Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang1

CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ

§1. VAI TRÒ CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI
VÀ TRONG HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI Ô TÔ.
1. Vai trò của đường ô tô trong giao thông vận tải:
Vận tải trên đường ô tô là một bộ phận quan trọng của mạng lưới giao thông
vận tải nói chung của mỗi nước bao gồm giao thông đường sắt, đường thủy (sông
và biển), đường bộ và đường hàng không. Vận tải trên đường ô tô có những đặc
điểm sau:
- Có tính cơ động cao, điề
u động xe cộ nhanh chóng.
- Có thể vận chuyển trực tiếp từ chỗ lấy hàng đến nơi quy định, không cần
phải có phương tiện vận chuyển và bốc dỡ trung gian, tiện lợi trong vận chuyển
ngắn.
- Thích ứng với địa hình vùng núi khó khăn, ít phụ thuộc hướng cố định do
đó với một mạng lưới giao thông thích hợp có thể đáp ứng nhu cầu vận tải đến
những vùng xa xôi hẻo lánh.
- Tốc độ vận tải trên đường ô tô cũng khá nhanh, nhanh hơn đường thủy và
tương đương với đường sắt.
- Có thể sử dụng hỗn hợp cho nhiều loại phương tiện vận tải, kể cả vận tải
thô sơ.
Chính vì những đặc điểm có ý nghĩa trên nên đường ô tô là một bộ phận
không thể thiếu trong mạng lưới giao thông vận tải c
ủa mỗi nước.
Mặc dù có ý nghĩa quan trọng như vậy, song việc vận tải trên đường ô tô vẫn
có những nhược điểm:
- Do tải trọng chở được ít, lại tốn nhiên liệu nên giá thành vận chuyển ô tô
cao hơn so với đường sắt và đường thủy, nhất là khi cự ly vận chuyển lớn.

- Vận tải đường ô tô phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái đường, mà trạng thái
đường l
ại chịu ảnh hưởng rất lớn của thiên nhiên. Do đó việc vận chuyển bằng ô tô
thường gặp nhiều trở ngại.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang2

-Tai nạn trên đường ô tô cũng không ngừng tăng lên. Tổn thất về con người
cũng như về kinh tế do tai nạn ô tô gây ra cũng ngày càng lớn.
- Môi trường xung quanh đường ô tô ngày càng bị xấu đi do khí thải, bụi bẩn
và tiếng ồn của ô tô gây ra.
- Nạn ùn tắc giao thông ở các đường đô thị ngày càng phổ biến, làm cho tốc
độ ô tô giảm xuống, giá thành vận tải tăng lên.
Do đó trong công tác thiết kế đường, người kỹ
sư luôn tìm cách hạn chế thấp
nhất các nhược điểm nói trên của đường ô tô.
2. Vai trò của đường ô tô trong hệ thống khai thác vận tải ô tô:

Đường ô tô là một bộ phận quan trọng trong hệ thống khai thác vận tải ô tô
bao gồm: người lái xe, ôtô, đường ô tô và môi trường bên ngoài. Các yếu tố này có
mối quan hệ mật thiết với nhau cho nên người làm công tác thiết kế đường cần
phải nắm vững để thiết kế đường được tốt hơn.
- Mối quan hệ “ô tô – đường ô tô”:
Mối quan hệ này cho biết tác động của ô tô lên đường khi xe chạy từ đó có
nh
ững đề xuất phù hợp đối vơí các yếu tố kỹ thuật của đường mà ta cần thiết kế
nhằm đảm bảo cho điều kiện xe chạy nhất là về mặt động lực.
- Mối quan hệ : “ Môi trường xung quanh – đường ôtô”
Tức là vấn đề địa hình địa mạo, địa chất, thủy văn, khí hậu ảnh hưởng đến
đường như thế nào ? Từ
đó giúp ta xác định vị trí tuyến đường và chọn các biện

pháp kỹ thuât cho phù hơp.
- Mối quan hệ : “ Môi trường xung quanh – người lái xe”
Môi trường xung quanh ở đây bao gồm cả bản thân con đường có ảnh hưởng
trực tiếp đến tâm – sinh lý người lái xe. Trên cơ sở đó người thiết kế tạo ra môi
trường thích hợp để người lái xe làm việc được tốt.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang3

- Mối quan hệ : “ Đường ôtô – ôtô”
Mối quan hệ này xét đến ảnh hưởng của đường ôtô vơí chất lượng khai thác
sử dụng đường trong công việc vận tải ôtô như tiêu hao nhiên liệu, tốc độ, năng
suất của ôtô.
§2. TUYẾN ĐƯỜNG VÀ CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA TUYẾN
ĐƯỜNG
Đường ô tô bao gồm các đoạn đường thẳng, đường cong phẳng và đường
cong không gian; trong đó có các công trình, các trang thiết bị dùng cho xe chạ
y và
để phục vụ giao thông trên đường.
Để thể hiện một con đường trên bản vẽ, thường dùng 3 hình chiếu:
- Hình chiếu bằng (bình đồ tuyến đường).
- Hình chiếu đứng (mặt cắt dọc – trắc dọc tuyến đường).
- Hình chiếu cạnh (mặt cắt ngang – trắc ngang tuyến đường).
1. Bình đồ:
Bình đồ là hình chiếu bằng của tuyến đường, địa hình, địa vật.

Hình 1.1 Bình đồ tuyến đường
Trong bình đồ, tuyến đường được thể hiện bằng một nét mảnh hay thể hiện
chi tiết ( bề rộng mặt đường, nền đường, chân mái dốc taluy, rãnh đỉnh, rãnh biên)
là tuỳ thuộc vào giai đoạn thiết kế. Còn địa hình được thể hiện bằng các đường
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang4


đồng mức, địa vật được thể hiện bằng các ký hiệu riêng biệt ( ví dụ: cột điện, cây
cối, công trình nhà cửa…) và các ký hiệu này được ghi chú trong bản vẽ
Phép chiếu được thực hiện bằng cách đo chiều dài bằng thước thép đặt theo
phương nằm ngang, còn góc chuyển hướng được đo theo góc bằng. Vì vậy cự ly
giữa các cọc là chiều dài tim tuyến đường trong mặt phẳng bằng.
Tuỳ theo yêu c
ầu thể hiện ở từng giai đoạn thiết kế hay mục đích thể hiện mà
bình đồ có những tỷ lệ khác nhau: 1/50.000, 1/20.000, 1/1000, 1/500.
Hình dạng của tuyến đường có hai dạng:
- Khi V < 60 Km/h, tuyến đường bao các đoạn thẳng và các đoạn đường cong
tròn nối tiếp nhau.

Hình 1.2 Các yếu tố của đường cong tròn
- Khi V ≥ 60 Km/h, tuyến đường đoạn thẳng, đường cong chuyển tiếp, đường
cong tròn, đường cong chuyển tiếp, đoạn thẳng nối tiếp nhau.

Hình 1.3 Các yếu tố của đường cong hỗn hợp

Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang5

Tuyến đường hoàn toàn được xác định trên bình đồ (tức là hoàn toàn xác định
trên thực địa) nhờ các yếu tố sau:
+ Điểm xuất phát và góc định hướng đầu tiên.
+ Các góc ngoặt α
1
, α
2
, α
3
, … ở các chỗ đổi hướng tuyến.

+ Chiều dài các đoạn thẳng.
+ Các yếu tố của đường cong như: góc ngoặt α, bán kính đường cong R,
chiều dài tiếp tuyến T, chiều dài cung tròn K và chiều dài phân cự P.
Tất cả các yếu tố trên được đánh dấu trên thực địa bằng các cọc đánh dấu lý
trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc H
n
n=1…9 ở mỗi Km), và các cọc đặt ở
những chỗ địa hình thay đổi (cọc địa hình ký hiệu là cọc C
n
, n=1…1000 được
đóng tại chỗ tuyến cắt qua các đường phân thủy, đường tụ thủy, những điểm đổi
dốc của mặt đất, độ dốc ngang của sườn thay đổi và tại những vị trí cọc chi tiết quy
định).
2. Mặt cắt dọc:
Mặt cắt thẳng đứng dọc theo tuyến đường đem “duỗi thẳng” được gọi là trắc
dọc.
Hình 1.4 Trắc dọc tuyến đường
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang6

Để thể hiện rõ sự mấp mô của tuyến đường, người ta quy định rõ tỉ lệ theo
phương đứng gấp 10 lần tỉ lệ theo phương ngang (Hình 1.4): ví dụ trong thiết kế cơ
sở, tỉ lệ theo phương đứng 1/1.000, tỉ lệ theo phương ngang 1/10.000; trong thiết
kế kỹ thuật, tỉ lệ theo phương đứng 1/100, tỉ lệ theo phương ngang 1/1.000. Cự ly
giữa các cọc ghi trong mặt cắt dọc là cự
ly của hình chiếu của các cọc đó trong mặt
phẳng bằng.
Trong bản vẽ mặt cắt dọc phải thể hiện:
- Đường đen là đường thể hiện cao độ mặt đất tự nhiên tại tim đường.
- Đường đỏ là đường thể hiện cao độ thiết kế ở mép nền đường ( đối với
đường thiết kế mới) và ở tim đường hay mép mặt đường (

đối với đường thiết kế
cải tạo).
Ở các chỗ đổi dốc, đường đỏ phải được thiết kế nối dốc bằng các đường cong
đứng lồi hoặc lõm. Đường đỏ xác định nhờ các yếu tố:
+ Cao độ đường đỏ tại điểm đầu tuyến.
+ Độ dốc dọc (i
d
) và chiều dài các đoạn dốc.
+ Đường cong đứng chỗ đổi dốc với các yếu tố của nó.
Độ dốc dọc trong đường ô tô được hiểu như sau:
i =
L
h
Δ
Δ
= tgα ( i làm tròn đến %
0
, ΔL làm tròn đến cm)
Căn cứ vào đường đỏ đã xác định, với các yếu tố này có thể tính được cao độ
thiết kế và chiều sâu đào hoặc đắp ở mỗi vị trí cọc đã bố trí trên bình đồ tương ứng.
- Mặt cắt địa chất: thể hiện cấu tạo tầng lớp địa chất, có tỷ lệ ngang bằng tỷ lệ
ngang của tuyến
đường, tỷ lệ đứng là 1/50. Giới hạn trên của mặt cắt địa chất được
vẽ tịnh tiến xuống dưới đường đen 2cm cho dễ đọc, giới hạn dưới được vẽ theo
yêu cầu chiều sâu khoan hay chiều sâu hố đào của quy trình khảo sát thiết kế
đường ô tô.
- Công trình thoát nước: loại công trình, vị trí, khẩu độ, mực nước dâng trước
công trình. Cao độ và độ dốc của rãnh tháo, rãnh dọ
c ở bên trái và bên phải mặt cắt
dọc.

3. Mặt cắt ngang:
Là mặt cắt thẳng đứng vuông góc với tim đường tại vị trí các cọc trên tuyến.
Khoảng cách giữa các điểm trên trắc ngang ghi trong mặt cắt ngang là khoảng
cách giữa hình chiếu của các điểm đó trong mặt phẳng bằng.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang7

Mặt cắt ngang được vẽ với tỷ lệ đứng bằng tỷ lệ ngang. Thường là tỷ lệ 1/200.


Hình 1.5 Trắc ngang đường
Trong trắc ngang thể hiện:
+ Cao độ đường đen.
+ Cao độ đường đỏ.
+ Bề rộng nền đường Bn.
+ Bề rộng mặt đường (phần xe chạy) B.
+ Bề rộng lề đường B
lề
.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang8

+ Độ dốc ta luy 1:m.
+ Các kích thước rãnh thoát nước dọc.
+ Diện tích đào, diện tích đắp.
+ Bán kính đường cong, độ dốc siêu cao, độ mở rộng mặt đường trong đường
cong (nếu có).
Thiết kế đường chính là quyết định các yếu tố đường trên bình đồ, trắc dọc và
trắc ngang sao cho chúng đáp ứng được yêu cầu chạy xe an toàn, tiện lợi, kinh tế.
§3. CÁC ĐẶC TRƯNG VẬN TẢI CỦA ĐƯỜNG VÀ PHÂN CẤP HẠ
NG
KỸ THUẬT ĐƯỜNG Ô TÔ.

1. Các đặc trưng vận tải chủ yếu của đường
1.1 Thành phần xe chạy trên đường:
Ở nước ta, thành phần xe chạy trên đường bao gồm:
- Các loại ô tô: ô tô tải (tải nhẹ, tải nặng, con tai nơ,…), ô tô khách (xe du
lịch, xe khách nhiều loại chỗ ngồi, xe buýt,…).
- Xe gắn máy. Ở nước ta loại phương tiện này hiện nay khá nhiều.
- Xe đạp và các loại xe thô sơ khác.
Vì các phương tiện kể trên có kh
ả năng về tốc độ chạy xe khác nhau rất nhiều,
do đó về mặt tổ chức giao thông, bao giờ cũng có hai giải pháp thiết kế đường:
- Thiết kế theo phương án giao thông hỗn hợp: tức là các loại phương tiện
cùng đi chung trên một phần xe chạy. Tất yếu các loại phương tiện chạy chậm sẽ
cản trở các loại chạy nhanh.
- Thiết kế theo phương án tách riêng từng nhóm theo kh
ả năng về tốc độ: sẽ
nâng cao được tốc độ chạy xe.
Như vậy, thành phần dòng xe và tỉ lệ có mặt của mỗi loại phương tiện trong
dòng xe sẽ ảnh hưởng đáng kể đến các giải pháp thiết kế và tiêu chuẩn kỹ thuật
thiết kế đường.
Để chọn cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường cần phải chia thành phần xe chạ
y
thành các loại sau đây: xe đạp, xe gắn máy, xe con, xe tải có hai trục và xe buýt
dưới 25 chỗ ngồi, xe tải có từ ba trục trở lên và xe buýt lớn, xe kéo moóc và xe
buýt có kéo moóc.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang9

1.2. Tải trọng xe chạy:
Tải trọng xe tác dụng lên đường có ảnh hưởng quan trọng đến sự làm việc của
nền mặt đường và các công trình trên đường và là cơ sở để tính toán thiết kế các
công trình đó.

1.3. Tốc độ xe chạy:
Trên đường ô tô có nhiều loại xe chạy khác nhau nên tốc độ xe chạy cũng
khác nhau. Để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của đường ô tô trong trường
hợp điề
u kiện địa hình khó khăn người ta quy định tốc độ tính toán (V
tt
) cho các
cấp kỹ thuật của đường ô tô.
Trên một tuyến đường có thể có nhiều giá trị tốc độ tính toán khác nhau tuỳ
thuộc vào lưu lượng xe chạy trên các đoạn đường đó. Nhưng phải đảm bảo tốc độ
tính toán của các đoạn đường liền kề nhau không được chênh lệch quá 20Km/h, và
đảm bảo chiều dài đoạn tuyến là 10Km đối với đoạn đường từ c
ấp III trở lên và
5Km đối với đoạn đường từ cấp IV trở xuống.
1.4. Lưu lượng xe chạy:
Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông
qua một mặt cắt ngang trên đường theo cả hai chiều trong một đơn vị thời gian,
tính cho năm tương lai (có thứ nguyên là xcqđ/ngàyđêm hoặc xcqđ /giờ).
Đặc điểm: lưu lượng xe chạy trên đường thay
đổi theo giờ, theo tháng và theo
năm.
Đây là một đặc trưng vận tải quan trọng và có tính chất quyết định nhất đối
với việc xác định các tiêu chuẩn kỹ thuật của đường.
Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con lấy theo bảng 1.1. Bảng 1.1

Xe đạp Xe máy Xe con
Xe tải 2
trục và xe
buýt dưới
25 chỗ

Xe tải có
3 trục trở
lên và xe
buýt lớn
Xe kéo
moóc, xe
buýt kéo
moóc
Đồng
bằng và đồi
0,2 0,3 1,0 2,0 2,5 4,0
Núi 0,2 0,3 1,0 2,5 3,0 5,0

Loạixe
ĐịaHình
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang10

Ghi chú bảng 1.1:- Địa hình có độ dốc ngang sườn đồi, núi phổ biến trên 30%
xếp vào địa hình núi; nhỏ hơn và bằng 30% xếp vào địa hình đồi và đồng bằng.
Các loại lưu lượng xe thiết kế:
- Lưu lượng xe thiết kế trung bình ngày đêm trong năm tương lai (N
tbnăm
, N
t
):
có thứ nguyên là xcqđ/ng.đ, lưu lượng này được dùng để chọn cấp hạng kỹ thuật
và tính toán nhiều yếu tố khác của đường ô tô.
Thường thì lưu lượng xe chạy có mức tăng xe theo quan hệ hàm số mũ:
N
t

= N
1
(1+p)
t-1
(1-1)
Trong đó:
N
t
: lưu lượng xe chạy trung bình ngày đêm của năm khai thác thứ t.
(xcqđ/ng.đ)
N
1
: lưu lượng xe chạy trung bình ngày đêm của năm đầu khai thác đường ô
tô. (xcqđ/ng.đ)
p: mức tăng xe hằng năm.
Giá trị t được chọn tuỳ thuộc vào hạng mục công trình:
+ t = 20 năm đối với đường cấp I, II.
+ t = 15 năm đối với đường cấp III, IV.
+ t = 10 năm đối với đường cấp V, VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo.
+ t = 25 năm đối với đường thiế
t kế áo đường có tầng mặt là bê tông xi măng.
+ t = 15 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp cao A
1
( bê
tông nhựa (BTN) rải nóng).
+ t = 4÷10 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp cao A
2
( đá
dăm trộn nhựa, BTN rải nguội, rải ấm trên có láng nhựa; thấm nhập nhựa; láng
nhựa).

+ t = 3÷4 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp thấp B
1
.
+ t = 2÷3 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp thấp B
2
.
- Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm: (N
giờcđ
, (xcqđ/h))
Dùng lưu lượng này để chọn số làn xe, xét chất lượng dòng xe, tổ chức giao
thông…, N
giờcđ
được xác định bằng cách:
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang11

+ Suy từ N
tbnăm
qua các hệ số không đều theo thời gian, khi có các số liệu
thống kê về dòng xe.
+ Khi có đủ thống kê lượng xe giờ trong một năm, lấy N
giờcđ
thứ 30 của năm
thống kê.
+Khi không có nghiên cứu đặc biệt, có thể tính:
N
giờcđ
= (0.10 ÷ 0.12). N
tbnăm
(1-2)
2. Phân cấp hạng kỹ thuật đường ô tô

Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN4054-05, phân cấp kỹ thuật là bộ khung các
quy cách kỹ thuật của đường nhằm đạt tới:
- Yêu cầu về giao thông đúng với chức năng của con đường trong mạng lưới
giao thông.
- Yêu cầu về lưu lượng xe thiết kế cần thông qua (Chỉ tiêu này được mở rộng
vì có những trường hợp, đường có chức nă
ng quan trọng nhưng lượng xe không
nhiều hoặc tạm thời không nhiều xe).
- Căn cứ vào địa hình, mỗi cấp hạng lại có các yêu cầu riêng về các tiêu chuẩn
để có mức đầu tư hợp lý và mang lại hiệu quả tốt về kinh tế.
Việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng thiết kế của con
đường trong mạng lưới đường và được quy định theo bả
ng 1.2.
Bảng 1.2
Cấp đường
Lưu lượng
xe thiết kế
(xcqđ/nđ)
Chức năng của đường
Cao tốc
>
25.000
Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729: 97.
Cấp I
>
15.000
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế,
chính trị, văn hoá lớn của đất nước.
Quốc lộ
Cấp II > 6.000

Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế,
chính trị, văn hoá lớn của đất nước, nối vào đường
cao tốc và đường cấp I.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang12

Cấp đường
Lưu lượng
xe thiết kế
(xcqđ/nđ)
Chức năng của đường
Quốc lộ
Cấp III >3.000
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế,
chính trị, văn hoá lớn của đất nước, của địa
phương, nối vào đường cao tốc, đường cấp I, cấp
II, cấp III.
Quốc lộ hay đường tỉnh
Cấp IV > 500
Đường nối các trung tâm của địa phương, các
điểm lập hàng, các khu dân cư. Đường nối vào
đường cấp I, cấp II và cấp III.
Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện.
Cấp V >200
Đường phục vụ giao thông địa phương.
Đường tỉnh, đường huyện, đường xã
Cấp VI < 200 Đường huyện, đường xã.
Ghi chú bảng 1.2: Trị số lưu lượng này chỉ để tham khảo. Chọn cấp hạng
đường nên căn cứ vào chức năng của đường và theo địa hình.
Các đoạn tuyến phải có một chiều dài tối thiểu thống nhất theo một cấp.
Chiều dài tối thiểu này đối với đường từ cấp IV trở xuống là 5 km, với các cấp

khác là 10 km.
+ Tốc độ thiết kế.
- Tốc độ thiết kế là tốc độ được dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ
yếu của đường trong trường hợp khó khăn. Tốc độ này khác với tốc độ cho phép
lưu hành trên đường của cơ quan quản lý đường. Tốc độ lưu hành cho phép, phụ
thuộc tình trạng thực tế của đường (khí hậu, thời tiết, tình trạng đường, điều kiện
giao thông, ).
- Tố
c độ thiết kế các cấp hạng đường theo điều kiện địa hình, xem trong bảng
1.3.


Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang13


Bảng 1.3
Cấp hạng I II III
IV
V VI
Địa hình
ĐB
&Đ
ĐB
&Đ
ĐB
&Đ
N
Núi
ĐB
&Đ

Núi
ĐB
&
Đ
Núi
ĐB
&Đ
Núi
Tốc độ thiết kế
V
tt
km/h
120 100 80 60 60 40 40 30 30 20
Ghi chú bảng 1.3 - Địa hình có độ dốc ngang sườn đồi, núi phổ biến trên 30%
xếp vào loại địa hình núi, nhỏ hơn và bằng 30% xếp vào địa hình đồng bằng và
đồi.























Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang14

CHƯƠNG 2
SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG

§1. CÁC LỰC TÁC DỤNG VÀO Ô TÔ KHI XE CHẠY.
Khi xe chạy trên đường, ngoài lực kéo ô tô còn chịu tác dụng của các loại lực
cản khác nhau bao gồm: lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính và lực
cản do dốc (Hình 2.1).
Pω
Pj
Pf
Pk
α
Pi

Hình 2.1 Các lực tác dụng trên ô tô khi xe chạy
P
k
– lực kéo; P
f
– lực cản lăn; P

w
- lực cản không khí
P
i
– lực cản lên dốc; P
j
– lực cản quán tính
1. Lực cản lăn P
f

Khi xe chạy, lực cản lăn ngược chiều với lực kéo, cản trở sự chuyển động của
ô tô. Lực cản lăn sinh ra là do sự biến dạng giữa lốp xe với mặt đường khi bánh xe
tác dụng lên mặt đường và do mặt đường không bằng phẳng gây nên. Thực nghiệm
cho thấy tổng lực cản lăn trên tất cả các bánh xe P
f
tỉ lệ thuận với trọng lượng G
(daN) của ô tô:
P
f
= f.G (daN) (2-1)
Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, loại mặt đường và tốc
độ xe chạy.
Khi tốc độ xe chạy V ≤ 60Km/h thì f ít thay đổi, chỉ phụ thuộc vào loại mặt
đường và tình trạng của mặt đường và ký hiệu là f
0
. (Bảng 2.1).

Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang15

Bảng 2.1

Loại mặt đường Hệ số f
0
Loại mặt đường Hệ số f
0

+ Bê tông xi măng
và bê tông nhựa
+ Đá dăm đen
+ Đá dăm

0,01 – 0,02

0,02 – 0,025
0,03 – 0,05
+ Lát đá
+ Đất khô và bằng phẳng
+ Đất ẩm và không
bằng phẳng
+ Đất cát rời rạc
0 ,04 – 0,05
0,04 – 0,05
0,07 – 0,15

0,15 – 0,30
Khi tốc độ xe chạy 60Km/h < V < 150Km/h thì hệ số lực cản lăn f
v
được xác
định theo công thức thực nghiệm sau:
f
v

= f
0
(1+4,5.10
-5
.V
2
) (2-2)
trong đó: f
0 -
hệ số lực cản lăn khi V ≤ 60Km/h, V – vận tốc xe chạy (Km/h).
2. Lực cản do không khí P
w
Khi xe chạy, lực cản không khí gây ra do phản lực của khối không khí phía
trước, do ma sát của thành xe với không khí hai bên và do khoảng chân không phía
sau ô tô hút lại.
Lực cản không khí phụ thuộc vào tốc độ xe chạy, mật độ của không khí,
hình dạng và độ trơn của bề mặt thân xe.
Theo khí động học, lực cản không khí khi không có gió được xác định theo
công thức:

13
K.F.V
2
3,6
V

2
v
w
P

22
=== FKFc
ρ
(2-3)
trong đó:
K = c.ρ – hệ số lực cản không khí phụ thuộc vào loại xe
c: hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào hình dạng và độ trơn bề mặt thân
xe.
ρ: mật độ không khí ở độ cao mưc nước biển ρ=0,125(Ns
2
/m
4
)
F – diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô).
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang16

F = 0,8.B.H (m
2
): đối với xe con hiện đại.
F = 0,9.B.H (m
2
): đối với xe tải và xe buýt.
(B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô).
v,V: – vận tốc xe chạy, có thứ nguyên m/s, km/h.
Giá trị sơ bộ của K và F của các loại xe được lấy theo bảng 2.2 sau:
Loại xe F (m
2
) K (Ns
2
/m

4
)
Xe tải nặng 6,0 0,64- 0,74
Xe tải vừa 3,0 -4,0 0,54- 0,69
Xe buýt 4,5- 7,0 0,24 -0,49
Xe con 1,4 -2,6 0,15- 0,29
Xe đua 1,0 -1,5 0,10 -0,15
3. Lực cản do lên dốc P
i

Là do trọng lượng bản thân của ô tô gây ra khi xe chuyển động trên mặt
phẳng nằm nghiêng.

Hình 2.2
Ta có: P
i
= G. sinα
Do α nhỏ nên sinα ≈ tgα = i
i – độ dốc dọc của đường.
Do đó: P
i
= ± G. i (2-4)
Khi xe lên dốc lấy dấu “+” và khi xe xuống dốc lấy dấu “-“.

Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang17

4. Lực cản do quán tính P
j

Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc. Khi xe tăng tốc thì lực quán tính này

cản trở sự chuyển động của ô tô. Bao gồm sức cản quán tính do chuyển động tịnh
tiến của ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô.
Do đó ta có:
dt
dv
g
G

dt
dv
m.δ.P
j
δ
==
(2-5)
trong đó:
m – khối lượng của ô tô; G – trọng lượng của ô tô (daN), g – gia tốc trọng
trường; v – tốc độ xe chạy, t – thời gian; δ - hệ số xét đến lực cản quán tính của các
bộ phận quay.
δ = 1,04 + n.i
k
2

n = 0,03 – 0,05 đối với xe con
n = 0,05 – 0,07 đối với xe tải
i
k
– tỷ số truyền động của hộp số.
Dấu “+P
j

” ứng với trường hợp tăng tốc và dấu “-P
j
” ứng với trường hợp giảm
tốc .
5. Lực kéo P
k

Khi xe chạy động cơ đốt cháy nhiên liệu sản xuất ra công suất hiệu dụng N
và từ công suất tạo ra mômen quay ở trục khuỷu của động cơ M
đc
. Giữa công
suất hiệu dụng N và mômen quay ở trục khuỷu có quan hệ sau :

75
.
= N
ω
dc
M
mã lực

mkg
n
N
M
n
dc
.2,716
60
.2

=⇒=
π
ω
n(vòng/phút)
Nhờ bộ phận ly hợp mômen quay của động cơ truyền qua hộp số có các tỷ
số truyền động (i
k
) và nhờ trục truyền động mômen quay của động cơ được
truyền đến bộ phận truyền động cơ bản ở trục xe với tỷ số truyền động (i
0
) và
cuối cùng mômen quay của động cơ được truyền đến bánh xe chủ động. Do
phải truyền qua nhiều bộ phận nên M
đc
bị tổn thất và được thể hiện qua hệ số
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang18

hiệu suất truyền động ξ
k
. Như vậy : mômen quay của bánh xe chủ động còn lại
là M
k
và mômen quay của bánh xe chủ động sinh ra lực kéo P
k
.
k
k
kodc
k
k

r
iiM
r
M
ξ
.

= P
k
=
(2-6)
P
k
: lực kéo

Hình 2.3
M
k
:mômen quay của bánh xe chủ động.
i
o
: số truyền động của truyền động cơ bản.
i
k
:

truyền động của hộp số.
r
k
: bán kính của bánh xe chủ động có xét đến biến dạng của lốp xe.

ξ
k
: hiệu suất truyền động, với xe tải và xe buýt 0.80 – 0.85, với xe con
0.85 –0.90
r : bán kính của bánh xe chủ động.
r
k
= r.λ
λ: hệ số biến dạng của lốp xe, với áp lực bánh xe thấp 0.93-0.935, cao
0.945-0.95 được áp dụng cho các xe tải.




Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang19

§2. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ BIỂU ĐỒ
NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC.
Để ô tô có thể chuyển động được trên đường thì động cơ của ô tô phải sản
sinh ra một sức kéo không nhỏ hơn tổng các lực cản trên đường, do vậy phương
trình chuyển động của ô tô là:
P
k
= P
f
± P
i
+ P
w
± P

j

Hay
dt
dv
g
G
δ
13
kFV
2
+ G.i f.G P
k
+±=
Đặt
G
13
kFV
P
2
k
= D
−
(2-7)
D - được gọi là nhân tố động lực của ô tô. Đặc trưng bằng lực kéo trên một
đơn vị trọng lượng của xe.
Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô, và
vế phải biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện đường.
Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác
nhau của m

ột loại ô tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó (Hình
2.4).

Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang20




Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang21



Hình 2.4 Biểu đồ nhân tố động lực của một số ô tô

dt
dv
g
δ
if
= D +±

dt
dv
g
δ
+ = D
ψ
(2-8)
Trong đó ψ= (f± i): lực cản đơn vị của đường ô tô
Dấu “+” ứng với trường hợp xe lên dốc.

Dấu “-” ứng với trường hợp xe xuống dốc.
Dựa vào phương trình trên nhận thấy:
- Khi D = ψ thì xe chuyển động đều (
0
dt
dv
= )
- Khi D > ψ thì xe chuyển động nhanh dần đều
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang22

- Khi D < ψ thì xe chuyển động chậm dần đều và tình trạng này kéo dài sẽ
dẫn đến xe phải dừng lại
Vậy điều kiện chuyển động đều của ô tô về mặt sức kéo (điều kiện cần) sẽ là:
D
≥ ψ (2-9)
§3. LỰC BÁM CỦA LỐP XE VỚI MẶT ĐƯỜNG.
Xét một bánh xe chủ động như hình 2.5, nếu tại điểm tiếp xúc A không có
phản lực T của đường tác dụng vào lốp xe thì bánh xe sẽ quay tại chỗ, xe không
chuyển động được. Phản lực T có được là do sức bám giữa lốp xe với mặt đường.

Hình 2.5 Sức bám của lốp xe với mặt đường
Lực bám T là một lực bị động, nghĩa là khi có lực tác dụng của bánh xe vào
mặt đường (chính là lực kéo P
k
) thì đường mới tác dụng trở lại bánh xe một lực là
T. Do vậy nếu giữa bánh xe và mặt đường có đủ sức bám thì luôn luôn có T = P
k
.
Nếu sức kéo P
k

càng lớn thì T càng lớn. Nhưng sức bám giữa lốp xe với mặt đường
là một nhân tố khách quan nên không phải sức bám cứ tăng mãi được mà chỉ tăng
đến một trị số nhất định là T
max
, tức là sức bám lớn nhất. Nếu P
k
> T
max
thì tại điểm
A bánh xe sẽ quay tại chỗ và trượt theo quán tính. Do vậy sức bám giữa lốp xe với
mặt đường là một điều kiện quan trọng để xe có thể chuyển động được và để đảm
bảo an toàn chạy xe.
Thực nghiệm cho thấy sức bám lớn nhất T
max
tỉ lệ thuận với trọng lượng trục
xe chủ động G
k
.
T
max
= ϕ
d
G
k
kG (2-10)
trong đó: ϕ
d
- hệ số bám (hệ số ma sát) giữa lốp xe với mặt đường, phụ thuộc
chủ yếu vào tình trạng và độ nhám của mặt đường.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang23


Do cấu tạo bề mặt của lốp xe ô tô theo phương dọc và phương ngang khác
nhau, nên hệ số bám theo phương dọc ϕ
d
và hệ số bám theo phương ngang ϕ
n
cũng
khác nhau. Thường ϕ
d
= (0,7 – 0,8) ϕ, ϕ
n
= (0,6 – 0,7) ϕ, ϕ: hệ số bám theo phương
tổng hợp.
Khi xét điều kiện ổn định của xe chuyển động trong các đoạn đường cong có
bán kính nhỏ phải xét theo hệ số bám theo phương ngang ϕ
n

Khi xét đến khả năng khởi hành của xe ô tô và xác định chiều dài đoạn đường
hãm phanh gấp của xe ô tô phải xét theo hệ số bám theo phương dọc ϕ
d

Bảng 2-3
Áo đường
Giá trị
ϕ
d

Nhám và khô 0,7 và lớn hơn
Ít nhám và khô 0,6
Bình thường 0,5

Am ướt, Có bùn 0,2 – 0,3

Yêu cầu về hệ số bám dọc cho các đoạn đường: Bảng 2-4
Điều kiện
chuyển động
Đặc trưng của các đoạn đường
Trị số ϕ
d
tối thiểu


Thuận tiện
Đoạn đường thẳng, đường vòng
có bán kính > 1000m, độ dốc
dọc nhỏ hơn 3%, lề đường có
gia cố, không giao cắt cùng
mức với đường ô tô khác và lưu
lượng xe chạy nhỏ


0,45

Khó khăn
Đoạn đường vòng có bán kính
(250 – 1000)m, độ dốc dọc nhỏ
hơn (3 – 6)%, đường có lưu
lượng xe chạy trung bình

0,50 – 0,45
Đoạn đường không bảo đảm

tầm nhìn, độ dốc dọc lớn hơn

Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang24

Điều kiện
chuyển động
Đặc trưng của các đoạn đường
Trị số ϕ
d
tối thiểu
Nguy hiểm độ dốc dọc tính toán, vùng nút
giao thông cùng mức. Đường có
lưu lượng xe chạy cao.
0,60
Nếu tất cả các bánh xe của ô tô đều là bánh xe chủ động thì G
k
= G, G –
trọng lượng toàn bộ xe.

Như vậy, điều kiện chuyển động của ô tô về mặt sức bám là:
P
k
≤ T
max
= ϕ G
k

Hay
G
P

.
G
PP
w
w
k
= D −≤
−
ϕ
m (2-11)
m: hệ số phân bố tải trọng lên bánh xe chủ động.
m = 0,50 – 0,55 đối với xe con
m = 1 khi tất cả các bánh xe đều là bánh chủ động.
Do đó, trong thiết kế đường, để đảm bảo ổn định và an toàn cho xe chạy thì
việc tăng hệ số bám ϕ có ý nghiã rất quan trọng.

Như vậy: Điều kiện cần và đủ để ô tô chuyển động được trên đường là:
G
P
.
w
Di)(f −≤≤±
ϕ
m (2-12)
§4. CÁC BÀI TOÁN VỀ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC
1. Bài toán 1: Xác định độ dốc dọc lớn nhất của đường ứng với một loại
xe chuyển động đều với vận tốc V:
Khi xe chạy chuyển động đều thì D = Ψ = f
v
± i

Xét cho trường hợp xe chuyển động lên dốc. Theo điều kiện cần ta có:
D
max
= f
v
+ i
max
hay i
max
= D
max
- f
v

Trong đó: f
v
: hệ số lực cản lăn ứng với vận tốc V và loại mặt đường dự kiến
xây dựng.
D
max
: được xác định dựa vào biểu đồ nhân tố động lực của loại xe đang xét
ứng với vận tốc xe chạy đã cho.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang25

Theo điều kiện đủ:

G
P
.
w

D
max
−≤
d
m
ϕ

2. Bài toán 2: Xác định vận tốc chuyển động đều lớn nhất của loại xe trên
một đoạn đường có độ dốc dọc và loại mặt đường đã biết:
Điều kiện để xe chuyển động đều thì D = Ψ hay D cân bằng với Ψ nên vận
tốc của xe trong trường hợp này được gọi là vận tốc cân bằng.
Do Ψ = f ± i, tuy nhiên chúng ta đang tìm V. Vậy trong trường hợp này
chúng ta phải tìm V bằng cách giải gần đúng dần như sau:
Có i và loại mặt đường ( có f
0
), giả thiết V
1
tính f
v1
, ta có Ψ = f
v1
± i. Cho
D=Ψ tra biểu đồ nhân tố động lực ta tìm được V
2
. Nếu V
1
≥ V
2
thì V
cb

= V
1
. Nếu
V
2
khác V
1
nhiều thì phải tiếp tục lặp lại quá trình tính toán cho đến khi V giả thiết
gần bằng V tra trong biểu đồ nhân tố động lực.
§5. CHIỀU DÀI HÃM XE.
Khi xử lý các tình huống giao thông trên đường thì người lái xe thường phải
căn cứ vào khoảng cách tới các chướng ngại vật để ước tính cường độ hãm phanh
sao cho xe vừa kịp dừng lại trước chúng. Khi thiết kế đường phải đảm bảo khoảng
cách này cho người lái xe trong mọi trường hợp. Do đó, khi xét điều kiện an toàn
chạy xe, chiều dài hãm xe có một ý nghiã rất quan trọng.
Khi hãm phanh trên các bánh xe, má phanh tác dụng vào vành xe sinh ra mô
men hãm M
h
và mô men này sinh ra lực hãm phanh P
h
như hình 2.6.
Ph
Fh
rk
A
M
h
r
F'h


Hình 2.6 Sơ đồ phát sinh lực hãm xe