Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp hà nội
----------------------
BI TH QU NGHIấN CU NH HNG CA TNH CHT MT
NG N TNH NNG NG LC HC CA ễ
Tễ KHI KHI HNH
LUN VN THC S K THUT Chuyên ngành
: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
M số
: 60.52.14
Ngời hớng dẫn khoa học
PGS.TS. Nguyễn ngọc quế
Hà nội - 2010
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
i


LI CM N Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến ngời hớng dẫn khoa học
PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế, đ tận tình hớng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến
khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này.
Tôi xin cảm ơn tập thể các thày, cô giáo bộ môn Động lực - khoa Cơ
điện, khoa Sau Đại học, trờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội đ giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ của đề tài.
Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trờng Cao đẳng Công nghiệp
Nam Định. Nơi tôi đang công tác đ tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình
công tác và học tập.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những ngời
thân đ động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đ cố gắng hết sức mình nhng do khó khăn về tài liệu, thời
gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đợc các ý kiến đóng góp từ các
Thày, cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2010
Tác giả luận văn
Bùi Thị Quế Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
iii
2.4.2 ðặc tính ñộng lực học của ô tô........................................................43
2.4.3. Sử dụng ñường ñặc tính ñộng lực học của ñộng cơ ........................43
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
iv2.5 QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH VÀ TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ .........................49
Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHỞI
HÀNH......................................................................................................................52
3.1 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH ............................52
3.1.1 Mô hình toán khối ñộng cơ-truyền lực-bánh chủ ñộng.....................52
3.1.2 Mô hình toán khối ly hợp.................................................................53
3.1.3 Mô hình toán hộp số có cấp .............................................................55
3.1.4 Phương trình vi phân chuyển ñộng của xe........................................55
3.2. GIỚI THIỆU Matlab - Simulink – Simdriveline [8].....................................58
3.2.1 Mô hình mô phỏng khối ñộng cơ .....................................................62
3.2.2 Mô hình mô phỏng khối ly hợp ma sát khô ......................................63
3.2.4 Mô hình khảo sát mối quan hệ ñất – bánh ........................................66
3.2.5 Mô phỏng khối thân xe trong Simulink – Simdriveline....................67
3.2.6 Mô hình khảo sát tổng hợp...............................................................68
3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT MÔ HÌNH .............................................................69
3.3.1. Kết quả khảo sát mô hình quá trình khởi hành bằng Simulink-
Simdriveline .............................................................................................69
3.3.2. Kết quả khảo sát mô hình quá trình tăng tốc bằng Matlab...............72
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.........................................................76
4.1. MỤC ðÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM.....................................76
4.1.1 Mục ñích..........................................................................................76
4.1.2 Phương pháp....................................................................................76
4.2. ðIỀU KIỆN VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM................................................81
4.2.1. ðiều kiện thí nghiệm.......................................................................81

Hình 2.5. ðường ñặc tính tốc ñộ ngoài của ñộng cơ xăng...........................23
Hình 2.6. ðường ñặc tính tải trọng của ñộng cơ..........................................24
Hình 2.7. Sơ ñồ ñộng học hệ thống truyền lực của ô tô...............................25
Hình 2.8. Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe bị ñộng ......................................32
Hình 2.9. Sơ ñồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ ñộng .................29
Hình 2.10. Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng ......................32
Hình 2.11. Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô ........................................................35
Hình 2.12. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp..............................39
Hình 2.13. Sự phụ thuộc của hệ số bám φ vào ñộ nhám mặt ñường ∆.........38
Hình 2.14. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc ...................................39

Hình 2.15. Quan hệ giữa ñộ trượt δ và hệ số bám φ ....................................40
Hình 2.16. ðặc tính ñộng lực học của ô tô ..................................................43
Hình 2.15. Xác ñịnh khả năng tăng tốc của ô tô theo ñồ thị nhân tố ñộng lực
học...............................................................................................44
Hình 2.16 ðồ thị gia tốc của ô tô 3 số truyền .............................................45
Hình 2.17 ðồ thị gia tốc của một số ôtô tải.................................................45
Hình 2.18. ðồ thị xác ñịnh thời gian tăng tốc của ô tô ................................46
Hình 2.19. ðồ thị tăng tốc khi kết hợp chuyển số........................................47
Hình 2.20. ðồ thị quãng ñường tăng tốc .....................................................48
Hình 2.21. ðồ thị khởi hành của ô tô ..........................................................49
Hinh 3.1 Sơ ñồ cấu tạo hệ thống truyền lực xe UAZ 31512 ........................52
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
viiHình 3.2. Mô hình vật lý khối ñộng cơ - truyền lực – bánh chủ ñộng..........52
Hình 3.3. Mô hình vật lý khối ly hợp ma sát khô ........................................54
Hình 3.4. Mô hình vật lý khảo sát hộp số có cấp ñơn giản ..........................55
Hình 3.5. Sơ ñồ lực tác dụng lên bánh xe bị ñộng.......................................27


Hình 4.9. ðồ thị quá trình khởi hành của xe UAZ trên ñường nhựa............81

Hình 4.10. ðồ thị quá trình khởi hành của xe UAZ trên ñường cát sỏi........82

Hình 4.11.ðồ thị thời gian tăng tốc của xe UAZ 31512 trên ñường nhựa..82

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
1MỞ ðẦU

Nước ta ñang trong giai ñoạn bùng nổ về các phương tiện tham gia giao
thông, trong khi ñó cơ sở hạ tầng kỹ thụât còn rất thấp kém. Hệ thống giao thông,
cũng như hệ thống luật hướng dẫn giao thông còn nhiều bất cập và hạn chế. Các
phương tiện tham gia giao thông thì ña dạng về chủng loại và phong phú về kết cấu
cũng như tình trạng kỹ thuật của phương tiện. Ý thức của người tham gia giao thông
chưa cao, thói quen sản xuất nhỏ và tiểu nông ăn sâu trong tiềm thức của phần lớn
người tham gia giao thông. Chính vì vậy những năm gần ñây, vấn ñề tai nạn giao
thông là một trong những vấn ñề hết sức trầm trọng ñối với toàn bộ hệ thống chính
trị cũng như xã hội Việt Nam.
Vấn ñề tai nạn giao thông là hậu quả của một loạt các vấn ñề về kinh tế, xã
hội, trong các vấn ñề ñó thì cơ sở hạ tầng giao thông cũng như tình trạng mặt ñường
sấu cũng góp một phần ñáng kể làm tăng tỷ lệ tai nạn giao thông ở nước ta trong
thời gian qua. Vì vậy tìm hiểu kỹ quan hệ ñất máy, tình trạng mặt ñường ảnh hưởng
ñến tính năng ñộng lực học của ô tô khi khởi hành từ ñó phân tích mối quan hệ giữa
yếu tố mặt ñường (tình trạng mặt ñường) ảnh hưởng ñến các thông số ñộng lực học
khi khởi hành nhằm khuyến cáo cho người sử dụng khi chuyển ñộng trong ñiều kiện
tình trạng mặt ñường khác nhau là một trong những vấn ñề cấp thiết góp phần làm

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
3Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1. VÀI NÉT VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

Ô tô là một trong những phương tiện ñược sử dụng khá phổ biến ở nước ta
hiện nay. Nó ñược nghiên cứu và chế tạo ngày càng hoàn thiện ñể phù hợp với ñiều
kiện ñường xá ở nước ta hiện nay. Trong quá trình làm việc, một số yếu tố ngoại
cảnh như: ðiều kiện ñường xá, lực cản, cấu tạo của ô tô ñã quyết ñịnh ñến chất
lượng và hiệu quả làm việc của ô tô.
Khi khởi hành, với những ô tô có trọng lượng lớn ( trọng lượng bản thân và
hàng hóa vận chuyển) thì khi chuyển ñộng tại một số truyền bất kỳ với hệ số sử
dụng tải trọng cho phép, từ hệ số tải trọng bằng không (v=0) cho tới vận tốc ổn ñịnh
trong khoảng thời gian nhất ñịnh, thời gian ñó chính là thời gian khởi hành. Thời
gian và chất lượng khởi hành phụ thuộc rất nhiều vào ñiều kiện làm việc như các

J
1
: Mô men quán tính quy ñổi tính ñến tất cả khối lượng quay của ñộng cơ,
trục khuỷu, bánh ñà và ñĩa chủ ñộng của ly hợp.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
5 J
2
: Mô men quán tính quy ñổi tính của các chi tiết chuyển ñộng quay của
phần tử bị ñộng ly hợp
J
3
: Mô men quán tính quy ñổi tính của các chi tiết chuyển ñộng quay trong
hệ thống truyền lực
J
4
: Mô men quán tính quy ñổi của bánh chủ ñộng phía trước
J
5
: Mô men quán tính quy ñổi của bánh chủ ñộng phía sau
J
6

e
3,4
: ðộ dẻo quy dẫn từ hệ thống truyền lực ñến bánh xe chủ ñộng phía trước
e
3,5
: ðộ dẻo quy dẫn từ hệ thống truyền lực ñến bánh xe chủ ñộng phía sau
e
4,6
: ðộ dẻo lốp phía trước
e
5,6
: ðộ dẻo lốp phía sau
Mô hình toán 3 khối lượngHình 1.3. Mô hình toán 3 khối lượng của ô tô có hai cầu chủ ñộng
J
1
: Mô men quán tính quy ñổi tính của ñộng cơ
J
2
: Mô men quán tính quy ñổi của các phầ n: ðĩa bị ñộng ly hợp, hộp số, hệ
thống truyền lực, các bánh xe chủ ñộng cầu trước và cầu sau
J
3
: Mô men quán tính quy ñổi tính tính ñến chuyển ñộng tịnh tiến của ô tô
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
6
7
Giai ñoạn 2: Các ñĩa ly hợp khóa ñồng tốc (ω
dt
) và cùng tăng dần lên ñến
giá trị ổn ñịnh của tỉ số truyền ñó.

Mô men quán tính và gia tốc góc của phần chủ ñộng ly hợp
Mô men quán tính và gia tốc góc của phần bị ñộng ly hợp
- Mô men của ñộng cơ
- Mô men ma sát của ly hợp
- Mô men cản quy về ñĩa bị ñộng của ly hợp
Mô hình nghiên cứu quá trình khởi hành của ô tô gồm: Mô hình phần tử
ñộng cơ, ly hợp, hộp số, bánh xe
Khi nghiên cứu quá trình khởi hành bài toán ñược giả thiết
- ðường truyền lực từ bộ ly hợp ñến trục bánh xe là tuyệt ñối cứng, do tính chất
ñàn hồi của các trục truyền và các phần tử nhỏ hơn rất nhiều so với sự biến dạng
ñàn hồi của bánh xe.
- Bỏ qua khe hở trong các bộ truyền bánh răng.
- Chỉ chú ý ñến chuyển ñộng quay trong hệ thống truyền lực và chuyển ñộng
trong mặt dọc của ô tô.
- Ô tô khởi hành trên ñường thẳng, mức ga thay ñổi từ 40% ñến 100%, tải trọng
không thay ñổi.
- Quá trình gài ly hợp ñược thực hiện êm dịu và ñều ñặn.
- Vận tốc góc của trục bị ñộng ly hợp luôn nhỏ hơn học bằng vận tốc góc phần
chủ ñộng ly hợp.
1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất mặt ñường ñến tính năng ñộng lực học

tôi sử dụng phương pháp Runghen-Kutta trên phần mềm Matlab.
Phương pháp Runghen-Kutta gầm các nội dung sau: Với mỗi hệ thống thành
phần có một số xác ñịnh các thông số ñầu vào X
m
, thông số ñầu ra y
m
, các thông
trạng thái biểu diễn qua hàm f
n
= f(x
m
). Mối quan hệ ñược thể hiện qua sơ ñồ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
9
Hình 1.5. Mô hình toán học
Theo Runghe-Kutta
Y’= f(x,y) với f(x
o
)=y
o
cho ∆x và x
k
=x
o
+i. ∆x
Chia [x
o

x
i+1
ñược tính theo y
i
ở giá trị x
i
Vậy ta có

Thay trục hoành ox thành trục thời gian ot
Khi ñó Y’= f(t,y) với f(t
o
)=y
o
cho ∆t và t
k
=t
o
+k. ∆t
Chia [t
o
,t] thành n ñoạn nhỏ với bước chia Tính ∆y
Từ y
k+1
=y
k
+ ∆y ta có ∆y =y
k+1
…………………………………………
Ứng dụng ñể giải hệ phương trình vi phân bậc cao
y
(n)
=f(t,y,y’,………y
(n-1)
)
z
(n)
=f(t,z,z’,………z
(n-1)
)
…………………
Với các ñiều kiện ban ñầu:
y(t
o
)=y
o
; y(t
o
)
(i)
=y
o
(i)
với i=1,2,3,…..,n-1

z(t

vi phân bậc nhất. Nếu hệ gồm m phương trình vi phân bậc n thì ta cũng lập ñược hệ
gồm (m,n) phương trình vi phân bậc nhất với ñiều kiện tương ứng.
1.2.3 Phương pháp mô hình hóa
Sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng ñể khảo sát ñộng lực học
của ô tô khi khởi hành có kể ñến các yếu tố của cơ hệ và yếu tố quan hệ ñất bánh.
Các mô hình khảo sát ñược xây dựng bằng các phần mềm hiện ñại Simulink và
Matlab có khả năng ñưa yếu tố ñiều khiển vào mô hình, giao diện dễ sử dụng, ñộ
chính xác cao.
1.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
Phương pháp này cho kết quả rất cụ thể bởi vì không cần thay thế ô tô bằng
mô hình vật lý nào ñó mà khi thay thế như vậy hầu hết phải ñưa ra một số giả thiết
hoặc ñiều kiện nhất ñịnh. Vì vậy kết quả thí nghiệm có thể xem là chính xác cho
chiếc máy cụ thể ñem thí nghiệm. Tuy nhiên việc thử nghiệm máy thường gặp
những khó khăn trong việc thử nghiệm trong việc lựa chọn ñiều kiện thí nghiệm,
lựa chọn thiết bị ño lường và xử lý số liệu thí nghiệm. Mặt khác số liệu thí nghiệm
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
12thường phải ñủ lớn, trong các kết quả thường chỉ phản ánh từng chế ñộ làm việc
nhất ñịnh và khó thấy ảnh hưởng riêng rẽ của từng yếu tố ñiều ñó làm tăng chi phí
về thời gian và kinh phí ñồng thời khó có thể giải quyết ñược các bài toán tối ưu.
Chính vì vậy, phương pháp thử nghiệm máy thường chỉ ñược áp dụng ñể khảo sát
ñộng lực học của ô tô trong quá trình khởi hành ñã có trong ñiều kiện sử dụng hoặc
ñể kiểm chứng cho nghiên cứu lý thuyết dưới dạng mô hình toán hoặc tức là chỉ
hợp lý ở giai ñoạn kiểm tra ñánh giá mức ñộ chính xác của kết quả nghiên cứu.
Tóm lại khi nghiên cứu ñộng lực học ô tô trong quá trình khởi hành có thể sử
dụng phương pháp thử nghiệm máy thực hoặc phương pháp nghiên cứu mô hình
toán học. trong phương pháp nghiên cứu mô hình lại phân chia ra thành nhiều dạng
mô hình thường cho kết quả mang tính chất ñịnh tính nhưng khá hiệu quả trong

khác nhau tuỳ thuộc vào mục ñích và phương tiện xác ñịnh các chỉ tiêu cần ñánh
giá. Trong ñó nhóm các chỉ tiêu ñộng lực học, tính an toàn ñiều khiển và tính tiết
kiệm nhiên liệu ñược sử dụng phổ biến hơn làm ñối tượng nghiên cứu. Thông số kỹ
thuật của xe ô tô UAZ 31512 ñược trình bày ở bảng 1.1.
Bảng 1.1
Stt Tên gọi
Ký
hiệu
ðơn
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 ñầy tải m kg 2350
4 Khối lượng chia ra cầu trước m
t
kg 970
5 Khối lượng chia ra cầu sau m
s
kg 1380
6 Chiều dài cơ sở của ô tô L m 2,38
7 Khoảng cách từ trọng tâm ñến tâm cầu trước a m 1,382

Số truyền 3
Số truyền 4
Số truyền lùi

3.78
2.60
1.55
1.00
4.12
19 Hộp phân phối Kiểu 2 số truyền
Các số truyền
Số trực tiếp
Số truyền thấp

1.00
1,94
Truyền lực chính trước sau Côn xoắn
20 Tỷ số truyền truyền lực chính 4,462
21 Diện tích cản khí ñộng m
2
3,55
22 Bán kính ñộng học bánh xe (ño thực tế) r
b
m 0,37m.
23 Hệ thống lái (thuỷ lực)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
1524

trạng mặt ñường khác nhau.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........
16Chương 2 : C
Ơ
S
Ở
LÝ THUY
Ế
T

2.1. MỐI QUAN HỆ ðẤT MÁY
Các ô tô chủ yếu chuyển ñộng trên các loại ñường khác nhau. Việc nghiên
cứu các quá trình tác ñộng tương hỗ giữa bánh xe của ô tô và mặt ñường là cần
thiết và quan trọng. ðể nắm ñược vấn ñề này trước hết cần nắm ñược các tính
chất cơ lý hóa của ñất
[12]
.
ðất là môi trường phức tạp – phân tán – rời rạc, không ñồng nhất và ñược cấu tạo
bởi 3 pha: pha cứng ( các hạt cứng), pha lỏng ( nước) và pha khí ( không khí và hơi).
Các tính chất cơ lý của ñất sẽ thay ñổi tùy thuộc vào tính chất và thành phần. Tính
chất cơ bản có ảnh hưởng lớn ñến khả năng chuyển ñộng của ô tô.
Những tính chất vật lý ảnh hưởng ñến khả năng chuyển ñộng của ô tô là
thành phần cấu trúc, ñộ ẩm và ñộ chặt.
Thành phần cấu trúc của ñất (còn gọi là thành phần hạt) ñược ñánh giá bởi
kích thước hàm lượng của các hạt (côt liệu) trong khối ñất. Theo thành phần cấu
trúc các loại ñất ñược chia thành hai nhóm chính: Nhóm ñất sét và nhóm ñất cát.
Nhóm ñất sét ñược cấu tạo chủ yếu bởi các hạt sét, còn nhóm ñất cát chủ yếu là