Đặt vấn đề Trong cuộc sống hiện đại như ngày này, nhu cầu về sử dụng các phương tiện đi lại cũng như vận chuyển hàng hóa trở nên vô cùng thiết yếu trong việc phát triển kinh tế và phục vụ đời sống của con người. Với sự tiện ích cao, che chở được với mọi loại thời tiết khác nhau, tính cơ động cao, khả năng chuyên chở được nhiều loại hàng hóa đa dạng, .thì ô tô là phương tiện được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Vậy một chiếc ô tô được gọi là chuyển động tốt, đạt tiêu chuẩn sử dụng thì phải được đánh giá qua các yếu tố sau. Thứ nhất đó là “Động lực học ô tô”, nghĩa là chiếc ô tô đó chuyển động mạnh mẽ hay không được thể hiện qua 3 thông số quan trọng đó là: tốc độ cực đại Vmax, gia tốc cực đại Jmax, khả năng leo dốc cực đại Imax.
Thứ hai đó là vấn đề liên quan đến an toàn và ổn định chuyển động, vấn đề này liên quan đến hệ thống phanh, ổn định hướng, không bị văng, mất lái trong quá trình chuyển động của ô tô. Ngoài ra, một ô tô được đánh giá là tốt thì phải đảm bảo được tính cơ động và còn liên quan đến vấn đề tiêu hao nhiên liệu không quá lớn. Những yêu cầu để đánh giá một chiếc ô tô được nói ở trên đều chịu ảnh hưởng đến một hiện tượng quan trọng khi ô tô chuyển động đó là sự ma sát, sự trượt của bánh xe và mặt đường. Lý thuyết ô tô đã chứng mình rằng khi ô tô chuyển động tức là có lực kéo, lực phanh (lực dọc) hoặc lực ngang khi quay vòng là sẽ có trượt dọc hoặc trượt ngang.
Sự trượt (tổn thất khi trượt) là một phần không thể thiếu trong quá trình truyền năng lượng giữa bánh xe và mặt đường. Đây cũng là vấn đề mà nhóm thực hiện tìm hiểu và nghiên cứu. Sau một thời gian học tập tại Trường Đại Học Sư phạm kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, được sự định hướng của thầy hướng dẫn, chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của sự trượt tại bánh xe tới chuyển động của ô tô” để tiến hành nghiên cứu đánh giá tác động sự trượt đến chuyển động của ô tô từ đó đưa ra các kết luận và một số giải pháp giảm sự trượt. Mục tiêu - Tìm hiểu tổng quan về đề tài.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về sự trượt tại bánh xe khi lăn. - Phân tích ảnh hưởng của sự trượt tới động lực học chuyển động thẳng, tới an toàn khi phanh, an toàn khi quay vòng và tới tiêu hao nhiên liệu. - Giới thiệu các giải pháp giảm trượt. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là ảnh hưởng của sự trượt tại bánh xe tới chuyển động của ô tô.
Đề tài chỉ mang tính chất nghiên cứu, phân tích, giải thích nguyên nhân và đề ra các giải pháp hạn chế hiện tượng trên. Phương pháp nghiên cứu Nhóm nghiên cứu sử dụng 2 phương pháp chính: - Phương pháp khảo sát và tìm hiểu các tài liệu có liên quan đến đề tài. - Phương pháp phân tích và tổng hợp và đưa ra kết luận: phân tích các tài liệu có liên quan đến đề tài và tổng hợp có chọn lọc các nội dung để đưa vào bài báo cáo và rút ra kết luận. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỰ TRƯỢT TẠI BÁNH XE KHI LĂN Chuyển động của xe ô tô thực chất là cơ học lăn của bánh xe, vì năng lượng để ô tô chuyển động được thì sinh ra từ động cơ qua hệ thống truyền lực đến các bánh xe chủ động.
Sau đó năng lượng của các bánh xe truyền xuống mặt đường, gọi là cơ chế truyền năng lượng giữa bánh xe và mặt đường hay cơ chế má sát giữa bánh xe mặt đường. Và khi có ma sát sẽ có hiện tượng trượt và có tổn hao năng lượng khi xảy ra sự trượt. Ở chương này nhóm tập trung nghiên cứu: - Tìm hiểu các vấn đề liên quan đến sự trượt của các bánh xe. - Khái niệm vận tốc lý thuyết, vận tốc thực tế, bán kính lăn và bán kính tính toán - Các trạng thái động học của bánh xe.
- Sự bám và đặc tính trượt. Trong phạm vi đề tài, ta chỉ xét sự trượt của bánh xe khi kéo và phanh trong điều kiện mặt đường cứng, không xét đến sự biến dạng của mặt đường. Lực kéo và lực phanh Lực kéo tiếp tuyến : Động cơ Bánh xe chủ động Hệ thống truyền lực (Pe, , Me) (Pk, , Mk) Hình 2. 1 Sơ đồ truyền năng lượng từ động cơ đến bánh xe chủ động Công suất của động cơ Pe được truyền qua hệ thống truyền lực đến bánh xe chủ động thành công suất trên trục bánh xe chủ động Pk.
Khi đó, mô men xoắn động cơ Me sẽ trở thành mô men xoắn trên trục bánh xe chủ động M k, tốc độ góc động cơ thành tốc độ góc của bánh xe chủ động. Do mô men xoắn M k và sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường đã sinh ra phản lực Fk từ mặt đường tác động lên bánh xe hướng theo chiều chuyển động của xe. Phản lực Fk này được gọi là lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động có điểm đặt tại tâm của vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường. Mk mô men xoắn trên trục bánh xe chủ động (N.
itl là tỷ số truyền của hệ thống truyền lực. ntl là hiệu suất của hệ thống truyền lực. rb là bán kính tính toán của bánh xe (m).2 Lực kéo tiếp tuyến Fk Lực phanh Fp: Khi đạp phanh thì cơ cấu phanh của xe sẽ tạo ra mô men ma sát gọi là mô men phanh Mp. Lúc này điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ sinh ra lực phanh F p, có chiều ngược với chiều chuyển động và điểm đặt cũng tại tâm của vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường.
Mp mô men phanh sinh ra từ cơ cấu phanh (Nm). rb là bán kính tính toán của bánh xe (m).3 Lực phanh Fp 4 2. Bán kính lăn và bán kính tính toán. Bán kính bánh xe là một thông số hình học cơ bản của bánh xe.
Người ta phân loại ra nhiều loại bán kính bánh xe như bánh kính danh định, bán kính tự do, bán kính tĩnh, … Trong phạm vi đề tài chúng ta chỉ nghiên cứu đến bán kính tính toán và bán kính lăn của bánh xe. Bán kính tính toán của bánh xe rb: Bán kính tính toán của bánh xe hay còn gọi là bán kính làm việc trung bình được sử dụng cho việc tính toán thiết kế trong thực tế (với độ sai lệnh với giá trị bán kính thực ít). Bán kính rb được tính như sau: rb = r0.3) Trong đó: r0 là bán kính thiết kế của bánh xe (bán kính bán xe không quay, không tải, được quy định bởi nhà sản xuất) (m). λ là hệ số biến dạng pháp tuyến của lốp.
Ngoài ra, có thể lấy bán kính tính toán bằng bán kính lăn của bánh xe bị động r l0 (khi bánh xe bị động không có tác dụng của lực kéo và lực phanh nào). Bán kính lăn của bánh xe rl: Bán kính lăn là một thông số động học liên quan đến trạng thái chuyển động của xe, cụ thể liên quan đến sự trượt của bánh xe với mặt đường. Bán kính lăn là tỉ số giữa vận tốc thực tế của xe và vận tốc góc của bánh xe (hai thông số động học), được xác định theo công thức sau: v rl = (m) ωk Trong đó: rl là bán kính lăn của bánh xe (m). v là vận tốc thực tế của xe (có liên quan đến sự trượt) (m/s).
ωk là tốc độ góc của bánh xe chủ động (rad/s). Thực tế, khi ta tăng ga hay đạp phanh thì xe luôn xuất hiện sự trượt (dù nhiều hay ít), sự trượt lại ảnh hưởng đến vận tốc thực tế của xe mà bán kính lăn lại phụ thuộc vào vận tốc thực tế của xe. Như vậy, bán kính lăn của bánh xe r l cũng phụ thuộc vào lực kéo tiếp tuyến Fk và lực phanh Fp tại bánh xe đó. Mối quan hệ đó được thể hiện qua công thức sau: 5 rl = rl0 − λf.5) hoặc rl = rl0 − λf.6) Trong đó: 0 là bán kính lăn của bánh xe bị động khi không có tác động của lực kéo và lực phanh (F k = Fp = 0).
λf là hệ số thực nghiệm cho trước (phụ thuộc vào loại đường, tình trạng mặt đường, tải trọng pháp tuyến). Fk là lực kéo tiếp tuyến. Fp là lực phanh do các cơ cấu phanh sinh ra.4 Sự phụ thuộc bán kính lăn rl vào lực kéo và lực phanh. Từ đồ thị rl (F) trên ta có một số nhận xét như sau: - Đặc tính trong vùng kéo từ Fpmax đến Fkmax là đường tuyến tính.
- Giao điểm giữa đường tuyến tính và trục tung rl0 đây là trạng thái không có cả lực kéo và lực phanh gọi bán kính của bánh xe bị động hay bán kính tính toán. tăng lên thì bán kính lăn r l giảm dần, cho đến khi lực kéo cực đại F kmax thì rl = 0 điều này - Trong vùng kéo nửa bên phải của đồ thị, khi lực kéo F k tăng dần, sự trượt kéo cũng đồng nghĩa với vận tốc xe của xe cũng sẽ bằng không. Lúc này cho dù lực kéo có đạt giá trị cực đại thì xe cũng không chuyển động được nữa (đây là hiện tượng trượt quay hoàn toàn). 6 - Trong vùng phanh nửa bên trái của đồ thị khi lực phanh Fp tăng dần (do lực phanh ngược chiều chuyển động nên khi thay vào biểu thức ta lấy giá trị tuyệt đối của lực đại Fpmax thì bán kính rl = ∞, khi đó tốc độ góc của bánh xe cũng bằng không tức là lúc phanh), sự trượt lết cũng tăng lên thì bán kính lăn r l tăng dần, cho đến khi lực phanh cực này phanh hãm cứng (trượt lết hoàn toàn).
Vận tốc lý thuyết, vận tốc thực tế và vận tốc trượt. Vận tốc lý thuyết của xe (v0): là vận tốc của xe khi chuyển động không có tính đến sự trượt. rb (m/s) Trong đó: ωk là tốc độ góc của bánh xe. rb là bán kính tính toán của bánh xe.
Vận tốc thực tế của xe (v): là vận tốc chuyển động thực tế của xe khi tính đến ảnh hưởng của sự trượt bánh xe. Vận tốc trượt ( ): khi xe chuyển động có sự trượt giữa bánh xe với mặt đường thì vận tốc rl là bán kính lăn của bánh xe (m). thực tế và vận tốc lý thuyết của xe có sự khác nhau. Sự chênh lệch này gọi là vận tốc trượt.