Chương 10 Quay vòng ô Tô | Tài liệu môn Công nghệ kĩ thuật ôto Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
Mục đích: Ở chưong này, chúng ta sẽ nghiên cứu về động lực và động lực học quay vòng của ô tô. Khái niệm về đặc tính quay vòng thiếu, thừa và trung tính. Đồng thời khảo sát ảnh hưởng của tính quay vòng trung tính, thiếu hoặc thừa tới chuyển động của ô tô. Mục tiêu: Sau khi học xong chương này, các sinh viên có khả năng: Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Công nghệ kĩ thuật oto (OTO21) 155 tài liệu
Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 3.1 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
Ch±¡ng 10 QUAY VÒNG Ô TÔ
Mÿc ích: Trong ch±¡ng này, chúng ta s¿ nghiên cÿu ng ß hßc và
ßng lÿc hßc quay vòng cÿa ô tô, khái nißm ß
v ¿c tính quay vòng thi¿u,
thÿa và trung tính. ßng thßi kh¿o sát ¿nh h ng ±ß cÿa tính ch¿t quay
vòng trung tính, thi¿u ho¿c thÿa tßi ßn ßnh chuyßn ßng cÿa ô tô.
Mÿc tiêu: Sau khi hßc xong ch±¡ng này, hßc viên có kh¿ nng: Xác ßnh c ±ÿ ßng hßc và ng l ß
ÿc hßc quay vòng cÿa ô tô. Trình bày c ±ÿ ¿nh h ng ±ß
ß àn hßi cÿa lßp tßi quay vòng ô tô.
Nêu ±ÿc sÿ quay vòng ô tô khi lßp bi¿n d¿ng ngang. Trình bày c ±ÿ ¿nh h ng ±ß
cÿa tính ch¿t quay vòng trung tính, thi¿u ho¿c th a ÿ tßi tính ßn nh chuy ß ßn ßng cÿa ô tô. Gi¿i thích c ±ÿ tính ßn nh c ß ÿa các bánh xe d¿n h ng. ±ß
10.1. ÞNG HÞC VÀ ÞNG LþC HÞC QUAY VÒNG C A þ Ô TÔ
10.1.1. ßng hßc quay vòng cÿa ô tô
Nh¿m quay vòng ô tô, chúng ta có th s
ß ÿ dÿng các bi n pháp sau: ß
7 Quay vòng các bánh xe d¿n h±ßng phía tr±ßc ho¿c quay vòng t¿t
c¿ các bánh xe d¿n h±ßng.
7 Truyßn nhÿng mômen quay có giá trß khác nhau ¿n các bánh xe d¿n h ng ±ß chÿ ng ß
bên ph¿i và trái, ßng thßi s ÿ dÿng thêm phanh ß
hãm các bánh xe phía trong so vßi tâm quay vòng.
Tr±ßc h¿t, chúng ta xét ßng hßc quay vòng cÿa xe khi bß qua bi¿n
d¿ng ngang cÿa các bánh xe do ß àn hßi cÿa lßp. N¿u không tính ¿n ß bi¿n ¿
d ng ngang cÿa lßp, thì khi quay vòng véc t¡ v¿n tßc chuyßn
ßng cÿa các bánh xe s¿ trùng vßi m¿t ph¿ng quay (m¿t ¿ ph ng ßi ÿ x ng) cÿa bánh xe.
Hình 10.1 mô t¿ ßng hßc quay vòng cÿa ô tô có hai bánh d¿n h±ßng
ß c¿u tr±ßc khi bß qua bi¿n d¿ng ngang cÿa l p. ß Þ trên s¡ ß, A, B là vß trí c a
ÿ hai trÿ ÿng. E là i m
ß giÿa cÿa AB. α1; α2 là góc quay vòng cÿa bánh xe d¿n h ng
±ß bên ngoài và bên trong so vßi tâm quay vòng O. 167
Bßi v¿y, góc α s¿ là ¿i dißn cho góc quay vòng cÿa các bánh xe d¿n
h±ßng ß c¿u tr±ßc. M¿t khác AC và BD song song v i ß trÿc dßc cÿa ô tô.
Hình 10.1: S¡ ß ßng hßc quay vòng cÿa ô tô khi bß qua bi¿n d¿ng ngang.
Khi xe quay vòng, ß các bánh xe không bß tr t ±ÿ l¿t ho¿c tr t ±ÿ
quay, ±ßng vuông góc vßi các véct¡ v¿n tßc chuyßn ng ß cÿa các bánh
xe ph¿i g¿p nhau t¿i mßt ißm, ó là tâm quay vòng tÿc thßi cÿa xe (ißm O). Theo s¡ ß trên, ta chÿng minh c ±ÿ bi u ß thÿc v ß mßi quan hß
giÿa các góc quay vòng cÿa hai bánh xe d¿n h ng ±ß ß ¿m b¿o cho chúng không bß tr t ±ÿ khi xe quay vòng: q cotg α1 – cotg α2 = (10.1) L
q – Kho¿ng cách giÿa hai ±ßng tâm trÿ ng ÿ
t¿i vß trí ¿t các
cam quay cÿa các bánh xe d¿n h±ßng.
L – Chißu dài c¡ sß cÿa xe.
Tÿ bißu thÿc (10.1) ta có thß v¿ ±ÿc ±ßng cong bißu thß mßi
quan hß lý thuy¿t giÿa các góc α1 và α2: α1 = f(α2) khi xe quay vòng
không có tr±ÿt ß các bánh xe (hình 10.2).
Nh± v¿y, theo lý thuy¿t ß ¿m b¿o cho các bánh xe d¿n h±ßng ln
không tr±ÿt khi quay vòng thì mßi quan hß giÿa các góc quay vòng α1 và
α2 ph¿i luôn luôn thßa mãn bißu thÿc (10.1). 168
Hình 10.2: ß thß lý thuy¿t và thÿc t¿ v m
ß ßi quan hß giÿa các góc quay
vòng cÿa hai bánh xe d¿n h ng. ±ß Trong thÿc t¿, ß duy trì c
±ÿ mßi quan hß nói trên ng i ±ß ta th±ßng ph¿i s
ÿ dÿng hình thang lái. Hình thang lái là mßt c¡ c¿u gßm
nhißu òn và nßi vßi nhau bßi các khßp.
Hình thang lái ¡n gi¿n vß m¿t k¿t c¿u nh n ± g không ¿m b¿o c ±ÿ
mßi quan hß chính xác giÿa các góc quay vòng α1 và α2 nh± ã nêu ß bißu th c ÿ (10.1). ß ti n
ß so sánh sÿ sai khác cÿa mßi quan h ß lý thuy¿t và thÿc t¿
giÿa các góc α1 và α2, trên hình 10.2, ta dÿng thêm ng ±ß cong bißu thß mßi quan h ß th c
ÿ t¿ giÿa các góc α1 và α2: α1 = f t(α2). ß sai lßch gi a ÿ
các góc quay vòng thÿc t¿ và lý thuy¿t cho phép lßn n ¿ h t không ±ÿc v±ÿt quá 1,5o. 169
Hình 10.3: S¡ ß ng h ß
ßc quay vòng cÿa ô tô có hai bánh d¿n h±ßng phía tr±ßc.
Þ ph¿n này, chúng ta s¿ i xác ßnh các thông sß ßng hßc cÿa ô tô
khi quay vòng theo s¡ ß ß hình 10.3. Þ s¡
ß này, ý ngh)a cÿa các ký hißu nh s ± au:
R – Bán kính quay vòng cÿa xe.
α – Góc quay vòng cÿa các bánh xe d¿n h±ßng.
T – Trßng tâm cÿa xe.
v – V¿n tßc chuyßn ßng cÿa tâm c¿u sau.
ρ – Bán kính quay vòng cÿa trßng tâm T.
ω – V¿n tßc góc cÿa xe khi quay vòng quanh i m ß O.
ε – Gia tßc góc cÿa xe khi quay vòng quanh ißm O. β – Góc t¿o b i
ß OT và OF (F là tâm c¿u sau). jh – Gia tßc h ng t ±ß
âm cÿa trßng tâm T .
jt – Gia tßc ti¿p tuy¿n cÿa trßng tâm T. jx – Gia tßc h ng t ±ß
heo trÿc dßc xe cÿa trßng tâm T. jy – Gia tßc h ng t ±ß
heo trÿc ngang xe cÿa trßng tâm T. 170 T ÿ hình 10.3 ta tính c
±ÿ bán kính quay vòng R cÿa xe. Bán kính
quay vòng là kho¿ng cách tÿ tâm quay vòng ¿n trÿc dßc cÿa xe: L R = (10.2) tg³
V¿n tßc góc cÿa xe khi quay vòng ω ±ÿc tính: v v ω = = tgα (10.3) R L
Gia tßc góc cÿa xe khi quay vòng ε ±ÿc xác ßnh: dË tg³ dv v d³ ε = = + (10.4) dt L dt Lcos 2³ dt
Tÿ s¡ ß ß hình 10.3, ta có: R cosα = (10.5) 2 2 L + R
Thay các giá trß tÿ (10.5) và (10.2) vào (10.4), ta có: 1 dv v (L2 + R 2 )d³ ε = [ + ] (10.6) R dt LR dt
Hai thành ph¿n gia tßc cÿa trßng tâm T khi xe quay vòng jx và jy
±ÿc xác ßnh nh± sau: Nh± ta ã bi¿t: jh = ω2ρ ; j t = ερ
Chi¿u jh và jt lên trÿc dßc và trÿc ngang cÿa xe, sau ó tßng hÿp các
vect¡ gia tßc thành ph¿n l¿i, ta có:
jx = jt.cosβ – jh.sinβ = ερ.cosβ – ω2 ρ.sinβ (10.7)
jy = jt.sinβ + j h.cosβ = ερ.sinβ + ω2 ρ.cosβ (10.8)
M¿t khác theo hình 10.3 ta l¿i có: ρ.cosβ = R ; ρ .sinβ = b (10.9)
Thay (10.3), (10.6) và (10.9) vào (10.7) và (10.8) ta nh¿n ±ÿc: dv v ( 2 2 R + L ) 2 d³ v b jx = + − (10.10) 2 dt LR dt R dv v(R 2 + L2 )d³ b v2 jy = [ + ] + (10.11) dt LR dt R R 171
10.1.2. ßng lÿc hßc quay vòng cÿa ô tô Chúng ta s¿ xét n
ß g lÿc hßc quay vòng cÿa ô tô khi bß qua bi¿n
d¿ng ngang cÿa các bánh xe theo s¡ ß ß hình 10.4. Tr±ßc h¿t, xét tr ng h ±ß
ÿp tßng quát: Xe có hai c¿u chÿ ßng, quay vòng trên ng có ±ß d
ß ßc (α ≠ 0) và v¿n tßc không ph¿i h¿ng sß (j ≠ 0).
Ý ngh)a cÿa các ký hißu trên hình 10.4 nh± sau:
Fjl – Lÿc quán tính ly tâm tác dÿng t¿i trßng tâm T cÿa xe.
Fjlx; Fjly – Hai thành ph¿n cÿa lÿc F jl theo trÿc dßc và trÿc ngang cÿa xe.
Ybi – Các ph¿n lÿc ngang tác dÿng d i ±ß các bánh xe.
Fki – Các lÿc kéo c ß ác bánh xe.
Ffi – Các lÿc c¿n l n.
Fi – Lÿc c¿n lên dßc. F ¿ ÿ ω
– Lÿc c n c a không khí. Fj
– Lÿc c¿n quán tính.
Jzε – Mômen quán tính tác dÿng lên xe xung quanh trÿc ÿng Tz.
Hình 10.4: S¡ ß ßng lÿc hßc quay vòng cÿa ô tô có hai bánh xe d¿n h±ßng phía tr±ßc. 172
ß xe quay vòng ßn ßnh và xe không bß tr t ±ÿ khßi quÿ ¿o cong cÿa ng, ±ß i u ß ki n
ß c¿n và ÿ: Tßng t¿t c¿ các l c ÿ tác dÿng lên xe theo chißu trÿc Tx và chi u
ß trÿc Ty ph¿i b¿ng không , ßng thßi tßng các
mômen tác dÿng lên xe xung quanh trÿc n
ÿ g Tz i qua trßng tâm cÿa xe ph¿i b¿ng không. Tÿc là:
Ph±¡ng trình cân b¿ng lÿc theo chi u t ß rÿc Tx: 3Xi = 0 (10.12)
Ph±¡ng trình cân b¿ng lÿc theo chi u t ß rÿc Ty: 3Y = 0 (10.13) i
Ph±¡ng trình cân b¿ng mômen xung quanh trÿc th¿ng n ÿ g Tz: 3M = 0 (10.14) iz Dÿa vào các l c
ÿ và mômen tác dÿng lên xe ß hình 10.4, chúng ta s¿ vi¿t c ±ÿ d¿ng khai tri n c ß
ác ph±¡ng trình (10.12); (10.13); và (10.14). Khi xe quay vòng, l c ÿ quán tính ly tâm là l c ÿ chÿ y¿u làm cho xe chuyßn ng ß
không ßn ßnh và là nguyên nhân chính gây nên sÿ nghiêng
ngang cÿa thùng xe và làm l¿t ß xe. Bßi v¿y, chúng ta s¿ tính cÿ thß ß lßn cÿa nó: Fjl = 2 2 F + F (10.15) jlx jly G þdv ( 2 v R + 2 L ) 2 d v b ù F α jlx = mjx = ÿ + − ú (10.16) g Ā 2 dt LR dt R û ù G þ dv v( 2 R + 2 L ) dαù ü F 2 jly = mjy = úÿ + úb + v ý (10.17) gR ûĀ dt LR dt û þ dv
Trong tr±ßng hÿp ô tô chuyßn ßng ßu ( = 0) theo mßt quÿ ¿o dt
±ßng tròn, góc quay vòng cÿa các bánh xe d¿n h±ßng s¿ không ßi dα α = const ( = 0) nên ta có: dt 2 Gbv Fjlx = – (10.18) 2 gR Gv 2 Fjly = (10.19) gR 173
Nh± v¿y, khi xe quay vòng, l c
ÿ Fjl phÿ thußc vào: khßi l ng ±ÿ cÿa
xe, bán kính quay vòng và nh¿t là v¿n tßc chuyßn ßng cÿa ô tô. ß gi¿m
F jl chúng ta ph¿i gi¿m v¿n tßc cÿa xe và gi¿m khßi l ng ±ÿ (không c ±ÿ chß quá t¿i), ng t ß
hßi ph¿i tng bán kính quay vòng cÿa xe.
Trong hai thành ph¿n cÿa Fjl, thành ph¿n lÿc ngang Fjly là lÿc chÿ
y¿u làm cho xe chuyßn ßng không ßn nh, ß là nguyên nhân chính gây nên s
ÿ nghiêng ngang cÿa thùng xe và làm cho xe l¿t . ß Bßi v¿y chúng
ta ph¿i gi¿m tßi a giá trß Fjly khi ô tô quay vòng.
10.2. ¾C TÍNH QUAY VÒNG THI¾U, THþA VÀ TRUNG TÍNH
VÀ CÁC Y¾U TÞ ¾NH H¯ÞNG 10.2.1. Khái ni m ß v
ß ¿nh h±ßng ß
àn hßi cÿa lßp tßi quay vòng ô tô Þ ¿ ph n này, chúng ta s¿ ¿
kh o sát tr¿ng thái quay vòng cÿa xe khi
có tính ¿n bi¿n d¿ng ngang cÿa các bánh xe do ß àn hßi cÿa lßp. Khi
xe quay vòng, s¿ có các l c
ÿ ngang tác dÿng lên xe: lÿc Fjly, lÿc t¿t ngang
cÿa gió ho¿c thành ph¿n Gsinβ cÿa trßng l ng ±ÿ xe G (vßi β là góc nghiêng ngang cÿa m¿t ng) ±ß . ßng thßi d i
±ß các bánh xe s¿ xu¿t hi n ß
các ph¿n lÿc ngang Ybi có xu h±ßng chßng l¿i các l c ÿ nêu trên và ß giÿ cho xe chuyßn ng ß ßn ßnh (không bß tr t ±ÿ ngang).
Khi có ph¿n lÿc ngang Yb tác dÿng gi a
ÿ bánh xe và m¿t ±ßng thì
lßp s¿ bß bi¿n d¿ng ngang (hình 10.5).
Hình 10.5: S¡ ß bánh xe ln khi lßp bß bi¿n d¿ng d±ßi tác dÿng cÿa lÿc ngang. Þ hình 10.5, di n
ß tích abcd bißu thß v¿t ti¿p xúc giÿa lßp vßi m¿t ±ßng. Khi ¿ ph n lÿc ngang Yb ch a ± v t ±ÿ quá l c ÿ bám ngang Fϕ y gi a ÿ bánh xe vßi m¿t ng, ±ß s¿ xu¿t hißn hi n ß t ng ±ÿ l c ß h bên cÿa lßp, tÿc là
vùng ti¿p xúc giÿa lßp vßi m¿t ng ±ß s¿ bß l c
ß h i mßt góc δ so vßi m¿t 174
ph¿ng quay cÿa bánh xe. Góc δ ±ÿc gßi là góc l c ß h h±ßng (góc l c ß h
bên). K¿t qu¿ là véct¡ v¿n tßc chuyßn ng ß cÿa bánh xe s¿ l c ß h i mßt
góc δ so vßi m¿t ph¿ng quay cÿa bánh xe. Nh± v¿y, khi có ph¿n l c ÿ
ngang Yb tác dÿng, bánh xe s¿ chuyßn ng ß lßch h±ßng so vßi h±ßng chuyßn ng ban ß
¿u mßt góc úng b¿ng góc δ. Mßi quan h ß gi a ÿ ph¿n l c
ÿ ngang Yb và góc lßch h ng ±ß δ cÿa lßp ±ÿc trình bày ¿
b ng ß thß ß hình 10.6. Trên ß thß, o¿n th¿ng OA t±¡ng ng ÿ vßi giai o¿n ln l c
ß h cÿa bánh xe không có s ÿ tr t ±ÿ ngang,
o¿n AB ¿c tr±ng cho sÿ tr±ÿt cÿc ß
b tÿ lúc b¿t ¿u (ißm A) tßi khi tr±ÿt hoàn toàn (i m
ß B). T¿i thßi ißm này (ißm B), ph¿n lÿc ngang Yb
¿t tßi giá trß cÿa lÿc bám ngang cÿa lßp vßi m¿t ng: ±ß Yb = Fϕ y = Zb ϕy (10.20)
Kh¿ nng cÿa lßp chßng l¿i s ÿ l c ß h bên (o¿n OA) c ±ÿ ánh giá b¿ng h s ß ß chßng lßch bên kc:
Hình 10.6: ß thß quan h gi
ß ÿa ph¿n lÿc ngang Y ß ±ß b và góc l ch h ng δ cÿa lßp. Y Do Y b b = kc δ nên kc = (N/ß) ·
Giá trß cÿa kc ßi vßi lßp cÿa các lo¿i xe nh± sau:
7 Xe du lßch: k c = 250 ÷ 750 N/ß.
7 Xe t¿i: k c =1150 ÷ 1650 N/ß.
10.2.2. Quay vòng ô tô khi lßp bß bi¿n d¿ng ngang
Chúng ta s¿ kh¿o sát ßng hßc quay vòng cÿa xe khi có kß ¿n bi¿n
d¿ng ngang cÿa lßp do ß àn hßi ß hình 10.7. 175
ß quá trình kh¿o sát ¡n gi¿n, chúng ta s¿ sÿ dÿng mô hình cÿa xe mßt v¿t vßi qui c ±ß nh± sau:
ißm E (tâm cÿa bánh xe tr c
±ß ) t±¡ng ÿng vßi ißm gi a ÿ cÿa c¿u
tr±ßc ß mô hình cÿa xe hai v¿t.
ißm F (tâm cÿa bánh xe sau) t±¡ng n
ÿ g vßi ißm giÿa cÿa c¿u sau
ß mô hình cÿa xe hai v¿t.
Kho¿ng cách EF úng b¿ng chi u
ß dài c¡ sß ß mô hình cÿa xe hai v¿t.
Vßi các gi¿ thi¿t nêu trên, bán kính quay vòng cÿa mô hình xe mßt
v¿t này s¿ b¿ng bán kính quay vòng cÿa mô hình xe hai v¿t.
Hình 10.7: S¡ ß ßng hßc quay vòng cÿa ô tô khi lßp bß bi¿n d¿ng
ngang (mô hình mßt v¿t). 176
Ý ngh)a cÿa các ký hißu nh s ± au: R1
– Bán kính quay vòng cÿa xe khi lßp bß bi¿n d¿ng ngang. v1 – V¿n tßc chuy n ß ng t ß
ßnh ti¿n cÿa tâm c¿u tr c ±ß . v2 – V¿n tßc chuy n ß ng t ß
ßnh ti¿n cÿa tâm c¿u sau. α
– Góc quay vòng cÿa các bánh xe ß c¿u tr±ßc. δ1
– Góc lßch h±ßng cÿa các bánh xe d¿n h±ßng ß c¿u tr±ßc. δ2
– Góc lßch h±ßng c a
ÿ các bánh xe ß c¿u sau. Yb1
– Ph¿n lÿc ngang tác dÿng ß bánh tr±ßc. Yb2
– Ph¿n lÿc ngang tác dÿng ß bánh sau.
Khi quay vòng, t¿i trßng tâm T xu¿t hißn lÿc quán tính ly tâm Fjl.
D±ßi tác dÿng cÿa Fjly là thành ph¿n ngang cÿa Fjl, t¿i b ß m¿t ti¿p xúc
giÿa các bánh xe vßi m¿t ±ßng xu¿t hißn các ph¿n lÿc ngang Y bi. D i ±ß
tác dÿng cÿa các Ybi, ß các bánh xe xu¿t hißn các góc lßch h±ßng δ1, δ2. Bßi v¿y, véct¡ chuy n ß ng v ß 2 cÿa tâm c¿u sau s¿ l c ß h i so vßi trÿc dßc
cÿa xe mßt góc úng b¿ng δ2. Þ c¿u tr±ßc, n¿u các bánh xe không bi¿n
d¿ng ngang thì véct¡ chuyßn ng ß
cÿa tâm c¿u tr±ßc v1 s¿ t¿o vßi trÿc
dßc cÿa xe mßt góc là α, nh±ng do các bánh xe có bi¿n d¿ng ngang, cho
nên véct¡ v1 lúc này s¿ t¿o vßi trÿc dßc c a ÿ xe mßt góc úng b¿ng (α – δ1). ß xác nh t ß
âm quay vòng O1, ta làm nh± sau:
K¿ ±ßng th¿ng vuông góc vßi véct¡ v1 , k¿ ng ±ß th¿ng vuông góc vßi véct¡ v 2, hai ng ±ß
th¿ng này c¿t nhau t¿i O1, ó chính là tâm
quay vòng tÿc thßi cÿa xe.
ß tìm bán kính quay vòng cÿa xe, ta làm nh± sau: t ÿ O1 k¿ ±ßng
vuông góc ¿n trÿc dßc cÿa xe, c¿t trÿc dßc t¿i H, tÿc là HO1 ⊥ EF và
HO1 chính là bán kính quay vòng R1 c¿n tìm. Theo hình 10.7 ta có: EH = R1 tg(α – δ1) FH = R1 tgδ2 Suy ra:
L = EH + FH = R1[tg (α – δ1) + tgδ2] L ó R1 = (10.21) tg(α − δ ) + tg 1 δ2 177
Theo (10.2) bán kính quay vòng cÿa xe khi bß qua bi¿n d¿ng ngang là: L R = tgα
N¿u các góc δ1, δ2 và α có giá trß nhß thì ta có thß coi: L R1 ≈ (10.22) α + δ2 − δ1 L R ≈ (10.23) α
Ph±¡ng trình (10.22) ¿c tr± ng cho tính ch¿t quay vòng cÿa ô tô
khi có tính ¿n ß bi¿n d¿ng ngang ß các bánh xe. Có ba tr±ßng hÿp có thß x¿y ra:
Tr±ßng hÿp 1:
N¿u δ 1 = δ2 ó R1 = R: Xe có tính ch¿t quay vòng trung tính (quay
vòng ßnh mÿc). Lúc này, bán kính quay vòng thÿ c t¿ cÿa ô tô R1 b¿ng
bán kính quay vòng lý thuy¿t R và xe quay vòng úng vßi qu ÿ ¿o cong cÿa ±ßng.
Tr±ßng hÿp 2:
N¿u δ 1 > δ2 ó R1 > R: Xe có tính ch¿t quay vòng thi¿u. Lúc này,
bán kính quay vòng thÿc t¿ cÿa ô tô R1 lßn h¡n bán kính quay vòng lý
thuy¿t R. ßi vßi lo¿i xe này, khi quay vòng, ng±ßi lái ph¿i quay thêm
vôlng ß gi¿m R1 xußng b¿ng giá trß cÿa R, nh¿m ¿m b¿o cho xe quay
vòng úng vßi quÿ ¿o cong cÿa ±ßng.
Tr±ßng hÿp 3:
N¿u δ1 < δ2 ó R1 < R: Xe có tính ch¿t quay vòng thÿa. Lúc này,
bán kính quay vòng thÿ c t¿ cÿa ô tô R1 nhß h¡n bán kính quay vòng lý
thuy¿t R. ßi vßi lo¿i xe này, khi quay vòng, ng±ßi lái ph ¿i gi ¿m bßt góc
quay cÿa vôlng ß tng R1 lên b¿ng giá trß cÿa R, nh¿m ¿m b¿o cho xe
quay vòng úng vßi quÿ ¿o cong c ÿa ±ßng.
10.2.3. ¾nh h±ßng cÿa tính ch¿t quay vòng trung tính, thi u ¿ ho¿c thÿa t i
ß tính ßn ßnh chuy n ß ßng cÿa ô tô
Trong ph¿n này, chúng ta s¿ kh ¿o sát tr±ß ng hÿp: xe ang chuyßn
ßng th¿ng, ng±ßi lái giÿ vôlng ß vß trí trung gian. Nh±ng sau ó có lÿc
ngang tác d ÿng lên thân xe (ch¿ng h¿n gió thßi t¿t ngang khá lßn ho¿c xe
ang chuyßn ßng trên ±ßng nghiêng ngang thì thành ph¿n lÿc Gsinβ 178 cÿa trßng l ng ±ÿ
G cÿa xe chính là lÿc ngang). D±ßi tác dÿng cÿa l c ÿ ngang l¿p t c ÿ d i
±ß các bánh xe xu¿t hißn các ph¿n lÿc ngang ng c ±ÿ chißu vßi chi u
ß cÿa lÿc ngang tác dÿng lên thân xe. S ÿ xu¿t hi n ß các ph¿n l c
ÿ ngang làm cho các lßp xe bi¿n d¿ng ngang và xu¿t hißn các góc lßch h ng ±ß làm cho xe ßi h ng ±ß chuyßn ng ß m¿c dù các bánh xe d¿n
h±ßng hoàn toàn không quay vòng.
Tùy theo xe chúng ta ang xét có tính ch¿t quay vòng trung tính, thi¿u ho¿c th a
ÿ mà s¿ có ba tr¿ng thái chuyßn ng x ß ¿y ra:
10.2.3.1. Tr¿ng thái chuyßn ßng cÿa xe có tính ch¿t quay vòng trung
tính (δ1 = δ2)
Khi có lÿc ngang tác dÿng lên thân xe t¿i trßng tâm T, xe s¿ ßi
h±ßng chuyßn ßng theo h±ßng véct¡ v¿n tßc vT lßch vßi h±ßng chuyßn
ßng ban ¿u mßt góc ¿
b ng δ1. ß tìm tâm quay vòng O1 cÿa xe ta dÿng
±ßng th¿ng n1 ⊥ v và n v . Do δ v // v ó n ± 1 2 ⊥ 2 1 = δ 2 nên 1 2 1 // n2 , nh
v¿y bán kính quay vòng cÿa xe R1 → ∞. ißu này chÿng tß sau khi i ß h±ßng chuyßn ng, ß xe v¿n chuyßn ng ß th¿ng. Nh ng ± quÿ ¿o chuyßn
ßng mßi t¿o vßi h±ßng chuyß ß
n ng ban ¿u mßt góc b¿ng δ1 (ho¿c δ2).
Tr±ßng hÿp này, ß xe trß l¿i h±ßng chuyßn ng ß ban ¿u song song vßi trÿc ng, ±ß
ng±ßi lái chß c¿n quay vôlng theo h±ßng ng c ±ÿ l¿i so vßi chi u
ß lßch, ß ±a trÿc dßc cÿa xe lßch i so vßi trÿc ±ßng mßt góc δ = δ1 = δ2.
Hình 10.8: S¡ ß chuyßn ßng cÿa ô tô có tính ch¿t quay vòng trung tính. 179
10.2.3.2. Tr¿ng thái chuyßn ßng cÿa xe có tính ch¿t quay vòng thi u ¿
(δ1 > δ2)
Hình 10.9: S¡ ß chuy n
ß ßng cÿa ô tô có tính ch¿t quay vòng thi¿u.
Khi có lÿc ngang Y tác dÿng lên thân xe t¿i trßng tâm T, xe s¿ ßi h±ßng chuy n ß ng ß
theo h±ßng véct¡ v¿n tßc vT, lßch sang trái so vßi
h±ßng chuyßn ßng ban ¿u. B¿ng ph±¡ng pháp dÿng hình, chúng ta xác
ßnh ±ÿc tâm quay vòng tÿc thßi O1, bán kính quay vòng R1 và véct¡ v¿n tßc chuy n ß ng v ß T cÿa trßng tâm T ( T v ⊥ O1T). Trong tr n
±ß g hÿp này, xe có kh¿ nng t ÿ giÿ c ±ÿ h ng ±ß chuyßn ßng th¿ng ban ¿u nh
ß lÿc Fjly có chißu ng±ÿc vßi chißu c a ÿ lÿc ngang Y. Th c
ÿ t¿ s¿ có hai kh¿ nng sau x¿y ra:
N¿u Y0 = Y – Fjly = 0 thì các ph¿n lÿc ngang d±ßi các bánh xe Y bi
→ 0, cho nên δ1 → 0 và δ2 → 0 và k¿t qu¿ là xe v¿n ti¿p tÿc chuyß ß n ng th¿ng theo h ng ban ±ß ¿u.
N¿u Y0 = Y – Fjly > 0 ó Fjly < Y, lúc này các ph¿n l c ÿ ngang Ybi ß
các bánh xe có chißu nh± ß hình 10.9 và véct¡ v¿n tßc vT có h ng ±ß lßch
sang trái so vßi h±ßng chuyßn n
ß g ban ¿u. Cho nên xe v¿n chuy n ß
ßng lßch sang trái, nh±ng mÿc ß lßch sang trái ã gi¿m nhißu nhß Fjly và Y ng c ±ÿ chi u nhau. ß
ß xe ti¿p tÿc chuyßn ßng th¿ng, ng±ßi lái ph¿i
quay vôlng sang ph¿i ß i u c ß
hßnh l¿i h±ßng chuyßn ng c ß ÿa xe. 180
10.2.3.3. Tr¿ng thái chuyßn ßng cÿa xe có tính ch¿t quay vòng thÿa
(δ1 < δ2)
Hình 10.10: S¡ ß chuyßn ßng cÿa ô tô có tính ch¿t quay vòng thÿa.
Khi có lÿc ngang Y tác dÿng lên thân xe t¿i trßng tâm T, xe s¿ ßi h±ßng chuy n ß ng l ß
ßch sang ph¿i so vßi h±ßng chuyßn ßng ban ¿u do tâm quay vòng t c
ÿ thßi O1 ß bên phía ph¿i cÿa xe. B¿ng ph±¡ng pháp
dÿng hình, chúng ta xác ßnh c
±ÿ tâm quay vòng tÿc thßi O1 và bán kính quay vòng cÿa xe R1. Þ tr ng ±ß
hÿp này, xe bß m¿t kh¿ nng chuyßn ßng th¿ng ßn ßnh vì chi u c ß ÿa l c
ÿ Fjly trùng vßi chißu cÿa lÿc tác dÿng ngang Y và hÿp l c ÿ
cÿa chúng (Y0 = Y + Fjly > Y) tng lên, làm cho δ1, δ2 càng tng. Sÿ m¿t
ßn ßnh càng lßn khi v¿n tßc cÿa xe càng cao, vì lÿc ly tâm tÿ lß ¿ b c hai
vßi v¿n tßc. ß tránh kh¿ nng xe bß l¿t ß ß tr±ßng hÿp này, ng±ßi lái
ph¿i nhanh chóng quay vôlng theo h±ßng ng c ±ÿ l¿i vßi chißu xe b ß l c ß h
ß mß rßng bán kính quay vòng.
Nh± v¿y, qua phân tích ba tr¿ng thái chuyßn ßng cÿa ba lo¿i xe có
tính ch¿t quay vòng khác nhau, chúng ta th¿y: 181
ßi vßi lo¿i xe có tính ch¿t quay vòng thÿa khi chuy n ß ßng và có
lÿc ngang tác dÿng lên xe thì xe s¿ b
ß m¿t kh¿ nng chuyßn ßng th¿ng ßn ßnh. N¿u ±ß
ng i lái không có kinh nghißm và xÿ lý chißu quay cÿa
vôlng không úng thì dß d¿ ¿ n ¿ n kh
n ng xe bß l¿t ß, r¿t nguy hißm. 10.3. TÍNH ÞN N
Þ H CþA CÁC BÁNH XE D¾N H¯ÞNG Tính ßn nh c ß ÿa các bánh xe d¿n h ng l ±ß
à kh¿ nng cÿa chúng giÿ
±ÿc vß trí ban ¿u ÿng vßi khi xe chuyßn n
ß g th¿ng và tÿ quay v v ß ß trí này sau khi bß l c ß h. Tính ßn nh l ß àm gi¿m: 7 Kh¿ nng dao ng c ß
ÿa các bánh xe d¿n h±ßng.
7 T¿i trßng tác dÿng lên hß thßng lái. Tính ßn nh ß cÿa các bánh xe d¿n h ng ±ß c ±ÿ duy trì d±ßi tác
dÿng cÿa các thành ph¿n ph¿n l c ÿ : th¿ng n
ÿ g, bên và ti¿p tuy¿n tác
dÿng lên chúng khi xe chuy n ß ng. ß
Ba nhân tß k¿t c¿u sau ây ¿m b¿o tính ßn ßnh cÿa các bánh xe d¿n h ng: ±ß
7 ß nghiêng ngang cÿa trÿ ÿng cam quay.
7 ß nghiêng dßc cÿa trÿ ÿng cam quay.
7 ß àn hßi cÿa lßp theo h±ßng ngang.
10.3.1. Góc nghiêng ngang cÿa trÿ n ÿ g cam quay Khi trÿ ÿng c
±ÿ ¿t nghiêng ngang thì ph¿n lÿc th¿ng ÿng cÿa
¿t tác dÿng lên trÿc tr±ßc cÿa xe s¿ ¿m ¿
b o tính ßn ßnh cÿa các bánh xe d¿n h±ßng. Bßi vì trên m¿t ng ±ß c ng, ÿ khi các bánh xe d¿n h n ±ß g bß lßch
khßi vß trí trung gian cÿa chúng thì trÿc tr±ßc cÿa xe c ±ÿ nâng lên. S¡
ß cÿa bánh xe d¿n h±ßng có trÿ quay ng ÿ ¿t nghiêng mßt
góc ³ ±ÿc bißu dißn nh± hình 10.11
N¿u xem nh± bánh xe không có góc nghiêng ngoài (góc doãng) thì
ta có thß phân ph¿n lÿc th¿ng ÿng cÿa ¿t Zb thành hai thành ph¿n:
Zbcos³ song song vßi ±ßng tâm trÿc quay ÿng và Zbsin³ vuông góc vßi nó. 182
Hình 10.11: Góc nghiêng cÿa trÿ quay ÿng trong m¿t ph¿ng ngang cÿa xe. Hình 10.12 bi u ß thß bánh xe và các l c
ÿ tác dÿng lên nó trong m¿t ph¿ng ±ßng. Gi¿ s ÿ r¿ng các bánh xe c
±ÿ quay i mßt góc là ³, khi ó lÿc
Zbsin³ có thß chia thành hai lÿc thành ph¿n: Zbsin³ cos³ tác dÿng trong
m¿t ph¿ng i qua ±ßng tâm cÿa cam quay và Zbsin³ sin³ tác dÿng
trong m¿t ph¿ng giÿa cÿa bánh xe. Hình 10.12: S
¡ ß phân tích ph¿n lÿc cÿa ±ßng t¿o nên mômen ßn ßnh.
Tÿ hình 10.12, ta tìm ±ÿc mômen ßn ßnh t¿o nên bßi các ph¿n lÿc th¿ng ÿng là: M = Z lsin³sin³ (10.24) z³ b
l – Kho¿ng cách tÿ tâm b
ß m¿t tÿa cÿa bánh xe tßi ng ±ß tâm cÿa trÿ ÿng. 183
Mômen ßn ßnh M tng lên cùng vßi sÿ tng cÿa góc quay vòng z³
³ cÿa bánh xe d¿n h±ßng.
Khi ³ nhß, M nhß và ¿nh h±ßng cÿa nó t i ß tính n ß ßnh không lßn. z ³
Mômen này có ý ngh)a chÿ y¿u là làm cho các bánh d¿n h n ±ß g tÿ
ßng quay vß vß trí trung gian sau khi thÿc hißn quay vòng.
Khi quay vòng, M s¿ chßng l¿i s
ÿ quay vòng, vì v¿y ph¿i tng z³
thêm lÿc tác dÿng lên vành tay lái. M¿t khác, nhß ß nghiêng ngang cÿa
trÿ ÿng mà mômen cÿa ph¿n lÿc ti¿p tuy¿n cÿa ¿t tác dÿng lên bánh xe
s¿ gi¿m xußng, vì cánh tay òn cÿa nó c
±ÿ gi¿m i, cho nên gi¿m mômen c¿n quay vòng.
Trß sß ³ thông th±ßng tÿ 0o ¿n 8o.
10.3.2. Góc nghiêng dßc cÿa trÿ ÿng cam quay
Trÿ ÿng nghiêng vß phía sau so vßi chißu chuyßn ßng cÿa ô tô
mßt góc ´ . D±ß i tác dÿng cÿa lÿc ly tâm khi xe vào ±ßng vòng, lÿ c gió
bên ho¿c thành ph¿ n bên cÿa trßng lÿc khi xe ch¿y trên m¿t ±ß ng
nghiêng, ß khu vÿc ti¿p xúc cÿa các bánh xe vßi m¿t ±ßng s¿ xu¿ t hißn ph¿n lÿc bên Yb.
Ph¿n lÿc trên Yb cÿa ±ßng s¿ t¿o vßi tâm ti¿p xúc O mßt mômen ßn ßnh: M = Y c (10.25) y´ b
Mômen này có xu h ±ßng làm quay bánh xe trß vß v ß trí trung gian
ban ¿u khi nó bß lßch khßi vß trí này. Nh± v¿y, góc γ làm tng tính ßn
ßnh chuyßn ßng th¿ng cÿa xe.
Hình 10.13: Góc nghiêng cÿa trÿc quay ÿng trong m¿t ph¿ng dßc c a ÿ xe. 184
Vì c = rbsin ´ nên mômen ßn ßnh c ±ÿ vi¿t d i ±ß d¿ng: M = Y r sin´ (10.26) y´ b b
Khi quay vòng, ng±ßi lái ph¿i t¿o ra mßt lÿc ß kh¿c phÿc mômen
này, nên ´ th±ßng nhß, thông th±ßng ´ = 0 ÷3o. Mômen ßn ßnh M y´
không phÿ thußc vào góc quay vòng cÿa bánh xe d¿n h±ßng.
10.3.3. ß àn hßi cÿa lßp
D±ßi tác dÿng cÿa ph¿n lÿc bên, bánh xe s¿ bß lßch bên và v¿t ti¿p
xúc cÿa lßp vßi m¿t ±ßng s¿ bß lßch so vßi m¿t ph¿ng giÿa cÿa bánh xe
mßt góc · (góc l ßch h±ßng, xem hình 10.14).
Ph¿n tr±ßc c ÿa v¿t ti¿p xúc, lßp chßu bi¿n d¿ng không nhißu và
t ng d¿n vß phía sau cÿa v ¿t.
Bißu ß phân bß các ph¿n lÿc riêng ph¿n theo chißu dài cÿa v¿t ti¿p
xúc có d¿ng hình tam giác, do ó ißm ¿t O1 cÿa hÿp lÿc s¿ lùi vß phía
sau so vßi tâm ti ¿p xúc O cÿa v¿t và n¿m ß kho¿ng cách chÿng mßt ph¿n
ba chißu dài cÿa v¿t tính tÿ mép sau cùng cÿ a nó.
Hình 10.14: S¡ ß bánh xe ln khi lßp bß bi¿n d¿ng d±ßi tác dÿng cÿa lÿc ngang.
Do ß àn hßi bên c ÿa lßp, mômen ßn ßnh ±ÿc t ¿o nên ß các bánh xe là: M = Y S (10.27) y· b S – Kho¿ng cách O-O ¿ ¿ ß ß ÿ ¿
1, b ng kho ng d ch chuy n c a ißm t
hÿp lÿc bên lên bánh xe i ß v i ß tâm ti¿p xúc.
M tng lên cùng vßi sÿ tng ß àn hßi bên cÿa lßp. Vì v¿y, y·
nhÿng lßp có ß àn hßi bên lßn ng±ßi ta có thß gi¿m bßt góc nghiêng dßc c ÿa trÿc ÿng. 185
Hình 10.15: Bißu ß phân bß các ph¿n lÿc bên ß v¿t ti¿p xúc cÿa lßp vßi ±ßng.
10.3.4. Góc nghiêng ngoài cÿa bánh xe (góc doãng)
Góc này có công dÿng nh± sau:
7 Ngn ngÿa kh¿ nng bánh xe bß nghiêng theo chi u ß ng c ±ÿ l¿i d±ßi tác dÿng cÿa trßng l ng ±ÿ xe do các khe hß và s ÿ bi¿n d¿ng trong các chi ti¿t cÿa trÿc tr c
±ß và hß thßng treo tr±ßc.
7 T¿o nên thành ph¿n chi u ß trÿc t ÿ trßng l ng ±ÿ xe chßng l¿i l c ÿ
Zbsin³ cos³ và giÿ cho bánh xe trên trÿc cÿa cam quay.
7 Gi¿m cánh tay òn n cÿa ph¿n lÿc ti¿p tuy¿n ßi vßi trÿc trÿ ÿng,
ß gi¿m t¿i trßng tác dÿng lên d¿
n ßng lái và gi¿m lÿc lên vành tay lái.
Khi bánh xe bß ¿t nghiêng, nó có xu h±ßng ln theo mßt cung tròn
vßi tâm quay là giao ißm cÿa ±ßng tâm bánh xe và m¿t ±ßng. ißu
này d¿n ¿n làm n¿y sinh ß vùng ti¿p xúc cÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng
ph¿n lÿc bên h±ßng vß phía nghiêng cÿa bánh xe. Nh± v¿y, lÿc c¿n ln
ßi vßi bánh xe nghiêng và ß mài mòn cÿa lßp s¿ tng lên.
Hình 10.16: Góc doãng cÿa bánh xe d¿n h n
±ß g ß phía tr±ßc
10.3.5. ß chÿm cÿa bánh xe (góc chÿm)
Góc chÿm ´ là góc ±ÿc t¿o nên bßi hình chi¿u lên m¿t ph¿ng c
ngang cÿa ±ßng kính hai bánh xe d¿n h±ßng. 186