Bộ Khoa học và Công nghệ
Chơng trình KC.05 - Dự án KC.05.DA.13
Trung tâm Phát triển Công nghệ Ô tô

=====o0o=====
Tài liệu kỹ thuật

Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng
sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô Chơng I : Tính toán động lực học ô tô
Chơng II : Tính toán hệ thống phanh
Chơng III : Tính toán hệ thống treo
Chơng IV : Tính toán hệ thống lái
Chơng V : Tính toán hệ thống ly hợp
Chơng VI : Tính toán khung ô tô

6091-7
07/9/2006


hệ thống mà lại đảm bảo tính hiệu quả, nghĩa là rút ngắn đợc thời gian và khối lợng tính
toán.
Chúng tôi đã tiến hành hệ thống hoá kết cấu các hệ thống hiện đang sử dụng rộng rãi
trên ôtô cùng với phần tính toán thiết kế, cải tiến và kiểm nghiệm của chúng. Ch
ơng trình
tổng hợp các công thức tính toán hiện đợc sử dụng lâu nay, hệ thống hoá và xây dựng phần
tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ đọc, dễ hiểu để có thể sử dụng một cách dễ dàng
và tiện lợi. Chơng trình của chúng tôi cũng xây dựng với hớng mở, nghĩa là tuy cha tính
- 4 -
toán triệt để một số cụm phức tạp, một số kết cấu mới, nhng chúng ta có thể dễ dàng và
nhanh chóng mở rộng để kết nối với chơng trình cho hoàn thiện hơn.
Chơng trình đã tổng hợp và xây dựng các phần chơng trình tính toán thiết kế, kiểm
nghiệm một số hệ thống trên ôtô có giao diện bằng tiếng Việt ứng dụng trên nền phần mềm
Matlab:
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán động lực học ôtô.
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán hệ thống phanh (phanh dầu, dẫn động
cơ khí, cơ khí có trợ lực loại chân không kết hợp thuỷ lực).
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán hệ thống treo (treo phụ thuộc với bộ
phận đàn hồi loại nhíp và giảm chấn thuỷ lực).
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán hệ thống lái (cơ cấu lái loại trục vít -
êcu bi, dẫn động lái cơ khí có trợ lực).
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán hệ thống ly hợp (cơ cấu ly hợp loại ma
sát khô 1 đĩa, 2 đĩa, dẫn động cơ khí có trợ lực).
- Xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán khung ôtô.
Các phần mềm xây dựng đợc đã đợc công bố trên một số hội nghị chuyên ngành và
đợc ứng dụng trong quá trình đào tạo các công nghệ mới cho các kỹ s và kỹ thuật viên tại
Công ty ôtô Sài Gòn (7/2004).
Những phần mềm chuyên dụng có thể dùng làm cơ sở để tính toán thiết kế và nghiên
cứu sâu những quá trình phức tạp của các hệ thống trên ôtô, cũng nh làm tài liệu cho các
cán bộ chuyên ngành. Những nội dung cần tiếp tục là mở rộng hoàn thiện các quá trình thiết

1.2. Phân loại hệ thống phanh 22
1.3. Nhiệm vụ 25
II. Các bớc tính toán 26
2.1. Bài toán thiết kế 26
2.1.1. Tính mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh 26
2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh 27
2.1.3. Tính toán dẫn động phanh 29
2.1.4. Tính bền 31
2.2. Bài toán kiểm nghiệm 32
2.2.1. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh 32
2.2.2. Tính mô men phanh tác dụng lên các cơ cấu phanh 34
2.2.3. Tính lực phanh tổng cộng tác dụng lên các cơ cấu phanh 35
- 6 -
2.2.4. Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống 35
2.2.5. Tính bền một số chi tiết quan trọng của hệ thống 36
2.2.6. Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 37
III. Sơ đồ thuật toán 39
3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống phanh 39
3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh 43
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 47
V. Kết luận 59
Chơng III. Tính toán hệ thống treo 60
I. Đặt vấn đề 60
1.1. Tổng quát 60
1.2. Phân loại hệ thống treo 60
1.3. Nhiệm vụ 62
II. Các bớc tính toán 63
2.1. Bài toán thiết kế 63
2.1.1. Tính các thông số dao động của bánh xe 63
2.1.2. Tính toán bộ phận đàn hồi 65

III. Sơ đồ thuật toán 108
3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống lái 108
3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái 112
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 116
V. Kết luận 127
Chơng V. Tính toán hệ thống ly hợp 128
I. Đặt vấn đề 128
1.1. Tổng quát 128
1.2. Phân loại hệ thống ly hợp 128
1.3. Nhiệm vụ 131
II. Các bớc tính toán 132
2.1. Bài toán thiết kế 132
2.1.1. Xác định mômen ma sát của ly hợp 132
2.1.2. Xác định kích thớc cơ bản của ly hợp 132
2.1.3. Tính công trợt và công trợt riêng 133
2.1.4. Tính toán hệ thống dẫn động ly hợp 134
2.1.5. Tính bền một số chi tiết điển hình 135
2.2. Bài toán kiểm nghiệm 139
2.2.1. Xác định lực ép lên đĩa ma sát 139
2.2.2. Xác định mômen ma sát của ly hợp 140
2.2.3. Xác định hệ số dự trữ của ly hợp 140
2.2.4. Kiểm tra công trợt và kiểm tra công trợt riêng 140
- 8 -
2.2.5. Kiểm tra hành trình bàn đạp và lực bàn đạp 140
2.2.6. Tính bền một số chi tiết của hệ thống 141
III. Sơ đồ thuật toán 142
3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế ly hợp 142
3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm ly hợp 145
IV. Xây dựng chơng trình có giao diện tiếng Việt 148
V. Kết luận 158

thuyết và chơng trình ứng dụng để tính toán động lực học ôtô.
1.2. Nhiệm vụ
Quá trình tính toán động lực học của ôtô nhằm thoả mãn các nhiệm vụ sau:
- Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ. Công việc này nhằm đánh giá đợc
công suất và mômen xoắn của động cơ có đảm bảo đợc cho ôtô chuyển động đợc trong
các điều kiện định trớc hay không.
- Tính toán các chỉ tiêu động lực học. Đây là quá trình đánh giá các chỉ tiêu động lực của
động cơ lắp đặt trên ôtô trong điều kiện chuyển động cho trớc, từ đó có thể đánh giá đợc
chất lợng động lực học của ôtô.

II. Các bớc tính toán:
Qui trình tính toán động lực học ôtô gồm các bớc sau:
- Xây dựng đờng tốc độ ngoài của động cơ
- Tính toán các chỉ tiêu động lực học của ôtô:
+ Tính toán chỉ tiêu về công suất
+ Tính toán chỉ tiêu về lực kéo
+ Tính toán chỉ tiêu về nhân tố động lực học khi đầy tải và tải thay đổi
+ Tính toán khả năng tăng tốc của ôtô: gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đờng tăng tốc.
2.1. Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Các số liệu cho trớc là thông số xe, thông số động cơ, vận tốc cực đại của xe, các điều kiện
chuyển động, từ đó chúng ta phải xây dựng đợc đờng đặc tính ngoài (công suất, mô men
xoắn) của động cơ đó.
Công suất của động cơ N
e
là một hàm của số vòng quay n
e
theo công thức:





=
3
N
e
2
N
e
N
e
maxee
n
n
c
n
n
b
n
n
aNN
(mã lực) (1.1)
Mô men xoắn của động cơ là một hàm của số vòng quay:
- 10 -
e
e
e
n
N
2,716M =
(kGm) (1.2)

2.2.1. Xác định chỉ tiêu về công suất
- Công suất kéo ở bánh xe chủ động đợc xác định theo công thức:
N
k
= N
e
.
t
(mã lực) (1.3)
Trong đó:
t
là hiệu suất truyền lực
- Số vòng quay của động cơ ứng với vận tốc cực đại:
b
maxhn0
V
r.377,0
Vii
n =
(vòng/phút) (1.4)
i
0
: tỉ số truyền của truyền lực chính
i
hn
: tỉ số truyền ở tay số cao nhất
V
max
: vận tốc cực đại của ôtô (km/h)
r

hmo
eb
m
i.i
n.r
.377,0V =
(km/h) (1.6)
Trong đó:
m: chỉ số truyền đang tính (m = 1ữn)
n: số cấp số tiến của hộp số
- 11 -
n
e
: số vòng quay của động cơ, n
e
biến thiên từ n
emin
đến n
emax
(vòng/phút) (n
emax
= n
V
)
Từ đó chúng ta xây dựng đợc đồ thị biểu diễn công suất kéo của động cơ theo vận tốc
chuyển động của xe ở từng tay số.
2.2.2. Xác định về chỉ tiêu lực kéo:
- Lực kéo tiếp tuyến P
k
tại bánh xe chủ động ở tay số thứ m đợc xác định theo công thức:

Trong đó:
K: Hệ số cản không khí (kGs
2
/m
4
)
Ôtô du lịch: K = 0,02 - 0,035
Ôtô tải: K = 0,06 - 0,07
F: Diện tích cản chính diện của ôtô (m
2
)
F = B . H (m
2
) (1.9)
V
m
: Vận tốc của ôtô ở mỗi tay số (km/h)
B: Chiều rộng cơ sở của ôtô (m)
H: chiều cao toàn bộ của ôtô (m)
2.2.3. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học:
- Nhân tố động lực học ở tay số thứ m đợc xác định theo công thức:
G
P-P
D
wmkm
m
= (1.10)
Từ đó chúng ta xây dựng đợc đồ thị biểu diễn nhân tố động lực học theo vận tốc chuyển
động của xe ở từng tay số.
2.2.4. Xác định khả năng tăng tốc cuả ôtô

từng tay số.
b.Xác định thời gian tăng tốc:
Thời gian tăng tốc đợc tính theo công thức:

=
2
1
V
V
dv
j
1
t (giây) (1.13)
Thời gian tăng tốc đợc xác định bằng cách tích phân đồ thị 1/j(v).
Ta có thể xác định thời gian tăng tốc t bằng phơng pháp tính gần đúng nh sau:
- Chia khoảng vận tốc v
min
ữ 0,95 v
max
thành k khoảng.
- Tính diện tích mỗi khoảng nằm dới đờng cong 1/j theo công thức:
2
j/1j/1
.
6,3
vv
t
i1ii1i
i


vv
).tt(S
i1i
i1ii

=
+
+
(s) (1.17)
v: vận tốc chuyển động của xe (km/h)
- Tính quãng đờng tăng tốc theo công thức:

=
=
k
1i
i
SS (s) (1.18)
- 13 -
III. Sơ đồ thuật toán



Hình 1.3. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán động lực học ôtô

Với trình tự các bớc tính toán động lực học ôtô nh ở phần II, chúng tôi đa ra sơ đồ thuật
toán của bài toán thiết kế hệ thống ly hợp trên hình 1.3.
Trong sơ đồ trên có các khối chơng trình thực hiện các chức năng sau:
Bắt đầu
Nhậ
p
dữ liệu
Kết thúc
Xây dựng đờng
đặc tính ngoài của
động cơ
Xem kết
q
uả
Xác định chỉ tiêu
công suất
Xác định chỉ tiêu
lực kéo
Nhập dữ liệu
chung của xe
Nhập dữ liệu
của động cơ
Nhậ
p
dữ liệu điều
kiện chuyển động
Xác định chỉ tiêu

- Gia tốc trọng trờng
- Hệ số cản lăn của đờng
- Góc dốc cực đại cho phép của mặt đờng.
- Hệ số cản không khí
- Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp
3.2. Khối xây dựng đờng đặc tính ngoài của động cơ:
Khối này thực hiện việc tính toán công suất, mômen xoắn của động cơ theo số vòng quay và
vẽ đồ thị đặc tính ngoài.
3.3. Khối xác định chỉ tiêu công suất:
Khối này thực hiện việc tính toán công suất và vẽ đồ thị công suất ứng với vận tốc chuyển
động của xe ở từng tay số.
3.4. Khối xác định chỉ tiêu lực kéo:
Khối này thực hiện việc tính toán lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động và vẽ đồ thị lực kéo
ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số.
3.5. Khối xác định chỉ tiêu nhân tố động lực học:
- 15 -
Khối này thực hiện việc tính toán nhân tố động lực học và vẽ đồ thị nhân tố động lực học
ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số.
3.6. Các khối xác định khả năng tăng tốc:
Gồm có 3 khối thành phần là khối xác định gia tốc, thời gian tăng tốc và quãng đờng tăng
tốc để thực hiện các công việc:
- Tính toán gia tốc và vẽ đồ thị gia tốc ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số.
- Tính toán thời gian và vẽ đồ thị thời gian tăng tốc của xe ứng với vận tốc chuyển động.
- Tính toán quãng đờng và vẽ đồ thị quãng đờng tăng tốc của xe ứng với vận tốc chuyển
động.
3.7. Khối xem kết quả
Sau khi đã tính toán và kiểm tra các chỉ tiêu động lực học, khối này sẽ thể hiện các kết quả
tính toán và các đồ thị thể hiện đặc tính động lực học của ôtô.

3.8. Kết luận

Khi lựa chọn "Tiếp tục" từ menu chính sẽ chạy phần chơng trình tính toán động lực học có
giao diện nh sau:
Hình 1.4.2. Menu chính "Tính toán động lực học ôtô"
- 17 -
Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán tính toán.
Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi chơng
trình". Bên cạnh đó ngời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp
đỡ về cách thức sử dụng chơng trình trong những lần đầu tiên.
4.2. Nhập dữ liệu
Đây là phần chơng trình rất quan trọng, bao gồm các dữ liệu chung của xe, động cơ, hộp số
và các điều kiện chuyển động. Modul nhập dữ liệu gồm có hai phần: Nhập dữ liệu từ bàn
phím và nhập dữ liệu từ tệp.
4.2.1. Nhập dữ liệu từ tệp
Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe cơ sở
đã có sẵn các thông số cho phép ngời sử dụng lựa chọn để tham khảo một số thông số khi
mới nhập lần đầu tiên.
Hình 1.4.4. Nhập dữ liệu từ bàn phím

Hình 1.4.5. Nhập dữ liệu từ tệp
4.4. Xem kết quả
Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, chơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả
tính sẽ đợc thể hiện khi ngời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi
bấm vào "Xem kết quả", sẽ hiện ra bảng chứa kết quả là các đồ thị đặc tính động cơ, đặc tính
động lực học và khả năng tăng tốc. Trên bảng thể hiện kết quả, có các nút bấm cho phép
ngời sử dụng có thể lựa chọn kết quả cần xem, bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả.
Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán động lực học ôtô
nữa, thì ngời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi chơng trình" để quay về menu chính
nh ban đầu để kết thúc phần "Tính toán động lực học ôtô".

- 19 -

Hình 1.4.7. Các đồ thị đặc tính ngoài động cơ

- 20 -


tèc H×nh 1.4.13. Qu·n
g
®−ên
g
t¨n
g
tèc
- 21 -
V. Kết luận
Chơng trình "Tính toán động lực học ôtô" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu,
dễ sử dụng đã đạt đợc một số kết quả sau:
- Tổng hợp đợc các công thức và một số phơng pháp tính toán lý thuyết động lực học ôtô
đã đợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua.
- Xây dựng đợc chơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng.
Chơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s chuyên ngành giảm nhẹ đợc công việc tổng hợp lại
các bớc và công thức tính, cũng nh giảm đợc khối lợng và thời gian tính toán so với
trớc đây còn phải sử dụng bằng tay.
- Tổng hợp đợc quá trình tính toán trên đa phần ôtô hiện đang đợc sử dụng rộng rãi trên
thị trờng Việt Nam và có thể áp dụng chơng trình để kiểm nghiệm chất lợng động lực
học của các loại xe này, cũng nh có thể tham khảo các thông số trên các loại xe hiện có để
lựa chọn thiết kế chọn động cơ cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam.
Bên cạnh những mặt đạt đợc, chơng trình còn có một số khiếm khuyết sau:
- Chơng trình xây dựng theo phơng pháp tính toán lý thuyết nên cha thật sự chính xác so
với thử nghiệm trên các băng thử.
- Chơng trình cha tính toán đối với các loại xe có lắp biến mô thuỷ lực và hộp số thuỷ cơ.
- Chơng trình chạy trong môi trờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn
có và sử dụng tơng đối thuận tiện nhng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đợc.
- 22 -
Chơng Ii. Tính toán Hệ thống phanh


-20
0
).
- Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh hởng tới
sự làm việc của các cơ cấu xung quanh (lốp xe, moay ơ ) phải dễ dàng điều chỉnh, thay thế
các chi tiết h hỏng.
- Ngoài các yêu cầu kể trên còn có các yêu cầu nh chiếm ít không gian, trọng lợng nhỏ,
độ bền cao, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí.
1.2. Phân loại hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên mỗi xe có đặc điểm kết cấu riêng của nó, vì thế phơng pháp và cách
thức tính toán chúng cũng có những điểm riêng biệt. Do đó để có thể hệ thống hoá đợc các
hệ thống phanh chúng ta phải tiến hành phân loại và tổng hợp chúng.
* Phân loại theo cơ cấu điều khiển trên xe:
- Phanh chân điều khiển bằng bàn đạp.
- 23 -
- Phanh tay điều khiển bằng cần.
* Ngày nay, xe con chỉ sử dụng hệ thống phanh thuỷ lực, trong đó bao gồm các dạng:
- Phanh thuỷ lực đơn giản.
- Phanh thuỷ lực có trợ lực.
* Phân loại theo kết cấu của cơ cấu phanh:
- Cơ cấu phanh loại đĩa.
- Cơ cấu phanh loại tang trống.
* Phân lọai theo kết cấu truyền lực điều khiển:
- Dẫn động điều khiển một dòng.
- Dẫn động điều khiển hai dòng.
Các dòng truyền lực này độc lập với nhau, nhằm tránh sự cố xảy ra cùng một lúc trên tất cả
hệ thống phanh, nâng cao độ tin cậy, an toàn cho xe khi chuyển động. Theo qui chuẩn của
quốc tế chỉ cho phép dùng loại dẫn động điều khiển hai dòng trở lên. Cấu trúc hai dòng có
thể là:
- Dòng độc lập.

1.Nắp sau; 2.Vỏ xy lanh; 3.Piston thứ cấp; 4.Piston chính; 5.Vành bao kín; 6.ốc hạn chế;
7.Lò xo hồi vị; 8.Lò xo tì vành khăn; 9.Vành chặn

Trong chơng trình, chúng tôi tiến hành phân loại tính toán nh sau:
- Chọn loại cơ cấu phanh: Trống (loại 1 xi lanh tác dụng kép, loại 2 xi lanh bố trí đối xứng
tâm) ; Đĩa (loại 1 xi lanh ép và loại 2 xi lanh ép)
- Chọn loại dẫn động phanh theo từng bớc sau:
- 25 -
+ Dẫn động là dầu hoặc khí.
+ Dẫn động 1 dòng hay 2 dòng. Nếu là 2 dòng thì dùng bộ chia hay xilanh phanh chính loại
tăngđem.
+ Có bộ trợ lực hay không, nếu có thì chọn loại trợ lực (thuỷ lực, khí nén, chân không, thuỷ
khí, v.v )
+ Có bộ điều hoà lực phanh không
+ Có ABS không.
Sau khi đã chọn đầy đủ các cấu thành của toàn bộ hệ thống, chơng trình sẽ tính toán cụ thể
đối với mỗi loại hệ thống phanh.
1.3. Nhiệm vụ
Chơng trình tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống phanh thực hiện những nhiệm vụ
sau:
a. Với bài toán thiết kế:
- Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống.
- Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống.
b. Với bài toán kiểm nghiệm:
- Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống (hành trình làm việc, áp suất trên bề mặt ma
sát và nhiệt sinh ra ở trống phanh)
- Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống.
- Đánh giá hệ thống theo các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh theo TCVN.
- 26 -
II. Các bớc tính toán:





+=
(Nm) (2.1.1)
Mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu sau:
bx
gmax
''
P
r.
a.g
hj
1
L2
a.G
M








=
(Nm) (2.1.2)
Trong đó:
G: trọng lợng ôtô khi đầy tải (N)

LG
b
1
= (m) (2.1.4)