ĐĂNG NHẬP
Truyền động 101: P2 – Lực kéo trên các kiểu dẫn động

Truyền động 101: P2 – Lực kéo trên các kiểu dẫn động

Bánh xe chủ động càng bám đường thì lực kéo tối đa được cho phép càng lớn, kéo theo đó là hiệu năng xe càng tăng.

12 Tháng 01, 2021

Trong phần trước, ta đã biết sự hình thành của lực kéo có được từ sức mạnh của động cơ. Cần nhớ rằng, lực kéo chỉ được hình thành tại các bánh xe dẫn động và có độ lớn không vượt quá lực ma sát trượt giữa bánh xe và mặt đường. Như vậy, nói một cách đơn giản thì bánh xe chủ động mà càng bám đường (grip lớn) thì lực kéo tối đa được cho phép càng lớn, kéo theo đó là hiệu năng xe càng tăng.

Điều thú vị là chính cách sắp đặt cầu chủ động trên xe cũng trực tiếp đóng vai trò cải thiện lực kéo này. Trong bài viết này, Otoman sẽ cùng bạn lượt qua một số kiểu dẫn động cơ bản và tính toán lực kéo tối đa trên một vài mẫu xe cụ thể, từ đó ước lượng khả năng tăng tốc của xe.

Để cho đơn giản, ta hãy giả sử rằng tất cả các mẫu xe dưới đây đều được trang bị hộp số với tỷ lệ truyền của cặp bánh răng số 1 là 2.5:1 và rằng động cơ sản sinh momen xoắn cực đại gần như ngay lập tức sau khi đạp hết ga từ trạng thái đứng yên. Bài viết sẽ không nhắc lại đặc điểm cơ bản của các kiểu dẫn động; bạn nào chưa rõ có thể tham khảo tại đây.

1. Cầu trước chủ động

Ở cầu trước chủ động, công suất dẫn động được truyền qua các bánh xe trước. Động cơ được đặt phía trước theo phương dọc hoặc ngang. Động cơ, bộ ly hợp, hộp số nhiều cấp và bộ truyền lực chính với bộ vi sai được tích hợp thành một đơn vị duy nhất (hình dưới). Biểu thị cho dạng kết cấu này, ta dùng thuật ngữ FF (front-front, tức động cơ đặt trước, dẫn động cầu trước).

otoman

Toyota Corolla Verso là một ví dụ. Mẫu MPV này thì không được đưa về Việt Nam, nhưng cũng đã từng tồn tại một thời gian dài (1997 - 2009) ở Nhật Bản và châu Âu. Mẫu xe đời 2004 là một trường hợp đặc biệt khi được thiết kế và sản xuất ở ngoài Nhật Bản.

Là thế hệ thứ ba (và cũng là thế hệ cuối cùng), chiếc này được Toyota sinh ra để nhắm vào thị trường châu Âu, và cuối cùng trở thành một trong những mẫu MPV bán chạy nhất ở châu lục này.

Quay lại với chủ đề của bài viết, ta giả sử tỷ lệ phân bổ khối lượng trước : sau của Corolla Verso là 50% : 50%. Do mVerso = 1,495 kg nên tải trọng tại một bánh dẫn động là mBánh = 374 kg. Khi đó, lực kéo cực đại mà 2 bánh xe dẫn động có thể đạt được là F(max) = 6,230 N nhờ áp dụng công thức sau trong phần 1:

Trên thực tế, do sức mạnh động cơ không quá lớn và tỷ lệ truyền nhỏ, lực kéo mà Corolla Verso sản sinh được có thể không đạt tới giá trị cực đại này. Cụ thể, động cơ dầu 2.0 D4D mã 1AD-FTV của mẫu xe này sản sinh momen xoắn cực đại 310 Nm, cùng với GR(vi sai) = 3.68:1rBánh = 16 inch. Thất thoát truyền động ở kiểu dẫn động cầu trước là 9%, do đó hiệu suất H = 0.91. Ta có:

Từ (1) và (2) suy ra F(Verso) = 6,230 N. Khi đó, a(Verso) = 4.17 m/s2, tức chiếc xe tăng tốc từ 0 - 100 km/h trong vòng 6.67 s.

otoman

2. Cầu sau chủ động

Ở cầu sau chủ động, công suất dẫn động được truyền từ bánh xe cầu sau xuống mặt đường. Động cơ lúc này có thể đặt phía trước hoặc phía sau, tùy vào ý đồ phân bố trọng lượng xe của nhà sản xuất. Biểu thị cho dạng kết cấu này, ta dùng thuật ngữ FR (front-rear), MR (mid-rear, động cơ đặt ngay trước cầu sau, hay còn gọi là đặt giữa), RR (rear-rear, động cơ đặt trên hoặc ngay sau cầu sau).

otoman

Với kết cấu FR, xe thường có dầm hộp cho trục các đăng trong khoang hành khách, đổi lại phân bố trọng lượng trở nên thuận lợi giữa trục trước và sau. Ngược lại, ở kết cấu MR hoặc RR, trọng lượng tập trung chủ yếu trên cầu sau, và không gian khoang hành lý bị giới hạn lại. Dưới đây là hình ảnh cầu sau chủ động với động cơ đặt phía sau trên mẫu xe Đức Porsche 911 Turbo S 2014. Bạn nào thích dòng Porsche 911 có thể đọc thêm loạt bài viết về huyền thoại ngựa Đức.

otoman

Hãy cùng tính toán lực kéo trên chiếc Porsche này. Đầu tiên, với tỷ lệ phân bổ khối lượng 39% : 61% và m(911 Turbo S) = 1,680 kg, áp dụng (1) ta tính được F(max) = 8,536 N. Đây là lực kéo tối đa mà lực ma sát trượt cho phép.

otoman

Tuy nhiên, khi áp dụng (2) với GR(vi sai) = 3.44:1, r(bánh sau) = 20 inch, thất thoát ở kiểu dẫn động cầu sau 11%, và khối động cơ 3.8 L sản sinh 750 Nm momen xoắn cực đại thì F = 11,300 N. So sánh hai kết quả trên, ta có F(911 Turbo S) = 8,536 N. Khi đó, a(911 Turbo S) = 5.08 m/s2, tức chiếc xe tăng tốc từ 0-100 km/h trong vòng 5.47 s.

Khoan đã, dường như có gì đó không đúng, vì Porsche công bố khả năng tăng tốc của mẫu 911 Turbo S đời 2014 tăng tốc từ 0-100 km/h chỉ mất có 2.7 s mà thôi. Vì sao có sự chênh lệch này ư? Đó có thể là do giả thiết ban đầu của chúng ta về tỷ lệ truyền của cặp bánh răng số 1 (2.5:1) là chưa đúng. Cũng có thể do Porsche test xe trên mặt đường có hệ số ma sát lớn hơn bê tông khô. Tuy các thông tin này hiện không có sẵn, Otoman chắc chắn rằng trong bài test của mình, Porsche đã không sử dụng mẫu xe với kết cấu cầu sau chủ động, mà là kết cầu tất cả các cầu chủ động (AWD). Cùng đọc tiếp để hiểu tại sao có sự khác biệt nhé.

top gear

3. Tất cả các cầu chủ động

Ở kết cấu truyền động này, công suất dẫn động được truyền từ cả bốn bánh xe xuống mặt đường. Người ta phân biệt giữa ô tô có dẫn động tất cả các bánh xe chuyển đổi được (4WD – four-wheel-drive) và ô tô có dẫn động thường trực tất cả các bánh xe với sự phân phối momen khác nhau đến các bánh xe trước và sau (AWD – all-wheel-drive). Nói một cách đơn giản thì ở 4WD xe có chức năng gài cầu và thường được người lái kích hoạt trong tình trạng đường trơn trượt hoặc vào địa hình. Còn ở AWD, xe mặc định chạy trên cả 2 cầu.

otoman

Mặt trái của dạng kết cấu này là xe phải lắp thêm hộp phân phối momen, dẫn đến tăng trọng lượng, tăng tổn hao ma sát và tiêu thụ nhiên liệu nhiều hơn. Tuy nhiên, mặt lợi rõ ràng nhất là việc xe được cải thiện độ bám đường, do đó tăng lực kéo tối đa được cho phép. Khi dẫn động hai cầu, cả 4 bánh xe đều là bánh dẫn động và đều tạo ra lực kéo. Nhưng lực kéo thay đổi như thế nào? Và điều này tác động đến hiệu năng xe như thế nào? Hãy cùng thực hiện lại phép toán trên với cùng mẫu xe Porsche 911 Turbo S 2014, nhưng lần này là với phiên bản AWD.

Trước hết, khi cả 4 bánh xe đều dẫn động, lực kéo tối đa được cho phép sẽ bằng tổng lực ma sát trượt ở cả 4 bánh. Tức F(max) = 13,995 N (tạm thời bỏ qua phần trọng lượng tăng thêm do lắp thêm hộp phân phối). Giả sử momen xoắn cực đại được phân phối theo tỷ lệ 50 : 50 đến hai cầu trước và sau, khi này ta có:

Trong đó H = 82% do thất thoát ma sát ở kiểu dẫn động này lên tới 18%. Đồng thời, ta giả sử GR(vi sai truoc) = GR(vi sai sau) = 3.44:1. Vậy F = 10,410 N. So sánh với F(max), ta có F(911 Turbo S AWD) = 10,410 N. Khi này, xe tăng tốc từ 0-100 km/h trong vòng 4.48 s.

Có vẻ vẫn chưa đúng với số liệu do hãng công bố?!

Giờ ta hãy giả sử thay vì là 2.5:1 mà GR(số 1) = 4.0:1. Khi này, kết quả tăng tốc cho ra là 2.8 s.

Bingo, ta đã rất gần với Porsche rồi! Phần chênh lệch còn lại nằm ở độ sai lệch của các giả thiết và điều kiện môi trường.

Sau đây là bảng tổng hợp các ví dụ mà chúng ta vừa tính toán. Cùng so sánh sự khác nhau về hiệu năng của các mẫu xe với các kiểu dẫn động khác nhau và để lại bình luận của mình bên dưới nhé!

So sánh lực kéo trên các kiểu dẫn động
Kiểu dẫn động Trước Sau Tất cả
Mẫu xe Corolla Verso FWD 911 Turbo S RWD 911 Turbo S AWD
Khối lượng [kg] 1,495 1,680 1,680
Hệ số ma sát trượt 0.85
Momen xoắn cực đại [Nm] 310 750 750
GR (cấp số 1, giả thuyết) 2.5 : 1 2.5 : 1 4.0 : 1
GR (vi sai) 3.68 3.44
Kích thước bánh xe [inch] 16 20 20
Phân bổ khối lượng (giả thuyết) 50 :50 39 : 61 39 : 61
Phân bổ momen (giả thuyết) Không 50 : 50
Thất thoát ma sát 9% 11% 18%
Lực kéo cực đại [N, do ma sát trượt] 6,230 8,536 13,995
Lực kéo cực đại [N, từ động cơ] 7,017 11,300 10,410
Lực kéo thực tế [N] 6,230 8,536 10,410
Tăng tốc 0 - 100 km/h [s] 6.7 5.5 2.8
cars-data
Bình luận
Chưa có bình luận nào cho bài viết.
Hãy là người đầu tiên bình luận!
quảng cáo
Mới nhất về Truyền động 101
GP Saudi Arabia

Đằng sau nghệ thuật Pitstop trong F1

Pitstop trong F1 không chỉ đơn thuần là thay lốp mà nó còn là cả một nghệ thuật, đòi hỏi sự chính xác và tỉ mỉ cũng như là sự phối hợp nhịp nhàng và ăn ý.

Tay đua
điểm
1
max verstappen
51
2
sergio pérez
36
3
charles leclerc
28
4
george russell
18
5
oscar piastri
16
6
carlos sainz
15
7
lando norris
12
8
fernando alonso
12
9
lewis hamilton
8
10
oliver bearman
6
quảng cáo
Đọc nhiều trong tuần
Theo dõi Otoman
Kỹ thuật Xe hơi hiệu năng cao
Công nghệ Xe hơi hiện đại
Write Your Name on the Seal of Quality
© 2022 Otoman LLC 313 Trần Phú, Thạch Linh, TP Hà Tĩnh, Hà Tĩnh.
Điện thoại: 0982566568. Email: contact@otoman.net. Không sao chép dưới mọi hình thức trừ khi có sự cho phép bằng văn bản.