Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất mặt đường đến tính năng động lực học của ôtô khi khởi hành

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp hà nội
----------------------



BI TH QU


NGHIấN CU NH HNG CA TNH CHT MT
NG N TNH NNG NG LC HC CA ễ
Tễ KHI KHI HNH



LUN VN THC S K THUT


Chuyên ngành
: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
M số
: 60.52.14
Ngời hớng dẫn khoa học
PGS.TS. Nguyễn ngọc quế



Hà nội - 2010
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai
công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này
ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2010
Người cam ñoan

Bùi Thị Quế












Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip ...........
ii

LI CM N


Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến ngời hớng dẫn khoa học
PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế, đ tận tình hớng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến
khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này.
Tôi xin cảm ơn tập thể các thày, cô giáo bộ môn Động lực - khoa Cơ
điện, khoa Sau Đại học, trờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội đ giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ của đề tài.
Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trờng Cao đẳng Công nghiệp
Nam Định. Nơi tôi đang công tác đ tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình
công tác và học tập.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những ngời
thân đ động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đ cố gắng hết sức mình nhng do khó khăn về tài liệu, thời
gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đợc các ý kiến đóng góp từ các
Thày, cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2010
Tác giả luận văn



Bùi Thị Quế


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
iii

MỤC LỤC
Lời cam ñoan…………………………………………………………………….i
Lời cảm ơn………………………………………………………………………ii
Mục lục………………………………………………………………………….iii
Danh mục bảng………………………………………………………………….v
Danh mục hình…………………………………………………………………..vi
MỞ ðẦU....................................................................................................................0
Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU .....................................3
1.1. VÀI NÉT VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU........................................................3
1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................................7
1.2.1 Phương pháp giải tích ........................................................................8
1.2.2 Phương pháp số..................................................................................8
1.2.3 Phương pháp mô hình hóa................................................................11
1.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. ............................................11
1.3 ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.............................................................12
1.4 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ðỀ TÀI................................................15
1.4.1. Mục ñích.........................................................................................15
1.4.2. Nhiệm vụ của ñề tài ........................................................................15
Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................16
2.1. MỐI QUAN HỆ ðẤT MÁY [12]...............................................................16
2.2 LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ðỘNG [2]
...............................................................................................................................21
2.2.1 Các ñường ñặc tính của ñộng cơ ......................................................21
2.2.2 Mô men chủ ñộng ...........................................................................25
2.2.3 Các lực tác dụng lên ôtô.................................................................31
2.2.4 Các lực cản chuyển ñộng của ô tô ...................................................34
2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN KHẢ NĂNG BÁM GIỮA BÁNH XE
VỚI MẶT ðƯỜNG.............................................................................................38
2.4 NHÂN TỐ ðỘNG LỰC HỌC VÀ ðẶC TÍNH ðỘNG LỰC HỌC [2].....40
2.4.1 Nhân tố ñộng lực học ô tô ................................................................40

2.4.2 ðặc tính ñộng lực học của ô tô........................................................43
2.4.3. Sử dụng ñường ñặc tính ñộng lực học của ñộng cơ ........................43
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
iv


2.5 QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH VÀ TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ .........................49
Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHỞI
HÀNH......................................................................................................................52
3.1 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH ............................52
3.1.1 Mô hình toán khối ñộng cơ-truyền lực-bánh chủ ñộng.....................52
3.1.2 Mô hình toán khối ly hợp.................................................................53
3.1.3 Mô hình toán hộp số có cấp .............................................................55
3.1.4 Phương trình vi phân chuyển ñộng của xe........................................55
3.2. GIỚI THIỆU Matlab - Simulink – Simdriveline [8].....................................58
3.2.1 Mô hình mô phỏng khối ñộng cơ .....................................................62
3.2.2 Mô hình mô phỏng khối ly hợp ma sát khô ......................................63
3.2.4 Mô hình khảo sát mối quan hệ ñất – bánh ........................................66
3.2.5 Mô phỏng khối thân xe trong Simulink – Simdriveline....................67
3.2.6 Mô hình khảo sát tổng hợp...............................................................68
3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT MÔ HÌNH .............................................................69
3.3.1. Kết quả khảo sát mô hình quá trình khởi hành bằng Simulink-
Simdriveline .............................................................................................69
3.3.2. Kết quả khảo sát mô hình quá trình tăng tốc bằng Matlab...............72
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.........................................................76
4.1. MỤC ðÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM.....................................76
4.1.1 Mục ñích..........................................................................................76
4.1.2 Phương pháp....................................................................................76
4.2. ðIỀU KIỆN VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM................................................81
4.2.1. ðiều kiện thí nghiệm.......................................................................81

4.2.2 Kết quả thí nghiệm...........................................................................81
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ ...................................................................85
5.1 Kết luận...........................................................................................................85
5.2 ðề nghị............................................................................................................85

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
v


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1Thông số kỹ thuật của xe uaz 31512……………………………….13
Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại ñường.......................................................39
Bảng 2.2 Phụ thuộc của hệ số bám φ
x
vào tốc ñộ chuyển ñộng V.................39
Bảng 3.1 Các phương án khảo sát quá trình khởi hành .................................70
Bảng 3.2. Các phương án khảo sát quá trình tăng tốc ...................................72

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ ñồ truyền lực của ô tô...............................................................3
Hình 1.2. Mô hình ñộng lực học của ô tô có hai cầu chủ ñộng......................4
Hình 1.3. Mô hình toán học ..........................................................................9
Hình 2.1. Quan hệ giữa ứng suất pháp và ñộ biến dạng h............................18
Hình 2.3. Quan hệ giữa ứng suất tiếp và ứng suất pháp...............................20
Hình 2.4. Ảnh hưởng của ñộ ẩm ñến hệ số ma sát.......................................20

Hình 2.5. ðường ñặc tính tốc ñộ ngoài của ñộng cơ xăng...........................23
Hình 2.6. ðường ñặc tính tải trọng của ñộng cơ..........................................24
Hình 2.7. Sơ ñồ ñộng học hệ thống truyền lực của ô tô...............................25
Hình 2.8. Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe bị ñộng ......................................32
Hình 2.9. Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ ñộng .................29
Hình 2.10. Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng ......................32
Hình 2.11. Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô ........................................................35
Hình 2.12. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp..............................39
Hình 2.13. Sự phụ thuộc của hệ số bám φ vào ñộ nhám mặt ñường ∆.........38
Hình 2.14. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc ...................................39

Hình 2.15. Quan hệ giữa ñộ trượt δ và hệ số bám φ ....................................40
Hình 2.16. ðặc tính ñộng lực học của ô tô ..................................................43
Hình 2.15. Xác ñịnh khả năng tăng tốc của ô tô theo ñồ thị nhân tố ñộng lực
học...............................................................................................44
Hình 2.16 ðồ thị gia tốc của ô tô 3 số truyền .............................................45
Hình 2.17 ðồ thị gia tốc của một số ôtô tải.................................................45
Hình 2.18. ðồ thị xác ñịnh thời gian tăng tốc của ô tô ................................46
Hình 2.19. ðồ thị tăng tốc khi kết hợp chuyển số........................................47
Hình 2.20. ðồ thị quãng ñường tăng tốc .....................................................48
Hình 2.21. ðồ thị khởi hành của ô tô ..........................................................49
Hinh 3.1 Sơ ñồ cấu tạo hệ thống truyền lực xe UAZ 31512 ........................52
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
vii


Hình 3.2. Mô hình vật lý khối ñộng cơ - truyền lực – bánh chủ ñộng..........52
Hình 3.3. Mô hình vật lý khối ly hợp ma sát khô ........................................54
Hình 3.4. Mô hình vật lý khảo sát hộp số có cấp ñơn giản ..........................55
Hình 3.5. Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe bị ñộng.......................................27

Hình 3.6. Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ ñộng ..................29
Hình 3.7. Mô hình lực và mô men tác dụng lên ô tô....................................56
Hình 3.8. Hệ thống thư viện phần mềm Matlab - Simulink.........................59
Hình 3.9. Thư viện của SimDriveline .........................................................60
Hình 3.10. Khối mô phỏng ñộng cơ xăng ...................................................62
Hình 3.11.Mô hình mô phỏng ly hợp ma sát khô .......................................63
Hình 3.12. Mô hình mô phỏng hộp số cơ khí ñơn giản một số truyền .........65
Hình 3.13. Mô hình mô phỏng hộp số cơ khí có 4 cấp tiến 1 cấp lùi...........65
Hình 3.14. Mô hình mô phỏng mối quan hệ ñất bánh..................................66
Hình 3.15. Bảng thiết lập các thông số cho lốp xe.......................................66
Hình 3.16. Mô hình mô phỏng khối thân xe................................................67
Hình 3.17. Các thông số cần thiết lập cho khối thân xe...............................67
Hình 3.18. Mô hình khảo sát tổng hợp........................................................68
Hình 3.19. Mô hình mô phỏng khối truyền lực cuối cùng, thân xe, bánh xe 68
Hình 3.20. ðồ thị khởi hành của xe UAZ 31512 trên ñường nhựa (PA1.1) 70
Hình 3.21. ðồ thị khởi hành của xe UAZ 31512 trên ñường cát sỏi...........71
Hình 3.22. ðồ thị thời gian tăng tốc của xe UAZ 31512 (PA1.1)..............73
Hình 3.23. ðồ thị thời gian tăng tốc của xe UAZ 31512 trên ñường nhựa
(PA1.2)........................................................................................74
Hình 3.24. ðồ thị thời gian tăng tốc của xe UAZ 31512 trên ñường cát sỏi
(PA1.3)........................................................................................75
Hình 4.5. Sơ ñồ kết nối thiết bị ...................................................................79

Hình 4.7. Sơ ñồ các mô ñun thu thập số liệu thí nghiệm ............................80

Hình 4.8. Sơ ñồ các mô ñun xử lý số liệu thí nghiệm................................81

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
viii

Hình 4.9. ðồ thị quá trình khởi hành của xe UAZ trên ñường nhựa............81

Hình 4.10. ðồ thị quá trình khởi hành của xe UAZ trên ñường cát sỏi........82

Hình 4.11.ðồ thị thời gian tăng tốc của xe UAZ 31512 trên ñường nhựa..82

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
1


MỞ ðẦU

Nước ta ñang trong giai ñoạn bùng nổ về các phương tiện tham gia giao
thông, trong khi ñó cơ sở hạ tầng kỹ thụât còn rất thấp kém. Hệ thống giao thông,
cũng như hệ thống luật hướng dẫn giao thông còn nhiều bất cập và hạn chế. Các
phương tiện tham gia giao thông thì ña dạng về chủng loại và phong phú về kết cấu
cũng như tình trạng kỹ thuật của phương tiện. Ý thức của người tham gia giao thông
chưa cao, thói quen sản xuất nhỏ và tiểu nông ăn sâu trong tiềm thức của phần lớn
người tham gia giao thông. Chính vì vậy những năm gần ñây, vấn ñề tai nạn giao
thông là một trong những vấn ñề hết sức trầm trọng ñối với toàn bộ hệ thống chính
trị cũng như xã hội Việt Nam.
Vấn ñề tai nạn giao thông là hậu quả của một loạt các vấn ñề về kinh tế, xã
hội, trong các vấn ñề ñó thì cơ sở hạ tầng giao thông cũng như tình trạng mặt ñường
sấu cũng góp một phần ñáng kể làm tăng tỷ lệ tai nạn giao thông ở nước ta trong
thời gian qua. Vì vậy tìm hiểu kỹ quan hệ ñất máy, tình trạng mặt ñường ảnh hưởng
ñến tính năng ñộng lực học của ô tô khi khởi hành từ ñó phân tích mối quan hệ giữa
yếu tố mặt ñường (tình trạng mặt ñường) ảnh hưởng ñến các thông số ñộng lực học
khi khởi hành nhằm khuyến cáo cho người sử dụng khi chuyển ñộng trong ñiều kiện
tình trạng mặt ñường khác nhau là một trong những vấn ñề cấp thiết góp phần làm

giảm tai nạn giao thông ở Việt Nam. Chính vì vậy tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài “
Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất mặt ñường ñến tính năng ñộng lực học
của ô tô khi khởi hành”.
ðề tài nghiên cứu quá trình khởi hành của xe UAZ 31512, lựa chọn mô hình
hợp lý ñể khảo sát ảnh hưởng của tính chất mặt ñường ñến các thông số ñộng lực
học của ô tô khi khởi hành.
ðề tài sử dụng các thiết bị ño lường không ñiện với sự trợ giúp của máy tính
ñiện tử cùng với các phần mềm chuyên dụng ñể xác ñịnh các thông số ở trục chủ
ñộng và bị ñộng của ly hợp, cũng như quãng ñường tăng tốc và thời gian tăng tốc
của ô tô trên các loại ñường khác nhau.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
2


Nội dung chính của ñề tài ñược chia ra thành 5 phần:
1. Tổng quan về các vấn ñề nghiên cứu.
2. Cơ sở lý thuyết.
3. Xây dựng mô hình khảo sát ñộng lực học của ô tô trong quá trình khởi
hành.
4. Nghiên cứu thực nghiệm.
5. Kết luận và ñề nghị.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
3


Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1. VÀI NÉT VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

Ô tô là một trong những phương tiện ñược sử dụng khá phổ biến ở nước ta
hiện nay. Nó ñược nghiên cứu và chế tạo ngày càng hoàn thiện ñể phù hợp với ñiều
kiện ñường xá ở nước ta hiện nay. Trong quá trình làm việc, một số yếu tố ngoại
cảnh như: ðiều kiện ñường xá, lực cản, cấu tạo của ô tô ñã quyết ñịnh ñến chất
lượng và hiệu quả làm việc của ô tô.
Khi khởi hành, với những ô tô có trọng lượng lớn ( trọng lượng bản thân và
hàng hóa vận chuyển) thì khi chuyển ñộng tại một số truyền bất kỳ với hệ số sử
dụng tải trọng cho phép, từ hệ số tải trọng bằng không (v=0) cho tới vận tốc ổn ñịnh
trong khoảng thời gian nhất ñịnh, thời gian ñó chính là thời gian khởi hành. Thời
gian và chất lượng khởi hành phụ thuộc rất nhiều vào ñiều kiện làm việc như các

yếu tố ngoại cảnh, tải trọng, trình ñộ sử dụng của người lái khi cắt nối ly hợp, phối
hợp sử dụng ga, sử dụng số truyền.
Nếu khởi hành không hợp lý, thời gian khởi hành sẽ kéo dài, thậm chí không
khởi hành ñược, hiện tượng trượt ly hợp xảy ra làm cho ly hợp mòm nhanh, tuổi thọ
giảm. Trường hợp ly hợp ñiều chỉnh không ñúng, chất lượng kém có thể làm chết
máy. ðặc biệt ñối với những ô tô chuyển ñộng ở những loại ñường xá khó khăn,
phức tạp hoặc vận chuyển với tải trọng lớn, việc khởi hành càng khó khăn hơn.
Khởi hành với mức ga lớn và nhả ly hợp ñột ngột có thể làm hư hỏng bộ ly hợp.
ðể nghiên cứu tính chất ñộng lực học quá trình khởi hành của ô tô ta xây
dựng mô hình truyền lực của ô tô.

Hình 1.1. Sơ ñồ truyền lực của ô tô
Công suất từ ñộng cơ qua ly hợp , hộp số cung cấp cho bộ phận di ñộng .
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
4


Khi nghiên cứu hệ thống truyền lực của ô tô máy kéo trong trường hợp tổng
quát là loại hai cầu chủ ñộng chuyển ñộng trên mặt ñường cứng, các bánh xe không
mất liên kết với mặt ñường ( không mất ổn ñịnh) quá trình truyền lực của cơ hệ luôn
kéo theo sự hao tán năng lượng, trong mô hình sự hao tán ñó ñược ñặc trưng bởi hệ
số kt( của hệ thống truyền lực) và hệ số kb( của bánh xe). Một sơ ñồ tổng quát như
vậy thường rất phức tạp khi nghiên cứu ñộng lực học của chúng ñể ñơn giản người
ta thường quy dẫn khối lượng và quy dẫn ñộ cứng ñể có các mô hình ñộng lực học
tương ñương.

Hình 1.2. Mô hình ñộng lực học của ô tô có hai cầu chủ ñộng
Khi nghiên cứu ta ñưa về mô hình toán gồm 6 khối lượng
Dựa vào ñịnh luật bảo toàn ñộng năng, ñịnh luật bảo toàn năng lượng và mô
hình toán ta thiết lập ñược các phương trình vi phân:

J
1
: Mô men quán tính quy ñổi tính ñến tất cả khối lượng quay của ñộng cơ,
trục khuỷu, bánh ñà và ñĩa chủ ñộng của ly hợp.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
5


J
2
: Mô men quán tính quy ñổi tính của các chi tiết chuyển ñộng quay của
phần tử bị ñộng ly hợp
J
3
: Mô men quán tính quy ñổi tính của các chi tiết chuyển ñộng quay trong
hệ thống truyền lực
J
4
: Mô men quán tính quy ñổi của bánh chủ ñộng phía trước
J
5
: Mô men quán tính quy ñổi của bánh chủ ñộng phía sau
J
6

: Mô men quán tính phần khối lượng chuyển ñộng tịnh tiến của ô tô quy
dẫn về trục khuỷu của ô tô
ϕ
1
, ϕ
2
, ϕ
3
, ϕ
4
, ϕ
5
, ϕ
6
: Góc quay tương ñối giữa các khối lượng quy ñổi
Mφ
1
: Mô men ma sát ly hợp chính
Mφ
4
,Mφ
5
: Mô men quy dẫn tính ñến ñộ trượt và giảm chấn của bánh xe chủ
ñộng cầu trước và cầu sau
ξ
6
: Hệ số giảm chấn
e
2,3
: ðộ dẻo liên kết trục bị ñộng ly hợp chính ñến khối lượng quy ñổi 3

e
3,4
: ðộ dẻo quy dẫn từ hệ thống truyền lực ñến bánh xe chủ ñộng phía trước
e
3,5
: ðộ dẻo quy dẫn từ hệ thống truyền lực ñến bánh xe chủ ñộng phía sau
e
4,6
: ðộ dẻo lốp phía trước
e
5,6
: ðộ dẻo lốp phía sau
Mô hình toán 3 khối lượng


Hình 1.3. Mô hình toán 3 khối lượng của ô tô có hai cầu chủ ñộng
J
1
: Mô men quán tính quy ñổi tính của ñộng cơ
J
2
: Mô men quán tính quy ñổi của các phầ n: ðĩa bị ñộng ly hợp, hộp số, hệ
thống truyền lực, các bánh xe chủ ñộng cầu trước và cầu sau
J
3
: Mô men quán tính quy ñổi tính tính ñến chuyển ñộng tịnh tiến của ô tô
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
6

ϕ
1
, ϕ
2
, ϕ
3
: Góc xoắn của các khâu tương ứng
M
e
: Mô men ñã quy ñổi của ñộng cơ
Mx: Mô men tính ñến ñộ xoắn của trục bánh xe
Mg: Mô men tính ñến ñộ giảm chấn của bánh xe
Mc: Mô men cản trên bánh xe quy ñổi
Quy các khối lượng 2,3,5 về cùng một khối lượng vì 2 là khối lượng của ñĩa
bị ñộng ly hợp và hộp số, 3 là khối lượng quy ñổi của hệ thống truyền lực chính, 5
là khối lượng quy ñổi của bánh xe chủ ñộng phía sau. Khi mà ñường truyền lực là
tuyệt ñối cứng thì các khối lượng này sẽ quay với cùng một góc
Mô hình hai khối lượng
Ở mô hình ba khối lượng trên khi nghiên cứu ñộng lực học của nó phải thành
lập hệ thống ba phương trình vi phân bài toán còn khá phức tạp bởi vì cần phải biết
quy luật phân bố mô men xoắn của các bán trục chủ ñộng cũng như phải biết quy
luật và mô men do ñộ giảm chấn của bánh xe gây nên. Trong phạm vi của ñề tài ñể
ñơn giản cho quá trình khảo sát mang tính so sánh tôi giả thiết coi các bán trục là
tuyệt ñối cứng, bỏ qua ñộ giảm chấn của bánh xe khi ñó ta có mô hình hai khối
lượng

Hình 1.4. Mô hình toán 2 khối lượng của ô tô có hai cầu chủ ñộng
Giai ñoạn 1: Khi các ñĩa ly hợp vào liên kết thì tốc ñộ của các ñĩa chủ ñộng
giảm còn tốc ñộ của các ñĩa bị ñộng ñược tăng lên.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........

7



Giai ñoạn 2: Các ñĩa ly hợp khóa ñồng tốc (ω
dt
) và cùng tăng dần lên ñến
giá trị ổn ñịnh của tỉ số truyền ñó.

Mô men quán tính và gia tốc góc của phần chủ ñộng ly hợp
Mô men quán tính và gia tốc góc của phần bị ñộng ly hợp
- Mô men của ñộng cơ
- Mô men ma sát của ly hợp
- Mô men cản quy về ñĩa bị ñộng của ly hợp
Mô hình nghiên cứu quá trình khởi hành của ô tô gồm: Mô hình phần tử
ñộng cơ, ly hợp, hộp số, bánh xe
Khi nghiên cứu quá trình khởi hành bài toán ñược giả thiết
- ðường truyền lực từ bộ ly hợp ñến trục bánh xe là tuyệt ñối cứng, do tính chất
ñàn hồi của các trục truyền và các phần tử nhỏ hơn rất nhiều so với sự biến dạng
ñàn hồi của bánh xe.
- Bỏ qua khe hở trong các bộ truyền bánh răng.
- Chỉ chú ý ñến chuyển ñộng quay trong hệ thống truyền lực và chuyển ñộng
trong mặt dọc của ô tô.
- Ô tô khởi hành trên ñường thẳng, mức ga thay ñổi từ 40% ñến 100%, tải trọng
không thay ñổi.
- Quá trình gài ly hợp ñược thực hiện êm dịu và ñều ñặn.
- Vận tốc góc của trục bị ñộng ly hợp luôn nhỏ hơn học bằng vận tốc góc phần
chủ ñộng ly hợp.
1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất mặt ñường ñến tính năng ñộng lực học

của ô tô khi khởi hành bằng hàm biểu diễn là các hàm xác ñịnh hay ngẫu nhiên. ðể
ñạt ñược yêu cầu ñặt ra, ta cần phải xây dựng mô hình toán sát với thực tế ñồng thời
sử dụng các phương pháp phù hợp ñể nghiên cứu. Yêu cầu mô hình toán phải phản
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
8


ánh ñược một cách trung thực các ñặc ñiểm cơ bản của hệ thống, phù hợp với việc
ứng dụng các phương pháp hiện ñại. Trên cơ sở ñó thiết lập phương trình vi phân
bao hàm các thông số ñầu vào và các thông số ñặc trưng của hệ thống. Hệ phương
trình vi phân này và các ñiều kiện giới hạn ñược coi là mô hình toán của hệ thống.
ðể giải hệ phương trình vi phân, ta cần lựa chọn các phương pháp phù hợp
với ñặc ñiểm của mô hình nghiên cứu. Dưới ñây tôi trình bày một số phương pháp
nghiên cứu sử dụng trong luận văn.
1.2.1 Phương pháp giải tích
Với phương pháp giải tích, sau khi nghiên cứu và mô hình hóa quá trình khởi
hành của ô tô trên các loại ñường xá khác nhau. Với mô hình tuyến tính việc giải
các phương trình vi phân này có thể tiến hành bằng phương pháp giải tích hoặc
bằng phương pháp số. Do nghiệm của phương trình vi phân là không tường minh vì
vậy việc giải các phương trình vi phân rất khó khăn và mất nhiều thời gian. Hiện
nay tin học phát triển các bài toán kỹ thuật phức tạp thường ñược giải nằng phương
pháp số.
1.2.2 Phương pháp số
Phương pháp mô phỏng số ñược xây dựng với mô hình toán cụ thể có các
thông số ñầu vào, trong chương trình sử dụng các phương tiện toán học với sự trợ
giúp của máy tính cho ra kết quả dưới dạng ñồ thị, bảng biểu… từ ñó làm cơ sở
phân tích, rút ra những kết luận khi nghiên cứu.
Khi nghiên cứu về quá trình khởi hành ô tô việc giải chính xác hệ phương
trình vi phân gặp rất nhiều khó khăn nên thường ñược giải hệ bằng phương pháp
gần ñúng như: phương pháp Euler, phương pháp Runghen-Kutta….. Trong luận văn

tôi sử dụng phương pháp Runghen-Kutta trên phần mềm Matlab.
Phương pháp Runghen-Kutta gầm các nội dung sau: Với mỗi hệ thống thành
phần có một số xác ñịnh các thông số ñầu vào X
m
, thông số ñầu ra y
m
, các thông
trạng thái biểu diễn qua hàm f
n
= f(x
m
). Mối quan hệ ñược thể hiện qua sơ ñồ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
9



Hình 1.5. Mô hình toán học
Theo Runghe-Kutta
Y’= f(x,y) với f(x
o
)=y
o
cho ∆x và x
k
=x
o
+i. ∆x
Chia [x
o

,x] thành n ñoạn nhỏ với bước chia


Tính ∆y
Từ y
i+1
=y
i
+ ∆y ta có ∆y =y
i+1
- y
i

∆y
1
=h.f(x
i
, y
i
)



Khi cho số gia ∆x và x
k
=x
o
+i. ∆x (i=1,2,3,…n) thì giá trị của hàm số y
i+1
ở giá trị

x
i+1
ñược tính theo y
i
ở giá trị x
i
Vậy ta có

Thay trục hoành ox thành trục thời gian ot
Khi ñó Y’= f(t,y) với f(t
o
)=y
o
cho ∆t và t
k
=t
o
+k. ∆t
Chia [t
o
,t] thành n ñoạn nhỏ với bước chia


Tính ∆y
Từ y
k+1
=y
k
+ ∆y ta có ∆y =y
k+1

- y
k


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
10


∆y
1
=∆t.f(t
k
, y
k
)




Ứng dụng ñể giải phương trình vi phân bậc nhất có dạng: y’=f(t,y) với ñiều kiện ban
ñầu y(t
o
)=y
o
Nếu hệ có dạng:

Với :
x là biến ñộc lập
y,z là hàm phải tìm
Ta cũng có

…………………………………………
Ứng dụng ñể giải hệ phương trình vi phân bậc cao
y
(n)
=f(t,y,y’,………y
(n-1)
)
z
(n)
=f(t,z,z’,………z
(n-1)
)
…………………
Với các ñiều kiện ban ñầu:
y(t
o
)=y
o
; y(t
o
)
(i)
=y
o
(i)
với i=1,2,3,…..,n-1

z(t

o
)=y
o
; z(t
o
)
(i)
=z
o
(i)
với i=1,2,3,…..,n-1
………………………….
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
11


Bằng cách hạ bậc: ðặt các hàm trung gian ñể ñưa hệ phương trình vi phân
bậc n thành hệ gồm n phương trình vi phân bậc nhất có dạng:





Và





Như vậy từ việc giải phương trình vi phân bậc n thành giải hệ n phương trình

vi phân bậc nhất. Nếu hệ gồm m phương trình vi phân bậc n thì ta cũng lập ñược hệ
gồm (m,n) phương trình vi phân bậc nhất với ñiều kiện tương ứng.
1.2.3 Phương pháp mô hình hóa
Sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng ñể khảo sát ñộng lực học
của ô tô khi khởi hành có kể ñến các yếu tố của cơ hệ và yếu tố quan hệ ñất bánh.
Các mô hình khảo sát ñược xây dựng bằng các phần mềm hiện ñại Simulink và
Matlab có khả năng ñưa yếu tố ñiều khiển vào mô hình, giao diện dễ sử dụng, ñộ
chính xác cao.
1.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
Phương pháp này cho kết quả rất cụ thể bởi vì không cần thay thế ô tô bằng
mô hình vật lý nào ñó mà khi thay thế như vậy hầu hết phải ñưa ra một số giả thiết
hoặc ñiều kiện nhất ñịnh. Vì vậy kết quả thí nghiệm có thể xem là chính xác cho
chiếc máy cụ thể ñem thí nghiệm. Tuy nhiên việc thử nghiệm máy thường gặp
những khó khăn trong việc thử nghiệm trong việc lựa chọn ñiều kiện thí nghiệm,
lựa chọn thiết bị ño lường và xử lý số liệu thí nghiệm. Mặt khác số liệu thí nghiệm
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
12


thường phải ñủ lớn, trong các kết quả thường chỉ phản ánh từng chế ñộ làm việc
nhất ñịnh và khó thấy ảnh hưởng riêng rẽ của từng yếu tố ñiều ñó làm tăng chi phí
về thời gian và kinh phí ñồng thời khó có thể giải quyết ñược các bài toán tối ưu.
Chính vì vậy, phương pháp thử nghiệm máy thường chỉ ñược áp dụng ñể khảo sát
ñộng lực học của ô tô trong quá trình khởi hành ñã có trong ñiều kiện sử dụng hoặc
ñể kiểm chứng cho nghiên cứu lý thuyết dưới dạng mô hình toán hoặc tức là chỉ
hợp lý ở giai ñoạn kiểm tra ñánh giá mức ñộ chính xác của kết quả nghiên cứu.
Tóm lại khi nghiên cứu ñộng lực học ô tô trong quá trình khởi hành có thể sử
dụng phương pháp thử nghiệm máy thực hoặc phương pháp nghiên cứu mô hình
toán học. trong phương pháp nghiên cứu mô hình lại phân chia ra thành nhiều dạng
mô hình thường cho kết quả mang tính chất ñịnh tính nhưng khá hiệu quả trong

nghiên cứu. Mô hình lý thuyết có thể giải quyết bài toán có tính tổng quát cao và kết
quả giải quyết các phương trình vi phân chuyển ñộng mang tính ñịnh lượng.
Như vậy mỗi một phương pháp ñều có những ưu ñiểm và nhược ñiểm nhất
ñịnh và ñược ứng dụng trong các bài toán cụ thể và trong những ñiều kiện cụ thể
nếu kết hợp ñược những phương pháp trên thì công tác nghiên cứu sẽ có hiệu quả
cao hơn vì cho lời giải chính xác, nhanh chóng hơn.
Qua quá trình phân tích ưu nhược ñiểm của các phương pháp trên, ñể thực
hiện ñược nhiệm vụ của ñề tài và trên cơ sở lý thuyết ñộng lực học trong quá trình
khởi hành của ô tô, cùng với sự phù hợp của thiết bị ño, xử lý số liệu thí nghiệm lên
chúng tôi lựa chọn phương pháp xây dựng mô hình toán học và sử dụng các phần
mềm mô phỏng quá trình ñộng lực học của ô tô và tiến hành xác ñịnh một số thông
số ñộng lực học của ô tô UAZ 31512 trong quá trình khởi hành.
1.3 ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Ở nước ta hiện nay, ngành chế tạo ôtô vẫn chưa phát triển hoặc ở dạng manh
mún nên hầu hết các loại xe ñang lưu hành ñều ñược nhập từ nước ngoài với ña
dạng chủng loại. Trong ñó các loại xe thuộc thế hệ cũ vẫn còn tồn tại khá nhiều.
Nhược ñiểm chính của các loại xe này là chi phí nhiên liệu riêng cao hơn nhiều so
với các loại xe hiện ñại cùng công suất và cùng chủng loại.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
13


Loại xe UAZ do Liên Xô (cũ) chế tạo ñược nhập vào nước ta từ nhiều năm
trước với số lượng tương ñối lớn, chủ yếu phục vụ cho quân ñội và các công việc ở
các cơ quan dân sự có yêu cầu tính cơ ñộng cao. Hiện nay, loại xe này vẫn còn ñược
sử dụng khá phổ biến, chủ yếu là ở các tỉnh miền núi, trung du. Tuy nhiên, chất
lượng kỹ thuật có giảm sút và ñặc biệt là suất tiêu hao nhiên liệu cao hơn nhiều so
với các loại ôtô thế hệ mới cùng công suất.
Tính năng và hiệu quả của ôtô phụ thuộc vào chất lượng thiết kế, chế tạo và
ñiều kiện sử dụng. Việc ñánh giá chất lượng xe có thể theo một số phương pháp

khác nhau tuỳ thuộc vào mục ñích và phương tiện xác ñịnh các chỉ tiêu cần ñánh
giá. Trong ñó nhóm các chỉ tiêu ñộng lực học, tính an toàn ñiều khiển và tính tiết
kiệm nhiên liệu ñược sử dụng phổ biến hơn làm ñối tượng nghiên cứu. Thông số kỹ
thuật của xe ô tô UAZ 31512 ñược trình bày ở bảng 1.1.
Bảng 1.1
Stt Tên gọi
Ký
hiệu
ðơn
vị
Giá trị
1
Kích thước bao
Chiều cao
Chiều dài
Chiều rộng
cm
1990
4025
1785
2 Khối lượng bản thân xe kg 1590
3 Khối lượng khi ñầy tải m kg 2350
4 Khối lượng chia ra cầu trước m
t
kg 970
5 Khối lượng chia ra cầu sau m
s
kg 1380
6 Chiều dài cơ sở của ô tô L m 2,38
7 Khoảng cách từ trọng tâm ñến tâm cầu trước a m 1,382

8 Khoảng cách từ trọng tâm ñến tâm cầu sau b m 0,998
9 Chiều cao trọng tâm xe h m 0,65
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
14


10 Bán kính tĩnh của bánh xe r m 0,4
11 Kiểu ñộng cơ Chế hoà khí YMZ4178
12 Công suất cực ñại N
max
kW 55,9
13 Mô men cực ñại M
max
Nm
159,8
168
14 Số vòng quay cực ñại n
max
v/ph 4400
15 Số vòng quay danh nghĩa n
H
v/p 4000
16 Số vòng quay nhỏ nhất n
min
v/ph 600
17 Bộ ly hợp Kiểu một ñĩa khô, dẫn ñộng thuỷ lực
18 Hộp số Cơ khí 4 số truyền
Các số truyền
Số truyền 1
Số truyền 2

Số truyền 3
Số truyền 4
Số truyền lùi

3.78
2.60
1.55
1.00
4.12
19 Hộp phân phối Kiểu 2 số truyền
Các số truyền
Số trực tiếp
Số truyền thấp

1.00
1,94
Truyền lực chính trước sau Côn xoắn
20 Tỷ số truyền truyền lực chính 4,462
21 Diện tích cản khí ñộng m
2
3,55
22 Bán kính ñộng học bánh xe (ño thực tế) r
b
m 0,37m.
23 Hệ thống lái (thuỷ lực)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
15


24

Hệ thống phanh (loại 2 dòng dầu, trợ lực chân
không, tang trống má phanh)

25 Kiểu ly hợp (1 ñĩa, ma sát khô)
26
Kiểu lốp xe (215/90 - 15C; 225R16C;
215/90R15C; 225/75R16.


1.4 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ðỀ TÀI
1.4.1. Mục ñích
Nghiên cứu quan hệ giữa bánh xe với mặt ñường từ ñó xây dựng mô hình ñộng lực
học khi khởi hành của ô tô trên mặt ñường có tình trạng khác nhau, nhằm thấy ñược ảnh
hưởng của tình trạng mặt ñường ñến các thông số ñộng lực học khi khởi hành.
- Xây dựng mô hình nghiên cứu ñộng lực học của ô tô trong quá trình khởi hành.
- Xác ñịnh thời gian trượt của ly hợp.
- Xác ñịnh thời gian tăng tốc.
1.4.2. Nhiệm vụ của ñề tài
Tổng quan
- Tìm hiểu về mối quan hệ ñất máy.
- Lực bám, lực chủ ñộng của bánh xe với mặt ñường.
- Các yếu tố ảnh hưởng ñến tính năng kéo bám của bánh xe.
Xây dựng mô hình chuyển ñộng của ô tô khi khởi hành
- Lựa chọn loại xe ñể xây dựng mô hình.
- Xây dựng mô hình ñộng lực học khi khởi hành của xe ô tô.
- Xác ñịnh các thông số ñầu vào của mô hình, các thông số ñầu ra, phân tích
và ñặt các giả thiết cần thiết ñể cho mô hình toán ñơn giản song vẫn ñảm bảo kết
quả khảo sát gần với thực tế.
- Sử dụng phần mềm thích hợp ñể giải mô hình toán.
- Khảo sát các thông số ñộng lực học của mô hình trong các ñiều kiện tình

trạng mặt ñường khác nhau.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
16


Chương 2 : C
Ơ
S
Ở
LÝ THUY
Ế
T

2.1. MỐI QUAN HỆ ðẤT MÁY
Các ô tô chủ yếu chuyển ñộng trên các loại ñường khác nhau. Việc nghiên
cứu các quá trình tác ñộng tương hỗ giữa bánh xe của ô tô và mặt ñường là cần
thiết và quan trọng. ðể nắm ñược vấn ñề này trước hết cần nắm ñược các tính
chất cơ lý hóa của ñất
[12]
.
ðất là môi trường phức tạp – phân tán – rời rạc, không ñồng nhất và ñược cấu tạo
bởi 3 pha: pha cứng ( các hạt cứng), pha lỏng ( nước) và pha khí ( không khí và hơi).
Các tính chất cơ lý của ñất sẽ thay ñổi tùy thuộc vào tính chất và thành phần. Tính
chất cơ bản có ảnh hưởng lớn ñến khả năng chuyển ñộng của ô tô.
Những tính chất vật lý ảnh hưởng ñến khả năng chuyển ñộng của ô tô là
thành phần cấu trúc, ñộ ẩm và ñộ chặt.
Thành phần cấu trúc của ñất (còn gọi là thành phần hạt) ñược ñánh giá bởi
kích thước hàm lượng của các hạt (côt liệu) trong khối ñất. Theo thành phần cấu
trúc các loại ñất ñược chia thành hai nhóm chính: Nhóm ñất sét và nhóm ñất cát.
Nhóm ñất sét ñược cấu tạo chủ yếu bởi các hạt sét, còn nhóm ñất cát chủ yếu là

do các hạt cát cấu thành nên. Tùy theo hàm lượng của các thành phần, các nhóm
này còn ñược phân loại ra cụ thể hơn.
ðộ ẩm của ñất biểu thị lượng nước chứa trong khối ñất và ñược ñánh giá bởi
tỷ số giữa trọng lượng của phần nước chứa trong khối ñất và trọng lượng toàn
phần của khối ñất ñó khi ở trạng thái tự nhiên. Khi ñộ ẩm thay ñổi thì trạng thái
và các tính chất cơ học của ñất cũng tăng theo. Ví dụ, tùy thuộc vào ñộ ẩm trạng
thái của ñất sét có thể là cứng, dẻo hoặc ở thể lỏng.
ðộ chặt (còn gọi là ñộ cứng) là lực cản riêng của ñất trên mỗi ñươn vị diện
tích ñầu ño ( máy ño ñộ chặt) khí ấn ñầu ño ñó vào trong ñất từ trên xuống dưới
theo phương thẳng ñứng.
ðộ chặt và ñộ ẩm của ñất có ảnh hưởng lớn ñến các tính chất cơ học của nó.