Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ KHỐI LƯỢNG QUAY PHỤC VỤ VIỆC MÔ
PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE HYUNDAI STAREX
DETERMINATION OF ROTATING MASS FACTOR TO SIMULATING LONGITUDINAL
MOTION DYNAMICS OF THE HYUNDAI STAREX VEHICLE
ThS. Vũ Thành Trung1a, TS. Nguyễn Đình Tuấn1b, PGS-TS. Nguyễn Hoàng Vũ1c
1
Khoa Động lực, Học viện Kỹ thuật Quân sự
a
b
, ,
TÓM TẮT
Hệ số khối lượng quay ( γ m ) là hệ số kể đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động
quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền và hệ thống truyền lực đến động lực học chuyển
động của ô tô. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xác định hệ số khối lượng quay của xe
Hyundai Starex bằng lý thuyết (dựa trên bộ dữ liệu đo thực nghiệm các chi tiết chuyển động
quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, các bộ phận thuộc hệ thống truyền lực và sử dụng
phần mềm Inventor) kết hợp với thực nghiệm (thử xe trên bệ thử con lăn). Kết quả nghiên cứu
được dùng làm thông số đầu vào cho mô hình mô phỏng, tính toán các thông số đánh giá chất
lượng động lực học chuyển động thẳng của xe Hyundai Starex.
Từ khóa: mô men quán tính, hệ số khối lượng quay, bệ thử con lăn.
ABSTRACT
Rotating mass factor ( γ m ) is a coefficient accounting the influence of rotation parts of
connecting rod - crank shaft and drivetrain system on the motion dynamics of automobiles.
This work theoretically determines mass factor for a Hyundai Starex car using Inventor
software in combination with testing on chassis dynamometer. The results could be used for
simulating, calculating and evaluating dynamic parameters of longitudinal motion dynamics
quality of the Hyundai Starex vehicle.
Keywords: moment of inertia, rotating mass factor, chassis dynamometer.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ

đồng nhất. Ngày nay, cùng với sự phát triển của các phần mềm thiết kế (SolidWorks, Catia,
Inventor...) nên việc tính toán MMQT của các chi tiết là dễ dàng hơn khi có đủ thông số kết
cấu và vật liệu của chúng. Tuy nhiên, MMQT và HSKLQ xác định bằng tính toán (lý thuyết)
như trên cũng cần được kiểm tra, so sánh với kết quả thực nghiệm khi xe vận hành.
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu xác định chi tiết MMQT và HSKLQ của xe
Hyundai Starex CVX bằng lý thuyết (dùng phần mềm Inventor kết hợp với bộ dữ liệu đo kích
thước, khối lượng các chi tiết liên quan) kết hợp với thực nghiệm (trên bệ thử con lăn, bánh
xe chủ động của xe được quay cưỡng bức bằng con lăn của bệ thử). Kết quả nghiên cứu được
dùng làm thông số đầu vào cho mô hình mô phỏng ĐLH chuyển động thẳng của xe Hyundai
Starex CVX [7].
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH HỆ SỐ KHỐI LƯỢNG QUAY
Ảnh hưởng của HSKLQ tới ĐLH chuyển động của xe được xác định theo công thức [1]:

F −∑R =
γ m ma

(2)

trong đó: γ m - hệ số khối lượng quay; F - lực kéo tại bánh xe chủ động;
cản của đường và không khí; m - khối lượng xe; a - gia tốc xe.

∑ R - tổng lực

Trong công thức (2), γ m được xác định bằng công thức [1]:

γm

∑I
=1 +


n n
2
bx

mr

=1 +

I
(3)
mrbx2

trong đó: I w - MMQT của bánh xe chủ động; I1 , I 2 ,..., I n - MMQT của các khối lượng
quay thành phần với các tỉ số truyền ξ1 , ξ 2 ,..., ξ n tương ứng; rbx - bán kính lăn của bánh xe; I MMQT tổng cộng (của các thành phần quay từ cơ cấu KTTT tới bánh xe chủ động).
Theo [8], MMQT ( I z ) đối với trục quay của một vật thể rắn bất kỳ được xác định theo
công thức:
=
Iz

r .dm ∫ ρ .r
∫=
2

2

.dV

(4)

trong đó: r - bán kính quay của vi phân khối lượng dm, m; ρ - khối lượng riêng của vật

với: I I - MMQT của trục sơ cấp của hộp số (trục ly hợp), [kg.m2]; I II - MMQT của trục
trung gian, [kg.m2]; ia - tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp của hộp số; I zk MMQT của bánh răng quay trơn trên trục thứ cấp, [kg.m2]; ik - tỉ số truyền của hộp số ứng
với cặp bánh răng gài số thứ k; m - số lượng bánh răng quay trơn trên trục thứ cấp; I l MMQT của bánh răng số lùi, [kg.m2]; il - tỉ số truyền của các bánh răng số lùi tính từ trục sơ
cấp của hộp số đến bánh răng số lùi thường xuyên có quan hệ động học với bánh răng trên
trục trung gian.
3. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ KHỐI LƯỢNG QUAY
3.1. Theo phương pháp lý thuyết
Đối tượng nghiên cứu là động cơ và hệ thống truyền lực của xe Hyundai Starex CVX
(model 2008) với thông số kỹ thuật chính được thể hiện trên Bảng 1.
Bảng 1. Thông số kỹ thuật chính của xe Hyundai Starex,[12]
Thông số
Đơn
Giá trị
vị

TT
1

Động cơ
(Mã hiệu: D4CB 2.5 TCI-A)

2

Trọng lượng xe
- Cầu trước
- Cầu sau

Kg

2285


Số 4

1,0

Số 5

0,763

6

Bán kính lốp xe

Diesel, 4 kỳ, 4 xi lanh, 1 hàng, tăng áp tua
bin khí thải VGT, dùng hệ thống phun kiểu
CommonRail

m

0,3535
292


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Do thiếu các tài liệu thiết kế chi tiết của cơ cấu KTTT, HTTL nên nhóm tác giả đã chọn
giải pháp xác định trực tiếp các thông số quan tâm trên chi tiết thực của động cơ và xe (Hình
2) bằng dụng cụ đo phù hợp. Kết quả xây dựng bản vẽ 3D của các chi tiết chính trong cơ cấu
KTTT của động cơ D4CB 2.5 TCI-A trong phần mềm Inventor được trình bày trên Hình 1.

Hình 1. Hình vẽ (3D) các chi tiết chính của cơ cấu KTTT trong phần mềm Autodesk


3

MMQT của hộp số khi ở số 2, I h 2

kg.m2

0,0083

4

MMQT của hộp số khi ở số 3, I h 3

kg.m2

0,0088

5

MMQT của hộp số khi ở số 4, I h 4

kg.m2

0,0077

6

MMQT của hộp số khi ở số 5, I h 5

kg.m2


kg.m2

1,26

Kết hợp dữ liệu trong Bảng 2 với công thức (3) ta sẽ xác định được MMQT tổng cộng
và HSKLQ của xe ứng với các tay số khác nhau như được trình bày trong Bảng 3.
TT
1

Bảng 3. MMQT tổng cộng và HSKLQ xác định bằng lý thuyết
Thông số
Đơn vị
Số 1
Số 2 Số 3 Số 4

Số 5

MMQT tổng cộng, I LT

kg.m2

198,11

55,62

23,61

19,23


Tỷ lệ của I p so với I LT

%

0,006

0,021

0,049

0,060

0,063

Tỷ lệ của I d so với I LT

%

0,007

0,025

0,059

0,072

0,075

Tỷ lệ của I ds so với I LT


1,082

1,067

1,064

2

3

HSKLQ, γ mLT

Từ Bảng 2 và Bảng 3 ta thấy: MMQT của bánh xe chủ động chiếm tỷ lệ lớn nhất trong
MMQT tổng cộng (do bánh xe chủ động có khối lượng và bán kính quay là lớn nhất). Tuy
nhiên, theo công thức (3), ảnh hưởng MMQT của động cơ đến MMQT tổng cộng của toàn xe
là lớn nhất do cơ cấu KTTT có MMQT khá lớn ( I e = 0,75 kg.m2) và tỉ số truyền từ động cơ
đến bánh xe chủ động là lớn, đặc biệt khi ở số 1 ( ξ so1 = 4,393 x 3,615 = 15,881).
294


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.2. Theo phương pháp thực nghiệm
3.2.1. Trang thiết bị thực nghiệm
Việc thực nghiệm xác định HSKLQ của xe Hyundai Starex được tiến hành trên bệ thử
con lăn 48” (tại Phòng thử Ô tô hạng nhẹ, Trung tâm Quốc gia Thử nghiệm khí thải PTCGĐB
thuộc Cục Đăng kiểm Việt Nam) với sơ đồ bố trí như trên Hình 3. Thông số kỹ thuật chính
của bệ thử con lăn 48” (Hãng AVL Zöllner GMBH) được trình bày trong Bảng 4.
Trong quá trình thử, vận tốc xe – v (km/h), công suất kéo của con lăn P (kW), lực kéo
của con lăn F (N) được xác định trực tiếp từ bệ thử con lăn. Các tham số khác như mô men
ngoại lực tác động lên bánh xe chủ động – M (Nm), gia tốc góc của bánh xe chủ động - ε


2

Khối lượng xe thử nghiệm

Kg

454÷5448

3

Khối lượng quán tính của 2 ru-lô

Kg

1678

4

Gia tốc cực đại

m/s2

5,3

5

Lực kéo cực đại

N


Thông số

Đơn vị

Số 1

Số 2

Số 3

Số 4

Số 5

1

Mô men ngoại lực khi tăng tốc, M t

Nm

3478

853

332

195

166,6


4,3

4

Gia tốc góc bánh xe khi giảm tốc, ε g

rad/s2

8,601

7,62

6,98

4,81

4,28

Giá trị MMQT tổng cộng và HSKLQ xác định bằng phương pháp thực nghiệm (xác
định theo công thức 6) được trình bày trong Bảng 6.
TT

Bảng 6. MMQT tổng cộng và HSKLQ xác định bằng thực nghiệm
Thông số
Đơn vị
Số 1
Số 2 Số 3 Số 4

1


3.3. Nhận xét, đánh giá
Trong Bảng 7 trình bày kết quả so sánh MMQT tổng cộng, HSKLQ ứng với 3 trường
hợp: Tính toán theo công thức kinh nghiệm trên cơ sở kết hợp công thức (1) và (3); tính toán
theo lý thuyết (kết quả trong Bảng 3) và thực nghiệm trên bệ thử con lăn (Bảng 6). Ta thấy:
Bảng 7. Tổng hợp kết quả xác định MMQT tổng cộng và HSKLQ theo 3 phương án
TT
Thông số
Đơn
Số 1
Số 2 Số 3 Số 4 Số 5
vị
1

MMQT tổng cộng (thực nghiệm), ITN

kg.m2

201,64 56,01 23,64 19,84

18,6

2

MMQT tổng cộng (lý thuyết), I LT

kg.m2

198,11 55,62 23,61 19,23



5,05

8,96

20,85

4,59

9,41

4

HSKLQ (thực nghiệm), γ mTN

1,71

1,196 1,083 1,069 1,065

5

HSKLQ (lý thuyết), γ mLT

1,70

1,194 1,082 1,067 1,064

0,58

0,17

%

HSKLQ (kinh nghiệm), γ mLT
So sánh γ mKN với γ mTN

%

- Giá trị MMQT tổng cộng và HSKLQ của xe giảm dần khi chuyển lên tay số cao hơn.
Khi ở số 1, MMQT tổng cộng và HSKLQ quay lớn hơn rất nhiều so với khi xét ở số truyền 5
trong cả 3 phương án khảo sát.
- MMQT tổng cộng xác định bằng lý thuyết có sai số khá nhỏ (mức sai số lớn nhất là
3,07 % tại số 4) khi so sánh với kết quả thực nghiệm. HSKLQ xác định bằng lý thuyết có sai
số rất nhỏ so với kết quả thực nghiệm (mức sai số lớn nhất là 0,58% ở số 1). Điều này cho
thấy kết quả xác định MMQT chi tiết của các bộ phận (Bảng 2), MMQT tổng cộng và
HSKLQ bằng lý thuyết (Bảng 3) có đủ độ tin cậy để dùng cho mô hình mô phỏng ĐLH
chuyển động của xe Hyundai Starex CVX.
- MMQT tổng cộng xác định theo công thức kinh nghiệm có sự sai khác lớn khi so sánh
với kết quả thực nghiệm (mức sai số lớn nhất là 20,85 % tại số 3). HSLKQ xác định theo
công thức kinh nghiệm có sai khác khá nhỏ (mức sai số lớn nhất là 2,34 % tại số 1) so với kết
quả thực nghiệm. Điều này cần được lưu tâm khi sử dụng công thức thực nghiệm (1) và (3) để
xác định MMQT tổng cộng. Tuy nhiên, công thức thực nghiệm (1), mặc dù không xét được
chi tiết đặc điểm của cơ cấu KTTT và HTTL của mẫu xe cụ thể nhưng có khả năng xác định
nhanh HSLKQ với độ chính xác khá cao.
4. KẾT LUẬN
Bài báo đã xác định được chi tiết MMQT của các bộ phận quay thuộc cơ cấu KTTT và
HTTL, MMQT tổng cộng và HSKLQ của xe Hyundai Starex CVX bằng lý thuyết (trên cơ sở
sử dụng phần mềm Inventor) và thực nghiệm (trên bệ thử con lăn) ứng với từng số truyền của
hộp số. Kết quả cho thấy các dữ liệu thu được từ tính toán lý thuyết là đủ độ tin cậy để sử
dụng làm thông số đầu vào cho mô hình mô phỏng ĐLH chuyển động thẳng của xe Hyundai
Starex [7].

Đà Nẵng, 2012.
[12] Hyundai Motor Company, Technical Specifications for H1 – Bus.
[13] Xerghêiev L.V, Lý thuyết xe tăng (Tài liệu dịch), Học viện KTQS, 1990.
[14] AVL Zöllner GMBH, Chassis Dynamometer System for Exhaust Emission Analysis.
THÔNG TIN TÁC GIẢ
1.

ThS. Vũ Thành Trung. Học viện Kỹ thuật Quân sự. Điện thoại: 0968567683;

2.

TS. Nguyễn Đình Tuấn. Học viện Kỹ thuật Quân sự. Điện thoại: 0913596934;

3.

PGS -TS. Nguyễn Hoàng Vũ. Học viện Kỹ thuật Quân sự. Điện thoại: 0913226206;

298