Nghiên cứu phân bố tải trọng pháp tuyến và ổn định thùng xe khi xe chuyển động

Nghiên cứu phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe tăng tốc. Đồ án tốt nghiệp về ổn định thùng xe, ứng dụng trong công nghệ kỹ thuật ô tô.

• Chuyên ngành: Công nghệ 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: Tiểu luận

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 0.1. Phương pháp nghiên cứu
• 0.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN TRÊN BÁNH XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG
• 1.1. 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:
• 1.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường bằng:
• 1.3. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực kéo ( xe tăng tốc):
• 1.4. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực phanh ( xe giảm tốc):
• 2. 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
• 2.1. 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:
• 2.1.1. Động lực học kéo của xe:
• 2.1.2. Các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe khi không tính đến trượt:
• 2.1.3. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến đến các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe:
• 2.1.4. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến động lực học phanh:
• 2.2. Ảnh hưởng của của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc đến ổn định chuyển động của ô tô.
• 2.2.1. Khái niệm về ổn định chuyển động thẳng của ô tô:
• 2.2.2. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc đến tính ổn định của ô tô:
• 3. CHƯƠNG 3: SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CÓ GIA TỐC THEO SƠ ĐỒ 2 KHỐI LƯỢNG
• 3.1. Sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trong trường hợp tổng quát [1]:
• 3.2. Cân bằng cơ cấu treo khi kéo và khi phanh:
• 4. CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG THÙNG XE VỚI HỆ THỐNG TREO KHÍ
• 4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng thùng xe:
• 4.2. Xét đặc tính tải của buồng đàn hồi khí nén:
• 4.3. Ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng đến áp suất túi khí hệ thống treo cầu trước, cầu sau
• 4.4. Sự điều khiển cân bằng thùng xe:
• 4.5. Sự thay đổi khối lượng khí bên trong các túi khí.
• 4.6. Sự thay đổi về độ cứng.
• 4.7. Hệ thống treo khí nén trên xe khách Kinglong KB 120SE:
• 4.7.1. Cấu tạo cụm chi tiết hệ thống [4]:
• 4.7.2. Van tải trọng:
• 4.7.3. Giảm chấn thủy lực:
• 4.7.4. Phần tử hướng
• 4.7.5. Bình chứa khí nén
• 4.7.6. Bộ lọc và tách ẩm.
• 4.8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống treo xe KB 120SE.
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH

Tóm tắt

I. Vì sao phân bố tải trọng xe quyết định an toàn vận hành

Phân bố tải trọng xe và ổn định thùng xe là hai yếu tố cốt lõi, quyết định trực tiếp đến sự an toàn và hiệu quả trong ngành vận tải. Một chiếc xe, dù hiện đại đến đâu, cũng có thể trở thành mối nguy hiểm nếu việc xếp dỡ và phân bổ khối lượng hàng hóa không tuân thủ các nguyên tắc vật lý cơ bản. Trọng tâm của tài liệu nghiên cứu này nhấn mạnh rằng tải trọng pháp tuyến – lực vuông góc mà mặt đường tác dụng lên bánh xe – không phải là một hằng số. Nó thay đổi liên tục khi xe tăng tốc, giảm tốc hoặc di chuyển trên đường dốc. Sự thay đổi này làm dịch chuyển trọng tâm của xe, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bám đường, hiệu quả phanh và đặc biệt là nguy cơ lật xe khi vào cua. Việc nghiên cứu sâu về sự phân bổ này không chỉ là lý thuyết, mà là yêu cầu cấp thiết để đảm bảo an toàn vận hành xe. Khi cân bằng tải trọng được thực hiện đúng cách, các tải trọng trục xe sẽ nằm trong giới hạn cho phép, giúp tối ưu hóa lực kéo, giảm mài mòn hệ thống treo và lốp xe. Ngược lại, việc xếp hàng sai lệch, dù chỉ một chút, cũng có thể tạo ra những mô-men xoắn nguy hiểm, làm giảm đáng kể khả năng kiểm soát của người lái, đặc biệt trong các tình huống khẩn cấp. Do đó, việc hiểu rõ và áp dụng đúng các phương pháp phân bố tải trọng xe và ổn định thùng xe là nền tảng không thể thiếu cho mọi hoạt động vận tải hàng hóa chuyên nghiệp.

1.1. Khái niệm về tải trọng pháp tuyến và trọng tâm của xe

Tải trọng pháp tuyến (Z) là phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên mỗi bánh xe. Trong trạng thái tĩnh, nó phụ thuộc vào khối lượng xe và vị trí trọng tâm của xe. Tuy nhiên, khi xe chuyển động, giá trị này biến đổi do tác động của lực quán tính. Tài liệu nghiên cứu chỉ rõ, khi xe tăng tốc, tải trọng pháp tuyến có xu hướng dồn về trục sau và giảm ở trục trước. Ngược lại, khi phanh, tải trọng sẽ dồn về trục trước. Công thức tính toán cho thấy sự thay đổi này phụ thuộc vào gia tốc, chiều cao trọng tâm (hg) và chiều dài cơ sở (L). Việc xác định chính xác điểm đặt trọng lực và hiểu rõ sự dịch chuyển của nó là bước đầu tiên để đảm bảo cân bằng tải trọng.

1.2. Mối liên hệ giữa cân bằng tải trọng và nguy cơ lật xe

Sự ổn định thùng xe trực tiếp phụ thuộc vào vị trí của trọng tâm. Khi trọng tâm càng thấp và nằm gần trung tâm xe, độ ổn định càng cao. Việc phân bố tải trọng xe không đều, ví dụ như xếp hàng nặng lệch về một bên hoặc quá cao, sẽ nâng trọng tâm và làm tăng đáng kể nguy cơ lật xe. Khi xe vào cua, lực ly tâm tác dụng lên trọng tâm, tạo ra một mô-men lật. Nếu mô-men này lớn hơn mô-men ổn định (tạo bởi trọng lực và khoảng cách giữa hai bánh xe), xe sẽ bị lật. Do đó, việc đảm bảo cân bằng tải trọng không chỉ là tuân thủ quy định về tải trọng mà còn là một biện pháp an toàn chủ động để chống lại các lực vật lý gây mất ổn định khi vận hành.

II. Hiểu rõ nguy cơ khi phân bố tải trọng xe không chính xác

Việc coi nhẹ các quy tắc phân bố tải trọng xe và ổn định thùng xe sẽ dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng, không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn đe dọa trực tiếp đến tính mạng con người. Khi tải trọng phân bố không đều, động lực học của xe bị thay đổi một cách tiêu cực. Ví dụ, tải trọng quá nhiều ở trục sau sẽ làm giảm lực bám ở trục trước, gây ra hiện tượng 'quay vòng thiếu' (understeer), khiến xe khó vào cua. Ngược lại, tải trọng dồn về phía trước sẽ gây ra 'quay vòng thừa' (oversteer), làm đuôi xe dễ bị văng và mất kiểm soát. Tài liệu gốc phân tích rất kỹ về 'góc lệch hướng' của lốp xe, cho thấy sự thay đổi tải trọng pháp tuyến ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bám ngang, nguyên nhân chính của các hiện tượng trên. Hơn nữa, tải trọng trục xe không cân bằng sẽ gây áp lực không đồng đều lên hệ thống treo và áp suất lốp, dẫn đến hỏng hóc sớm và tăng chi phí bảo dưỡng. Đặc biệt nguy hiểm là tình trạng quá tải cục bộ trên một trục, không chỉ vi phạm quy định về tải trọng mà còn làm giảm hiệu quả phanh và tăng quãng đường dừng xe, tạo ra rủi ro va chạm cao trong các tình huống bất ngờ.

2.1. Ảnh hưởng đến động lực học kéo và hiệu quả phanh

Động lực học kéo của xe phụ thuộc vào lực bám giữa bánh xe chủ động và mặt đường. Lực bám này lại tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến tác dụng lên trục chủ động. Khi xe tăng tốc, nếu tải trọng không được phân bổ hợp lý về cầu chủ động (đặc biệt là xe cầu sau), bánh xe sẽ dễ bị trượt quay, lãng phí công suất động cơ và làm giảm khả năng tăng tốc. Tương tự, khi phanh, lực quán tính dồn tải trọng về phía trước. Nếu hệ thống phanh không được thiết kế để phân bổ lực phanh tương ứng với sự thay đổi tải trọng này, các bánh sau có thể bị khóa cứng và trượt lết, trong khi bánh trước vẫn còn khả năng bám. Điều này làm giảm đáng kể hiệu quả phanh và gây mất an toàn vận hành xe.

2.2. Hiện tượng quay vòng thừa thiếu do mất ổn định xe

Tính ổn định chuyển động thẳng của ô tô bị phá vỡ khi có lực ngang tác động (gió, mặt đường nghiêng). Như đã phân tích, sự phân bổ tải trọng pháp tuyến quyết định giới hạn bám ngang của từng trục. Khi tăng tốc, trục trước nhẹ đi, dễ bị trượt ngang hơn, dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu (xe có xu hướng đi thẳng ra khỏi góc cua). Ngược lại, khi phanh gấp trong lúc vào cua, trục sau nhẹ đi, dễ trượt hơn, gây ra hiện tượng quay vòng thừa (đuôi xe văng ra ngoài). Cả hai hiện tượng này đều cực kỳ nguy hiểm và là nguyên nhân trực tiếp của nhiều vụ tai nạn liên quan đến xe container và sơ mi rơ moóc.

III. Phương pháp phân bố tải trọng và chằng buộc hàng hóa

Để đảm bảo phân bố tải trọng xe và ổn định thùng xe, cần tuân thủ một cách nghiêm ngặt các phương pháp đã được kiểm chứng qua thực tiễn và nghiên cứu khoa học. Nguyên tắc cơ bản nhất là 'nặng dưới, nhẹ trên, nặng giữa, nhẹ hai bên'. Việc này giúp hạ thấp trọng tâm của xe, yếu tố quyết định đến sự ổn định. Khi xếp hàng, các kiện hàng nặng nhất phải được đặt sát sàn và ở giữa trục trước và trục sau. Cách xếp hàng lên xe tải này giúp phân bổ tải trọng cầu xe một cách đồng đều, tránh tình trạng quá tải trên một trục duy nhất. Sau khi xếp hàng, bước tiếp theo và không kém phần quan trọng là chằng buộc hàng hóa. Sử dụng dây đai, xích, lưới và các thanh chống phù hợp để cố định hàng hóa trên thùng xe. Mục đích là để hàng hóa không bị xê dịch khi xe phanh, tăng tốc hay vào cua, vì sự dịch chuyển đột ngột của khối lượng lớn sẽ làm thay đổi trọng tâm và gây mất ổn định ngay lập tức. Việc tuân thủ quy định về tải trọng cho phép không chỉ là tránh bị phạt, mà còn là một phần quan trọng của quy trình đảm bảo an toàn vận hành xe.

3.1. Nguyên tắc xếp hàng Phân bổ đều và hạ thấp trọng tâm

Nguyên tắc vàng trong cách xếp hàng lên xe tải là phân bổ khối lượng theo cả chiều dọc và chiều ngang. Hàng hóa phải được xếp dàn đều trên sàn xe. Các vật nặng nhất nên được đặt trên hoặc ngay phía trước trục sau để tối ưu hóa lực bám khi kéo. Tránh tuyệt đối việc dồn toàn bộ hàng nặng về phía sau đuôi xe hoặc phía trước cabin. Hành động này không chỉ làm sai lệch tải trọng trục xe mà còn tạo ra hiệu ứng 'đòn bẩy', khiến xe rất dễ bị nhấc bổng đầu hoặc đuôi khi đi qua các địa hình không bằng phẳng. Việc hạ thấp trọng tâm của xe bằng cách đặt hàng nặng ở dưới cùng là điều bắt buộc.

3.2. Kỹ thuật chằng buộc và cố định hàng hóa trên thùng xe

Hàng hóa không được cố định trên thùng xe là một quả bom nổ chậm. Kỹ thuật chằng buộc hàng hóa đúng cách yêu cầu sử dụng các thiết bị có sức chịu tải phù hợp với khối lượng hàng. Dây chằng phải được bắt vào các điểm neo chắc chắn trên khung xe. Lực căng của dây phải đủ lớn để ngăn chặn mọi sự dịch chuyển. Đối với các loại hàng hóa đặc thù như cuộn thép, máy móc hay hàng lỏng trong bồn, cần có các phương pháp chằng buộc chuyên dụng như sử dụng nêm, giá đỡ và các vách ngăn bên trong bồn để giảm thiểu sự chuyển động của chất lỏng, một yếu tố gây mất ổn định rất cao.

IV. Bí quyết ổn định thùng xe nhờ hệ thống treo khí hiện đại

Các giải pháp truyền thống cho phân bố tải trọng xe và ổn định thùng xe chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và tuân thủ quy tắc. Tuy nhiên, công nghệ hiện đại đã mang đến các giải pháp chủ động, điển hình là hệ thống treo khí nén. Tài liệu nghiên cứu đã chuyển từ phân tích 'sơ đồ một khối lượng' sang 'sơ đồ hai khối lượng', trong đó khối lượng thùng xe và khối lượng bánh xe được xem xét riêng biệt, liên kết qua hệ thống treo. Phân tích này cho thấy biến dạng của hệ thống treo là nguyên nhân chính gây nghiêng thùng xe khi gia tốc thay đổi. Hệ thống treo khí nén giải quyết vấn đề này bằng cách tự động điều chỉnh độ cứng và chiều cao. Khi tải trọng thay đổi, các 'van tải trọng' sẽ điều khiển lượng khí nén trong các bầu hơi, giữ cho chiều cao thùng xe không đổi. Điều này giúp duy trì cân bằng tải trọng một cách linh hoạt, cải thiện đáng kể sự ổn định, độ êm ái và an toàn vận hành xe, đặc biệt trên các dòng xe khách và xe đầu kéo cao cấp.

4.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí tự cân bằng

Hệ thống treo khí nén sử dụng các túi khí (bầu hơi) thay cho lò xo kim loại. Ưu điểm lớn nhất là khả năng thay đổi độ cứng. Khi xe tăng tốc, tải trọng dồn về sau làm hệ thống treo sau bị nén xuống. Cảm biến chiều cao sẽ phát hiện sự thay đổi này và ra lệnh cho 'van tải trọng' bơm thêm khí vào bầu hơi sau, nâng gầm xe trở lại vị trí ban đầu và tăng độ cứng để chống lại sự nghiêng. Quá trình này giúp duy trì sự ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc, mang lại sự thoải mái cho hành khách và an toàn cho hàng hóa.

4.2. So sánh mô hình 1 khối lượng và 2 khối lượng trong phân tích

Mô hình một khối lượng xem toàn bộ xe là một vật thể cứng duy nhất. Mô hình này hữu ích để phân tích sự thay đổi tải trọng pháp tuyến tổng thể khi xe tăng/giảm tốc. Tuy nhiên, nó không thể hiện được sự mất ổn định của thùng xe. Mô hình hai khối lượng phức tạp hơn, tách biệt phần được treo (thùng xe) và phần không được treo (bánh xe, cầu). Mô hình này cho phép phân tích chính xác các dịch chuyển và góc nghiêng của thùng xe do biến dạng của hệ thống treo. Đây là cơ sở lý thuyết quan trọng để thiết kế và điều khiển các hệ thống treo khí nén hiện đại nhằm tối ưu hóa sự ổn định thùng xe.

V. Hướng dẫn phân bố tải trọng xe container và sơ mi rơ moóc

Việc phân bố tải trọng xe và ổn định thùng xe đối với xe container và sơ mi rơ moóc mang những thách thức đặc thù do chiều dài và khối lượng lớn. Trọng tâm của toàn bộ tổ hợp xe-moóc phải được tính toán cẩn thận để đảm bảo tải trọng trục xe không vượt quá quy định, đặc biệt là tải trọng trên mâm kéo và các trục của rơ moóc. Một sai lầm phổ biến là dồn quá nhiều hàng về phía sau rơ moóc, làm giảm tải trọng lên mâm kéo và trục sau của xe đầu kéo. Điều này làm giảm lực bám của bánh xe chủ động, gây khó khăn khi leo dốc và làm tăng hiện tượng 'gập dao' (jackknifing) khi phanh gấp. Ngược lại, dồn quá nhiều tải lên phía trước sẽ gây quá tải cho mâm kéo và trục sau của xe đầu kéo. Cách xếp hàng lên xe tải loại này đòi hỏi sự tính toán chính xác để đạt được cân bằng tải trọng tối ưu. Cần đặc biệt chú ý đến lực ly tâm khi vào cua, vì chiều dài lớn và trọng tâm cao làm tăng đáng kể nguy cơ lật xe.

5.1. Cách tính toán và đặt trọng tâm của xe khi xếp hàng

Đối với xe container, người xếp hàng thường không thấy được bên trong, do đó cần có thông tin chính xác về khối lượng và vị trí hàng hóa từ người gửi. Nguyên tắc chung là phân bổ khoảng 60% tải trọng ở nửa trước của rơ moóc (tính từ trục rơ moóc) và 40% ở nửa sau. Điều này đảm bảo một phần tải trọng cho phép được truyền xuống xe đầu kéo một cách hợp lý. Sử dụng các phần mềm tính toán hoặc bảng biểu để xác định trọng tâm của xe dựa trên sơ đồ xếp hàng là một phương pháp chuyên nghiệp giúp tối ưu hóa sự phân bổ.

5.2. Lưu ý về lực ly tâm khi vào cua đối với xe dài

Lực ly tâm khi vào cua là kẻ thù số một của các xe dài như sơ mi rơ moóc. Lực này tác động vào trọng tâm của xe và có xu hướng đẩy xe văng ra ngoài. Độ lớn của nó tỷ lệ với bình phương vận tốc. Do đó, quy tắc an toàn quan trọng nhất là giảm tốc độ đáng kể trước khi vào cua. Việc phân bố tải trọng xe đúng cách bằng việc hạ thấp trọng tâm sẽ làm tăng ngưỡng tốc độ an toàn, nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn nguy cơ lật xe. Người lái phải luôn ý thức được giới hạn ổn định của xe.

VI. Tổng kết và xu hướng công nghệ ổn định tải trọng xe

Tóm lại, phân bố tải trọng xe và ổn định thùng xe là một khoa học đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức vật lý, tuân thủ quy định và ứng dụng công nghệ. Từ việc hiểu rõ sự thay đổi của tải trọng pháp tuyến, xác định đúng trọng tâm của xe, cho đến việc áp dụng các kỹ thuật xếp hàng và chằng buộc hàng hóa, tất cả đều nhằm mục tiêu cuối cùng là an toàn vận hành xe. Các nghiên cứu đã chỉ ra rõ ràng hậu quả của việc phân bổ sai lệch, từ giảm hiệu suất đến gây ra tai nạn thảm khốc. Tương lai của lĩnh vực này đang hướng tới các giải pháp thông minh và tự động hóa. Hệ thống treo khí nén chỉ là bước khởi đầu. Các công nghệ mới sẽ tích hợp cảm biến để thực hiện kiểm tra tải trọng động theo thời gian thực, tự động cảnh báo cho người lái khi phát hiện sự phân bổ không an toàn hoặc hàng hóa bị xê dịch. Những hệ thống này có thể liên kết với hệ thống phanh và kiểm soát ổn định điện tử (ESC) để can thiệp chủ động, giúp ngăn chặn nguy cơ lật xe trước khi nó xảy ra.

6.1. Checklist các quy tắc vàng để đảm bảo an toàn vận hành xe

Để đảm bảo an toàn vận hành xe, cần tuân thủ checklist sau: 1) Luôn kiểm tra tải trọng cho phép của xe và trục. 2) Áp dụng nguyên tắc 'nặng dưới, nhẹ trên, dàn đều'. 3) Cố định hàng hóa trên thùng xe một cách chắc chắn. 4) Kiểm tra áp suất lốp đúng với tải trọng. 5) Giảm tốc độ khi vào cua, xuống dốc hoặc đi trên đường xấu. 6) Hiểu rõ đặc tính của xe, đặc biệt là các loại xe container và sơ mi rơ moóc. Việc tuân thủ những quy tắc này giúp giảm thiểu rủi ro và đảm bảo ổn định thùng xe trong suốt hành trình.

6.2. Công nghệ cảm biến và kiểm tra tải trọng động thời gian thực

Công nghệ trong tương lai sẽ cho phép kiểm tra tải trọng động một cách liên tục. Các cảm biến đặt trên hệ thống treo và trục xe sẽ đo lường tải trọng trục xe theo thời gian thực và gửi dữ liệu về bộ điều khiển trung tâm. Hệ thống sẽ phân tích dữ liệu này để phát hiện sự mất cân bằng tải trọng do hàng hóa dịch chuyển hoặc do ảnh hưởng của lực ly tâm khi vào cua. Khi phát hiện nguy hiểm, hệ thống sẽ cảnh báo bằng âm thanh, hình ảnh cho người lái, hoặc thậm chí tự động điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo hoặc tác động lực phanh lên từng bánh xe riêng lẻ để duy trì sự ổn định.

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.