ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày này đời sống con người ngày càng phát triển ô tô trở thành phương tiện quan trọng về hành khách và hàng hóa cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời trở thành phương tiện tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển. Ngay ở nước ta số ô tô tư nhân cùng phát triển cùng với sự tăng trưởng kinh tế, mật độ xe trên đường ngày càng tăng. Để đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng đó sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc. Đi đôi với việc nhu cầu tiêu thụ ô tô tăng cao thì yêu cầu của người tiêu dùng xe cũng trở nên phức tạp hơn.
Họ không chỉ lựa chọn mẫu xe theo kiểu dáng, màu sắc, nội thất,. như trước mà còn dựa vào rất nhiều những yếu tố khác. Nắm bắt được nhu cầu đó những nhà sản xuất ô tô đã và đang nghiên cứu để tiến đến phát triển và sản xuất ra những chiếc xe ô tô “hoàn hảo”. Tuy nhiên để thiết kế, chế tạo một chiếc xe ô tô hoàn hảo thì xe phải đạt được rất nhiều tính chất: • Tính chất động lực học của xe phải tốt xe phải đáp ứng được nhu cầu của người lái về tốc độ cũng như lực kéo (tăng tốc nhanh, đạt được tốc độ cao).
• Tính chất ổn định hướng của xe phải tốt xe phải chuyển động ổn định theo ý muốn của người điều khiển, không được có tình trạng xe tự động chuyển hướng, lệch hướng chuyển động vì điều này rất nguy hiểm, dễ dẫn đến tai nạn. • Tính chất an toàn phải cao hệ thống phanh trên xe phải hoạt động tốt, hoạt động hiệu quả ở mọi điều kiện thời tiết và mọi điều kiện đường. Ngoài hệ thống phanh, xe cũng phải được trang bị những hệ thống an toàn hiện đại khác để đảm bảo an toàn khi vào cua, khi đi trên những điều kiện đường đặc biệt. Đây là tính chất rất quan trọng vì ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn tính mạng cho người điều khiển phương tiện.
• Tính chất điều khiển, xe phải được điều khiển một cách dễ dàng, nhẹ nhàng và chính xác tạo sự thoải mái, tự tin cho người cầm lái. Điều này cũng tăng tính an toàn khi lái xe vì người lái có thể phản ứng và điều khiển xe theo ý muốn một cách nhanh chóng trong trường hợp nguy hiểm nói riêng và ở điều kiện di chuyển bình thường nói chung. • Tính chất tính năng cơ động, xe phải di chuyển an toàn ổn định ở mọi điều kiện đường kể cả đường tốt lẫn đường xấu, đường gồ ghề. Điều này tăng phạm vi hoạt động cho xe đồng thời tăng tính linh hoạt bởi vì người sử dụng phương tiện có thể di chuyển tới nhiều nơi với nhiều điều kiện giao thông, đường sá khác nhau.
1 • Tính kinh tế nhiên liệu, ngoài đảm bảo những tính chất trên, xe còn phải có tính kinh tế nhiên liệu tốt, hoạt động ổn định, tiết kiệm nhiên liệu. Điều này rất được nhiều người tiêu dùng quan tâm vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện kinh tế của họ, đặc biệt là những đơn vị kinh doanh vận tải. Trong điều kiện hiện nay, giá nhiên liệu đang ở mức cao kỷ lục thì tính chất này càng mang vai trò quan trọng. Với tất cả những tính chất đã được đề cập thì trong đề tài này chúng em sẽ tập trung vào hai tính chất quan trọng đó là: • Xe phải có tính chất động lực học tốt tức là xe phải thỏa mãn được yêu cầu cao của người dùng hiện nay là xe có tốc độ cực đại cao, gia tốc cực đại lớn và có khả năng leo được những đường dốc cao.
• Đối với xe ô tô du lịch cao cấp, xe chạy nhanh thì ổn định hướng chuyển động là vấn đề quan trọng thiết yếu, hệ thống phanh phải bảo đảm an toàn ở mọi điều kiện làm việc. Nếu để xảy ra tình trạng mất ổn định hướng thì sẽ rất nguy hiểm dễ dẫn đến tai nạn. Tính chất động lực học và ổn định chuyển định phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như công suất của động cơ, momen xoắn của động cơ, trọng lượng xe, thiết kế phần khung gầm, thiết kế hệ thống lái,. nhưng trong những yếu tố đó thì quan trọng và chủ chốt nhất là vấn đề sự trượt, sự bám của bánh xe với mặt đường.
Vì bánh xe là nơi trực tiếp tiếp xúc với mặt đường, là nơi truyền công xuất, momen cũng như đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển và dẫn hướng của xe nên ta có thể đưa ra nhận xét rằng sự trượt, sự bám ảnh hưởng rất rõ đến động lực học và ổn định của ô tô. Vậy nên chúng em đã chọn nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu về sự trượt của bánh xe khi lăn và phân tích ảnh hưởng của sự trượt tại bánh xe với tính chất động lực học và ổn định hướng của ô tô du lịch. Trong đề tài này chúng em tập trung làm rõ những khái niệm liên quan đến sự trượt, sự bám, những ảnh hưởng của chúng tới động lực học và ổn định hướng của xe đồng thời liên hệ đến những hệ thống công nghệ hiện đại đang được sử dụng trên xe và cách chúng kiểm soát yếu tố trượt nhằm tăng tính ổn định cũng như an toàn cho xe. 2 CHƯƠNG 2: KHÁI NIỆM VỀ SỰ TRƯỢT VÀ SỰ BÁM CỦA BÁNH XE CHỦ ĐỘNG VÀ BÁNH XE PHANH.
ĐẶC TÍNH TRƯỢT. Giới thiệu: Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu đến những khái niệm cơ bản liên quan đến vận tốc, bán kính bánh xe, khái niệm và những đặc tính về sự bám cũng như là sự trượt của bánh xe khi lăn. Những khái niệm này là những khái niệm cơ bản nền tảng để ta có thể nghiên cứu và phát triển đề tài. Mục đích: • Định nghĩa các loại vận tốc trong tính toán.
• Định nghĩa các loại bánh kính bánh xe. • Trình bày các khái niệm liên quan đên sự bám. • Trình bày các khái niệm liên quan đên sự trượt. • Khái niệm đặc tính trượt của bánh xe khi kéo và khi phanh.
Vận tốc lý thuyết 𝒗𝟎 𝑣0 là vận tốc của xe khi chuyển động không có sự trượt. S 2πrb Nb v0 = l = = rb ωb (m/s) (2. 1) t t Trong đó 𝑆𝑙 – Quãng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn.(m) 𝑡 – Thời gian bánh xe đã lăn.(s) 𝑟𝑏 – Bán kính tính toán của bánh xe.(m) 𝑁𝑏 – Tổng số vòng quay của bánh xe. 𝜔𝑏 – Vận tốc góc của bánh xe.
Vận tốc thực tế 𝒗 𝑣 là vận tốc chuyển động thực tế của xe (tính đến ảnh hưởng của sự trượt) 𝑆 2𝜋𝑟𝑙 𝑁𝑏 𝑣 = 𝑡= = 𝑟𝑙 𝜔𝑏 (m/s) (2. 2) 𝑡 𝑡 Trong đó 𝑆𝑡 – Quãng đường thực tế mà bánh xe đã lăn.(m) 𝑡 – Thời gian bánh xe đã lăn.(s) 𝑟𝑙 – Bán kính lăn của bánh xe.(m) 𝑁𝑏 – Tổng số vòng quay của bánh xe. 𝜔𝑏 – Vận tốc góc của bánh xe. Bán kính tính toán 𝒓𝒃 𝑟𝑏 là bán kính bánh xe sau khi đã tính đến sự biến dạng của lốp 𝑟𝑏 = 𝜆𝑟0 (m) (2.
3) Trong đó 𝑟0 – Bán kính thiết kế của bánh xe.(m) 𝜆 – Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp 2. Bán kính lăn 𝒓𝒍 𝑟𝑙 là tỉ lệ giữa vận tốc thực tế 𝑣 với vận tốc góc của bánh xe 𝜔𝑏 𝑣 𝑟𝑙 = (m) (2. 4) 𝜔𝑏 Trong đó: 𝑟𝑙 – Bán kính lăn của bánh xe.(m) v- Tốc độ thực tế. (m/s) 𝜔𝑏 – Tốc độ góc của bánh xe.
Mặt khác là vì bán kinh lăn phụ thuộc vào sự trượt của bánh xe với mặt đường chứ không phải bán kính thực tế của bánh xe. Quan hệ giữa bán kính kính lăn và lực kéo, lực phanh: Sự trượt của bánh xe và mặt đường liên quan phụ thuộc vào lực kéo 𝐹𝑘 và lực phanh 𝐹𝑝 tại bánh xe đó. Mà ta xác định ở trên rằng bán kính lăn phụ thuộc vào sự trượt của bánh xe và mặt đường nên ta đi đến kết luận bán kính lăn phụ thuộc vào lực kéo 𝐹𝑘 và lực phanh 𝐹𝑝. Sự phụ thuộc đó được xác định bằng công thức: 𝑟𝑙 = 𝑟𝑙0 – 𝜆𝑓 𝐹𝑘 (hoặc 𝑟𝑙 = 𝑟𝑙0 – 𝜆𝑓 𝐹𝑝 ) (2.
5) Trong đó: 𝐹𝑘 - Lực kéo tiếp tuyến. (N) 𝑟𝑙0 – Bán kính lăn của bánh xe bị động khi không phanh .(m) 𝜆𝑓 - Hệ số thực nghiệm cho trước, phụ thuộc vào loại đường, tình trạng mặt đường, tải trọng pháp tuyến. 1: Sự phụ thuộc của bán kính lăn 𝑟𝑙 vào lực tác dụng lên bánh xe Nhận xét: Phương trình 𝑟𝑙 = 𝑟𝑙0 – 𝜆𝑓 𝐹𝑘 (hoặc 𝑟𝑙 = 𝑟𝑙0 – 𝜆𝑓 𝐹𝑝 ) là phương trình tuyến tính nên được mô tả bằng đường thẳng, tan của góc nghiêng đường cong chính là 𝜆, tùy thuộc vào tình trạng mặt đường, tùy thuộc vào loại đường mà góc nghiêng này nhiều hay ít (trường hợp lý tưởng là nằm ngang), đường thẳng tuyến tình này bị giới hạn bởi giá trị 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 và 𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥 khi 𝐹𝑘 tăng lên hiện tượng trượt khi kéo tăng lên lúc đó bán kính lăn giảm xuống, khi 𝐹𝑘 tăng đến 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 thì bán kính lăn bằng 0, lúc này bánh xe ở trạng thái trượt quay hoàn toàn. Khi 𝐹𝑝 tăng lên hiện tượng trượt lết khi phanh tăng lên thì bán kính lăn tăng lên, đến giá trị 𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥 thì bán kính lăn tăng đến vô cùng,ở lúc này bánh xe bó cứng hoàn toàn.
Tại điểm 𝐹𝑘 và 𝐹𝑝 đều bằng 0 trên đồ thị thì bán kính lăn có giá trị bằng bán kính tính toán. Khái niệm về khả năng bám , hệ số bám và lực bám 2. Sự bám của bánh xe với mặt đường Lực kéo tiếp tuyến do động cơ truyền xuống bánh xe: 𝑀𝑒 𝑖𝑡 𝜂 𝐹𝑘 = (N) (2. 6) 𝑟𝑏 Trong đó: 𝑀𝑒 - Công suất động cơ (W) 𝑖𝑡 - Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 𝜂- hiệu suất của hệ thống truyền lực 𝑟𝑏 - bánh kính tính toán của bánh xe (m) Giá trị của lực kéo tiếp tuyến 𝐹𝑘 do động cơ truyền xuống bánh xe bị giới hạn bởi 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 (giới hạn bám khi kéo).
Tương tự, giá trị của lực phanh 𝐹𝑃 do cơ cấu phanh sinh ra bị giới hạn bởi 𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥 (giới hạn bám khi phanh). Qua đó ta có nhận xét rằng: không được chọn động cơ mạnh (𝑀𝑒 lớn) tùy ý vì 𝐹𝑘 bị hạn chế bởi 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 , không được chọn cơ cấu phanh lớn (𝐹𝑃 lớn) tùy ý vì 𝐹𝑃 bị giới hạn bởi 𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥. Như vậy sự bám là khả năng bánh xe chuyển động bình thường không có trượt quay dưới tác dụng của momen chủ động hoặc không có trượt lết khi bánh xe đang chịu momen phanh.