Báo cao tốt nghiệp
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là khảo sát tính chất khởi hành và tăng tốc của ô tô
UAZ31512. Trên cơ xở ứng dụng MATLAB SIMULINK mô phỏng quá trình
khởi hành và tăng tốc của ô tô ở một sô điều kiện khác nhau: tăng ga cực đại,
giảm ga, gài một cầu, gài hai cầu. Biết được thời gian trượt của ly hợp và thời
gian để ô tô chạy với tốc độ ổn định.
1.1.2. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài đã giải quyết những vấn đề sau :
Tìm hiểu Simulink - Simdriveline trong Matlab
Mô phỏng khối động cơ, ly hợp ma sát, thân xe bằng Matlab Simulink
Chạy mô phỏng đưa ra kết quả và kết luận
1.2. Khái niệm chung về khởi hành và tăng tốc
Quá trình khởi hành và tăng tốc được tiến hành theo trình tự sau đây:
- Khởi động động cơ;
- Mở ly hợp(nếu là ly hợp thường xuyên đóng);
- Gài số;
- Đóng ly hợp từ từ.
Quá trình khởi hành và tăng tốc có thể chia thành hai giai đoạn:
1) Giai đoạn thứ nhất
Đặc trưng cơ bản của giai đoạn này là sự trượt ly hợp (trượt tương đối giữa
phần chủ động và phần bị động của ly hợp). vận tốc góc
hs
ϖ
của trục sơ cấp hộp
số tăng dần, còn vận tốc góc của trục khuỷ động cơ
e
ϖ

.
(điểm C). đến thời điểm t = t
0
’
, kết thúc quá trình đòng ly hợp nhưng vẫn còn sư
trượt trong ly hợp (điểm F), số vòng quay trục khuỷ của động cơ tiếp tục giảm
đến D, số vòng quay sơ cấp hộp số tăng đến điểm E. mô men ma sát của ly hợp
tăng lên đến điểm F sẽ đạt giá trị lớn nhất theo biểu thức:
M
max
=
β
M
n

Trong đó: M
max
- mô men ma sát lớn nhất của ly hợp

β
- hệ số dự trữ ma sát ly hợp
M
n
- mô men định mức của động cơ
M
max
M
e
B
M

M
C
Hình 1.1 đồ thị khởi hành và tăng tốc
Trong giai đoạn này của quá trình tăng tốc thì mô men ma sát của liên hợp
đóng vai trò là mô men cản đối với mô men quay của động cơ, còn đối với trục
sơ cấp hộp số thì nó là mô men chủ động.
Sau thời điểm t = t
’
o
thì số vòng quay trục khuỷ động cơ vẫn giảm dần và số
vòng quay trục sơ cấp vẫn tăng đần. Mô men ma sát ly hợp có giá trị không đổi
và bằng mô men quay của động cơ khi có gia tốc.
Đến thời điểm t = t
1
, kết thúc quá trình trượt của ly hợp và kết thúc giai đoạn
thứ nhất của quá trình khởi hành và tăng tốc liên hợp máy. Tại thời điểm này
trục khuỷ động cơ và trục sơ cấp hộp số có thể xem như nối cứng với nhau và
hs
ϖ
=
e
ϖ
. Từ thời điểm t = t
’
o
thì mô men động cơ luôn có giá trị sau đây:
M
e
= M
n

− mô men quán tính của các khối lượng quay trong liên hợp
máy qui dẫn về trục sơ cấp của hộp số;
e
sc
− gia tốc góc nhanh dần của trục sơ cấp hộp số.
Trong giai đoạn này do có sự trượt của ly hợp nên phát sinh công trượt
L của ly hợp và được xác định theo công thức:
L =
Ở đây: ω
e
−

vận tốc góc của trục khuỷu động cơ;
b − hệ số dự trữ mô men ma sát của ly hợp.
2) Giai đoạn hai
Đặc trưng cơ bản của giai đoạn hai là ly hợp máy không bị trượt và liên
hợp máy tăng vận tốc dần dần đến khi chuyển động ổn định. Vận tốc góc của
trục khuỷu động cơ kể từ khi bắt đầu giai doạn thứ hai (điểm H) sẽ tăng dần
lên đến khi đạt đến giá trị ổn định ω
e
= const và liên hợp máy chuyển động
với tốc độ ổn định.
Ở giai đoạn này, mô men ma sát của ly hợp không được sử dụng hết và
chỉ truyền đến trục sơ cấp của hộp số bằng trị số mô men quay của động cơ
M
e
= M
c.
Phân tích quá trình khởi hành và gia tốc ta có thể rút ra một vài nhận xét
- Thời gian khởi hành và tăng tốc phụ thuộc vào thời gian đóng ly hợp

chuyển. Lúc này, chỉ có mô tơ điện dẫn động các bánh xe chủ động quay ở dải
tốc độ thấp. Cuối quá trình này, động cơ chính của xe mới bắt đầu tham gia dẫn
động cho xe tăng tốc dần đến dải tốc độ thông thường.
1.3. Tìm hiểu đặc điểm cấu tạo của xe UAZ31512
1.3.1. Tổng quan về xe ô tô 2 cầu chủ động
Trong khoảng một thế kỷ qua, ngành công nghiệp ô tô đã phát triển rất
mạnh mẽ. Ước tính vận tải bằng ô tô chiếm 82% tổng khối lượng hàng hóa nội địa
tại các nước đang phát triển. Tại Việt Nam, tỷ lệ này chiếm khoảng 60 – 70 %. Xu
hướng phát triển là hiện đại hóa công nghệ sản xuất, tự động quá trình điều khiển
nhằm tăng tính kinh tế, độ tin cậy, an toàn và thân thiện với môi trường.
6
6
Báo cao tốt nghiệp
Địa hình đa dạng, hạ tầng cơ sở còn nhiều thiếu thốn, nhất là nông thôn và
miền núi của nước ta, tạo nên hệ thống đường giao thông cũn rất đa dạng:
đường nhựa, bê tông, đường dải đá, đường sắt xen kẽ nhau. Đẻ đáp ứng nhu cầu
phát triển của các vùng núi, nông thôn, nhu cầu đi lại hiện nay xe ô tô hai cầu
chủ đọng được sử dụng ngày càng nhiều, do loại xe này có tính năng việt dã
cao, có khả năng di chuyển trên đường gồ ghề, trơn trượt, đồi núi.
Điều kiện để xe chuyển động là độ bám giữa bánh xe với mặt đường. Lực
bám lớn nhất phụ thuộc vào trọng lượng bám trên các bánh xe chủ động:
P
kmax
= P
ϕ
=
ϕ
ϕ
G.
Trong đó: P

31512. Việc sản xuất UAZ-31512 vẫn tiếp tục.
1.3.2.1.Sơ đồ cấu tạo xe ô tô UAZ31512:
Hình 1.2 xe ô tô UAZ3151
8
8
Báo cao tốt nghiệp
Hình 1.3 kích thước cơ bản củ xe o tô UAZ31512
Hình1.4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống truyền lực của xe UAZ31512
9
9
Báo cao tốt nghiệp
Số liệu kỹ thuật chính của xe ô tô UAZ31512
stt Tên gọi Ký
hiệu
Đơn
vị
Giá trị
1 Kích thước bao
Chiều cao
Chiều dài
Chiều rộng
cm
1990
4025
1785
2 Khối lượng bản thân xe Kg 1590
3 Khối lượng khi đầy tải m Kg 2350
4 Khối lượng chia ra cầu trước M
t
Kg 970

18 Hộp số Cơ khí 4 số
Các số truyền
Số truyền 1
Số truyền 2
Số truyền 3
Số truyền 4
Số truyền lùi
4,124
2,64
1,58
1
5,224
10
10
Báo cao tốt nghiệp
19
Hộp phân phối Kiểu 2 số truyền
Các số truyền
1
1,94
Số truyền trực tiếp
Số truyền gián tiếp
Truyền lực chính trước sau Côn xoắn
20 Tỷsố truyền truyền lực chính 5,125
1.3.2.2. Nguyên tắc làm việc của xe ô tô UAZ31512:
Mô men từ động cơ được truyền từ động cơ qua hệ thống truyền lực tới
bánh xe. Hệ thống truyền lực của xe khá đơn giản gồm ly hộ ma sát khô, hộp số
cơ khí bánh răng thẳng. truyền và ngắt mô men đến cầu trước không dùng vi sai
mà nhờ cơ cấu gài cầu trước trong hộp số phụ. Mô men từ hộp số phụ đến
truyền lực chính của các cầu được truyền qua các đăng.

Khi máy kéo chuyển động ổn định:
M
k
=M
e.
i.η
m
(2.1)
trong đó : M
e
- mô men quay của động cơ;
12
12
Báo cao tốt nghiệp
i, η
m
- tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực :
i = i
h
.i
T
.i
c
.
i
h
- tỷ số truyền của hộp số;
i
T
- tỷ số truyền của truyền lực trung ương;







± ±
∑
M M J
d
dt
i J
d
dt
i J
d
dt
k e d m x
x
x x k
k
ω
η
ω
η
ω
d
dt
ω
d

M
ak
- tổng mô men của các lực quán tính tiếp tuyến các khối lượng
chuyển động quay không đều qui dẫn đến bánh xe chủ động :
(2.3)
Như vậy, khi chuyển động không ổn định mô men chủ động của xe M’
k
không chỉ phụ thuộc vào mô men quay của động cơ M
e
, tỷ số truyền chung i,
hiệu suất chung của hệ thống truyền lực η
m
mà còn phụ thuộc vào mô men
quán tính của các khối lượng chuyển động quay không đều và bán kính của
bánh xe chủ động.
Khi xe chuyển động nhanh dần, thành phần mô men quay M
k
đóng vai
trò là mô men cản và mô men chủ động của xe nhỏ hơn so với trường hợp
chuyển động đều (M’
k
< M
k
). Ngược lại, khi chuyển động chậm dần M
ak
sẽ bổ
xung thêm cho mô men chủ động: M’
k
> M
k

=
=
;
;
′
= ±
M M M
k k ak
M a
J i J i J
r
a k
d m x x x k
k
=
+ +
∑
2 2
η η
14
Báo cao tốt nghiệp
Dưới tác dụng của mô men chủ động M
k
bánh xe tác động lên mặt
đường một lực tiếp tuyến P (không vẽ trên hình), ngược lại mặt đường tác
dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến P
k
cùng chiều chuyển động với
máy kéo và có giá trị bằng lực P (P
k

trong đó : M
k
- mô men chủ động;
M
e
- mô men quay của động cơ;
i, η
m
-tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực;
r
k
- bán kính bánh xe chủ động.
Qua đó ta thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại P
kmax
khi sử
dụng số truyền có tỷ số truyền lớn nhất i = i
max
và mô men quay động cơ đạt
giá trị lớn nhất M
e
= M
max
, nghĩa là :
15
M
r
M i
r
k
k

2.1.3 Lực bám
sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến P
k
là do kết quả của tác động tương hỗ
giữa bánh xe và mặt đường. Do đó giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến
không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ động cơ mà còn
phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với đất hoặc mặt đường. Khi bánh
xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc đó
trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng đạt đến giá trị cực đại.
Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe
được gọi là lực bám P
ϕ
, nghĩa là:
16
M i
r
e m
k
max max
η
P
M
r
P
M
r
k
k
k
k

mặt đường. Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng máy kéo
cũng như sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh
hưởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ được xác định bằng thực nghiệm và
độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tương đối.
Trên cơ sở công thức (2.14) ta có thể viết :
P
ϕ
=ϕG
k
= ϕ Z
k
(2.8)
Như vậy điều kiện cần để máy kéo có thể chuyển động được sẽ là :
P
K
<P
j (2.9)
Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của máy kéo sẽ
17
P
G
k
ϕ
17
Báo cao tốt nghiệp
bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động.
Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của máy kéo

Đất pha cát khô
Ướt
0,5 – 0,6
0,2 – 0,4
Đường cát
Khô
Ướt
0,2 – 0,3
0,4 – 0,5

18
18
Báo cao tốt nghiệp
Các đồ thị cho ta thấy:
Khi tăng áp suất nên lốp hệ số bám lúc đầu tăng lên, sau đó lại giảm.
Khi vận tốc xe tăng, hệ số bám giảm dần theo đường cong. Khi tăng tải
trong pháp tuyến, hệ số bám tăng theo dang tuyến tính.
19
19
Báo cao tốt nghiệp
Khi đường ướt thì ảnh hưởng của áp suất lốp, tải trong pháp tuyến và
vận tốc xe đến hệ số bám càng lớn.
Trong một số trường hợp nghiên cứu, để đơn giản quá trình tính toán
thường bỏ qua sự thay đổi hệ số bám vào trượt. tuy nhiên trong thực tế khi
độ trượt thay đổi dẫn đến hệ số bám thay đổi rất lớn. Khi tăng độ trượt
(trượt lê hoặc trươt quay) thì hệ số bám lúc đầu taqng nhanh chóng đến giá
trị cực đại, khi độ trượt khoảng 20 – 25% độ trượt tiếp tục tăng, hệ số bám
giảm, đến khi trượt hoàn toàn thì hệ số bám giảm khoảng 20 – 30% giá trị
cực đại, lên đến 50 – 60% khi đường ướt. bản chất vật lý của hiện tượng rất
phức tạp, liên quan đến quá trình biến dang của vật liệu lốp xe, biến dạn

Gsina
h
Gcosa
G
P
f1
P
m
P
k
P
fk
h
m
Z
1
L
Z
K
a
V
1) Lực cản lăn
Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng bên
trong lốp khi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và
mặt đường, trong các ổ trục bánh xe hoặc ma sát trong bộ phận di động xích,
lực cản không khí chống lại sự quay của bánh xe và sự tiêu hao năng lượng
cho việc tạo thành vết bánh xe.
Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu
hao năng lượng của từng thành phần riêng là rất khó khăn. Bởi vậy người ta
qui tất cả các thành phần tiêu hao năng lượng cho quá trình lăn của bánh xe


lực cản lăn của các bánh bị động
ƒ − hệ số cản lăn;
Z − phản lực pháp tuyến: Z = Gcosα ;
G − trọng lượng của máy kéo;
α − độ dốc mặt đường.
Biểu thức (2.10) có thể viết lại một cách tổng quát hơn :
P
f
=f.Gcosα (2.11)
Trong đó: f – hệ số cản lăn của ô tô máy kéo
Bảng 2.2 Hệ số cản lăn trên các loại đường

Loại đường Hệ số bám trung bình
Đường nhựa
Đường bê tông
Đường rải đá
Đường đất khô
Đường đất ướt
Đường cát
Đất sau khi cày
0,015 – 0,018
0,012 – 0,015
0,023 – 0,03
0,025 – 0,035
0,05 – 0,15
0,10 – 0,30
0,12
22
22

(2.13)
trong đó : k
w
- hệ số cản không khí ;
F -diện tích cản chính diện (diện tích hình chiếu của xe
trên mặt phẳng vuông góc với phương chuyển động);
v - tốc độ chuyển động tương đối giữa máy kéo và không khí.
4) Lực cản quán tính P
j
Khi xe chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương
song song với phương chuyển động và điểm đặt tại trọng tâm của xe. Nếu
chuyển động chậm dần, lực quán tính P
j
sẽ cùng chiều với chiều chuyển động
23
23
Báo cao tốt nghiệp
và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của xe. Ngược lại, khi chuyển động
nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán
tính.
Giá trị của lực quán tính có thể xem như tạo thành bởi hai thành phần :
P
j
= P
j
’ + P
j
’’ (2.14)
trong đó : P
j

=
J
n
, r
n
- mô men quán tính và bán kính của bánh xe dẫn hướng.
Thay các giá trị M
ak
và M
an
vào (2.16), sau đó thay các giá trị của P
j
’ và
P
j
’’ vào (2.14) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của máy kéo
24
G
g
M
r
M
r
ak
k
an
n
+
a
Jn

Alambert:
P
k
= P
f
± P
α
± P
j
± P
w
(2.20)
Trong (2.20) lấy dấu cộng (+) trước P
α
khi chuyển động lên dốc và lấy
dấu trừ (−) khi xuống dốc; trước P
j
lấy dấu cộng (+) khi chuyển động nhanh
dần và lấy dấu trừ (−) khi chuyển động chậm dần.
Thay P
j
từ biểu thức (2.19) vào phương trình (2.20) ta sẽ rút ra được
phương trình vi phân chuyển động :

( )
[ ]
afk
a
pppp
G

k
n
n
= +
+ +
+
















∑
1
2 2
2 2
η η
δ
η η
a