Ảnh hưởng của sự phân chia lực kéo giữa các bánh xe chủ động tới động lực học và tiêu hao nhiên liệu

Nội dung text: Ảnh hưởng của sự phân chia lực kéo giữa các bánh xe chủ động tới động lực học và tiêu hao nhiên liệu

1. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÂN CHIA LỰC KÉO GIỮA CÁC BÁNH XE CHỦ ĐÔṆ G TỚI ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU. Ngô Duy Đông - Học viên Cao học Ngành Khai thác và Bảo trì Ô tô - Máy kéo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Khóa 2009 - 2011. (ĐT: 0987767350 - Email: duydongauto04@gmail.com) Abstract In recent decades, the research and development activities related to transportation have concentrated on the development models which have a balance between dynamic performance and fuel consumption.These cars are not only just satisfied to drivers operating features but also moderate fuel consumption and environmentally friendly. With the same total traction, power sliding is different when there is a different division traction. Then cause different effects to dynamic features and fuel consumption of each vehicle. In this article would like to present the affect of distribution of traction between the wheels and the dynamics and fuel consumption of automobiles. Tóm tắt Trong các thập niên gần đây, những hoạt động nghiên cứu và phát triển liên quan đến giao thông đã chú trọng đến việc phát triển các mẫu xe có tính cân bằng giữa tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu. Những chiếc xe này vừa thỏa mãn cho người lái các tính năng vận hành vừa có mức tiêu thụ nhiên liệu vừa phải và thân thiện với môi trường. Với cùng một tổng lực kéo tiếp tuyến, công suất trượt là khác nhau khi có sư ̣ phân chia lưc̣ kéo khác nhau. Từ đó gây ra các ảnh hưởng khác nhau đến tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu của mỗi loại xe. Trong bài viết này sẽ trình bày ảnh hưởng của sự phân chia lực kéo giữa các bánh xe chủ đôṇ g tới động lực học và tiêu hao nhiên liệu của xe. Với cùng một tổng lực kéo tiếp tuyến, công tổng lực kéo tiếp tuyến Fk =F k1 F k2 suất trượt là khác nhau khi có sư ̣ phân chia lưc̣ kéo khác nhau giữa các bánh xe. Từ đó gây ra các ảnh Với: hưởng khác nhau đến tính năng động lực học và tiêu hao nhiên liệu của mỗi loại xe. Fk1 là lực kéo tiếp tuyến ở cầu trước. Khi có sự phân chia công suất trên xe hai cầu chủ động có thể dẫn tới hiện tượng lưu thông công Fk2 là lực kéo tiếp tuyến ở cầu sau. suất. Do đó trong phần này sẽ xét hai trường hợp 1. Không có lưu thông công suất. khi không có lưu thông công suất và có lưu thông 1.1 Công suất tổn hao do trượt trên xe (4x4) và công suất. (4x2). Để cho dễ hình dung , ta xét một xe 4x4 ( khi chạy ở Chế độ hai cầu chủ động (4x4) chế độ 4x2 thì cầu sau là cầu chủ động ) với các giả thiết như sau: aa1 Lực kép tiếp tuyến FFF k1 k22 k  Xe được trang bị bộ vi sai trung tâm loại không ma sát, có cơ cấu khóa hãm. Trong đó: Tải trọng phân bố giữa hai cầu bằng nhau nên Fk  là tổng lực kéo tiếp tuyến. Z1=Z2 Fa là lực kéo tiếp tuyến ở cầu trước. Với: k1 a là lực kéo tiếp tuyến ở cầu sau. Z1 là phản lực pháp tuyến trên bánh xe cầu trước. Fk2 Z2 là phản lực pháp tuyến trên bánh xe cầu sau. Khi đó ta có: a a a a a Các bánh xe trên cầu trước và sau là tương đồng P1 =F k1 V 1  F k1 k1 V 0 nhau F1=F2 Pa =F a V a  F a a V (1) Với: 2 k2 2 k2 k2 0 P =PPFVFVFa a a  a a  a a  a F a  a V F1 là hệ số biến dạng vòng của bánh xe cầu trước.  x4)  1  2 k1k10 k2 k20 k1k1 k2 k2 0 Trong đó: F2 là hệ số biến dạng vòng của bánh xe cầu sau. a P1 là công suất trượt ở cầu trước ở chế độ hai cầu chủ động.
2. a So sánh với: PFV a P2 là công suất trượt ở cầu sau ở chế độ hai cầu  x4) k  k 0 chủ động. ab a Ta thấy rằng k  k2 vì  k là độ trượt tương P là tổng công suất trượt ở chế độ hai cầu chủ  x4) ứng khi lực kéo bằng trong khi b là độ động. k2 a trượt tương ứng khi lực kéo bằng Fk  . Mà ta luôn  k1 là độ trượt khi kéo ở cầu trước có quan hệ lực kéo càng lớn thì độ trượt càng lớn. a  k2 là độ trượt khi kéo ở cầu trước Do đó ở cùng một vận tốc V0 thì P x4) < P x2) , tổn hao do trượt của xe một cầu chủ động lớn hơn V là vận tốc lý thuyết 0 1 so với xe hai cầu chủ động có FFFaa Vì lực kéo tiếp tuyến bằng nhau, sự phân bố tải k1 k22 k  trọng bằng nhau , các bánh xe tương đồng nên độ 1.2 So sánh ảnh hưởng của sự trượt đến tiêu hao trượt khi kéo bằng nhau a  a  a k1 k2 k nhiên liệu của xe( 4x4) và (4x2). Công thức (1) có thể được viết lại như sau: Lượng tiêu hao nhiên liệu ứng với các chế độ như a sau PFV x4)  k  k 0 (2) chế độ leo dốc cực đại. a Trong đó:  k là độ trượt ứng với lực kéo tiếp tuyến 0.36g (mgfCos mgSin )V P e max max  l qd 1 v  100km bằng F n tl 2 k  Trong đó: Chế độ một cầu chủ động (4x2) g là suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ. Lúc này lực kéo chỉ truyền xuống cầu sau nên ta có: e b b V là vận tốc khi leo dốc cực đại. F0k1 , FFk2 k Trong đó: P là công suất trượt. b Chế độ gia tốc cực đại: Fk1 là lực kéo tiếp tuyến ở cầu trước. 0.36gaa (mgf ma )V P b a e a max  Fk2 là lực kéo tiếp tuyến ở cầu sau. qd a v n tl Các công suất trượt tương ứng là: a ge là suất tiêu hao nhiên liệu có ích Pb =F b V b 0 1 k1 1 a là vận tốc khi tăng tốc cực đại b b b b b V P2 =F k2 V 2  F k2 k2 V 0 (3) Với < ta thấy rằng khi có hiện tượng b b b b b b P x2) =P  1 P  2 0 F k2k20  V F k2k20  V trượt, ở cùng vận tốc V0 và tổng lực kéo tiếp tuyến Trong đó: Pk  thì tiêu hao nhiên liệu đối với xe một cầu chủ động lớn hơn tiêu hao nhiên xe hai cầu chủ động có Pb là công suất trượt ở cầu trước ở chế độ một cầu 1 lực kéo tiếp tuyến của cầu trước và sau bằng nhau. chủ động. b P2 là công suất trượt ở cầu sau ở chế độ một cầu chủ động. P x2) là tổng công suất trượt ở chế độ một cầu chủ động. b V 2 là vận tốc trượt ở cầu sau b  k2 là độ trượt khi kéo ở cầu sau b b b b b P x2) =P  1 P  2 F k2k20  V F k   k20 V (4)
3. 2. Khi có lưu thông công suất. 2.1 Xác định lực kéo tiếp tuyến va đô ̣trươṭ tại ̀ mỗi cầu. 2.2 Công suất tổn hao do trươṭ . Khi xe chuyển động với vận tốc thực tế V, xảy ra sự Khi xảy ra lưu thông công suất, công suất trượt tại sai lệch động học, tốc độ lý thuyết của cầu trước và bánh xe được tính như sau: cầu sau sẽ không bằng nhau nên ta có. 2 PFVKVKV k1  a1  k  01  k  a1 01  k  VVVVV 01 01  k 02 02  k2 (5) 2 (8) Trong đó: PKV a2 02 k2 V là tốc độ thực tế. 2 2 PKV  ai 0i ki i1 V01 , k là vận tốc lý thuyết và độ trượt của cầu trước. Trong đó: V ,  là vận tốc lý thuyết và độ trượt của cầu P là công suất trượt ở cầu trước. 02 k2 1 sau. P2 là công suất trượt ở cầu sau. Lực kéo tiếp tuyến phân chia tới hai cầu: P là công suất trượt tổng cộng. FFFKK    k1 k2 a1k  a2k2 Trong điều kiện ( Ka1 = Ka2 = Ka ), tổng công suất Trong đó: Fk1 là lực kéo tiếp tuyến tới cầu trước tổn hao do trượt trở thành: F là lực kéo tiếp tuyến tới cầu trước k2 P K V 2 1 m  a 02 k  r k  Ka1là hệ số độ cứng dọc của bánh xe phía trước. Độ trượt tổng cộng sinh ra bởi tổng lực kéo Fk  là F  k  . Ka2 là hệ số độ cứng dọc của bánh xe phía sau. k 2Ka mm r Do đó: rr K với r là bán kính bánh xe. k  k1  k a 22 F 22 mmrr (9) P Ka V 02 1 m r  k  k F K m Fk K a1 m r 22 k a2 r  k ,  k2 (6) KKa1 a2 KKa1 a2 Khai triển biểu thức và bỏ qua các vô cùng bé bậc cao ta có: m là sai lệch động học. V r 02 2 2 2 (10) P Fk  K a m r 2Ka VV m 02 01 r V Công thức (10) cho thấy công suất tổn hao do trượt 02 là một hàm số tỉ lệ thuận với bình phương của tổng V,V01 02 là vận tốc lý thuyết của cầu trước và lực kéo tiếp tuyến F , và sai số động học mr . Nếu không có sự ảnh hưởng của m thì P chỉ phụ cầu sau. r  thuộc vào lực kéo tiếp tuyến. vì F =K  nên: Nếu F0 (xe được kéo) và có sự ảnh hưởng k a k  của m thì chỉ phụ thuộc vào giá trị của m . Fk K a2 m r Fk K a1 m r ru r FKk1 a1 , FKk2 a2 (7) KKa1 a2 KKa1 a2 2 Ka V 02 m r P 2 Có thể thấy rằng càng tăng mr thì P càng tăng theo.
4. Trong điều kiện tổng lực kéo FFF là k k1 k2 Phần bên trái tương ứng với Fk1 , k1 mang không đổi. Nếu càng tăng sự khác biệt giữa Fk1 và giá trị âm, trong khi đó lực kéo và độ trượt Fk2 thì P sẽ càng tăng lên. của bánh xe phía sau mang giá trị dương. Đó là khi xảy ra hiện tượng tuần hoàn công suất. Công suất tổn hao do trươṭ càng lớ n thì càng ảnh hưở ng xấu tớ i tính năng đôṇ g lưc̣ hoc̣ và tiêu hao nhiên liêụ của xe. 2.3 Hiệu suất trượt. Xét trường hợp tổng quát đối với xe 4x4: 22 Ka1 k1 1  k2 K a1  k2 1  k1  1 (11) Ka1 k1 1  k2 K a2  k2 1  k1 Khi ( Ka1= Ka2 = Ka ) công thức trên trở thành: 22 k1 11  k2  k2  k1  1 (12) k1 11  k2  k2  k1 Trong đó :  là hiệu suất trượt. Fk K a2 m r Fk K a1 m r  k ,  k2 Hình 1 Mối quan hệ hiệu suất trượt- lực kéo tiếp KKa1 a2 KKa1 a2 tuyến- sai lệch động học. Để có thể nhâṇ xét rõ hơn ảnh h ưởng của lực kéo Trích từ “Driveline Systems of Ground Vehicles- tiếp tuyến, sai lêc̣ h đôṇ g hoc̣ tớ i hiêụ suất trượ t. Ta Theory and Design- Vladimir V. Vantsevich, hãy phân tích hình 1. Scientific and Technical Editor – 2010”. Đường thẳng AB trên hình tương ứng khi xe Từ đó thấy khi xảy ra sai lệch động học , chuyển động với 2 cầu chủ động và mr=0. hiệu suất sử dụng năng lượng trên xe hai cầu chủ Đường thẳng AC tương ứng khi xe chuyển động đôṇ g thấp hơn nhiều so với xe một cầu chủ động . với duy nhất cầu sau chủ động. Trong trường hợp chỉ có cầu sau hay khi cả Các đường cong từ 1 đến 8 là hiệu suất hai cầu hoạt động với mr =0 , hiệu suất trượt trượt  khi hoạt động cả hai cầu chủ động với các  tăng lên khi lực kéo tiếp tuyến Fk  giảm giá trị mr khác nhau. Vị trí tương đối của các đường xuống.  0 khi 0. cong này so với đường thẳng AB chỉ ra rằng sự sai  lệch động học là nguyên nhân gây ra sự trượt khác 2.4 Xác định tiêu hao nhiên liệu khi có lưu thông nhau giữa các cầu xe và làm giảm hiệu suất trượt công suất. . Công thứ c tổng quát tính tiêu hao nhiên liêụ khi có Khi lực kéo tăng lên, các đường cong từ 1 kể đến trươṭ đươc̣ thể hiêṇ như sau. đến 8 tiệm cận với đường AB. Giao điểm của các 100g P P P P P e fa   (13) đường cong với đoạn thẳng AC tương ứng với lực qd v n tl kéo lên cầu trước bằng không F0k1 Pf, P , Pω, Pa , P là công suất cản lăn, cản dốc, cản Phần phía bên phải của điểm giao nhau gió, cản quán tính, công suất trượt tại điểm tiếp xúc giữa các đường cong và đoạn AC tương ứng với giữa bánh xe và mặt đường. trường hợp lực kéo F , F và độ trượt k1 k2 Trong đó : k1 , k2 mang giá trị dương. P Công suất cản dốc Pf Công suất cản lăn
5. TRÍCH DẪN 3 Pω Công suất cản gió P 0,63Cx Sv 1. Vladimir V. Vantsevich- Driveline Systems of P Công suất cản quán tính P = m .aV a Ground Vehicles-Theorya a and Design- Vladimir V. Vantsevich, Scientific and Technical Editor – 2010. P Công suất trươṭ 2. TS. Lâm Mai Long - Cơ học chuyển động thẳng Thay vao công thưc (16) ta đươc̣ : ̀ ́ của ô tô - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ 100g P P P P P e fa   Chí Minh - 2001 - Trang 31. qd v n tl 0.36g mgfCos V mgSin V m  aV 0,63C Sv3 F V (1  ) TÀI LIỆU THAM KHẢO e a x k 0  qd V n tl 1. TS. Lâm Mai Long - Cơ học chuyển động thẳng (14) của ô tô - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - 2001. Phần tử số của công thức (14) cho thấy rằng hiệu suất trượt  càng cao thì tiêu hao nhiên 2. TS.Lâm Mai Long,Chuyên đề“Phân phối liệu càng giảm xuống. công suất”,ĐHSPKT TP HCM–11/2008. Lươṇ g tiêu hao nhiên liêụ là cao nhất đối 3. Vladimir V. Vantsevich- Driveline Systems of vớ i xe hai cầu chủ đôṇ g xảy ra lưu thông công suất Ground Vehicles-Theory and Design- Vladimir V. vì lúc này hiệu suất trượt là rất nhỏ. Vantsevich, Scientific and Technical Editor – 2010. 4. Irene Michelle Berry, The Effects of Driving 3. Kết luâṇ Style and Vehicle Performance on the Real-World Tính năng động lực học và tiêu hao nhiên FuelConsumption of U.S. Light-Duty Vehicles, liệu của xe không chỉ phụ thuộc vào dung tích của Massachusetts Institute of Technology February động cơ lắp trên xe mà còn phụ thuộc vào rất nhiều 2010. yếu tố như sau: - Sự phân chia lực kéo giữa các bánh xe. - Sự trượt giữa bánh xe và mặt đường. - Sự sai lệch về động học làm phân chia lại công suất truyền tới bánh xe gây tổn hao về công suất, làm mất ổn định của xe và dẫn tới hư hỏng hệ thống truyền lực, nhanh mòn lốp xe.
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.