Báo cáo tiểu luận thí nghiệm ôtô

Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

LỜI MỞ ĐẦU
‘Thí nghiệm ơt ơ’ là một mơn học khơng thể thiếu đối đối với sinh viên ngành động
lực . Giúp sinh viên khơng những có trang bị kiến thức lý t học mà cịn có được những
vận dụng những gì được học vào thực tế.
Sau khi được Thầy giáo Lê Văn Tụy trang bị kiến thức mơn ‘Thí nghiệm ôtô’ bản
thân em đã có một kiến thức lý thuyết vững vàng, có một cái nhìn tổng quan hơn về q
trình làm việc của ơtơ cũng như mục đích của q trình làm thí nghiệm ơtơ. Để có được
kiến thức thực tế chúng em tiếp tục được Thầy giáo Phùng Minh Ngun ở ‘Trung tâm
thí nghiệm ơtơ và máy cơng trình- ĐH Bách Khoa’, hướng dẫn và trang bị thêm kiến thức
cũng như các thao tác làm thí nghiệm trong mơn ‘Thực hành thí nghiệm ơtơ’. Ở đây em
được làm thí nghiệm đo lực phanh ơtơ trên băng thử và đo lực cản chuyển động của xe
trên đường cùng với các bạn trong nhóm. Sau khi hồn thành thí nghiệm, giúp em có đầy
đủ kiến thức lý thuyết lẫn thực tế và đó là nền tản cho các cơng việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tụy đã dạy bảo tận tình, hướng dẫn cụ thể trong
quá trình học để em hoàn thành bài tiểu luận này.

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Tặng

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

1


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

ĐO LỰC CẢN TỔNG CỘNG CỦA Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG
I. PHẦN LÝ THUYẾT.
1. Cơ sở lý thuyết.

Hình 1.1: Lực tác dụng lên ôtô khi ôtô chuyển động trên đường bằng có gia tốc.
Trong đó:
G – Trọng lượng tồn bộ của ô tô.
Ff1 – Lực cản lăn ở bánh xe bị động.
Ff2 – Lực cản lăn ở bánh xe chủ động.
Fω – Lực cản khơng khí.
Pj – Lực qn tính của ơ tơ khi chuyển động.
Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu
trước và cầu sau.
Mf1, Mf2 – Mô men cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động.
Khi ô tô đang chuyển động với một vận tốc ban đầu, nếu ta cắt lý hợp thì ơ tơ chịu tác
dụng của các lực:
- Lực cản lăn;
- Lực cản khơng khí;
- Lực qn tính của ơ tơ;

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

2


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

Xét trường hợp xe chuyển động trên đường ngang, lúc này ta có phương trình chuyển
động của ơ tơ như sau:
Fk= Ff + Fω - Fj
Trong đó:
Fk – lực kéo tiếp tuyến sinh ra tại bánh xe chủ động;
Ff = Ff1 + Ff2, - Lực cản lăn sinh ra ở các bánh xe cầu chủ động và bị động;
Giả sử hệ số cản lăn trên bánh xe trước và sau là bằng nhau
f1 = f2 = f
Ff=G.f=G.f 0 (1+

Suy ra:

V2
)
1500

f0 – hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe,
v – tốc độ chuyển động của ô tô tính theo m/s,
G – trọng lượng ơ tơ tác dụng lên bánh xe
F ω, Fj – Lực cản khơng khí và lực quán tính do chuyển động tịnh tiến của ô tô
(bỏ qua lực quán tính do chuyển động quay của các chi tiết).
Với Fω= K.V2
V – tốc độ tương đối giữa khơng khí và ơ tơ, m/s. Ta xem khơng khí tĩnh tuyệt
đối khi làm thí nghiệm, tức là V = Voto.
Và

Fj=

G dv

.
g dt

G – trọng lượng toàn bộ của ô tô, N.
dv
dt – gia tốc tịnh tiến của ô tô, m/s2

→ Phương trình cân bằng khi xe lăn trơn (cắt ly hợp ) với gia tốc chậm dần:
Ff + Fω - Fj = 0

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

3


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

Ff + Fω -

↔

Suy ra:

G dv
. =0
g dt

G dv
. =Ff+Fω
g dt

Mặt khác ta có :

Ff + Fω= G.f + K.V2

Ff + Fω=G.f0 (1+

Hay:

Đặt :

TS. Lê Văn Tụy

V2
) + K.V 2
1500

F0 = G.f0 ; F1 = 0 ; F2 =

Suy ra:

Fj=

K+

G dv
. =F0 +F1 +F2
g dt

G.f 0

1500

.V2

* Kết luận:
Lực quán tính do chuyện động chậm dần của xe đóng vai trị là lực kéo, để xe chuyển
động được thì lực qn tính bằng lực cản. Vì vậy để xác định đặc tính lực cản của ô tô
trên đường ta xác định lực quán tính chậm dần của ô tô. Như vậy phương pháp là đo biến
thiên tốc độ theo thời gian (dv/dt).

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

4


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

2. Phương pháp đo.
Cho xe gia tốc đến một vận tốc (Vmax) nào đó, ta ngưng cung cấp nhiên liệu, cắt li
hợp và cho xe lăn trơn trên đường và khi đó xe chuyển động chậm dần đều. Phương pháp
là đo biến thiên tốc độ theo thời gian.
Ta có bảng số liệu đo được:
ti
t1
t2
t3
….
tn

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

Vi
V1
V2
V3
…
Vn

5


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

3. Xử lý số liệu.
+ Bước 1:
- Dùng Microsoft Excel vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ thay đổi giữa vận tốc V(m/s) theo thời
gian t(s) khi xe chuyển động chậm dần.
- Sử dụng công cụ Add Tirendline trong excel để xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3.
Ta có được đồ thị sau:
Hình 1.2. Đồ thị biểu diễn vận tốc chuyển động của xe theo thời gian
và hàm xấp xỉ bậc 3.
+ Bước 2:
Lấy đạo hàm dv/dt của đa thức V(t) ta được:
dv
=a1 +2a 2 .t+3a 3 .t 2
dt

ti
t1
Tính
t2
Ta lập được bảng t3
….
tn

Vi
V1
V2
V3
…
Vn

(dv/dt)i
(dv/dt)1
(dv/dt)2
(dv/dt)3
…
(dv/dt)n

Pci
Pc1
Pc2
Pc3

Fc = Fj = -

G dv
.
g dt

tính

Pcn

+ Bước 3:
Sau khi tính được Pc ta xây dựng đồ thị lực cản tổng cộng theo tốc độ và dùng công cụ
Add tirendline để xấp xỉ Pc bậc 2 theo tốc độ ta được:
Hình 1.3. Đồ thị biểu diễn quan hệ lực cản tổng cộng của đường theo vận tốc
và xấp xỉ bậc hai hàm Pc theo V.
+ Bước 4:
SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

6


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

Đặt:

TS. Lê Văn Tụy

F0 = a 0 ; F1 = a 1và F2 = a 2
Fc =F0 +F1.V+F2 .V 2

Ta có:

= G(f 0 +f1.V+f 2 .V 2 ) + K.V 2

f0 =

Suy ra:

F0
F
F −K
; f1 = 1 và f 2 = 2
G
G
G

*Biện luận:
Nếu

f1 ≈ 0 ⇒ G.f(1+

V2
)
1500

Nếu f 2 ≈ 0 ⇒ G(a+b.V) ⇒ K=F2

II. PHẦN TÍNH TỐN.
1.Đề bài tính tốn.
-Cho:
Xe có trọng lượng G = 24000 [N] (nhóm 7)
Gia tốc trọng trường

g = 9,8 [m/s²]

Giả thiết xe chạy ở đường nằm ngang, chuyển động chậm dần đều. Thí nghiệm lăn
trơn trên đường tốt.
Và cho:

Fc = Ff + Fω

Với:

Ff = G(a + b.V)
Fω = K.V²

- Tính: a, b và K

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

7


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

2. Bảng số liệu cho trước (nhóm 7).
TT
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12

t[s]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22

V[m/s]
16.713
16.298
15.89
15.488
15.092

14.702
14.318
13.94
13.567
13.2
12.839
12.482

13

24

12.13

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

8


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

14
15
16
17
18
19
20

21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56

58
60
62
64

11.784
11.442
11.104
10.771
10.442
10.118
9.797
9.4801
9.167
8.8573
8.5511
8.248
7.9481
7.6511
7.3568
7.0652
6.7761
6.4894
6.2048
5.9222

3. Xử lí số liệu.
- Ta xây dựng đồ thị đường đặc tính vận tốc V theo t ( V = f(t)) như sau.
Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của V theo t.
- Dùng công cụ AddTirenline để xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3 ta được:

Hình 2.2. Xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3.
-Tính đạo hàm của vận tốc theo thời gian: (dv/dt)
dv/dt= - 0,209 + 0,00166t – 0,0000093t² (*)
Từ (*) ta có: a1 = - 0,209; a 2 = 0,00166; c = -0,0000093.
- Ta tiến hành lập bảng tính dv/dt và Fc ứng với từng

ti

:

Bảng tính dv/dt và Fc ứng với từng t i .

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

9


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

tt

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

TS. Lê Văn Tụy

ti

Vi

dv/dt

Fci

10


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

TS. Lê Văn Tụy

0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28

30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
62
64

16.713
16.298
15.89
15.488
15.092
14.702
14.318
13.94
13.567
13.2
12.839

12.482
12.13
11.784
11.442
11.104
10.771
10.442
10.118
9.797
9.4801
9.167
8.8573
8.5511
8.248
7.9481
7.6511
7.3568
7.0652
6.7761
6.4894
6.2048
5.9222

-0.209
-0.206
-0.203
-0.2
-0.196
-0.193
-0.191

-0.188
-0.185
-0.182
-0.18
-0.177
-0.175
-0.172
-0.17
-0.168
-0.166
-0.163
-0.161
-0.159
-0.158
-0.156
-0.154
-0.152
-0.151
-0.149
-0.148
-0.147
-0.145
-0.144
-0.143
-0.142
-0.141

511.66
503.63
495.78

488.11
480.62
473.32
466.2
459.26
452.5
445.93
439.54
433.32
427.29
421.45
415.78
410.3
405
399.88
394.94
390.19
385.61
381.22
377.01
372.99
369.14
365.48
362
358.7
355.58
352.65
349.9
347.33
344.94

- Sau khi tính được Fc ta tiến hành biểu diễn đặc tính của lực cản Fc theo vận tốc V và
dùng công cụ AddTirendline xấp xỉ hàm Fc (v) thành đa thức bậc 2 :
SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

11


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

Hình 2.3. Đồ thị đặc tính của lực cản tổng cộng theo tốc độ.
Từ đồ thị ta tìm được hàm xấp xỉ: Fc = 0,5031v2 + 4,3665v + 299,75
Trong đó: F0 = 299,75 ; F1 = 4,3665; F2 = 0,5031.
Ta có:

Fc = F2 V2 + F1 V + F0 (a)

Hay:

Fc = G( f 2 V2 + f1 V + f0 ) + K.V² (b)

Từ (a) và (b) suy ra:
-

f0

F0 299, 75
=

= 0, 01249
= G 24000

-

f1

F1 4,3665
=
= 0,000182
= G 24000

-

f2

F2 0,5031
=
= 0,000021
= G 24000

Theo Lý thuyết ơtơ ta có:
Hệ số cản lăn được tính:
+ Là hàm bậc hai theo tốc độ.
V2
f 0 (1 +
)
1500
f=

=

f 0 + 0.V + f 0 .

V2
1500

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

12


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

+ Là hàm bậc nhất theo tốc độ.
f = (a+b.V)
= a+b.V + 0.V 2 (c)

f = f 0 + f1 V + f 2 V2

Suy ra:

Theo đề cho hệ số cản lăn là hàm bậc nhất theo tốc độ.
Ff = G(a + b.V)
= G( f 2 V2 + f1 V + f 0 )
Nên từ (c) ta có: f 0 = a; f1 = b và f 2 = 0.
Vậy:

a = f 0 = 0,01249
b = f1 = 0,000182

*Tính K:
Ta có: f 2 = 0 → G(a + b.V)
Suy ra: K= F2 = 0,5031

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

13


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

4. Kết luận.
Từ kết quả thì nghiệm ta có thể tính được đường đặc tính lực cản của ơ tơ bằng
phương pháp tính tốn xấp xỉ sử dụng cơng cụ Add Tirenline của excel.
Dựa vào đường đặc tính quan hệ lực cản với vận tốc của đường và kết quả tính tốn ta
có kết luận như sau:
-Lực cản tổng cộng của ô tô trên đường phụ thuộc vào các lực cản chuyển động của
ơ tơ. Tất cả các yếu tó ảnh hưởng đến các lực cản chuyển động của ô tô sẽ ảnh hưởng
đến lực cản tổng cộng của ô tô.
-Vận tốc ơ tơ càng lớn thì lực cản càng lớn do hệ số cản khí động tăng.
- Thực tế thì các hệ số luôn tồn tại dao động xung quanh các giá trị lí thuyết, bởi vì thí
nghiệm thực tế luôn tồn tại các biến động nhỏ tác động đến q trình thí nghiệm.
- Qua bài thí nghiệm chúng ta cũng hiểu rõ hơn về các công cản mà chúng ta đã được
học và các bước tiến hành làm thí nghiệm cũng như cách xử lí số liệu.
- Sau khi tính tốn bằng Excel ta tìm được hằng số a =

f0

= 0,01249 ≅ 32/2800 và hằng

số b = f1 = 0,000182 ≅ 1/2800. Phù hợp với phương trình hệ số cản lăn là hàm bậc nhất

theo tốc độ

f=(

32
V
+
)
2800 2800

- theo Lý thuyết ô tô. Hệ số K = 0,5031.

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

14


Báo cáo tiểu luận Thí nghiệm ơtơ

TS. Lê Văn Tụy

MỤC LỤC

SV: Nguyễn Văn Tặng- Lớp: 11C4LT

15