Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG
PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG THẲNG
CÓ GIA TỐC THEO SƠ ĐỒ 2 KHỐI LƯỢNG.
NGUYÊN LÝ ỔN ĐỊNH THÙNG XE
TRONG MẶT PHẲNG DỌC

GVHD: TS. LÂM MAI LONG
SVTH: TRỊNH VIỆT DŨNG MSSV:14145038
VŨ BẮC THẮNG

MSSV:14145272

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ơ tơ

:
TP Hồ Chí Minh, 7/2018


CỘN
G HỊA XÃ
HỘI CHỦ
NGHĨA

TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 03 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: 1. Trịnh Việt Dũng
2. Vũ Bắc Thắng

MSSV: 14145038
MSSV: 14145272

Chuyên ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ

Hệ đào tạo:

Chính qui
Mã ngành đào tạo: 52510205

Mã hệ đào tạo:

K14145
Khóa: K14

Lớp: 141453A

Tên đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng
có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”
1. Nhiệm vụ của đề tài
- Khái niệm về sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe ở sơ đồ 1 khối
-

lượng.
Phân tích ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến tới động lực học chuyển động và

ổn định của ô tô.
Sự thay đổi của tải trọng pháp tuyến ở sơ đồ 2 khối lượng.
Nguyên lý điều chỉnh cân bằng thùng xe ô tô du lịch
Sản phẩm của đề tài
Thuyết minh đề tài

2. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 26/03/2017
3. Ngày hồn thành nhiệm vụ: 23/07/2018
TRƯỞNG BỘ MƠN

CÁN BỘ HƯỚNG

DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn khung gầm

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Trịnh Việt Dũng
đồng:…………

MSSV: 14145038

Hội

Họ và tên sinh viên: Vũ Bắc Thắng
MSSV:14145272
Hội
đồng:…………
Tên đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có

gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: TS. Lâm Mai Long
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh
máy)
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có
thể tiếp tục phát triển)
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................


2.3.Kết quả đạt được:
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

3.

Đánh giá:
Điể
TT

Mục đánh giá

m tối đa

Điể
m đạt
được

1.

Hình thức và kết cấu ĐATN

30

Đúng format với đầy đủ cả hình
thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

đề tài
2.

Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán
học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xa
hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng
hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ
thống, thành phần, hoặc quy trình đáp
ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc
thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật,
phần mềm chuyên ngành…
3.

50

Đánh giá về khả năng ứng dụng

5
10

của đề tài
4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm

4. Kết luận:

10
100





Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2018

Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

TP. HCM

VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn khung gầm

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Trịnh Việt Dũng
đồng:…………
Họ và tên sinh viên: Vũ Bắc Thắng

MSSV: 14145038

Hội

MSSV:14145272

Hội

đồng:…………
Tên đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có

gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV).....................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có
thể tiếp tục phát triển)
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
..................................................................................................................................................


..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

5. Câu hỏi:
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

6. Đánh giá:


Điể
TT

Mục đánh giá

m tối đa

Điể
m đạt
được

1.

Hình thức và kết cấu ĐATN

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức
và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

tài
2.

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán
học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xa hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng
hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ
thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng
yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật,
phần mềm chuyên ngành…
3.

5

Đánh giá về khả năng ứng dụng của

10

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

đề tài
4.

Tổng điểm

100

7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2018

Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯ
ỜNG ĐẠI
HỌC SƯ
PHẠM KỸ

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN


Tên đề tài “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động
thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng
dọc”
Họ và tên sinh viên: 1. Trịnh Việt Dũng
2. Vũ Bắc Thắng

MSSV: 14145038
MSSV: 14145272

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng
dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ
án tốt nghiệp đã được hoàn thành theo yêu cầu về nội dung và hình
thức.

Chủ tịch Hội đồng:

______________________ ___________________

Giảng viên hướng dẫn: _______________________
___________________

Giảng viên phản biện: _______________________
___________________

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 07 năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU


Ngày nay, trong xu thế hội nhập vào mở cửa nền kinh tế, nhu cầu
di chuyển của người và vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng cao, dẫn
đến những địi hỏi khắt khe hơn về nhiều mặt của phương tiện di
chuyển, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ do
vậy việc ứng dụng và phát triển những công nghệ mới là hết sức quan
trọng.
Để đáp ứng tốt các yêu cầu như tăng công suất, tốc độ, giảm
suất tiêu hao nhiên liệu, tăng tính an tồn, ổn định và thoải mái của xe.
Ta cần có một cơ sở lý thuyết chính xác, khoa học và vững chắc để
phân tích các tác động xảy ra trong q trình chuyển động của xe, từ
đó đưa ra các phương án để giải quyết vấn đề trên cơ sở lý thuyết đã
phân tích.
Khi xe chuyển động ở các điều kiện chuyển động phức tạp dẫn

đến việc thay đổi của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó tải trọng pháp
tuyến là yếu tố quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất của xe.
Là những sinh viên ô tô sắp ra trường, chúng em chọn đề tài:
“Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ
đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”làm đề tài tốt
nghiệp. Em rất mong với đề tài này, em có thể củng cố tốt hơn kiến
thức của mình để khi ra trường có thể góp một phần vào sự phát triển
của ngành công nghiệp ô tô nước nhà.
Cuối cùng, chúng em xin được gửi lời cám ơn chân thành tới thầy
giáo hướng dẫn Lâm Mai Long đã chỉ bảo tận tình, giúp chúng em vượt
qua những khó khăn vướng mắc trong khi hồn thành đồ án của mình.
Bên cạnh đó, chúng em xin cám ơn các thầy cô giáo trong Khoa Cơ khí
động lực đã tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp
này.


LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, chúng em xin cám ơn các thầy trong Khoa Cơ khí động
lực – trường Đại học Sư pham Kỹ thuật, đặc biệt là thầy Lâm Mai Long
đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng
pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn
định thùng xe trong mặt phẳng dọc”. Đối với em, đây là đề tài khá hay và đã
mang lại cho em rất nhiều kiến thức mới và bổ ích. Trong q trình
thực hiện đề tài chúng em đã có cơ hội cũng cố các kiến thức đã học và
tiếp cận với những kiến thức mới.
Vì kiến thức của chúng em cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi
những sai sót trong q trình thực hiện. Mong quý thầy nhận xét và chỉ
dẫn thêm để bài làm của em được hoàn hiện hơn.
Lời cuối, chúng em xin kính chúc các thầy ln có nhiều sức khỏe,
niềm vui, ln hạnh phúc và có thêm thật nhiều thành tựu trong sự

nghiệp của mình.


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU..................................................................................................1
1. Đặt vấn đề..........................................................................................1
2. Mục tiêu..............................................................................................1
3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................................................2
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN TRÊN
BÁNH XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG.............................................3
1.1.......Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp
tổng quát khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường dốc:...........3
1.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp khi
xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường bằng:...............................5
1.2.1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển
động thẳng chịu lực kéo ( xe tăng tốc):..................................................5
1.2.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển
động thẳng chịu lực phanh ( xe giảm tốc):.............................................5
CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN
KHI XE CHUYỂN ĐỘNG CĨ GIA TỐC TỚI TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN
ĐỊNH CỦA XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG......................................7
2.1Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động
có gia tốc đến động lực học chuyển động của xe:..................................7
2.1.1 Động lực học kéo của xe:...............................................................7


2.1.2. Các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe khi khơng
tính đến trượt:........................................................................................8

2.1.3. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến đến các thông
số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe:.........................................9
2.1.4. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển
động có gia tốc đến động lực học phanh:.............................................15
2.2. Ảnh hưởng của của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển
động thẳng có gia tốc đến ổn định chuyển động của ô tô...................17
2.2.1. Khái niệm về ổn định chuyển động thẳng của ô tô:...................17
2.2.2. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển
động thẳng có gia tốc đến tính ổn định của ô tô:.................................23
CHƯƠNG 3: SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN
ĐỘNG THẲNG CÓ GIA TỐC THEO SƠ ĐỒ 2 KHỐI LƯỢNG....................26
3.1.. .Sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia
tốc trong trường hợp tổng quát [1]:......................................................26
3.2.......................................Cân bằng cơ cấu treo khi kéo và khi phanh:
28
CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG THÙNG XE VỚI HỆ THỐNG TREO
KHÍ........................................................................................................35
4.1...................................Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng thùng xe:
35
4.1.1. Xét đặc tính tải của buồng đàn hồi khí nén:...............................36
4.1.2. Ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng đến áp suất túi khí hệ thống
treo cầu trước, cầu sau.........................................................................38
4.2.......................................................Sự điều khiển cân bằng thùng xe:
40
4.2.1. Sự thay đổi khối lượng khí bên trong các túi khí........................40


4.2.2. Sự thay đổi về độ cứng...............................................................41
4.3...................Hệ thống treo khí nén trên xe khách Kinglong KB 120SE:
43

4.3.1. Cấu tạo cụm chi tiết hệ thống [4]:.............................................43
4.3.1.1.................................................................................Van tải trọng:
43
4.3.1.2. Túi hơi:.....................................................................................44
4.3.1.3. Giảm chấn thủy lực:................................................................45
4.3.1.4. Phần tử hướng.........................................................................45
4.3.1.5. Bình chứa khí nén....................................................................46
4.3.1.6. Bộ lọc và tách ẩm....................................................................47
4.3.1.7. Máy nén khí.............................................................................47
4.3.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống treo xe KB 120SE......48
4.4..............................................................................................Nhận xét
57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................59
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................60


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ lực tác dụng khi xe chuyển động tăng tốc lên dốc........3
Hình 2.1. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với vận tốc cực
đại trên đường bằng.............................................................................12
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với gia tốc cực
đại trên đường bằng.............................................................................13
Hình 2.3. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với góc dốc cực
đại.........................................................................................................14
Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chịu lực phanh...................15
Hình 2.5. Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác dụng của lực
ngang...................................................................................................18
Hình 2.6. Sơ đồ hướng của vecto vận tốc bánh xe khi bánh xe bị trượt
ngang...................................................................................................18
Hình 2.7. Đồ thị quan hệ giữa độ trượt ngang và hệ số bám ngang.....19

Hình 2.8. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tinh chất quay vịng trung tính
.............................................................................................................20
Hình 2.9. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tinh chất quay vịng thiếu...21


Hình 2.10. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tinh chất quay vịng thừa. .22
Hình 3.1. Mơ hình ơ tơ chuyển động thẳng với gia tốc khơng đổi........26
Hình 3.2. Cơ cấu treo khi kéo và khi phanh..........................................29
Hình 4.1. Sự thay đổi khối lượng khí khi tải trọng thay đổi..................40
Hình 4.1. Kết cấu của van tải trọng......................................................43
Hình 4.2 Kết cấu túi hơi........................................................................44
Hình 4.3 Vỏ túi hơi................................................................................44
Hình 4.4. Giảm chấn thủy lực dạng trụ trên xe KB 120SE....................45
Hình 4.5. Tay địn treo sau ( Giị gà )....................................................46
Hình 4.6. Bầu chứa khí nén...................................................................47
Hình 4.7. Bộ làm khơ khơng khí............................................................47
Hình 4.8. Máy nén khí...........................................................................48
Hình 4.9. Sơ đồ hệ thống treo khí nén trên xe KB 120SE.....................49


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng trên toàn
cầu. Sự tiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp phần tạo nên những
chiếc xe hiện đại, đầy đủ tiện nghi, tính năng an tồn cao và đáp ứng được các u cầu về
mơi trường. Để đạt được những tiến bộ đó và ngày càng hoàn thiện và tạo ra các tiến bộ
mới trong tương lai, ta cần có những phân tích về lý thuyết làm tiền đề, cơ sở cho tất cả
các hoạt động sáng tạo và phát triển. Hoạt động chuyển động và tính an tồn, ổn định của
xe khi chuyển động trên đường chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trong đó tải trọng pháp
tuyến là một yếu tố có ảnh hưởng nhất, và chúng thay đổi liên tục trong quá trình hoạt

động của xe. Vậy nên, việc phân tích làm rõ những sự thay đổi và các ảnh hưởng của
chúng và đưa ra các giải pháp là cần thiết. Sự thay đổi này của tải trọng pháp tuyến có tác
động lớn đến sự mất ổn định của thùng xe, do đó ta cần đưa ra ngun lý nhằm khắc phục
tình trạng mất ổn định này.
Chính vì thế, chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến
khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe
trong mặt phẳng dọc” nhằm phần nào bổ sung kiến thức cho bản thân và thêm nguồn tài
liệu tham khảo, giúp người đọc thấy được bức tranh tổng quát về sự phân bố tải trọng khi
xe chuyển động thẳng có gia tốc và các ảnh hưởng của chúng đến quá trình chuyển động
của xe cũng như những ứng dụng của việc phân tích lý thuyết vào thực tiễn đưa ra
nguyên lý ổn định thùng xe cho hệ thống treo của xe.
2. Mục tiêu
-

Mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành đề tài như sau:
Nắm được khái niệm về sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe ở sơ đồ 1 khối

-

lượng khi xe chuyển động thẳng có gia tốc.
Hiểu được các ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến tới động lực học chuyển động và

-

ổn định của ô tô.
Nắm được sự thay đổi của tải trọng pháp tuyến và các ảnh hưởng của nó ở sơ đồ 2

khối lượng khi xe chuyển động thẳng có gia tốc.
- Hiểu được nguyên lý điều chỉnh cân bằng thùng xe ô tô và liên hệ thực tế.
3. Phương pháp nghiên cứu

1


Để hoàn thành đề tài này, chúng em đã kết hợp rất nhiều phương pháp nghiên cứu.
Trong đó đặc biệt là phương pháp nghiên cứu tài liệu, tìm kiếm và thu thập các thông tin
liên quan, học hỏi kinh nghiệm từ thầy cơ, bạn bè,.... Từ đó tìm ra ý tưởng để hình thành
đề cương của đề tài.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạn và nguồn tài liệu
-

hiện có, đề tài chỉ giới hạn tập trung phân tích, khảo sát:
Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc
trong mặt phẳng dọc và những ảnh hưởng của chúng đến tính động lực học và tính ổn

-

định của xe khi xe chuyển động thẳng.
Sự mất cân bằng thùng xe do sự thay đổi tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động

-

thẳng và đưa ra nguyên lý cân bằng thùng xe.
Đề tài không tập trung vào các chi tiết cơ cấu mà chỉ chỉ ra các nguyên lý, cơ sở về
mặt lý thuyết.

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN
TRÊN BÁNH XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG
I.1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp tổng quát khi

xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường dốc:
2


Giả sử xe chuyển động thẳng, mặt đường cứng tuyệt đối – đường nghiêng với góc
dốc là α, khối lượng của xe là m.

Hình 1.1. Sơ đồ lực tác dụng khi xe chuyển động tăng tốc lên dốc
Khi đó xe sẽ chịu tác dụng của các lực như hình vẽ.
Trong đó:
+ G: Trọng lực tác dụng lên xe:
Phân thành 2 thành phần lực: Thành phần có phương song song với mặt đường gọi
là lực cản dốc Fi = G.sinα và thành phần vng góc với mặt đường G.cosα
+ Fk: Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe (khi xe tăng tốc):
-

Là phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động.
Giá trị của Fk được tính theo công thức: F k = = .( với Mk là mơmen kéo của bánh

xe, rb là bán kính tính tốn của bánh xe, M e là mômen của động cơ, it là tỉ số truyền của hệ
thống truyền lực, � là hiệu suất truyền lực)
+ Fp: Lực phanh tại bánh xe (khi phanh)
+ Ff: Lực cản lăn của bánh xe:
-

Là lực cản phát sinh do sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh

xe đường và do ma sát giữa lốp xe và đường.
3

-

Lực cản lăn bánh xe trước (Ff1) và lực cản lăn bánh xe sau (Ff2):
Ff1 = Z1f1
Ff2 = Z2f2

Trong đó:
Z1,Z2 là phản lực pháp tuyến ở bánh xe trước và sau.
f1,f2 là hệ số cản lăn ở bánh xe trước và sau.
Giá trị của Ff :

-

Ff = (Z1 + Z2)f = fGcosα. ( với điều kiện hệ số cản lăn f1 = f2 = f)
Trong đó: α là góc dốc của mặt đường.
+ Fw: Lực cản khơng khí (Fw = 0.625.Cx.S.v2 - với Cx là hệ số cản gió của xe, S là
diện tích cản gió của xe, v là vận tốc tức thời của xe)
+ Fj: Lực quán tính của xe (Fj = δi.m.j - với δi là hệ số tính đến ảnh hưởng của các
khối lượng chuyển động quay, j là gia tốc chuyển động tịnh tiến của xe).
+ Mf1, Mf2: momen cản lăn của bánh xe: có giá trị tương đối nhỏ nên ta có thể bỏ
qua
+ Các phản lực pháp tuyến Z1, Z2 từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe tại cầu
trước và cầu sau dưới tác dụng của các lực kể trên.
Tổng của các phản lực pháp tuyến tại các bánh xe sẽ cân bằng với tải trọng pháp
tuyến của xe. Nói cách khác giá trị của phản lực pháp tuyến tại các bánh xe theo sơ đồ
một khối lượng đúng bằng giá trị của tải trọng pháp tuyến tại bánh xe đó.
Để xác định được các giá trị của tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động ta lấy
phương trình cân bằng moment tại các điểm O 1,O2, ta được giá trị của tải trọng pháp
tuyến cầu trước và cầu sau lần lượt là:

Z1 = =

(1.1a)

Z2 = =

(1.1b)

(Lực cản dốc Fi: dấu “+” sảy ra khi xe lên dốc, dấu “-“ xảy ra khi xe xuống dốc
Lực cản quán tính Fj: dấu “+” sảy ra khi xe tăng tốc, dấu “-“ xảy ra khi xe giảm tốc)
Trong đó:
-

L: là chiều dài tồn bộ của xe
a,b: là khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe trước và sau
hg :là tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao
hw :là khoảng cách từ điểm đặt lực cản của khơng khí đến mặt đường, để đơn giản
trong tính tốn ta xem hw = hg
4


- α :là góc dốc trong mặt phẳng dọc
I.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp khi xe chuyển
động thẳng có gia tốc trên đường bằng:
I.2.1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu
lực kéo ( xe tăng tốc):
Xe chuyển động trên đường bằng nên góc dốc α = 0, xe tăng tốc nên F j mang dấu
“-”. Theo công thức (1.1a) và (1.1b), tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe ở cầu trước và
cầu sau lần lượt là:

Z1 =

=

(1.2a)

Z2 =

=

(1.2b)

I.2.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu
lực phanh ( xe giảm tốc):
Xe chuyển động trên đường bằng nên góc dốc α = 0, xe giảm tốc nên Fj mang dấu
“+”. Theo công thức (1.1a) và (1.1b) tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe ở cầu trước và
cầu sau lần lượt là:
Z1p = =

(1.3a)
Z2p = =

(1.3b)

Kết luận: So với tải trọng tĩnh của xe (xe đứng yên trên đường bằng): Z 1 =

, Z2 = , sự

thay đổi tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe cầu trước và cầu sau Z 1, Z2 phụ thuộc vào
các yếu tố:

-

Độ dốc của mặt đường α:
+ Khi xe lên dốc nếu α tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
+ Khi xe lên dốc nếu α tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
Gia tốc chuyển động thẳng j:
+ Khi xe tăng tốc nếu gia tốc j tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
+ Khi xe giảm tốc nếu gia tốc j tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
Vận tốc v của xe: Khi vận tốc xe tăng thì giá trị của Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
Khối lượng của xe m.
Tọa độ trọng tâm của xe hg.
Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay δi.
Hệ số cản gió của xe Cx
Diện tích cản gió của xe S
Trong đó, ảnh hưởng của yếu tố gia tốc chuyển động thẳng đến sự thay đổi tải

trọng pháp tuyến là mục tiêu nghiên cứu.
5


CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP
TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG CĨ GIA TỐC TỚI TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC
VÀ ỔN ĐỊNH CỦA XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG
Trong thực tế, mối quan tâm chính của chúng ta là khả năng chuyển động (tính
động lực học của xe) và tính ổn định của xe khi chuyển động (nhiệm vụ chính của xe là
chuyển động và đảm bảo tính an tồn khi chuyển động). Vì vậy, trong phần này chúng ta
nghiên cứu các ảnh hưởng của sự phân bố của tải trọng pháp tuyến được phân tích ở phần
1 đến các tính chất này của xe.
2.1 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc
đến động lực học chuyển động của xe:

2.1.1
Động lực học kéo của xe:
2.1.1.1. Phương trình cân bằng lực kéo:
Xét trường hợp tổng quát, xe chuyển động trên đường dốc, với vận tốc lớn và
không ổn định (có gia tốc).
Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động dùng để khắc phục các lực cản chuyển
động. Biểu thức cân bằng giữa lực kéo và lực cản chuyển động gọi là phương trình cân
bằng lực kéo.
Xét trường hợp tổng quát, ta có:
Fk = Ff ± Fi + Fw ± Fj
Với Fi: dấu (-) xảy ra khi xe xuống dốc, Fj: dấu (-) xảy ra khi xe giảm tốc.
Thay giá trị cụ thể của các lực (được phân chỉ ra ở phần 1) vào biểu thức ta có:
fGcosα ± Gsinα + 0.625CxSv02 ± mδjj

(2.1)

2.1.1.2. Phương trình cân bằng công suất:
6


Công suất do động cơ sinh ra một phần đã tiêu hao do ma sát trong hệ thống
truyền lực, phần còn lại dùng để khắc phục các lực chuyển động. Biểu thức cân bằng giữ
công suất động cơ phát ra và cơng suất cản kể trên gọi là phương trình cân bằng công
suất của ô tô khi chuyển động:
Pe = Pt + Pf ± Pi + Pw ± Pj
Trong đó:
Pe: Công suất do động cơ phát ra.
Pt: Công suất tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền lực.
Pf: Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn Pf = Ff.v (với v là vận tốc).
Pi: Công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc. Pi = Fi.v.

Pw: Công suất tiêu hao để thắng lực cản khơng khí. Pw = Fw.v.
Ở công suất Pi: dấu “+” dùng khi xe lên dốc, dấu “-” dùng khi xe xuống dốc.
Ở công suất Pj: dấu “+” dùng khi xe tăng tốc, dấu “-” dùng khi xe giảm tốc.
Nếu xét tại các bánh xe chủ động thì phương trình cân bằng cơng suất có dạng sau:
Pk = Pe – Pt = Pf ± Pi + Pw ± Pj
Với Pk là công suất của động cơ đã truyền đến các bánh xe chủ động.
Pk = Pe – Pt = Pe.�


Pt = Pe(1 – �)

Với � là hiệu suất truyền động của xe.
2.1.2. Các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe khi khơng tính đến trượt:
Trong phần này ta sẽ phân tích theo điều kiện giới hạn về đặc tính của động cơ, bỏ
qua điều kiện giới hạn bám - sự trượt đối với tất cả các trường hợp:
2.1.2.1. Xác định giá trị vận tốc cực đại Vmax:
Để xe đạt được giá trị vận tốc cực đại, ta cần có các điều kiện giả thiết: xe chuyển
động trên đường bằng (Fi = 0), xe chuyển động với tốc độ ổn định (F j = 0), động cơ làm
việc ở chế độ công suất cực đại (Pev = Pep), xe chuyển động ở tay số cao nhất (itl = itln) và
bỏ qua sự trượt.
Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:

Fkv = = mgf + 0.63Cxv2maxS

vmax =
2.1.2.2. Xác định giá trị gia tốc cực đại Jmax:

(2.2)

7

Để xe đạt được giá trị gia tốc cực đại (khả năng tăng tốc), ta cần có các điều kiện
giả thiết: xe chuyển động trên đường bằng (F i = 0), xe chuyển động với vận tốc nhỏ (F w =
0), động cơ làm việc ở chế độ momen xoắn cực đại (M ej = MeM), xe chuyển động ở tay số
một (itl = itlI) và bỏ qua sự trượt.
Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:
Fkj = = mgf + mδjjmax
Để tiện cho việc phân tích ảnh hưởng của phản lực pháp tuyến ta đưa phương trình
về dạng gia tốc cực đại phụ thuộc vào lực kéo (jmax = f(Fk)):
jmax =

(2.3)

2.1.2.3. Xác định giá trị độ dốc cực đại imax:
Để xe đạt được độ dốc cực đại mà xe có thể leo, ta cần có các điều kiện giả thiết:
xe chuyển động với tốc độ ổn định (Fj = 0), ), xe chuyển động với vận tốc nhỏ (F w = 0),
động cơ làm việc ở chế độ momen xoắn cực đại (M ei = MeM), xe chuyển động ở tay số
một (itl = itlI) và bỏ qua sự trượt.
Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:
Fki = = mgfcosαmax + mgsinαmax
Hay

= fcosαmax + sinαmax

(2.4)

Biến đổi phương trình ta nhận được:
= fcosαmax + sinαmax = + =
(với tgαmax = imax)

Tiếp tục biến đổi ta được phương trình cân bằng bậc hai đối với độ dốc lớn nhất i max:
Nghiệm imax dương của phương trình trên chính là độ dốc cực đại cần tìm.
2.1.3. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến đến các thông số vận tốc, gia
tốc và độ dốc cực đại của xe:
2.1.3.1. Khái niệm về sự bám và trượt:
+ Khả năng bám:
Điều kiện để các bánh xe chuyển động được là ở các bánh xe chủ động phải có
moomen xoắn chủ động truyền đến và tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường
phải có độ bám nhất định. Nếu độ bám nhỏ thì bánh xe có thể bị trượt quay khi bánh xe
có momen chủ động lớn hoặc bánh xe bị trượt lết khi bánh xe có momen phanh lớn.

8


Như vậy, khả năng bám là khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (lực kéo hoặc lực
phanh) của mặt đường.
+ Hệ số bám:
Độ bám giữa bánh xe và mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám. Tùy theo chiều
của phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe mà hệ số bám có tên gọi khác nhau. Nếu
xét khả năng bám theo chiều dọc thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc �x và được
định nghĩa như sau:

�x =
Fkmax Lực kéo tiếp tuyến cực đại giữa bánh xe và mặt đường.
Gb Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe (được gọi là trọng lượng bám)
Nếu xét khả năng bám theo chiều ngang thì hệ số bám được gọi là hệ số bám
ngang �y và được định nghĩa như sau:

�y =
Ybmax Là phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên bánh xe.

Thông thường ta sử dụng hệ số bám dọc nên nó có thể được ký hiệu đơn giản là �.
Hệ số bám giữ bánh xe và mặt đường phụ thuộc vào nguyên liệu làm đường,
nguyên liệu chế tạo lốp, tình trạng mặt đường, kết cấu hoa lốp, tải trọng tác dụng lên
bánh xe,….
+ Lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
Nếu Zb là tổng phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thì:
Zb = G.cosα
Lúc đó tổng lực bám dọc tại các bánh xe được xác định như sau:
F�x=�xZb
Để cho bánh xe chủ động không bị trượt quay, lực kéo cực đại tại bánh xe đó phải
nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc giữ bánh xe và mặt đường:
Fkmax≤ F�x
Khi dưới bánh xe có phản lực ngang tác dụng, khả năng bám theo chiều ngang
được thể hiện qua lực bám ngang:
F�y=�yZb

9


Để cho bánh xe không bị trượt ngang, phản lực ngang cực đại phải nhỏ hơn hoặc
bằng lực bám ngang:
ykmax≤ F�y
Nhận xét: Lực kéo tiếp tuyến: Fk = dùng để khắc phục các lực cản để ô tô chuyển
động được, lực kéo càng lớn thì ơ tơ chạy càng nhanh lên dốc càng cao và tăng t ốc càng
nhanh. Tuy nhiên, Fk khơng thể lớn tùy ý bởi vì nó còn bị hạn chế bởi khả năng bám giữa
bánh xe và mặt đường. Khi lực kéo hoặc lực phanh từ bánh xe truyền xuống vượt quá giớ
hạn bám, bánh xe sẽ bị trượt lăn hoặc trượt lết.
Như vậy khả năng bám ảnh hưởng đến giới hạn động lực học của ô tô.
Với điều kiện bám:
+ Fk ≤ = Z.�

đối với lực kéo.

+ Fp ≤ Fpmax = Z.�

đối với lực phanh.

Z là phản lực pháp tuyến của bánh xe tương ứng ( bánh chủ động ở trường hợp kéo
hoặc bánh xe chịu lực phanh ở trường hợp phanh.)
Việc thay đổi phản lực pháp tuyến Z sẽ làm thay đổi giới hạn bám của bánh xe với
mặt đường.
2.1.3.2. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi đạt đến giá trị vận tốc cực
đại của xe vmax (đường bằng, tay số cao, chuyển động ổn định):

10