Bài giảng Lý thuyết ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: LÝ THUYẾT Ô TÔ SỐ TÍN CHỈ: 02 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Hưng Yên - 2015 1 PHẦN 1: ĐỘNG LỰC HỌC ÔTÔ Chương 1: ĐỘNG LỰC HỌC ÔTÔ TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG 1.1. Các trạng thái động lực học ôtô : 1.1.1. Khái niệm động lực học ôtô. Động lực học của ôtô là xác định được lực và mô men tác động lên ôtô và quan trọng hơn cả là tác động lên bánh xe chủ động để ô tô có thể chuyển động được. Lịch sử phát triển ngành ô tô đã chứng kiến nhiều loại động cơ khác nhau dùng trên ô tô máy kéo, nhưng hiện nay nguồn động lực chính dung trên ô tô máy kéo vẫn là động cơ đốt trong loại piston. Vì vậy xác định được lực hoặc mômen tác dụng lên các bánh xe chủ động của ô tô máy kéo cần phải nghiên cứu đường đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong loại piston. Đường đặc tính tốc độ của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất có ích Ne, mômen xoắn có ích Me, tiêu hao nhiên liệu trong một giờ GT và suất tiêu hao nhiên liệu ge theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc  của trục khuỷu. Có hai loại đường đặc tính tốc độ của động cơ: - Đường đặc tính tốc độ cục bộ. - Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài của động cơ. Đường đặc tính tốc độ động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên bệ thử. Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thử ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là mở bướm ga hoàn toàn đối với động cơ xăng hoặc đặt thanh răng của bơm cao áp ứng với chế độ cấp nhiên liệu hoàn toàn đối với động cơ diesel chúng ta nhận được đường đặc tính ngoài của động cơ. Nếu bướm ga hoặc thanh răng đặt ở các vi trí trung gian sẽ nhận được các đường đặc tính cục bộ. Như vậy với mỗi động cơ đốt trong sẽ có một đường đặc tính tốc độ ngoài và vô số đường đặc tính cục bộ tùy theo vị trí của bướm ga hoặc thanh răng. 1.1.2. Các trạng thái động lực học ôtô. 1.1.2.1. Ôtô chuyển động thẳng. 2 Khi « t« chuyÓn ®éng trªn ®-êng trong nhiÒu tr-êng hîp kh¸c nhau: chuyÓn ®éng lªn dèc, xuèng dèc, trªn ®-êng n»m ngang, chuyÓn ®éng trong ®iÒu kiÖn thêi tiÕt vµ t×nh tr¹ng mÆt ®-- êng thay ®æi Sau ®©y ta xÐt tr-êng hîp tæng qu¸t lµ khi « t« chuyÓn ®éng lªn dèc, kh«ng æn ®Þnh vµ cã kÐo theo mãc, mét cÇu chñ ®éng Ta cã s¬ ®å lùc vµ m«men t¸c dông lªn b¸nh xe trong tr-êng hîp tæng qu¸t ®-îc biÎu thÞ trªn h×nh vÏ sau: H×nh 1.1: S¬ ®å lùc t¸c dông lªn « t« khi chuyÓn ®éng lªn dèc trong tr-êng hîp tæng qu¸t Trong qu¸ tr×nh « t« chuyÓn ®éng c¸c ph¶n lùc th¼ng gãc tõ ®-êng t¸c dông lªn b¸nh xe lu«n thay ®æi theo c¸c ngo¹i lùc vµ m«men t¸c dông lªn chóng TrÞ sè cña c¸c ph¶n lùc vµ m«men nµy ¶nh h-ëng ®Õn chØ tiªu kü thuËt cña « t«: - ChÊt l-îng kÐo vµ b¸m - ChÊt l-îng phanh - TÝnh æn ®Þnh, tuæi thä cña c¸c chi tiÕt, c¸c côm chi tiÕt Sau ®©y ta sÏ x¸c ®Þnh c¸c ph¶n lùc trong c¸c tr-êng hîp. a. Tr-êng hîp tæng qu¸t Trªn h×nh vÏ ta thÊy khi « t« chuyÓn ®éng lªn dèc sÏ chÞu t¸c dông cña c¸c lùc vµ m«men sau: 3 - Träng l-îng toµn bé cña xe G - C¸c lùc c¶n: lùc c¶n l¨n Pf, lùc c¶n kh«ng khÝ P , lùc c¶n qu¸n tÝnh Pj, lùc c¶n ë mãc kÐo Pm vµ chÞu t¸c dông cña lùc kÐo Pk - C¸c m«men: m«men xco¾n chñ ®éng Mk, m«men c¶n l¨n Mf, m«men qu¸n tÝnh Mj - Ph¶n lùc th¼ng gãc Z1, Z2 Z1, Z2 cã ®iÓm ®¨t t¹i giao g÷a ®-êng th¼ng ®øng qua t©m trôc b¸nh xe víi mÆt ®-êng vµ m«men c¶n l¨n Mf X¸c ®Þnh ph¶n lùc th¼ng gãc ë b¸nh xe tr-íc: ViÕt ph-¬ng tr×nh m«men ®èi víi ®iÓm A  MA = Z1L + Ph + (Pi + Pj)hg - Gbcos + Pmhm + Mf1 + Mf2 + Mj1 + Mj2 = 0; (1.1) Trong ®ã: G: träng l-îng toµn bé cña xe L: chiÒu dµi c¬ së cña xe a, b: kho¶ng c¸ch tõ träng t©m ®Õn trôc b¸nh xe tr-íc vµ sau: hg: täa ®é chiÒu cao träng t©m cña xe h: kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®Æt lùc c¶n cña kh«ng khÝ ®Õn mÆt ®-êng Trong tÝnh to¸n ®Ó ®¬n gi¶n coi h  hg hm: kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®Æt lùc kÐo mãc ®Õn mÆt ®-êng : gãc dèc cña ®-êng trong mÆt ph¼ng däc Pi : lùc c¶n lªn dèc, Pi = G sin Pj: lùc c¶n qu¸n tÝnh khi xe chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh Pm: lùc c¶n ë mãc kÐo Z1, Z2: hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc th¼ng gãc tõ ®-êng t¸c dông lªn b¸nh xe cÇu tr-íc vµ b¸nh xe cÇu sau Mj1, Mj2: m«men c¶n qu¸n tÝnh cña b¸nh xe cÇu tr-íc, sau; th-êng trÞ sè cña nã nhá nªn cã thÓ bá qua Mf1, Mf2: m«men c¶n l¨n cña b¸nh xe cÇu tr-íc vµ sau 4 Ta cã: Mf1 + Mf2= Mf = Gfrbcos (1.2) Khi xe kÐo theo mãc, lùc c¶n ë mãc kÐo ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Pm = Gm(fcos  sin ) (1.3) Gm: träng l-îng toµn bé cña mãc Thay thÕ (1.2), (1.3) vµo (1.1) ta ®-îc: 0coscos)sin(1   bmmgjg GfrhPGbhPGhPLZ L hPhPPGfrbG Z mmgjb   )sin()(cos 1  (1.4) X¸c ®Þnh ph¶n lùc th¼ng gãc ë b¸nh xe sau Z2: T-¬ng tù ta viÕt ph-¬ng tr×nh m«men ®èi víi ®iÓm B hoÆc c©n b»ng lùc theo ph-¬ng th¼ng ®øng Ta x¸c ®Þnh ®-îc Z2 nh- sau: L hPhPPGfraG Z mmgjb   )sin()(cos 2  (1.5) b. Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, không kéo móc H×nh 1.2: S¬ ®å lùc t¸c dông lªn b¸nh xe ë tr-êng hîp nµy ta cã ngay ®iÒu kiÖn sau: Xe chuyÓn ®éng æn ®Þnh nªn Pj=0; kh«ng kÐo mãc nªn Pm=0 vµ xe chuyÓn ®éng trªn ®-êng b»ng =0 nªn Pi=0 5 §Ó x¸c ®Þnh c¸c hîp lùc Z1 vµ Z2 ta chØ viÖc lËp ph-¬ng tr×nh m«men ®èi víi ®iÓm A vµ B råi rót gän ta cã: 0... 211  bGMMhPLZm ffA  (1.6) §Ó dÔ tÝnh to¸n coi: cos... 21 bfff rfGMMM  mµ  =0 bf rfGM .. thay vµo ph-¬ng tr×nh (1.4), ta cã: 0.....1  bGrfGhPLZ b L hPrfbG Z b  .).( 1   (1.7) T¬ng tù x¸c ®Þnh ®-îc : L hPrfaG Z b  .).( 2   (1.8) c. Trường hợp xe đứng yên trên đường nằm ngang Xe ®øng yªn trªn ®-êng n»m ngang ta cã: = 0 vµ Pf=0, 0fM Rót gän ta ®-îc biÓu thøc: L bG Z . 1  ; (1.9) L aG Z . 2  ; (1.10) d. Trường hợp xe chuyển động lên dốc, không thay đổi vận tốc và có kéo móc V× xe chuyÓn ®éng æn ®Þnh nªn 0jP (j=0) ThÕ vµo ph-¬ng tr×nh (1.4), (1.5) ta cã: L hPhPGrfbG Z mmgb .).sin().(cos. 2    (1.11) L hPhPGrfbG Z mmgb .).sin().(cos. 1    (1.12) NhËn xÐt: 6 Qua sù tÝnh to¸n c¸c tr-êng hîp trªn ta thÊy r»ng: sù ph©n bè t¶i träng lªn c¸c b¸nh xe chñ yÕu phô thuéc vµo to¹ ®é träng t©m cña xe. To¹ ®é träng t©m cã ¶nh h-ëng lín ®Õn: - ChÊt l-îng b¸m cña b¸nh xe víi mÆt ®-êng - TÝnh æn ®Þnh cña xe - TÝnh dÉn h-íng cña xe 1.1.2.2. Ôtô chuyển động quay vòng S¬ ®å nghiªn cøu biÓu thÞ trªn h×nh 1.3 H×nh 1.3: S¬ ®å lùc vµ m«men t¸c dông lªn b¸nh xe khi « t« quay vßng trªn ®-êng nghiªng ngang Khi « t« chyÓn ®éng trªn ®-êng nghiªng ngang sÏ chÞu c¸c lùc vµ m«men sau: - Träng l-îng cña xe ®Æt t¹i träng t©m G - Lùc kÐo ë mãc kÐo Pm cã: + Ph-¬ng: trïng víi ph-¬ng ngang cña mÆt ®-êng + ChiÒu: ng-îc chiÒu chuyÓn ®éng 7 + §iÓm ®Æt: t¹i vÞ trÝ ®Æt mãc - Lùc ly t©m xuÊt hiÖn khi « t« quay vßng : ký hiÖu ltP R v g G Plt 2 . (1.13) Trong ®ã: v: vËn tèc chuyÓn ®éng cña xe R: b¸n kÝnh quay vßng g: gia tèc träng tr-êng Gäi : - : gãc nghiªng cña mÆt ®-êng - Z’1, Z’’1 vµ Z’2, Z’’2 lµ c¸c ph¶n lùc th¼ng gãc cña ®-êng t¸c dông lªn b¸nh ph¶i vµ bªn tr¸i ë cÇu tr-íc vµ cÇu sau - Y’1, Y’’1 vµ Y’2, Y’’2 lµ c¸c ph¶n lùc ngang tõ ®-êng t¸c dông lªn b¸nh xe bªn ph¶i vµ bªn tr¸i ë cÇu tr-íc vµ cÇu sau - C lµ chiÒu réng c¬ së cña xe - YY trôc quay vßng - Mjn lµ m«men c¸c lùc qu¸n tÝnh tiÕp tuyÕn c¸c phÇn quay cña ®éng c¬ vµ cña hÖ thèng truyÒn lùc, t¸c dông trong mÆt ph¼ng ngang. §Ó x¸c ®Þnh trÞ sè cña c¸c ph¶n lùc bªn tr¸i, ta lËp ph-¬ng tr×nh c©n b»ng m«men ®èi víi ®iÓm O1 (O1 lµ giao tuyÕn cña mÆt ®-êng víi mÆt ph¼ng th¼ng ®øng qua trôc b¸nh xe bªn ph¶i). Ta cã: 0.sin. 2 cos.. 2 .sin..cos. 2 .sin.'.'1  ggllmmjnmo hG C GhCOSP C PhPM C PCZm  VËy:                           sin 2 cossin 2 cossincos 2 1 '' C hPM C hPh C G C Z gljnmmg (1.14) 8 T-¬ng tù ta lËp ph-¬ng tr×nh c©n b»ng m«men ®èi víi ®iÓm O2 (O2 lµ giao tuyÕn cña mÆt ®-êng víi mÆt ph¼ng th¼ng ®øng qua trôc cña b¸nh xe bªn tr¸i). Ta cã:                           sin 2 cossin 2 cossincos 2 1 ' C hPM C hPh C G C Z gljnmmg (1.15) Muèn x¸c ®Þnh ph¶n lùc ngang Y1, ta chØ viÖc lËp ph-¬ng tr×nh m«men ®èi víi ®iÓm A (A lµ giao tuyÕn cña mÆt ®-êng víi mÆt ph¼ng th¼ng ®øng qua trôc b¸nh xe sau). Ta cã: L lPbPGb YYY mml  coscossin'' 1 ' 11   ; (1.16) T-¬ng tù nh- trªn, ta lËp ph-¬ng tr×nh m«men ®èi víi ®iÓm B (B lµ giao tuyÕn cña ®-êng víi mÆt ph¼ng th¼ng ®øng ®i qua trôc b¸nh xe tr-íc) ®Ó x¸c ®Þnh ph¶n lùc ngang Y2. L LlPaPGa YYY mml  cos)(cossin'' 2 ' 22   ; (1.17) Trong ®ã: Y1: Ph¶n lùc ngang cña ®-êng t¸c dông lªn c¸c b¸nh xe tr-íc. Y2: Ph¶n lùc ngang cña ®-êng t¸c dông lªn c¸c b¸nh xe sau. lm: Kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®Æt lùc kÐo mãc ®Õn ®iÓm A (vÕt tiÕp xóc) 1.2. Lực kéo tiếp tuyến (lực đẩy ôtô chuyển động) Công suất của động cơ được truyền đến bánh xe chủ động của ô tô qua hệ thống truyền lực. Khi truyền như vậy, công suất bị tổn hao do ma sát trong hệ thống truyền lực và công suất ở bánh xe chủ động sẽ nhỏ hơn công suất của động cơ phát ra. Công suất ở bánh xe chủ động được thể hiện qua hai thông số là mômen xoắn và số vòng quay của bánh xe chủ động. Nhờ có mômen xoắn truyền đến bánh xe chủ động và nhờ có sự tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường cho nên tại vùng tiếp xúc của bánh xe chủ động và mặt đường sẽ phát sinh lực kéo tiếp tuyến hướng theo chiều chuyển động. Lực kéo tiếp tuyến Pk chính là lực mà mặt đường tác dụng lên bánh xe. 1.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực Tû sè truyÒn cña hÖ thèng truyÒn lùc ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: b e b e t n n i    (1.18) 9 Trong ®ã: it : tû sè truyÒn cña hÖ thèng truyÒn lùc ne, e : sè vßng quay vµ tèc ®é gãc cña trôc khuûu bbn , : sè vßng quay vµ tèc ®é gãc cña b¸nh xe chñ ®éng XÐt vÒ mÆt kÕt cÊu tû sè truyÒn ®-îc x¸c ®Þnh: copht iiiii ... (1.19) Trong ®ã : ih : tû sè truyÒn cña hép sè chÝnh ip : tû sè truyÒn cña hép sè phô io : tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh ic : tû sè truyÒn cña truyÒn lùc cuèi cïng Hộp số chính của ô tô thường có nhiều cấp số, còn hộp số phụ thường có hai cấp số. Tùy theo vị trí cần gạt số ở hộp số chính và hộp số phụ mà chúng ta có các tỷ số truyền it khác nhau của hệ thống truyền lực. 1.2.2. Hiệu suất của hệ thống truyền lực Trong qu¸ tr×nh «t« lµm viÖc c«ng suÊt cña ®éng c¬ truyÒn ®Õn b¸nh xe chñ ®éng sÏ bÞ mÊt m¸t do: - Ma s¸t cña c¸c chi tiÕt trong hÖ thèng truyÒn lùc - Sù khuÊy dÇu - DÉn ®éng phô Cho nªn c«ng suÊt t¹i b¸nh xe chñ ®éng lu«n nhá h¬n c«ng suÊt cña ®éng c¬ C«ng suÊt truyÒn ®Õn b¸nh xe chñ ®éng sÏ lµ : tek NNN  (1.20) Trong ®ã : Nk : c«ng suÊt truyÒn ®Õn b¸nh xe chñ ®éng 10 Nt : c«ng suÊt tiªu hao do ma s¸t vµ khuÊy dÇu trong hÖ thèng truyÒn lùc hay dÉn ®éng phô HiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt truyÒn tíi b¸nh chñ ®éng Nk vµ c«ng suÊt h÷u Ých cña ®éng c¬ Ne, ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: e t e te e k t N N N NN N N    1 (1.21) HiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc phô thuéc vµo nhiÒu th«ng sè vµ phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña «t« nh: - ChÕ ®é t¶i träng - Tèc ®é chuyÓn ®éng - ChÊt lîng chÕ t¹o chi tiÕt - §é nhít cña dÇu b«i tr¬n - KÕt cÊu cña c¸c chi tiÕt XÐt vÒ mÆt kÕt cÊu: hiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: cocdhlt  .... (1.22) Trong ®ã: l : hiÖu suÊt cña ly hîp ( coi nh- 1) h : hiÖu suÊt cña hép sè vµ hép sè phô( nÕu cã) cd : hiÖu suÊt cña c¸c ®¨ng o :hiÖu suÊt cña cÇu chñ ®éng c : hiÖu suÊt cña truyÒn lùc cuèi cïng Th-êng hiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc t ®-îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm vµ ®-îc tr×nh bµy trªn b¶ng sau: B¶ng I-1 Lo¹i xe Gi¸ trÞ trung b×nh cña t ¤ t« du lÞch 0,93 11 ¤ t« t¶i víi truyÒn lùc chÝnh mét cÊp ¤ t« t¶i víi truyÒn lùc chÝnh hai cÊp 0,89 0,85 1.2.3. Mômen xoắn ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến Mômen xoắn của bánh xe chủ động tác dụng vào mặt đường một lực P ngược với chiều chuyển động của ô tô. Nhờ tác dụng tương hỗ giữa đường và bãnh xe cho nên bánh xe sẽ chịu một lực Pk tác dụng từ mặt đường có giá trị tương đương với lực P (Pk = P) và có chiều cùng chiều chuyển động của ô tô. Lực Pk này được gọi là lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động. Như vậy lực kéo tiếp tuyến là phản lực từ đất hoặc mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động theo chiều cùng với chiều chuyển động của ô tô. H×nh I.4: Lùc kÐo tiÕp tuyÕn cña b¸nh xe chñ ®éng - Cho «t« chuyÓn ®éng theo ph¬ng v - M k sinh ra do M e truyÒn qua i t vµ bÞ mÊt m¸t t - Cã b¸n kÝnh lµm viÖc trung b×nh cña b¸nh xe r b M«men xo¾n cña b¸nh xe chñ ®éng M k ®îc x¸c ®Þnh: - Khi «t« chuyÓn ®éng ®Òu (chuyÓn ®éng æn ®Þnh tøc v = const) ttek iMM .. (1.23) - Khi «t« chuyÓn ®éng cã gia tèc jkk MMM  ' (1.24) 12 - Khi b¸nh xe l¨n, b¸nh xe t¸c dông lªn mÆt ®êng mét lùc, ký hiÖu:P + Ph¬ng song song víi mÆt ®-êng + ChiÒu ng-îc chiÒu chuyÓn ®éng - Theo ®iÒu kiÖn c©n b»ng lùc th× mÆt ®-êng t¸c dông l¹i b¸nh xe mét lùc + Ký hiÖu lµ Pk ®îc gäi lµ lùc kÐo tiÕp tuyÕn )( PPk  + Ph-¬ng song song mÆt ®-êng + ChiÒu cïng chiÒu chuyÓn ®éng Lùc kÐo tiÕp tuyÕn Pk ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: k tcophe k k k r iiiiM r M P   (1.25) Trong ®ã: rk: b¸n kÝnh ®Æt lùc Pk, víi sai sè kh«ng lín cã thÓ lÊy b»ng b¸n kÝnh lµm viÖc cña b¸nh xe rb nghÜa lµ chuyÓn ®éng æn ®Þnh Khi ®ã ta cã: b tcophe b k k r iiiiM r M P   (1.26) NÕu chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh : jkk PPP  ' (1.27) Nhờ có lực kéo tiếp tuyến Pk mà ô tô có thể thắng lực cản chuyển động để tiến về phía trước. 1.3 Các lực cản chuyển động của ô tô Chóng ta xÐt chuyÓn ®éng cña «t« m¸y kÐo ë d¹ng tæng qu¸t. Tøc lµ khi «t« chuyÓn ®éng trªn ®-êng dèc, kh«ng æn ®Þnh vµ cã kÐo moãc. Nh- vËy «t« sÏ sù t¸c ®éng cña c¸c lùc c¶n nh-: - Lùc c¶n l¨n. - Lùc c¶n lªn dèc. - Lùc c¶n giã. 13 - Lùc c¶n qu¸n tÝnh. - Lùc c¶n ë mãc kÐo. H×nh I.5: Lùc vµ m« men t¸c dông lªn « t« chuyÓn ®éng t¨ng tèc ë trªn dèc Trong ®ã: - G : Träng l-îng toµn bé «t«. - Pk : Lùc kÐo tiÕp tuyÕn cña b¸nh xe chñ ®éng. - Pf1: Lùc c¶n l¨n ë b¸nh xe bÞ ®éng. - Pf2: Lùc c¶n l¨n ë b¸nh xe chñ ®éng. - P  : Lùc c¶n kh«ng khÝ. - Pi : Lùc c¶n lªn dèc. - Pj : lùc c¶n qu¸n tÝnh. - Pm: Lùc c¶n r¬moãc - Z1, Z2: Ph¶n lùc ph¸p tuyÕn cña mÆt ®-êng t¸c dông lªn b¸nh xe ë cÇu tríc vµ cÇu sau - Mf1, Mf2: m«men c¶n l¨n ë b¸nh xe bÞ ®éng vµ chñ ®éng. 1.3.1. Lực quán tính. Ký hiÖu lµ: Pj - Ph-¬ng: song song víi mÆt ®-êng - ChiÒu: gi¶ sö ng-îc chiÒu chuyÓn ®éng cña «t« h m 14 - §iÓm ®Æt: t¹i träng t©m cña xe - Nguyªn nh©n xuÊt hiÖn: Do «t« chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh (lóc t¨ng tèc, lóc gi¶m tèc) lµm xuÊt hiÖn lùc qu¸n tÝnh. Lùc qu¸n tÝnh bao gåm c¸c thµnh phÇn sau: - Lùc qu¸n tÝnh do gia tèc c¸c khèi l-îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña « t« P'j - Lùc qu¸n tÝnh do gia tèc c¸c khèi l-îng chuyÓn ®éng quay cña « t« Pj'' VËy khi « t« chuyÓn ®éng lùc qu¸n tÝnh ®-îc x¸c ®Þnh : => Pj = Pj' + Pj'' (1.28) Ta cã: j g G Pj  ' (1.29) Trong ®ã : G: träng l-îng toµn bé cña « t« dt dv j  : gia tèc tÞnh tiÕn cña « t« X¸c ®Þnh Pj'': §Ó x¸c ®Þnh Pj'' ta cÇn ph¶i tÝnh ®-îc m«men xo¾n truyÒn ®Õn b¸nh xe chñ ®éng khi « t« chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh. - Khi «t« chuyÓn ®éng æn ®Þnh th× m«men xo¾n t¸c dông lªn b¸nh xe chñ ®éng lµ: ttek iMM  (1.30) - Khi « t« chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh th× m«men xo¾n t¸c dông lªn b¸nh xe chñ ®éng lµ: bbnnnntteettek IiIiIiMM   ' (1.31) Trong ®ã: Ie: m«men qu¸n tÝnh cña b¸nh ®µ ®éng c¬ vµ c¸c chi tiÕt quay kh¸c cña ®éng c¬ quy dÉn vÒ trôc khuûu 15 In: m«men qu¸n tÝnh cña chi tiÕt quay thø n cña hÖ thèng truyÒn lùc víi trôc quay cña chÝnh nã Ib: m«men qu¸n tÝnh cña 1 b¸nh xe chñ ®éng ®èi víi trôc quay cña nã e : gia tèc gãc cña trôc khuûu n : gia tèc gãc cña chi tiÕt quay thø n cña hÖ thèng truyÒn lùc b : gia tèc gãc cña b¸nh xe chñ ®éng it: tû sè truyÒn cña hÖ thèng truyÒn lùc in: tû sè truyÒn tÝnh tõ chi tiÕt quay thø n cña hÖ thèng truyÒn lùc tíi b¸nh xe chñ ®éng t : hiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc n : hiÖu suÊt tÝnh tõ chi tiÕt quay thø n cña hÖ thèng truyÒn lùc tíi b¸nh xe chñ ®éng Gia tèc gãc cña c¸c chi tiÕt x¸c ®Þnh tõ gia tèc tÞnh tiÕn cña «t«: b t b tbb tbe r i j r ir dt d i  .   (1.32) b n b nbb nbn r i j r ir dt d i  .   (1.33) bb bb b r j r r dt d 1 .    (1.34) ë ®©y: b: tèc ®é gãc cña b¸nh xe chñ ®éng rb: b¸n kÝnh lµm viÖc trung b×nh cña b¸nh xe Thay (I.41), (I.41), (I.42) vµo ph-¬ng tr×nh (I.39) ta ®-îc: b b b n nnn b t ttettek r jI r i jiI r i jiIiMM 1'   16          b b b nnn b tte ttek r I r iI r iI jiMM   22 ' (1.35) Gäi Mj lµ m«men cña lùc qu¸n tÝnh cña c¸c chi tiÕt quay khi « t« chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh ®-îc quy dÉn vÒ trôc b¸nh xe chñ ®éng Mj: cã chiÒu ng-îc víi chiÒu cña gia tèc gãc cña b¸nh xe chñ ®éng vµ ®-îc x¸c ®Þnh:           b bnnntte j r IiIiI jM  22 (1.36) Nh- vËy Mj lµ m«men cña c¸c lùc qu¸n tÝnh cña c¸c chi tiÕt quay trong ®éng c¬, trong hÖ thèng truyÒn lùc ®-îc quy dÉn vÒ trôc b¸nh xe chñ ®éng kÓ c¶ m«men cña c¸c lùc qu¸n tÝnh cña c¸c b¸nh xe chñ ®éng khi « t« m¸y kÐo chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh. CÇn chó ý r»ng m«men nµy lu«n cã chiÒu ng-îc víi chiÒu gia tèc gãc cña b¸nh xe chñ ®éng. Suy ra: jkk MMM  ' => Lùc qu¸n tÝnh cña c¸c khèi l-îng quay Pj'' ®-îc x¸c ®Þnh: 2 22 " b bnnntte b j j r IiIiI j r M P    (1.37) Do khèi l-îng cña c¸c chi tiÕt quay cña hÖ thèng truyÒn lùc nhá h¬n khèi l-îng b¸nh ®µ vµ khèi l-îng b¸nh xe cho nªn m«men qu¸n tÝnh cña chóng cã thÓ bá qua Suy ra: j r IiI P b btte j 2 2 "   (1.38) Tõ ®ã ta suy ra: j g G g Gr IiI P j r IiI j g G PPP b btte j b btte jjj           2 2 2 2 "' 1   (1.39) §Æt i : hÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h-ëng cña c¸c khèi l-îng vËn ®éng quay vµ ®-îc biÓu thÞ: 17 g Gr IiI b btte i 2 2 1     (1.40) Suy ra: j g G P ij  (1.41) - Trong thùc tÕ ng-êi ta x¸c ®Þnh i theo c«ng thøc : 2 2 11   hi i (1.42) ë ®©y: 22 2 2 1 ; b b b toe Gr Ig Gr giI       (1.43) vµ gi¸ trÞ gÇn ®óng cña chóng lµ: 2 21 05,005,105,0 hi i  (1.44) 1.4. Lực cản gió. Khi xe chuyÓn ®éng th× sÏ g©y ra ma s¸t gi÷a c¸c phÇn tö kh«ng khÝ víi bÒ mÆt xe. Do ®ã sÏ ph¸t sinh lùc c¶n kh«ng khÝ P . Lùc c¶n kh«ng khÝ ®Æt t¹i t©m cña diÖn tÝch c¶n chÝnh diÖn cña «t« c¸ch mÆt ®-êng mét ®é cao h (h×nh 1.6). Thùc nghiÖm chøng tá lùc c¶n kh«ng khÝ cña « t« m¸y kÐo ®-îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: P = K.F.v 2 0 (1.45) Trong ®ã: - K: HÖ sè c¶n kh«ng khÝ, nã phô thuéc vµo d¹ng «t«, chÊt l-îng bÒ mÆt, mËt ®é kh«ng khÝ (N.s 2 /m 4 ) - F: DiÖn tÝch c¶n chÝnh diÖn cña «t« hay m¸y kÐo, nghÜa lµ diÖn tÝch h×nh chiÕu cña « t« m¸y kÐo trªn mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi trôc däc cña chóng (m 2 ) 18 - v0: VËn tèc t¬ng ®èi cña «t« so víi kh«ng khÝ (m/s) HÖ sè c¶n kh«ng khÝ K cña « t« m¸y kÐo thay ®æi trong kho¶ng ph¹m vi réng tïy theo d¹ng khÝ ®éng cña chóng. ¤ t« vËn t¶i vµ m¸y kÐo th-êng cã d¹ng khÝ ®éng xÊu. C¸c m¸y kÐo n«ng nghiÖp th-êng cã tèc ®é thÊp cho nªn lùc c¶n kh«ng khÝ kh«ng ®¸ng kÓ vµ cã thÓ bá qua. §èi víi « t«, nhÊt lµ « t« du lÞch cã tèc ®é chuyÓn ®éng cao cho nªn lùc c¶n kh«ng khÝ kh¸ lín. §Ó x¸c ®Þnh hÖ sè c¶n kh«ng khÝ K cña c¸c lo¹i «t« ®· ®-îc thiÕt kÕ ng-êi ta sö dông s¬ ®å dïng èng khÝ ®éng nh- sau: H×nh 1.6: S¬ ®å dïng èng khÝ ®éng ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè c¶n K cña c¸c lo¹i «t« ®· ®îc thiÕt kÕ 1. èng khÝ ®éng; 5. Qu¶ c©n; 2. §éng c¬ ®iÖn; 6. MiÖng híng giã; 3. Qu¹t giã; 7. §ång hå ®o tèc ®é luång khÝ 4. ¤t« mÉu; Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh nh- sau: ¤t« mÉu ®-îc lµm gièng hÖt «t« ®· thiÕt kÕ nh-ng cã kÝch th-íc nhá h¬n. Treo «t« mÉu 4 trong èng khÝ ®éng 1, khi ®éng c¬ ®iÖn 2 lµm viÖc qu¹t 3 quay sÏ hót giã t¹o ra luång kh«ng khÝ thæi qua èng khÝ ®éng. Nhê miÖng h-íng giã 6 vµ kÕt cÊu d¹ng èng khÝ ®éng, luång kh«ng khÝ ®i qua «t« mÉu sÏ t¨ng tèc ®é lªn rÊt lín. Qua tèc ®é quay cña ®éng c¬ ®iÖn vµ kÕt cÊu d¹ng c¸nh qu¹t ta cã thÓ biÕt ®-îc tèc ®é luång khÝ t¹i tiÕt diÖn ®Æt qu¹t giã v× vËy ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®-îc tèc ®é cña luång khÝ t¹i tiÕt diÖn ®Æt «t« mÉu nhê ®ång hå 7. Nh÷ng qu¶ c©n 5 dïng ®Ó ®o lùc c¶n kh«ng khÝ P. Nh- vËy mçi lÇn thay ®æi tèc ®é cña qu¹t giã ta l¹i ®îc mét gi¸ trÞ P t-¬ng øng vµ ta t×m ®îc mét gi¸ trÞ cña hÖ sè c¶n K. Qua nhiÒu lÇn nh- vËy ta sÏ x¸c ®Þnh ®-îc hÖ sè K trung b×nh cña lo¹i «t« thiÕt kÕ 19 CÇn chó ý r»ng lùc c¶n cña m«i tr-êng kh«ng khÝ phô thuéc vµo tèc ®é t-¬ng ®èi gi÷a « t« vµ kh«ng khÝ, v× vËy trong c«ng thøc 1.45 thµnh phÇn tèc ®é vo ph¶i tÝnh ®Õn ¶nh h-ëng cña giã (tèc ®é vµ chiÒu cña giã so víi tèc ®é vµ chiÒu chuyÓn ®éng cña « t«). Tèc ®é chuyÓn ®éng t-¬ng ®èi vo cña « t« sÏ b»ng: v0 = v vg (1.46) Trong ®ã: - v : lµ vËn tèc cña « t« - : lµ vËn tèc cña giã. DÊu (+) khi xe ®i ng-îc chiÒu giã vµ dÊu (-) khi xe ®i cïng chiÒu giã. TÝch sè K.F cßn ®îc gäi lµ nh©n tè c¶n kh«ng khÝ kÝ hiÖu lµ W, tÝnh theo Ns2/m2: W = K.F (1.47) Do vËy: P = w. 2 0v (1.48) ViÖc x¸c ®Þnh diÖn tÝch c¶n chÝnh diÖn rÊt khã kh¨n nªn ng-êi ta x¸c ®Þnh dùa vµo c«ng thøc gÇn ®óng sau: - ¤t« t¶i (H×nh I-6a) : F = B.H - ¤t« du lÞch (H×nh I-6b) : F = 0,8.B0.H (1.49) Trong ®ã: - B: ChiÒu réng c¬ së cña «t«. - B0: ChiÒu réng lín nhÊt cña «t«. - H: ChiÒu cao lín nhÊt cña «t«. a b gv H H - B0 20 H×nh I.6: S¬ ®å x¸c ®Þnh diÖn tÝch chÝnh diÖn cña «t« Khi xe kÐo moãc th× hÖ sè c¶n kh«ng khÝ t¨ng tõ:9% 32%, Tuú thuéc vµo c¸ch bè trÝ moãc (s¸t hoÆc xa « t« kÐo). C¸c « t« ngµy nay ch¹y víi tèc ®é cao, v× vËy ®Ó gi¶m lùc c¶n kh«ng khÝ ng-êi ta lµm d¹ng vá h×nh thoi ®Ó cã d¹ng khÝ ®éng tèt. B¶ng I-2 Lo¹i xe K(N.s 42 / m ) F( 2m ) W(N.s 22 / m ) ¤t« du lÞch: - Vá kÝn: - Vá hë: ¤t« t¶i: ¤ t« kh¸ch: ¤t« ®ua: 0,2 - 0,35 0,4 - 0,5 0,6 - 0,7 0.25 - 0,4 0.13- 0,15 1,6 - 2,8 1,5 - 2,0 3,0 - 5,0 4,5 - 6,5 1,0 - 1,3 0,3 - 0,9 0,6 - 1,0 1,8 - 3,5 1,0 - 2,6 0,13 - 0,18 Gi¸ trÞ trung b×nh cña hÖ sè c¶n kh«ng khÝ K, diÖn tÝch c¶n chÝnh diÖn F, nh©n tè c¶n kh«ng khÝ W víi c¸c lo¹i «t« kh¸c nhau ®-îc tr×nh bµy ë b¶ng I-4 1.5. Lực ở mooc kéo. Khi «t« m¸y kÐo cã mãc kÐo th× lùc c¶n mãc kÐo theo ph-¬ng n»m ngang Pm ®-îc x¸c ®Þnh nh- sau: 21 Pm = n.Q. (1.50) Trong ®ã - Q: Träng l-îng cña toµn bé mãc. - n : Sè l-îng mãc kÐo theo. -  : HÖ sè c¶n tæng céng cña ®-êng. §èi víi m¸y kÐo trong n«ng nghiÖp th× lùc c¶n lín nhÊt lµ lóc cµy: Pm = k0.a.b (1.51) Trong ®ã: - k0 : HÖ sè c¶n chÝnh diÖn cña ®Êt. - a : §é s©u cña luèng cµy. - b : ChiÒu réng lµm viÖc cña lìi cµy. HÖ sè c¶n chÝnh diÖn cña ®Êt cã gi¸ trÞ trung b×nh nh- b¶ng 1.5 B¶ng I-5 Lo¹i ®Êt )/( 20 mMNk - §Êt c¸t pha - §Êt nÆng - §Êt sÐt - §Êt rÊt nÆng 0,020 – 0,035 0,035 – 0,055 0,055 – 0,080 0,080 – 0,100 1.6. Trọng lực của ôtô: Trọng lực của ô tô được phân bổ ra hai bên cầu xe là: G1 – trọng lực phân bổ cầu trước G2 – trọng lực phân bổ cầu sau 22 Vậy, trọng lực của ô tô được tính: G = G1 + G2 Trường hợp tổng quát (khi có góc dốc của đườngα): G1 + G2 = G. Cosα 1.7. Lực cản lăn Khi bánh xe chuyển động trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt đườngvà ngược chiều với chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường. Trên hình I.5 lực cản lăn tác dụng lên bánh trước là Pf1 và lên bánh sau là Pf2. Khi xe chuyÓn ®éng th× do sù biÕn d¹ng cña lèp vµ ®-êng, do sù t¹o thµnh vÕt b¸nh xe trªn ®-êng vµ do sù ma s¸t gi÷a bÒ mÆt tiÕp xóc cña lèp vµ mÆt ®-êng mµ ph¸t sinh ra lùc c¶n l¨n. Ng-êi ta coi lùc c¶n l¨n cña «t« (Pf) lµ ngo¹i lùc t¸c dông lªn b¸nh xe: (1.52) Víi: (1.53) Trong ®ã: -f1, f2 lµ hÖ sè c¶n l¨n cña b¸nh tr-íc vµ b¸nh sau. Khi ®ã ta cã: Pf =(Z1+Z1).f = f.G.cos (1.54) Khi «t« m¸y kÐo chuyÓn ®éng trªn ®-êng n»m ngang ( 00 ) th× cos = 1 nªn: Pf = f.G (1.55) Trong ®ã: f lµ hÖ sè c¶n l¨n chung. Cần chú ý rằng hệ số cản lăn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau 1.7.1. Lực cản lăn ở bánh xe bị động Khi ô tô – máy kéo chuyển động, bề mặt của lốp tiếp xúc với mặt đường ở rất nhiều điểm và tạo thành một khu vực tiếp xúc. Do tác dụng tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường, tại khu tiếp xúc sẽ xuất hiện các phản lực riêng phần từ đường tác dụng lên bánh xe, gọi là các phản lực của đường. Các phản lực này được biểu thị dưới dạng của ba thành phần lực sau:       22 11 . . 2 1 fZP fZP f f 21 fff PPP  23  Phản lực pháp tuyến là thành phần thẳng góc với mặt đường, ký hiệu là hợp lực Z.  Phản lực tiếp tuyến tác dụng trong mặt phẳng bánh xe, ký hiệu là Pf.  Phản lực ngang nằm trong mặt phẳng của đường và vuông góc với mặt phẳng bánh xe, ký hiệu là Y.  Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng, ký hiệu là Gb và lực đẩy từ khung tác dụng lên các bánh xe, ký hiệu là Px. Sự lăn của bánh xe trên đường được trình bày trong các trường hợp sau: - Trường hợp 1: Bánh cao su lăn trên đường nhựa (bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng). - Trường hợp 2: Bánh cao su lăn trên đường đất (bánh xe đàn hồi lăn trên đường mềm). - Trường hợp 3: Bánh thép lăn trên đường đất (bánh xe cứng lăn trên đường mềm). Ở đây khái niệm cứng có nghĩa là không bị biến dạng còn khái niệm mềm là bị biến dạng. Điều đó sẽ được áp dụng vào từng trường hợp cụ thể sau đây: 1.7.1.1. Động lực học của bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng Khi ô tô – máy kéo chuyển động, bánh xe lăn và chịu tác dụng của các loại lực sau (theo sơ đồ hình 1.7): H×nh 1.7: S¬ ®å Lùc t¸c dông lªn b¸nh xe ®µn håi l¨n trªn ®-êng cøng - T¶i träng t¸c dông lªn b¸nh xe + Ký hiÖu: 1bG + Ph-¬ng: ®i qua t©m trôc 24 + ChiÒu: tõ trªn xuèng - Lùc ®Èy tõ khung ®Æt vµo t©m trôc b¸nh xe h-íng theo chiÒu chuyÓn ®éng + Ký hiÖu lµ Px + Ph-¬ng: song song víi mÆt ®-êng + ChiÒu: cïng chiÒu chuyÓn ®éng + §iÓm ®Æt: t¹i t©m trôc b¸nh xe - Hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc ph¸p tuyÕn tõ ®-êng t¸c dông lªn b¸nh xe ®Æt t¹i ®iÓm tiÕp xóc gi÷a b¸nh xe vµ ®-êng + Ký hiÖu lµ Z1 + Ph-¬ng: vu«ng gãc víi mÆt ®-êng + ChiÒu: tõ d-íi lªn + §iÓm ®Æt: t¹i t©m diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a lèp víi mÆt ®-êng - Hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc tiÕp tuyÕn + Ký hiÖu lµ Pf1 + Ph-¬ng: song song víi mÆt ®-êng + ChiÒu: ng-îc chiÒu chuyÓn ®éng cña xe + §iÓm ®Æt: t¹i t©m diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a lèp víi ®-êng Ngoµi ra cßn c¸c lùc vµ m«men ma s¸t trong æ trôc m«men qu¸n tÝnh c¸c lùc nµy cã trÞ sè nhá nªn cã thÓ bá qua. Trong tr-êng hîp nµy b¸nh xe ®µn håi sÏ bÞ biÕn d¹ng cßn mÆt ®-êng nhùa cøng coi nh- kh«ng bÞ biÕn d¹ng. Do ®ã khi b¸nh xe l¨n chØ cã c¸c phÇn tö cña lèp bÞ biÕn d¹ng c¸c phÇn tö cña lèp ë phÝa tr-íc lÇn lît tiÕp xóc víi mÆt ®-êng vµ bÞ nÐn l¹i, c¸c phÇn tö cña lèp ë phÝa sau sÏ lÇn lît ra khái khu vùc tiÕp xóc vµ phôc håi l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu nh- vËy sÏ suÊt hiÖn ma s¸t gi÷a c¸c phÇn tö cña lèp, ma s¸t gi÷a lèp vµ ®-êng vµ ph¸t sinh lùc c¶n chuyÓn ®éng. NÕu lèp cã ®é ®µn håi lý t-ëng th× n¨ng l-îng tiªu hao cho sù biÕn d¹ng cña lèp sÏ tr¶ l¹i hoµn toµn khi nã phôc håi tr¹ng th¸i ban ®Çu. Nh-ng thùc tÕ phÇn n¨ng l-îng tiªu hao cho biÕn d¹ng kh«ng ®-îc tr¶ l¹i hoµn toµn mµ mét phÇn biÕn thµnh nhiÖt to¶ ra m«i tr-êng xung quanh. Trªn h×nh 1.8 biÓu thÞ sù biÕn thiªn cña ®é biÕn d¹ng trong c¸c phÇn tö lèp (ký hiÖu lµ  l) theo t¶i träng t¸c dông (ký hiÖu lµ Gb) 25 H×nh 1.8: §å thÞ ®Æc tÝnh biÕn d¹ng cña b¸nh xe ®µn håi - Khi t¶i träng t¨ng + §é biÕn d¹ng cña lèp t¨ng theo ®êng OkA + PhÇn n¨ng l-îng tiªu hao cho sù biÕn d¹ng cña lèp ë giai ®o¹n nÐn lµ diÖn tÝch cña ®-êng OAC - Khi t¶i träng gi¶m dÇn + Lèp sÏ ®µn håi trë l¹i theo ®-êng cong AmB + N¨ng l-îng ®-îc tr¶ l¹i do sù ®µn håi cña lèp lµ diÖn tÝch h×nh BAC HiÖu sè diÖn tÝch cña hai h×nh trªn chÝnh lµ phÇn n¨ng l-îng tiªu hao do néi ma s¸t gi÷a c¸c phÇn tö cña lèp vµ ma s¸t gi÷a lèp víi ®-êng (diÖn tÝch OAB). §Ó x¸c ®Þnh trÞ sè cña lùc c¶n l¨n Pf1 (hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc tiÕp tuyÕn) vµ hÖ sè c¶n l¨n, ta chØ viÖc lËp ph-¬ng tr×nh m«men cña tÊt c¶ c¸c lùc ®èi víi t©m trôc b¸nh xe nh- sau: d f dfm r a ZP rPaZ o 1 1 11 . 0.. 1 11   (1.56) C©n b»ng lùc theo ph-¬ng th¼ng ®øng ta cã: 1111 .. 11 aGaZGZ bb  (1.57) Thay vµo (II.3) ta ®-îc: d b d f r a G r a ZP 111 11 .  (1.58) 26 Trong ®ã : r®: b¸n kÝnh ®éng lùc cña b¸nh xe; a1: kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®Æt hîp lùc Z 1 ®Õn giao ®iÓm cña ®-êng th¼ng gãc ®i qua t©m trôc b¸nh xe víi ®-êng Khi t¶i träng t¸c dông lªn b¸nh xe cµng lín, sù biÕn d¹ng cña lèp cµng t¨ng th× trÞ sè a 1 cµng t¨ng, cã nghÜa lµ tæn thÊt cho sù l¨n cña b¸nh xe cµng lín. Tæng hîp l¹i ta cã: - HÖ sè c¶n l¨n : dr a f 11  ; (1.59) - M«men c¶n l¨n : dff rPM .11  ; (1.60) - Lùc c¶n l¨n : fGfZP bf .. 11 1  ; (1.61)  NhËn xÐt: nh÷ng yÕu tè ¶nh h-ëng ®Õn lùc c¶n l¨n vµ hÖ sè c¶n l¨n lµ: - T¶i träng t¸c dông lªn b¸nh xe - VËt liÖu chÕ t¹o lèp - ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lèp vµ tÝnh chÊt c¬ lý cña ®-êng 1.7.1.2. Động lực học của bánh xe cứng lăn trên đường mềm Sơ đồ nghiên cứu như hình vẽ 1.9 Các lực tác dụng lên bánh xe cũng tương tự như ở trường hợp 1, song khác với trường hợp trên là bánh xe cứng nên không biến dạng, còn đường sẽ bị biến dạng. 27 H×nh 1.9: S¬ ®å lùc t¸c dông lªn b¸nh xe cøng l¨n trªn ®-êng biÕn d¹ng  T¶i träng th¼ng ®øng 1b G  Lùc ®Èy tõ khung t¸c dông lªn trôc b¸nh xe xP  Ph¶n lùc ph¸p tuyÕn 1Z  Ph¶n lùc tiÕp tuyÕn 1f P §Ó x¸c ®Þnh 1f P vµ 1f ta lËp ph-¬ng tr×nh m«men t¹i t©m trôc b¸nh xe 0 2 . 111    dbfm rr PaZ db f rr a ZP   11..21 (1.62) C©n b»ng lùc theo ph-¬ng th¼ng ®øng ta cã: 11 b GZ  Thay vµo (1.62) ta ®-îc : db b db f rr a G rr a ZP     111 11 .2..2 (1.63) Mµ ta cã: 11.1 fZPf  VËy: db rr a f   11 .2 (1.64) 28 Ta thÊy r»ng ë tr-êng hîp nµy mÆt ®-êng biÕn d¹ng t¹o thµnh vÕt lón do t-¬ng t¸c gi÷a mÆt ®-êng víi b¸nh xe lµm c¸c thµnh phÇn lùc ph¸p tuyÕn ph©n bè nhiÒu vÒ phÝa tr-íc vµ ®iÓm ®Æt 1Z c¸ch t©m trôc mét ®o¹n lµ 1a 1.7.1.3. Động lực học của bánh xe đàn hồi lăn trên đường biến dạng Gi¶ thiÕt r»ng c¶ ®-êng vµ b¸nh xe ®Òu bÞ biÕn d¹ng S¬ ®å lùc t¸c dông ®-îc biÓu thÞ trªn h×nh 1.10 H×nh 1.10: S¬ ®å lùc t¸c dông lªn b¸nh xe ®µn håi l¨n trªn ®-êng biÕn d¹ng Khi b¸nh xe chuyÓn ®éng chÞu t¸c dông bëi c¸c lùc: - T¶i träng th¼ng ®øng 1b G - Lùc ®Èy tõ khung t¸c dông lªn trôc b¸nh xe xP - Ph¶n lùc ph¸p tuyÕn 1Z - Ph¶n lùc tiÕp tuyÕn 1f P Trong tr-êng hîp nµy ta thÊy : - §é biÕn d¹ng cña lèp nhá h¬n tr-êng hîp II.1 - §é biÕn d¹ng cña ®-êng nhá h¬n so víi tr-êng hîp II.2  Tãm l¹i, Qua ba tr-êng hîp trªn ta ph©n tÝch thÊy: - Khi b¸nh xe ®µn håi (b¸nh cao su) l¨n trªn ®-êng cøng (®-êng nhùa) th× t¨ng ¸p suÊt trong lèp ®Ó gi¶m lùc c¶n l¨n. 29 - Khi b¸nh xe ®µn håi l¨n trªn ®-êng biÕn d¹ng th× gi¶m ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lèp ®Ó tr¸nh tæn thÊt do lùc c¶n l¨n. 1.7.2. Lực cản lăn ở bánh xe chủ động Sơ đồ khảo sát được thể hiện trên hình 1.11 Khi bánh xe lăn cũng xảy ra ba trường hợp như đối với bánh xe bị động. Ở đây ta chỉ xét một trường hợp chung là bánh xe đàn hồi lăn trên đường mềm (đường biến dạng). Ở trường hợp này cả bánh xe và đường đều bị biến dạng nhưng biến dạng của lốp sẽ nhỏ hơn so với trường hợp 1, biến dạng của đường sẽ nhỏ hơn trường hợp 2. Bánh xe sẽ chịu tác dụng của các lực và mômen sau: H×nh 1.11: S¬ ®å lùc t¸c dông lªn «t« b¸nh xe chuyÓn ®éng lªn dèc - Lùc Gb2: t¶i träng th¼ng ®øng (PhÇn tr-äng l-îng t¸c dông lªn mçi b¸nh xe sau) - Lùc c¶n Px: tõ khung xe t¸c dông lªn b¸nh xe, cã: + Ph-¬ng: song song víi mÆt ®-êng + ChiÒu: ng-îc chiÒu chuyÓn ®éng cña «t« + §iÓm ®Æt: t¹i t©m trôc cña b¸nh xe - Mk: M«men xo¾n truyÒn tõ b¸n trôc tíi b¸nh xe. Mét phÇn n¨ng l-îng bÞ tiªu hao cho biÕn d¹ng vßng cña lèp. - R: hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc ph¸p tuyÕn riªng phÇn tõ ®-êng t¸c dông lªn b¸nh xe - T: ph¶n lùc tiÕp tuyÕn h-íng theo chiÒu chuyÓn ®éng cña xe. 30 Ta cã: RR XZR   TT XZT   Hîp lùc ),(  TR ®Æt t¹i ®iÓm c¸ch giao ®iÓm cña ®-êng th¼ng ®øng qua t©m trôc b¸nh xe vµ ®-êng mét ®o¹n a2 X¸c ®Þnh lùc c¶n l¨n vµ hÖ sè c¶n l¨n ViÕt ph-¬ng tr×nh c©n b»ng m«men ®èi víi t©m trôc b¸nh xe: m(o) = Mk - ZR .a2 + XR .r® - ZT.a2 - XT .r® = 0  Mk = ZR .a2 - XR .r® + XT.r2 +XT.r®  Mk = (ZR + ZT).a2 + (XT - XR).rd (1.65) Ta cã: C©n b»ng lùc theo ph-¬ng th¼ng ®øng, ®îc: Z2 = ZR + ZT = Gb2 C©n b»ng lùc theo ph-¬ng ngang, ®-îc: Px = XT - XR = Xk Z2: hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc th¼ng gãc cña ®-êng t¸c dông lªn b¸nh xe chñ ®éng Xk: hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc tiÕp tuyÕn hay lùc ®Èy cña mÆt ®-êng ThÕ vµo (1.65), ta ®-îc: Mk = Z2a2 + Pxr®  Mk = Z2a2 + Xkr® (1.66) MÆt kh¸c ta cã: Z2 = Gb2  Z2a2 = Gb2a2 = Pf2r® = Mf2 (1.67) d b d f r a G r a ZP 22 2 22  Trong ®ã : Mf2: m«men c¶n l¨n cña b¸nh xe chñ ®éng Pf2: lùc c¶n l¨n cña b¸nh xe chñ ®éng 31 Tû sè 2 2 f r a d  : hÖ sè c¶n l¨n cña b¸nh xe chñ ®éng víi mÆt ®-êng => Pf2 = Gb2f2 = Z2f2 (1.68) Nguyªn nh©n ¶nh hëng ®Õn a2: - T¶i träng t¸c dông lªn b¸nh xe - VËt liÖu chÕ t¹o lèp - ¸p suÊt kh«ng khÝ trong lèp - TÝnh chÊt c¬ lý cña ®-êng - M«men xo¾n Mk Suy ra trÞ sè a2 > a1 nghÜa lµ: tæn thÊt cho biÕn d¹ng cña b¸nh xe chñ ®éng lín h¬n cña b¸nh xe bÞ ®éng. §iÒu nµy chøng tá hÖ sè c¶n l¨n cña b¸nh xe chñ ®éng f2 lín h¬n cña b¸nh xe bÞ ®éng f1 Nh-ng ë mét sè bµi to¸n tÝnh to¸n ngêi ta ®¬n gi¶n ho¸ vµ coi hÖ sè c¶n l¨n ë b¸nh xe chñ ®éng f2 b»ng hÖ sè c¶n l¨n ë b¸nh xe bÞ ®éng f1 Tøc lµ : f1=f2=f 1.8. Điều kiện chuyển động của ôtô 1.8.1. Lực bám a. HÖ sè b¸m §Ó cho «t«, m¸y kÐo cã thÓ chuyÓn ®éng ®-îc th× ë bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a b¸nh xe vµ mÆt ®- -êng cÇn ph¶i cã mét ®é b¸m nhÊt ®Þnh ®îc ®Æc trng b»ng hÖ sè b¸m. HÖ sè b¸m  gi÷a b¸nh xe chñ ®éng víi mÆt ®-êng lµ tû sè gi÷a lùc kÐo tiÕp tuyÕn cùc ®¹i (sinh ra t¹i ®iÓm tiÕp xóc gi÷a b¸nh xe chñ ®éng vµ mÆt ®-êng ) trªn t¶i träng th¼ng ®øng t¸c dông lªn b¸nh xe chñ ®éng (t¶i träng b¸m: G ) (1.69) Trong ®ã: -  : HÖ sè b¸m - Pkmax: lùc kÐo tiÕp tuyÕn cùc ®¹i   G Pk max 32 - G : T¶i träng b¸m  NhËn thÊy hÖ sè b¸m  t-¬ng tù nh- hÖ sè ma s¸t gi÷a hai vËt thÓ c¬ häc, tuy nhiªn ë b¸nh xe «t« m¸y kÐo ngoµi ma s¸t cßn cã sù b¸m do mÊu b¸m cña b¸nh xe t¸c dông vµo mÆt ®-êng. b. Lùc b¸m Ta cã: (1.70) Ta thÊy Pk phô thuéc vµo m«men xo¾n cña ®éng c¬, nh-ng lùc kÐo nµy cã ®ưîc sö dông hÕt hay kh«ng cßn phô thuéc vµo hÖ sè b¸m cña b¸nh xe chñ ®éng vµ mÆt ®-êng. Ta cã thÓ x¸c ®Þnh lùc kÐo tiÕp tuyÕn cùc ®¹i ph¸t sinh theo diÒu kiÖn b¸m gi÷a b¸nh xe chñ ®éng vµ mÆt ®-êng nh sau: Pkmax =  G. (1.71) Gäi Z lµ ph¶n lùc th¼ng gãc tõ mÆt ®-êng t¸c ®éng lªn b¸nh xe chñ ®éng ta cã: Z = G (1.72)  Víi lùc b¸m P ®ưîc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: ZP .  (1.73) §Ó cho b¸nh xe chñ ®éng kh«ng bÞ trît quay khi «t« chuyÓn ®éng th× Pkmax ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau: Pkmax P (1.74) Hay: (1.75) Trong ®ã: - Mkmax: M«men xo¾n cùc ®¹i truyÒn tíi b¸nh xe chñ ®éng - rb : B¸n kÝnh b¸nh xe chñ ®éng Tõ (I.18) ta thÊy lùc b¸m cña b¸nh xe chñ ®éng víi mÆt ®-êng tû lÖ thuËt víi hÖ sè b¸m  vµ t¶i träng b¸m G , mµ lùc kÐo Pkmax l¹i bÞ giíi h¹n bëi P . Bëi vËy muèn tËn dông ®îc hÕt b tcophe b k k r iiiiM r M P .....  Z r M b k .max  33 lùc kÐo Pkmax do ®éng c¬ truyÒn xuèng th× cÇn thiÕt ph¶i t¨ng hÖ sè b¸m  hay t¨ng G hoÆc t¨ng ®ång thêi c¶ hai (®ång nghÜa víi t¨ng P ). §Ó t¨ng lùc b¸m th× ë «t« dïng lèp cã vÊu cao ®Ó t¨ng hÖ sè b¸m vµ dïng nhiÒu cÇu chñ ®éng ®Ó sö dông toµn bé träng l-îng cña xe lµm träng l-îng b¸m. §èi víi m¸y kÐo lµm viªc trªn ®ång lÇy th× dïng lèp cã vÊu cao hoÆc l¾p thªm c¸c b¸nh phô cã vÊu b»ng thÐp hoÆc b¸nh lång b»ng thÐp ®Ó t¨ng hÖ sè b¸m. c. Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số bám - Phô thuéc vµo vËt liÖu lµm bÒ mÆt ®-êng vµ vËt liÖu chÕ t¹o lèp. - T×nh tr¹ng cña mÆt ®-êng (kh« hay ít, nh½n hay nh¸m). - KÕt cÊu vµ d¹ng hoa lèp. - C¸c ®iÒu kiÖn sö dông kh¸c nh- t¶i träng t¸c dông lªn b¸nh xe ¸p suÊt trong lèp, tèc ®é chuyÓn ®éng cña «t« m¸y kÐo vµ ®é trît gi÷a b¸nh xe chñ ®éng víi mÆt ®-êng. - Ta cã ®å thÞ chØ sù phô thuéc cña hÖ sè b¸m  víi mét sè yÕu tè nh- h×nh I.4 Tõ ®å thÞ ta thÊy, khi t¨ng ¸p suÊt trong lèp th× hÖ sè b¸m t¨ng lªn sau ®ã l¹i gi¶m xuèng (Pmax lµ ¸p suÊt nªn dïng). Khi t¨ng t¶i träng th¼ng ®øng t¸c dông lªn b¸nh xe th× hÖ sè b¸m sÏ gi¶m ®i mét chót vµ ®å thÞ cã d¹ng tuyÕn tÝnh. Khi ®-êng -ít th× ¶nh hëng cña c¸c yÕu tè trªn cµng lín (a,b,c). §Æc biÖt ®é tr-ît cña b¸nh xe chñ ®éng vµ mÆt ®-êng  ¶nh h-ëng rÊt lín ®Õn hÖ sè b¸m. Khi t¨ng ®é tr-ît cña b¸nh xe th× hÖ sè b¸m lóc ®Çu t¨ng nhanh chãng ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i ( %20%15  ). NÕu tiÕp tôc t¨ng th× hÖ sè b¸m gi¶m, khi  =100%(tr-ît lª hoµn toµn khi phanh) th×  gi¶m tõ 20% ®Õn 30%. Khi ®-êng -ít cßn cã thÓ gi¶m h¬n n÷a (50%60%). 34 H×nh 1.12: C¸c yÕu tè ¶nh h-ëng ®Õn hÖ sè b¸m 1) §-êng -ít; 2) §-êng kh« a) ¸p suÊt trong lèp. b) Tèc ®é chuyÓn ®éng cña « t«. c) T¶i träng th¼ng ®øng trªn b¸nh xe. d) §é tr-ît gi÷a b¸nh chñ ®éng vµ ®-êng HÖ sè b¸m mµ ta xÐt ë trªn lµ hÖ sè b¸m theo mÆt ph¼ng däc tøc lµ trong mÆt ph¼ng chuyÓn ®éng ®-îc biÓu thÞ lµ x . Ngoµi ra cßn hÖ sè b¸m trong mÆt ph¼ng ngang th¼ng gãc víi mÆt ph¼ng däc ( y ) vµ nã còng chÞu ¶nh h-ëng cña c¸c yÕu tè nªu trªn. §Ó ®¬n gi¶n gäi lµ hÖ sè b¸m däc vµ hÖ sè b¸m ngang. 35 HÖ sè b¸m däc x cã thÓ x¸c ®Þnh ®-îc b»ng nhiÒu c¸ch kh¸c nhau. §¬n gi¶n nhÊt ng-êi ta x¸c ®Þnh b»ng c¸ch dïng mét xe kh¸c kÐo xe ®· phanh cøng vµ gi÷a hai xe cã ®Æt lùc kÕ ®Ó ®o lùc b¸m P ph¸t sinh ë xe ®ã. BiÕt G ta sÏ suy ra x : Do hÖ sè b¸m phô thuéc nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau vµ viÖc x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè nµy ®Ó ¸p dông trong tÝnh to¸n gÆp nhiÒu khã kh¨n nªn ng-êi ta th-êng sö dông hÖ sè b¸m trung b×nh, phô thuéc tõng lo¹i ®-êng kh¸c nhau theo b¶ng I-3: B¶ng I-3 Lo¹i ®-êng vµ t×nh tr¹ng mÆt ®- -êng HÖ sè b¸m ( ) §-êng nhùa hoÆc bª t«ng: - Kh« vµ s¹ch - ¦ít 0.70.8 0.350.45 §-êng ®Êt: - Pha sÐt, kh« - ¦ít 0.50.6 0.20.4 §-êng c¸t: - Kh« - ¦ít 0.20.3 0.40.5 HÖ sè b¸m vµ lùc b¸m cã ý nghÜa quan träng trong viÖc ®¶m b¶o an toµn trong chuyÓn ®éng cña «t« m¸y kÐo, nã cã liªn quan chÆt chÏ ®Õn tÝnh chÊt ®éng lùc häc cña «t« m¸y kÐo, ®Õn hiÖu qu¶ phanh vµ tÝnh æn ®Þnh khi phanh, ®Õn tÝnh n¨ng dÉn h-íng. Ngµy nay, khi cã xu híng t¨ng tèc ®é chuyÓn ®éng cña «t« m¸y kÐo th× hÖ sè b¸m vµ lùc b¸m cµng cã tÇm quan träng h¬n. 1.8.2. Điều kiện chuyển động của ôtô   G P x  36 §Ó « t« hoÆc m¸y kÐo cã thÓ chuyÓn ®éng ®-îc mµ kh«ng bÞ tr-ît quay th× lùc kÐo tiÕp tuyÕn sinh ra ë vïng tiÕp xóc gi÷a b¸nh xe chñ ®éng vµ mÆt ®-êng ph¶i lín h¬n hoÆc b»ng tæng c¸c lùc c¶n chuyÓn ®éng, nh-ng ph¶i nhá h¬n hoÆc b»ng lùc b¸m gi÷a b¸nh xe víi mÆt ®-êng, nghÜa lµ: Pf  P i + P  Pj + Pm PPk  (1.76) §èi víi Pi, dÊu (+) lµ khi «t« m¸y kÐo lªn dèc, cßn dÊu (-) lµ khi xuèng dèc. §èi víi Pj,dÊu (+) lµ khi «t« m¸y kÐo t¨ng tèc, cßndÊu (-) lµ khi gi¶m tèc. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG I 1. Nêu Khái niệm động lực học và các trạng thái động lực học ôtô. 2. Trình bày các lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động thẳng. 3. Trình bày các lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động quay vòng 4. Trình bày lực kéo tiếp tuyến và cho ví dụ trên xe cụ thể. 5. Trình bày lực quán tính và cho ví dụ trên xe cụ thể. 6. Trình bày lực cản gió và cho ví dụ trên xe cụ thể. 7. Trình bày lực ở mooc kéo và cho ví dụ trên xe cụ thể. 8. Trình bày trọng lực của ôtô và phân bố tải trọng trên các cầu xe. 9. Trình bày lực cản lăn của ôtô và cho ví dụ trên xe cụ thể.. 10. Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của ô tô và cho ví dụ trên xe cụ thể. 11. Trình bày lực bám và các yếu tố ảnh hưởng 12. Nêu điều kiện chuyển động của ôtô 37 Chương 2: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, LỰC KÉO VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ÔTÔ 2.1. Cân bằng công suất của ôtô 2.1.1. Đặc tính công suất của động cơ Trên hình 2.1a trình bày đường đặc tính ngoài của động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vòng quay. Loại động cơ này thường được dùng trên ô tô du lịch và đôi khi được dùng trên ô tô hành khách. 0 neminn nM nN nmax Ne eM Me eN M m a x m a x N N m a x m a x M Ne eM Me eN maxn Nn Mnnmin en0 a) b) Hình 2.1: Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng a) Không hạn chế số vòng quay; b) Có hạn chế số vòng quay Số vòng quay nmin của trục khuỷu là số vòng quay nhỏ nhất mà động cơ có thể làm việc ổn định ở chế độ không tải. Khi tăng số vòng quay thì mômen và công suất của động cơ tăng lên (hình I-1a). Mômen xoắn đạt giá trị cực đại Mmax ở số vòng quay nM và công suất đạt giá trị cực đại Nmax ở số vòng quay nN. Các giá trị Nmax, Mmax và số vòng quay tương ứng với các giá trị trên nN, nM được chỉ dẫn trong các đặc tính kỹ thuật của động cơ. Động cơ ô tô làm việc chủ yếu trong vùng nM  nN. Khi tăng số vòng quay của trục khuỷu lớn hơn giá trị nN thì công suất sẽ giảm, chủ yếu là do sự nạp hỗn hợp khí kém đi và do tăng tổn thất ma sát trong động cơ. Ngoài ra khi tăng số vòng quay sẽ làm tăng tải trọng động gây hao mòn nhanh các chi tiết động cơ. Vì thế khi thiết kế ô tô du lịch thì số vòng quay của trục khuỷu động cơ tương ứng với tốc độ cực đại của ô tô trên đường nhựa tốt nằm ngang không vượt quá 1020 % so với số vòng quay nN. Động cơ xăng đặt trong ô tô tải thường có bộ phận hạn chế tốc độ nhằm làm tăng tuổi thọ của động cơ. Bộ phận hạn chế số vòng quay làm giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, do đó công suất và mômen của động cơ sẽ giảm và số vòng quay của trục khuỷu sẽ nhỏ hơn 38 giá trị nN. Trên hình 2-1b trình bày đường đặc tính ngoài của động cơ xăng có bộ phận hạn chế số vòng quay. Đường đứt nét ứng với động cơ không có bộ phận hạn chế số vòng quay, còn đường đậm nét ứng với động cơ có bộ phận hạn chế số vòng quay. Động cơ diesel được dùng trên ô tô tải, ô tô hành khách và ngày nay được dùng cả trên ô tô du lịch. Động cơ diesel dùng trên ô tô được trang bị bộ điều tốc nhị chế hoặc đa chế độ. Hầu hết các máy kéo dùng động cơ diesel có trang bị bộ điều tốc đa chế độ. Bộ điều tốc đa chế độ sẽ giữ cho chế độ làm việc của động cơ ở vùng tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất. Hình 2.2 trình bày đường đặc tính ngoài của động cơ diesel. Ở hành trình không tải động cơ có số vòng quay chạy không tải là nc.k. Khi xuất hiện tải thì bộ điều tốc sẽ tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào xy lanh động cơ, nhờ vậy công suất và mômen của động cơ tăng lên, đồng thời số vòng quay của trục khuỷu động cơ có giảm đi. Khi thanh răng của bơm cao áp dịch chuyển tới một vị trị tính toán nhất định (do tác động của bộ điều tốc) tương ứng với điểm tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất thì công suất của động cơ đạt giá trị cực đại (điểm b trên hình 2-2). Công suất cực đại của động cơ khi làm việc có bộ điều tốc được gọi là công suất định mức của động cơ Nn, mômen xoắn ứng với công suất cực đại được gọi là mômen xoắn định mức Mn, số vòng quay ứng với công suất cực đại được gọi là số vòng quay định mức nn. Khoảng biến thiên tốc độ nc.knn phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc. 0 neMn nn nc.k Ne eM M nn N M m a x m a x N nN ge eg eN Me Hình 2.2: Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ diesel Các đường đồ thị nằm trong khoảng tốc độ nc.knn gọi là các đường đồ thị có điều tốc, còn các đường đồ thị nằm trong khoảng tốc độ nnnM gọi là các đường đồ thị không có điều 39 tốc. Ở vùng tốc độ từ nc.knn các đường Ne và Me có dạng đường thẳng. Thường đối với máy kéo động cơ làm việc ở gần vùng công suất định mức. Để xét khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải do các ngoại lực tác dụng khi ô tô và máy kéo làm việc, người ta đưa ra hệ số thích ứng của động cơ theo mômen xoắn và xác định như sau: nM M k max (2.1) Ở đây: k – hệ số thích ứng của động cơ theo mômen xoắn. Đối với từng loại động cơ, hệ số thích ứng theo mômen xoắn có giá trị như sau: Động cơ xăng: k = 1,11,35 Động cơ diesel không có phun đậm đặc: k = 1,11,15 Động cơ diesel có phun đậm đặc: k = 1,11,25 Cần chú ý rằng, tiêu chuẩn thử động cơ để nhận được đường đặc tính ngoài ở mỗi nước một khác, vì vậy mà cùng một động cơ nhưng thử ở những nước khác nhau sẽ cho những giá trị công suất khác nhau. Bảng I-1 trình bày tiêu chuẩn thử động cơ của một số nước phát triển. Từ bảng 2-1 ta thấy rằng, khi thử động cơ xăng theo OCT thì công suất cực đại sẽ lớn hơn khoảng 10% so với khi thử theo DIN, và lớn hơn khoảng 12% so với khi thử theo SAE (Mỹ, sau 1974). Công suất cực đại của động cơ diesel khi thử theo OCT cũng sẽ lớn hơn 8% so với thử theo DIN, 6% so với khi thử theo BS và 3% so với khi thử theo JIS. Bảng 2-1 Ký hiệu tiêu chuẩn thử và tên nước Các thiết bị tháo ra khi thử Điều kiện thử Áp suất mmHg Nhiệt độ (oC) Độ ẩm tương đối (%) OCT (Nga) Bộ tiêu âm, két nước, quạt gió, các thiết bị phục vụ cho gầm xe (máy nén khí, bơm của cường hóa lái) 760 20 50 40 DIN (CHLBĐức) Két nước, các thiết bị phục vụ cho gầm xe 760 20 50 SAE (Mỹ, trước 1974) Bộ tiêu âm, bầu lọc khí, máy phát điện, két nước, quạt gió, các thiết bị phục vụ cho gầm xe 746,5 29,4 50 SAE (Mỹ, sau 1974) Két nước, các thiết bị phục vụ cho gầm xe 729 29,4 50 BS (Anh) Két nước, các thiết bị phục vụ cho gầm xe 749 29,4 50 CSN (Tiệp khắc cũ) Két nước 760 20 Không JIS (Nhật bản) Bộ tiêu âm, két nước, các thiết bị phục vụ cho gầm xe 760 15 50 Như vậy khi sử dụng đường đặc tính ngoài nhận được bằng thực nghiệm để tính toán sức kéo cần biết rõ đường đặc tính ấy nhận được theo tiêu chuẩn thử nào. Động cơ đặt trên ô tô máy kéo sẽ phát ra công suất thấp hơn công suất cực đại nhận được trên bệ thử. Công suất thực tế mà động cơ phát ra sẽ bằng công suất cực đại nhận được trên bệ thử nhân với hệ số . Hệ số này có giá trị nhỏ hơn 1 và nó phụ thuộc vào loại tiêu chuẩn thừa nhận khi thử, loại động cơ được dùng, loại xe ô tô cần đặt động cơ, điều kiện sử dụng và chế độ tải của động cơ. Khi tính toán gần đúng có thể thừa nhận  = 0,80,9. Khi không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm, ta có thể xây dựng đường đặc tính nói trên nhờ công thức kinh nghiệm của S.R.Lây Đécman. Việc sử dụng quan hệ giải tích giữa công suất, mômen xoắn với số vòng quay của động cơ theo công thức Lây Đécman để tính toán sức kéo sẽ thuận lợi hơn nhiều so với khi dùng đồ thị đặc tính ngoài bằng thực nghiệm, nhất là hiện nay việc sử dụng máy tính đã trở nên phổ cập. Công thức S.R.Lây Đécman có dạng như sau:                      32 max ... N e N e N e e n n c n n b n n aNN ; (2.2) Ở đây: 41 Ne, ne – Công suất hữu ích của động cơ và số vòng quay của trục khuỷu ứng với một điểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài. Nmax, nN – Công suất có ích cực đại và số vòng quay ứng với công suất nói trên. a, b, c – Các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ như sau: Với động cơ xăng: a = b = c =1 Với động cơ diesel 2 kỳ: a = 0,87; b = 1,13; c = 1 Với động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy trục tiếp: a = 0,5; b = 1,5; c = 1 Với động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy dự bị: a = 0,6; b = 1,4; c = 1 Với động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy xoáy lốc: a = 0,7; b = 1,3; c = 1 Cho các trị số ne khác nhau, dựa theo công thức (2.2) sẽ tính được công suất Ne tương ứng và từ đó vẽ được đồ thị Ne = f(ne). Có các giá trị Ne và ne có thể tính được các giá trị mômen xoắn Me của động cơ theo công thức sau: e e e n N M .047,1 .104  ; (2.3) Ở đây: Ne – Công suất của động cơ; kW ne – Số vòng quay của trục khuỷu; v/ph Me - Mômen xoắn của động cơ; N.m Có các giá trị Ne, Me tương ứng với các giá trị ne ta có thể vẽ đồ thị Ne = f(ne) và đồ thị Me = f(ne). Như vậy, sau khi xây dựng được đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ chúng ta mới có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô máy kéo. 2.1.2. Phương trình cân bằng công suất của ôtô C«ng suÊt cña ®éng c¬ ph¸t ra ®îc tiªu tèn cho: - Ma s¸t trong hÖ thèng truyÒn lùc - Kh¾c phôc lùc c¶n l¨n Pf , lùc c¶n kh«ng khÝ, lùc c¶n dèc Pi, lùc c¶n qu¸n tÝnh Pj 42 BiÓu thøc c©n b»ng gi÷a c«ng suÊt ph¸t ra cña ®éng c¬ vµ c¸c c«ng c¶n ®-îc gäi lµ ‘’Ph-¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt cña «t«’’ khi chuyÓn ®éng Ph-¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt tæng qu¸t cña « t« ®-îc biÓu thÞ nh- sau : => Ne = Nt + Nf + N  Ni  Nj (2.4) Trong ®ã : Ne : c«ng suÊt ph¸t ra cña ®éng c¬ Nt: c«ng suÊt tiªu hao cho ma s¸t trong hÖ thèng truyÒn lùc Nf: c«ng suÊt tiªu hao ®Ó th¾ng lùc c¶n l¨n N: c«ng suÊt tiªu hao ®Ó th¾ng lùc c¶n kh«ng khÝ Ni: c«ng suÊt tiªu hao ®Ó th¾ng lùc c¶n dèc Nj: c«ng suÊt tiªu hao ®Ó th¾ng lùc c¶n qu¸n tÝnh Trong ph-¬ng tr×nh (III.1) Ni cã gi¸ trÞ “+” khi «t« chuyÓn ®éng lªn dèc Ni cã gi¸ trÞ “-” khi «t« chuyÓn ®éng xuèng dèc Nj cã gi¸ trÞ “+” khi «t« chuyÓn ®éng t¨ng tèc Nj cã gi¸ trÞ “-” khi «t« chuyÓn ®éng gi¶m tèc Nw cã gi¸ trÞ “+” khi «t« chuyÓn ®éng kh«ng cã giã vµ cã giã ng­îc chiÒu hoÆc cïng chiÒu giã nh-ng vËn tèc cña «t« lín h¬n vËn tèc giã Ph-¬ng tr×nh (III.1) ®-îc biÓu thÞ sù c©n b»ng c«ng suÊt t¹i b¸nh xe chñ ®éng cña «t« nh- sau: Nk =Ne - N t = Nf - N  Ni  Nj Ta cã : Nk = Ne- Nt = Net )1( teteet NNNN   (2.5) ë ®©y : Nk : c«ng suÊt cña ®éng c¬ ph¸t ra t¹i c¸c b¸nh xe chñ ®éng t : hiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc Ta cã : sinGvNi  43 vj g G N ij  cosfvGN f  3WvN  Trong ®ã: G : träng l-îng toµn bé cña «t« f: hÖ sè c¶n l¨n v: vËn tèc cña «t« : gãc dèc cña mÆt ®-êng W: nh©n tè c¶n kh«ng khÝ m = G/g: khèi l-îng cña «t« g : gia tèc träng tr-êng j: gia tèc cña «t« i: hÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h-ëng cña c¸c khèi l-îng quay Thay c¸c gi¸ trÞ Nt, Nf, Nw, Ni, Nj vµo ph-¬ng tr×nh (2.4). Ta cã: 3sincos)1( Wvvj g G GvGfvNN itee   )sincos( 1 3Wvvj g G GvGfvN i t e    (2.6) Khi «t« chuyÓn ®éng trªn ®-êng b»ng, kh«ng cã gia tèc tøc lµ  = 0, j = 0 Ta cã ph-¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt cã d¹ng sau: )( 1   NNNNNN f t fte  )( 1 3WvGfvN t e   (2.7) ë ph-¬ng tr×nh (2.4) ta cã : )( if NN  ®îc gäi lµ c«ng tiªu hao tæng céng ®Ó th¾ng lùc c¶n tæng céng cña mÆt ®-êng. Ký hiÖu lµ : N 44 if NNN   (2.8) Ta cã : if  : ®-îc gäi lµ hÖ sè c¶n tæng céng Trong ®ã : f : hÖ sè c¶n l¨n i: gãc dèc 2.1.3. Đồ thị cân bằng công suất động cơ Tõ ph-¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt cña «t« ta x©y dùng ®å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a c«ng suÊt cña ®éng c¬ vµ c«ng tiªu hao ®Ó th¾ng lùc c¶n trong qu¸ tr×nh «t« chuyÓn ®éng theo vËn tèc cña «t«, cã d¹ng : N = f(v) Ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®-îc sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬ ne qua vËn tèc cña «t« vµ ng-îc l¹i. V× gi÷a chóng cã mèi quan hÖ phô thuéc bËc nhÊt, ®-îc biÓu thÞ b»ng c«ng thøc: ; 60 2 t be i rn v   (m/s) (2.9) Trong ®ã: ne : sè vßng quay trôc khuûu ®éng c¬ (v/ph) rb : b¸n kÝnh b¸nh xe (m) it : tØ sè truyÒn cña hÖ thèng truyÒn lùc Do ®ã ta còng cã thÓ biÓu thÞ c«ng suÊt theo sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬ tøc lµ: N = f (ne) §å thÞ biÓu thÞ quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ph¸t ra cña ®éng c¬ vµ c¸c c«ng c¶n trong qu¸ tr×nh «t« chuyÓn ®éng phô thuéc vµo vËn tèc cña «t« hoÆc sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬ ®- -îc gäi lµ ‘’®å thÞ c©n b»ng c«ng suÊt cña «t«’’ Ta cã ®å thÞ c©n b»ng c«ng suÊt nh h×nh vÏ. Víi gi¶ sö ®©y lµ ®å thÞ cña hép sè cã 3 cÊp sè I, II, III tư¬ng øng víi sè vßng quay trôc khuûu lµ neI, neII, neIII 45 H×nh 2.3: §å thÞ c©n b»ng c«ng suÊt cña «t« Trªn ®å thÞ ta ®Æt: - Trôc hoµnh c¸c gi¸ trÞ cña : + VËn tèc chuyÓn ®éng cña «t« v (m/s) + Sè vßng quay trôc khuûu ne (v/p) - Trôc tung c¸c gi¸ trÞ cña: + C«ng suÊt ph¸t ra cña ®éng c¬ Ne + C«ng suÊt ph¸t ra t¹i b¸nh xe chñ ®éng Nk * NÕu      const constf  vµ «t« chuyÓn ®éng víi )/(227,16 smv  khi ®ã ta cã ph-¬ng tr×nh cña c«ng suÊt tiªu hao ®Ó th¾ng c¸c lùc c¶n tæng céng cña mÆt ®êng N lµ:   sin...cos.. vGvGfN NNN it    vGGfN  sin.cos..  (2.10) VËy ®å thÞ c«ng suÊt c¶n Nk lµ ®-êng bËc nhÊt phô thuéc vµo vËn tèc chuyÓn ®éng cña « t«. 46 * NÕu f thay ®æi vµ phô thuéc vµo vËn tèc chuyÓn ®éng cña «t« th× ®å thÞ N lµ mét ®-êng cong d¹ng:  vfN  - §å thÞ c«ng suÊt c¶n cña kh«ng khÝ N lµ mét ®-êng cong bËc ba phô thuéc vµo vËn tèc v: 3.vWN  Tæng 2 ®ưêng cong   NN  ®-îc gäi lµ ®-êng cong tæng c«ng suÊt c¶n khi «t« chuyÓn ®éng øng víi c¸c vËn tèc kh¸c nhau th× ta ®-îc c¸c tung ®é giíi h¹n bëi ®å thÞ   NN  vµ trôc hoµnh sÏ ®-îc c«ng suÊt tiªu hao ®Ó th¾ng ®-îc søc c¶n cña mÆt ®-êng vµ søc c¶n kh«ng khÝ Gäi A lµ giao ®iÓm gi÷a ®-êng cong c«ng suÊt Nk víi ®-êng cong   NN  . T¹i A th× «t« ®¹t vËn tèc lín nhÊt vmax - XÐt tû lÖ c«ng suÊt khi «t« chuyÓn ®éng víi vËn tèc v1<vmax Ta cã gi¸ trÞ cña c¸c ®o¹n nh- sau : ab = N cd = Nd bc = N de = Nt => ac = N + N Ta cã vÝ dô trªn ®å thÞ sau: 47 H×nh 2.4: §å thÞ c©n b»ng c«ng suÊt cña «t« Nh×n vµo ®å thÞ ta thÊy: §Ó «t« chuyÓn ®éng víi vËn tèc v1 th× ng-êi l¸i cÇn ph¶i gi¶m ga hoÆc tr¶ bít thanh r¨ng vÒ nh»m gi¶m Nk gi¶m xuèng ®Ó cho ®-êng cong Nk c¾t ®-êng cong(N +N) t¹i ®iÓm A. 2.1.4. Mức độ sử dụng công suất động cơ Tõ ®å thÞ c©n b»ng c«ng suÊt cña «t« ta nhËn thÊy sö dông c«ng suÊt ®éng c¬ hiÖu qu¶ nhÊt lµ vïng bªn tr¸i ®iÓm A gióp cho tuæi thä cña ®éng c¬ t¨ng, gi¶m tiªu hao nhiªn liÖu, c«ng suÊt sö dông an toµn trong khi «t« chuyÓn ®éng. Do vËy ng-êi ta ®-a ra kh¸i niÖm “Møc ®é sö dông c«ng suÊt cña ®éng c¬” - Møc ®é sö dông c«ng suÊt cña ®éng c¬ lµ tû sè c«ng suÊt cÇn thiÕt ®Ó «t« chuyÓn ®éng ®Òu víi c«ng suÊt cña ®éng c¬ ph¸t ra t¹i c¸c b¸nh xe chñ ®éng Nk khi më hoµn toµn b-ím ga hoÆc kÐo hÕt thanh r¨ng nhiªn liÖu - Ký hiÖu: YN - X¸c ®Þnh theo c«ng thøc: tek N N NN N NN Y   .     (2.11) Trong ®ã: YN: Møc ®é sö dông c«ng suÊt cña ®éng c¬ N : C«ng suÊt tiªu hao cho lùc c¶n cña mÆt ®-êng N : C«ng suÊt tiªu hao cho lùc c¶n kh«ng khÝ kN : C«ng suÊt ®éng c¬ ph¸t ra t¹i b¸nh xe chñ ®éng eN : C«ng suÊt cã Ých cña ®éng c¬ t : HiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc Qua biÓu thøc ta thÊy møc ®é sö dông c«ng suÊt cµng nhá khi: - ChÊt l-îng mÆt ®-êng cµng tèt( gi¶m) - VËn tèc cña «t« v cµng nhá VÝ dô: trªn h×nh vÏ ta thÊy ë vËn tèc v’ lµ khi «t« chuyÓn ®éng ®Òu ta cã : 48 (N +N)=N1 C«ng suÊt ph¸t ra t¹i b¸nh xe chñ ®éng khi më hoµn toµn b-ím ga hoÆc kÐo hÕt thanh r¨ng lµ N’kIII (ë sè truyÒn th¼ng), ë sè hai lµ N’kII => Møc ®é sö dông c«ng suÊt ®éng c¬ ë sè truyÒn th¼ng lµ: ' 1 kIII NIII N N Y  - Møc ®é sö dông c«ng suÊt ®éng c¬ ë sè 2 lµ: ' 1 kII NII N N Y  Nh-ng nh×n trªn ®å thÞ ta thÊy: N’kIII< N’kII => YNII<YNIII  NhËn xÐt: Møc ®é sö dông c«ng suÊt ®éng c¬ gi¶m xuèng sÏ g©y ra t¨ng møc tiªu hao nhiªn liÖu cña «t«. 2.2. Cân bằng lực kéo của ôtô 2.2.1 Phương trình cân bằng lực kéo Lùc kÐo tiÕp tuyÕn cña b¸nh xe chñ ®éng dïng kh¾c phôc c¸c lùc c¶n: - Lùc c¶n l¨n fP - Lùc c¶n lªn dèc iP - Lùc c¶n kh«ng khÝ P - Lùc c¶n qu¸n tÝnh jP - Ngoµi ra cßn cã lùc cña mãc kÐo mP BiÓu thøc c©n b»ng gi÷a lùc kÐo tiÕp tuyÕn víi c¸c thµnh phÇn lùc c¶n nãi trªn gäi lµ ‘’Ph- -¬ng tr×nh c©n b»ng lùc kÐo’’ Tr-êng hîp tæng qu¸t: xe chuyÓn ®éng lªn dèc, kh«ng æn ®Þnh vµ cã kÐo mãc 49 Pk = Pf ± Pi +Pw ± Pj + Pm (2.12) Hay: QnvFKj g G GGf r iM r M i b tte b k ......sin.cos.. .. 2    (2.13) Trong ph-¬ng tr×nh (2.12): iP (+) khi xe chuyÓn ®éng lªn dèc iP (-) khi xe chuyÓn ®éng xuèng dèc jP (+) khi xe t¨ng tèc jP (-) khi xe gi¶m tèc ®é Tr-êng hîp xe chuyÓn ®éng ®Òu trªn ®-êng b»ng, kh«ng kÐo moãc - Xe chuyÓn ®éng ®Òu (æn ®Þnh) th× v = const vµ j = 0 - Xe chuyÓn ®éng trªn ®-êng b»ng th× 0 hay 0iP - Xe kh«ng kÐo moãc tøc 0mP VËy ph-¬ng tr×nh c©n b»ng lùc kÐo lµ: PPP fk  Hay ;.. .. 2vWGf r iM b tte   ).( FKW  (2.14) Gäi P lµ lùc c¶n tæng céng: if PPP  Hay )sincos.(sin.cos..   fGGGfP (2.15) V×  rÊt nhá nªn:  sin tgi vËy: GifGP .).(   (2.16) 50 Trong ®ã: if  : hÖ sè c¶n tæng céng i: ®é dèc cña ®-êng f : hÖ sè c¶n l¨n 2.2.1 Đồ thị cân bằng lực kéo Ph-¬ng tr×nh c©n b»ng lùc kÐo biÓu diÔn b»ng ®å thÞ x©y dùng mèi quan hÖ gi÷a lùc kÐo tiÕp tuyÕn Pk víi vËn tèc cña «t« (P k = f(v)) X©y dùng ®å thÞ c©n b»ng lùc kÐo khi: + Xe chuyÓn ®éng ®Òu (æn ®Þnh ) th× v = const vµ j = 0 + Xe chuyÓn ®éng trªn ®-êng b»ng th× 0 hay 0iP + Xe kh«ng kÐo mãc tøc 0mP Khi ®ã ta cã: PPP fk  Hay 2.. .. vWGf r iM b tte   (2.17) Gi¶ sö x©y dùng ®å thÞ P k = f(v) cña «t« cã 3 sè truyÒn víi sè truyÒn thø 3 th× ih3 = 1 ta cã ®å thÞ : 51 H×nh 2.5: §å thÞ c©n b»ng lùc kÐo cña «t« Tõ ®å thÞ ta cã: - )( fP  : lµ hµm bËc nhÊt ®èi víi vËn tèc cña «t« NÕu: + f, i=const vµ v sm /22 th× P lµ mét ®-êng n»m ngang + v > 22 m/s th× P lµ mét ®-êng cong - )( 2 fP  : lµ hµm bËc hai ®èi víi vËn tèc cña «t« Gäi giao ®iÓm cña ®å thÞ )(  PP  víi Pk3 lµ A. T¹i ®iÓm A th× vËn tèc cña «t« ®¹t gi¸ trÞ lµ lín nhÊt - XÐt khi «t« chuyÓn ®éng bªn tr¸i ®iÓm A víi vËn tèc lµ v 1 , ta cã: bc = Pψ ab = Pω ad = Pd => ac = Pψ + Pω Trong ®ã: Pψ: lùc c¶n tæng céng Pω: lùc c¶n kh«ng khÝ 52 Pd: lùc kÐo d- lµ nh©n tè quan träng gióp xe t¨ng tèc hay v-ît dèc - T¹i ®iÓm A: + Vïng mµ «t« ®¹t ®-îc vËn tèc lín nhÊt + §©y lµ vïng mµ «t« chuyÓn ®éng ë sè cao nhÊt cña hép sè víi vÞ trÝ më 100% b-ím ga + Lóc nµy 0dP nªn xe kh«ng t¨ng tèc ®-îc n÷a §Ó xÐt ®Õn kh¶ n¨ng x¶y ra sù tr-ît quay cña b¸nh xe chñ ®éng ta ph¶i x©y dùng ®å thÞ lùc b¸m theo vËn tèc chuyÓn ®éng cña «t« (Pφ = f(v)) Lùc b¸m t¹i b¸nh xe chñ ®éng:  ..GmP  (2.18) Trong ®ã: G : träng l-îng b¸m ph©n bè lªn cÇu chñ ®éng  : hÖ sè b¸m m : hÖ sè ph©n bè t¶i träng - Tõ ®å thÞ ta thÊy P lµ ®-êng n»m ngang song song víi trôc hoµnh + Khi Pk < Pφ lµ vïng «t« chuyÓn ®éng kh«ng x¶y ra sù tr-ît quay + Khi ®-êng cong Pk > Pφ lµ vïng «t« kh«ng chuyÓn ®éng ®-îc vµ x¶y ra sù tr-ît quay KÕt luËn: VËy ®iÒu kiÖn ®Ó «t« chuyÓn ®éng æn ®Þnh kh«ng x¶y ra sù tr-ît lµ: ck PPP  (2.19) Trong ®ã :  PPPc  (2.20) 2.3. Nhân tố động lực học 2.3.1. Khái niệm và ý nghĩa của nhân tố động lực học của ôtô Khi so s¸nh tÝnh chÊt ®éng lùc cña c¸c lo¹i «t« kh¸c nhau vµ øng víi c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña «t« trªn c¸c lo¹i ®-êng kh¸c nhau, ng-êi ta mong muèn cã ®îc mét th«ng sè mµ nã thÓ hiÖn ®-îc ngay tÝnh chÊt ®éng lùc häc cña «t«. 53 Trong ph-¬ng tr×nh c©n b»ng lùc kÐo ®· ®-a vµo ®-îc c¸c nh©n tè ®Æc tr-ng cho tÝnh chÊt ®éng lùc häc cña «t« nh-: hÖ sè c¶n mÆt ®-êng  ( = f  i) Tèc ®é chuyÓn ®éng cña «t« v vµ gia tèc cña «t« j, nh-ng trong biÓu thøc nµy l¹i cã mét lo¹t c¸c th«ng sè kÕt cÊu cña «t« nh- Me - m«men xo¾n cña ®éng c¬; träng l-îng cña «t« G, nh©n tè c¶n cña kh«ng khÝ W do vËy ph-¬ng tr×nh (III-10) kh«ng thuËn lîi ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c lo¹i «t« kh¸c nhau, bëi vËy cÇn cã th«ng sè ®Æc tr-ng tÝnh chÊt ®éng lùc häc cña «t« mµ c¸c chØ sè vÒ kÕt cÊu kh«ng cã mÆt trong th«ng sè ®ã. Th«ng sè ®ã lµ nh©n tè ®éng lùc häc cña «t«. Nh©n tè ®éng lùc häc cña «t« lµ tû sè gi÷a lùc kÐo tiÕp tuyÕn Pk - P vµ chia cho träng l- ­îng toµn bé cña «t«. Tû sè nµy ký hiÖu b»ng ch÷ “D” ; 12 G Wv r iM G PP D b ttek           (2.21) Qua biÓu thøc (III.18) ta nhËn thÊy r»ng trÞ sè cña nh©n tè ®éng lùc häc D chØ phô thuéc vµo c¸c th«ng sè kÕt cÊu cña «t«, v× vËy nã cã thÓ x¸c ®Þnh cho mçi «t« cô thÓ khi «t« chuyÓn ®éng ë sè thÊp (tû sè truyÒn cña hép sè lín) th× nh©n tè ®éng lùc häc sÏ lín so víi khi «t« chuyÓn ®éng ë sè cao (tû sè truyÒn cña hép sè nhá) v× lùc kÐo tiÕp tuyÕn ë sè thÊp sÏ lín h¬n lùc c¶n kh«ng khÝ sÏ nhá h¬n so víi ë sè cao. Ta xÐt mèi liªn hÖ gi÷a nh©n tè ®éng lùc häc D víi ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng cña «t«, nÕu tõ vÕ ph¶i cña ph-¬ng tr×nh (2.21), ta chuyÓn lùc c¶n kh«ng khÝ sang vÕ tr¸i vµ chia c¶ hai vÕ cho träng l-îng toµn bé cña «t« ta nhËn ®-îc biÓu thøc sau:   G j g G fG G Wv r iM D i b tte             sincos 2 (2.22) Thu gän ta ®-îc : G Wv r iM D b tte         2 =   j g G i ; (2.23) Qua biÓu thøc (2.23) ta cã nhËn sÐt sau: nh©n tè ®éng lùc häc D cña «t« thÓ hiÖn kh¶ n¨ng «t« th¾ng lùc c¶n tæng céng vµ kh¶ n¨ng t¨ng tèc. 54 Khi «t« chuyÓn ®éng ®Òu (æn ®Þnh), nghÜa lµ gia tèc cña nã j = 0 th× gi¸ trÞ cña nh©n tè ®éng lùc häc b»ng hÖ sè c¶n tæng céng cña mÆt ®-êng, nghÜa lµ D = . Còng nh- vËy, khi «t« chuyÓn ®éng ®Òu j= 0 vµ trªn ®-êng b»ng i = 0 th× gi¸ trÞ nh©n tè ®éng lùc häc b»ng hÖ sè c¶n l¨n nghÜa lµ D = f, gi¸ trÞ nµy cã ®-îc khi «t« chuyÓn ®éng ë sè truyÒn cao nhÊt cña hép sè vµ ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é toµn t¶i, t¹i ®ã ta nhËn ®-îc vËn tèc lín nhÊt cña «t« vmax. Gi¸ trÞ nh©n tè ®éng lùc häc Dmax t-¬ng øng víi søc c¶n cña mÆt ®-êng ®îc ®Æc tr-ng b»ng hÖ sè c¶n tæng céng lín nhÊt ë sè truyÒn thÊp nhÊt cña hép sè max. C¸c trÞ sè nh©n tè ®éng lùc häc D = , Dmax vµ vËn tèc lín nhÊt cña «t« vmax lµ c¸c chØ tiªu ®Æc tr-ng cho tÝnh chÊt ®éng lùc häc cña «t« khi chuyÓn ®éng ®Òu (æn ®Þnh) §óng nh- biÓu thøc (2.23) ®Ó duy tr× cho «t« chuyÓn ®éng mét thêi gian dµi th× cÇn tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau: D   (2.24) NÕu tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng bÞ tr-ît quay cña c¸c b¸nh xe chñ ®éng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc th× nh©n tè ®éng lùc häc còng bÞ giíi h¹n theo ®iÒu kiÖn b¸m cña c¸c b¸nh xe chñ ®éng víi mÆt ®-êng. Ta cã lùc kÐo tiÕp tuyÕn lín nhÊt cña c¸c b¸nh xe chñ ®éng Pkmax bÞ giíi theo ®iÒu kiÖn b¸m nh- sau: P  Pkmax : hay mG  Pkmax. Vµ nh©n tè ®éng lùc häc tÝnh to¸n theo ®iÒu kiÖn b¸m nh- sau: G WvGm G PP D 2       (2.25) ë ®©y: D - nh©n tè ®éng lùc häc theo ®iÒu kiÖn b¸m. §Ó cho «t« chuyÓn ®éng kh«ng bÞ tr-ît quay cña b¸nh xe chñ ®éng trong mét thêi gian dµi th× nh©n tè ®éng lùc häc cña «t« ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: D  D (2.26) VËy ®Ó duy tr× cho «t« chuyÓn ®éng chóng ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau: D  D  (2.27) 2.3.2. Đồ thị nhân tố động lực học của ôtô 55 Nh©n tè ®éng lùc häc D cã thÓ biÓu diÔn b»ng ®å thÞ. §å thÞ nh©n tè ®éng lùc häc D biÓu thÞ mèi quan hÖ phô thuéc gi÷a nh©n tè ®éng lùc häc D vµ vËn tèc chuyÓn ®éng cña «t«, nghÜa lµ D = f(v), khi «t« cã t¶i träng ®Çy vµ ®éng c¬ lµm viÖc víi chÕ ®é toµn t¶i ®-îc thÓ hiÖn trªn h×nh 2.6 vµ ®-îc gäi lµ ®å thÞ nh©n tè ®éng lùc häc D cña «t«. H×nh 2.6: §å thÞ nh©n tè ®éng lùc häc D «t« Trªn trôc tung ®Æt c¸c gi¸ trÞ cña nh©n tè ®éng lùc häc D, trªn trôc hoµnh ta chØ ®Æt c¸c gi¸ trÞ vËn tèc chuyÓn ®éng cña «t«. H×nh 2.7: Vïng sö dông ®å thÞ nh©n tè ®éng lùc häc D theo ®iÒu kiÖn b¸m cña b¸nh xe chñ ®éng vµ ®iÒu kiÖn søc c¶n cña mÆt ®-êng. Trªn ®å thÞ nh©n tè ®éng lùc häc D ta còng x©y dùng c¸c ®-êng cong: 56 D = f(v) vµ  = f(v) ®Ó xÐt mèi quan hÖ nh©n tè ®éng lùc häc D cña «t« theo ®iÒu kiÖn b¸m cña c¸c b¸nh xe chñ ®éng víi mÆt ®-êng vµ ®iÒu kiÖn lùc c¶n cña mÆt ®-êng. Nh- vËy t-¬ng øng víi ®iÒu kiÖn «t« chuyÓn ®éng trªn mét lo¹i ®-êng x¸c ®Þnh, Tøc lµ chóng ®· biÕt ®-îc c¸c hÖ sè b¸m  vµ  - hÖ sè c¶n tæng céng th× viÖc sö dông nh©n tè ®éng lùc häc D cña «t« ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn nh- biÓu thøc (2.24). Trªn ®å thÞ nh©n tè ®éng lùc häc th× khu vùc sö dông t-¬ng øng víi ®iÒu kiÖn (2.19) lµ phÇn nh÷ng ®-êng cong n»m d-íi ®- -êng cong D = f(v) vµ n»m trªn ®-êng  = f(v). 2.4. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến đặc tính động lực học 2.4.1. ¶nh h-ëng cña tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh. Tõ c«ng thøc x¸c ®Þnh nh©n tè ®éng lùc häc cña «t«, ta cã G Wv r iM G PP D b tte k 2      (2.28) Trong ®ã: it: tû sè truyÒn cña hÖ thèng truyÒn lùc víi it =ihipiP; ë ®©y: ih: tû sè truyÒn cña hép sè: iP: tû sè truyÒn cña hép sè phô (nÕu cã ) io: tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh; v: vËn tèc chuyÓn ®éng cña «t«. v = oth be iii rn 60 2 ; m/s. (2.29) Qua c¸c biÓu thøc trªn ta thÊy r»ng tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh io cã ¶nh h-ëng ®Õn chÊt l-îng ®éng lùc häc cña «t« vµ vËn tèc chuyÓn ®éng cña chóng. Khi t¨ng tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh io th× nh©n tè ®éng lùc häc còng t¨ng lªn, cã nghÜa lµ kh¶ n¨ng kh¾c phôc lùc c¶n cña «t« còng t¨ng lªn, nhng khi io t¨ng lªn ®ång thêi còng lµm cho vËn tèc cña «t« ë mçi sè truyÒn ë hép sè còng gi¶m xuèng vµ nh- vËy lµm t¨ng sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬ cho mét ®¬n vÞ ch¹y. §iÒu ®ã sÏ dÉn ®Õn t¨ng tiªu hao nhiªn liÖu vµ gi¶m tuæi thä c¸c chi tiÕt trong ®éng c¬. Ph-¬ng ph¸p chon tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh i0 ®îc nghiªn cøu b»ng sù c©n b»ng c«ng suÊt cña «t«. 57 Gi¶ sö ta lËp nh÷ng ®-êng cong c«ng suÊt cña ®éng c¬ ph¸t ra t¹i c¸c b¸nh xe chñ ®éng cña «t« øng víi c¸c tû sè truyÒn kh¸c nhau cña truyÒn lùc chÝnh theo thø tù i’0 >i’’0 >i0’’’> i0’’’’khi tû sè truyÒn cña hép sè truyÒn th¼ng vµ tû sè truyÒn cña hép sè phô ë sè cao (nÕu cã ), (h×nh 2.8). H×nh 2.8: §å thÞ c©n b»ng c«ng suÊt «t« víi c¸c tû sè truyÒn lùc kh¸c nhau cña truyÒn lùc chÝnh io §-êng cong c«ng suÊt c¶n Nf+ N x¸c ®Þnh c«ng suÊt cÇn thiÕt ®Ó kh¾c phôc lùc c¶n l¨n vµ P - lùc c¶n kh«ng khÝ kh«ng thay ®æi khi tû sè truyÒn cña truúªn lùc chÝnh io thay ®æi vÝ c«ng suÊt nµy chØ phô thuéc vµo träng l-îng cña «t«, d¹ng khÝ ®éng häc cña nã còng nh- vµo chÊt l-îng cña mÆt ®-êng. Qua ®å thÞ chóng ta thÊy r»ng: NÕu gi¶m tû sè truyÒn cña truúªn lùc chÝnh tõ i’0 xuèng i’’0 th× l-îng dù ch÷ c«ng suÊt cña «t« còng nh- vËn tèc lín nhÊt cña chóng ®Òu bÞ gi¶m. Trªn c¬ së ph©n tÝch sù c©n b»ng c«ng suÊt cña «t« víi c¸c tû sè truyÒn cña truúªn lùc chÝnh kh¸c nhau, ta rót ra kÕt luËn r»ng: viÖc giÈm tû sè truyÒn cña truúªn lùc chÝnh io nÕu qu¸ trÞ sè i’’0 lµ kh«ng cã lîi v× khi ®ã l-îng dù tr÷ cña «t« vµ vËn tèc lín nhÊt cña nã ®Òu gi¶m xuèng. Do ®ã viÖc chän tû sè truyÒn cña truúªn lùc chÝnh io ph¶i ®¶m b¶o sao cho «t« ®¹t ®-îc vËn tèc lín nhÊt cã thÓ cã: Tuy nhiªn ta còng cÇn biÕt r»ng, ®a sè c¸c «t« cÇn ph¶i gia tèc nhanh, nghÜa lµ yªu cÇu l-îng tr÷ c«ng suÊt cña «t« ph¶i cµng lín, cßn vËn tèc ®¹t ®ù¬c lín nhÊt th× hÇu nh- kh«ng sö dông ®Õn, mÆt kh¸c cã t¨ng tû sè truúªn cña truúªn lùc chÝnh io lªn mét Ýt th× vËn tèc lín nhÊt cña «t« chØ gi¶m ®i chót Ýt so víi i’’0, nh-ng l-îng dù 58 tr÷ c«ng suÊt ®Ó t¨ng tèc l¹i t¨ng ®¸ng kÓ, v× vËy ®Ó chon tû sè truyÒn cña truúªn lùc chÝnh i’0 lµ hîp lý h¬n c¶ (h×nh 2.8). CÇn l-u ý r»ng riªng ®èi víi c¸c lo¹i «t« thÓ thao vµ «t« ®ua th× quan träng nhÊt lµ cÇn cã vËn tèc lín nhÊt cña «t« vmax th× ta l¹i chän tû sè truyÒn cña truúªn lùc chÝnh i’’0 lµ hîp lý h¬n c¶. 2.4.2. ¶nh h-ëng cña sè l-îng sè truyÒn trong hép sè H×nh 2.9: ®Æc tÝnh ®éng lùc häc cña «t« a. ¤t« cã hép sè 3 cÊp b. ¤t« cã hép sè 4 cÊp Nh»m môc ®Ých lµm râ ¶nh h-ëng cña sè l-îng sè truyÒn trong hép sè ®Õn tÝnh chÊt ®éng lùc häc cña «t«, chóng ta nghiªn cøu so s¸nh ®éng lùc häc cña hai lo¹i «t«, cã ®Æc tÝnh ®éng lùc häc nh- nhau nh-ng «t« thø nhÊt víi hép sè cã 3 sè truyÒn (H×nh 2.9) vµ «t« thø hai cã 4 sè truyÒn (H×nh 2.9) vµ chóng ®Òu cã tû sè truúªn ë sè thø nhÊt (sè I) vµ sè cuèi b»ng nhau. Qua hai ®å thÞ ta thÊy r»ng: nÕu hai «t« cïng chuyÓn ®éng trªn cïng mét lo¹i ®-êng cã hÖ sè c¶n tæng céng nh- nhau lµ 2, th× vËn tèc lín nhÊt cã ®­îc ë «t« cã hép sè 3 cÊp lµ v’’max sÏ nhá h¬n vËn tèc lín nhÊt cña «t« cã hép sè 4 cÊp lµ v’’max. NÕu chóng ta kh«ng cho «t« chuyÓn ®éng trªn ®o¹n ®-êng cã hÖ sè c¶n tæng céng 1>2 th× ta sÏ nhËn ®-îc vËn tèc lín nhÊt cña «t« víi hép sè 3 cÊp sÏ nhá h¬n vËn tèc cña «t« víi hép sè 4 cÊp v’max. 59 Nh- vËy t¨ng sè l-îng sè truyÒn trong hép sè sÏ dÉn ®Õn ®-îc t¨ng tèc ®é trung b×nh cña «t«. Tuy nhiªn nÕu t¨ng qu¸ møc sè l-îng sè truyÒn cña hép sè sÏ lµm cho hép sè phøc t¹p, c«ng kÒnh, khèi l-îng cña hép sè t¨ng lªn vµ lµm phøc t¹p cho ng-êi ®iÒu khiÓn. V× vËy, ®èi víi «t« con, hép sè th«ng th-êng kh«ng ®-îc qu¸ 4 ®ªn 5 cÊp, cßn ®èi víi «t« vËn t¶i vµ «t« chë kh¸ch th× kh«ng v-ît qu¸ tõ n¨m ®Õn 6 cÊp. HiÖn nay, ng-êi ta th-êng dïng hép sè v« sè cÊp nh»m n©ng cao vËn tèc trung b×nh vµ n©ng cao tÝnh chÊt ®éng lùc häc cña «t«, cã lîi h¬n n÷a lµ cã hép sè v« cÊp th× lµm cho ng-êi l¸i ®iªu khiÓn nhÑ nhµng, «t« chuyÓn ®éng ªm dÞu khi gia tèc, gi¶m ®-îc t¶i träng ®éng lªn c¸c c¬ cÊu truyÒn lùc cña «t«. vÒ ph-¬ng diÖn tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu th× cã lîi lín nhÊt lµ ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é toµn t¶i mµ kh«ng phô thuéc vµo chÕ ®é vËn tèc chuyÓn ®éng cña «t«. 2.4.3. ¶nh h-ëng cña tû sè truyÒn cña hép sè Hép sè ®-îc ®Æt trong hÖ thèng truyÒn lùc cña « t« nh»m ®¶m b¶o kh¶ n¨ng kh¾c phôc lùc c¶n cña mÆt ®-êng lu«n thay ®æi. Ta cÇn tiÕn hµnh x¸c ®Þnh tû sè truyÒn cña tong sè trong hép sè. a. X¸c ®Þnh tû sè truyÒn ë tay sè 1 cña hép sè Ta cÇn x¸c ®Þnh tû sè truyÒn ë sè 1 sao cho lùc kÐo tiÕp tuyÕn ph¸t ra ë b¸nh xe chñ ®éng cña «t« Pk kh¾c phôc ®-îc lùc c¶n tæng céng lín nhÊt cña mÆt ®-êng. Tõ ®iÒu kiÖn ®Ó «t« cã thÓ chuyÓn ®éng ®-îc: mjifk PPPPPPP   Vµ tõ ph-¬ng tr×nh c©n b»ng lùc kÐo cña «t«: mjifk PPPPPP   XÐt c¸c thµnh phÇn lùc c¶n cña «t« khi kh«ng kÐo moãc vµ khi «t« chuyÓn ®éng æn ®Þnh, tøc lµ Pm = 0 vµ Pj =0 a suy ra: PPPP ifk   PPPk  Ta cã:  PPPk  maxmax  PGPk  maxmax (2.30) 60 Khi «t« chuyÓn ®éng ë sè 1 th× tèc ®é cña chóng nhá do ®ã mµ lùc c¶n kh«ng khÝ P nhá nªn bá qua. Khi ®ã: GPk maxmax  G r iiiM b tphIe max 0max    tpe b hI iiM Gr i   0max max (2.31) Trong ®ã: ihI: tû sè truyÒn ë sè mét cña hép sè ip: tû sè truyÒn cña hép sè phô ë sè cao i0: tû sè truyÒn cña truyÒn lùc chÝnh XÐt ¶nh h-ëng cña lùc b¸m P tíi lùc kÐo ph¸t ra t¹i b¸nh xe chñ ®éng Pkmax, v× theo ®iÒu kiÖn b¸m ®Ó «t« co thÓ chuyÓn ®éng ®-îc ta cã: mGPk max   mG r iiiM b tphIe  0max (2.32) Theo ®iÒu kiÖn b¸m th× tû sè truyÒn ë sè I cña hép sè ®-îc chän lµ: tpe b hI iiM rmG i   0max .  (2.33) VËy khi chän tû sè truyÒn ë sè I cña hép sè th× ph¶i tho¶ m·n theo biÓu thøc (III.36) vµ (III.38) nh- sau: tpe b hI tcpe b iiM rmG i iiiM Gr      0max0 max .  (2.34) Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n tû sè truyÒn ë sè I cña hép sè ta ph¶i kiÓm tra chóng theo ®iÒu kiÖn b¸m tho¶ m·n biÓu thøc (2.34). NÕu kh«ng tho¶ m·n ta ph¶i tÝnh l¹i träng l-îng ph©n bè lªn cÇu chñ ®éng tøc lµ ph¶i thiÕt kÕ l¹i bè trÝ chung cña xe. 61 b. X¸c ®Þnh tû sè truyÒn cña c¸c tay sè trung gian theo cÊp sè nh©n CÊp sè nh©n hiÖn nay ®îc sö dông réng r·i ®Ó chän hÖ thèng tû sè truyÒn cña hép sè «t«. Dùa trªn c¬ së sö dông c«ng suÊt trung b×nh cña ®éng c¬ khi lµm viÖc ë chÕ ®é toµn t¶i lµ kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh gia tèc «t«. Ta cã ®å thÞ sang sè cña «t« cã hép sè 3 cÊp bè trÝ theo cÊp sè nh©n nh sau: ë tÊt c¶ c¸c sè truyÒn th× kho¶ng biÕn thiªn sè vßng quay cña ®éng c¬ tõ n'e ®Õn n''e lµ kh«ng ®æi. Gi¶ thiÕt khi chuyÓn sè th× «t« kh«ng bÞ ng¾t dßng c«ng suÊt, do vËy mµ kh«ng bÞ mÊt m¸t vËn tèc tøc lµ thêi gian chuyÓn sè coi nh- b»ng 0. Nãi c¸ch kh¸c: khi gia tèc «t« vµ chuyÓn sè tõ sè thÊp tíi sè cao th× vËn tèc cuèi cïng cña sè thÊp b»ng vËn tèc ®Çu tiªn cña sè cao tiÕp theo (h×nh vÏ), nghÜa lµ: V''1 = v'2; v''2 = v'3;; v''n-1 = v'n (2.35) H×nh 2.10: §å thÞ sang sè cña «t« cã hép sè 3 cÊp bè trÝ theo cÊp sè nh©n VËn tèc cuèi cïng cña «t« ë c¸c sè truyÒn kh¸c nhau ®-îc tÝnh theo c«ng thøc: Sè thø n:   sm iii rn v pnh be n /; 60 ''2 10 '' 1     (2.36) 62 Tèc ®é ®Çu tiªn khi gia tèc ë c¸c sè truyÒn kh¸c nhau ®-îc tÝnh theo c«ng thøc: Sè thø (n-1): sm iii rn v phn be n /; 60 ''2 0 '  (2.37) KÕt hîp c¸c biÓu thøc (2.36); (2.37 ); (2.35) ta ®-îc :   ; ''' ;...; ''' ; ' 1 '' hn e nh e hIII e hII e hII e hI e i n i n i n i n i n i n   Vµ ta cã:   q n n i i i i i i e e hn nh hIII hII hII hI   ' '' ... 1 (2.38) Trong ®ã: v', v'' : vËn tèc «t« t-¬ng øng víi sè vßng quay n'e vµ n''e cña trôc khuûu ®éng c¬ n : sè l-îng sè truyÒn cña hép sè BiÓu thøc trªn cho ta thÊy: tû sè truyÒn cña hép sè ®-îc chän ë trªn ®-îc s¾p xÕp theo cÊp sè nh©n mµ c«ng béi lµ “q”: Tõ ®ã ta cã :   q i i q i i q i i nh hn hII hIII hI hII 1 ;...;;   (2.39) hay: )1(;...;  n hI hn hI hIII q i i q i i (2.40) Tõ ®©y ta cã c«ng béi cña cÊp sè nh©n lµ: 1 n hn hI i i q (2.41)  Qua biÓu thøc trªn ta cã nhËn xÐt : - §Ó x¸c ®Þnh ®­îc c«ng béi “q” cña cÊp sè nh©n ta cÇn biÕt tû sè truyÒn ihI ë sè I, sè l- -îng sè truyÒn n trong hép sè vµ tû sè truyÒn cña sè cuèi cïng trong hép sè ihn - §Ó nh»m môc ®Ých n©ng cao tÝnh chÊt ®éng lùc häc cña «t«, n©ng cao hiÖu suÊt cña hÖ thèng truyÒn lùc, trong thiÕt kÕ ng-êi ta th-êng chän tû sè truyÒn ë sè cao nhÊt cña hép sè lµ sè truyÒn th¼ng, tøc lµ ihn =1 63 Do ®ã ta cã c«ng béi q ®-îc x¸c ®Þnh nh- sau: 1 n hIiq (2.42) Khi ®ã tû sè truyÒn cña c¸c sè trung gian ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau:      1 1 3 1 2          n kn hIhII n n hIhII n n hIhII ii ii ii  (2.43) Trong ®ã: k: sè thø tù cña sè truyÒn Ta cã b¶ng c«ng thøc tÝnh tû sè truyÒn cña hép sè tõ 3 cÊp ®Õn 5 cÊp, cã sè truyÒn cuèi cïng lµ sè truyÒn th¼ng ihn= 1 B¶ng 2.2: Tû sè truyÒn cña hép sè Sè truyÒn Hép sè 3 cÊp 4 cÊp 5 cÊp Sè 1 i hl i hl i hl Sè 2 hli 3 2 hli 4 3 hli Sè 3 1 3 hli 4 2 hli Sè 4 - 1 4 hli Sè 5 - - 1 ë mét sè «t« vËn t¶i ng-êi ta chän sè cuèi cïng cña hép sè lµ sè truyÒn t¨ng ihn<1 nh»m môc ®Ých: - T¨ng ®-îc vËn tèc lín nhÊt cña «t« khi chuyÓn ®éng trªn lo¹i ®-êng tèt, do ®ã n©ng cao ®-îc tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña «t« vµ t¨ng ®-îc tuæi thä cña ®éng c¬. 64 - Tû sè truyÒn t¨ng ®-îc chän theo sù c©n b»ng c«ng suÊt cña «t« vµ kiÓm tra l¹i b»ng thùc nghÞªm. Vµ ®ù¬c chän trong kho¶ng 0,7 ®Õn 0,85 - Khi hép sè cã sè truyÒn t¨ng th× sè truyÒn th¼ng sÏ lµ sè truyÒn tr-íc nã. Do ®ã c«ng thøc tæng qu¸t ®Ó x¸c ®Þnh tû sè truyÒn ë c¸c sè trung gian cña hép sè lµ: C«ng béi cña cÊp sè: 2 n hIiq (2.44) Tû sè truyÒn thø k lµ:   1 1  n knhIhk ii (2.45) Trong ®ã: n: sè cÊp cña hép sè k: sè thø tù cña sè truyÒn Qua c¸c biÓu thøc ë trªn ta cã nhËn xÐt: - Sè l-îng sè truyÒn ë sè cao cña hép sè Ýt h¬n so víi sè l-îng sè truyÒn cã ®-îc ë sè thÊp. - Sè l-îng sè truyÒn bÞ h¹n chÕ ®èi víi hép sè cã cÊp. §iÒu nµy sÏ h¹n chÕ kh¶ n¨ng t¨ng vËn tèc trung b×nh cña «t« vµ hÖ sè sö dông t¶i träng cña ®éng c¬. - Ngµy nay hép sè v« cÊp ®ang ®-îc ph¸t triÓn vµ sö dông réng r·i. V× nÕu q= 1 th× sè cÊp n sÏ t¨ng lªn v« h¹n vµ vËn tèc trung b×nh sÏ t¨ng còng nh- hÖ sè sö dông t¶i träng ®éng c¬ sÏ t¨ng. c. X¸c ®Þnh tû sè truyÒn cña c¸c tay sè trung gian theo cÊp sè ®iÒu hßa Nh»m môc ®Ých kh¾c phô nh-îc ®iÓm cña hÖ thèng tû sè truyÒn chän theo cÊp sè nh©n, ng-êi ta cã thÓ chän hÖ thèng tû sè truyÒn sao cho kho¶ng tèc ®é gi÷a c¸c sè truyÒn lµ nh- nhau, nghÜa lµ: v2- v1 = v3 - v2 = .. . = vn - v(n-1) = const (2.46) vµ ®-îc biÓu thÞ trªn h×nh vÏ: 65 H×nh 2.11: §å thÞ sang sè cña «t« khi tû sè truyÒn bè trÝ theo cÊp sè ®iÒu hoµ Quan s¸t trªn h×nh vÏ ta thÊy øng víi vËn tèc ë c¸c sè truyÒn kh¸c nhau t¹i sè vßng quay ne '' cña ®éng c¬ ta cã:     ; 60 ''2 ; 60 ''2 ;...; 60 ''2 ; 60 ''2 0 " 10 " 1 0 " 2 0 " 1 pcnh be n pcnh be n pchII be pchI be iii rn v iii rn v iii rn v iii rn v     (2.47) Nh- vËy ta cã:   a iiiiii nhhnhIIhIIIhIhII  1 11 ... 1111 (2.48) Trong ®ã: a: lµ h»ng sè ®iÒu hoµ n : sè l-îng sè truyÒn hép sè Tõ c«ng thøc trªn ta x¸c ®Þnh ®-îc tû sè truyÒn cña c¸c sè trung gian trong hép sè khi biÕt ihI vµ a   hI h hn hI h hIII hI h hII ain i i ai i i ai i i 11 21 1 1 1 1        (2.49) NÕu sè truyÒn cuèi cïng cña hép sè lµ sè truyÒn th¼ng tøc lµ ihn = 1 th× ta cã 66   a ii nhhn  1 11   a i nh  1 1 1 Vµ   1 1 11 1 h h ain i     1 11 1 h h in i a    (2.50) Qua biÓu thøc trªn ta thÊy a phô thuéc vµo: - Tû sè truyÒn ë sè I: ihI cña hép sè - Sè l-îng sè truyÒn n Khi ®· x¸c ®Þnh ®-îc a th× ta x¸c ®Þnh ®-îc tû sè truyÒn cña c¸c sè trung gian trong hép sè theo c«ng thøc sau:               hI hI nh h h hIII h h hII in in i in in i in in i 21 1 ...... ; 23 1 ; 2 1 1 1 1 1 1            (2.51) Vµ tû sè truyÒn thø k cña hép sè:       hI hI hk ikkn in i 1 1    (2.52) Khi chuyÓn tõ sè nµy sang sè kh¸c ë cÊp sè nh©n th× sè vßng quay nhá cña ®éng c¬ lµ mét trÞ sè cè ®Þnh. Nh-ng ë cÊp sè ®iÒu hoµ khi chuyÓn sè th× sè vßng quay nhá cña ®éng c¬ kh«ng ph¶i lµ mét trÞ sè cè ®Þnh, mµ ë c¸c sè truyÒn cµng cao th× sè vßng quay nhá cµng lín: n'en>...> n'e2> n'e1 Do ®ã ë sè truyÒn cµng cao, ®éng c¬ lµm viÖc cµng gÇn trÞ sè c«ng suÊt lín nhÊt vµ thêi gian t¨ng tèc cµng ng¾n * So s¸nh 2 ph-¬ng ph¸p tÝnh cÊp sè th× ta cã mét sè kÕt luËn nh- sau: - TÝnh tý sè truyÒn cña c¸c sè trung gian trong hép sè theo cÊp s« nh©n. 67 + ¤t« th-êng hay sö dông ë sã cao cña hép sè, nh-ng ë khu vùc nµy th× sè l-îng sè truyÒn Ýt so víi sè l-îng sè truyÒn ë cÊp sè thÊp. §©y lµ mét nh-îc ®iÓm khi chän hÖ thèng tû sè truyÒn cho c¸c sè trung gian theo cÊp sè nh©n. + §èi víi hép sè cã cÊp thÝ sè l-îng sè truyÒn bÞ h¹n chÕ nh- ®· tr×nh bµy ë trªn. Do vËy h¹n chÕ kh¶ n¨ng t¨ng tèc trung b×nh cña «t« vµ hÖ sè sö dông t¶i träng cña ®éng c¬. V× vËy ngµy nay xu h-íng lµ ng-êi ta ®ang ph¸t triÓn lµ sö dông hép sè v« cÊp. Tuy nhiªn sö dông ph-¬ng ph¸p: TÝnh tû sè truyÒn cña c¸c sè trung gian trong hép sè theo cÊp s« nh©n còng cã -u ®iÓm lµ c«ng suÊt trung b×nh cña ®éng c¬ khi lµm viÖc ë chÕ ®é toµn t¶i lµ kh«ng thay ®æi trong qua tr×nh gia tèc. - TÝnh tû sè truyÒn cña c¸c sè trung gian theo cÊp sè ®iÒu hoµ. + Kh¾c phôc nh-îc ®iÓm cña hÖ thèng tÝnh tû sè truyÒn chän theo cÊp sè nh©n lµ ë khu vùc sè cao th× sè l-îng sè truyÒn Ýt, ngêi ta cã thÓ chän hÖ thèng sè truyÒn sao cho kho¶ng tèc ®é gi÷a c¸c sè truyÒn lµ nh- nhau. + ë sè truyÒn cµng cao, ®éng c¬ lµm viÖc cµng gÇn trÞ sè c«ng suÊt lín nhÊt vµ thêi gian t¨ng tèc cµng ng¾n. §ã lµ -u ®iÓm chØ cã ®-îc ë cÊp sè ®iÒu hoµ. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG II 1. Nêu khái niệm và các đường đặc tính công suất của động cơ 2. Giải thích phương trình cân bằng công suất của ôtô 3. Phân tích đồ thị cân bằng công suất động cơ ở các tay số 4. Cho biết ý nghĩa của hệ sô mức độ sử dụng công suất động cơ 5. Giải thích phương trình cân bằng lực kéo 6. Phân tích đồ thị cân bằng lực kéo 7. Nêu khái niệm và ý nghĩa của nhân tố động lực học của ôtô 8. Trình bày đồ thị nhân tố động lực học của ôtô 9. Nêu Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến đặc tính động lực học 10. Tính công suất của một động cơ ô tô cụ thể 11. Tính toán nhân tố động lực học cho một ô tô cụ thể và giải thích giá trị D khi thay đổi tải. 68 PHẦN 2: CÁC TÍNH NĂNG CỦA ÔTÔ Chương 3: TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA ÔTÔ 3.1. Các chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ôtô TÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña « t« ®-îc ®¸nh gi¸ b»ng gi¸ thµnh theo ®¬n vÞ sè l-îng vµ qu·ng ®-êng vËn chuyÓn: tÊn / km hoÆc mét hµnh kh¸ch/ km. Tæng gi¸ thµnh chuyªn chë cña « t« phô thuéc vµo: KÕt cÊu cña « t«, yinhf tr¹ng kü thuËt cña chóng, gi¸ thµnh l-îng nhiªn liÖu tiªu thô, ®iÒu kiÖn ®-êng x¸, ®iÒu kiÖn khÝ hËu khi sö dông « t«, tiÒn l-¬ng ph¶i tr¶ ë ®©y chóng ta xem xÐt yinhs kinh tÕ nhiªn liÖu cña « t«. TÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña « t« ®-îc ®¸nh gi¸ b»ng møc tiªu hao nhiªn liÖu trªn qu·ng ®-êng 100 km hoÆc møc tiªu hao nhiªn liÖu cho 1 tÊn / km. §èi víi « t« chë kh¸ch ®-îc tÝnh theo møc tiªu hao nhiªn liÖu trªn mét hµnh kh¸ch /km hoÆc 100 km. Møc tiªu hao nhiªn liÖu cho mét ®-¬n vÞ qu·ng ®-êng ch¹y q® cña « t« ®-îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: * .100 S Q qđ  ; ( km l 100 ) (3.1) Trong ®ã: Q: L-îng tiªu hao nhiªn liÖu, l S*: Qu·ng ®-êng ch¹y ®-îc cña « t«, km Møc tiªu hao nhiªn liÖu trªn ®¬n vÞ qu·ng ®-êng ch¹y tÝnh theo c«ng thøc (3.1) kh«ng kÓ ®Õn khèi l-îng hµng hãa mµ « t« vËn chuyÓn ®-îc mÆc dï khi « t« chuyªn chë hµng hãa th× l-îng nhiªn liÖu tiªu thô sÏ lín h¬n khi kh«ng cã hµng hãa. Cho nªn cÇn ®¸nh gi¸ tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña « t« theo mét ®¬n vÞ hµng hãa vËn chuyÓn. VÝ dô ®èi víi « t« t¶i, møc tiªu hao nhiªn liÖu cho mét ®¬n vÞ hµng hãa qc ®-îc tÝnh nh- sau: tt n c SG Q q . .  ; ( kmt kg . ) (3.2) Trong ®ã: Gt: Khèi l-îng hµng hãa chuyªn chë, tÊn St: Qu·ng ®-êng chuyªn chë cña « t« khi cã hµng hãa, km n: Tû träng cña nhiªn liÖu, kg/l 69 3.2. Phương trình tiêu hao nhiên liệu của ôtô 3.2.1. Đường đặc tính của động cơ Khi « t« chuyÓn ®éng, tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña nã phô thuéc vµo tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña ®éng c¬ ®Æt trªn « t« vµ tiªu hao c«ng suÊt ®Ó kh¾c phôc c¸c lùc c¶n chuyÓn ®éng. Khi thÝ nghiÖm ®éng c¬ ta x¸c ®Þnh møc tiªu hao nhiªn liÖu theo thêi gian (kg/h) vµ c«ng suÊt ph¸t ra cña ®éng c¬ Ne. Møc tiªu hao nhiªn liÖu theo thêi gian ®-îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: t Q G nT .  ; (kg/h) (3.3) Trong ®ã: t: Thêi gian lµm viÖc cña ®éng c¬, h §Ó ®¸nh gi¸ tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña ®éng c¬, ta sö dông suÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých ge. tN Q N G g e n e T e . .  ; (kg/kW.h) (3.4) Trong ®ã: Ne: C«ng suÊt cã Ých cña ®éng c¬, kW Th«ng qua thÝ nghiÖm ®éng c¬ vµ tÝnh to¸n, ta x©y dùng ®-îc ®å thÞ quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ®éng c¬ vµ suÊt tiªu hao nhiªn liÖu víi sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬: Ne=f(ne) vµ ge=f(ne) §å thÞ nµy tr×nh bµy trªn h×nh 3.1 vµ ®-îc gäi lµ ®-êng ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬. 0 N n e e eN g e H×nh 3.1: §-êng ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬ 70 3.2.2. Phương trình tiêu hao nhiên liệu của ôtô Tõ c¸c c«ng thøc (3.1) vµ (3.4) ta rót ra ®-îc biÓu thøc ®Ó x¸c ®Þnh møc tiªu hao nhiªn liÖu nh- sau: n ee n ee đ v Ng S tNg q  . ..100 . ...100 *  ; (l/100 km) (3.5) Trong ®ã: t S v *  : VËn tèc chuyÓn ®éng cña « t«, km/h Khi « t« chuyÓn ®éng, c«ng suÊt cña ®éng c¬ ph¸t ra cÇn thiÕt ®Ó kh¾c phôc c¸c lùc c¶n chuyÓn ®éng vµ ®-îc biÓu thÞ theo ph-¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng su©t nh- sau: t j e vPPP N   .1000 ).(   ; (kW) (3.6) Trong ®ã: P, P, Pj: C¸c lùc c¶n chuyÓn ®éng cña « t«, N v: VËn tèc chuyÓn ®éng cña « t«, m/s Nh- vËy møc tiªu thô nhiªn liÖu cña « t« phô thuéc vµo suÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých cña ®éng c¬ vµ c«ng suÊt tiªu hao ®Ó kh¾c phôc c¸c lùc c¶n chuyÓn ®éng sÏ lµ: tn je đ PPPg q   . ).(.36,0   ; (l/100 km) (3.7) Ph-¬ng tr×nh (3.7) gäi lµ ph-¬ng tr×nh ®¸nh gi¸ møc tiªu hao nhiªn liÖu khi « t« chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh. Khi « t« chuyÓn ®éng æn ®Þnh Pj=0, th× møc tiªu hao nhiªn liÖu sÏ lµ: tn e đ PPg q   . ).(.36,0   ; (l/100 km) (3.8) Tõ c¸c ph-¬ng tr×nh (3.7) vµ (3.8) ta cã nhËn xÐt sau: Møc tiªu hao nhiªn liÖu trªn mét ®¬n vÞ qu·ng ®-êng ch¹y gi¶m khi suÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých cña ®éng c¬ gi¶m, nghÜa lµ nÕu ®éng c¬ cã kÕt cÊu vµ qu¸ tr×nh lµm viÖc hoµn thiÖn th× gi¶m ®-îc møc tiªu hao nhiªn liÖu cña « t« trªn mét ®¬n vÞ qu·ng ®-êng ch¹y. T×nh tr¹ng lµm viÖc cña hÖ thèng truyÒn lùc kh«ng tèt sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt truyÒn lùc vµ lµm t¨ng møc tiªu hao nhiªn liÖu trªn mét d¬n vÞ qu·ng ®-êng ch¹y. 71 Khi lùc c¶n chuyÓn ®éng t¨ng lªn th× møc tiªu hao nhiªn liÖu sÏ t¨ng. Trong qu¸ tr×nh « t« t¨ng tèc sÏ lµm t¨ng møc tiªu hao nhiªn liÖu. 3.2.3. Những nhân tố ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của ôtô Trong ®iÒu kiÖn sö dông thùc tÕ cã rÊt nhiÒu nh©n tè ¶nh h-ëng ®Õn møc tiªu hao nhiªn liÖu cña « t«, vÝ dô nh- quay xe, lïi xe, xÕp dì hµng hãa Qua ph©n tÝch c¸c c«ng thøc lý thuyÕt kÕt hîp víi ®iÒu kiÖn sö dông thùc tÕ th× x¸c ®Þnh møc tiªu hao nhiªn liÖu cho 100 km qu·ng ®-êng ch¹y ®-îc biÓu thÞ qua c«ng thøc:        zK PKSK qđ . 100 . 100 . 3 21 ; (l) (3.9) Trong ®ã: K1: §Þnh møc tiªu hao nhiªn liÖu cho b¶n th©n « t« chuyÓn ®éng vµ tæn thÊt néi n¨ng cña ®éng c¬, l/100 km K2: §Þnh møc tiªu hao nhiªn liÖu cho mét tÊn hµng hãa vËn chuyÓn trong 100 km, l/t.100 km K3: §Þnh møc tiªu hao nhiªn liÖu phô, cho mçi mét lÇn quay ®Çu xe, cho mét chuyÕn, l/lÇn P: C«ng vËn t¶i, t.km S: Qu·ng ®-êng ®i ®-îc cña « t«, km z: Sè lÇn quay ®Çu xe cho mét chuyÕn. 3.3. Khảo sát tính kinh tế nhiên liệu ôtô trong một số điều kiện 3.3.1. Khi ôtô chuyển động ổn định Sö dông ph-¬ng tr×nh (IV.8) ®Ó ph©n tÝch tÝnh to¸n møc tiªu hao nhiªn liÖu, ta sÏ gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n v× trÞ sè suÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých cña ®éng c¬ ge phô thuéc vµo sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬ ne vµ møc ®é sö dông c«ng suÊt cña ®éng c¬ YN. V× vËy ta gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy b»ng ph-¬ng ph¸p x©y dùng ®-êng ®Æc tÝnh tiªu hao nhiªn liÖu cña « t«. Dùa vµo thÝ nghiÖm ®éng c¬ trªn bÖ thÝ nghiÖm ®Ó lËp ®å thÞ xuÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých cña ®éng c¬ theo møc ®é sö dông c«ng xuÊt ®éng c¬ ge = f(YN) t-¬ng øng víi c¸c sè vßng quay kh¸c nhau cña ®éng c¬ h×nh 3.2. 72 Qua ®å thÞ ta thÊy : Møc ®é sö dông c«ng suÊt cña ®éng c¬ cµng t¨ng vµ sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬ cµng gi¶m th× møc tiªu hao nhiªn liÖu cµng gi¶m, v× ge gi¶m. V× thÕ khi møc ®é sö dông c«ng suÊt cña ®éng c¬ nh- nhau ( vÝ dô t¹i ®iÓm YN1) th× suÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých cña ®éng c¬ ge ë vËn tèc gãc ne’’’ sÏ nhá h¬n khi ë ne’’ vµ ne’ . X©y dùng ®å thÞ c©n b»ng c«ng suÊt cña « t« khi chuyÓn ®éng æn ®Þnh víi c¸c hÖ sè c¶n  cña c¸c lo¹i mÆt ®-êng kh¸c nhau ®Ó t×m ®-îc møc ®é sö dông c«ng suÊt kh¸c nhau cña ®éng c¬ YN. Ta x©y dùng ®å thÞ Ne=f(v) cho mét tû sè truyÒn cña hÖ thèng truyÒn lùc. C¨n cø vµo ph-¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt cña « t« khi chuyÓn ®éng æn ®Þnh, ta cã: t e NN N     ; LËp ®-êng cong c«ng suÊt ph¸t ra cña ®éng c¬ Ne=f(v), xuÊt ph¸t tõ ®-êng cong nµy x©y dùng vÒ phÝa d-íi nã ta ®-îc ®-êng cong biÓu thÞ c«ng suÊt tiªu hao cho lùc c¶n kh«ng khÝ cã kÓ ®Õn c«ng suÊt tiªu hao cho ma s¸t trong hÖ thèng truyÒn lùc. tt vW vf N   3. )(  ; Sau ®ã lËp ®-êng cong biÓu diÔn c«ng suÊt c¶n cña mÆt ®-êng víi c¸c hÖ sè c¶n kh¸c nhau vµ cã kÓ ®Õn c«ng suÊt tiªu hao cho ma s¸t trong hÖ thèng truyÒn lùc. H×nh 3.2: §å thÞ ®Æc tÝnh t¶i träng cña ®éng c¬ (ne'>ne''>ne''') 73 tt vGN     ..  ; Dùa vµo ®å thÞ h×nh 3.3 ta cã thÓ x¸c ®Þnh møc ®é sö dông c«ng suÊt cña ®éng c¬ YN øng víi mét sè vßng quay nµo ®ã cña ®éng c¬, tøc lµ øng víi mét vËn tèc v nµo ®ã ë sè truyÒn ®· cho vµ phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®-êng x¸. VÝ dô: §Ó ®¶m b¶o cho « t« cã thÓ chuyÓn ®éng víi vËn tèc v1 trªn lo¹i ®-êng cã hÖ sè c¶n lµ 1 th× cÇn ph¶i cã c«ng suÊt ®-îc x¸c ®Þnh b»ng tæng sè hai ®o¹n (a + c). Cßn c«ng suÊt cña ®éng c¬ ph¸t ra t¹i vËn tèc nµy b»ng tæng sè hai ®o¹n (a + b). Tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®- -îc møc ®é sö dông c«ng suÊt cña ®éng c¬ YN theo tû sè : ba ca Y N    (3.10) NÕu tÝnh YN theo % ta cã : %100.% ba ca Y N    (3.11) Dùa vµo ®å thÞ h×nh 3.3 còng t-¬ng øng víi vËn tèc v vµ sè truyÒn ®· cho, ta x¸c ®Þnh ®-- îc sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬ ne t-¬ng øng theo biÓu thøc : b t e r iv n .2 ..60   ;       ph vg (3.12) Tõ trÞ sè YN vµ ne t×m ®-îc, dùa vµo ®å thÞ h×nh 3.2 ta x¸c ®Þnh ®-îc trÞ sè suÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých cña ®éng c¬ ge . Sau khi tÝnh to¸n ®-îc trÞ sè c¸c lùc c¶n chuyÓn ®éng P vµ P, råi thay c¸c trÞ sè võa t×m ®-îc: ge, P, P vµo ph-¬ng tr×nh (3.8) ta x¸c ®Þnh ®-îc trÞ sè cña møc tiªu hao nhiªn liÖu vµ tõ ®ã x©y dùng ®-êng cong møc tiªu hao nhiªn liÖu cña « t« khi chuyÓn ®éng æn ®Þnh. §å thÞ h×nh 3.4. §å thÞ h×nh 3.4 cho phÐp ta x¸c ®Þnh ®-îc møc ®é tiªu hao nhiªn liÖu (l/100 km ) khi biÕt c¸c trÞ sè ,v . H×nh 3.3: §å thÞ c©n b»ng c«ng suÊt cña « t« øng víi c¸c hÖ sè c¶n  kh¸c nhau cña mÆt ®-êng 74 Qua ®å thÞ ta cã nhËn xÐt : Trªn mçi ®-êng cong cña ®å thÞ cã hai ®iÓm ®Æc tr-ng c¬ b¶n nhÊt :  §iÓm thø nhÊt x¸c ®Þnh møc tiªu hao nhiªn liÖu nhá nhÊt q®min khi « t« chuyÓn ®éng trªn lo¹i ®-êng cã hÖ sè c¶n  (vÝ dô q®min øng víi ®-êng 1), vËn tèc t¹i ®iÓm ®ã gäi lµ vËn tèc kinh tÕ, kÝ hiÖu lµ vkt.  §iÓm thø hai cña ®-êng cong (®iÓm mót cuèi cña c¸c ®-êng cong) ®Æc tr-ng cho l-îng tiªu hao nhiªn liÖu khi ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é toµn t¶i (c¸c ®iÓm a, b, c). C¸c ®iÓm nµy t-¬ng øng víi vËn tèc chuyÓn ®éng lín nhÊt cña « t« vmax víi c¸c hÖ sè c¶n  kh¸c nhau. Ngoµi ra cßn cã c¸c ®iÓm bÊt th-êng trªn mçi ®-êng cong (c¸c ®iÓm d , e , f) n»m vÒ phÝa bªn ph¶i cña vkt vµ låi lªn trªn øng víi sù b¾t ®Çu lµm viÖc cña bé tiÕt kiÖm nhiªn liÖu, hçn hîp ®-îc lµm giÇu thªm. 3.3.2. Khi ôtô chuyển động không ổn định Trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ cña « t« t×nh tr¹ng mÆt ®-êng lu«n thay ®æi do ®ã vËn tèc cña « t« còng lu«n thay ®æi vµ chÕ ®é t¶i cña ®éng c¬ còng lu«n thay ®æi. V× vËy phÇn lín thêi gian chuyÓn ®éng cña « t« lµ chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh, lóc th× chuyÓn ®éng cã gia tèc, lóc th× chuyÓn ®éng l¨n tr¬n, lóc th× phanh « t«. Khi « t« chuyÓn ®éng tèc ®é cña « t« t¨ng lªn, lµm t¨ng lùc c¶n chuyÓn ®éng vµ dÉn tíi lµm t¨ng møc tiªu hao nhiªn liÖu. Tuy nhiªn lóc ®ã l¹i sö dông tèt nhÊt c«ng suÊt cña ®éng c¬ vµ dÉn ®Õn gi¶m suÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých cña ®éng c¬. L-îng tiªu hao nhiªn liÖu trong thêi gian « t« chuyÓn ®éng t¨ng tèc sÏ lín h¬n so víi khi « t« chuyÓn ®éng víi vËn tèc kh«ng ®æi (v = const, j = 0) v× ngoµi phÇn nhiªn liÖu tiªu hao ®Ó kh¾c phôc c¸c lùc c¶n chuyÓn ®éng, cßn phÇn n÷a ph¶i dïng ®Ó t¨ng tèc (t¨ng ®éng n¨ng cña « t«). NÕu nh- cho « t« chuyÓn ®éng t¨ng tèc ®Õn vËn tèc v1 råi cho « t« chuyÓn ®éng l¨n tr¬n ®Õn khi vËn tèc gi¶m ®Õn v2 th× phÇn n¨ng l-îng nµy ®-îc tr¶ l¹i (khi « t« chuyÓn ®éng l¨n tr¬n th× ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é kh«ng t¶i hoÆc t¾t h¼n m¸y) l-îng tiªu hao nhiªn liÖu rÊt nhá. V× vËy møc tiªu hao nhiªn liÖu chung cã thÓ gi¶m so víi khi chuyÓn ®éng víi vËn tèc kh«ng ®æi. Qóa tr×nh « t« chuyÓn ®éng t¨ng tèc vµ l¨n tr¬n gäi lµ chu kú gia tèc - l¨n tr¬n vµ ®-îc minh ho¹ trªn h×nh 3.5. H×nh 3.4: §å thÞ ®Æc tÝnh tiªu hao nhiªn liÖu cña « t« khi chuyÓn ®éng æn ®Þnh. 75 H×nh 3.5: §å thÞ « t« chuyÓn ®éng gia tèc - l¨n tr¬n a. L-îng tiªu hao nhiªn liÖu trong qu¸ tr×nh t¨ng tèc cña « t« L-îng tiªu hao trong qu¸ tr×nh nµy ®-îc tÝnh theo biÓu thøc sau ®©y: 510.36 . etbtj g AQ  ; (3.13) Trong ®ã: Qj: L-îng tiªu hao nhiªn liÖu cña « t« trong qu¸ tr×nh t¨ng tèc, kg getb: SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých trung b×nh cña ®éng c¬ trong kho¶ng vËn tèc tõ v1 ®Õn v2, kg/kW.h At: Tæng sè c«ng tiªu tèn trong qu¸ tr×nh t¨ng tèc cña « t« cã kÓ ®Õn tæn thÊt n¨ng l-îng cho lùc c¶n trong hÖ thèng truyÒn lùc. t dc t AA A    ; Trong ®ã: Ac: C«ng tiªu tèn ®Ó kh¾c phôc c¸c lùc c¶n khi « t« chuyÓn ®éng t¨ng tèc Ac = (P + P).Sj ; Sj: Qu·ng ®-êng « t« chuyÓn ®éng t¨ng tèc, m P: Lùc c¶n kh«ng khÝ: 76 2. tbvWP  ; vtb: VËn tèc trung b×nh cña « t«: 2 21 vvvtb   ; P: Lùc c¶n tæng céng cña ®-êng: P = .G ; Ad: C«ng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng ®éng n¨ng cña « t« khi chuyÓn ®éng t¨ng tèc. ).(. 2 1 )( 2 2 2 2 1 2 2 2 1 bbbd Jvv g G A   ; (N.m) Trong ®ã: Jb: Tæng m«men qu¸n tÝnh cña c¸c b¸nh xe b1, b2: VËn tèc gãc cña c¸c b¸nh xe øng víi lóc cuèi vµ lóc b¾t ®Çu qu¸ tr×nh t¨ng tèc (øng víi v1 vµ v2 cña « t«). b. X¸c ®Þnh l-îng tiªu hao nhiªn liÖu cña « t« trong thêi gian chuyÓn ®éng l¨n tr¬n NÕu trong thêi gian 1 giê, l-îng tiªu hao nhiªn liÖu lµ Gxx (kg) th× trong thêi gian tlt (s) nµo ®ã, l-îng tiªu hao nhiªn liÖu khi l¨n tr¬n lµ: 3600 . ltxx lt tG Q  ; (kg) (3.14) Thêi gian chuyÓn ®éng l¨n tr¬n tlt x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: tb lt j vv t 21   ; (s) (3.15) ë ®©y: jtb: Gia tèc chËm dÇn trung b×nh khi « t« chuyÓn ®éng l¨n tr¬n, m/s 2. i xx tb g G PP j    . )(         ; (m/s2) Trong ®ã: Pxx: Lùc ma s¸t trong hÖ thèng truyÒn lùc khi ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é kh«ng t¶I thu gän vÒ b¸nh xe chñ ®éng, N 77 i: HÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h-ëng cña c¸c khèi l-îng quay khi « t« chuyÓn ®éng l¨n tr¬n. Thay trÞ sè tlt ë (3.13) vµo (3.14) ta ®-îc: tb xx lt j vvG Q .3600 )( 21  ; (kg) (3.16) Nh- vËy tæng l-îng tiªu hao nhiªn liÖu cho mét chu kú gia tèc - l¨n tr¬n sÏ lµ: Qt = Qj + Qlt ; (kg) tb xxetbt t j vvGgA Q .3600 )( 10.36 . 21 5   ; (kg) (3.17) NÕu x¸c ®Þnh ®-îc qu·ng ®-êng khi « t« chuyÓn ®éng t¨ng tèc Sj vµ khi chuyÓn ®éng l¨n tr¬n Slt ta cã thÓ t×m ®-îc møc tiªu hao nhiªn liÖu trªn mét ®¬n vÞ qu·ng ®-êng nh- sau: nltj t st SS Q Q ).( .100   ; (l/100 km) (3.18) 3.3.3. Khi ôtô có truyền động thủy lực X¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña « t« khi cã truyÒn ®éng b»ng thñy lùc còng kh«ng kh¸c g× so víi lo¹i « t« cã truyÒn lùc c¬ khÝ nh-ng cÇn l-u ý r»ng: - CÇn cã c¸c ®-êng ®Æc tÝnh (kh«ng thø nguyªn) cña biÕn m« - CÇn cã c¸c ®å thÞ thùc nghiÖm thÓ hiÖn quan hÖ m«men xo¾n cña trôc khuûu ®éng c¬ Me vµ møc tiªu hao nhiªn liÖu - giê Gt víi sè vßng quay cña trôc khuûu ®éng c¬ ne ë c¸c møc sö dông c«ng suÊt kh¸c nhau. - CÇn x©y dùng quan hÖ lµm viÖc ®ång thêi gi÷a ®éng c¬ vµ biÕn m« thñy lùc - X¸c ®Þnh ®-îc c¸c th«ng sè ra cÇn thiÕt ®Æt t¹i trôc s¬ cÊp cña hép sè nh-: nT, MT. Sau khi ®· cã c¸c th«ng sè cÇn thiÕt ®Æt t¹i trôc s¬ cÊp cña hép sè, ta cã thÓ ®¸nh gi¸ ®-îc møc tiªu hao nhiªn liÖu theo ph-¬ng tr×nh (3.7) vµ (3.8) khi « t« chuyÓn ®éng æn ®Þnh vµ kh«ng æn ®Þnh. §èi víi « t« cã trang bÞ hép sè v« cÊp, vÒ nguyªn lý nã cã thÓ ®¶m b¶o cho ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é kinh tÕ nhiªn liÖu tèt nhÊt trong bÊt kú ®iÒu kiÖn ®-êng x¸ nµo. Tuy nhiªn khi cã truyÒn ®éng thñy lùc th× hiÖu suÊt truyÒn ®éng sÏ gi¶m, nhÊt lµ ë khu vùc tû sè truyÒn ibm nhá. V× vËy khi ®Æt biÕn m« thñy lùc lªn « t« th× møc tiªu hao nhiªn liÖu sÏ t¨ng, ®«i khi t¨ng tõ 25%30%. 78 §Ó kh¾c phôc vÊn ®Ò nµy ng-êi ta ®Æt thªm mét hép sè c¬ khÝ ®Ó t¨ng sè vßng quay cña trôc tuabin trong khi tèc ®é « t« vÉn nh- cò, do ®ã n©ng cao ®-îc hiÖu suÊt truyÒn ®éng. Tuy nhiªn biÖn ph¸p nµy lµm kÕt cÊu phøc t¹p, t¨ng träng l-îng vµ gi¸ thµnh. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG III 1. Nêu các chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ôtô 2. Trình bày các cách tính toán mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô 3. Trình bày những nhân tố ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của ôtô 4. Phân tích lượng tiêu hao nhiên liêu khi ôtô chuyển động ổn định 5. Phân tích lượng tiêu hao nhiên liêu khi ôtô chuyển động không ổn định 6. Phân tích lượng tiêu hao nhiên liêu khi ôtô có truyền động thủy lực. 79 Chương 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ 4.1. Quỹ đạo chuyển động của ôtô Quỹ đạo chuyển động của ô tô là tập hợp các vị trí ô tô có được sau khi người lái thực hiện các động tác điều khiển lên ô tô chuyển động thẳng, quay vòng hay vượt chướng ngại theo yêu cầu. Trong nghiên cứu lý thuyết động lực học chuyển động của ôtô có thể tách ra ba hướng chính là: chuyển động thẳng, chuyển động quay vòng và tiện nghi êm dịu trong chuyển động. Vấn đề an toàn giao thông cũng được đề cập đầy đủ trong ba hướng đó, nhưng liên quan chặt chẽ hơn đó là quỹ đạo chuyển động của ôtô. Vấn đề nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ôtô cần thiết phải đặt ra trong hệ toạ độ không gian ba chiều, tức là phải xem xét các điều kiện không gian đầy đủ. Đối với phương tiện giao thông bằng đường bộ có thể xem xét quỹ đạo chuyển động của ô tô trong mặt phẳng của đường (toạ độ hai chiều) nhưng phải kể đến kết cấu đặc trưng trong không gian. Khi nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ô tô chúng ta quan niệm ô tô là một hệ thống cơ học biến dạng, nếu gắn vào thân xe một hệ toạ độ đi qua trọng tâm ô tô, chúng ta có thể biểu thị sự biến dạng của hệ thống theo cả ba phương x, y, z. Đặc trưng cho sự biến dạng đó là biến dạng của các phần tử đàn hồi, giảm chấn, bánh xe, khâu khớp đòn giằng, khung vỏ...Với biến dạng đó có thể coi như ô tô đặt trên một hệ đàn hồi. Ô tô là một cơ hệ đàn hồi chuyển động trên đường trong hệ toạ độ cố định. Các dịch chuyển của ôtô theo các trục toạ độ gây nên các chuyển vị dọc theo ba trục và quay quanh ba trục. Do đó có thể coi hệ toạ độ không gian ba chiều với chuyển động của ô tô được xem xét bởi sáu chuyển vị. Tuỳ theo mục đích từng bài toán mà có thể xem xét các chuyển vị. Khi khảo sát quỹ đạo chuyển động quan trọng hơn cả là chuyển vị theo toạ độ mặt đường (toạ độ cố định) Oxoyozo biểu diễn bằng toạ độ xo, yo và góc quay thân xe . Hệ thống cơ học 80 ở đây có tính chất đàn hồi, do vậy quy luật của chúng cũng rất phức tạp. ở mức độ đơn giản ta có thể biều thị mối quan hệ hệ thống cơ học của ôtô như hình sau : Mô hình cơ học của ôtô 4.2. Quay vòng lý tưởng, quay vòng thiếu, quay vòng thừa H×nh 4.1: S¬ ®å chuyÓn ®éng quay vßng cña «t« khi lèp bÞ biÕn d¹ng bªn Trªn H×nh 4.1 biÓu thÞ chuyÓn ®éng trªn ®-êng vßng cña « t« cã lèp ®µn håi theo h-íng bªn. Thµnh phÇn bªn Pj y cña lùc qu¸n tÝnh ®-îc ®Æt t¹i träng t©m cña xe. D-íi t¸c dông cña lùc nµy, lèp cña c¸c b¸nh xe tr-íc vµ sau bÞ lÖch ®i nh÷ng gãc t-¬ng øng lµ  1 vµ  2. ë c¸c Z X Y .  . q .  81 b¸nh xe tr-íc, ngoµi gãc lÖch  1 chóng cßn ®-îc quay ®i mét gãc  , do ®ã h-íng cña vÐc t¬ cña trôc tr-íc sÏ t¹o víi trôc däc cña xe mét gãc b»ng  - 1. Theo ph-¬ng ph¸p tr×nh bµy ë phÇn I ta dÔ dµng x¸c ®Þnh ®-îc t©m quay tøc thêi O1 cña xe vµ b¸n kÝnh quay vßng R . §èi víi « t« vµ m¸y kÐo cã lèp ®µn håi theo h-íng bªn th× gãc quay vßng cÇn thiÕt  cña b¸nh dÉn h-íng ®Ó xe cã thÓ chuyÓn ®éng trªn ®-êng cong cã b¸n kÝnh R sÏ phô thuéc kh«ng nh÷ng vµo chiÒu dµi c¬ së cña xe mµ cßn phô thuéc vµo kh¶ n¨ng chèng lÖch bªn cña lèp . Tõ H×nh 4.1chóng ta x¸c ®Þnh ®-îc : R = )( 12   tgtg L (4.1) víi gi¸ trÞ cña c¸c gãc lµ rÊt nhá th× ta cã : R  12   L (4.2) Ph-¬ng tr×nh nµy ®Æc tr-ng cho tÝnh n¨ng quay vßng cña « t« b¸nh h¬i vµ cã thÓ x¶y ra c¸c tr-êng hîp sau : 1.Tr-êng hîp 1: 1 = 2 : xe cã tÝnh n¨ng quay vßng ®Þnh møc. ë tr-êng hîp nµy ®Ó gi÷ cho xe chuyÓn ®éng th¼ng khi cã lùc bªn t¸c dông th× ng-êi l¸i cÇn quay vßng tay l¸i nh- thÕ nµo ®Ó xe lÖch khái trôc ®-êng mét gãc 21   . 2.Tr-êng hîp 2: 1 > 2 : xe cã tÝnh n¨ng quay vßng thiÕu (h×nh 4.2). ë tr-êng hîp nµy xe cã kh¶ n¨ng tù gi÷ ®-îc h-íng chuyÓn ®én