Đồ án phân bố tải trọng pháp tuyến xe gia tốc - ĐHSPKT TP.HCM

Đồ án nghiên cứu phân bố tải trọng pháp tuyến xe chuyển động có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng và nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc

• Tác giả: Trịnh Việt Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Lâm Mai Long
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017-2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khám Phá Sâu Sắc Khái Niệm Phân Bố Tải Trọng Pháp Tuyến Xe Có Gia Tốc 2 Khối

Sự phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối là một yếu tố then chốt trong ngành công nghệ ô tô, đặc biệt khi phân tích động lực học và độ ổn định của phương tiện. Khi một chiếc xe chuyển động thẳng và có gia tốc, tải trọng pháp tuyến tác dụng lên các bánh xe không còn phân bố đều mà thay đổi đáng kể. Việc hiểu rõ cơ chế này, đặc biệt thông qua sơ đồ 2 khối lượng, giúp các kỹ sư thiết kế và tối ưu hóa hệ thống treo, phanh và lái. Mục tiêu chính là duy trì ổn định thùng xe và đảm bảo an toàn, tiện nghi cho hành khách. Nghiên cứu này đi sâu vào việc xác định các yếu tố ảnh hưởng và đưa ra các giải pháp cải thiện, là nền tảng cho sự phát triển của ô tô hiện đại. Đây là một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu động lực học ô tô để đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu.

1.1. Định Nghĩa Cơ Bản Về Tải Trọng Pháp Tuyến Và Gia Tốc Xe

Tải trọng pháp tuyến là lực vuông góc mà bánh xe tác dụng lên mặt đường, hoặc ngược lại. Đây là yếu tố quyết định khả năng bám đường, phanh, và lái của xe. Khi xe đứng yên, tải trọng này được phân bố theo trọng lượng tĩnh của xe. Tuy nhiên, khi xe chuyển động có gia tốc, các lực quán tính xuất hiện làm thay đổi đáng kể sự phân bố tải trọng pháp tuyến này. Gia tốc (tăng tốc hoặc giảm tốc) tạo ra mômen quán tính, làm cho tải trọng dồn về phía trước khi phanh và dồn về phía sau khi tăng tốc. Sự thay đổi này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền lực kéo và phanh của từng bánh xe, do đó cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để duy trì ổn định xe trong mọi điều kiện vận hành. Hiểu rõ các định nghĩa này là bước đầu tiên để giải quyết bài toán phức tạp của phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối.

1.2. Tại Sao Sơ Đồ 2 Khối Lượng Là Mô Hình Phân Tích Thiết Yếu

Sơ đồ 2 khối lượng là một mô hình đơn giản hóa nhưng hiệu quả để phân tích động lực học ô tô, đặc biệt là sự phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc. Trong mô hình này, xe được coi là hai khối lượng chính: khối lượng không được treo (bánh xe, hệ thống phanh) và khối lượng được treo (thùng xe, động cơ, hành khách). So với sơ đồ 1 khối lượng, mô hình 2 khối cho phép đánh giá chính xác hơn ảnh hưởng của hệ thống treo và sự dao động của thùng xe đến tải trọng tác dụng lên mặt đường. Điều này đặc biệt quan trọng khi xe chuyển động có gia tốc, bởi vì sự thay đổi tải trọng tức thời giữa các trục sẽ được mô tả chi tiết hơn. Việc sử dụng sơ đồ 2 khối lượng giúp làm rõ hơn cơ chế chuyển động của ô tô, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế hệ thống treo và điều khiển ổn định thùng xe hiệu quả hơn. Mô hình này cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự tương tác giữa các thành phần của xe dưới tác động của gia tốc xe.

II. Vấn Đề Cấp Bách Ảnh Hưởng Gia Tốc Đến Ổn Định Động Lực Học Ô Tô Hiện Đại

Khi xe tăng tốc hoặc giảm tốc đột ngột, sự phân bố tải trọng pháp tuyến trên các bánh xe thay đổi một cách động học. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến khả năng truyền lực kéo mà còn tác động trực tiếp đến ổn định động lực học ô tô, đặc biệt là khả năng ổn định thùng xe. Các vấn đề như mất cân bằng, giảm hiệu quả phanh, và cảm giác không thoải mái cho người lái và hành khách đều bắt nguồn từ sự thay đổi này. Việc nghiên cứu sâu rộng về cách xe chuyển động có gia tốc và sự thay đổi của tải trọng pháp tuyến ở sơ đồ 2 khối lượng là cần thiết để xác định các thách thức và tìm kiếm giải pháp kỹ thuật tối ưu. Mục tiêu là kiểm soát hiệu quả những biến động tải trọng, đảm bảo xe luôn hoạt động trong trạng thái an toàn và ổn định. Nắm bắt được những thách thức này là chìa khóa để phát triển các hệ thống điều khiển thông minh cho ô tô.

2.1. Phân Tích Ảnh Hưởng Của Tải Trọng Pháp Tuyến Tới Động Lực Học Chuyển Động

Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến khi xe có gia tốc ảnh hưởng sâu sắc đến động lực học chuyển động của ô tô. Khi xe tăng tốc, tải trọng dồn về cầu sau, làm tăng lực kéo ở bánh sau nhưng giảm ở bánh trước, có thể gây mất lái hoặc trượt bánh trước nếu không được kiểm soát. Ngược lại, khi phanh, tải trọng dồn về cầu trước, tăng hiệu quả phanh trước nhưng giảm hiệu quả phanh sau, dễ dẫn đến bó cứng bánh sau hoặc mất ổn định thân xe. Sự biến động này còn ảnh hưởng đến sự ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc, gây ra hiện tượng chúc đầu hoặc bổng đuôi xe, ảnh hưởng đến sự thoải mái và an toàn. Một nghiên cứu cụ thể từ tài liệu gốc đã chỉ ra rằng, 'phân tích ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến tới động lực học chuyển động và ổn định của ô tô' là một nhiệm vụ trọng tâm để hiểu rõ hơn những hiện tượng này và phát triển các giải pháp kỹ thuật phù hợp. Việc kiểm soát phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối là cần thiết.

2.2. Những Rủi Ro Tiềm Tàng Khi Xe Chuyển Động Thẳng Có Gia Tốc Lớn

Khi một chiếc xe chuyển động thẳng có gia tốc lớn, những rủi ro tiềm tàng đối với an toàn và hiệu suất vận hành là đáng kể. Sự thay đổi đột ngột trong phân bố tải trọng pháp tuyến có thể làm giảm khả năng bám đường của một số bánh xe, dẫn đến mất kiểm soát trong trường hợp phanh gấp hoặc tăng tốc mạnh. Hiện tượng này đặc biệt nghiêm trọng với các xe có sơ đồ 2 khối lượng do khối lượng treo và không treo phản ứng khác nhau với gia tốc xe. Hơn nữa, sự dao động của thùng xe (n pitching, chúc/bổng) gây ra bởi sự thay đổi tải trọng cũng có thể khiến hành khách cảm thấy khó chịu và không an toàn. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu và áp dụng các hệ thống điều khiển ổn định thùng xe để giảm thiểu các rủi ro này. Việc không kiểm soát được tải trọng pháp tuyến khi xe có gia tốc có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật tiên tiến.

III. Phương Pháp Hiệu Quả Phân Tích Tải Trọng Pháp Tuyến Theo Sơ Đồ 2 Khối Lượng

Để giải quyết các thách thức về phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối, việc áp dụng các phương pháp phân tích mô hình là cần thiết. Sơ đồ 2 khối lượng cung cấp một khung khổ lý thuyết vững chắc để mô tả chính xác sự tương tác giữa các thành phần của xe khi có gia tốc. Phương pháp này không chỉ xem xét sự thay đổi tải trọng tĩnh mà còn đi sâu vào các yếu tố động học, cho phép đánh giá tác động của hệ thống treo và khối lượng treo đến sự ổn định thùng xe. Bằng cách xây dựng các mô hình toán học và sử dụng các công cụ mô phỏng, các nhà nghiên cứu có thể dự đoán hành vi của xe trong các điều kiện vận hành khác nhau. Việc phân tích kỹ lưỡng này là cơ sở để phát triển các giải pháp điều khiển và thiết kế tối ưu, giúp nâng cao an toàn và hiệu suất của ô tô. Đây là một bước quan trọng trong việc hiểu và kiểm soát tải trọng pháp tuyến.

3.1. Công Thức Toán Học Mô Tả Sự Phân Bố Tải Trọng Pháp Tuyến Xe Có Gia Tốc

Việc mô tả sự phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc đòi hỏi sử dụng các công thức toán học dựa trên nguyên lý động lực học. Trong sơ đồ 2 khối lượng, các phương trình cân bằng lực và mômen được thiết lập cho cả khối lượng treo và không treo. Các yếu tố như khối lượng của xe, khoảng cách giữa các trục, chiều cao tâm khối lượng, độ cứng và giảm chấn của hệ thống treo, và đặc biệt là gia tốc xe, đều được đưa vào các công thức này. Những công thức này giúp tính toán sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên từng bánh xe khi xe tăng tốc hoặc giảm tốc. Chẳng hạn, lực quán tính gây ra bởi gia tốc sẽ tạo ra một mômen làm dịch chuyển tải trọng từ trục này sang trục khác. Theo tài liệu nghiên cứu, 'các lý thuyết tính toán các giá trị cho việc điều khiển hệ thống ổn định thùng xe' đã được đưa ra, mặc dù chỉ dừng lại ở mức độ tương đối về mặt lý thuyết. Điều này là nền tảng để xây dựng các hệ thống điều khiển cân bằng thùng xe hiệu quả.

3.2. So Sánh Sự Thay Đổi Tải Trọng Pháp Tuyến Ở Sơ Đồ 1 Và 2 Khối Lượng

Sự khác biệt giữa sơ đồ 1 khối lượng và sơ đồ 2 khối lượng trong việc phân tích tải trọng pháp tuyến là đáng kể. Ở sơ đồ 1 khối lượng, toàn bộ xe được coi là một khối cứng duy nhất, bỏ qua tác động của hệ thống treo. Mô hình này đơn giản nhưng hạn chế trong việc thể hiện sự phức tạp của động lực học ô tô khi xe chuyển động có gia tốc. Ngược lại, sơ đồ 2 khối lượng phân tách xe thành khối lượng treo và khối lượng không treo, cho phép xem xét rõ ràng hơn vai trò của hệ thống treo trong việc hấp thụ và phân phối lại tải trọng. Điều này giúp đánh giá chính xác hơn sự thay đổi của tải trọng pháp tuyến và tác động của nó đến ổn định thùng xe. Bằng cách mô hình hóa riêng biệt hai khối lượng này, các nhà nghiên cứu có thể phân tích các dao động dọc của thân xe (pitching) và ảnh hưởng của chúng lên tải trọng bánh xe, cung cấp một cái nhìn toàn diện và chính xác hơn về phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối.

IV. Bí Quyết Đạt Ổn Định Nguyên Lý Điều Chỉnh Thùng Xe Trong Mặt Phẳng Dọc

Để đảm bảo ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc khi xe có gia tốc, việc áp dụng các nguyên lý điều chỉnh là vô cùng quan trọng. Các hệ thống điều khiển hiện đại tập trung vào việc bù trừ sự thay đổi phân bố tải trọng pháp tuyến bằng cách chủ động điều chỉnh các thông số của hệ thống treo. Mục tiêu chính là giảm thiểu dao động pitching (hiện tượng chúc/bổng đầu xe) và duy trì một tư thế xe ổn định, mang lại cảm giác lái an toàn và thoải mái cho hành khách. Nguyên lý điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo tùy theo tải trọng tác dụng là một trong những phương pháp hiệu quả. Sự can thiệp này giúp tối ưu hóa khả năng bám đường của từng bánh xe, nâng cao hiệu quả phanh và tăng cường khả năng kiểm soát xe. Đây là một yếu tố then chốt để giải quyết vấn đề phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối và tăng cường ổn định động lực học ô tô.

4.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Cân Bằng Thùng Xe Và Phương Pháp Khắc Phục

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến cân bằng thùng xe khi xe chuyển động có gia tốc. Trong số đó, sự thay đổi tải trọng pháp tuyến do lực quán tính là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng pitching. Các yếu tố khác bao gồm đặc tính của hệ thống treo (độ cứng, giảm chấn), vị trí tâm khối lượng của xe, và biên độ của gia tốc xe. Để khắc phục, các phương pháp điều khiển chủ động và bán chủ động đang được nghiên cứu và áp dụng. Một trong những phương pháp chính là điều chỉnh độ cứng và giảm chấn của hệ thống treo một cách linh hoạt, dựa trên các tín hiệu đầu vào từ cảm biến gia tốc và vị trí. Mục tiêu là tạo ra một lực đối kháng đủ lớn để chống lại mômen pitching, giữ cho thùng xe luôn ở vị trí cân bằng nhất. Điều này cải thiện đáng kể sự thoải mái và ổn định xe trong các điều kiện vận hành thay đổi, đặc biệt là khi phân tích phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối.

4.2. Cơ Chế Điều Chỉnh Độ Cứng Hệ Thống Treo Để Tối Ưu Ổn Định Xe

Cơ chế điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo đóng vai trò trung tâm trong việc tối ưu hóa ổn định xe và cân bằng thùng xe. Khi xe tăng tốc hoặc giảm tốc, tải trọng pháp tuyến trên các bánh xe thay đổi. Một hệ thống treo thông minh có thể cảm nhận được sự thay đổi này và điều chỉnh độ cứng của lò xo hoặc áp suất của giảm chấn. Ví dụ, khi xe tăng tốc mạnh, hệ thống có thể tăng độ cứng của hệ thống treo phía sau và giảm phía trước để chống lại hiện tượng bổng đầu xe. Ngược lại, khi phanh gấp, độ cứng phía trước có thể tăng lên để giảm hiện tượng chúc đầu. Điều này giúp duy trì khả năng tiếp xúc tối ưu giữa lốp và mặt đường, từ đó cải thiện hiệu suất phanh và lái. Nguyên lý này được áp dụng để điều khiển ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc thông qua việc điều chỉnh độ cứng hệ thống treo tùy theo tải trọng tác dụng, theo đúng tinh thần nghiên cứu về phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối.

V. Hướng Dẫn Thực Tiễn Ứng Dụng Hệ Thống Treo Khí Nén Nâng Cao Hiệu Suất Xe

Trong thực tiễn, hệ thống treo khí nén đã nổi lên như một giải pháp ưu việt để điều chỉnh phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối và nâng cao hiệu suất vận hành. Hệ thống này không chỉ cung cấp sự êm ái vượt trội mà còn có khả năng thích ứng linh hoạt với các điều kiện tải trọng và đường sá khác nhau. Bằng cách sử dụng khí nén thay vì lò xo kim loại truyền thống, hệ thống treo khí nén có thể thay đổi độ cứng và chiều cao xe một cách chủ động. Điều này giúp tối ưu hóa khả năng bám đường, cải thiện hiệu quả phanh và tăng cường ổn định thùng xe, đặc biệt quan trọng đối với xe khách và xe tải nặng. Việc áp dụng công nghệ này mang lại nhiều lợi ích về an toàn, thoải mái và tuổi thọ của xe. Nghiên cứu đã liên hệ từ lý thuyết đến hệ thống treo khí nén trên xe khách thực tế, minh họa rõ ràng hiệu quả của nó.

5.1. Vai Trò Của Hệ Thống Treo Khí Nén Trong Việc Điều Khiển Tải Trọng Pháp Tuyến

Hệ thống treo khí nén đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc điều khiển tải trọng pháp tuyến, đặc biệt đối với các xe có gia tốc và sơ đồ 2 khối lượng. Khác với hệ thống treo lò xo thông thường, hệ thống khí nén cho phép điều chỉnh độ cứng của buồng hơi thông qua van điều chỉnh lưu lượng khí. Khi xe có gia tốc, cảm biến sẽ phát hiện sự thay đổi tải trọng và gửi tín hiệu đến bộ điều khiển, sau đó bộ điều khiển sẽ điều chỉnh áp suất khí trong các bầu hơi để phân bố lại tải trọng. Điều này giúp duy trì mức độ cân bằng tải trọng mong muốn trên các bánh xe, tối ưu hóa khả năng bám đường và giảm thiểu hiện tượng chúc/bổng của thùng xe. Kết quả là xe có độ ổn định động lực học cao hơn, khả năng phanh và lái được cải thiện, đồng thời mang lại sự thoải mái tối đa cho hành khách. Khả năng tùy chỉnh này giúp giảm tải trọng pháp tuyến không mong muốn.

5.2. Ví Dụ Điển Hình Ứng Dụng Trên Xe Khách Thaco Kinglong KB 120SE Và Ưu Nhược Điểm

Một ví dụ điển hình về ứng dụng của hệ thống treo khí nén trong việc điều khiển phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối là trên xe khách Thaco Kinglong KB 120SE. Theo tài liệu nghiên cứu, hệ thống này sử dụng van điều chỉnh lưu lượng khí bên trong buồng hơi để thay đổi độ cứng của buồng hơi, từ đó điều chỉnh ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc. Ưu điểm của hệ thống này bao gồm khả năng nâng cao sự thoải mái cho hành khách, cải thiện độ êm dịu khi vận hành, và giảm tiếng ồn. Đồng thời, nó giúp duy trì độ cao xe ổn định bất kể tải trọng, tối ưu hóa khả năng bám đường và nâng cao tuổi thọ lốp. Tuy nhiên, nhược điểm cũng tồn tại: kết cấu phức tạp, chi phí đắt tiền, kích thước cồng kềnh, và yêu cầu thêm các bộ phận như bình chứa khí, máy nén, và hệ thống điều chỉnh điện tử. Mặc dù vậy, những lợi ích mà hệ thống treo khí nén mang lại trong việc quản lý tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc là không thể phủ nhận.

VI. Tầm Nhìn Tương Lai Nghiên Cứu Mới Về Phân Bố Tải Trọng Pháp Tuyến Xe Ô Tô

Nghiên cứu về phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối là một lĩnh vực không ngừng phát triển, với mục tiêu cuối cùng là tạo ra những chiếc xe an toàn, thoải mái và hiệu quả hơn. Những kết quả đạt được từ các nghiên cứu hiện tại đã cung cấp nền tảng vững chắc để hiểu rõ hơn về động lực học ô tô và tác động của gia tốc lên tải trọng pháp tuyến. Tuy nhiên, yêu cầu về sự ổn định thùng xe và tiện nghi khi di chuyển ngày càng khắt khe, đòi hỏi phải có những đột phá trong công nghệ điều khiển. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sự phát triển của các hệ thống điều khiển thông minh hơn, sử dụng trí tuệ nhân tạo và học máy để dự đoán và phản ứng với sự thay đổi tải trọng một cách chính xác và kịp thời. Việc này sẽ mở ra kỷ nguyên mới cho các giải pháp cân bằng thùng xe và tối ưu hóa hiệu suất vận hành của xe. Đây là một lĩnh vực đầy tiềm năng để cải thiện trải nghiệm lái xe.

6.1. Những Kết Quả Đạt Được Từ Nghiên Cứu Phân Bố Tải Trọng Pháp Tuyến Xe Có Gia Tốc

Các nghiên cứu về phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc 2 khối đã đạt được nhiều kết quả quan trọng. Thông qua phân tích lý thuyết và mô phỏng, người ta đã xác định được các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên các bánh xe khi xe chuyển động có gia tốc. Các nghiên cứu đã làm rõ cơ chế mà sơ đồ 2 khối lượng cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn so với mô hình đơn giản. Cụ thể, 'bài luận văn đã chỉ ra được những sự thay đổi cơ bản một cách hệ thống và những tác động cụ thể của những thay đổi này đến quá trình chuyển động của xe'. Đồng thời, các phương pháp điều khiển ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc thông qua điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo cũng đã được đề xuất và phân tích. Những kết quả này là cơ sở quan trọng để phát triển các hệ thống treo chủ động và bán chủ động, góp phần nâng cao ổn định động lực học ô tô và sự an toàn tổng thể. Mặc dù các lý thuyết tính toán có thể 'chỉ dừng lại ở mức độ tương đối', chúng đã cung cấp một khung khổ vững chắc.

6.2. Triển Vọng Và Kiến Nghị Phát Triển Hệ Thống Điều Khiển Ổn Định Xe Trong Tương Lai

Trong tương lai, yêu cầu về sự ổn định và thoải mái khi di chuyển sẽ ngày càng khắt khe hơn, đòi hỏi phải có những phương thức và hệ thống điều khiển ổn định xe mới, chính xác và hiệu quả hơn. Triển vọng phát triển bao gồm việc tích hợp công nghệ cảm biến tiên tiến, thuật toán điều khiển thích nghi, và trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa sự phân bố tải trọng pháp tuyến xe có gia tốc. Kiến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc phát triển các hệ thống treo thông minh hơn, có khả năng học hỏi từ dữ liệu vận hành thực tế và tự động điều chỉnh để đạt được ổn định thùng xe tối ưu trong mọi điều kiện. Việc nghiên cứu sâu hơn về vật liệu mới cho hệ thống treo, cũng như việc ứng dụng các phương pháp mô phỏng phức tạp hơn để kiểm chứng các giải pháp lý thuyết, cũng là hướng đi đầy hứa hẹn. Mục tiêu là tạo ra những chiếc xe không chỉ an toàn mà còn mang lại trải nghiệm lái vượt trội, vượt qua những hạn chế hiện tại về tải trọng pháp tuyến và gia tốc xe.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN TRÊN BÁNH XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG 1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp tổng quát khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường dốc: Giả sử xe chuyển động thẳng, mặt đường cứng tuyệt đối – đường nghiêng với góc dốc là α, khối lượng của xe là m. Sơ đồ lực tác dụng khi xe chuyển động tăng tốc lên dốc Khi đó xe sẽ chịu tác dụng của các lực như hình vẽ. Trong đó: + G: Trọng lực tác dụng lên xe: Phân thành 2 thành phần lực: Thành phần có phương song song với mặt đường gọi là lực cản dốc Fi = G.sinα và thành phần vuông góc với mặt đường G.cosα + Fk: Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe (khi xe tăng tốc): - Là phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động.

3 𝑀𝑘 𝑀𝑒 𝑖𝑡 𝜂 - Giá trị của Fk được tính theo công thức: Fk = = .( với Mk là mômen kéo 𝑟𝑏 𝑟𝑏 của bánh xe, rb là bán kính tính toán của bánh xe, Me là mômen của động cơ, it là tỉ số truyền của hệ thống truyền lực, 𝛈 là hiệu suất truyền lực) + Fp: Lực phanh tại bánh xe (khi phanh) + Ff: Lực cản lăn của bánh xe: - Là lực cản phát sinh do sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh xe đường và do ma sát giữa lốp xe và đường. - Lực cản lăn bánh xe trước (Ff1) và lực cản lăn bánh xe sau (Ff2): Ff1 = Z1f1 Ff2 = Z2f2 Trong đó: Z1,Z2 là phản lực pháp tuyến ở bánh xe trước và sau. f1,f2 là hệ số cản lăn ở bánh xe trước và sau. - Giá trị của Ff : Ff = (Z1 + Z2)f = fGcosα.

( với điều kiện hệ số cản lăn f1 = f2 = f) Trong đó: α là góc dốc của mặt đường. + Fw: Lực cản không khí (Fw = 0.v2 - với Cx là hệ số cản gió của xe, S là diện tích cản gió của xe, v là vận tốc tức thời của xe) + Fj: Lực quán tính của xe (Fj = δi.j - với δi là hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay, j là gia tốc chuyển động tịnh tiến của xe). + Mf1, Mf2: momen cản lăn của bánh xe: có giá trị tương đối nhỏ nên ta có thể bỏ qua + Các phản lực pháp tuyến Z1, Z2 từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe tại cầu trước và cầu sau dưới tác dụng của các lực kể trên. Tổng của các phản lực pháp tuyến tại các bánh xe sẽ cân bằng với tải trọng pháp tuyến của xe.

Nói cách khác giá trị của phản lực pháp tuyến tại các bánh xe theo sơ đồ một khối lượng đúng bằng giá trị của tải trọng pháp tuyến tại bánh xe đó. Để xác định được các giá trị của tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động ta lấy phương trình cân bằng moment tại các điểm O1,O2, ta được giá trị của tải trọng pháp tuyến cầu trước và cầu sau lần lượt là: 4 𝐺.1b) 𝐿 𝐿 (Lực cản dốc Fi: dấu “+” sảy ra khi xe lên dốc, dấu “-“ xảy ra khi xe xuống dốc Lực cản quán tính Fj: dấu “+” sảy ra khi xe tăng tốc, dấu “-“ xảy ra khi xe giảm tốc) Trong đó: - L: là chiều dài toàn bộ của xe - a,b: là khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe trước và sau - hg :là tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao - hw :là khoảng cách từ điểm đặt lực cản của không khí đến mặt đường, để đơn giản trong tính toán ta xem hw = hg - α :là góc dốc trong mặt phẳng dọc 1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường bằng: 1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực kéo ( xe tăng tốc): Xe chuyển động trên đường bằng nên góc dốc α = 0, xe tăng tốc nên Fj mang dấu “- ”.

Theo công thức (1.1b), tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe ở cầu trước và cầu sau lần lượt là: 𝐺. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực phanh ( xe giảm tốc): Xe chuyển động trên đường bằng nên góc dốc α = 0, xe giảm tốc nên Fj mang dấu “+”. Theo công thức (1.1b) tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe ở cầu trước và cầu sau lần lượt là: 𝐺.3b) 𝐿 𝐿 𝐺𝑏 𝑚𝑔𝑏 Kết luận: So với tải trọng tĩnh của xe (xe đứng yên trên đường bằng): Z1 = = , 𝐿 𝐿 𝐺𝑎 𝑚𝑔𝑎 Z2 = = , sự thay đổi tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe cầu trước và cầu sau Z1, 𝐿 𝐿 Z2 phụ thuộc vào các yếu tố: - Độ dốc của mặt đường α: + Khi xe lên dốc nếu α tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng. + Khi xe lên dốc nếu α tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.

- Gia tốc chuyển động thẳng j: + Khi xe tăng tốc nếu gia tốc j tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng. + Khi xe giảm tốc nếu gia tốc j tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng. - Vận tốc v của xe: Khi vận tốc xe tăng thì giá trị của Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng. - Khối lượng của xe m.

- Tọa độ trọng tâm của xe hg. - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay δi. - Hệ số cản gió của xe Cx - Diện tích cản gió của xe S Trong đó, ảnh hưởng của yếu tố gia tốc chuyển động thẳng đến sự thay đổi tải trọng pháp tuyến là mục tiêu nghiên cứu. 6 CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG CÓ GIA TỐC TỚI TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN ĐỊNH CỦA XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG Trong thực tế, mối quan tâm chính của chúng ta là khả năng chuyển động (tính động lực học của xe) và tính ổn định của xe khi chuyển động (nhiệm vụ chính của xe là chuyển động và đảm bảo tính an toàn khi chuyển động).

Vì vậy, trong phần này chúng ta nghiên cứu các ảnh hưởng của sự phân bố của tải trọng pháp tuyến được phân tích ở phần 1 đến các tính chất này của xe.1 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến động lực học chuyển động của xe: 2.1 Động lực học kéo của xe: 2. Phương trình cân bằng lực kéo: Xét trường hợp tổng quát, xe chuyển động trên đường dốc, với vận tốc lớn và không ổn định (có gia tốc). Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động dùng để khắc phục các lực cản chuyển động. Biểu thức cân bằng giữa lực kéo và lực cản chuyển động gọi là phương trình cân bằng lực kéo.

Xét trường hợp tổng quát, ta có: Fk = Ff ± Fi + Fw ± Fj Với Fi: dấu (-) xảy ra khi xe xuống dốc, Fj: dấu (-) xảy ra khi xe giảm tốc. Thay giá trị cụ thể của các lực (được phân chỉ ra ở phần 1) vào biểu thức ta có: 𝑀𝑒 𝑖𝑡 𝜂 = fGcosα ± Gsinα + 0. Phương trình cân bằng công suất: Công suất do động cơ sinh ra một phần đã tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để khắc phục các lực chuyển động. Biểu thức cân bằng giữ công suất động cơ phát ra và công suất cản kể trên gọi là phương trình cân bằng công suất của ô tô khi chuyển động: Pe = Pt + Pf ± Pi + Pw ± Pj Trong đó: Pe: Công suất do động cơ phát ra.

7 Pt: Công suất tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền lực. Pf: Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn Pf = Ff. Pi: Công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc. Pw: Công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí.

Ở công suất Pi: dấu “+” dùng khi xe lên dốc, dấu “-” dùng khi xe xuống dốc. Ở công suất Pj: dấu “+” dùng khi xe tăng tốc, dấu “-” dùng khi xe giảm tốc. Nếu xét tại các bánh xe chủ động thì phương trình cân bằng công suất có dạng sau: Pk = Pe – Pt = Pf ± Pi + Pw ± Pj Với Pk là công suất của động cơ đã truyền đến các bánh xe chủ động. Pk = Pe – Pt = Pe.𝛈  Pt = Pe(1 – 𝛈) Với 𝛈 là hiệu suất truyền động của xe.

Các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe khi không tính đến trượt: Trong phần này ta sẽ phân tích theo điều kiện giới hạn về đặc tính của động cơ, bỏ qua điều kiện giới hạn bám - sự trượt đối với tất cả các trường hợp: 2. Xác định giá trị vận tốc cực đại Vmax: Để xe đạt được giá trị vận tốc cực đại, ta cần có các điều kiện giả thiết: xe chuyển động trên đường bằng (Fi = 0), xe chuyển động với tốc độ ổn định (Fj = 0), động cơ làm việc ở chế độ công suất cực đại (Pev = Pep), xe chuyển động ở tay số cao nhất (itl = itln) và bỏ qua sự trượt. Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau: 𝑃 𝑛 v 𝑀𝑒 𝑖𝑡𝑙 𝜂𝑡𝑙 Fk = = mgf + 0.63Cxv2maxS 𝑟 𝐹𝑘𝑣 −𝑚𝑔𝑓  vmax = √ (2. Xác định giá trị gia tốc cực đại Jmax: Để xe đạt được giá trị gia tốc cực đại (khả năng tăng tốc), ta cần có các điều kiện giả thiết: xe chuyển động trên đường bằng (Fi = 0), xe chuyển động với vận tốc nhỏ (Fw = 0), động cơ làm việc ở chế độ momen xoắn cực đại (Mej = MeM), xe chuyển động ở tay số một (itl = itlI) và bỏ qua sự trượt.

8 Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau: 𝐼 𝑀𝑒𝑀 𝑖𝑡𝑙 𝜂𝑡𝑙 j Fk = = mgf + mδjjmax 𝑟 Để tiện cho việc phân tích ảnh hưởng của phản lực pháp tuyến ta đưa phương trình về dạng gia tốc cực đại phụ thuộc vào lực kéo (jmax = f(Fk)): 𝑗 𝐹𝑘 −𝑚𝑔𝑓 jmax = √ (2. Xác định giá trị độ dốc cực đại imax: Để xe đạt được độ dốc cực đại mà xe có thể leo, ta cần có các điều kiện giả thiết: xe chuyển động với tốc độ ổn định (Fj = 0), ), xe chuyển động với vận tốc nhỏ (Fw = 0), động cơ làm việc ở chế độ momen xoắn cực đại (Mei = MeM), xe chuyển động ở tay số một (itl = itlI) và bỏ qua sự trượt.