Phần I
Tính toán khả năng động lực của ôtô
1. Mục đích tính toán khả năng động lực của ôtô
Khi thiết kế ôtô nhất thiết phải tính toán khả năng động lực. Tính toán khả
năng động lực của ôtô nhằm mục đích xác định những thông số cơ bản của động
cơ và hệ thống truyền lực để đảm bảo yêu cầu sức kéo thiết kế đề ra. Chất lợng
kéo đợc đánh giá bằng khả năng của xe chuyển động với tốc độ trung bình cao
trong những điều kiện đờng xá khác nhau. Đối với từng loại đuờng và từng tay
số cho ta xác định đợc tốc độ cực đại thích hợp và sức cản lớn nhất của đuờng
mà xe có thể khắc phục đợc ở từng tay số.
Muốn tính toán đợc khả năng động lực của ôtô cần phải biết trớc đợc các
số liệu sau đây:
- Trọng tải (số lợng hành khách hay số tấn hàng chuyên chở)
- Tốc độ truyền thẳng của ôtô ở số truyền thẳng Vmax chạy trên đờng tốt
nằm ngang.
- Hệ số cản lăn f của đờng.
- Độ dốc i lớn nhất của đờng mà xe có thể khắc phục đợc.
- Xe cần tham khảo.
Trên cơ sở loại ôtô và trọng tải đã cho chúng ta có thể tham khảo một loại
ôtô tơng tự đã có thể chọn các thông số cần thiết cho tính toán nh:
- Trọng lợng bản thân ôtô G0.
- Diện tích chính diện của ôtô F, nhân tố cản K.
- Số vòng quay của trục khuỷu tơng ứng với công suất cực đại của ôtô nN
(đối với ôtô du lịch không đặt bộ phận hạn chế tốc độ).
- Số vòng quay của trục khuỷu tơng ứng với vị trí hạn chế tốc độ của ôtô
n0 (đối với ôtô tải có đặt bộ phận hạn chế tốc độ).
- Hiệu suất truyền lực k.
- Bán kính lăn rbx
2. Trình tự tính toán khả năng động lực của ôtô
I.


( N f + N )
tl

NV =

3
1 GfVmax KFVmax
(
+
)
tl 270
3500

(2)

ở đây:
+ G là trọng lợng toàn bộ của ôtô tính theo kG; trọng lợng này gồm trọng
lợng bản thân, trọng tải địng mức của xekhi trong lợng của ngời lái, phụ, trọng lợng dầu mỡ và thiết bị phụ. Đối với ôtô du lịch và ôtô hành khách thì trọng lợng
bình quân của một hành khách thừa nhận là 65kg.
+ f là hệ số cản lăn của đờng.
+ Vmax là tốc độ cực đại của ôtô ở tay số truyền thẳng khi chạy trên đờng
tốt; mặt đờng nằm ngang (tính theo km/h)
+ K là hệ số cản không khí
Đối với ôtô du lịch K = 0,025 ữ 0,030 kG.gy2/m4
Đối với ôtô buýt

K = 0,040 ữ 0,050 kG.gy2/m4

Đối với ôtô vận tải K = 0,050 ữ 0,07 kG.gy2/m4
+ F là diện tích chính diện của ôtô tính theo m 2. Khi tính toán có thể tham

II.

Xây dựng đờng đặc tính ngoài của động cơ xăng không có bộ phận
hạn chế số vòng quay.
B

Những
động cơ không có bộ phận hạn chế số vòng quay thờng đợc đặt
Ne
(m.lực)
A

Ne số xe ôtô vận tải (trọng tải nhỏ).
trên những ôtô du lịch và ở một
Me(kGm)
Từ công thứcMe
(2) ta đã tính toán đợc công suất NV. Công suất này đợc biểu
diễn ở điểm A trên đồ thị (hình 1) nghĩa là tơng ứng với số vòng quay nV của
động cơ. Vị trí điểm A nằm bên phải của điểm B là điểm ứng với công suất cực
đại của động cơ Nmax có số vòng quay tơng ứng là nN ta đã biết từ đầu thiết kế,
cho nên ta có thể tính đợc số vòng quay nV ứng với NV theo công thức sau:
Mma
x

Mn

Nma
x

0

n n
n
k = e + e e
nN nN nN

3

Và công thức (5) có dạng:
Ne = k.Nmax
Đại lợng k đợc xác định nhanh chóng theo bảng sau:

ne
nN

k

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8



0,3 nN 0,4 nN 0,5 nN

k
Ne = kNmax
(mã lực)

0,232

0,363

0,496

0,625

0,6
0,744

0,7 nN 0,8 nN 0,9 nN 1,0 nN 1,1 nN
0,847

0,928

0,981

1,00

0,98

Me


5

(8)


Sử dụng tỷ số

n0
= 0,8 0,9 và biết đợc NV tính theo công thức (2) ta có
nN

thể xác định đợc công suất Nmax nh sau:
N max =

NV
n n 2 n
0 + 0 0
nN nN nN





3







vN

ne(v/ph)
v(km/h)

Hình 2: Đờng đặc tính ngoài của động cơ

có bộ
hạn chế
vòng là
quay
Khi đã xác định xăng
đợc tọa
độphận
của điểm
B sốnghĩa
biết đợc nN và Nmax, muốn
xây dựng đờng đặc tính (Ne, ne) và (Me, ne) ta sử dụng công thức (6) và (7) ở trên
và cũng thành lập bảng để vẽ cho thuận lợi khỏi nhầm lẫn.

Do hạn chế của bộ phận hạn chế số vòng quay cho nên ở tại vị trí có bộ
phận hạn chế số vòng quay (điểm A trên hình vẽ) các đờng đặc tính Ne và Me sẽ
không đi thẳng đứng xuống vị trí điểm n0 mà sẽ đi nghiêng xuống vị trí nX (nX là
số vòng quay của động cơ khi chạy không), số vòng quay nx thờng lớn hơn số
vòng quay n0 khoảng 300- 500 vòng/phút.
(nx- n0 = 300 500 vòng/phút)

6






3





(10)

a,b,c là các hệ số xác định theo bảng sau:

Các hệ số

Diezel có
buồng cháy
thống nhất

Diezel có
buồng cháy dự
bị

Diezel có
buồng cháy
xoáy lốc

a


1.00

Đối với động cơ diezel dùng công thức kinh nghiệm của lâyđécman chỉ là
gần đúng, cho nên nó không biểu thị chính xác đờng đặc tính ngoài của động cơ
diezel. Vì thế khi thiết kế nên chọn một động cơ mẫu có công suất gần bằng
công suất của động cơ cần thiết kế. Lúc đó ta thừa nhận số vòng quay n N của
động cơ đã có bằng số vòng quay của động cơ ta cần thiết kế.
Dựa vào đờng đặc tính của động cơ đã có sẵn ta lấy những trị số n e bất kỳ
để xác định những trị số Ne tơng ứng rồi tùy theo sự tơng quan giữa trị số NV của
động cơ cần thiết kế và NV của động cơ có sẵn mà chúng ta tăng hay giảm các trị
7


số Ne theo tỷ lệ cho tơng ứng với động cơ thiết kế. Làm nh vậy ta sẽ có dạng đờng đặc tính của động cơ cần thiết kế.Làm nh vậy ta sẽ có dạng đờng đặc tính
của động cơ cần thiết kế giống dạng đờng đặc tính của động cơ đã có sẵn.
V.

Xác định tỉ số truyền của truyền lực chính i0.

Theo đầu bài cho với điều kiện xe chạy ở tốc độ cực đại V max mà xe chở
với trọng tải định mức thì ngời lái phải cho xe chạy ở số truyền thẳng trên mặt đờng bằng nghĩa là ih= 1. Theo lý thuyết thì tỷ số truyền i 0 sẽ đợc xác định theo
công suất tổng quát sau:
i0 = 0.377

rbx .ne
ih .Vmax

(11)

ở đây: i0- tỷ số truyền của truyền lực chính



Nh vậy thì việc tăng i0 chỉ có lợi trong một giới hạn xác định nào đó có
nghĩa là vừa đảm bảo sao cho ôtô có đợc chất lợng kéo cần thiết, đảm bảo đợc
tốc độ của xe và do đó đảm bảo đợc tính kinh tế khi sử dụng.
Cho nên ngoài việc xác định tỷ số truyền i 0 theo lý thuyết ngời ta còn kết
hợp chọn tỷ số truyền i0 bằng phơng trình cân bằng công suất của ôtô.
Ví dụ: Ta chọn i0>i0>i0>i0 và ta lập những đờng cong công suất ở
bánh xe chủ động của ôtô để có thể chọn tỷ số truyền i 0 sao cho hợp lý nhất (ở
đây i0=5.5; i0=5; i0=4.5; i0=4; i0=3.5).
Nm,l

N m + m

40

Nf + NW

3,5
4
4,5

30

5
5,5

20

10

VI.

Xác định tỉ số truyền của hộp số.

1- Xác định tỷ số truyền ở tay số 1:
Tỷ số truyền của hộp số bắt đầu đợc xác định ở tay số thấp nhất tay số 1.
Tỷ số truyền của tay số 1 đợc xác định sao cho lực kéo tiếp tuyến của ôtô có thể
khắc phục đợc lực cản lớn nhất của đờng đã cho trong đầu đề thiết kế ( max =
f+i).
ih1

max .G.rbx
Memax .i0 .nh

(13)

Mặt khác lực kéo cực đại của ôtô bị hạn chế bởi điều kiện bám cho nên
khi tính ih1 theo công thức (13) ta phải kiểm tra lại theo điều kiện bám.
ih1

.rbx .G.m
Memax .i0 .nh

(14)

mx - Hệ số cản tổng cộng lớn nhất của đờng

rbx - Bán kính lăn của bánh xe
G


- Đối với cầu sau : m2= 1.1 1.2
+ Hệ số bám có thể chọn trong khoảng = 0.6 0.8 (với đờng nhựa)
2- Xác định tỷ số truyền ở các tay số trung gian:
a- Chọn tỷ số truyền theo cấp số nhân:
+ Đối với hộp số 3 cấp tốc độ:
ih 3 = 1

ih 2 = ih1

+ Đối với hộp số 4 và 5 cấp tốc độ:

ih 4 = 1

ih 3 = 3 ih1

ih 2 = 3 ih21

Tỷ số truyền của tay số 5 (số tăng) đợc xác định theo công thức:
1
ih1

ih 5 = 3

Khi áp dụng công thức tính tay số truyền tăng i h5 thờng có trị số nhỏ. Học
sinh có thể chọn ih5= 0.7 0.8.
b- Chọn hệ thống tỷ số truyền theo cấp số điều hòa. Các tay số trung gian
ta xác định theo công thức sau:
ih 2 =

( n 1)ih1

f .G. cos
- công suất tiêu hao để thắng lực cản (m.1)
270

KFV 3
- công suất tiêu hao cho sức cản của gió
Nw =
3500
Ni =

GV .sin
- công suất tiêu hao cho sức cản lên dốc (m.1)
270

Nj =

G i jv

- công suất tiêu hao cho sức cản tăng tốc
f 270

N mk =
N0 =

Pmk .V
- công suất tiêu hao cho lực cản ở móc
270

M 0 .n0
- công suất tiêu hao cho trục truyền công suất


rbx .ne
i0 .ih 3

km/giờ

rbx .ne
i0 .ih 4

km/giờ
12


- ở tay số 5: V5 = 0.377

rbx .ne
i0 .ih 5

km/giờ

ở đây: rbx- bán kính lăn của bánh xe (tính bằng mét)
ne số vòng quay của động cơ (tính bằng v/phút)
Cho ne những trị số khác nhau từ thấp đến trị số cực đại vào các công thức
nên ở trên để tính và lập thành bảng dới đây:
ne
v1
v2
v3
v4
...

13


Hình 4: Đồ thị công suất d

VIII. Lập đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô.
Từ lý thuyết ta đã biết phơng trình cân bằng lực kéo tổng quát cuẩ ôtô nh
sau:
Pk = Pf + Pw + Pi + Pj + Pmk

ở đây:
Pk - là lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động (kg)
Pf = fG cos - lực cản lăn (kg)
Pw =

KFV 2
- lực cản của không khí (kg)
( 3.6) 2

Pi = G sin - lực cản lên dốc (kg)
Pj =

G
i . - lực cản tăng tốc (kg)
g j

Pmk - lực cản của móc kéo

Tính lực kéo ở các bánh xe chủ động theo công thức sau:
Pk =

Tính trị số Pw = f ( v 2 ) và lập thành bảng.
(Pw không tính theo từng số truyền mà tính theo số biến thiên tốc độ nói
chung).
v
v2
P

Xác định lực kéo d cho các số truyền:
Pa = Pk Pw Pa = f ( v )

Ta sẽ lập bảng cho từng số truyền:
v1
PK1
PW1
.......

và tiếp tục lập bảng cho các tay số V2 V3, V4 ,V5.
Từ các số liệu tính toán ở các bảng trên ta đem biểu diễn lên đồ thị lực kéo
tiếp tuyến và lực kéo d theo hình vẽ dới:
Pk
PW
Pf

PkI

Pa
P aI

PkII
PkIII

hơn thì ôtô ấy tốt hơn. Vì vậy ta phải tính hệ số phân bố động lực D của ôtô.
D=

Pk Pw Pa
=
G
G

ở đây:
Pk - lực cản tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động (kg)
Pw - lực cản của không khí (kg)
Pa - lực kéo d (kg)

G- Trọng lợng toàn bộ của xe
Tính D = f ( v ) và lập bảng cho từng tay số:
V1
Pa1
D1

Sau đó ta tiếp tục lập bảng cho các tay số khác V2 V3, V4 ,V5.
Để xác định đặc tính động lực của xe khi chở với trọng tải thay đổi ta phải
lập đồ thị D tơng ứng gọi là đồ thị tia ta có:
tg =

D Gx
=
Dx G

ở đây:
- là góc nghiêng của các tia ứng với số phần trăm tải trọng sử

120%
140%
...

Gx
= tg
G



Chú ý: Nếu là xe du lịch và xe buýt thì số phần trăm tải trọng là số chỗ
ngồi.
Từ các số liệu ở bảng trên ta đem biểu diễn lên đồ thị đặc tính động lực
học và đồ thị tia.
100%

Dx

120% 140% 160%

P aI
80%
P aII

60%
40%

P aIII

20%


1
2
3
4
5

X.

Lập đồ thị gia tốc của ôtô.
Ta đã biết công thức để xác định gia tốc của ôtô là:
f = ( D )

g


ở đây:
D- nhân tố động lực của xe
- hệ số cản tổng cộng của đờng

g- gia tốc trọng trờng (g = 9.81m/gy2)
- hệ số tính đến ảnh hởng của các khối lợng quay khi tăng tốc

Để đơn giản khi tính j ta tính với trờng hợp xe tăng tốc trên đờng bằng ở
các số truyền do đó = f ( i = 0) và công thức trên có dạng:
j = (D f )

g



Hình
9:
Đồ
thị
gia
tốc
ngợc
của
ôtô
0

V max

XI.

Lập đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô.

Để thành lập sự phụ thuộc của thời gian tăng tốc vào tốc độ chuyển động
của ôtô cần tính nhng diện tích ở dới đờng cong 1/j diện tích này tính theo tỷ lệ
trên bản vẽ ta sẽ xác đinh đợc thời gian tăng tốc:
t=

v2

dv
v1 j



ở đây v1 và v2 tốc độ đầu và cuối của giai đoạn tăng tốc.

S = v.dt
vI

Ta sẽ giải tích phân trên bằng phơng pháp đồ thị đã có sẵn theo đồ thị t =
f(v). Ta cần phải tính những diện tích ở dới đờng cong t = f(v) và trục tung. Tiếp
đến căn cứ vào các khoảng tốc độ ở trên để xác định diện tích tơng ứng giữa đờng cong và trục tung., đem những kết quả tính đợc trình bày theo bảng dới đây:
Khoảng tốc độ (km/h)

5ữ10

10ữ20

20ữ30

.......

.......

Diện tích giữa đờng cong t = f(v) với
trục tung ứng với từng khoảng tốc độ
Diện tích tổng cộng
Quàng đờng tăng tốc

Căn cứ vào các số liệu trên bảng, ta vẽ đợc đồ thị quang đờng tăng tốc
theo hình dới:
S
(m)

Hình 11: Đồ thị quãng đờng tăng tốc củaV ôtô
0


(kG/h)

Nếu tính lợng tiêu hao nhiên liệu cho 100km quãng đờng chạy và tính
theo lít ta có công thức sau:
kFv 3
(G +
).g e
100.Q'
13
QS =
=
v.
270. H .

(l/100km)

ở đây:
Q: lợng tiêu hao nhiên liệu trong 1giờ (kG/h)
QS: lợng tiêu hao nhiên liệu cho 100km quãng đờng chạy
: hệ số cản tổng cộng của đờng
G: trọng lợng toàn bộ của xe
kF: nhân tố cản không khí của xe
v : tốc độ chuyển động của xe
Ge: suất tiêu hao nhiên liệu của xe
H: hiệu suất truyền lực
: tỷ trọng nhiên liệu
= 0,76 kG/l đối với xăng
21


II

Muốn vẽ đồ thị này sinh viên cần chú ý:
- Căn cứ vào ôtô tham khảo ta vẽ đờng đặc tính Ge vào đồ thị (Ne, ne )
(xem hình dới).
- Trên đồ thị Ne, Ge, ne ta đặt một số khoảng tốc độ v1, v2, v3 ... trên trục
n; số khaỏng tốc độ ở các tay số không nhỏ hơn 5 và đi từ tốc độ nhỏ
nhất đến tốc độ lớn nhất ở từng tay số.
- Căn cứ vào đồ thị D ở mỗi tay số ta có đờng cong D1, D2, D3 ... Trên
mỗi đờng cong D1, D2, D3 ... ta xác định tốc độ ôtô chuyển động hợp lý
nhất ở trên các đờng có hệ số cản tơng ứng.
- Căn cứ vào các khoảng tốc độ ở các tay số 1, 2, 3, ... ta gióng lên đồ thị
Ge, ta sẽ xác định đợc suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ứng với tốc
độ của xe đang chạy.
- Trên cơ sở những số liệu đã xác định đợc ta đa vào công thức tính Qs ở
trên ta sẽ vẽ đợc đờng đặc tính kinh tế của ôtô (xem hình dới)

1018
2026
33
90

3600
e

N

89
1618
2330


10105
1418
2,404

2000

44
88
1115
0,1830

1600
1000

m,lN

75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15


12

10

23
V (km/h)
8

0

20

40

60

80

0


Đờng đặc tính kinh tế của ôtô

Sau khi học xong học sinh tính toán và thành lập các bảng để biểu diễn lên
các đồ thị. Có thể vẽ trên tờ giấy kẻ ly A0 và bố trí theo hình vẽ dới đây:

N
Me
ge


0

Q (kg/100km)

100%

S
(m)

Dx

120% 140% 160%

P aI

16

80%

14

P aII

60%

12

40%



0

Chú ý
1. Khi sinh viên tính toán và vẽ đồ thị cần phải viết thuyết minh thật tỷ mỉ tất
cả các công thức tính toán, hệ số chọn, lý do chọn và các số liệu tham
khảo khác ... Ngoài ra cần trình bày rõ ràng từng vấn đề tính toán, mục
đích của từng vấn đề tính toán để làm gì, khi vẽ đồ thị phải biết sử dụng
đồ htị một cách thành thạo để đánh giá đợc khả năng động lực và tính kinh
tế ôtô trên cơ sở đố chọn điều kiện sử dụng và tay số sử dụng hợp lý nhất.
2. Sau khi tính toán và vẽ đò thị đặc tính kinh tế của ôtô phải tham khảo suất
tiêu hao nhiên liệu của động cơ Ge lắp trên ôtô cần thiết kế, theo mấu ôtô
tham khảo ở đề bài đã cho.
3. Sau khi thiết kế tính toán xong sinh viên cần rút ra nhứng nhận xét kết quả
để đánh giá chất lợng của xe mà mình thiết kế.
24


Bảng 1: Hệ số cản lăn trung bình f xác định bằng thực
nghiệm đối với những loại đờng khác nhau

Loại mặt đờng và trạng thái của đờng


Đờng nhựa:

f
0,014 ữ 0,018

- Trạng thái tốt


Đờng cát

Bảng 2: Trị số của hệ số bám giữa lốp và đờng

Trạng thái bề mặt
Khô
Ướt

Loại đờng
Đờng nhựa

0,7 ữ 0,8

0,4 ữ 0,5

Đờng đá dăm

0,7 ữ 0,8

0,4 ữ 0,5

Đờng đất

0,5 ữ 0,6

0,3 ữ 0,4

Đờng đất sét