tóm tắt lats nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô

Chương này đề cập đến quá trình phanh khi xe xuống dốc, các hệ thống hỗ trợ phanh trên ô tô, cũng như các nghiên cứu về lĩnh vực phanh ứng dụng công nghệ vật liệu mới đã được thực hiện t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hoàng Quang Tuấn

Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường

trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô

Ngành: Kỹ thuật ô tô Mã số:

9520130

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Công trình được hoàn thành tại:

Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

1 Hoàng Quang Tuấn, Trần Thanh Tùng, Nguyễn Tiến Hoàng (2021), “Mô phỏng từ trường của phanh dầu từ trường đa cực từ”, Tạp chí khoa học công nghệ Hàng Hải, Số đặc biệt 10/2021

2 Hoang Quang Tuan, Nguyen Xuan Khoa, Trinh Minh Hoang (2023), “The Effect of Gap-Size on A Multi-Pole Bi-Layer Magnetorheological Brake

Torque”, Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, Vol 46, No 1, pp 59-75 (Tạp chí quốc tế có phản biện)

3 Quang- Tuan Hoang, Huu-Dieu Bui, Thanh-Tung Tran (Mar-2023), “Design and Simulation of Magnetorheological Brake Supporting Downhill Van Truck”, Journal of Science and Technology: Engineering and Technology for Sustainable Development, ISSN 2734-9381, Volume 33, Issue 1; https://doi.org/10.51316/jst.164.etsd.2023.33.1.6

4 Hoang Quang Tuan, Trinh Minh Hoang and Nguyen Xuan Khoa (July- 2023), “A study the effect of key parameters on the magneto-rheological brake torque based on the sim method”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol 18, No 13, ISSN 1819-6608,

Minh-7 Hoang Quang Tuan, Vu Minh Hieu, Do Quang Thieu, Nguyen Thanh Tung, Nguyen Anh Ngoc, Trinh Minh Hoang (25/11/2023), “Evaluation of the braking performance of van trucks when descending hills using auxiliary brakes”, Tạp chí khoa học công nghệ Đại học công nghiệp Hà Nội, Vol 59 - No 6B, https://doi.org/10.57001/huih5804.2023.224

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hệ thống phanh trên ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc tạo lực hãm chuyển động của xe Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ vật liệu, ô tô ngày càng hiện đại, tốc

độ di chuyển cao hơn, đòi hỏi hệ thống phanh cũng cần được cải tiến và áp dụng những công nghệ mới Nhằm nâng cao tính an toàn, tiện nghi và điều khiển dễ dàng, nhiều hệ thống phanh bổ trợ đã được nghiên cứu và ứng dụng trên ô tô Chương này đề cập đến quá trình phanh khi xe xuống dốc, các hệ thống hỗ trợ phanh trên ô tô, cũng như các nghiên cứu về lĩnh vực phanh ứng dụng công nghệ vật liệu mới đã được thực hiện trong những năm gần đây

1.1 Quá trình phanh khi xe xuống dốc

1.1.1 Thực trạng tai nạn giao thông

Mỗi năm, cả nước xảy ra khoảng 20.000 vụ tai nạn giao thông, trong đó có khoảng 9.000 người

tử vong và hàng chục nghìn người bị thương [1] Tai nạn liên quan đến đường đèo dốc là một trong những nguyên nhân gây ra tình trạng này Để giảm thiểu tai nạn giao thông trên đường đèo dốc, cần

có sự phối hợp của nhiều bên Cụ thể, nhà nước cần đầu tư xây dựng, nâng cấp hệ thống giao thông trên đường đèo dốc, đảm bảo đủ bề rộng, có đường lánh nạn, biển báo an toàn Người điều khiển phương tiện cần nâng cao kỹ năng lái xe, đặc biệt là khi đi đường đồi núi Các nhà sản xuất xe cần cải tiến hệ thống phanh, đảm bảo an toàn khi xuống dốc

1.1.2 Điều kiện địa hình đồi núi tại Việt Nam và các quy chuẩn đường dốc

Các nghiên cứu về độ dốc chung của địa hình Việt Nam cho thấy, địa hình Việt Nam ít bằng phẳng, phần lớn là đồi núi, bị chia cắt nhanh nên độ dốc rất đa dạng [2] Tuỳ theo cấp thiết kế của đường, độ dốc dọc tối đa được quy định trong Bảng 1.1 Có thể thấy dốc dọc lớn nhất không vượt quá 11 %

Bảng 1.1 Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường [3]

Cấp thiết kế I II III IV V VI

Địa hình

Đồng bằng

Đồng bằng

Đồng bằng, đồi

Núi

Đồng bằng, đồi

Núi

Đồng bằng, đồi

Núi

Đồng bằng, đồi

1.2 Các hệ thống phanh bổ trợ trên ô tô

Bảng 1.4 thể hiện các công nghệ phanh bổ trợ khác nhau Các nhà sản xuất sẽ triển khai lắp đặt và

sử dụng các loại phanh bổ trợ khác nhau tùy thuộc vào công nghệ và nhu cầu cụ thể

Bảng 1 4 Thuật ngữ và định nghĩa về hệ thống phanh bổ trợ [6]

Thiết bị điều khiển hệ thống phanh bổ trợ hoạt động độc lập với hệ thống phanh chính

Thiết bị điều khiển tích hợp

Thiết bị giúp hệ thống phanh bổ trợ làm việc đồng thời với hệ thống phanh chính để thực hiện hoạt động theo từng giai đoạn thích hợp

Thiết bị kiểm soát vận tốc xe

Thiết bị cho phép vận tốc xe gần như không đổi bằng cách vận hành và điều chỉnh tự động hệ thống phanh bổ trợ Thiết bị ngắt Thiết bị cho phép chỉ sử dụng hệ thống phanh chính mà

không cần kích hoạt hệ thống phanh bổ trợ

Thiết bị hãm Thành phần biến đổi năng lượng được sử dụng để cung cấp lực phanh cho phép

kiểm soát vận tốc của xe một cách độc lập hoặc bổ sung cho phanh chính

Các loại thiết bị

hãm

Thiết bị hãm chính Thành phần giảm tốc nằm trên hệ thống truyền lực của ô tô ở

phía động cơ của hộp số (bộ biến mô)

Thiết bị hãm thứ cấp Thành phần giảm tốc nằm trên hệ thống truyền lực của ô tô

giữa hộp số (bộ biến mô) và trục dẫn động

Thiết bị hãm khác Các thành phần hãm không phải là thiết bị hãm chính hoặc

Thiết bị giúp tăng hiệu ứng giảm tốc bằng cách thay đổi thời điểm đóng van để tăng nội trở (lực cản) của động cơ

Phanh khí xả Thiết bị nhằm tăng hiệu ứng giảm tốc bằng cách chặn dòng

khí thải để tăng nội trở trong của động cơ

Phanh sử dụng

động cơ điện

Thiết bị trong đó sử dụng điện, liên kết với các bánh dẫn động, tạo ra tác dụng làm chậm lại phương tiện đang chuyển động, ví dụ, bằng cách hoạt động như một máy phát điện

Thiết bị hãm thủy lực trong đó sự hấp thụ năng lượng dựa trên nguyên lý động năng riêng của chất lỏng

Thiết bị hãm thủy tĩnh

Thiết bị hãm thủy lực trong đó sự hấp thụ năng lượng dựa trên nguyên lý động năng riêng của chất lỏng

Phanh điện từ Thiết bị hãm điện từ Thiết bị hãm sử dụng tác động của trường điện từ lên bộ phận

quay được liên kết với một hoặc nhiều bánh xe

Thiết bị hãm nam châm vĩnh cửu

Thiết bị hãm sử dụng tác động của từ trường vĩnh cửu lên một

bộ phận quay được dẫn vào một hoặc nhiều bánh xe

Phanh tái sinh Thiết bị giảm tốc phục hồi động năng của xe thông qua mômen phanh để khôi phục

nó về nguồn năng lượng của xe

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3.1 Các nghiên cứu về phanh bổ trợ

Nhiều tổ chức uy tín như FHWA, SAE, UMTRI đã thực hiện nghiên cứu về phanh bổ trợ cho xe tải hạng nặng Mục tiêu là nâng cao an toàn khi xe xuống dốc dài, giảm nguy cơ trôi dốc Các nghiên cứu tập trung vào: Hệ thống phanh bổ trợ hiệu quả, Hành vi của người lái xe, Hướng dẫn vận hành, Giới hạn tốc độ phù hợp Theo tiêu chuẩn ISO-12161 đưa ra quy trình thử hệ thống phanh bổ trợ: Dựa trên nguyên tắc hấp thụ năng lượng tương đương Thử nghiệm trên đường dốc 6%, dài 6km hoặc tương đương Đo thời gian từ lúc bắt đầu đến khi kết thúc (thường 12 phút) Không sử dụng phanh chính, phanh phụ và phanh đỗ Gài số đảm bảo tốc độ động cơ không vượt quá giới hạn

1.3.2 Các nghiên cứu chính về dầu MR và các ứng dụng

Các nghiên cứu về dầu MR thường theo hai xu hướng chính bao gồm: nghiên cứu dựa trên mô hình thành phần chất lỏng MR và hướng nghiên cứu ứng dụng MR Đây cũng là hướng phát triển rất mạnh trong những năm qua Đối với lĩnh vực ô tô, ứng dụng dầu MR thường tập trung trên các hệ thống như: giảm chấn thông minh trong hệ thống treo, hoặc một số nghiên cứu bước đầu trong hệ thống phanh [28-56] Hình 1.1 cho thấy số lượng nghiên cứu về dầu MR và ứng dụng của chúng đang tăng lên đáng kể trong những năm gần đây (khoảng 12%/ năm)

Hình 1 1 Các công bố về mô hình hóa cấu thành của chất lỏng MR so với các khía cạnh khác nhau của nghiên cứu dựa trên chất lỏng MR kể từ năm 1984 [15]

1.3.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến phanh dầu từ trường

1.3.3.1 Nghiên cứu ngoài nước

Các nghiên cứu thường tập trung vào các vấn đề sau: phân tích và thiết kế mạch từ, tối ưu hóa thiết kế phanh MR để nâng cao hiệu suất phanh, nghiên cứu nhiệt phanh MR nhằm đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn trong điều kiện nhiệt độ cao, hạn chế mômen xoắn nhớt trường không để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, phương án điều khiển phanh MRB trên xe giúp tích hợp hiệu quả với hệ thống phanh chính và đảm bảo khả năng vận hành linh hoạt Nghiên cứu về thiết kế phanh MRB nhằm tối ưu hóa thiết kế phanh MR để giảm khối lượng và tăng hiệu suất phanh [34,35,36]

Sử dụng các phương pháp tối ưu hóa như: phương pháp bậc nhất với thuật toán dốc nhất, mô phỏng

Hạn chế mômen xoắn nhớt trường không bằng cách: sử dụng cấu trúc phanh MRB có khe

hở lớn [37-39], thiết kế khoang chứa dầu MR khi chưa làm việc, sử dụng chất lỏng MR có độ nhớt thấp, sử dụng bộ điều khiển phanh MRB [40] Nghiên cứu về nhiệt phanh MRB xoay quanh việc mô phỏng phân bố nhiệt độ trong phanh MRB, lập mô hình phân tích nhiệt cho phanh MRB, kết hợp phân tích mô phỏng và kiểm chứng thực nghiệm [30,41,42,43,44,45] Hệ thống điều khiển phanh MRB nhằm khử trường không hay kết hợp với hệ thống ABS để điều khiển độ trượt của hệ thống phanh chính [41,56,46-48] Tóm lại, phanh MRB có tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho ô tô Tuy nhiên cần thêm nhiều nghiên cứu để hoàn thiện hệ thống phanh MRB trước khi ứng dụng thực tế

Bảng 1.6 So sánh kết quả MRB và CHB có và không có ABS [48]

Thông số CHB

không

có ABS

CHB có ABS

MRB không có ABS

MRB có ABS

MRB Có ABS (Bộ điều khiển PID)

MRB Có ABS (FLC)

1.3.3.2 Nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, cho đến nay, các nghiên cứu về MRF vẫn còn khá hạn chế Một số nghiên cứu

đã được thực hiện, nhưng chủ yếu là các nghiên cứu cơ bản về tính chất vật lý của MRF Các nghiên cứu ứng dụng MRF trong lĩnh vực ô tô và xe chuyên dụng vẫn còn chưa nhiều, đặc biệt là các nghiên cứu về hệ thống phanh Một số nghiên cứu về hệ thống phanh sử dụng MRF ở Việt Nam có thể kể đến như của TS Nguyễn Anh Ngọc (2017), nghiên cứu này đề xuất một thiết kế mới cho hệ thống phanh dầu từ trường đa cực từ sử dụng nhiều lớp dầu Thiết kế mới này có hiệu suất phanh cao hơn

và độ bền cao hơn so với các thiết kế trước đây [50]

Luận án tiến sĩ “Phát triển hệ thống phản hồi lực dùng lưu chất từ biến” của tác giả Diệp Bảo Trí đề cập tới việc phát triển các hệ thống phản hồi lực áp dụng trong hệ thống điều khiển từ xa ứng dụng ở các môi trường khắc nghiệt cũng như trong phẫu thuật từ xa trong y khoa [51]

Các nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Quốc Hưng- hiện công tác tại Khoa kỹ thuật Đại học Việt Đức đã được công bố trên các tạp chí khoa học quốc tế uy tín, bao gồm các nghiên cứu về:

o Đặc tính của giảm chấn trên các mô hình thí nghiệm [53];

o Đặc tính của ly hợp, hệ thống phanh dầu từ trường trong quá trình đóng ngắt tốc độ cao [34,52];

o Các thuật toán điều khiển dầu từ trường trên các ứng dụng cụ thể [56];

Mặc dù đã có một số nghiên cứu về MRF ở Việt Nam, nhưng các nghiên cứu này vẫn còn một số hạn chế Cụ thể, các nghiên cứu ứng dụng MRF trong lĩnh vực ô tô và xe chuyên dụng vẫn còn chưa nhiều, đặc biệt là các nghiên cứu về hệ thống phanh Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các nghiên cứu cơ bản về tính chất vật lý của MRF, chưa có nhiều nghiên cứu về các ứng dụng cụ thể của MRF trong thực tế Các nghiên cứu chưa chú trọng đến việc phát triển các giải pháp ứng dụng MRF phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam

1.4 Mục tiêu của luận án

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu khả năng áp dụng phanh dầu từ trường (MRB) cho

hệ thống phanh bổ trợ khi ô tô xuống dốc tại Việt Nam Hệ thống phanh bổ trợ MRB cung cấp mômen phanh nhằm giảm tải cho hệ thống phanh chính khi xe xuống dốc

Để đạt được mục tiêu chính này, mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm các nghiên cứu lựa chọn kết cấu, đánh giá các cấu hình của MRB, thiết kế chế tạo mẫu phanh bổ trợ Kết cấu MRB sau khi được cân nhắc lựa chọn sẽ được đánh giá bằng mô phỏng khả năng áp dụng lên ô tô theo những quy trình thử nghiệm thực tế Đặc tính làm việc của MRB ở vùng vận tốc thấp để phù hợp với điều kiện thí nghiệm trong phạm vi phòng thí nghiệm được xây dựng từ các kết quả thực nghiệm trên bệ thử

do NCS thiết kế chế tạo

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp mô phỏng số để xác định các vùng từ trường trong cơ cấu phanh MRB

Phương pháp mô phỏng số sử dụng phần mềm chuyên dụng được áp dụng trong luận án để xác định các vùng từ trường phân bố trong cơ cấu phanh bổ trợ được khảo sát Cơ cấu phanh bổ trợ (MRB) theo thiết kế được xây dựng mô hình CAD bằng phần mềm SIEMENS NX CAD, sau đó việc xác định đặc tính từ trường của các phương án khảo sát với các thông số kết cấu thay đổi của MRB được thực hiện bằng mô hình phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Hypermesh Flux của hãng Altair

Engineering [57]

1.5.2 Phương pháp tính toán số xác định mômen phanh bổ trợ

Sau khi xác định các từ trường trong các vùng kết cấu của MRB, phương pháp tính toán số được sử dụng để xác định mômen phanh do cơ cấu phanh bổ trợ MRB sinh ra Mômen phanh của MRB được tính toán số bằng phần mềm Matlab, với mô hình chất lỏng MRF được lựa chọn, tương ứng với từng kết quả mô phỏng từ trường tương ứng với mỗi kết cấu MRB Ngoài ra, trong nội dung khảo sát xác định mômen phanh cần thiết, phương pháp mô phỏng số bằng phần mềm Matlab Simulink được sử dụng để giải phương trình vi phân mô phỏng động lực học của xe Các nghiên cứu

về nhiệt sinh ra của MRB khi khảo sát theo tiêu chuẩn thử cũng được thực hiện trong môi trường mô phỏng STAR- CM++ Việc giải các bài toán làm mát cũng được thực hiện thông qua việc giải các bài toán CFD với môi trường làm mát bằng nước cũng được đề cập tới trong nghiên cứu này

1.5.3 Phương pháp thực nghiệm

Các thí nghiệm của luận án được thực hiện trên bệ thử do NCS thiết kế và chế tạo nhằm xác định đặc tính làm việc của phanh MRB khi thay đổi số vòng quay của động cơ và dòng điện Kết quả của các thí nghiệm sẽ là cơ sở cho việc kiểm chứng đánh giá độ tin cậy của mô hình nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng mômen phanh do MRB sinh ra

1.6 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu về thiết bị phanh bổ trợ sử dụng dầu từ trường cho xe tải Suzuki Van Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển thiết bị phanh bổ trợ sử dụng dầu từ trường cho xe tải Suzuki Van Hệ thống phanh mới này ứng dụng nguyên lý dầu từ trường lưu biến, được điều khiển bằng dòng điện 12V Hệ thống được lắp trực tiếp trên hệ thống truyền lực của xe, cụ thể là ở phía sau các đăng và phía trước cầu chủ động Hệ thống phanh bổ trợ (MRB) hoạt động độc lập với hệ thống phanh chính, nhằm cung cấp mômen phanh để giảm tải cho hệ thống phanh chính khi xe xuống dốc duy trì với một tốc độ chuyển động theo mong muốn của người lái

1.7 Bố cục và nội dung của luận án

Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu đã đề cập, ngoài phần mở đầu và kết luận, những nội dung nghiên cứu chính của luận án được bố cục thành 4 chương:

• Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương này trình bày tổng quan các vấn đề nghiên cứu của đề tài, bao gồm nghiên cứu tổng quan về quá trình phanh xe khi xuống dốc, địa hình cụ thể ở Việt Nam, các phương án phanh bổ trợ trên ô tô, các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến dầu từ trường nói chung và phanh dầu từ trường nói riêng, từ đó xác định mục tiêu, phương pháp, đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận án

• Chương 2: Cơ sở khoa học của hệ thống phanh bổ trợ sử dụng công nghệ dầu từ trường Chương này trình bày các cơ sở khoa học để xác định mômen phanh yêu cầu, lựa chọn kết cấu hệ thống phanh bổ trợ, phương pháp tính toán mô phỏng xác định đặc tính phanh bổ trợ và các yếu tố ảnh hưởng đến mômen phanh do cơ cấu phanh bổ trợ sinh ra

• Chương 3: Mô phỏng, phân tích hoạt động của hệ thống phanh dầu từ trường hỗ trợ xe xuống dốc

Chương này đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện thiết kế và chế tạo hệ thống phanh dầu từ trường hỗ trợ xe xuống dốc Các kết quả mô phỏng và phân tích sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh thực tế

• Chương 4: Thí nghiệm trên bệ thử

Chương này tiến hành thí nghiệm trên bệ thử để kiểm nghiệm mômen phanh sinh ra của hệ thống phanh dầu từ trường Kết quả thí nghiệm được sử dụng làm cơ sở đánh giá độ tin cậy của mô hình

mô phỏng cơ cấu phanh MRB

• Kết quả và bàn luận: Phần này tổng kết kết quả nghiên cứu, hạn chế và hướng phát triển

của đề tài luận án

1.8 Kết luận chương 1

Chương 1 giới thiệu mục tiêu, phương pháp và giới hạn của luận án, đồng thời trình bày tổng quan

về nghiên cứu phanh bổ trợ dầu từ trường MRB ứng dụng trên xe tải Van Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm được kết hợp để đạt được mục tiêu đề ra

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA HỆ THỐNG PHANH BỔ TRỢ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DẦU TỪ TRƯỜNG

Chương này trình bày các kiến thức lý thuyết cơ bản về dầu MR, điện từ trường và phanh dầu từ trường (MRB) Trong nghiên cứu này, mômen phanh bổ trợ cần thiết được xác định cho phanh MRB lắp trên xe tải Van khi xuống dốc Các nghiên cứu lý thuyết sẽ được thực hiện dựa trên mô hình phanh dầu từ trường Mô hình này được xây dựng dựa trên các đặc tính vật lý của dầu MR và các mối quan hệ toán học giữa điện trường, từ trường và dòng điện

2.1 Cơ sở khoa học xác định mô men phanh bổ trợ

2.1.1 Vị trí lắp đặt phanh bổ trợ trên ô tô tải Suzuki van

Đề tài nghiên cứu bố trí cơ cấu phanh bổ trợ sử dụng công nghệ dầu từ trường có thể hoạt động độc lập với hệ thống phanh chính áp dụng cho dòng xe tải van Suzuki cỡ nhỏ Các thông số của

xe có thể tham khảo ở phụ lục 2A của nghiên cứu này Để đảm bảo không làm ảnh hưởng đến kết cấu nguyên bản của xe, cần cân nhắc kỹ lưỡng khi bố trí phanh từ trường Sau khi cân nhắc ưu nhược điểm của 3 phương pháp trên các khía cạnh như: hiệu quả truyền lực, khả năng tản nhiệt, khả năng bảo dưỡng, nghiên cứu lựa chọn phương án bố trí MRB giữa các- đăng và vỏ cầu chủ động

Hình 2.1 Mô hình phanh khi lắp lên xe

2.1.2 Xây dựng mô hình động lực học quá trình phanh xe tải van khi xuống dốc

Hình 2.2 thể hiện mô hình động lực học phương dọc của xe tải van khi xuống dốc và phanh Mô hình này bao gồm các thành phần lực và thông số kích thước hình học sau:

- G: Tải trọng của xe khi đầy tải (N);

- Fq: Lực quán tính của xe (N);

- Fw: Lực cản không khí (N);

- Fzi: Phản lực tổng cộng từ mặt đường tác động lên các bánh xe ở cầu thứ i (N);

- Fpi: Lực phanh tổng cộng do cơ cấu phanh chính sinh ra tại bánh xe ở cầu thứ i (N);

- Fb: Lực phanh tổng cộng do cơ cấu phanh bổ trợ sinh ra tại các bánh xe cầu sau (N);

- Ffi: Lực cản lăn tổng cộng tại bánh xe ở cầu thứ i (N);

- h: Chiều cao trọng tâm xe (m);

- hw: Chiều cao điểm đặt lực cản không khí (m) (hw = h);

- α: Góc dốc của đường (độ);

- a, b - Khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâm cầu trước và cầu sau (m);

- L: Chiều dài cơ sở xe (m)

Để tính toán quãng đường phanh của xe tải van khi xuống dốc và phanh, cần xác định được các lực tác dụng lên xe và các thông số của xe như trọng lượng, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, lực phanh Các chỉ số i = 1, 2 là các chỉ số tương ứng cho các lực và mô men đặt tại bánh xe cầu trước và cầu sau

Hình 2.2 Các lực và mô men tác động lên xe tải van khi xuống dốc và phanh

Trong nghiên cứu này, giả thiết phương án lắp đặt cơ cấu phanh bổ trợ được bố trí tại vị trí

sau các đăng và trước cầu chủ động Khi đó, lực phanh F b do mô men phanh bổ trợ T cung cấp dẫn

tới bánh xe sau sẽ bằng:

𝐹𝑏 = 𝑇 ∗ 𝑖0/𝑟𝑏 (2 1)

Với i 0 : tỉ số truyền của truyền lực chính;

r b : bán kính tính toán của bánh xe phía sau (m)

Gọi F p là tổng tất cả lực phanh tác dụng lên xe, bao gồm các lực phanh do cơ cấu phanh chính

tại các bánh xe trước (F p1 ), bánh xe sau (F p2 ), cùng với lực phanh bổ trợ quy đổi về bánh sau (F b), khi đó:

𝐹𝑝= 𝐹𝑝1+ 𝐹𝑝2+ 𝐹𝑏 (2 2)

Phương trình cân bằng lực theo phương dọc x của xe (Hình 2.2) được xác định như sau:

𝐹𝑞 = 𝐹𝑝1+ 𝐹𝑝2+ 𝐹𝑏+ 𝐹𝑤+ (𝐹𝑓1+ 𝐹𝑓2) − 𝐹𝛼 (2 3)

Gọi F f là tổng tất cả lực cản lăn tác dụng lên xe, và giả sử hệ số cản lăn f tại các bánh xe là như

nhau, khi đó tổng lực cản lăn tác động lên các bánh xe là:

- A: Diện tích cản chính diện của xe (m2);

- x, 𝑥̇, 𝑥̈ lần lượt là dịch chuyển, vận tốc và gia tốc của xe theo phương dọc x

Khi thiết kế hệ thống phanh, thông thường xác định kết cấu của cơ cấu phanh chính ở trường hợp

xe chạy trên đường bằng có hệ số bám là φ tk Khi đó tổng lực phanh cực đại do cơ cấu phanh chính sinh ra ở mỗi bánh xe được xác định:

𝐹𝑝= 𝐹𝑝1+ 𝐹𝑝2 + 𝐹𝑏 = 𝑘𝐺𝜑𝑡𝑘+𝑇𝑖0

𝑟𝑏

(2 12)

Mô hình động lực học phương dọc cũng được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của các thông

số đánh giá đến hiệu quả phanh và quãng đường phanh của xe Kết quả khảo sát nhằm xác định mô men phanh cần thiết của cơ cấu phanh bổ trợ khi thông số vận hành thay đổi trong quá trình xe xuống dốc Việc giải phương trình 2.7 để tính toán quãng đường phanh và đánh ảnh hưởng của các thông

số đến hiệu quả của cơ cấu phanh bổ trợ được thực hiện bằng phần mềm mô phỏng số Matlab Simulink

2.1.3 Khảo sát xác định mô men phanh bổ trợ cần thiết của cơ cấu phanh MRB

2.1.3.1 Tiêu chí xác định mô men phanh bổ trợ cho xe khi xuống dốc

Mục tiêu của nghiên cứu là xác định mômen phanh bổ trợ hiệu quả của cơ cấu phanh MRB cho xe tải van khi xuống dốc Nghiên cứu khảo sát quá trình phanh xe xuống dốc được chia thành 2 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Xe bắt đầu xuống dốc và giảm tốc từ vận tốc v1 đến vận tốc v2

Giai đoạn 2: Xe duy trì vận tốc v2 đến hết dốc

Ở cả 2 giai đoạn MRB đều ở chế độ bật, đều không xét đến tác động của phanh động cơ Cụ thể, ở giai đoạn 1 khi phanh chính làm việc cùng với MRB ở một mức tỉ lệ bàn đạp k, còn ở giai đoạn 2 (k=0 tức là bỏ qua tác động của phanh chính) chỉ xét tới tác động của phanh MRB để duy trì vận tốc của xe v2 đến hết dốc (Hình 2.3)

Hình 2.3 Quá trình phanh khi xe xuống dốc

Với việc khảo sát xe xuống dốc gồm 2 giai đoạn phanh nói trên, nghiên cứu tiến hành đề xuất phương

án điều khiển nhằm giúp MRB phối hợp với hệ thống phanh chính Tiêu chuẩn thiết kế đường dốc ở Việt Nam quy định độ dốc thông thường từ 5 đến 11% Chiều dài quãng đường dốc thiết kế tối thiểu

là 300 m cho vận tốc của xe là 20 km/h [3] Nghiên cứu này giả thiết rằng cơ cấu phanh MRB làm việc ở trạng thái ổn định (nhiệt độ tăng không vượt quá giới hạn cho phép của dầu MR [58]) Như vậy điều kiện đánh giá hiệu quả của cơ cấu phanh bổ trợ khi xuống dốc ở giai đoạn 1 theo yêu cầu thiết kế đường dốc tại Việt Nam, bao gồm:

Xe đầy tải;