M CL C
Trang tựa
Lý lịch khoa học ......................................................................................................... i
L i cam đoan ............................................................................................................ iii
L i c m t ................................................................................................................. iv
Tóm tắt .......................................................................................................................v
Mục lục .................................................................................................................... vii
Danh sách các chữ viết tắt ..........................................................................................x
Danh sách các hình ................................................................................................. xiii
Danh sách các b ng ..................................................................................................xv
Ch

ng 1: T NG QUAN C A Đ TÀI ...............................................................1

1.1 T ng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ............................................................1
1.2 Mục đích của đề tài ..............................................................................................2
1.3 Đối tượng nghiên cứu và giới h n của đề tài ........................................................2
1.4 Các phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2
Ch

ng 2: C

S

LÝ THUY T ............................................................................3

2.1 Đặc tính trượt .......................................................................................................3
2.2 Góc lệch hướng ...................................................................................................6
2.2.1 Góc lệch bên của bánh xe khi chịu lực ngang ...................................................6
2.2.2 Sự lăn của lốp xe dưới tác dụng đ ng th i của lực ngang Y và lực vòng X ....8
2.3 Đư ng đặc tính tốc độ của động cơ ...................................................................10

3.1 Giới thiệu về Matlab .........................................................................................46
3.2 Thông số kỹ thuật của xe chọn để tính toán và mô phỏng .................................46
3.3 Tốc độ cực đ i của ô tô ......................................................................................47
3.4 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô ....................................................................48
3.4.1 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô khi bỏ qua trượt ......................................48
3.4.2 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô ch y cầu sau chủ động ............................48
3.4.3 Kh năng tăng tốc cực đ i của ô tô ch y hai cầu chủ động ............................50
3.4.4 Nhận xét ..........................................................................................................50
3.5 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô .....................................................................51
3.5.1 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô khi bỏ qua trượt ........................................51
3.5.2 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô ch y cầu sau chủ động .............................51
3.5.3 Kh năng leo dốc cực đ i của ô tô ch y hai cầu chủ động .............................52
3.5.4 Nhận xét ..........................................................................................................52
3.6 Góc lật khi ô tô lên dốc ......................................................................................53
3.6 Góc trượt khi ô tô lên dốc ..................................................................................53
3.6.1 Góc trượt khi ô tô lên dốc bằng cầu sau chủ động ..........................................53
3.6.2 Góc trượt khi ô tô lên dốc bằng hai cầu chủ động ..........................................54

Trang viii


3.6.3 Nhận xét ..........................................................................................................54
3.7 Giới h n lật đ khi ô tô chuyển động trên đư ng nghiêng ngang ......................54
3.7.1 Góc giới h n lật khi ô tô chuyển động thẳng trên đư ng nghiêng ngang .......54
3.7.2 Vận tốc nguy hiểm khi ô tô chuyển động quay vòng trên đư ng nghiêng .....54
3.8 Góc lệch hướng khi ô tô quay vòng ...................................................................55
3.9 Ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động ..........................................................56
3.10 Ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động ...........................................................58
3.11 Ô tô quay vòng bằng hai cầu chủ động ............................................................60
Ch

Hệ số bám ngang của bánh xe và mặt đư ng

R

Độ trượt t ng hợp của bánh xe và mặt đư ng

x

Độ trượt dọc của bánh xe và mặt đư ng

y

Độ trượt ngang của bánh xe và mặt đư ng



Góc lệch hướng của bánh xe chịu lực ngang

Y

Lực ngang tác dụng lên bánh xe

N

Y1

Lực ngang tác dụng lên bánh xe cầu trước

N


Fk1

Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe cầu trước

N

Fk 2

Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe cầu sau

N

Ymax

Giới h n bám ngang của bánh xe

N

Y1max

Giới h n bám ngang của bánh xe cầu trước

N

Y2 max

Giới h n bám ngang của bánh xe cầu sau

N



kW

nN

Số vòng quay trục khủy ứng với công suất cực đ i

v/p

ne

Số vòng quay của trục khủy

Me

Mômen xoắn của động cơ

M eM

Mômen xoắn cực đ i của động cơ

Nm

M eP

Mômen của động cơ ứng với công suất cực đ i

Nm

Fw


Kho ng cách từ cầu sau đến trọng tâm của xe

m

hg

Độ cao trọng tâm của xe

m

hg

Độ cao lực c n không khí

m

L

Kho ng cách từ cầu trước tới cầu sau

m

r

Bán kính làm việc của bánh xe

m

f


Gia tốc trọng trư ng

N max

th i điểm bất kỳ
th i điểm bất kỳ

v/p
Nm

rad

Ns 2 / m4

m / s2

Trang xi


L0

Chiều dài lớn nhất của ô tô

m

B0

Chiều rộng lớn nhất của ô tô



Tỉ số truyền của vi sai cầu sau

itln

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

tay số lớn nhất

0

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

tay số nhỏ nhất

j

itlI

tl

Hiệu suất truyền lực

r0

Bán kính thiết kế của bánh xe



Hệ số kể đến sự biến d ng của lốp


TRANG

Hình 2.1: Sơ đ khối Simulink mô t đặc tính bánh xe theo Burckhardt.

5

Hình 2.2: Đ thị thể hiện mối quan hệ bám trượt của bánh xe máy kéo Yanmar
3000 trên đư ng nhựa.

5

Hình 2.3: Sự lăn của bánh xe đàn h i khi chịu lực ngang.

6

Hình 2.4: Góc lệc hướng của bánh xe khi chịu lực ngang tác dụng.

7

Hình 2.5: Đặc tính hướng của lốp radial.

9

Hình 2.6: Đặc tính hướng của lốp diagonal

9

Hình 2.7: Sơ đ lực t ng quát tác dụng lên ô tô.


Hình 2.15: Quay vòng trung tính.

33

Hình 2.20: Lực ngang Y tác động làm xuất hiện α1 = α2.

33

Hình 2.16: Quay vòng thiếu.

34

Hình 2.17: Lực ngang Y tác động làm xuất hiện α1 > α2.

35

Hình 2.18: Quay vòng thừa.

35

Hình 2.19: Lực ngang Y tác động làm xuất hiện α1 < α2.

36

Hình 2.20: Lực ly tâm tác dụng khi ô tô quay vòng.

36

Hình 2.21: Ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.


Hình 3.5: Sơ đ khối Simulink mô t đặc tính góc lệch hướng của bánh xe khi
quay vòng.

56

Hình 3.6: Đ thị thể hiện góc lệch hướng của bánh xe cầu trước và cầu sau phụ
thuộc tốc độ quay vòng.

56

Hình 3.7: Sơ đ khối Simulink mô t lực ngang và giới h n bám ngang của các
bánh xe khi ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.

57

Hình 3.8: Đ thị thể hiện lực ngang và giới h n bám ngang của bánh xe trước khi
ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.

57

Hình 3.9: Đ thị thể hiện lực ngang và giới h n bám ngang của bánh xe sau khi ô
tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.

58

Hình 3.10: Sơ đ khối Simulink mô t lực ngang và giới h n bám ngang của các
bánh xe khi ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động.

59



TRANG

B ng 2.1: Các hệ số thực nghiệm theo mô hình Burckhardt của máy kéo
Yanmar 3000 sử dụng bánh hơi.

4

B ng 2.2: Giá trị trung bình của hệ số c n không khí K, diện tích c n chính
diện S và nhân tố c n không khí W đối với các lo i ô tô.

12

B ng 2.3: Giá trị của f 0 cho một số lo i đư ng.

14

B ng 2.4: Hiệu suất truyền lực của ô tô máy kéo.

15

Trang xv


Ch

ng 1

T NG QUAN C A Đ TÀI
1.1. Lý do ch n đ tài

rộng rãi ra bên ngoài.

Trang 1


1.2. M c tiêu c a đ tài
Trên cơ s lý thuyết về bám trượt, phân phối công suất thực hiện tính toán
bằng mô phỏng một số bài toán về động lực học và n định để làm n i bật tính năng
của xe ch y hai cầu so với xe ch y một cầu chủ động.
1.3. Đ i t

ng nghiên c u và gi i h n c a đ tài

Do th i gian thực hiện đề tài có h n nên chỉ nghiên cứu lý thuyết và phân tích
động lực học, n định ngang và dọc, các tr ng thái quay vòng trên xe cầu sau chủ
động và hai cầu chủ động trong những điều kiện cụ thể.
1.4. Ph

ng pháp nghiên c u

- Phương pháp phân tích lý luận, tham kh o tài liệu.
- Tính toán bằng mô phỏng MATLAB/SIMULINK.
1.5. ụ nghĩa khoa h c và thực ti n c a đ tài
- Đề tài đã sử dụng mô hình Burckhardt để xác định hệ số bám t o tiền đề cho
việc xác định các thông số động lực học và n định của ô tô.
- Kết qu của đề tài có thể được ứng dụng trong việc nghiên cứu và gi ng d y.

Trang 2




Trong đó  x ,  y ,  R lần lượt là độ trượt dọc, độ trượt ngang và độ trượt
t ng hợp của xe:
- Bánh xe chủ động:
2
2
 RR   xR2   yR
 (1   xR )2 tg R2   xR

(2.3)

- Bánh xe bị động:
2
2
 RF   xF2   yF
 (1   xF )2 tg F2   xF

(2.4)

Trong đó: C1, C2 và C3 là các hệ số thực nghiệm.
- C1 là giá trị lớn nhất của đư ng cong bám. C1 phụ thuộc vào tính chất và
điều kiện mặt đư ng, t i trọng pháp tuyến và kết cấu mấu bám của bánh xe.
- C2 đặc trưng cho hình dáng của đư ng cong bám, chủ yếu là độ dốc của
nhánh tuyến tính. C2 phụ thuộc đáng kể vào lo i nền đư ng và độ trượt của bánh
xe.

Trang 3


- C3 xác định sự sai khác giữa giá trị lớn nhất của đư ng cong bám với giá trị

0,76

9

0,18

Hệ số bám dọc và hệ số bám ngang khi đó được tính theo công thức:
x  R


x
và  y   R y
R
R

(2.5)

Các công thức (2.1) và (2.2) thỏa mãn trong toàn vùng (0   x ;  y  1) , do đó
các hệ số C1, C2 và C3 có thể xác định dễ dàng trong trư ng hợp  y  0 . Có nghĩa
chỉ cần t chức thí nghiệm kéo bám để xác định độ trượt của bánh xe theo phương
dọc.
Khi đó   0 nên  y  0 và  y  0 , do đó  R   x và R   x .
Từ các phương trình thực nghiệm trên ta sử dụng MATLAB/SIMULINK để
mô t đặc tính bám trượt của bánh xe với hai thông số đầu vào là độ trượt dọc  x và
góc lệch hướng  .

Trang 4


Hình 2.1: Sơ đ khối Simulink mô t đặc tính bánh xe theo Burckhardt.

 - góc lệch hướng của bánh xe.

Y – lực ngang tác dụng lên bánh xe
Trang 6

(2.6)


Góc lệch hướng  phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Cy, Z, X, Y, lo i lốp…
trong đó chủ yếu là phụ thuộc vào lực ngang và độ đàn h i của lốp.
Trư ng hợp bánh xe chủ động lăn chịu lực ngang Y, bánh xe sẽ chịu các lực
như hình vẽ : R là hợp lực của Fk (FP) và ph n lực ngang Y’ do lực ngang Y.
R  FK2  Y '2

(2.7)

Trong đó: R – hợp lực của Fk (FP) và ph n lực ngang Y’.
Y’ – ph n lực do lực ngang Y
Fk, Fp – Lực kéo (lực phanh) trên bánh xe.
Theo điều kiện bám R  Rmax  GR và ph n lực ngang cũng đ t giá trị cực
đ i Y= Ymax.

Ymax  Rm2 ax  Fk2

(2.8)

Từ công thức trên, nếu Fk càng lớn thì Y càng nhỏ. Khi lực Fk hoặc lực Fp đ t
đến giới h n bám thì Ymax = 0. do đó chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng lên bánh
xe thì nó bắt đầu trượt.


thị theo các tài liệu khác nhau. Đặc tính hướng biểu thị mối quan hệ Y(X) và MZ(X)
theo góc lăn lệch  .
MZ – mômen tr của bánh xe.

Trang 8


Hình 2.5: Đặc tính hướng của lốp radial.

Hình 2.6: Đặc tính hướng của lốp diagonal
Đối với đặc tính Y(X), theo quan điểm bám thì vùng bao của tất c các đư ng
cong có thể coi như là tập hợp của tất c các điểm vector của lực tiếp tuyến tận dụng
được trong vùng tiếp xúc. Nếu chúng ta gi thiết rằng hệ số bám không phụ thuộc
vào hướng của độ trượt trong vùng tiếp xúc thì có thể dẫn tới khái niệm về bán kính
Kamm R  GR , với  R là hệ số bám chung cho mọi hướng. Theo quan niệm này
thì

giới h n trượt dọc khi R  GR thì lực ngang Y ph i bằng không, nghĩa là mặt

đư ng không còn kh năng tiếp nhận lực ngang nữa. Nhưng những thí nghiệm thực
nghiệm l i chứng tỏ rằng hệ số bám ngang thư ng nhỏ hơn hệ số bám dọc và khác
nhau trong trư ng hợp kéo ho c phanh. Ngay c

Trang 9

tr ng thái trượt dọc hoàn toàn khi


lăn với   0 thì lực ngang Y vẫn không bị triệt tiêu, nghĩa là vẫn còn một kh năng
bám nào đó.

Đối với động cơ điêden 4 kỳ có bu ng cháy trực tiếp:
a  0,5 ; b  1,5 ; c  1

Đối với động cơ điêden 4 kỳ có bu ng cháy dự bị:
a  0, 6 ; b  1, 4 ; c  1

Đối với động cơ điêden 4 kỳ có bu ng cháy xoáy lốc:
a  0, 7 ; b  1,3 ; c  1

Cho các giá trị ne khác nhau, dựa theo công thức (2.9) sẽ tính được công suất N e
tương ứng.
Có các giá trị N e và ne có thể tính được giá trị mômen xoắn M e của động cơ.
Trang 10


Theo công thức (I -3), [2] ta được:

104 N e
Me 
1,047ne
Thay N e

(2.10)

công thức (2.9) vào công thức vào công thức (2.10) ta có được mômen

xoắn của động cơ theo tốc độ ne .

 a bn
n2 

đư ng:

M

A

Z1.L  Fw .hw  ( Fi  Fj ).hg  G.b.cos   M f 1  M f 2  0

 Z1 

G.cos  .(b  f .r )  (G.sin   Fj  Fw ).hg

(2.12)

L

Tương tự ta tính được:
Z2 

G.cos  .(a  f .r )  (G.sin   Fj  Fw ).hg

(2.13)

L

Trong đó:
Z1 - là ph n lực thẳng góc của mặt đư ng lên hai bánh xe cầu trước (N).
Z 2 - là ph n lực thẳng góc của mặt đư ng lên hai bánh xe cầu sau (N).
G – trọng lượng của xe (N), G  mg .


0,3 – 0,9

- Vỏ h

0,4 – 0,5

1,5 – 2,0

0,6 – 1,0

Lo i xe
Ô tô du lịch

Trang 12


Ô tô t i

0,6 – 0,7

3,0 – 5,0

1,8 – 3,5

Ô tô khách (vỏ lo i toa tàu)

0,25 – 0,4

4,5 – 6,5


Trong đó:
m - khối lượng xe (kg)
g - gia tốc trọng trư ng ( m / s 2 )

 - góc leo dốc .

3.4.4. Lực c n quán tính

Trong đó:
j - gia tốc của ô tô ( m / s 2 )

 j - hệ số nh hư ng của các chi tiết chuyển động quay.

Theo công thức I – 53, [2] ta có công thức tính hệ số nh hư ng của các chi
tiết chuyển động quay gần đúng .
 j  1,05  0,05ih2

(2.18)

Ff  mgf

(2.19)

3.4.5. Lực c n lăn

Trang 13


Trong đó: f - hệ số c n lăn.
Theo công thức II-16, [2] ta có công thức c n lăn bằng thực nghiệm.


0,023  0,03

Đư ng đất khô

0,025  0,035

Đư ng đất sau khi mưa

0,005  0,015

Đư ng cát

0,1  0,3

Đất sau khi cày

0,1  0,3

Theo công thức (II-17), [2]. Trong trư ng hợp ô tô chuyển động trên đư ng
nhựa bê tông và đư ng nhựa tốt, hệ số c n lăn có thể xác định theo công thức:

f 

32  v
2800

2.5. Động lực h c c a ô tô
2.5.1. T c độ cực đ i c a ô tô
Thực tế tốc độ cực đ i của ô tô chỉ đ t được trong trư ng hợp sau:

Trong đó:
Fkv - lực kéo khi xe đ t tốc độ cựa đ i (N),

M eP .itln .tl
F 
r
v
k

(2.23)

M eP - mô men xoắn t i th i điểm công suất động cơ đ t cực đ i (N.m).
itln - tỉ số truyền lực của tay số lớn nhất.

itln  ihni0

(2.24)

Xem tỉ số truyền của hộp số phụ i p  1 .
ihn - tỉ số truyền của hộp số

tay số lớn nhất.

i0 - tỉ số truyền của vi sai.

tl - hiệu suất truyền lực.

Theo b ng I-2, [2] ta có b ng hiệu suất truyền lực của ô tô máy kéo.
B ng 2.4: Hiệu suất truyền lực của ô tô máy kéo.
Giá trị trung bình của tl

Lốp áp suất cao:   0,945  0,950
 Xác đ nh độ tr

t c a bánh xe và mặt đ

ng:

Từ công thức (3.7), [4] ta có:
rl
r

x  1

với: rl  r  F .Fk   x 

F .Fk
r

. Ta thấy độ trượt dọc phụ thuộc vào lực kéo của

bánh xe chủ động.
Fk 

 x 

M e .itl .tl
r

F .M e .itl .tl
r2