Giáo trình Ô tô 1

(n -1) v”n-1 = pc1)h(n0 '' eb ii60i nr2π  (5.33) Tốc độ đầu tiên khi gia tốc ở các số truyền khác nhau được tính : Số thứ n v’n = pchn0 ' eb ii60i nr2π (5.34) Kết hợp các biểu thức trên ta có : h2 ' e h1 '' e i n i n  ; h3 ' e h2 '' e i n i n  ... hn ' e 1)-h(n '' e i n i n  Vậy ta có : qn n i i...i i i i ' e '' e hn 1)-h(n h3 h2 h2 h1  Với : v’,v’’ – Vận tốc ô tô tương ứng với số vòng quay n’e, n’’e. n – Số lượng số truyền của hộp số. q – Công bội cấp số nhân. Từ biểu thức trên ta thấy các tỷ số truyền của hộp số được sắp xếp theo cấp số nhân với công bội là q : q ii;...;q ii;q ii 1)-h(nhnh2h3h1h2  Hay : 1)-(n 1 hn2 h1 h3 q ii;...;q ii   1)-(n hn h1 i iq  (5.35) Để xác định công bội q ta cần biết tỉ số truyền ih1, số lượng số truyền n và tỉ số truyền của số cuối cùng ihn. Thông thường người ta chọn ihn = 1 (số truyền thẳng). Do đó q được tính như sau : 1n h1iq  (5.36) Vậy tỉ số truyền của các tay số trung gian: 89 1n 2-nh1h2 ii  1n 3-nh1h3 ii  . . . . . . . . 1n k-nh1hk ii  Trong đó k là số thứ tự của số truyền. Với hộp số có số truyền tăng thì ih.n < 1 và số truyền ngay trước nó ih (n-1)=1. Lúc đó các công thức tổng quát để xác định các tỷ số truyền còn lại sẽ là : Công bội q của cấp số : 2n h1iq  (5.37) Tỷ số truyền thứ k sẽ là : 2n 1)(k-nh1hk ii   (5.38) Qua các biểu thức trên ta có nhận xét : + Ôtô thông thường hay sử dụng ở số cao của hộp số, nhưng ở khu vực này thì số lượng số truyền ít so với số lượng số truyền có được ở số thấp, đây là một nhược điểm khi chọn hệ thống tỷ số truyền cho các số trung gian theo cấp số nhân. + Đối với hộp số có cấp thì số lượng số truyền bị hạn chế như đã trình bày khi chọn số lượng số truyền của hộp số, do đó sẽ hạn chế khả năng tăng vận tốc trung bình của ôtô và hệ số sử dụng tải trọng của động cơ. 5.3.2.2. Phân phối tỉ số truyền theo cấp số điều hồ: Nhằm mục đích khắc phục nhược điểm của hệ thống tỷ số truyền chọn theo cấp số nhân là ở khu vực số cao thì số lượng số truyền ít, người ta có thể chọn hệ thống tỷ số truyền sao cho khoảng tốc độ giữa các số truyền là như nhau (hình 5.2), nghĩa là : 90 v2 – v1 = v3 – v2 = = vn – vn-1 = const Hình 5.2: Đồ thị sang số của ôtô khi tỉ số truyền bố trí theo cấp số điều hòa. Tương ứng với vận tốc ở các số truyền khác nhau tại số vòng quay n’’e của động cơ (hình 5.2), ta có : pch20 '' eb'' 2 pch10 '' eb'' 1 ii60i nr2π v;ii60i nr2πv  .. (5.39) pchn0 '' eb'' n pc1)h(n0 '' eb'' 1n ii60i nrπ2 v;ii60i nrπ2v    Như vậy ta có: ai 1-i 1...i 1-i 1 i 1-i 1 1)-h(nhnh2h3h1h2  (5.40) Với : a – Hằng số điều hồ. n – Số lượng số truyền của hộp số. Từ công thức (5.40), ta xác định được tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số khi biết tỷ số truyền ở số 1 là ih1 và hằng số điều hòa là a. Pe v 0 v’1 v’’1=v’2 v’’n-1=v’n v’’n ne 1 3 2 n n'e1 n’e2 n’e3n’en n’’e Pe 91 h1 h1 h2 h1h2 a.i1 iiai 1-i 1  h1 h1 h3 h2h3 2a.i1 iiai 1-i 1  (5.41) . . . . . = . . . . . h1 h1 hn 1)-h(nhn 1).a.i(n1 iiai 1-i 1  Nếu số truyền cuối cùng của hộp số là số truyền thẳng ih.n = 1 thì ta có : ai 1-1ai 1-i 1 1)-(nh1)-h(nhn  Và h1 h1 1).a.i(n1 i1  Vậy : h1 h1 1).i(n 1-ia  (5.42) Hằng số điều hòa a phụ thuộc vào tỷ số truyền ở số 1 ih1 của hộp số và số lượng số truyền của chúng. Khi đã xác định được hằng số điều hòa a, ta xác định tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số bằng các kết hợp các biểu thức (5.41) và (5.42), ta có : h1 h1 h2 i2)-(n 1).i-(ni  h1 h1 h3 i23)-(n 1).i-(ni  (5.43) . . . . . = . . . . . h1 h1 1)-h(n 2)i-(n1 1).i-(ni  Và tỷ số truyền ở số thứ k của hộp số : 92 h1 h1 hk 1)i-(kk)-(n 1).i-(ni  (5.44) Đồ thị chuyển số của ôtô khi tỷ số truyền của hộp số phân bố theo cấp số điều hòa được biểu thị trên (hình 5.2). Khác với cấp số nhân, đối với cấp số điều hòa, khi chuyển từ số này sang số khác thì số vòng quay nhỏ của động cơ không phải là một trị số cố định, mà ở các số truyền càng cao thì số vòng quay nhỏ càng lớn : n’en > ... > n’e2 > n’e1 Do đó ở số truyền càng cao, động cơ làm việc càng gần trị số công suất lớn nhất và thời gian tăng tốc càng ngắn. Đó là ưu điểm chỉ có được ở cấp số điều hòa. 5.3.2.3. Xác định tỷ số truyền của số lùi : Khi xe chạy lùi, vận tốc của xe phải nhỏ để đảm bảo an tồn, nên người ta thường chọn tỉ số truyền của số lùi như sau: i1 = (1,2  1,3)ih1 (5.45) 5.4. LỰA CHỌN TỶ SỐ TRUYỀN CỦA TRUYỀN LỰC CHÍNH : Tỷ số truyền của truyền lực chính được tính theo công thức: io= maxpchn emaxb vi30i nπ.r (5.46) Với : ihn – Tỉ số truyền của hộp số ở tay số cao nhất, nếu hộp số có số truyền thẳng thì ta lấy ihn = 1 , nếu hộp số có số truyền tăng (ihn<1) thì ta lấy theo số truyền tăng. ipc – Tỉ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối ở số cao, sơ bộ có thể chọn ipc = 11,5. nemax – Số vòng quay lớn nhất của động cơ: + Ôtô con, thông thường lấy: nemax = 5000  5500 vg/ph . + Ôtô vận tải , ô tô khách dùng động cơ xăng :nemax = 2600 3500 vg/ph. + Ôtô vận tải , ô tô khách dùng động cơ diesel :nemax = 2000  2600 vg/ph. 94 CHƯƠNG 6 TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ Mục tiêu: Sau khi học xong chương này các sinh viên có khả năng: 1. Nêu được các chỉ tiêu kinh tế nhiên liệu của ôtô. 2. Viết được phương trình tiêu hao nhiên liệu của ôtô. 3. Trình bày được đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định. 4. Trình bày được đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển không động ổn định. 95 6.1. CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA ÔTÔ: Tính kinh tế chung của ôtô được đánh giá bằng giá thành theo đơn vị số lượng và quãng đường vận chuyển: tấn- km hoặc một hành khách- km. Tổng giá thành vận chuyển của ôtô phụ thuộc vào: kết cấu của ôtô, tình trạng kỹ thuật của chúng, giá thành lượng nhiên liệu tiêu thụ, điều kiện đường xá, điều kiện khí hậu khi sử dụng ôtô, tiền lương phải trả Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô được đánh giá bằng mức tiêu hao nhiên liệu trên quãng đường 100km hoặc mức tiêu hao nhiên liệu cho một tấn-km. Đối với ôtô khách được tính theo mức tiêu hao nhiên liệu trên một hành khách-km hoặc 100km. Mức tiêu hao nhiên liệu cho một đơn vị quãng đường chạy qd của ôtô được tính theo biểu thức: *d S 100Qq     km100 l (6.1) Trong đó: Q – Lượng tiêu hao nhiên liệu (l). S*– Quãng đường chạy được của ôtô (km). Mức tiêu hao nhiên liệu trên đơn vị quãng đường chạy tính theo công thức (6.1) không kể đến khối lượng hàng hố mà ôtô vận chuyển được mặc dù khi ôtô chuyên chở hàng hố thì lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ lớn hơn khi không có chuyên chở hàng hố. Cho nên cần đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ôtô theo một đơn vị hàng hóa vận chuyển. Ví dụ đối với ôtô vận tải, mức tiêu hao nhiên liệu cho một đơn vị hàng hóa qc được tính theo biểu thức sau: tt n c SG Qq     km.t kg (6.2) Trong đó: Gt – Khối lượng hàng hố chuyên chở (t). St – Quãng đường chuyên chở của ôtô khi có hàng hóa (km). n – Tỷ trọng nhiên liệu (kg/l). 6.2. PHƯƠNG TRÌNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ÔTÔ: Khi ôtô chuyển động, tính kinh tế nhiên liệu của nó phụ thuộc vào tính kinh tế nhiên liệu của động cơ đặt trên ôtô và tiêu hao công suất để khắc phục lực cản chuyển động. Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thí nghiệm, ta xác định được mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian (kg/h) và công suất phát ra của động cơ Pe (kW). Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian được xác định theo biểu thức: t QG nT     h kg (6.3) Trong đó: t – Thời gian làm việc của động cơ (h). Để đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của động cơ, ta dùng suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge: 96 tP Qρ P Gg e n e T e     h.kW kg (6.4) Trong đó: Pe – Công suất có ích của động cơ (kW). Thông qua thí nghiệm động cơ và tính tốn, ta xây dựng được đồ thị quan hệ giữa công suất động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay của trục khuỷu động cơ: Pe = f(ne) và ge = f(ne) Đồ thị này được trình bày trên hình 6.1 và được gọi là đường đặc tính ngồi của động cơ. Hình 6.1: Đặc tính ngồi của động cơ. Từ công thức (6.1) và (6.4) ta rút ra được biểu thức để xác định mức tiêu hao nhiên liệu như sau: n ee n * ee d vρ P100g ρS tP100gq     km100 1 (6.5) Trong đó: t Sv *  vận tốc chuyển động của ôtô (km/h). Pe ne Pe ge ge 97 Khi ôtô chuyển động, công suất của động cơ phát ra cần thiết để khắc phục các lực cản chuyển động và được biểu thị theo phương trình cân bằng công suất như sau: 1000η v)F F F(P jωψe  (kW) (6.6) Trong đó: jF;F;F  – Các lực cản chuyển động (N). v – Vận tốc chuyển động của ôtô (m/s). Như vậy mức tiêu hao nhiên liệu của ôtô phụ thuộc vào suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ và công suất tiêu hao để khắc phục các lực cản chuyển động. Từ công thức (6.5) và (6.6) ta có công thức tính mức tiêu hao nhiên liệu: ηρ )F F(F0,36gq n jωψe d     km100 1 (6.7) Phương trình (6.7) gọi là phương trình đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu cho ôtô chuyển động không ổn định. Khi ôtô chuyển động ổn định Fj = 0, thì mức tiêu hao nhiên liệu sẽ là: ηρ )F(F0,36gq n ωψe d     km100 1 (6.8) Từ phương trình (6.7) và (6.8) ta rút ra nhận xét sau: Mức tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị quãng đường chạy giảm khi khi suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ giảm, nghĩa là nếu động cơ có kết cấu và quá trình làm việc hồn thiện thì giảm được mức tiêu hao nhiên liệu của ôtô trên một đơn vị quãng đường chạy. Tình trạng làm việc của hệ thống truyền lực không tốt sẽ làm giảm hiệu suất truyền lực và làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị quãng đường chạy. Khi lực cản chuyển động tăng lên thì mức tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng. Trong quá trình ôtô tăng tốc sẽ làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu. 6.3. ĐẶC TÍNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ÔTÔ KHI CHUYỂN ĐỘNGỔN ĐỊNH: Sử dụng phương trình (6.8) để phân tích tính tốn mức tiêu hao nhiên liệu, ta sẽ gặp nhiều khó khăn vì trị số suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ge phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu động cơ ne và mức độ sử dụng công suất của động cơ YP. Vì vậy ta giải quyết vấn đề này bằng phương pháp xây dựng đường đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô. Đầu tiên, dựa vào thí nghiệm động cơ trên bệ thí nghiệm để lập đồ thị suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ theo mức độ sử dụng công suất của động cơ ge = f(YP) tương ứng với các số vòng quay khác nhau của động cơ (hình 6.2). Qua đồ thị này ta có nhận xét: mức độ sử dụng công suất của động cơ càng tăng và số vòng quay của trục khuỷu động cơ càng giảm thì mức tiêu hao nhiên liệu càng giảm, vì ge càng giảm. Vì thế khi mức độ sử dụng công suất động cơ như nhau (ví dụ tại điểm YP1) thì 98 suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ge ở số vòng quay ne’’’ sẽ nhỏ hơn khi ở số vòng quay ne’’ và ne’. Hình 6.2: Đồ thị đặc tính tải trọng của động cơ( ne’> ne’’>ne’’’). Tiếp đó ta xây dựng đồ thị cân bằng công suất của ôtô khi chuyển động ổn định với các hệ số cản  của các loại mặt đường khác nhau để tìm được mức độ sử dụng công suất khác nhau của động cơ YP (hình 6.3). Ta xây dựng đồ thị Pe = f(v) cho một tỉ số truyền của hệ thống truyền lực. Căn cứ vào phương trình cân bằng công suất của ôtô khi chuyển động ổn định, ta có:    FFPe (6.9) Lập đường cong công suất phát ra của động cơ Pe =f(v), xuất phát từ đường cong này, xây dựng về phía dưới của nó đường cong biểu thị công suất tiêu hao cho lực cản không khí và có kể đến công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực:   3Wv)v(fF (6.10) Sau đó lập các đường cong biểu diễn công suất cản của mặt đường với các hệ số cản khác nhau )v(fη Fψ  và có kể đến công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực:    GvF (6.11) Dựa vào đồ thị (hình 6.3), ta có thể xác định được mức độ sử dụng công suất của động cơ YP ứng với số vòng quay nào đó của động cơ, tức là ứng với một vận tốc v nào đó ở số truyền đã cho và phụ thuộc vào điều kiện đường xá đã cho. 0 YPYP1 ge ne’ ne’’ ne,,, 99 Hình 6.3:Đồ thị cân bằng công suất của ôtô ứng với các hệ số cản  khác nhau của mặt đường. Chẳn hạn như trên hình 6.3, để đảm bảo cho ôtô có thể chuyển động được với vận tốc v1 trên loại đường có hệ số cản 1 thì cần phải có công suất được xác định bằng tổng số hai đoạn (a+c). Còn công suất của động cơ phát ra tại vận tốc này bằng tổng số hai đoạn (a+b). Từ đó ta xác định được mức độ sử dụng công suất động cơ YP theo tỷ số: ba caYP   (6.12) Nếu tính YP theo phần trăm ta có: 100%ba ca%YP   (6.13) Như vậy dựa vào đồ thị hình 6.3, ta xác định được trị số YP (ứng với v, cho trước), cũng tương ứng với vận tốc v và số truyền đã cho, ta xác định được số vòng quay của trục khuỷu động cơ ne tương ứng theo biểu thức: b t e r vin π      ph vg (6.14) Từ trị số YP và ne tìm được, dựa vào đồ thị hình 6.2, ta xác định được trị số suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ge. Sau khi tính tốn được trị số của các lực cản chuyển động F và F , rồi thay các trị số vừa tìm được: ge, F , F vào phương trình (6.8), ta xác định được trị số của mức tiêu hao nhiên liệu và từ đó xây dựng đường cong mức tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định. v1 a bc Pc  F  F ge v ne 0 Pe Qs 100 Hình 6.4: Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định. Đồ thị ở hình 6.4 được gọi là đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định. Đồ thị hình 6.4 cho phép ta xác định được mức độ tiêu hao nhiên liệu (l/100km) khi biết các trị số và v. Qua đồ thị này ta có nhận xét rằng: Trên mỗi đường cong của đồ thị có hai điểm đặc trưng cơ bản nhất. Điểm thứ nhất xác định mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất qđmin khi ôtô chuyển động trên loại đường có hệ số cản  (ví dụ qđmin ứng với đường 1 ), vận tốc tại điểm đó được gọi là vận tốc kinh tế và ký hiệu là vkt. Điểm thứ hai của đường cong (điểm cuối cùng của đường cong) đặc trưng cho lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ làm việc ở chế độ tồn tải (các điểm a,b,c). Các điểm này ứng với vận tốc chuyển động lớn nhất của ôtô vmax với các hệ số cản  khác nhau. Ngồi ra còn có điểm bất thường trên mỗi đường cong (d,e,f) nằm về phía bên phải của vkt và lồi lên trên ứng với sự bắt đầu hoạt động của bộ tiết kiệm nhiên liệu, hỗn hợp hòa khí được làm giàu thêm. Đối với động cơ diêden thì ở khu vực vận tốc nhỏ, đường cong sẽ thoải hơn so với ôtô có đặt động cơ xăng, vì tính kinh tế nhiên liệu của động cơ diêden ở khu vực vận tốc nhỏ tốt hơn so với động cơ xăng. Cần chú ý rằng khi ôtô chuyển động với vận tốc kinh tế vkt thì đạt được mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất qđmin. Tuy nhiên điều này không có nghĩa là ta mong muốn ôtô chuyển động với vận tốc này, vì tăng vận tốc chuyển động của ôtô sẽ tăng được năng suất vận chuyển và giảm được giá thành chung cho trong vận tải ôtô. Vì vậy khi chọn vận tốc chuyển động thích hợp, không nhất thiết xuất phát từ điều kiện tính kinh tế của nhiên liệu của ôtô mà cần phải căn cứ vào các điều kiện sau đây: - Thời gian vận chuyển cần ít. - Đảm bảo an tồn chuyển động trong điều kiện đã cho. - Đảm bảo điều kiện thích nghi cho người lái và hành khách. 6.4. ĐẶC TÍNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU KHI XE CHUYỂN ĐỘNG KHÔNG ỔN ĐỊNH: Trong điều kiện sử dụng thực tế của ôtô, tình trạng mặt đường luôn thay đổi và chế độ tải của động cơ cũng luôn luôn thay đổi. Vì vậy phần lớn thời gian hoạt động của ôtô là chuyển động không ổn định, lúc thì chuyển động có gia tốc lúc thì lăn trơn, lúc thì phanh ôtô. v qđmin c b a f e d1 2  3 vkt0 101 Khi ôtô chuyển động tăng tốc thì tốc độ của ôtô tăng lên, làm tăng lực cản chuyển động và dẫn đến làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu. Tuy nhiên lúc đó lại sử dụng tốt nhất công suất của động cơ và dẫn đến giảm suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ. Lượng tiêu hao nhiên liệu trong thời gian ôtô chuyển động tăng tốc sẽ lớn hơn so với khi ôtô chuyển động với vận tốc không đổi ( v = const; j = 0 ) vì ngồi phần nhiên liệu tiêu hao để khắc phục các lực cản chuyển động, còn phần nữa phải sử dụng để tăng tốc ( tăng động năng của ôtô ). Nếu như cho ôtô chuyển động tăng tốc đến vận tốc 1v , rồi sau đó cho ôtô chuyển động lăn trơn đến khi vận tốc giảm đến 2v thì phần động năng này được trả lại ( khi ôtô lăn trơn thì động cơ làm việc ở chế độ không tải hoặc tắt máy ) lượng tiêu hao nhiên liệu rất nhỏ. Vì vậy mức tiêu hao nhiên liệu chung có thể giảm hơn so với khi chuyển động với vận tốc không đổi. Quá trình ôtô chuyển động tăng tốc và lăn trơn gọi là chu kì gia tốc – lăn trơn và được minh họa trên đồ thị 6.5. Chu kì này được lặp đi lặp lại. Sau đây chúng ta sẽ xác định mức tiêu hao nhiên liệu của ôtô trong quá trình gia tốc – lăn trơn. 6.4.1. Lượng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình tăng tốc của ôtô: Lượng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình này được tính theo biểu thức sau đây: 5 etb tj 36.10 g.AQ  (6.15) Ở đây: jQ - Lượng tiêu hao nhiên liệu của ôtô trong quá trình tăng tốc (kg). etbg - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích trung bình của động cơ trong khoảng vận tốc từ 1v đến 2v ( kg/kWh). tA - Tổng số công tiêu tốn trong quá trình tăng tốc ôtô có kể đến tổn thất năng lượng cho lực cản trong hệ thống truyền lực : t dc t η AAA  Trong đó: cA - Công tiêu tốn để khắc phục các lực cản khi ôtô chuyển động tăng tốc. cA = ( ωψ FF  ) jS jS - Quãng đường ôtô chuyển động tăng tốc (m). ωF - Lực cản không khí: ωF = W. 2tbv tbv - Vận tốc trung bình của ôtô. tbv  2 vv 21  ψF - Lực cản tổng cộng của đường. 102 ψF = ψ.G dA - Công cần thiết để tăng động năng của ôtô khi chuyển động tăng tốc (Nm): dA = 2g G )ω(ωJ2 1)v(v 2b22b1b2221  Trong đó: bJ - Tổng mômen quán tính của các bánh xe. b2b1 ω,ω - Vận tốc góc của bánh xe ứng với lúc cuối và lúc đầu của quá trình tăng tốc (ứng với vận tốc 1v và 2v của ôtô). Hình 6.5 : Đồ thị ôtô chuyển động gia tốc – lăn trơn 6.4.2. Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu của ôtô trong thời gian chuyển động lăn trơn: Nếu trong thời gian một giờ, lượng tiêu hao nhiên liệu là xxG (kg) thì trong thời gian (s)t lt nào đó, lượng tiêu hao nhiên liệu khi lăn trơn sẽ là: 3600 .tGQ ltxxlt  (kg) (6.16) Thời gian (s)t lt chuyển động lăn trơn xác định theo biểu thức : tb 21 lt j vvt  (s) (6.17) Ở đây: tbj - Gia tốc chuyển động chậm dần trung bình khi ôtô chuyển động lăn trơn ( 2s m ). s v s j slt v1 vtb v2 tchu kì 0 103 i xxψ tb δ g]G FF[ψj  ( 2s m ). Trong đó: xxF - Lực ma sát trong hệ thống truyền lực khi động cơ làm việc ở chế độ không tải thu gọn về bánh xe chủ động (N). iδ - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay khi ôtô chuyển động lăn trơn. Thay trị số ltt ở công thức (6.17) vào công thức (6.16) ta được: tb 21xx lt 3600.j )v.(vGQ  (kg) (6 .18) Như vậy tổng lượng tiêu hao nhiên liệu cho một chu kì gia tốc – lăn trơn sẽ là: ltjt QQQ  (kg)  5etbtt 36.10 .gAQ tb 21xx 3600.j )v.(vG  (kg) (6 .19) Nếu xác định được quãng đường khi ôtô chuyển động tăng tốc và khi chuyển động lăn trơn , ta có thể tìm được mức tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị quãng đường chạy như sau: nltj t st )ρS(S 100QQ  )100 1( km (6.20) Cần chú ý rằng ở phương trình (6.20), ta không tính đến năng lượng tiêu hao cho phần gia tốc bánh đà động cơ và các tiêu hao nhiên liệu phụ khác nữa dẫn đến một lượng tiêu hao nhiên liệu phụ thêm vào lượng tiêu hao nhiên liệu chung. 104 105 CHƯƠNG 7 PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN, KHẢ NĂNG BÁM VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ. Mục tiêu : Sau khi học xong chương này các sinh viên có khả năng: 1. Xác định được phản lực thẳng góc tác dụng lên các bánh xe trong những điều kiện chuyển động khác nhau của ô tô. 2. Xác định được hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe của ô tô. 3. Định nghĩa được hệ số thay đổi tải trọng lên các bánh xe của ô tô. 4. Định nghĩa được tính ổn định của ô tô, tính ổn định dọc tĩnh, tính ổn định dọc động. 5. Xác định được góc dốc giới hạn mà tại đó ô tô bị lật đổ hay bị trượt trong những điều kiện chuyển động khác nhau. 6. Xác định được vận tốc giới hạn mà tại đó ô tô bị lật đổ hay bị trượt trong những điều kiện chuyển động khác nhau. 106 7.1. PHÂN BỐ TẢI TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG BÁM CỦA Ô TÔ: 7.1.1. Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên các bánh xe trong mặt phẳng dọc: Như chúng ta đã biết: Tính ổn định của ô tô phụ thuộc vào sự phân bố tải trọng lên các cầu và khả năng bám giữa các bánh xe với mặt đường. Trong đó khả năng bám lại phụ thuộc vào phản lực thẳng góc của đường tác dụng các bánh xe và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. Khi xe chuyển động, các phản lực thẳng góc tác dụng lên các bánh xe luôn thay đổi tuỳ thuộc vào trạng thái và điều kiện chuyển động. Giá trị của các phản lực này có ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kỹ thuật của ô tô như: khả năng kéo và bám, chất lượng phanh, tính ổn định và tuổi thọ của các chi tiết. Bởi vậy, chúng ta sẽ xác định các phản lực đó trong các trường hợp cụ thể sau: 7.1.1.1. Trường hợp chuyển động tổng quát: Xét ô tô chuyển động lên dốc không ổn định có kéo rơmóc: Hình 7.1: Sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc. Trên hình 7.1 trình bày sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên ôtô đang chuyển động tăng tốc ở trên dốc. Ý nghĩa của các ký hiệu ở trên hình vẽ như sau: G – Trọng lượng tồn bộ của ôtô. ml T Fm hm hg h   MkMf1 Mj1 Fj Gcos Gsin Ff1O1 Fk G Z1 F v b a O2 Ff2 Z2 Mj2 Mf2 L 107 Fk – Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động. Ff1 – Lực cản lăn ở các bánh xe cầu trước. Ff2 – Lực cản lăn ở các bánh xe cầu sau. F – Lực cản không khí. Fi – Lực cản lên dốc. Fj – Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định (có gia tốc). Fm – Lực cản ở móc kéo. Mf1 – Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu trước. Mf2 – Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu sau.  – Góc dốc của mặt đường. f – Hệ số cản lăn. rb – Bán kính tính tốn của bánh xe. hg – Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao. hm – Khoảng cách từ điểm đặt lực kéo móc đến mặt đường. L – Chiều dài cơ sở của ô tô. lm – Khoảng cách từ tâm bánh xe sau đến điểm đặt lực kéo móc. Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau. Mj1, Mj2 – Mômen cản quán tính của bánh xe, thông thường trị số này nhỏ nên có thể bỏ qua. Qua việc lấy mômen lần lượt đối với điểm O2, O1 (O1, O2 là giao điểm của mặt đường với mặt phẳng thẳng đứng qua trục của bánh xe cầu trước, cầu sau) và rút gọn ta được: 1Z = L hFh)FFsinG()frb(cosG mmgjb   (7.1) L hFh)FFsinG()fra(cosGZ mmgjb2   (7.2) 7.1.1.2. Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc: Trong trường hợp này thì: Xe chuyển động ổn định nên Fj = 0; không kéo rơmóc nên Fm = 0, và xe chuyển động trên đường bằng α = 0 nên Fi = Gsinα = 0. O2 T Z2 G ab L F Fk Ff2 Mk Mf2 v hg rb h Mf1 Z1 O1Ff1 108 Hình 7.2: Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên ô tô chuyển động trên đường nằm ngang. Để xác định các lực Z1k, Z2k ta lập phương trình mômen đối với điểm O2 và O1 rồi rút gọn, ta được: L hF)frb(GZ gbk1  (7.3) L hF)fra(GZ gbk2  7.1.1.3. Trường hợp xe đang phanh trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc: Hình 7.3: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc. Trong trường hợp này ta coi lực cản không khí 0F  , mômen cản lăn Mf 0, lực quán tính cùng chiều chuyển động của xe. Tương tự như trên ta cũng xác định được Z1p và Z2p thông qua việc lấy mômen đối với điểm O2 và O1, rồi rút gọn ta được: j g 1p Gb FhZ L  j g 2p Ga FhZ L  7.1.1.4. Trường hợp xe đứng yên trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc:  (7.4) F j O2 T Z2p G ab L Fp2 hg rb Fp1 Z1p O1 Ff2 Ff1  109 Trong trường hợp này chỉ còn ba lực tác dụng lên xe: Trọng lượng tồn bộ của xe G và các phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe của cầu trước và cầu sau ở trạng thái tĩnh Z1t và Z2t . Hình 7.4: Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi đứng yên. Z1t và Z2t cũng được xác định bằng cách lấy mômen đối với điểm O2 và O1: 1t GbZ = L ; 2t GaZ = L 7.1.1.5. Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe của ô tô: Trong thực tế, ô tô làm việc ở những điều kiện khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện đường xá và sự điều khiển của người lái. Do đó trị số các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe cũng bị thay đổi theo. Tuy nhiên, các hợp lực Z1 + Z2 vẫn luôn bằng trọng lượng của xe. Nghĩa là khi chuyển động tiến, thì trọng lượng phân ra cầu trước sẽ giảm đi và trọng lượng phân ra cầu sau sẽ tăng lên. Khi phanh ô tô, trọng lượng phân ra cầu sau giảm đi, còn phần trọng lượng phân ra cầu trước sẽ tăng lên. Để đánh giá sự phân bố tải trọng người ta ra đưa khái niệm hệ số phân bố tải trọng và được đặc trưng bởi tỉ số : 1 1 2 2 Zn = G Zn = G  (7.6) Trong đó: Z1, Z2 - Phản lực thẳng đứng từ đường tác dụng lên các bánh xe. n1, n2 - Hệ