TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỔN ĐỊNH (QUAY VÒNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG)
CHUYỂN ĐỘNG XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG (4X4)

SVTH: TRẦN THANH QUÂN
MSSV: 13145207
SVTH: HUỲNH KHỞI MINH
MSSV: 13145159
GVHD: TS. LÂM MAI LONG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Tên đề tài:

ỔN ĐỊNH (QUAY VÒNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG)
CHUYỂN ĐỘNG XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG (4X4)

SVTH: TRẦN THANH QUÂN
MSSV: 13145207

SVTH: HUỲNH KHỞI MINH
MSSV: 13145159
GVHD: TS. LÂM MAI LONG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
2


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép chúng em gửi lời cảm ơn đến nhà trường, khoa Cơ khí
Động lực đã tạo điều kiện, cung cấp các tài liệu tham khảo và tạo môi trường cho
chúng em thực hiện đề tài tốt nghiệp. Thứ hai, chúng em đặc biệt cảm ơn thầy Lâm
Mai Long, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi
để chúng em có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp.
Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức về chun mơn của chúng em
cịn nhiều hạn hẹp, nên mong q thầy cơ, các bạn có thể đóng góp nếu có mọi sai
sót, để đề tài được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn và chúc các thầy cô sức khỏe và thành đạt.

3


TÓM TẮT
Đề tài tốt nghiệp nghiên cứu về sự ổn định chuyển động khi quay vòng và
chuyển động thẳng của xe ô tô du lịch nhiều cầu chủ động. Đề tài thực hiện việc
nghiên cứu về cơ học lăn của bánh xe – góc lệch hướng, đặc tính hướng, sự
truyền năng lượng trên xe nhiều cầu chủ động, lý thuyết về ổn định chuyển động
thẳng và quay vòng sử dụng mơ hình phẳng một vết, lập mơ hình và tính toán ổn
định chuyển động. Kết quả thu được cho thấy, khi ta tăng vận tốc chuyển động khi
quay vịng thì tính chất quay vịng thiếu càng thể hiện rõ ở xe có cầu trước chủ

động, thể hiện ít nhất ở xe có cầu sau chủ động, đối với trường hợp 2 cầu chủ động
là trung tính. Xe có cầu trước chủ động thì độ mất ổn định cao nhất, cần đánh thêm
tay lái nhiều nhất, sau đó đến xe 2 cầu và cuối cùng là xe có cầu sau chủ động. Sự
thay đổi vận tốc tỉ lệ thuận với bán kính quay vịng thực tế của xe. Đối với trường
hợp ổn định chuyển động thẳng, khi khảo sát với một vận tốc khơng đổi thì khơng
có sự khác biệt rõ rệt về bán kính quay vịng ở xe có cầu trước, cầu sau và 2 cầu
chủ động.

4


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH

5


DANH MỤC CÁC BẢNG

6


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
1.1.Lời mở đầu
Tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ cho quỹ đạo chuyển động theo
yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Tùy thuộc điều kiện sử dụng,
ơ tơ có thể đứng n, chuyển động trên đường dốc (đường có gốc nghiêng dọc
hoặc nghiêng ngang) có thể phanh hoặc quay vòng ở các loại đường khác nhau

(đường xấu hoặc đường tốt…).
Ổn định chuyển động của ô tô là một yêu cầu rất quan trọng. Khái niệm
chuyển động ổn định của ô tô là khi ô tô chuyển động thẳng, thì nó phải duy trì
được hướng chuyển động thẳng và không bị lệch, nếu như người lái không đánh
vơ lăng hay khơng lý do gì đánh vơ lăng thì ơ tơ phải duy trì được hướng chuyển
động thẳng của nó. Nhưng thực tế ơ tơ cũng khó giữ được quỹ đạo chuyển động
thẳng, nó sẽ chịu tác động của nhiều yếu tố làm cho sự ổn định chuyển động thẳng
của ơ tơ bị ảnh hưởng. Cịn khái niệm chuyển động khi quay vịng là khi người lái
đánh vơ lăng để điều khiển hướng chuyển động mong muốn, nhưng khi đánh vơ
lăng như vậy thì trạng thái quay vịng của ơ tơ nó sẽ chịu ảnh hưởng của rất nhiều
yếu tố, trong lý thuyết ơ tơ thì người có phân ra làm ba trạng thái quay vòng: quay
vòng thiếu, quay vịng thừa, quay vịng trung tính. Và chúng ta sẽ phân tích ba
trạng thái quay vịng này để đánh giá tính ổn định chuyển động của ơ tơ.
1.2.Mục đích của đề tài
Nội dung của đề tài là xây dựng được mơ hình nghiên cứu lý thuyết để thiết
lập các phương trình mơ tả quỹ đạo chuyển động của ơ tơ bằng mơ hình phẳng một
vết. Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe khi biết trước quy luật đánh lái, xem xét
các nhân tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động khi ơ tơ quay vịng có kể đến các
đặc tính biến dạng của lốp, sự phân bố tải trọng lên các bánh xe, phân phối công
suất, thay đổi vận tốc của xe, điều đó làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô.
Ta đặc biệt quan tâm đến xe có cầu chủ động là bởi vì ngun nhân chủ yếu khiến
7


cho ô tô bị mất ổn định khi chuyển động thẳng và quay vịng là do góc lệch hướng
tại các bánh xe, mà góc lệch hướng của ơ tơ của cầu trước, cầu sau không chỉ phụ
thuộc vào lực ngang mà cịn phụ thuộc chủ yếu vào việc bố trí cầu chủ động, lực
kéo có hay khơng có, lực kéo lớn hay lực kéo nhỏ, như vậy việc phân bố lực kéo ở
các cầu chủ động sẽ làm ảnh hưởng đến sự trượt của cầu đó. Vì vậy, ta sẽ nghiên
cứu về ổn định chuyển động thẳng và quay vòng giữa ơ tơ có hai cầu chủ động xem

nó khác với ô tô một cầu chủ động như thế nào.
1.3.Giới hạn của đề tài
Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài “Ổn định (quay vòng và chuyển động
thẳng) chuyển động xe nhiều cầu chủ động (4x4)” chỉ nghiên cứu tập trung vào
các nội dung sau:


Tính tốn các thơng số quay vòng của xe.



Các yếu tố ảnh hưởng đến quay vịng.



Xây dựng phương trình quay vịng của ơ tơ.

1.4.Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp nghiên cứu tài liệu: trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu có
liên quan đến lý thuyết quay vịng của xe ơ tơ, tính ổn định của các bánh
xe dẫn hướng, thu thập tài liệu qua sách, luận văn thạc sĩ, qua Internet và
các tiêu chuẩn quốc tế về quay vòng.
 Phương pháp giải hệ phương trình bằng cách sử dụng phần mềm
Labview để giải quyết các thuật tốn, giải phương trình quay vịng.


So sánh đánh giá.

8



CHƯƠNG 2
CƠ HỌC LĂN – GÓC LỆCH HƯỚNG – ĐẶC TÍNH HƯỚNG
2.1.Bánh xe
Chức năng chính của bánh xe:
-

Chịu tác dụng của trọng lượng xe.
Một phần tử giảm chấn.
Là một bộ phận chuyển đổi năng lương cơ học của chuyển động quay

-

thành chuyển động tịnh tiến.
Là bộ phận điều khiển lái.

Bánh xe là phần tử nối giữa xe và mặt đường, nhờ có bánh xe mà cơng suất
từ động cơ được truyền xuống đến mặt đường và giúp cho xe chuyển động. Các
đặc tính của bánh xe sẽ gây ảnh hưởng rõ rệt đến các đặc tính của xe như đặc tính
kéo, tính kinh tế nhiên liệu, tính điều khiển và ổn định chuyển động của xe. Vì vậy,
nghiên cứu cơ học lăn của bánh xe là phần tất yếu khi muốn nghiên cứu về tính ổn
định chuyển động của xe.
Trước tiên, chúng ta đi vào khái niệm các loại bán kính bánh xe. Bán kính
bánh xe là một thơng số quan trọng, có nhiều liên hệ trong việc nghiên cứu về các
đặc tính của bánh xe cũng như ổn định chuyển động của ơ tơ.
2.1.1.Bán kính thiết kế r0
r0 là bán kính của bánh xe khơng quay, khơng chịu tải, áp suất trong lốp ở mức
danh định. Bán kính này được xác định theo kích thước tiêu chuẩn trên lớp, được
cho bởi nhà chế tạo.
Ví dụ: một lốp có ký hiệu B-d

Trong đó: B – Bề rộng của lốp (mm)
d – Đường kính vành bánh xe (inch)
Lúc đó r0 được xác định như sau:
(mm)

(2.1)
9


2.1.2.Bán kính tự do rtd
rtd là bán kính của bánh xe khơng chịu tải. Bán kính này sẽ thay đổi do ảnh
hưởng của dung sai chế tạo, lực ly tâm và áp suất khí trong lốp. Giá trị r td sẽ tăng
nếu ωb tăng lên.
2.1.3.Bán kính tĩnh rt
Bán kính tĩnh rt là khoảng cách từ tâm bánh xe tới mặt đường khi bánh xe
đứng yên và chịu lực tác dụng theo chiều thẳng đứng. Giá trị của r t phụ thuộc vào
các lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe và áp suất khơng khí trong lốp.
2.1.4.Bán kính động lực học rd
Bán kính động lực học rd là khoảng cách từ tâm bánh xe đến mặt đường khi
bánh xe đang lăn và chịu các lực tác dụng theo cả 3 chiều dọc, đứng và ngang
Giá trị rd phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe
Lực ly tâm khi bánh xe quay
Mômen chủ động Mk hoặc mơmen phanh Mp
Áp suất khơng khí trong lốp
2.1.5 Bán kính lăn rl
Bán kính lăn rl khơng phải là thơng số hình học mà là thơng số động học, nó tỷ
lệ giữa vận tốc tịnh tiến thực tế v và vận tốc góc ωk của bánh xe. Bán kính lăn được
xác định:
(2.2)

Như vậy, bán kính lăn là bán kính của một bánh xe ảo, nó chuyển động khơng
có trượt với vận tốc tịnh tiến tương đương với bánh xe thực tế. rl có thể coi là
khoảng cách từ tâm bánh xe tới cực P của chuyển động tương đối giữa bánh xe với
mặt đường.
Giá trị rl phụ thuộc vào các thông số sau:
Tải trong tác dụng lên bánh xe.
Áp suất khơng khí trong lốp.
Độ đàn hồi của vật liệu chế tạo lốp .
Khả năng bám của bánh xe với đường.
10


Giá trị mô men chủ động Mk hoặc mô men phanh Mp.
Sự phụ thuộc giữa bán kính lăn rl vào lực kéo Fk hoặc mô men chủ động Mk
-

hoặc lực phanh Fp hoặc mô men phanh Mp được sử dụng phù hợp khi khảo sát sự
phân phối công suất cho nhiều cầu chủ động qua hợp phân phối mà không sử dụng
vi sai.

Hình 2. 1: Đặc tính quan hệ giữa bán kính lăn và lực kéo rl(Fk)
Để đơn giản hóa thì mối quan hệ r l(Fk) thường được tuyến tính hóa trong
tồn bộ vùng tác dụng của mơ men theo cơng thức:
(2.3)
Hoặc:
(2.4)
Ở đây:
λM (có đơn vị N-1); λf (có đơn vị N-1.m) là các hệ số thay đổi bán kính lăn (hoặc
hệ số biến dạng vòng).
Giá trị của chúng thay đổi theo phạm vi khá rộng, phụ thuộc vào loại lốp.

Bán kính rlo là bán kính lăn của bánh xe bị động, mà trên nó khơng có tác dụng
bất kỳ mô men nào (Mk = Mp = 0).
Khi giá trị lực kéo (hoặc mô men chủ động M k) tác dụng lên bánh xe tăng dần
và xuất hiện sự trượt quay giữa bánh xe với mặt đường thì r l giảm xuống. Khi bánh
xe bị trượt quay hoàn toàn (Fk = Fkmax = Fφ: lực bám) thì rl = 0.
11


Khi giá trị lực phanh (hoặc mô men phanh M p) tác dụng lên bánh xe tăng dần
và xuất hiện sự trượt lết giữa bánh xe với mặt đường thì r l sẽ tăng lên. Khi bánh xe
bị trượt lết hồn tồn (Fp = Fpmax = Fφ) thì rl .
2.1.6.Bán kính tính tốn (bán kính làm việc trung bình) r
Trong tính tốn thực tế, người ta thường sử dụng bán kính của bánh xe có kể
đến sự biến dạng của lốp do ảnh hưởng của nhiều tố tố khác nhau.Giá trị của bán
kính này so với bán kính thực tế có sai lệch khơng nhiều.
(2.5)
2.2.Động học lăn của bánh xe khơng biến dạng
2.2.1.Các khái niệm
•

Vận tốc chuyển động lý thuyết v0:
v0 là vận tốc của ơ tơ chuyển động hồn tồn khơng có trượt.
(2.6)
Với:
Sl – Qng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn.
t – Thời gian bánh xe đã lăn.
r – Bán kính tính tốn của bánh xe.
Nb – Tổng số vòng quay của bánh xe.
ωk – Vận tốc góc của bánh xe.


•

Vận tốc chuyển động thực tế v:
v là vận tốc chuyển động của xe khi có tính đến ảnh hưởng của sự trượt
của bánh xe với mặt đường.
(2.7)
Với:
St – Quãng đường thực tế mà bánh xe đã lăn.
rl – Bán kính lăn của bánh xe.
12


Vận tốc trượt vδ:

•

Khi xe chuyển động, xuất hiện sự trượt giữa bánh xe và mặt đường thì vận tốc
thực tế của xe và vận tốc lý thuyết sẽ khác nhau. Sự chênh lệch của 2 vận tốc này
chính là vận tốc trượt:
(2.8)
•

Hệ số trượt và độ trượt:
 Hệ số trượt và độ trượt khi kéo:
Sự trượt của bánh xe thể hiện qua thông số trượt δk:
(2.9)


Hệ số trượt và độ trượt khi phanh:


Trong trường hợp phanh, ta có hệ số trượt và độ trượt như sau:
(2.10)
2.2.2.Các quan hệ động học khi bánh xe lăn
Khi bánh xe lăn có thể xảy ra hiện tượng trượt (trượt quay khi kéo hoặc trượt
lết khi phanh), điều này sẽ làm ảnh hưởng đến vận tốc thực tế của xe. Có thể có 3
trạng thái lăn:
•

Bánh xe lăn khơng trượt:
Trong trường hợp này, tốc độ của tâm bánh xe bằng với tốc độ vòng. Nghĩa là

tốc độ lý thuyết bằng với tốc độ thực tế (v = v0 = r.ωk):

13


Hình 2. 2: Bánh xe lăn khơng trượt
Do vậy, tâm quay tức thời P của bánh xe nằm trên vành bánh xe và bán kính
lăn bằng bán kính tính tốn: rl = r
Trạng thái này chỉ có được ở bánh xe bị động với Mp = 0, lúc đó vδ = 0.
•

Bánh xe lăn có trượt quay:
Trường hợp này bánh xe đang có lực kéo, tốc độ của tâm bánh xe (tốc độ thực

tế) v nhỏ hơn tốc độ lý thuyết v0, do vậy cực P nằm trong vòng bánh xe và rl < r.
Trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, theo quy luật phân bố vận tốc sẽ
xuất hiện một vận tốc trượt Vδ ngược hướng trục X.
Vδ = V - V0 < 0


Hình 2. 3: Bánh xe chủ động trượt quay
Theo (2.9) hệ số trượt kéo được tính:
14


k

=

Ở trạng thái bánh xe trượt quay hoàn toàn (bánh xe chủ động quay, xe
đứng yên) ta có:
v = 0; ωk > 0
vδ = v - v0 = -v0 k = 1 (trượt quay hồn tồn)
•

Bánh xe lăn có trượt lết:
Đây là trường hợp bánh xe đang được phanh. Ở trường hợp này, tốc độ lý

thuyết v0 nhỏ hơn tốc độ thực tế v, cực P nằm bên ngoài bánh xe và r l > r. Tại vùng
tiếp xúc của bánh xe với mặt đường cũng xuất hiện tốc độ trượt v δ, nhưng hướng
theo chiều trục X.
Vδ = V-V0 > 0

Hình 2. 4: Bánh xe phanh
Độ trượt khi phanh:
δP =
Ở trạng thái bánh xe bị trượt lếch hoàn toàn (bánh xe bị hãm cứng không
quay, xe và bánh xe vẫn chuyển động tịnh tiến):
v 0; ωk = 0
v0 = ωk.r = 0 vδ = v δP = -1

2.3 Động lực học chuyển động bánh xe
15


Chúng ta sẽ khảo sát lực và mô men tác dụng lên bánh xe đang lăn trên
đường khi khơng có lực ngang tác dụng dưới bánh xe. Trong thực tế sẽ có 3 trạng
thái chuyển động khác nhau ở các bánh xe:
2.3.1.Bánh xe bị động không phanh (Mk = 0, MP = 0)

Hình 2. 5: Các lực và mơ men tác dụng lên bánh xe bị động khi lăn
Khi đó bánh xe sẽ chịu các lực sau đây:
Từ khung xe: Tải trọng thẳng đứng, ký hiệu là G b và lực đẩy đặt tại tâm trục và
bánh xe, hướng theo chiều chuyển động, ký hiệu là F x. Hợp lực của Fx và Gb đi qua
ổ trục và nghiêng một góc αcắt mặt đường ở khoảng cách a.
Từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe các phản lực tiếp tuyến mà hợp lực
của chúng ký hiệu là X và các phản lực pháp tuyến mà hợp lực của chúng là Z.
Phản lực tiếp tuyến xuất hiện là do tại tâm trục bánh xe tồn tại lực Fx. Mà lực
này có xu hướng đẩy vết tiếp xúc giữa đường với lốp về phía trước theo chiều
chuyển động. Do đó tại vết tiếp xúc sẽ xuất hiện lực X, chống lại sự dịch chuyển đó,
xét về giá trị ta có:
X = Fx; Z = Gb

(2.11)

Với:
Z – Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe.
Gb – Trọng lượng tác dụng lên bánh xe.
16



Phản lực tiếp tuyến X ngược chiều chuyển động của xe, được coi là lực cản
lăn Ff, lực cản lăn phải được khắc phục bằng lực đẩy Fx, vì vậy ta có:
(2.12)
Với f là hệ số cản lăn.
Phương trình cân bằng mơmen tại tâm bánh xe:
(2.13)
Trong đó mơmen Mf được đưa vào sơ đồ nếu giả thiết các phản lực tác dụng
từ mặt đường nằm tại giao điểm của trục thẳng đứng đối xứng của bánh xe với
mặt đường. Mômen Mf gọi là mômen cản lăn của bánh xe. Từ sơ đồ ta có:
tg α = =

=f

(2.14)

2.3.2.Bánh xe chủ động (Mk 0, Mp = 0)
Đặt trên bánh bị động một mômen chủ động Mk (cùng chiều ωk). Mk cân bằng
với cặp lực Fk, một đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (gọi là lực
kéo tiếp tuyến), một đặt tại tâm bánh xe (là thành phần đẩy vào khung gây ra do
mơ men chủ động). Ta có các quan hệ sau:

Hình 2. 6: Các lực và mơ men tác dụng lên bánh xe chủ động khi lăn
Tải trọng thẳng đứng Gb vẫn bằng phản lực thẳng đứng Z: Z = Gb

(2.15)

Lực kéo tiếp tuyến Fk xác định bằng quan hệ : Fk =

(2.16)


Lưc đẩy tổng cộng vào khung xe : Fx = Fk – Ff = X

(2.17)
17


Với X còn gọi là phản lực tiếp tuyến của bánh xe với mặt đường. Khi kéo nó cùng
chiều với chiều chuyển động.
2.3.3.Bánh xe chủ động hoặc bị động bị phanh (Mp 0, Mk = 0)
Trong trường hợp này, mô men phanh Mp ngược chiều với ωk. Mp cân bằng với
cặp lực Fp, tức là:
Mp = Fp.rd Fp =

(2.18)

Mặt khác ta vẫn có Z = Gb
Cân bằng theo lực nằm ngang ta có lực tác dụng và khung xe :
Fx = Fp + Ff = X
•
•
•

(2.19)

Fp: Lực phanh
Fx: lực đẩy vào khung ngược chiều chuyển động của xe
X: Phản lực tiếp tuyến, khi phanh nó ngược chiều chuyển động của xe.

Hình 2. 7: Bánh xe phanh
Từ quan hệ lực của bánh xe chủ động rút ra rằng: lực truyền cho khung xe

không phải là lực Fk (hoặc lực Fp) mà là phản lực pháp tuyến X = Fx, tức là:
X = (Khi kéo)

(2.20)

X = (Khi phanh)

(2.21)

2.4.Sự bám và đặc tính trượt của bánh xe
2.4.1.Khả năng bám
18


Điều kiện để ô tô chuyển động được là ở các bánh xe chủ động phải có
mơmen xoắn chủ động truyền đến và tại bề mặt tiếp xúc giữa các bánh xe và mặt
đường phải có độ bám nhất định, thì mặt đường mới có thể tiếp nhận cơng suất
truyền xuống và đẩy xe chạy. Vì vậy, khả năng bám là khả năng bánh xe chuyển
động bình thường khơng có trượt quay dưới tác dụng của mô men chủ động hoặc
bánh xe khơng có trượt lết khi bánh xe đang chịu mô men phanh.
2.4.2.Hệ số bám φ
Để cho ô tô có thể chuyển động được thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt
đường phải có độ bám nhất định được đặc trưng bằng hệ số bám. Nếu độ bám (hệ
số bám) thấp thì bánh xe có thể bị trượt quay khi có mơ men xoắn lớn truyền từ
động cơ đến bánh xe chủ động. Trường hợp này thường xảy ra khi bánh xe chủ
động đứng trên mặt đất lầy hoặc đứng trên băng. Hệ số bám giữa bánh xe với mặt
đường đặc trưng cho sự trượt, có ý nghĩa lớn trong việc nghiên cứu động lực học
quay vòng của xe. Hệ số này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: chất lượng mặt
đường, kết cấu và trạng thái kỹ thuật của lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe và sự
trươt bánh xe.

Nếu xét khả năng bám theo chiều dọc (khi dưới bánh xe chỉ có tác dụng
của lực dọc: lực kéo hoặc lực phanh), thì hệ số bám là hệ số bám dọc φ x. Hệ số
bám dọc φx giữa bánh xe chủ động với mặt đường là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến
cực đại (sinh ra tại điểm tiếp xúc của bánh xe chủ động với mặt đường) trên tải
trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động.
(2.22)
Ngoài ra, nếu xét khả năng bám theo chiều ngang (khi dưới bánh xe chỉ có
phản lực ngang Yb), thì hệ số bám là hệ số bám ngang φ y và được định nghĩa
như sau:
(2.24)
2.4.3.Điều kiện bám

19


Ơ tơ có thể chuyển động được là nhờ sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường,
chính nhờ ma sát mà mặt đường mới có thể tiếp nhận cơng suất kéo từ động cơ
truyền xuống (Pk=Fk.v) và biến công suất này thành công suất đẩy ô tô chạy tới
(P=X.v).
Khi nói tới ma sát là nói tới sự trượt và trong q trình ơ tơ chuyển động khơng
thể khơng có trượt và công suất kéo P k phải mất đi một lượng đáng kể cho công
suất trượt mất mát này (P δ = Fk.V δ). Như đã biết trong phần bán kính lăn thì sự
trượt liên quan đến lực kéo hay lực phanh. Lực này càng lớn thì trượt càng
nhiều (bán kính lăn càng thay đổi). Khi lực kéo hoặc lực phanh đạt giá trị cực
đại thì bánh xe sẽ ở trạng thái trượt hồn tồn. Chính vì vậy ta có thể nói: lực
kéo hoặc lực phanh khơng thể lớn tùy ý mà bị giới hạn bởi lực bám.
Lực kéo tiếp tuyến cực đại phát sinh theo điều kiện bám giữa bánh xe chủ
động với mặt đường như sau:
Fkmax = φx.Gb


(2.25)

Nếu gọi Z là phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thì:
Z = Gb

(2.26)

Lúc đó lực bám dọc được xác định như sau:
Fφx = φx.Z

(2.27)

Để cho bánh xe chủ động khơng bị trượt quay thì lực kéo tiếp tuyến cực
đại phải nhỏ hơn lực bám dọc giữa bánh xe và mặt đường:
Fkmax (Fpmax) ≤ Fφx = φx.Z

(2.28)

Từ biểu thức trên ta thấy rằng lực bám F φ tỷ lệ thuận với hệ số bám φ và trọng
lượng bám Z, mà lực kéo tiếp tuyến cực đại Fkmax lại bị giới hạn bởi lực bám Fφ,
cho nên muốn sử dụng hết lực kéo tiếp tuyến Fkmax do động cơ truyền xuống để
thắng lực cản chuyển động thì cần thiết phải tăng lực bám F φ nghĩa là phải tăng
hệ số bám hay tăng tải trọng Z hoặc cùng tăng cả hai.
Điều này thể hiện ở ô tơ có tính năng cơ động cao. Để tăng lực bám Z thì
ở các ơ tơ này dùng lốp có vấu cao nhằm tăng hệ số bám φ và dùng nhiều cầu
chủ động để sử dụng toàn bộ trọng lượng của ô tô làm trọng lượng bám.
20


Khi dưới bánh xe có phản lực ngang tác dụng thì khả năng bám theo chiều

ngang được thể hiện qua lực bám ngang Fφy:
(2.29)
Nếu khi ô tô chuyển động ở vận tốc cao trên đường vòng hoặc đường
nghiêng, lực ly tâm sẽ đóng vai trị lực ngang, nếu lực ly tâm tăng đến một giá
trị nào đó lớn hơn giới hạn bám ngang của các bánh xe với mặt đường sẽ gây
ra hiện tượng trượt ngang làm mất tính ổn định hoặc tính dẫn hướng của ơ tơ.
Vì vậy để cho bánh xe khơng bị trượt ngang thì phản lực ngang cực đại phải
nhỏ hơn hoặc bằng lực bám ngang:
Ybmax Fφy

(2.30)

2.4.4.Đặc tính trượt
Khi giá trị lực kéo Fk (hoặc lực phanh FP) tác dụng lên bánh xe thay đổi,
độ trượt giữa bánh xe với mặt đường cũng thay đổi theo. Sự phụ thuộc của hệ
số trượt vào các lực Fk hoặc X: δ(Fk); δ(X) được biểu diễn ở hình 2.8 trong cả 2
vùng: vùng trượt quay và vùng trượt lết.

Hình 2. 8: Đặc tính trượt tồn bộ của lực Fk và X
Thông thường thay cho các lực, người ta sử dụng các thơng số khơng
thứ ngun µx, µk, µp. Hệ số µx, µp nói lên khả năng tiếp nhận lực kéo F k và lực

21


phanh Fp của mặt đường ứng với tải trọng Z nào đó. Vì thế nó tương đương với
hệ số bám ca mt ng.
ã
ã
ã


àx = : h s lc vũng (lực tiếp tuyến)
µk = : hệ số lực kéo
µp = : hệ số lực phanh

Với X: phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe
Z: phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
Lúc đó các quan hệ µx(δ), µk(δ) được gọi là các đặc tính trượt và chúng
được biểu diễn trên hình 2.9.

Hình 2. 9: Đặc tính trượt của các bánh xe
a – bánh xe chủ động
b – bánh xe đang phanh
f0 – hệ số cản lăn của bánh xe bị động
Đối với bánh xe chủ động, đăc tính trượt thường bao gồm các mối quan hệ
µx(δ) xác định từ lực X và µk(δ) được xác định từ mơ men xoắn Mk. Đặc tính này
có ý nghĩa quan trọng đặc biệt đối với các xe chuyển động trên đường đất mềm
hoặc khi khảo sát về “Hệ thống tự động điều khiển lực kéo”. Trong các đặc tính
này, khi µx, µk tăng, hệ số cản lăn f =µx - µk sẽ tăng theo.
2.5.Góc lệch hướng và đặc tính hướng
2.5.1.Khái niệm góc lệch hướng
22


Giả sử khi ô tô đang chuyển động thẳng và bánh xe lăn khơng có lực ngang F y
tác dụng, thì bánh xe chỉ chịu tác dụng của lực Gb, lực đẩy X, lực cản lăn Ff. Lúc
này vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ trùng với đường đối xứng qua mặt
phẳng dọc của bánh xe. Nếu có lực ngang tác dụng (ví dụ: lực gió ngang) thì bánh
xe lăn sẽ bị biến dạng ngang, các thớ lốp bị uốn cong, vết tiếp xúc giữa bánh xe với
mặt đường bị lệch đi so với đường đối xứng qua mặt phẳng dọc của bánh xe và

chuyển động của xe sẽ bị lệch đi so với hướng chuyển động thẳng 1 góc nhất định.
Góc này được gọi là góc lệch hướng, góc lệch hướng là góc hợp bởi véctơ tốc độ
thực tế của bánh xe với mặt phẳng đối xứng dọc của bánh xe.

Hình 2. 10: Bánh xe dưới tác dụng của lực ngang
Trong quá trình xe lăn lệch, các phần tử lốp ở khu vực phía trước của vết tiếp
xúc (đoạn kk hình 2.11b) bị biến dạng ngang nhỏ hơn so với các phần tử lốp ở phía
sau (đoạn nn hình 2.11b), vì vậy các phản lực ngang riêng phần ở phía trước của
vết tiếp xúc sẽ nhỏ hơn ở phần sau. Hợp lực Y của các phản lực ngang có trị số
bằng Fy và bị dịch chuyển ra phía sau so với tâm của vết tiếp xúc một đoạn c 1 (hình
2.11c).

23


Hình 2. 11: Góc lệch hướng của bánh xe
Góc lệch α phụ thuộc vào trị số của lực ngang và góc nghiêng của bánh xe với
mặt phẳng thẳng đứng. Khi phản lực ngang Yb hướng theo phía nghiêng của bánh
xe thì góc lệch tăng và ngược lại thì góc lệch giảm xuống.
Góc lệch α và lực ngang F y được biểu thị bằng biểu thức sau (khi trị số của F y
nhỏ hơn lực bám ngang):
Fy= Cα.qT.α

(2.31)

Yb = Cα.qT.α

(2.32)

Hoặc

Trong đó:
• Fy : lực ngang tác dụng lên bánh xe
• α: góc lệch hướng của bánh xe (góc lệch bên).
• Cα: hệ số chống lệch bên. Hệ số này phụ thuộc và kích thước lốp, kết
cấu và áp suất trong lốp.
• qT: hệ số kể đến ảnh hưởng của lực kéo đến góc lệch hướng.
• Yb: phản lực ngang.
Sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi khi có lực ngang tác dụng ảnh hưởng trực
24


tiếp đến tính năng dẫn hướng và tính năng ổn định của xe
Góc lệch hướng α phụ thuộc và rất nhiều các yếu tố C a, Z, X, Fy, loại lốp…
trong đó chủ yếu là phụ thuộc vào lực ngang và độ đàn hồi của lốp.
2.5.2.Đặc tính hướng
Sự lăn của bánh xe thường xảy ra khi có mặt cả lực dọc và lực ngang. Ta quy
ước lực dọc là dương khi truyền lực kéo và âm khi truyền lực phanh. Lực dọc bị
giới hạn bởi lực bám, giá trị lực dọc lớn nhất của bánh xe có thể đạt bằng giá trị giới
hạn bám của bánh xe với mặt đường. Khi có mặt của lực bên thì khả năng truyền
lực dọc của bánh xe và mặt đường sẽ giảm xuống.

Hình 2. 12: Đồ thị Kamm biểu diễn mối quan hệ của khả năng truyền lực dọc
Fx và lực bên Fy của bánh xe
Từ đồ thị, ta thấy:
R=

(2.33)

Với R là hợp lực của lực dọc Fx và lực bên Fy.
Xét trong mối quan hệ Fy = f(αi) và đồ thị Kamm, đường đặc tính lệch bên của bánh

xe khi khơng có mặt lực dọc có dạng biểu diễn như hình 2.13.

25