Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô toyota innova g

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 thành một lực cản và gọi là lực cản lăn. Như vậy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của ô tô. Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng phản lực pháp tuyến của mặt đường là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Do đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến Z hoặc theo trọng lượng của máy G, sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại được quy thành một hệ số f và có thể viết : (2.15) Trong đó: Pfk- lực cản lăn của bánh chủ động, N Pfn - lực cản lăn của các bánh chủ động, N f- hệ số cản lăn, Z -phản lực pháp tuyến, N G- trọng lượng của ô tô, kG - độ dốc mặt đường; Z= G.cosα; Biểu thức (2.15) có thể viết lại một cách tổng quát hơn: (2.16) b. Lực cản dốc Khi ô tô lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần lực G.sin có phương song song với mặt đường và được gọi là lực cản dốc, ký hiệu Pα: (2.17) Trong đó: G- trọng lượng xe, kG α –góc dốc mặt đường, độ Tuy nhiên Pα chỉ gây ra cản chuyển động khi ôtô lên dốc, còn khi xuống dốc nó sẽ có tác dụng đẩy xe chuyển động. Song để tiện cho việc nghiên cứu, trong lý thuyết ô tô quy ước chung cho cả hai trường hợp cùng sử dụng một thuật ngữ. c. Lực cản không khí Khi ô tô chuyển động sẽ làm di chuyển các bộ phận không khí bao quanh xe, làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cản không khí. Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, hình dáng bề mặt chắn gió phía trước. Giá trị của lực cản không khí có thể xác định theo công thức thực nghiệm: (2.18) Trong đó: kw - hệ số cản không khí, v- tốc độ chuyển động tương đối giữa ô tô với không khí, m/s d. Lực cản quán tính Khi ô tô chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương song song với phương chuyển động và điểm đặt tại tâm của ô tô. Nếu chuyển động chậm dần đều, lực quán tính Pj sẽ cùng chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của ô tô. 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 xác xem như tạo thành bởi hai thành phần: (2.19) Trong đó: Pj’ lực cản quán tính tịnh tiến, N P’’j lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trên ô tô gây ra, N Lực quán tính tịnh tiến Pj’ có thể xác định theo công thức: (2.20) Trong đó: j- gia tốc tịnh tiến của ô tô, m/s2 G- trọng lượng của ô tô, kG g- gia tốc trọng trường, m/s2 Thành phần lực quán tính Pj’’ được xác định theo công thức: (2.21) Trong đó: Mak mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều quy dẫn đến trục bánh chủ động. Man mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn hướng). Jn ,rn – mô men quán tính và bán kính quán tính của bánh bánh xe dẫn hướng. Thay các giá trị Mak và Man vào (2.21), sau đó thay các giá trị của Pj’ và P’’j vào (1.19) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của ô tô. (2.22) Đặt (2.23) Thay δa vào (2.22) ta có: (2.24) Trong đó δa được gọi là hệ số quy đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ của ô tô. 2.2 TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ 2.2.1 Cân bằng lực kéo và cân bằng công suất 2.2.1.1 Cân bằng lực kéo Năng suất vận chuyển được đánh giá bởi khối lượng hàng hoá và quãng đường vận chuyển được trong một đơn vị thời gian. Nó phụ thuộc vào trọng tải và tốc độ chuyển động trung bình của ô tô. Hai yếu tố này lại phụ thuộc vào các tính chất kéo bám và tính chất động lực học của ô tô. Để phân tích đánh giá tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô người ta thường dựa vào đồ thị cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng công suất. a. Phương trình cân bằng lực kéo Xét trường hợp tổng quát khi ô tô chuyển động với tốc độ không ổn định trên dốc (2.25) Trong đó: Pk - lực kéo tiếp tuyến; Pf - lực cản lăn: ; (2.26) Pα - là lực cản dốc: (2.27) Pj - lực quán tính: 2.28) Pw- lực cản không khí; (2.29) f - hệ số cản lăn, kw -hệ số cản của không khí, v- vận tốc tương đối giữa ôtô và không khí, δa -hế số tính đến sự ảnh hưởng của các khối quay trên ô tô, j, g –gia tốc của ô tô và gia tốc trọng trường, Trong phương trình (2.25), sử dụng dấu (+) hoặc (-) trước Pα là tuỳ thuộc vào xe chuyển động lên hoặc xuống dốc, còn Pj là tuỳ thuộc chuyển động nhanh hoặc chậm dần. Phương trình (2.25) có thể viết lại dưới dạng khai triển: (2.30) Các thành phần Pf ,và Pα đặc trưng cho lực cản của mặt đường và có thế gộp chung lại, ký hiệu : Hay (2.31) Trong đó : - được gọi là hệ số cản chung của mặt đường ψ - hệ số cản mặt đường; Phương trình (2.30) có thể viết lại: (2.33) Trường hợp chuyển động đều trên đường ngang hoặc (2.34) b. Đồ thị cân bằng lực kéo Lực kéo tiếp tuyến Pk của ô tô phụ thuộc vào mô men quay Me của động cơ và tỷ số truyền i trong hệ thống truyền lực, còn vận tốc chuyển động v phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ ωe , tỷ số truyền i và độ trượt : (2.35) (2.36) Trong đó: vt - vận tốc lý thuyết: Mặt khác quan hệ giữa mô men quay Mc và vận tốc quay là quan hệ phụ thuộc và được biểu thị trên đường đặc tính của động cơ Me=f(). Do đó lực kéo tiếp tuyến Pk và mô men động cơ Me cũng có thể biểu thị theo hàm số vận tốc: Pk = f(v) và Me= f(v) Các quan hệ trên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố sử dụng khác nên khó có thế biểu diễn đầy đủ bằng các biểu thức toán học, và do vậy người ta thường biểu diễn chúng bằng đồ thị . Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến Pk và các thành phần lực cản của ô tô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động v và được gọi là đồ thị cân bằng lực kéo. Trước hết ta xét trường hợp đơn giản với giả thiết ô tô không bị trượt σ = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc f = const. Dạng đồ thị cân bằng lực kéo được minh hoạ trên hình 2.6. Hình 2.6 Đồ thị cân bằng lực kéo khi độ trượt δ = 0 Trình tự xây dựng: Xây dựng đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk=f(v) - Thay ωe vào công thức (2.35) để tính vận tốc thực tế v. - Cặp giá trị Pk, v vừa tính được xác định một điểm của đồ thị Pk=f(v). Bằng cách như vậy ta sẽ xác định được nhiều điểm ứng với các trị số khác nhau của Me và xây dựng được các đường cong Pk=f(v) cho từng số truyền. Trên đồ thị 2.6 minh hoạ cho 3 số truyền với các ký hiệu Pk1 ,Pk2, Pk3 . Xây dựng đường lực cản mặt đường Pψ = f(v) Vì đã giả thiết f= const nên với mỗi góc dốc α xác định lực cản Pψ là đại lượng không đổi P= const , trên đồ thị được biểu thị bằng đường thẳng song song với trục hoành. Giá trị của Pψ được xác định theo (2.32). Khi lên dốc (α > 0) : Khi α =0: Pψ = Pf = f.Ga Xây dựng đường lực cản tổng cộng - Khi lên dốc: - Khi α = 0 : Nhận xét : Qua đồ thị cân bằng lực kéo ta có thể rút ra một số nhận xét: Dạng của các đường cong Pk = f(v) tương tự như dạng đường cong Me =f(ωe). Ở một số truyền giá trị cực đại cảu lực kéo tiếp tuyến Pkmax sẽ tương ứng với mô men quay của động cơ Memax . Vận tốc tưng ứng với giá trị Pkmax được gọi là vận tốc gối hạn vk . Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v < vk lực kéo tiếp tuyến Pk sẽ giảm do mô men quay động cơ giảm. Cần lưu ý là khi v < vk động cơ không tự trở lại trạng thái cân bằng mô men quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy, nghĩa là không thể sử dụng vận tốc v < vk . Điểm cắt nhau của đường lực cản tổng cộng và đường lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v) chính là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, khi đó vận tốc đạt giá trị cực đại v = vmax .Trên hình 2.6 điểm B ứng với trường hợp chuyển động trên đường nằm ngang và điểm A với khi lên dốc. Ở mỗi số truyền, khi v < vmax đường cong Pmax nằm trên đường cong +Pw nghĩa là dư lực kéo. Hiệu số Pk – ( Pψ + Pw) = Pd được gọi là lực kéo dư. Phần lực kéo dư dung để tạo ra khả năng tăng tốc và để khắc phục lực cản dốc với độ dốc lớn hơn, tức tạo ra khả năng vượt dốc. Như vậy vùng có khả năng tăng tốc là ( vk  - vmax ). Khi v= vmax thì lực kéo dư đạt giá trị lớn nhất Pd = Pdmax và khả năng tăng tốc sẽ lớn nhất. Khi v = vmax thì Pd = 0 và không còn khả năng tăng tốc hoặc vượt độ dốc lớn hơn. Khi đó muốn vượt độ dốc lớn hơn phải chuyển về làm việc ở số truyền thấp hơn. Ở điều kiện làm việc xác định, tức là lực cản mặt đường đã được xác định, nếu muốn giảm tốc độ chuyển động đều ta có thể giảm ga. Khi đó động sẽ làm việc với đường đặc tính riêng phần, đường cong Me =f(ωe) sẽ thấp hơn so với trường hợp cung cấp nhiêu liệu cực đại. Điểm cân bằng B’ trên đồ thị là một ví dụ khi làm việc ở số truyền 3, lúc đó xe chuyển động đều với v0 < vmax . Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất Pkmax không chỉ phụ thuộc vào mô men quay cực đại của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi điều kiện bám Pkmax = Pφ. Như vậy lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị Pk < Pφ. 2.2.2 Cân bằng công suất Phương trình hoặc đồ thị cân bằng lực kéo chỉ đánh giá được tính chất kéo và tính chất động lực học của ô tô vận chuyển. Để đánh giá chỉ tiêu năng lượng ta cần xem xét sự cân bằng công suất khi liên hợp máy làm việc các điều kiện chuyển động khác nhau. 2.2.2.1 Phương trình cân bằng công suất Từ phương trình cân bằng lực kéo (2.20) có thể suy ra phương trình cân bằng công suất bằng cách nhân hai vế của phương trình với vận tốc v: (2.37) Trong đó: Nk – công suất truyền cho bánh chủ động ; (2.38) Ne – công suất hiệu dụng của động cơ, kW - hiệu suất cơ học trong hệ thong truyền lực, Nψ -công suất hao tổn do lực cản mặt đường, kW Nj – công suất hao tổn do lực cản quán tính, kW N w – công suất hao tổn do lực cản không khí, kW 2.2.2.2 Đồ thị cân bằng công suất kéo Phân tích tương tự như khi xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ta sẽ nhận được đồ thị cân bằng công suất kéo và được minh hoạ trên hình 2.7 trên đó còn biểu thị sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne của động cơ vào tốc độ chuyển động v. Trình tự xây dựng Cho giá trị Ne tính theo công thức (2.38) Từ đường cong Ne =f(ωe) xác định tốc độ quay ωe ứng với Ne đã cho, sau đó sử dụng công thức (2.36) tính vận tốc v. Cặp giá trị Ne, v xác định một điểm trên đồ thị. Xây dựng nhiều điểm và nối lại ta được toàn bộ đường cong Ne =f(v) của số truyền đã cho. Bằng cách như vậy sẽ xây dựng được các đường cong Ne = f(v) cho các số truyền khác nhau. Hình 2.7 Đồ thị cân bằng công suất Các đường cong Nk = f(v) cũng được xây dụng tương tự vì tỷ lệ thuận với Ne theo biểu thức (Nk = Ne .). Các thành phần công suất để khắc phục các thành phần lực cản được xây dựng dựa trên các công thức tính toán tương ứng sau đây: Công suất để khắc phục lực cản dốc: (2.39) Đồ thị biểu diễn N =f(v) là đường tuyến tính. Công suất để khắc phục lực cản tổng cộng: (2.40) Đường cong cắt đường cong công suất Nk tại điểm A. Đó chính là điểm cân bằng công suất, nghĩa là khi ô tô chuyển động đều và sẽ nhận được vận tốc chuyển động cực đại vmax vì không còn công suất dự trữ để tăng tốc. Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc cực đại v < vmax thì công suất cản tổng cộng () < Nk, nghĩa là còn dữ trữ một phần công suất để tăng tốc hoặc khắc phục góc dốc lớn hơn. Phần công suất dữ trữ còn được gọi là công suất dư Nd . (2.41) Ở độ dốc α xác định, công suất dư chính bằng công suất để khắc phục lực cản quán tính Nd =Nj . Nếu kẻ đường thẳng đứng cho cắt các đường cong công suất ta sẽ được các thành phần công suất tương ứng biểu thị bởi các đoạn thẳng: Nψ ,Nω, Nj và Nm , trong đó Nm là công suất hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực của ô tô. Nếu độ dốc càng tăng, công suất chi phí cho lực cản mặt đường càng lớn, điểm cắt nhau giữa đường công suất cản tổng cộng (Nψ + Nω) và đường cong công suất kéo Nk sẽ lùi sang bên trái. 2.3 NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC 2.3.1 Nhân tố động lực học ô tô Phương trình cân bằng lực kéo và phương trình cân bằng công suất có thể sử dụng để phân tích đánh giá tính chất động lực học của một loại ô tô vận chuyển cụ thể. Nhưng không thể sử dụng các phương trình đó để đánh giá so sánh các tính chất động lực học của các ô tô vận chuyển khác nhau vì các ô tô khác nhau sẽ có trọng lượng khác nhau và đặc tính kỹ thuật của các loại ô tô cũng có thể khác nhau. Do vậy đánh giá so sánh tính chất động lực học của ôtô vận chuyển khác nhau người ta sử dụng một thông số đặc trưng tính chất động lực học không có thứ nguyên, thông số đó là nhân tố động lực học. Nhân tố động lực học là tỷ số giữa phần lực kéo tiếp tuyến sau khi đã trừ đi lực cản không khí (Pk - Pw) và trọng lượng toàn bộ Ga của ô tô vận chuyển. Nếu ký hiệu nhân tố động lực học là D ta có : (2.42) Từ phương trình cân bằng lực kéo (2.20) ta có thể rút ra hiệu số (Pk- Pw) rồi thay vào biểu thức (2.42) nhận được: (2.43) Trong đó δa là hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay; Biểu thức (2.43) biểu thị mối quan hệ giữa nhân tố động lực học và điều kiện chuyển động ( thông qua hệ số cản mặt đường ψ và gia tốc j ). Khi ô tô chuyển động đều (j = 0) thì nhân tố động lực học tính bằng hệ số cản chung của mặt đường: D = ψ = fcosα ± sinα Nếu ô tô chuyển động đều trên đương nằm ngang, tức là j = 0 và α = 0, thì nhân tố động lực học bằng hệ số cản lăn: D = f Giá trị của nhân tố động lực học còn phụ thuộc vào các thông số kết cấu của ô tô thể hiện qua biểu thức: (2.44) Qua biểu thức (2.44), ta nhận thấy rằng giá trị của nhân tố động lực học D chỉ phụ thuộc vào các nhân tố kết cấu và có thể xác định cho từng loại ô tô cụ thể. Ở số truyền càng thấp tỷ số truyền i càng lớn, đồng thời vận tốc v cũng càng thấp dẫn đến nhân tố động lực học D sẽ lớn hơn so với số truyền cao hơn. Do vậy khi làm việc ở số truyền 1 nhân tố động lực học sẽ nhận được giá trị lớn nhất so với các số truyền còn lại. Nhân tố động lực học còn bị giới hạn theo điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường. Khi Pkmax = Pφ nhân tố động lực nhận được giá trị cực đại: (2.45) Trong đó : φ - hệ số bám của bánh xe chủ động; Zk - phản lực pháp tuyến của mặt đường lên bánh chủ động; - hệ số phân bố tải trọng trên cầu chủ động; G - trọng lượng của ô tô; Đối với ô tô có tất cả các bánh chủ động thì , ở ô tô chỉ có cầu sau chủ động còn đối với ô tô tải tuỳ thuộc vào sự phân bố hang hoá trên thùng xe giá trị hệ số có thể thay đổi. Một số nhận xét : Nhân tố động lực học D đặc trưng cho khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản của mặt đường. Giá trị của nó phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực, khả năng bám của các bánh xe chủ động và tốc độ chuyển động của các ô tô. Nhân tố động lực học là đại lượng không có thứ nguyên và có thể sử dụng để đánh giá so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau hoặc cùng một loại ô tô làm việc ở các điều kiện đường xá khác nhau. 2.3.2 Đặc tính động lực học của ô tô Để dễ nhận thấy quy luật thay đổi giá trị của nhân tố động lực học D trong sự phụ thuộc vào các yếu tố cấu tạo, điều kiện mặt đường và vận tốc chuyển động ta có thể biểu diễn các mối quan hệ đó dưới dạng đồ thị hàm số D = f(v) với trục hoành là vận tốc v và trục trung là nhân tố động lực học D. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa nhân tố động lực học và vận tốc chuyển động D =f(v) khi ô tô chở đầy tải và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải được gọi là đường đặc tính động lực học của ô tô hoặc gọi tắt là đường đặc tính động lực học. Trên hình 2.8 là dạng đường đặc tính động lực học D với giá thiết các bánh xe chủ động không bị trượt δ = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động f = const . Hình 2.8 Đặc tính động lực học của ô tô Đường đặc tính động lực học được xây dựng dựa trên đường đặc tính tải trọng hoặc đường đặc tính tải trọng của động cơ. Trình tự xây dựng cũng tương tự như đã xây dựng các đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk trên đồ thị cân bằng lực kéo (hình 2.6). Cụ thể là sử dụng công thức(2.36) để tính vận tốc v và công thức(2.44) để tính nhân tố động lực học D ứng với các số truyền khác nhau. Qua đồ thị ta thấy rằng, dạng đường cong nhân tố động lực học D = f(v) giống như dạng đường cong Me = f() trên đường đặc tính tốc độ của động cơ. Ở mỗi số truyền, điểm cực đại của đường cong Dmax tương ứng với Memax của động cơ, khi đó tốc độ chuyển động là nhỏ nhất cho phép vk. Như vậy ở mỗi số truyền sẽ có một giá trị cực đại Dmax (trên hình chỉ vẽ cho số truyền 1-Dmax). Số truyền càng cao thì giá trị Dmax càng nhỏ, nghĩa là D1max > D2max ….. Nhân tố động lực học D là đại lượng không thứ nguyên nên có thể sử dụng đường đặc tính động lực học để đánh giá so sánh chất lượng động lực học giữa các xe khác nhau trên cùng một điều kiện sử dụng như nhau. Khi đã xây dựng được đường đặc tính động lực học, ta có thể sử dụng nó để một thông số còn lại của loại xe đó ở những điều kiện sử dụng tương tự. 2.3.3. Sử dụng đường đặc tính động lực học của động cơ Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô. Khi chuyển động đều trên đường nằm ngang: Ta biết rằng với trọng tải đã được xác định, vận tốc chuyển động cực đại sẽ đạt được khi ô tô chuyển động đều trên đường nằm ngang (α = 0). Khi đó nhân tố động lực học chính bằng hệ số cản lăn D = f. Như vậy nếu ta kẻ đường biểu diễn f song song với trục hoành và cắt đường nhân tố động lực học D tại B, từ điểm B dóng xuống trục hoành sẽ xác định được vận tốc cực đại Vmax . Trong trường hợp đang xét vận tốc cực đại sẽ đạt được số truyền 4. - Khi chuyển động lên dốc: Khi chuyển động lên dốc (α > 0), D = ψ = fcosα + sinα. Điểm cắt nhau giữa đường hệ số cản ψ và đường nhân tố động lực học D sẽ là điểm A. Khi đó vận tốc cũng đạt lớn nhất vmax nhưng nhỏ hơn so với trường hợp chuyển động trên đường nằm ngang. Trường hợp đường hệ số cản chung ψ (khi α > 0) hoặc đường hệ số cản lăn f (khi α = 0) không cắt đường nhân tố động lực học D, nghĩa là không có điếm cân bằng và công suất và ô tô không chuyển động được ở số truyền đã cho. Nếu muốn duy trì cho ô tô chuyển động đều có thể thực hiện bằng 2 cách: Cách thứ nhất: Là chuyển sang chế độ làm việc ở số truyền cao hơn và sẽ đạt được vận tốc cực đại vmax . Cách thứ hai : Là giảm trọng lượng cung cấp nhiên liệu vào động cơ, lúc đó động cơ làm việc với đường đặc tính riêng phần và các đường cong nhân tố động lực học D cũng sẽ giảm xuống gần về phía trục hoành. Tuy nhiên vận tốc chuyển động sẽ nhỏ hơn so với trường hợp sử dụng ga cực đại. Xác định góc dốc lớn nhất αmax: Ta đã biết khi chuyển động đều lên dốc, nhân tố động lực học của ô tô có thể được xác định theo công thức: Từ đó nếu biểu diễn hàm cos qua hàm sin, ta có thể rút ra được : hoặc (2.46) Ở mỗi số truyền đều có một giá trị cực đại Dmax , nhưng lớn nhất là khi D1max khi làm việc ở số truyền thấp nhất (số truyền 1). Do đó, góc dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được sẽ được xác định theo nhân tố động lực học ở số truyền 1, nghĩa là theo D1max : (2.47) Từ đường đặc tính D = f(v) và xác định được D1max, rồi thay vào (2.47) sẽ xác định được αmax . Nếu góc dốc không lớn lắm có thể chấp nhận gần đúng. Sinα tagα = i Với i = tagα là độ dốc. Khi đó nhân tố động lực học được xác định gần đúng theo công thức : D = f + i Và có thể rút ra: imax = D1max – f (2.48) Trong đó imax - độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được ; Như vậy, nếu sử dụng độ dốc lớn nhất imax để đánh giá khả năng vượt dốc của ô tô sẽ thuận lợi vì có thể xác định được trực tiếp trên đồ thị nhân tố động lực học D = f(v). Cần lưu ý rằng, góc dốc lớn nhất αmax được xác định theo công thức (2.47) là trường hợp ô tô chuyển động với vận tốc đều. Nếu trước khi lên dốc ô tô chuyển vớí gia tốc nhanh dần (lấy đà) thì khả năng vượt dốc sẽ tốt hơn nhờ sử dụng thêm quán tính, nghĩa là giá trị góc αmax sẽ lớn hơn với giá trị tính toán theo công thức (2.47). Xác định khả năng tốc của của ô tô Nhờ độ thị D = f (v) có thể xác định được gia tốc của ô tô nếu biết: hệ số cản ψ của mặt đường, tỉ số truyền i và vận tốc cho trước v . Từ biểu thức (2.43) ta rút ra: (2.49) Trên hình 2.10 là đồ thị nhân tố động lực học cho 3 số truyền. Giả sử loại đường có hệ số cản ψ1.Ta kẻ đường ψ1 song song với trục hoành cho cắt đường nhân tố động lực ở số 3 tại A, hoành độ điểm A là v1 chính là vận tốc lớn nhất mà ô tô có thể chuyển động được. Hình 2.9 Xác định khả năng tăng tốc của ô tô theo đồ thị nhân tố động lực học Cũng trên loại đường này, nếu cho xe chuyển động với vận tốc vn < v1 thị sẽ có khả năng tăng tốc vì lúc đó D > ψ1. Khả năng tăng tốc được đặc trưng bởi hiệu số (D - ψ). Trên đồ thị, khả năng tăng tốc ứng với các số truyền 3,2,1 là các tung độ : ab, ad và ae. Khi đã biết hiệu số(D - ψ), sử dụng công thức (2.49) ta tính được gia tốc cho các số truyền khác nhau ứng với vận tốc vn cho trước. Như vậy chúng ta có thể tìm được gia tốc j của ô tô ứng với một vận tốc nào đó cho trước trên một loại đường bất kỳ cho các số truyền khác nhau một cách dễ dàng. Ví dụ cùng vận tốc cho trước vn nhưng ta cho xe chạy trên loại đường khác có hệ số cản , thì rõ ràng là ô tô không thể chuyển động ở số truyền 3 được, mà chỉ có thể chuyển động ở số 2 và số 1 (Trên đồ thị được biểu thị bởi các tung độ cd và ce). Cần chú ý: Trường hợp chuyển động xuống dốc thì độ dốc i < 0 và có thể xấy ra , nghĩa là hệ số cản chung của mặt đường “-”. Trong trường hợp này đường biểu diễn hệ số ψ nằm phía dưới trục hoành. Theo phương pháp trình bày ở trên cho các giá trị khác nhau của vận tốc sẽ tìm được giá trị D - ψ ở từng số truyền khác nhau. Thay chúng vào biểu thức (2.49) sẽ tính được các giá trị khác nhau của gia tốc ở từng số truyền theo vận tốc của ô tô, nghĩa là . Biểu diễn hàm số trong hệ toạ độ với tung độ là các giá trị của gia tốc j ở từng số truyền và trục hoành là vận tốc v ta được các đường cong trên đồ thị Hình 2.11. Hình 2.10 Đồ thị gia tốc của ô tô 3 số truyền Đối với một số ô tô, nhất là ô tô tải, ta biết rằng ở số truyền càng thấp (tỷ số truyền càng lớn ) thì năng lượng tiêu hao dùng để tăng tốc các khối lượng chuyển động quay càng lớn vì trị số càng lớn, do đó làm gia tốc j càng giảm rõ rệt. Vì vậy ở đồ thị gia tốc j của một số ôtô vận tải đường cong gia tốc ở số 1 (J1) thấp hơn đường cong gia tốc ở số 2 (J2) (hình 2.11). Hình 2.11 Đồ thị gia tốc của một số ôtô tải Xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô Thời gian và quãng đường tăng tốc là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất động lực học của ô tô. Hai chỉ tiêu trên có thể được xác định dựa trên đồ thị gia tốc j = f(v). Xác định thời gian tăng tốc của ô tô. Từ biểu thức: ; ta suy ra : ; Thời gian tăng tốc của ô tô từ tốc độ đến tốc độ sẽ là: (2.50) Tích phân này không thể giải được bằng phương trình giải tích, do nó không có quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa gia tốc j và vận tốc chuyển động v của chúng. Nhưng tích phân này có thể giải bằng đồ thị dựa trên cơ sở đặc tính động lực học hoặc nhờ vào đồ thị gia tốc của ôtô j = f(v) . Để tiến hành xác định thời gian tăng tốc theo phương pháp tích phân bằng đồ thị, ta cần xây dựng đường cong gia tốc nghịch cho từng số truyền. Hình 2.12 Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ô tô a> đồ thị gia tốc ngược ; b> đồ thị thời gian tăng tốc. Trên hình 2.12a ta giả thiết xây dựng đồ thị gia tốc nghịch cho số truyền cao nhất của hộp số. Phần diện tích giới hạn bởi đường cong 1/j, trục hoành và hai đoạn tung độ tương ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv biểu thị thời gian tăng tốc của ôtô. Tổng cộng tất cả các vận tốc này ta được thời gian tăng tốc từ v1 đến v2 và xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động t = f(v) như hình 2.12b. Giả sử ô tô tăng tốc từ vận tốc 10m/s lên vận tốc 20m/s thì cần có một khoảng thời gian được xác định bằng diện tích abcd (Hình 2.12a). Trong quá trình tính toán và xây dựng đồ thị, ta cần một số lưu ý: Tại vận tốc lớn nhất của ôtô vmax gia tốc j = 0 và do đó 1/j = ∞, vì khi lập đồ thị và tính toán ta chỉ lấy giá trị vận tốc của ô tô khoảng 0,95vmax . Tại vận tốc nhỏ nhất vmax lấy trị số t = 0 (hình 2.11 và 2.12b). Đối với hệ thống truyền lực của ôtô với hộp số có cấp, thời gian chuyển từ số thấp lên số cao có xẩy ra hiện tượng giảm vận tốc của ô tô một khoảng được thể hiện trên hình 2.13. Hình 2.13 Đồ thị tăng tốc khi kết hợp chuyển số Trị số giảm vận tốc có thể xác định nhờ phương trình chuyển động lăn trơn của ô tô với thời gian chuyển số là t1: (2.51) t - thời gian chuyển số, phụ thuộc vào trình độ của người lái, kết cấu của hộp số và động cơ. Đối với người lái có trình độ cao thì t1 = 0,5 ÷ 3s. Xác định quãng đường tăng tốc của ôtô Sau khi đã lập được đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động của ôtô, ta có thể xác định được quãng đường tăng tốc của xe đi được ứng với thời gian tăng tốc. Từ biểu thức , suy ra: dS= vdt Quãng đường tăng tốc ôtô S từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 sẽ là : (2.52) Tích phân này cũng không thể giải được bằng phương pháp giải tích, do đó không thể có mối quan hệ chính xác về giải tích giữa thời gian tăng tốc và vận tốc chuyển động của ôtô. Do đó cũng có thể áp dụng giải bằng phương pháp đồ thị trên sơ sở đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô Thời gian tăng tốc của ô tô được thể hiện trên hình 2.12b. Hình 2.14 Đồ thị quãng đường tăng tốc Nếu lấy một vi phân diện tích tương ứng với khoảng biến thiên thời gian dt, phần diện tích được giới hạn bởi đường cong thời gian tăng tốc, trục tung và hai hoành độ tương ứng với độ biến thiên thời gian dt, sẽ biểu thị quãng đường tăng tốc của ôtô. Tổng cộng tất cả các diện tích này lại ta được quãng đường tăng tốc của ôtô từ vận tốc v1 đến v2 và xây dựng được đồ thị quãng đường tăng tốc của ôtô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của chúng S = f(v) (Hình 2.14). Giả sử ôtô tăng tốc từ vận tốc v1 = 10 m/s đến v2 = 20m/s thì ôtô đi được quãng đường xác định bằng diện tích hình (Hình 2.14). Quãng đường tăng tốc của ôt ô S từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 sẽ là: (2.53) Đặc tính động lực học của ôtô máy kéo khi tải trọng thay đổi: Trong các phần trên chúng ta đã nghiên cứu đặc tính động lực học của ôtô tương ứng với trường hợp tải trọng đầy. Trong thực tế, tải trọng của ôtô máy kéo có thể thay đổi với mức độ thay đổi khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện sủ dụng cụ thể . Từ biểu thức tính toán nhân tố động lực học (2.44) ta nhận xét rằng: Giá trị nhân tố động lực học tỷ lệ nghịch với trọng lượng toàn bộ của ôtô máy kéo. Điều này cho phép chúng ta tính được nhân tố động lực học của chúng cho trường hợp tải trọng bất kỳ theo công thức: DxGx = DG hay: Dx = D (2.54) G ,D và Gx , Dx - trọng lượng và nhân tố động lực học của ôtô máy kéo khi đầy tải và khi không đầy tải; Từ công thức (2.54) nhận thấy rằng: đồ thị nhân tố động lực học của ôtô máy kéo khi không đầy tải Dx = f(v) có thể suy từ trường hợp tải trọng đầy bằng cách thay đổi tỷ lệ xích của trục tung (trục biểu diễn D) cho phù hợp với mức tải trọng. Trên hình 5.10 là một ví dụ khi tải trọng thực tế bằng 50% tải trọng khi đầy ( Gx = 0,5G ). Trong thực tế, mức độ thay đổi tải trọng nằm trong phạm vi rộng và như vậy nếu dùng phương pháp trên cũng phức tạp vì phải vẽ rất nhiều tỷ lệ xích cho trục tung. v , km/h D 0.30 0.20 0.10 40 30 20 10 0 50 DX I 0,6 0,5 0,25 0,4 II 0,15 0,3 III 0,2 IV 0,05 0,1 Hình 2.15 Đồ thị nhân tố động lực học của ôtô khi chuyển động với tải trọng đầy G và khi không đủ tải Gx = 0,5G Để khắc phục khó khăn trên, người ta đưa ra đồ thị tia theo nhân tố động lực học khi tải trong thay đổi (hình 2.16). Trên góc phần tư bên phải là đặc tính động lực học của ôtô máy kéo khi tải trọng đầy, còn trên góc phần tư bên trái ta xây dựng chùm tia biểu thị mối quan hệ giữa D và Dx. Các tia nghiêng với trục hoành một góc a : (5.30) Như vậy mỗi tia ứng với một mức tải Gx nào đó tính theo phần trăm so với tải trọng đầy. Trong trường hợp Gx = G thì tg= 1, nghĩa là a = 450 . Các tia với a > 450 ứng với Gx >G là vùng quá tải. Ngược lại, các tia với góc a < 45 0 sẽ là vùng thiếu tải Gx<G. Hình 2.16 Đồ thị tia theo nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi Đồ thị tia có ý nghĩa quan trọng trong sử dụng thực tế, nhờ nó mà ta có thể giải quyết được một loạt các nhiệm vụ tính toán sức kéo trong sử dụng các phương tiện vận chuyển ôtô và máy kéo. Thí dụ: Xác định nhân tố động lực học Dx của ôtô khi chuyển động với vận tốc v1, số truyền 3, mức tải trọng quá 20 %. Từ vận tốc v1 ta kẻ đường song song với trục tung, cắt đường cong D3 tại điểm A. Từ A kẻ đường song song với trục hoành cắt tia 20% quá tải tai điểm B. Từ B kẻ đường song song với trục tung, cắt trục hoành tại điểm C, đoạn OC sẽ biểu thị giá trị nhân tố động lực học của ôtô khi bị quá tải 20%. Xác định hệ số cản lớn nhất của mặt đường ymax Giả sử ôtô chuyển động ở số 2 với 150% quá tải, từ điểm giá trị lớn nhất của đường cong nhân tố động lực học ở số truyền 2, tức D2max, tại điểm E (phần bên phải đồ thị) ta kẻ đường song song với trục hoành, cắt tia 150% quá tải tại điểm G (phần bên trái đồ thị), từ G kẻ đường song song với trục tung và cắt trục hoành tại H. Đoạn OH biểu thị hệ số cản lớn nhất của mặt đường mà ôtô có thể khắc phục được ứng với điều kiện đã cho. Xác định vận tốc chuyển động của ôtô khi biết hệ số cản của mặt đường và tải trọng của ôtô. Giả sử biết hệ số cản của mặt đường y= D1, với 40 % quá tải. Muốn biết được ôtô chuyển động ở số truyền nào thích hợp và v là bao nhiêu, ta làm như sau: Từ điểm y = D1 ở góc bên trái của đồ thị trên trục hoành, ta kẻ đường song song với trục tung, cắt tia 40% quá tải tại điểm K. Từ K, ta kẻ song song với trục hoành, cắt đường cong nhân tố động lực học D1 tại M. Chiếu điểm M xuống trục hoành sẽ được vận tốc chuyển động của ôtô khi làm việc với số truyền 1 là vn. Ngoài ra dựa vào đồ thị tia, ta cũng có thể xác định được tải trọng của ôtô khi biết được vận tốc của nó và biết hệ số cản của mặt đường mà ôtô máy kéo cần khắc phục. 2.4 QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH VÀ TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ Quá trình khởi hành và tăng tốc của ô tô là quá trình tăng tốc từ vận tốc v = 0 một giá đến trị vận tốc ổn định nào đó. Trên một lộ trình vận chuyển, xe ô tô có thể phải dừng lại nhiều lần, đặc biệt là khi xe chạy trong thành phố thì số lần dừng lại càng nhiều. Do đó thời gian cần thiết cho quá trình khởi hành là một thông số gây ảnh hưởng đến vận tốc trung bình, năng suất và chi phí nhiên liệu và cuối cùng là ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế sử dụng. Thời gian và quãng đường khởi hành là 2 thông số đặc trưng nhất cho quá trình khởi hành. Quá trình khởi hành 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 có thể được chia thành hai giai đoạn và có thể biểu thị như trên hình 2.15 Hình 2.17 Đồ thị khởi hành của ô tô a) Giai đoạn thứ nhất Đặc trưng cơ bản của giai đoạn này là sự trượt của ly hợp (trượt tương đối giữa phần chủ động và phần bị động của ly hợp). Vận tốc góc ωhs của trục sơ cấp của hộp số tăng dần, còn vận tốc góc của trục khuỷu động cơ giảm dần. Tại điểm giao nhau của các đường cong ωhs và ωe (điểm H), tốc độ góc của động cơ và trục sơ cấp hộp số bằng nhau ωhs = ωe và kết thúc sự trượt của ly hợp. Kể từ thời điểm bắt đầu đóng ly hợp, theo trục hoành (biểu thị thời gian), tại gốc O tức là t = 0, đến thời điểm t = t0, số vòng quay của trục khuỷu của động cơ giảm từ điểm A tương ứng với số vòng quay không tải của động cơ đến điểm B tương ứng với lúc trục sơ cấp hộp số bắt đầu bắt đầu quay ô tô bắt đầu chuyển động. Tại điểm t = 0, mô men ma sát của ly hợp M = 0, tại thời điểm t = t0 mô men ma sát của ly hợp đã tăng lên bằng mô men cản của xe M = Mc (điểm C). Đến thời điểm t = t0, kết thúc quá trình đóng ly hợp nhưng vẫn còn sự trượt trong ly hợp (điểm F), số vòng quay của trục khuỷu của động cơ tiếp tục giảm đến điểm D, số vòng quay của trục 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 Mmax = .Mn . Trong đó: β - là hệ số dự trữ ma sát của ly hợp; Mn - mô men định mức của động cơ; Mmax mô men ma sát lớn nhất của ly hợp; Trong giai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành, mô men ma sát của ly 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 = t0’ thì số vòng quay của trục khuỷu động cơ vẫn giảm dần và số vòng quay của trục sơ cấp vẫn tăng dần. 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 = t1, kết thúc quá trình trượt của ly hợp và kết thúc giai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành và tăng tốc ô tô. Tại thời điểm này trục khuỷu động cơ và trục sơ cấp hộp số có thể xem như nối cứng với nhau và . Từ sau thời điểm t = t0’ thì mô men động cơ luôn có giá trị sau đây: (2.56) Và mô men ở trục sơ cấp của hộp số sẽ là: (2.57) Ở đây: Mc – mô men cản của ô tô; Je – mô men quán tính của bánh đà và các chi tiết quay cùng với phần chuyển động tịnh tiến của động cơ qui dẫn về trục khuỷu của động cơ. - gia tốc góc chậm dần của trục khuỷu động cơ; Jsc – mô men quán tính của các khối lượng quay trong ô tô qui dẫn về trục sơ cấp của hộp số; - gia tốc 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: Ở đây: ωe - vận tốc góc của trục khuỷu động cơ; β - hệ số dữ trữ ma sát của ly hợp. b) Giai đoạn hai Đặc trưng cơ bản của giai đoạn hai là ly hợp không bị trượt và ô tô tăng vận tốc dần dần đến khi chuyển động ổn định. Vận tốc góc của trục khuỷu động cơ bắt đầu giai đoạn thứ 2 (điểm H) sẽ tăng dần lên đến khi đạt đến giá trị ổn định ωe = const và 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 Me = Mc. Phân tích quá trình khởi hành và tăng tốc ôtô ta có thể rút ra một vài nhận xét: Thời gian khởi hành và tăng tốc của ôtô phụ thuộc vào thời gian đóng ly hợp nhanh hay chậm, nói một cách khác là phụ thuộc vào trình độ thành thạo của người lái. Chương 3 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC LÝ THUYẾT 3.1 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ Công suất cực đại/ tốc độ quay (kW/v/ph) NH/nH = 96/6000 Mô men cực đại/ tốc độ quay (Nm/v/ph) MM/nM=165/4000 Với động cơ xăng thì nck = 1,2 1,35 nH chọn nck = 1,35.nH = 8000 (v/ph) Mô men danh nghĩa là: MH = = = 152 (Nm) Công suất tại giá trị mô men đạt cực đại: NM = MM. nM = = 69 (kW) Xây dựng đường cong công suất Ne = f(ne) Vì động cơ là động cơ xăng ta coi đường công suất biến thiên theo phương trình bậc 2 Ta có hệ phương trình sau: Đường bậc hai này đi qua hai điểm: (4000, 69) và (6000, 96) và đạt cực trị tại điểm (6000, 96) Giải hệ phương trình trên ta tìm ra được phương trình đường cong công suất Ne là: Ne = – 0.675.10^ – 5.n2 + 0.081.n – 147 Xây dựng đường cong mô men Me = f(ne) Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức: (2.4) Trong đó: Ne là công suất động cơ, (KW); n là số vòng quay của trục khuỷu, (v/ph); Me là mô men quay của động cơ, (Nm); Tương tự ta cũng coi đương mô men biên thiên theo phương trình bậc 2: đường bậc hai này đi qua hai điểm: (6000,152) và (4000,165) (đạt cực trị tại điểm này) Ta có hệ phương trình sau: Giải hệ ta có phương trình đường cong mô men biến đổi theo đường bậc hai là: Me = -3.25*10.^-6*n.^2+0.026*n+113; 3.1.1 Đường đặc tính đặc tốc độ động cơ Với hai phương trình Ne, Me trên,sử dụng phần mềm matlab ta vẽ được đồ thị: Hình 3.1 Đường đặc tính tốc độ Nhận xét: Dựa vào công thức Ne, Me đã xây dựng được ở trên ta được ta xây dựng được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n). Trên đường đặc tính ta thấy ở tốc độ 6000 (v/ph) công suất đạt giá trị cực đại Ne = 96 (KW) khi đó động cơ làm việc có hiệu quả nhất và gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức. Tại số vòng quay 4000 (v/ph) mô men đạt giá trị cực đại Memax = 165 (N.m). 3.1.2 Đường đặc tính tải trọng Hình 3.2 Đường đặc tính tải trọng Nhận xét: Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu ne và chi phí nhiên liệu giờ với mô men quay của động cơ Me. Nhánh điều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0 đến Mn ) có thể được bố trí rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính tốc độ (trong khoảng nn – nck). 3.2 ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO Hình 3.3 Đồ thị cân bằng lực kéo Trình tự xây dựng: Xây dựng các đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v) Cho trị số mô men quay Me, tính kực kéo tiếp tuyến Pk theo công thức trên. Từ đường cong Me = f() ta xác định được Me đã cho. Thay vào ta tính được vận tốc thực tế v. Cặp giá trị Pk, v vừa tính được xác định được một điểm trên đồ thị Pk = f(v). Bằng cách xây dựng như vậy ta xác định được nhiều điểm ứng với các số truyền khác nhau của Me và xây dựng được các đường cong Pk = f(v) cho từng số truyền. Bảng 3.1 Tỷ số truyền Tt Số truyền ih io 1 Số tiến 1 3,928 4,3 2 Số tiến 2 2,142 4,3 3 Số tiến 3 1,397 4,3 4 Số tiến 4 1,000 4,3 5 Số tiến 5 0,851 4,3 6 Số lùi 4,743 4,3 Xây dựng đường lực cản mặt đường P= f(v) Vì đã giả thiết f= const nên với mỗi góc dốc α xác định lực cản P là đại lượng không đổi P= const , trên đồ thị được biểu thị bằng đường thẳng song song với trục hoành. Giá trị của P được xác định theo (2.32) - Khi lên dốc (α > 0) : - Khi α =0 :P = Pf = f.G Ta có giá trị hệ số cản lăn theo bảng 3.2 Bảng 3.2. Thông số hệ số cản lăn Loại đường Hệ số cản lăn f Đường nhựa tốt 0.005 ÷ 0.018 Đường nhựa bê tông 0.012 ÷ 0.015 Đường rải đá 0.023 ÷ 0.03 Đường đất khô 0.025 ÷ 0.035 Đường đât sau khi mưa 0.050 ÷ 0.15 Đường cát 0.10 ÷ 0.30 Xây dựng đường lực cản tổng cộng - Khi lên dốc: - Khi α =0: Ở mỗi số truyền giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến Pkmax sẽ tương ứng với mô men quay cực đại của động cơ Memax. Vận tốc tương ứng với giá trị Pkmax được gọi là vận tốc giới hạn vk. Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v < vk , lực kéo tiếp tuyến sẽ giảm do mô men quay của động cơ giảm. Khi v < vk động cơ không trở lại trạng thái cân bằng mô men quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy tức là không thể vận hành ở vận tốc v < vk. Điểm cắt nhau của đường lực cản tổng cộng và đường lực kéo tiêp tuyến Pk = f(v) chính là điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, khi đó vận tốc đạt giá rị cực đại v = vmax . Ở mỗi số truyền khi v < vmax đường cong Pk nằm trên đường cong nghĩa là dư lực kéo.Phần lực kéo dư dung để tạo ra khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản dốc với độ dốc lớn hơn, tứctạo khả năng vượt dốc. vậy vùng (vk - vmax ) là vùng có khả năng tăng tốc. Khi v = vk thì lực kéo dư Pd = Pk – () đạt lớn nhất và khả năng tăng tốc lớn nhất. Khi v = vmax Pd = 0 không còn khả năng tăng tốc hoặc vượt độ dốc lớn hơn.Khi muốn vượt dốc lơn hơn phải về số thấp hơn. Trên đồ thị cân bằng lực kéo ta thấy: Ở số truyền 1 tốc độ chuyển động thấp nhưng lực kéo bánh chủ động Pk1 rất lớn do tỷ số truyền từ động cơ đến bánh chủ động lớn, ở các số truyền 2 và 3 tỷ số truyền không chênh lệch nhau nhiều nên các đường cong nằm gần nhau, nhưng lực kéo ở các số truyền này cũng lớn, còn đường cong Pk4, Pk5 có khoảng cách phân bố ở vùng tốc độ cao hơn. Lực cản lăn không đổi khi vận tốc thay đổi, lực cản tổng cộng Ppsi + Pw gồm lực cản mặt đường và lực cản gió nhỏ ở vận tốc thấp và tăng nhanh ở vận tốc cao do lực cản tỷ lệ bình phương với vận tốc. Giá trị lực cản không khí chọn trong bảng 3.3 Bảng 3.3 Giá trị một số thông số liên quan đến lực cản không khi Loại xe kw (N.s2 /m4 ) F (m2 ) W (N.s2 /m4) Ô tô du lịch vỏ kín vỏ hở Ô tô tải Ô tô khách (loại vỏ tao tàu) Ô tô đua 0,2 – 0,35 0,4 – 0,5 0,6 – 0,7 0,25 – 0,4 0,13 – 0,15 1,6 – 2,8 1,5 – 2,0 3,0 – 5,0 4,5 – 6,5 1,0 – 1,3 0,3 – 0,9 0,6 – 1,0 1,8 – 3,5 1,0 – 2,6 0,13 – 0,18 3.3 ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Từ đường cong Ne = f(ωe) xác định tốc độ quay ωe. Cặp giá trị Ne, v xác định một điểm trên đồ thị. Xây dựng nhiều điểm và nối lại được toàn bộ đường cong Ne = f(v) của số truyền đã cho. Bằng cách xây dựng như vậy sẽ được các đường cong Ne = f(v) cho các số truyền khác nhau. Các đường cong Nk = f(v) cũng được xây dựng tương tự vì Nk tỷ lệ thuận với Ne.Nk = Ne.ηm ; ηm : hiệu suất của hẹ thống truyền lực. Đường cong Nw + Nψ = f(v) cắt đường cong công suất Nk. Đớ là điểm cân bằng công suất, nghĩa là khi đó xe chuyển động đều và vận tốc chuyển động cực đại vmax vì không còn công suất dự trữ để tăng tốc Hình 3.4 Đồ thị cân bằng công suất kéo Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc cực đại v < vmax thì công suất cản tổng cộng Nw + Nψ < Nk, nghĩa là còn dự trữ một phần công suất để tăng tốc hoặc để khắc phục góc dốc lớn hơn. Nếu độ dốc càng tăng thì công suất chi phí cho lực cản mặt đường càng lớn điểm cắt nhau giữa đường công suất cản tổng cộng (Nw + Nψ ) và đường cong công suất kéo sẽ lùi sang bên trái. Sự phân bố các đường cong công suất ở các vùng tốc độ của xe khác nhau được quyết định bởi sự phân bố tỷ số truyền.Các đường cong công suất kéo Nk nằm phía dưới đường cong công suất động cơ Ne do một phần công suất phải chi phí để phục vụ ma sát trong hệ thống truyền lực Nk = Ne. 3.4 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC Hình 3.5 Đặc tính động lực hoc của ô tô Cho tốc độ động cơ ta tính được vận tốc xe, mô men Me và từ đó tính theo D theo công thức trên, tập hợp các điểm (D,v) ta có đường cong D = f(v). Xây dựng các số truyền bằng cách thay đổi các tỷ số truyền tương ứng. Ở số truyền thấp tỷ số truyền i càng lớn đồng thời vận tốc cũng càng thấp nên nhân tố động lực học D sẽ lớn hơn ở số truyền cao hơn. Do vậy khi làm việc ở số 1 nhân tố động lực học sẽ là lớn nhất so với các số truyền khác. Nhân tố động lực học D đặc trưng cho khả năng tốc và khắc phục lực cản của mặt đường. Giá trị của nó phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, tỷ số truyền truyền lực, khả năng bám của các bánh xe chủ động và tốc độ chuyyển động của ô tô. Ở mỗi số truyền, điểm cực đại của đường cong Dmax tương ứng với Memax của động cơ, khi đó tốc độ là nhỏ nhất cho phép vk. Như vậy ở mỗi số truyền có một giá trị cực đại Dmax, số truyền càng cao Dmax càng nhỏ. 3.6 ĐỒ THỊ GIA TỐC VÀ VẬN TỐC Hình 3.6 Đồ thị gia tốc của ô tô Nhờ đồ thị động lực học D = f(v) xác định được gia tốc của ô tô nếu bíêt hệ số cản mặt đường ψ, tỷ số truyền i và vận tốc cho trước v. Biết ψ cho tốc độ động cơ ta tính được tỷ số truyền, tính được v, D theo công thức trên. δa : hệ số quy đổi khối lượng, ta lấy gần đúng bằng 1. Ta xác định được j và tương tự như trên và vẽ được đồ thị j = f(v). 3.7 ĐỒ THỊ QUÃNG ĐƯỜNG VÀ THỜI GIAN TĂNG TỐC Hình 3.7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô Thời gian tăng tốc của xe từ biểu thức ta suy ra xe khởi hành ở số truyền 1 vận tốc ban đầu bằng không, quá trình tăng tốc ở từng số truyền được tách ra thành 2 giai đoạn. Giai đoạn 1: Tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ sơ cấp của hộp số, ly hợp trượt, người điều khiển phải giữ cho ly hợp truyền mô men danh nghĩa tránh để sang nhánh quá tải. Giai đoạn 2: Tốc độ động cơ bằng tốc độ trục sơ cấp của hộp số, mômen động cơ giảm dần tuyến tính trên đoạn điều chỉnh gia tốc cũng giảm theo. Khi gia tốc giảm tới giá trị bằng giá trị cực đại của số truyền cao hơn liền kề là lúc chuyển số. Cho vận tốc xe từ khi đóng ly hợp đến khi chuyển số, chia thành các đoạn dv trên mỗi đoạn lấy giá trị trung bình ta xác định được D, j . Tổng các giá trị đó là thời gian tăng tốc của mỗi số truyền, tính cho tất cả các số truyền công thêm thời gian chuyển số ta được thời gian tăng tốc tổng cộng. Thời gian chuyển số t1 gồm cả thời gian đạp côn ngắt ly hợp chuyển số và đóng ly hợp cho tới khi tốc độ động cơ giảm về tốc độ danh nghĩa. Thời gian này bình thường thường lấy bằng 3 giây. Quãng đường thời gian tăng tốc của ô tô: dS=vdt , quãng đường tăng tốc của xe là tổng tất cả các dS. Quãng đường và thời gian tăng tốc của số truyền cuối là lớn nhất vì ở số truyền này tỷ số truyền thấp nhất, khả năng gia tốc là thấp nhất và lực cản gió là lớn nhất. Càng về cuối mỗi số truyền sự tăng quãng đường và thời gian so với sự tăng vận tốc càng lớn. Khi chuyển số thời gian tăng tốc và quãng đường vẫn tăng nhưng vận tốc lại giảm ly hợp ngắt bánh chủ động không nhận được mô men từ động cơ mà xe vẫn chuyển động và tác động bởi lực cản lăn và lực cản gió. 3.8 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 3.8.1 Giá trị lực kéo cực đại của ô tô Lực kéo cực đại ở số truyền 1 là: 10032.90 (N) Lực kéo cực đại ở số truyền 2 là: 5471.10 (N) Lực kéo cực đại ở số truyền 3 là: 3568.22 (N) Lực kéo cực đại ở số truyền 4 là: 2554.20 (N) Lực kéo cực đại ở số truyền 5 là: 2173,62 (N) 3.8.2 Góc dốc lớn nhất ma xe có thể vượt qua Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 1 là 25,07 (độ) tại vận tốc 10,81(m/s) Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 2 là 13,03(độ) tại vận tốc 18,97(m/s) Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 3 là 7,68 (độ) tại vận tốc 27,44(m/s) Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 4 là 5,00 (độ) tại vận tốc 34,86(m/s) Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua số truyền 5 là 2,27 (độ) tại vận tốc 43,97(m/s) Gia tốc lớn nhất xe có thể đạt được ở các số truyền 1; 2; 3; 4; 5 là: 5,4956 2,8340 1,6330 0,8628 0,440 3.8.3 Giá trị quãng đường và thời gian tăng tốc của ô tô Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 1 là : 0,15(s) tại vận tốc 7,59(m/s) Quãng đường tăng tốc cuối số truyền 1 là: 0,41(m) tại vận tốc 7,59(m/s) Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 2 là: 1,01(s) tại vận tốc 14,47(m/s) Quãng đường tăng tốc cuối số truyền 2 là: 5,59(m) tại vận tốc 14,47(m/s) Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 3 là: 2,32(s)t ại vận tốc 25,73(m/s) Quãng đường tăng tốc ở cuối số truyền 3 là: 20,37(m) tại vận tốc 25,73(m/s) Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 4 là: 4,67(s) tại vận tốc 41,03(m/s) Quãng đường tăng tốc ở cuối số truyền 4 là: 63,21(m) tại vận tốc 41,03(m/s) Thời gian tăng tốc ở cuối số truyền 5 là: 10,89(s) tại vận tốc 57,76(m/s) Quãng đường tăng tốc ở cuối số truyền 5 là: 228,34(m) tại vận tốc 57,76(m/s) NHẬN XÉT CHUNG Qua khảo sát và phân tích tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G ta thấy khả năng tăng tố và vượt dốc tương đối lớn và ít phụ thuộc vào hệ số cản tổng cộng của mặt đường. Chương trình xây dựng các đường đặc tính phù hợp với cơ sở lý thuyết, đáp ứng được yêu cầu của đề tài. Qua kết quả đạt được ta có thể áp dụng vào thực tế để vận hành xe một cách tốt hơn các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng vào thực tế khi vận hành. Chuơng 4KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN 1. Đã tìm hiểu các tính năng động lực học của ô tô TOYOTA INNOVA G, các đặc tính cũng như các thông số kỹ thuật làm cơ sở cho việc sử dụng có hiệu quả khi chuyển động trên các loại đường khác nhau. 2. Đã xây dựng được cơ sở lý thuyết cơ bản về các tính năng của ôtô như đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc chương trình xây dựng được cũng phù hợp với lý thuyết và quy luật chuyển động của xe. 3. Thành lập được chương trình tính toán và mô phỏng bằng phần mềm Matlab có khả năng mô phỏng và thay đổi nhiêu phương án khảo sát. 4.2. ĐỀ NGHỊ Do việc nghiên cứu tính chất động lực học của loại xe này chỉ trên phương diện lý thuyết. Vì vậy cần phải được kiểm nghiệm lại bằng phương pháp xác thực nghiệm. Tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện tính năng động lực học các chỉ tiêu kính tế kỹ thuật, mở rộng phương án nghiên cứu đến các ảnh hưởng khác. Tiếp tục nghiên cứu chính xác hơn nữa để việc sử dụng vận hành được đảm bảo tốt hơn. Tiếp tục nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô sử dụng hộp số tự động. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Cẩn (2005), Lý thuyết ô tô máy kéo, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. La Văn Hiển (2003), Nhập môn Matlab, nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh. Nguyễn Ngọc Quế (2007), Ô tô máy kéo và xe chuyên dụng, nhà xuất bản Nông Nghiệp. Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động cơ đốt trong, nhà xuất bản Giáo dục. Bùi Hải Triều, Nông Văn Vìn, Hàn Trung Dũng, Đặng Tiến Hoà (2001), Ô tô – máy kéo, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. Nông Văn Vìn (2004), Động lực học chuyển động máy kéo – ô tô. MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của xe TOYOTA INNOVA G 17 Bảng 3.1 Tỷ số truyền 65 Bảng 3.2. Thông số hệ số cản lăn 65 Bảng 3.3 Giá trị một số thông số liên quan đến lực cản không khi 67 DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hinh 1.1 Ly hợp của ô tô TOYOTA 8 Hình 1.2 Hộp số trên xe TOYOTA INNOVA 10 Hình 1.3 Sơ đồ động học của hộp số 11 Hình1.4 Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý cacđăng có trạc chữ thập 13 Hình 1.5 Cấu tạo của bộ truyền lực chính và bộ vi sai 13 Hình 2.1 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng 20 Hình 2.2 Đường đặc tính tải trọng của động cơ 22 Hình 2.3 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực của ô tô 23 Hinh 2.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động 25 Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô 29 Hình 2.6 Đồ thị cân bằng lực kéo khi độ trượt δ = 0 35 Hình 2.7 Đồ thị cân bằng công suất 39 Hình 2.8 Đặc tính động lực học của ô tô 43 Hình 2.9 Xác định khả năng tăng tốc của ô tô theo đồ thị nhân tố động lực học 47 Hình 2.10 Đồ thị gia tốc của ô tô 3 số truyền 48 Hình 2.11 Đồ thị gia tốc của một số ôtô tải 49 Hình 2.12 Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ô tô 50 Hình 2.13 Đồ thị tăng tốc khi kết hợp chuyển số 51 Hình 2.14 Đồ thị quãng đường tăng tốc 52 Hình 2.15 Đồ thị nhân tố động lực học của ôtô khi chuyển động với tải trọng đầy G và khi không đủ tải Gx = 0,5G 54 Hình 2.16 Đồ thị tia theo nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi 55 Hình 2.17 Đồ thị khởi hành của ô tô 57 Hình 3.1. Đường đặc tính tốc độ 62 Hình 3.2. Đường đặc tính tải trọng 63 Hình 3.3 Đồ thị cân bằng lực kéo 64 Hình 3.4 Đồ thị cân bằng công suất kéo 68 Hình 3.5 Đặc tính động lực hoc của ô tô 69 Hình 3.6 Đồ thị gia tốc của ô tô 70 Hình 3.7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô 71