v
MỤC LỤC
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii
Lời cm ơn iii
Tóm tắt iv
Mc lc v
Danh sách các hình viii
Danh sách các bng x
Chương 1:Tổng quan đề tài 1
1.1. Lời mở đầu. 1
1.2. Mc đích của đề tài. 2
1.3. Giới hn đề tài 3
1.4. Phương pháp nghiên cứu 3
1.5. Các kết qu nghiên cứu 3
Chương 2: Cơ sở lý thuyết. 5
2.1. Bánh xe. 5
2.2. Bán kính làm vic trung bình của bánh xe 5
2.3. Đng học của bánh xe lăn. 6
2.3.1. Lăn không trưt 6
2.3.2. Lăn có trưt quay 7
2.3.3. Lăn có trưt lết 7
2.4. Quan h về lực khi bánh xe lăn 8
2.4.1. Bánh xe bị đng 8
2.4.2. Bánh xe chủ đng 9
2.4.3. Bánh xe phanh 10
2.5. Phân phối công suất trên ô tô 12
2.5.1. Dòng công suất trên bánh xe chủ đng 12
2.5.2. Phân phối công suất dùng vi sai 14
vi

k
51
4.2.1.2. Lực cn lăn F
f
53
vii
4.2.1.3. Mô men cn lăn 53
4.2.1.4. Phn lực thẳng góc Z
1
, Z
2
54
4.2.1.5. Lực cn không khí F
ω
54
4.2.1.6. Lực cn quán tính F
j
55
4.2.2. Các lực tác dng lên mặt phẳng ngang 57
4.2.2.1. Lực bên F
y
57
4.2.2.2. Lực ly tâm F
lt
58
4.3. Mô hình kho sát và các quan h đng lực học . 58
4.3.1. Mô hình đng lực học ô tô hai cầu chủ đng (4x4) 60
4.3.2. Mô hình đng lực học ô tô cầu trước chủ đng 61
4.3.3. Mô hình đng lực học ô tô cầu sau chủ đng 62
4.4. Giới thiu xe ô tô Hyundai SantaFe (4x4) 64

Hình 2.11: Sơ đồ đng vi sai bánh răng nón 15
Hình 2.12: Sơ đồ quay vòng của cầu chủ đng 16
Hình 2.13: Quan h về lực của cầu khi vi sai làm vic 20
Hình 2.14: Các sơ đồ phân phối công suất không vi sai 22
Hình 2.15: Đặc tính lực của bán kính lăn . 24
Hình 2.16: Các yếu tố nh hưởng tới đặc tính lực của bán kính lăn 24
Hình 2.17 Trường hp bánh xe tới giới hn bám 26
Hình 2.18: Trng thái chuyển đng của cầu với các lực F
k
khác nhau 27
Hình 2.19: Mô t trường hp 2 – chuyển đng thẳng 29
Hình 2.20 : Sơ đồ khối h thống điều khiển ô tô . 32
Hình 2.21 : Sơ đồ quay vòng không có sự biến dng của lốp xe 33
Hình 2.22 : Sơ đồ quay vòng có sự biến dng của lốp xe 34
Hình 2.23: Sơ đồ quay vòng thiếu 35
Hình 2.24: Sơ đồ quay vòng thừa 35
Hình 3.1: Sự thay đổi vết tiếp xúc và các mối quan h đng học,đng lực học của
bánh xe khi v
k
= 0 (trái) và v
k
 0 (phi) 36
ix
Hình 3.2: Dấu và chiều của 
k
, S
k
, M
sk
37

Hình 5.6: Quỹ đo chuyển đng của ô tô thay đổi vận tốc với h số φ=0,4 75
Hình 5.7 : Đồ thị gia tốc hướng tâm 76
Hình 5.8: Quỹ đo của ô tô thay đổi h số bám với vận tốc v=40Km/h 77
Hình 5.9: Quỹ đo của ô tô thay đổi h số bám với vận tốc v=50Km/h 77 x
DANH SÁCH CÁC BNG

Bng 2.1: Bng qui ước về dấu của mô men và tốc đ góc 18
Bng 3.1: Giá trị của h số bám trung bình 41
Bng 4.1: Giá trị của h số cn lăn f
0
53
Bng 4.2: Giá trị của h số cn không khí C
x
và din tích cn chính din . 55

1 1

Chng 1
TNG QUAN CHUNG V Đ TÀI
1.1. Li m đu
Ô tô lƠ phng tin đợc sử dụng rng rãi trong hot đng kinh t và xã hi.
Vic nghiên cu để nâng cao hiu qu sử dụng ca loi phng tin này luôn là vấn
đ đợc nhiu nhà khoa học quan tâm gii quyt. Trong nhng năm gần đơy s phát
triển ca ngành ô tô có nhiu bc nhy vọt v kỹ thuật và công ngh, đem li hiu

Tính ổn định quay vòng ca ô tô là kh năng gi đợc quỹ đo chuyển đng
theo yêu cầu ca ngi lái trong mọi điu kin khác nhau nh: ô tô có thể đng yên,
chuyển đng trên đng thẳng có lc ngang tác dụng, chuyển đng trên đng dc,
có thể quay vòng trên các loi đng khác nhau và có kể đn s bin dng vƠ trợt
ca bánh xe.
Đi vi ô tô 2 cầu ch đng có tính năng c đng cao trong nhng điu kin
phc tp đòi hi ô tô phi gi đợc quỹ đo chuyển đng ca nó sao cho xe không
bị lật đổ, xe không bị trợt, thùng xe không bị nghiên để đm bo cho xe chuyển
đng an toàn. Khi xe hai cầu chuyển đng trên đng bám kém thì quỹ đo ô tô nh
th nào. Vi nhng nhu cầu trên trong phần luận văn nƠy sẽ “nghiên cu đng lc
hc quay vòng ca ô tô 2 cu ch đng( 4x4) trên đng bám kém (đng
trn)”.
1.2. Mc đích ca đ tài
Ni dung ca đ tài là xây dng đợc mô hình nghiên cu lý thuyt để thit
lập các phng trình mô t quỹ đo chuyển đng ca ô tô bằng mô hình phẳng mt
vt. Kho sát quỹ đo chuyển đng ca xe khi bit trc quy luật đánh lái, xem xét
các nhân t nh hng đn quỹ đo chuyển đng khi ô tô quay vòng có kể đn các
đặc tính bin dng ca lp, s phân b ti trọng lên các bánh xe, phân phi công
suất, thay đổi vận tc ca xe, điu đó lƠm thay đổi quỹ đo chuyển đng ca ô tô.
Từ đó đa ra các bin pháp nâng cao tính an toàn khi sử dụng ô ô, để gii quyt bài
toán này tác gi sử dụng phần mm Matlab để mô t quỹ đo chuyển đng ca ô tô
trên máy tính. Vi điu kin thc t  Vit Nam hin nay, cha có các bƣi thử,
phòng thí nghim để đánh giá chất lợng quay vòng ca xe cho nên vic mô t giúp
3

ta có s s để đánh giá tính chất quay vòng ca ô tô. Trong trng hợp có đầy đ
các điu kin thí nghim thì vic mô t trên máy tính giúp chúng ta rút ngắn thi
gian làm thí nghim.
Vi mục đích nh trên ni dung luận văn sẽ trình bày v lý thuyt tính toán
để lƠm c s để xây dng các phng trình vi phơn mô t quỹ đo chuyển đng ca

TS. Lơm Mai Long. Đ tài tính toán góc nghiên ca thùng xe buýt 2 tầng khi
chuyển đng thẳng và quay vòng ổn định.
Đ tài: “Mô phỏng tính cht chuyn đng quay vòng cu ô tô máy kéo
trên đt nông nghip” ca HƠn Trung Dũng, Bùi Hi Triu, Trng Đi Học Nông
Nghip Hà Ni, năm 2013. Đ tài kho sát và tính toán các thông s đặc trng c
bn ca quá trình chuyển đng vòng ca máy kéo, có tính đn nh hng ca đng
c, h thng truyn lc vƠ đặc bit lƠ tng tác bánh xe - đất nông nghip.
Đ tài: “ng dng mô hình Burckhardt đ mô t toán hc đặc tính thc
nghim ca bánh xe máy kéo nông nghip” ca HƠn Trung Dũng, Bùi Hi Triu,
Lê Anh Sn,Trng Đi Học Nông Nghip Hà Ni, năm 2013. Đ tài đợc phát
triển trên c s mô hình ψurckhardt, có tính đn tng tác gia bánh xe vi mặt
đng thông qua các quan h ng suất –bin dng ca lp xe và nn đất nông
nghip trong mặt phẳng tip xúc.
Đ tài: “Nghiên cu kho sát chuyn đng ca ô tô 4 bánh dn hng” ca
Hồ Hu Hi, Lê ngọc Trung,Trng Đi Học Nông Nghip Hà Ni, năm 2010. Đ
tài nghiên cu kho sát quỹ đo và các thông s đng lc học trong quá trình
chuyển đng quay vòng ca ô tô.
5

Chng 2
C S LÝ THUYT
2.1.Bánh xe
ψánh xe lƠ phần tử ni gia xe vƠ mặt đng, nh có bánh xe mƠ xe có thể
truyn đợc công suất từ đng c đn các bánh xe vƠ giúp xe chuyển đng. ωác đặc

o

r
l

r
Hình 2.2: Lăn không trợt

λ
- là h s kể đn s bin dng ca lp, đợc chọn phụ thuc vào loi lp:
Vi lp áp suất thấp:
0,930 0,935



Vi lp áp suất cao:
0,945 0,950



Vi sai lch không đáng kể có thể chọn
l0
rr
.
2.3. Đng hc ca bánh xe lăn
Khi bánh xe lăn trên đng cng, s bin dng theo hng tip tuyn (bin
dng vòng) ca các th lp do tác dụng ca mô men xoắn M
k
làm gim vận tc tịnh
tin ca xe, gây ra s trợt. Điu đó đợc gii thích rằng, các phần tử ca lp khi đi

x
7

2.3.2. Lăn có trt quay
Đơy lƠ trng hợp ca bánh xe kéo, khi đó tc đ ca tâm bánh xe (tc đ
thc t) V nh hn tc đ lý thuyt
0
.
k
Vr


, do vậy cc P nằm  bên trong vòng
bánh xe và
l
rr
.Trong vùng tip xúc ca bánh xe vi mặt đng, theo quy luật
phân b vận tc sẽ xuất hin mt vận tc trợt
V

ngợc hng trục X.
Ta có quan h sau:

k Ł l k
V=r.ω -V =r .ω
(2-3)
Do đó:

=0
V
δ
= - r. 
k
= - V
0

1
k


(trợt quay hoàn toàn)
2.3.3. Lăn có trt lt
Đơy lƠ trng hợp bánh xe đang đợc phanh. Trong trng hợp này tc đ
thc t V ln hn tc đ lý thuyt
0
V
, cc P nằm bên ngoài bánh xe và
l
rr
. Ti
vùng tip xúc gia bánh xe và mặt đng cũng xuất hin tc đ trợt
V

nhng
Hình 2.3: Lăn có trợt quay  bánh xe kéo
V

V

(2-6)
Ł k 0
V =V-rω =V-V >0
(2-7)
Ł
p
l
0
Vr
Ł =- = 0
Vr
V -V
V


(2-8)
 trng thái trợt lt hoàn toàn, tc là bánh xe hãm cng hoàn toàn ta có quan
h sau:
;0
1






k
l
p
VV


k

P
r
V
r
l

x
9

Phn lc Z ngợc hng vi ti trọng thẳng đng trên bánh xe
ł
F
và bằng nó
v giá trị: Z =
ł
F
Phn lc X ngợc chiu chuyển đng ca xe, tc lƠ ngợc chiu trục X và
đợc coi là lc cn – đó lƠ lc cn lăn, ký hiu là F

tgα =
a
r
d
=
F
f
Z
= f (2-10)
2.4.2. Bánh xe ch đng
Nu chúng ta đặt trên bánh bị đng mt mômen ch đng
k
M
(cùng chiu
k
ω
)
và cân bằng vi nó là mt cặp lc
k
F
, mt đặt ti điểm tip xúc gia bánh xe vi
mặt đng (gọi là lc kéo tip tuyn) và mt đặt ti tâm bánh xe (là thành phần đẩy
vào khung gây ra do mômen ch đng
k
M
chúng ta sẽ có trng thái chịu lc ca
bánh xe ch đng. Ta có quan h sau :

F


F
f

F
k

a Z
F
f

F


F
k

Hình 2.6: Các lc và mô men tác dụng lên bánh xe ch đng khi lăn.
X

k
, M
k

k
,M
k
F

F


xác định bằng quan h : F

=
M
k
r
d

Lc đẩy tổng cng vào thân xe: F

= F
k
– F
f
= X

(2-11)
Vi X còn gọi là phn lc tip tuyn ca bánh xe vi mặt đng, khi kéo nó
cùng chiu chuyển đng.
2.4.3. Bánh xe phanh
Tng t nh trng hợp bánh xe ch đng nhng trong trng hợp này mô
men
k
M
ngợc chiu quay
k
ω
(hay còn gọi là mômen phanh
b
M


F
f

M
k

F
k

X
Trng thái kéo
Trng thái t do
Trng thái trungbình
Trng thái bị đng
F
k
, X
Hình 2.8: Các trng thái chuyển đng ca bánh Hình 2.7: Các lc và mô men tác dụng lên bánh xe phanh.
Chúng ta đƣ coi h thng duy chuyển là mt b bin đổi năng lợng c học,
trong đó

M
vƠ đồ thị mô t quan h (2-13) cho thấy  hình (2.8) di đơy:
 trng thái phanh:
k
M0
, F
k
< 0, X = F
k
+ F
f

M
k
 M
p

M
f

Z

p

M
p
F

F
 12

 trng thái bị đng: M
k
= 0, F
k
= 0, X = - F
f trng thái trung tính: 0< M
k
< M
f
, 0 < F
k
< F
f
, - F
f

k
. Nu M
k
và 
k
cùng chiu (trng
hợp ch đng) thì P
k
lƠ dng, ngợc li trong trng hợp phanh P
k
mang dấu âm.
- Công suất truyn qua ổ trục bánh xe P
v
= F

.V. Khi F

và V cùng chiu
(trng hợp phanh) thì P
v
đợc coi lƠ dng vƠ dòng công suất nƠy đợc truyn ti
bánh xe (sau đó sẽ đợc tiêu hao ch yu trong c cấu phanh) ; ngợc li trong
trng hợp kéo P
v
mang giá trị âm, dòng công suất này truyn lên khung xe vƠ đẩy
ô tô chy ti.


. V
o
+ (F
k
+ F
f
) . V
= F
f
. V + F
k
( V – V
o
) = F
f
. V + F
k
. V

= P
f
+ P

(2-15)
Hình 2.9: Dòng công suất trên bánh xe ch đng
M
k
P
k
F

 P

= F
k
.V

- là công suất trợt (trợt lăn khi kéo hoặc trợt lt khi phanh),
công suất trợt luôn luôn nh hn không.
Rõ ràng rằng công suất cn lăn luôn tồn ti khi bánh xe lăn, trong khi đó công
suất trợt chỉ tồn ti khi có lc F
k
(kéo hoặc ph
anh). Khi ô tô chuyển đng vi tc đ cao trên nn đng cng thì tc đ
trợt thng khá nh nên công suất trợt có thể b qua, khi chuyển đng trên
đng địa hình thì điu này không cho phép.
Hiu suất bánh xe : Trong trng hợp bánh xe bị đng thì công suất truyn ti
bánh xe chỉ cần thit để khắc phục tổn hao khi lăn. Trong trng hợp kéo hoặc
phanh thì ngoài khắc phục cn lăn còn xy ra quá trình truyn năng lợng từ trục
bánh xe ti khung xe hoặc ngợc li bánh xe khi đó nh mt c cấu truyn đng, vì
vậy ta có khái nim hiu suất ca bánh xe. ωhúng ta phơn thƠnh hai trng hợp kéo
và phanh.
 bánh xe ch đng thì năng lợng đợc truyn từ trục bánh xe ti khung xe,
khi đó hiu suất đợc định nghĩa :



 .
V
V
F

k
x
f









.
.
11
(2-17)
 đơy : 
x
= X/G gọi là h s lc vòng.

k
= F
k
/G gọi là h s lc kéo.
14

ηf là hiu suất lăn ca bánh xe ch đng, biểu thị s tổn hao lc ca bánh xe
do có cn lăn.
η


e
M
1
,
1


2↓↓
Đω
HS
HPP
Hình 2.10: S đồ truyn lc xe nhiu cầu ch đng
15

Hình 2.11 lƠ s đồ đng học ca vi sai bánh răng nón. Trên s đồ ta ký hiu
hai trục ra là e và i vi qui c : trục e là trục quay nhanh hn, tc là trục bánh xe
phía ngoài khi ô tô quay vòng hoặc là trục bánh xe (hay cầu) trợt quay nhiu hn ;
i là trục quay chậm hn, tc là trục trong khi quay vòng hoặc là trục ca bánh xe
(hay cầu) trợt quay ít hn.
2.5.2.2. Quan h đng hc
 Khi truyn đng từ trục e ti trục i và phần tử r (v vi sai) đợc gi c định

, i
i
r
e
là tỷ s truyn từ trục e ti trục i vƠ ngợc li khi phần tử r đng yên.
Z
p1
, Z
p2
là s răng ca các bánh răng p1 vƠ p2.
Dấu – chng t hai bánh răng p
1
và p
2
quay ngợc chiu nhau.
Nu vi sai lƠ vi sai đi xng ta có :
Z
p1
= Z
p2
do đó i
e
r
i
= i
i
r
e
= i
r

o

M
e
, 
e

Hình 2.11: S đồ đng vi sai bánh răng nón
S
16



R
V
i

V
e

V

e

e

i

i
r

Nh vậy trong điu kin chuyển đng thẳng tc đ góc ca các trục e, i và v
vi sai là bằng nhau.
Chúng ta kho sát các quan h đng học gia hai bánh xe ca mt cầu ch
đng có trang bị vi sai nón đi xng khi cầu xe quay vòng vi bán kính R. Gọi tỷ s
B
R

là bán kính quay vòng riêng, ta có các quan h nh sau :
Tc đ tịnh tin ca ca xe V = R. (2-21)
Vi  là tc đ quay ca cầu xe xung quanh tâm quay vòng O.
+ Quan h gia tc đ tịnh tin các bánh xe trong i và bánh xe ngoài e :


).
2
B
R(V
).
2
B
R(V


r
V
)
2
1
1(
r
)
2
B
R(
r
V
)
2
1
1(
r
)
2
B
R(
i
e






= i
r
ie
= i
r
= -1 và ta có :

r
= 0,5 ( 
e
+ 
i
) (2-23)
V = 0,5 ( V
e
+ V
i
) = 0,5 r ( 
e
+ 
i
) = r . 
r
(2241)
Từ đó suy ra :
)
2
1
1();
2

i
M
M
i1
1
i
M
M
i
M
M







(2-26)
Nu vi sai lƠ đi xng thì ta có : i
r
= 1 vƠ do đó :
2
1
M
M
M
M
1
M

đáng kể (ngoi trừ mt s xe c đng cao sử dụng vi sai có ma sát). Vi sai không
đi xng chỉ có thể sử dụng ti hp phân phi.
Qui c v dấu ca mô men và tc đ góc các phần tử vi sai nh sau :

Bng 2.1: Bng quy c v dấu ca mô men và tc đ góc
 Khi tính đn tn hao : Trong trng hợp này chúng ta kể đn tổn hao do ma
sát trong truyn đng từ trục e ti trục i (hoặc ngợc li) khi v vi sai gi đng yên,
tc là kể đn hiu suất riêng η
r
ca vi sai. Nhng vi sai có hiu suất riêng thấp (nh
hn 1) đợc gọi lƠ vi sai có ma sát, chúng thng đợc sử dụng  các xe c đng
cao hoặc trong hp phân phi. Chúng ta sẽ kho sát dòng công suất trong hai trng
hợp : Ch đng, tc là dòng công suất truyn từ đng c ti các bánh xe vƠ trng
hợp phanh (bằng đng c hay hp s), khi đó công suất đợc tiêu thụ ti đng c
hay c cấu phanh  hp s.
 Trong trng hp ch đng : truyn đng từ phần tử r ti (e + i ).
Công suất th năng ca các phần tử e và i cho bi các quan h sau :
Xuất phát từ :

e
- 
r
= 
er
> 0 ; M
e
< 0


-

i
> 0

e
> 0
Dấu ca M
e