẳng xy ....................................... 7
Hình 1.4 Mô đun dao động lắc ngang (trái) và lắc dọc (phải) .......................... 7
Hình 1.5 Mô đun động lực học ngang cầu xe và hệ thống treo ........................ 7
Hình 1.6 Mô hình động lựec học phẳng............................................................ 8
Hình 1.7 Ảnh hưởng của vận tốc xe đến hệ số cản lăn ..................................... 9
Hình 1.8 Ảnh hưởng của áp suất lốp đến hệ số cản lăn .................................... 9
Hình 1.9 Ảnh hưởng của phản lực đường đến hệ số cản lăn .......................... 10
Hình 1.10. Ảnh hưởng biến dạng đường đến hệ số cản lăn ............................ 10
Hình 1.11 Sơ đồ xác định lực cản lăn khi góc lệch bên  do lực ngang gây ra
......................................................................................................................... 10
Hình 1.12 Hệ số khí động C x [-] và diện tích cản A [--] .................................. 12
Hình 1.13 Hệ số khí động Cwz1[], Cwz 2 [ ] ........................................................ 12
Hình 1.14 Tương quan hệ số khói động và diện tích cản của ô tô................. 13
Hình 1.15 Tương quan diện tích cản và hệ số khí động của ô tô................... 13
Hình 1.16 Sơ đồ hệ truyền lực ........................................................................ 14
Hình 1.17 Hệ số  phụ thuộc tỷ số truyền chung ig xe con........................... 14
Hình 1.18 Hệ số  phụ thuộc tỷ số truyền chung ig xe tải ............................. 14
Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô ....................................................... 15
Hình 1.20: Xe FF với hộp số thường .............................................................. 16
Hình 1.21: Xe FR với hộp số thường .............................................................. 16
Hình 1.22. Xe 4WD thường xuyên loại FR .................................................... 17
Hình 1.23 - Vi sai côn đối xứng (vi sai mở ) giữa các bánh xe) ..................... 18
Hình 1.24 - Khớp nối dính .............................................................................. 18
Hình 1.25 - Vi sai trung tâm kiểu Viscous trang bị trên xe Subaru ................ 19

vi
Hình 1.26 - Vi sai khóa điều khiển bằng tay................................................... 20
Hình 1.27 - Cấu tạo của vi sai Torsen ............................................................. 20
Hình 1.28.- Vi sai torsen giữa các cầu trang bị trên Audi A4......................... 21
Hình 1.29 - Đặc tính kéo của ô tô với 5 cấp số ............................................... 22
Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp mô phỏng .................................................. 27
Hình 2.2 – Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô kiểu 4x4 ....................................... 31
Hình 2.3 - Lực cản chuyển động theo phương dọc của ô tô ........................... 32
Hình 2.4 – Sơ đồ hệ thống truyền lực dẫn động cầu trước ô tô 4x2 ............... 33
Hình 2.5 - Giao diện (a) và thư viện các khối chức năng dùng cho mô phỏng
......................................................................................................................... 37
hệ thống truyền lực ô tô trong phần mềm Modelica ....................................... 37
Hình 2.6 - Mô phỏng xe dẫn động 4 bánh trên AVL-Cruise .......................... 38
Hình 2.7 Giao diện làm việc trên Simulink Simscape .................................... 40
Hình 2.8 Các khối ứng dụng trong simmulink simscape ................................ 40
Hình 2.9 - Mô hình hệ thống truyền lực ô tô trong Simdriveline ................... 42
Hình 2.10 - Bảng nhập thông số đầu vào động cơ .......................................... 42
Hình 2.11 - Khối biến mô thủy lực và bảng nhập thông số kỹ thuật của biến mô
......................................................................................................................... 43
Hình 2.12 - Khối hộp số ................................................................................. 43
Hình 2.13 - Khối vi sai và các phần tử của khối vi sai bánh răng côn ........... 44
Hình 2.14 - Bảng nhập thông số đầu vào vi sai .............................................. 44
Hình 2.16 - Cơ sở lý thuyết của khối mô hình thân xe ................................... 45
Hình 2.17 - Khối mô hình thân xe .................................................................. 46
Hình 2.18- Mô hình nghiên cứu động lực học ô tô 4x2 cầu trước chủ động . 47
Hình 3.1 – Sơ đồ tổng thể mô phỏng hoạt động của ô tô với HTTL 4WD vi sai
bánh xe loại thông thường ............................................................................... 50
Hình 3.2 - Sơ đồ tổng thể mô phỏng hoạt động của ô tô với HTTL 4WD vi sai
bánh xe kiểu trục vít (torsen) .......................................................................... 50

vii
Hình 3.3. Sơ đồ sử dụng vi sai giữa các bánh xe kiểu mở .............................. 51
Hình 3.4 – Sơ đồ sử dụng vi sai giữa các bánh xe kiểu mơ liên kết giữa cầu
trước với cầu sau sử dụng kết nối trục trực tiếp.............................................. 51
Hình 3.5 – Sơ đồ sử dụng vi sai các bánh xe kiểu mở, vi sai trung tâm kiểu
Vicous.............................................................................................................. 52
Hình 3.6 – Sơ đồ sử dụng vi sai các bánh xe kiểu trục vít Torsen, vi sai trung
tâm kết nối trục trực tiếp ................................................................................. 52
Hình 3.7 – Sơ đồ sử dụng vi sai giữa các bánh xe kiểu trục vít, vi sai trung tâm
kiểu viscous ..................................................................................................... 52
Hình 3.8 – Sơ đồ sử dụng vi sai giữa các bánh xe kiểu trục vít, vi sai trung tâm
mở .................................................................................................................... 53
Hình 3.9 – Sự thay đổi của các thông số động cơ theo thời gian ................... 54
Hình 3.10 – Modul thân xe với các thông số đầu vào .................................... 54
Hình 3.11 – Các thông số đưa vào mô hình khối thân xe ............................... 55
Hình 3.12 – Đặc tính của biến mô men trong hệ thống truyền lực ................. 56
Hình 3.13 – Mô men trên các bánh công tác của biến mô thủy lực ............... 56
Hình 3.14 - Tốc độ trên trục bánh bơm và bánh tua bin biến mô ................... 57
Hình 3.15 - Mô men trên trục sơ cấp và trục thứ cấp của hộp số ................... 57
Hình 3.16 - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe cầu sau ..................... 58
Hình 3.17 - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe cầu trước .................. 58
Hình 3.18 - Biến thiên vận tốc của ô tô theo thời gian ................................... 58
Hình 3.19- Qui luật thay đổi độ mở bướm ga động cơ ................................... 59
Hình 3.20 - Biến thiên vận tốc của ô tô theo thời gian với độ mở bướm ga khác
nhau ................................................................................................................. 59
Hình 3.21 - Kết quả tính toán phản lực ở cầu trước và sau khi độ mở bướm ga
thmax=0.8 ........................................................................................................ 60
Hình 3.22 - So sánh kết quả tính toán phản lực ở cầu trước khi độ mở bướm ga
khác nhau......................................................................................................... 61

viii
Hình 3.23 - So sánh kết quả tính toán phản lực ở cầu sau khi độ mở
bướm ga khác nhau ......................................................................................... 61
Hình 3.24 - Sự phụ thuộc của vận tốc và gia tốc theo thời gian ..................... 62
Hình 3.25- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của ô tô khi sử dụng vi sai bánh
xe khác nhau .................................................................................................... 62
Hình 3.26Biến thiên tốc độ theo thời gian khi sử dụng vi sai bánh xe khác nhau
......................................................................................................................... 63
Hình 3.27 - Quan hệ giữa lực cản không khí Pw theo thời gian khi sử dụng các
loại vi sai trung tâm khác nhau ....................................................................... 64
Hình 3.28 - Sự thay đổi của lực cản quán tính theo thời gian khi sử dụng vi sai
bánh xe loại Torsen vi sai trung tâm khác nhau.............................................. 64
Hình 3.29 - Quan hệ giữa vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô theo thời gian
khi sử dụng vi sai trung tâm kiểu khác nhau................................................... 65


ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT

Chữ viết tắt

Diễn giải

1

cX

Hệ số khí động

2

A(m2 )

Diện tích cản chính diện

3

 (kg / m3 )

Mật độ không khí

4

v(m / s)

Vận tốc tuyệt đối của ô tô

5

Fwx

Gió là lực cản chính diện

6

Fz1 , Fz 2

Phản lực đường lên các bánh xe trước,sau

7

Fx1 , Fx 2

Lực tiếp tuyến bánh xe (dương khi tăng tốc và
âm khi phanh)

8

mx

Lực quán tính phương dọc

9

J y

Mô men quán tính khối lượng được treo trục y

10

J Ay1 A1 , J Ay 2 A 2 Mô mem quan tính bánh xe trục y


1
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, ở nước ta ô tô đã trở thành phương tiện giao thông phổ biến
và phát triển mạnh về số lượng trong những năm gần đây. Với mật độ phương
tiện lớn, tốc độ ô tô ngày càng tăng cao thì yêu cầu về độ an toàn cũng như sự
thuận tiện khi điều khiển ô tô ngày càng trở lên khắt khe hơn. Trong quá trình
chuyển động, ô tô ngoài việc chịu tác động từ phía người lái như phanh, quay
vô lăng , ga… ô tô còn chịu tác động của các yếu tố khách quan từ ngoại cảnh
như chất lượng mặt đường, gió, các yếu tố phát sinh khi tham gia giao thông…
gây ảnh hưởng rất lớn đến an toàn khi xe lưu thông.
Để nâng cao tính an toàn, độ êm dịu chuyển động, chất lượng động lực
học của ô tô việc nghiên cứu động lực học ô tô là rất cần thiết. Khi nghiên cứu
động lực học của ô tô người ta thường chia thành việc nghiên cứu theo các
phương chuyển động: động lực học phương dọc, động lực học phương thẳng
đứng và động lực học theo phương ngang. Trong đó, động lực học phương dọc
(longitudinal dynamic) của ô tô là một phần rất quan trọng trong nghiên cứu
động lực học tổng quát của ô tô. Khi ô tô chuyển động dọc sẽ chịu tác động của
rất nhiều yếu tố trong đó tác động từ người lái bao gồm việc phanh, ga, quay
vòng vì vậy, việc nghiên cứu chuyển động theo phương dọc bao gồm các trường
hợp tăng tốc, giảm tốc và lên dốc với các chế độ làm việc khác nhau của động
cơ. Nghiên cứu các công bố liên quan đến động lực học theo phương dọc cho
thấy, các công bố này chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của yếu tố động cơ và
ảnh hưởng điều kiện chuyển động như đường xá, tác động điều khiển của người
lái… đến động lực học dọc của ô tô. Cho đến nay, chưa có một nghiên cứu nào
thực hiện một cách đầy đủ việc nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống
truyền lực đến động học dọc của ô tô. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng
của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô
tô 2 cầu” là cần thiết trong tình hình hiện nay. Việc nghiên cứu động lực học


2
theo phương dọc với các yếu tố kể trên sẽ cung cấp cơ sở ban đầu cho việc thiết

kế ô tô, thiết kế hệ thống truyền lực và là nghiên cứu cần thiết trong tình hình
hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu: mục tiêu của đề tài là phân tích cơ sở lý thuyết và
xây dựng được mô hình nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của hệ thống truyền
lực đến động lực học dọc của ô tô 2 cầu.
Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của việc bố trí vi sai giữa
các bánh xe và vi sai cầu xe đến động lực học của ô tô
Đối tượng: Ô tô hai cầu
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng, phân tích
và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học dọc của ô tô.
Nội dung nghiên cứu:
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu;
Chương 2. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực
đến động lực học dọc của ô tô;
Chương 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực
học dọc của ô tô.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng mô hình mô phỏng
bằng phần mềm Matlab - Simmulink cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các
phương án bố trí vi sai khác nhau đến động lực học theo phương dọc của ô tô
mà không cần đến mô hình thực. Mô hình có thể áp dụng trong việc nghiên
cứu, lựa chọn phương án và kết cấu hệ thống truyền lực ở giai đoạn thiết kế ban
đầu.
Qua đây cho phép em được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.
Nguyễn Khắc Tuân người hướng dẫn khoa học trực tiếp em trong suốt thời gian
làm luận văn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Kỹ thuật
Ô tô-MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên.


3

Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặt thời
gian và kiến thức, chắc chắn luận văn không tránh khỏi sự thiếu sót, rất mong
được sự đóng góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp
để luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn. !
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2018.

HỌC VIÊN

Nguyễn Văn Duy


4
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về động lực học ô tô
Động lực học ô tô là tổng hợp của động lực học phương ngang, động lực
học theo phương thẳng đứng và động lực học phương dọc [1]:
 Động lực học dọc/Longitudinal Dynamics
 Động lực học phương thẳng đứng/Vertical Dynamics
 Động lực học ngang/Lateral Dynamics
Khối thân xe được liên kết với các bánh xe thông qua hệ thống treo và các
cầu xe; động lực học bánh xe được xem như một mô hình con. Khối thân xe có
ba chuyển động tịnh tiến và ba chuyển động quay. Như vậy, động lực học ô tô
là một mô hình tích hợp: động lực học của hệ cơ học nhiều vật, liên kết đàn hồi,
liên kết ma sát, liên kết khớp. Động lực học của ô tô được mô tả trong hệ cố
định G(OXYZ). Nhưng để mô tả các hệ con ta phải xác lập các hệ cục bộ

B(oxyz). Giữa chúng liên hệ với nhau thong qua các ma trận xoay. Về phương
pháp nghiên cứu và thiết lập mô hình động lực học, thuận tiện nhất là tách cấu
trúc theo nguyên lý hệ nhiều vật MBS (MultiBody System).
Trong sơ đồ hình 1.1 [] trình bày cấu trúc hệ động lực học ô tô:
(i) Mô đun chính “XY” là mô hình động lực học ô tô trong mặt phẳng nền
XOY, mô tả chuyển động tịnh tiến phương x, phương ngang y và chuyển động
quay thân xe; thông số đầu vào là các lực/mô mentương tác bánh xe Fxj , Fyj , M zj
mà thông số ra là các đại lượng x, y, ; mx, my, J z .
(ii) Mô đun “mô hình lốp” xác định lực/mô men tương tác bánh xe

Fxj , Fyj , M zj . Thông số đầu vào cho mô hình lốp là hệ số trượt dọc và hệ số lệch
bên bánh xe. Để xác định các hệ số trượt dọc ta cần mô đun động lực học “bánh
xe” với thông số ra là vận tốc góc  . Các thông số động học bánh xe “vận tốc
dọc, vận tốc ngang xwj , ywj ” được xác định qua ma trận xoay giữa hai hệ tọa độ
cố định và cục bộ.


5

Hình 1.1 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô
(iii) Mô đun bánh xe “R” mô tả động lực học (quay) của bánh xe trong
mặt phẳng thẳng đứng.
(iv) Mô đun “Động lực học ô tô phương thẳng đứng z” nhằm xác định các
phản lực Fzj bao gồm các mô đun con: (i) mô đun dao động dọc, (ii) mô đun dao
động ngang, (iii) mô đun dao động ngang cầu xe, (iv) mô đun hệ thống treo.
Trong mô đun bánh xe “lốp” có thông số vào Fzj , vì vậy ta cần thiết lập mô hình
động lực học phương thẳng đứng z. Trong mô đun này có mô đun động lực học
thẳng đứng thân xe dọc và ngang, cầu xe, mô đun “Hệ thống treo”.

6

Hình 1.2 Hệ tọa độ và các thông số động lực học ô tô cơ bản
Trong hình 1.2 xác định hệ toạ độ xe B (Cxyz) với trọng tâm C. Trục x đi
qua C là trục biểu thị hướng chuyển động của ô tô; trục y đi qua C sang trái của
lái xe là hướng chuyển động ngang; trục z chuyển động đi lên vuông góc với
mặt xy theo quy tắc bàn tay phải. Ở đây ta giả thiết đường phẳng, đường mấp
mô sẽ được xét ở phần sau. Góc  chỉ hướng lắc ngang quang trục x và  chỉ
hướng quay quanh trục z. Ba đại lượng x,y, đặc trưng cho chuyển động của ô
tô. Thân xe có ba chuyển động tịnh tiến x,y,z và 3 chuyển động góc  (lắc
ngang),  (quay đứng), lắc dọc  . Xét tổng quát 6 bậc tự do là rất phức tạp;
chưa tính đến 6 bậc tự do của 4 bánh xe. Vì vậy ta xét động lực học trong mặt
phẳng nền (XY) để thiết lập phương trình chuyển động; các động lực khác được
xét như các mô hình con.
(i) Mô đun động lực học trong mặt phẳng nền “ xy ”: Thông số vào là
lực gió ngang Fwx , Fwy và mô men gió M wx , M wy ; các lực/mô men tương tác
bánh xe Fyij , Fxij , M zij ; Thông số ra cơ bản là x, y, ; mx, my, ... sơ đồ cấu trúc
như hình 1.3.


7

Hình 1.3. Mô đun động lực học trong mặt phẳng xy
(ii) Mô đun động lực học bánh xe và mô hình lốp: Mô đun động lực học
bánh xe có thông số vào là M ij , Fzij , Fxij , thông số ra là  ; mô hình lốp có thông
số vào là Fzij , xij , yij ,ij , thông số ra là các lực tương tác bánh xe Fxij , Fyij ,M zij
(hình 2.3, trái).
(iii) Mô đun dao động lắc ngang: thông số vào M wy , M wx , FCij , Fkij ; thông số
ra là J x  ,  ; mô đun lắc dọc: thông số vào M wy , M wx , FCij , Fkij ; thông số ra

J y , mz , z, z , , hình 1.4.

Hình 1.4 Mô đun dao động lắc ngang (trái) và lắc dọc (phải)

Hình 1.5 Mô đun động lực học ngang cầu xe và hệ thống treo


8
(iv) Mô hình dao động ngang cầu xe và hệ thống treo: thông số vào hệ
thống treo là chuyển vị và vận tốc chuyển vị cầu xe và chuyển vị, vận tốc
chuyển vị đầu trên hệ thống treo zij ; thông số ra của mô đun này là
Fzij, A , A , A , A (xem hình 1.5).

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của ô tô
1.2.1. Các lực cản chuyển động
1.2.1.1. Lực cản lăn
Lực cản lăn sinh ra do mô men cản lăn M R  Fz ex . Lực cản lăn phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố. Hình 1.6 thể hiện sơ đồ xác định lực cản lăn. Phản lực
đường Fz làm cho lốp biến dạng hướng kính; ngoài ra còn có lực FX , do khung
tác động vào thân bánh xe làm cho tâm áp lực lốp - đường bị đẩy đi một khoảng
ex (hình 1.6).

Hình 1.6 Mô hình động lực học phẳng
Như vậy, có thể thấy lực cản lăn sinh ra là do có sự biến dạng của lốp và
mặt đường, do ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường. Dựa vào hình 1.6,


9
ta xác định lực cản lăn từ mô men cản lăn. Về bản chất, lực cản lăn là đại lượng
dẫn xuất của mô men, quyết định bởi khoảng dịch chuyển e:

Do đó lực cản lăn sẽ là: FR  
Ta gọi f 

ex
rd

MR
  Fz ex / rd   fFz
rd

là hệ số cản lăn

(1.1)
(1.2)

Hệ số cản lăn f phụ thuộc nhiều tham số, trong đó có thể kể đến là:
- Vận tốc xe (v) như hình 1.7
- Áp suất lốp pi như hình 1.8
- Tải trọng theo phương thẳng đứng, hình 1.9
- Biến dạng của đường như hình 1.10
- Góc lệch bên bánh xe hình 1.11

Hình 1.7 Ảnh hưởng của vận tốc xe đến hệ số cản lăn

Hình 1.8 Ảnh hưởng của áp suất lốp đến hệ số cản lăn


10

Hình 1.9 Ảnh hưởng của phản lực đường đến hệ số cản lăn

Hình 1.10. Ảnh hưởng biến dạng đường đến hệ số cản lăn

Hình 1.11 Sơ đồ xác định lực cản lăn khi góc lệch bên  do lực ngang
gây ra
Theo hình 1.11 ta có biểu thức xác định sự phụ thuộc của lực cản lăn với
góc lêch bên: FR ( )  FR cos   Fy sin  . Ta biết rằng, lực Fy phụ thuộc góc đặt
bánh xe, tải trọng bên do đường nghiêng, lực quán tính ly tâm do quay vòng,
gió ngang. Và trong điều kiện tuyến tính ,   50 . Khi đó Fy  C y , C y độ cứng
góc N/rad , do đó FR  FR cos   C y sin  và với góc bé
Xét trường hợp quay vòng Fy 

mv 2



,

mv 2
C y

FR ( )  FR  C y 2 .

, khi đó: FR ( )  FR 

m2 v 4
Cy  2


11

1.2.1.2

Lực cản lên dốc

Lực cản lên dốc Fq gây ra do đường dốc một góc  . Fq  FGo sin  , khi góc
bé thì sin   tg  q(%) , khi đó Fq  FGo q . Độ dốc của đường được quy định khác
nhau do các quốc gia khác nhau và điều kiện vận hành. Sau đây là qmax
tham khảo:
- Đường cao tốc:

qmax  4  6,5%

- Đường quốc lộ:

qmax  4 12%

- Đường phố huyện: qmax  2 12%
(iii) Lực cản không khí Fwx
Lực cản không khí phương x có thể được viết dưới dạng: Fwx  cX A

v2
,
2

trong đó:
cX

Hệ số khí động

A(m2 )

Diện tích cản chính diện

 (kg / m3 )

Mật độ không khí   1, 25(kg / m3 )

v(m / s)

Vận tốc tuyệt đối của ô tô

v  vxe  vgio

Lực cản không khí bao gồm 3 yếu tố:
- Lực cản áp lực, gây ra do áp lực  v 2 / 2 và lực cản do khí động học(hình
dạng không phù hợp); hai thành phần này chiếm từ 50  90% .
- Lực cản bề mặt ma sát: loại lực cản này do độ nhẵn của vỏ xe, chiếm
khoảng 3  30% , phụ thuộc chất lượng sơn.
- Lực cản do dòng khí quẩn xe như qua két nước, quạt gió… chiếm
khoảng 2 11% .
Chú ý rằng với xe tải hệ số khí động khá lớn, do dạng khí động không
phù hợp, Cx  0,8 . Xét ảnh hưởng riêng rẽ của các thành phần này là rất khó
khăn. Khi tính toán ta cho cX , AX theo đồ thị 1.12 (xe con).


12

Hình 1.12 Hệ số khí động C x [-] và diện tích cản A [--]

Hình 1.13 Hệ số khí động Cwz1[], Cwz 2 [ ]
Một điều cần chú ý là khi gió không chính diện, nó có thể gây ra lực cản
không khí phương ngang, chiu xuống gầm xe làm cho tải trọng giữa lốp - đường
thay đổi. Những yếu tố đó có thể gây mất ổn định cho xe và làm giảm khả năng
truyền lực. Lực nâng của không khí được Hucho biểu diễn dưới dạng:
Fwz  cwz A

 v2
. Lực nâng này có thể phân ra cho cầu trước và cầu sau bởi hệ số
2

cwz1 , cwz 2 (xem đồ thị 1.13) . Do đó nó gây ra mômen lắc dọc: M wy  CMylA

v2
2

,

trong đó: l chiều dài cơ sở, cM hệ số mômen cản không khí. Trong ngành khí
động ô tô, người ta biểu diễn các lực cản và mô men cản chỉ thông qua các hệ
số khí động:
Fwx  Cx A

v2
2

M wx  CMx A

; Fwy  C y A

v
2

2

v2
2

; M wy  CMy A

; Fwz  C z A

v
2

2

;

v2
2

M wz  CMz A

 v2
2

(1.3)

13

Hình 1.14 Tương quan hệ số khí động và diện tích cản của ô tô

Hình 1.15 Tương quan diện tích cản và hệ số khí động của ô tô
1.2.1.3 Lực cản tăng tốc
Lực tăng tốc phân hai phần: tăng tốc tịnh tiến và tăng tốc các khối lượng
quay và được viết dưới dạng:
Fx  x(mo 

J A1  J A2
) , trong đó J A1 , J A2 là mômen quán tính của các chi tiết
rd 2

quay hệ truyền lực quy về bánh xe. Để thu gọn ta viết Fx  i mx và đặt
i  1 

J A1  J A2
. Ta có thể tra các hệ số theo kinh nghiệm dựa vào các sơ đồ
mo rd 2

(1.17, 1.18).


14
Hệ số ảnh hưởng của mô men quán tính  i phụ thuộc chủng loại xe, tỷ số
truyền các tay số. Có thể xác định  i theo các đồ thị (1.17), (1.18).

Hình 1.16 Sơ đồ hệ truyền lực

Hình 1.17 Hệ số  i phụ thuộc tỷ số truyền chung
ig xe con

Hình 1.18 Hệ số  i phụ thuộc tỷ số truyền chung ig xe tải