Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô

Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Thực trạng ô tô khi di chuyển trên đường đèo dốc tại Việt Nam

Mỗi năm, Việt Nam ghi nhận khoảng 20.000 vụ tai nạn giao thông, gây ra khoảng 9.000 trường hợp tử vong và hàng chục nghìn người bị thương Tai nạn trên đường đèo dốc là một trong những nguyên nhân chính, thường do kỹ năng lái xe yếu kém, đặc biệt ở những tài xế mới và thiếu kinh nghiệm Hệ thống phanh của một số xe chở hàng cũng không đảm bảo an toàn khi xuống dốc Để giảm thiểu tai nạn, cần có sự phối hợp giữa nhiều bên, trong đó nhà nước cần đầu tư nâng cấp hạ tầng giao thông trên các tuyến đường đèo dốc, đảm bảo bề rộng đủ và có các biện pháp an toàn như đường lánh nạn và biển báo.

1.1 Có thể thấy dốc dọc lớn nhất không vượt quá 11 % [2].

Bảng 1.1 Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường [2]

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

Núi Độ dốc dọc lớn nhất (%) 3 4 5 7 6 8 7 10 9 11

Vận tốc lưu hành của xe trên đường phụ thuộc vào tình trạng thực tế như khí hậu, thời tiết, tình trạng đường và điều kiện giao thông Vận tốc thiết kế cho các cấp đường được xác định dựa trên điều kiện địa hình, theo quy định trong Bảng 1.2 Đồng thời, chiều dài đoạn đường có dốc dọc không được quá dài, với giá trị tham khảo trong Bảng 1.3.

Bảng 1.2 Vận tốc thiết kế của các cấp đường [2]

Trong thiết kế hạ tầng giao thông, các cấp thiết kế I đến VI được phân chia theo loại địa hình, bao gồm đồng bằng và núi Vận tốc thiết kế tương ứng với từng cấp là 120 km/h cho cấp I, 100 km/h cho cấp II, 80 km/h cho cấp III, và giảm dần xuống 60 km/h cho cấp IV và V, cũng như 40 km/h cho cấp VI trên địa hình đồng bằng Đối với địa hình núi, vận tốc thiết kế thấp hơn, với mức 30 km/h cho cấp IV và V, và chỉ 20 km/h cho cấp VI.

Bảng 1.3 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc (m) [2] Độ dốc dọc, %

Vận tốc thiết kế, v tk , km/h

7 700 600 600 500 - - - bổ trợ ngoài hệ thống phanh chính của xe nhằm nâng cao tính an toàn, độ tin cậy khi xe di chuyển trên dốc.

Các hệ thống phanh bổ trợ trên ô tô

Hệ thống phanh bổ trợ là thiết bị quan trọng giúp người lái giảm hoặc duy trì vận tốc xe khi di chuyển qua dốc dài, đặc biệt trên các xe hạng nặng Hệ thống này hỗ trợ phanh liên tục khi xuống dốc, giúp kiểm soát vận tốc hiệu quả, ngăn chặn hiện tượng quá nóng của phanh chính và giảm thiểu độ mòn của má phanh.

Bảng 1.4 trình bày các phương pháp phanh bổ trợ đa dạng Các nhà sản xuất sẽ lắp đặt và áp dụng các loại phanh bổ trợ khác nhau dựa trên công nghệ và nhu cầu sử dụng cụ thể.

Bảng 1.4 Thuật ngữ và định nghĩa về hệ thống phanh bổ trợ [6]

Loại thiết bị điều khiển dùng trong hệ thống phanh bổ trợ

Thiết bị điều khiển độc lập

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

Thiết bị điều khiển tích hợp hỗ trợ hệ thống phanh chính, cho phép cả hai hoạt động đồng thời và hiệu quả Điều này giúp cải thiện hiệu suất phanh theo từng giai đoạn cần thiết.

Thiết bị kiểm soát vận tốc xe giúp duy trì tốc độ ổn định cho xe bằng cách tự động điều chỉnh và vận hành 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 là thành phần quan trọng trong hệ thống phanh, giúp biến đổi năng lượng để cung cấp lực phanh Thiết bị này cho phép kiểm soát vận tốc của xe một cách độc lập hoặc hỗ trợ cho phanh chính, đảm bảo an toàn và hiệu quả khi lái xe.

Các loại thiết bị hãm trong ô tô bao gồm thiết bị hãm chính, với thành phần giảm tốc được lắp đặt trong hệ thống truyền lực, nằm gần 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 thứ cấp (ví dụ, thiết bị hãm khí động học).

Các phương thức làm chậm của phanh bổ trợ

Phanh bổ trợ sử dụng chất làm chậm từ động cơ đốt trong

Thiết bị này tạo ra lực cản từ động cơ bằng cách giảm lượng nhiên liệu đầu vào và điều chỉnh nguồn cung cấp không khí cảm ứng khi động cơ kết nối với các bánh dẫn động.

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 là thiết bị hoạt động dựa trên điện năng, kết nối với các bánh dẫn động để tạo ra hiệu ứng làm chậm phương tiện đang di chuyển, ví dụ như hoạt động như một máy phát điện.

Thiết bị hãm thủy lực là một hệ thống giảm tốc, trong đó quá trình làm chậm được thực hiện nhờ tác động của chất lỏng lên các bộ phận quay hoặc bơm, được kết nối với một hoặc nhiều bánh xe.

Thiết bị hãm thủy động lực 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 là thiết bị hãm sử dụng tác động của trường điện từ để kiểm soát bộ phận quay, liên kết với một hoặc nhiều bánh xe.

Thiết bị hãm nam châm vĩnh cửu hoạt động dựa trên tác động của từ trường vĩnh cửu, tác động lên một bộ phận quay được kết nối với 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.

Thiết bị tạo lực hãm bằng cách làm tăng lực cản không khí, ví dụ sử dụng các bề mặt có thể di chuyển được.

Phanh động cơ là một dạng phanh sử dụng lực cản của động cơ để làm chậm xe Cách thức hoạt động được thực hiện như sau:

Khi phanh động cơ được kích hoạt, lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ sẽ giảm, dẫn đến việc giảm công suất và tạo ra lực cản Điều này giúp xe giảm tốc hiệu quả.

Điều tiết nguồn cung cấp không khí là một yếu tố quan trọng trong việc giảm tiêu thụ nhiên liệu Lượng khí nạp vào động cơ được điều chỉnh, giúp khí nén trong buồng đốt hoạt động như một lò xo tích trữ năng lượng, từ đó góp phần giảm vận tốc của xe.

Phanh khí xả là một hệ thống hỗ trợ phanh chính, thường được áp dụng cho xe tải hạng nặng Nguyên lý hoạt động của loại phanh này là tạo áp suất ngược trong ống xả, giúp giảm tốc độ xe hiệu quả Các giai đoạn hoạt động của phanh khí xả bao gồm nhiều bước quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu suất khi lái xe.

 Đóng đường dẫn khí thải: Khi phanh khí xả được kích hoạt, van bướm trong ống xả sẽ đóng lại, ngăn chặn khí thải thoát ra ngoài.

 Tạo áp suất ngược: Việc đóng van bướm khiến khí thải bị dồn nén trong ống xả, tạo ra áp suất ngược.

Phanh khí xả hoạt động bằng cách tạo áp suất ngược lên piston, giúp động cơ hoạt động ngược lại và tạo lực hãm, từ đó giảm tốc độ xe hiệu quả, đặc biệt khi xuống dốc Ưu điểm nổi bật của loại phanh này là ít gây tiếng ồn và hoạt động êm ái hơn so với phanh động cơ Tuy nhiên, hiệu quả của phanh khí xả thường thấp hơn phanh động cơ và có thể làm giảm công suất động cơ từ 30% đến 70%.

1.2.3 Thiết bị hãm thủy lực

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Vào năm 2010, Austroads đã công bố báo cáo AP-R362/10 để nghiên cứu an toàn cho xe hạng nặng trên những đoạn đường dài và dốc Báo cáo này đề xuất thực hiện các nghiên cứu và thử nghiệm chuyên sâu nhằm xác định các chiến lược hiệu quả nhất để cải thiện an toàn cho xe hạng nặng khi di chuyển xuống dốc Các đánh giá của Austroads nhằm nâng cao nhận thức về hệ thống phanh bổ trợ, hành vi lái xe, hướng dẫn vận hành và tốc độ tối đa phù hợp cho xe hạng nặng trên các tuyến đường dốc.

 Các nghiên cứu của FHWA

Mục tiêu của các nghiên cứu của FHWA là giảm nguy cơ xe tải trôi dốc bằng cách áp dụng các biện pháp khắc phục hiệu quả Nghiên cứu của Allen và cộng sự (2000) chỉ ra rằng phanh động cơ chủ yếu được sử dụng để kiểm soát tốc độ xe, kết hợp với lực phanh bổ trợ để duy trì vận tốc ổn định Lực phanh phụ thuộc vào trọng lượng xe, tốc độ, độ dốc và chiều dài quãng đường phanh FHWA đã phát triển hai hệ thống nhằm nâng cao an toàn cho xe tải khi xuống dốc Hệ thống đầu tiên, GSRS, tập trung vào nhiệt độ phanh và mối liên hệ của nó với hiện tượng trôi dốc, đồng thời đề xuất các Dấu hiệu cụ thể về trọng lượng (WSS) để hỗ trợ người lái Tuy nhiên, GSRS chưa được triển khai thực tế Hệ thống thứ hai, IHSDM-VDANL, tiếp tục phát triển từ GSRS và chuyển đổi thành các mô hình tự động, nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm để cải thiện độ chính xác của mô hình.

 Các nghiên cứu của UMTRI

UMTRI đã thực hiện một phân tích tổng quát về lợi ích của việc giảm tốc độ khi xuống dốc, nhấn mạnh rằng biện pháp này không chỉ nâng cao năng suất vận chuyển mà còn giúp tiết kiệm chi phí bảo trì và cải thiện độ an toàn, từ đó giảm thiểu nguy cơ xảy ra tai nạn do trôi dốc.

 Các nghiên cứu của SAE

Năm 2006, SAE đã công bố hai bài báo về phanh tang trống của xe hạng nặng, trong đó so sánh bốn mô hình phanh làm mát tự do và cưỡng bức, bao gồm GSRS và UMTRI Mục tiêu là xác định mối tương quan giữa các mô hình và độ tin cậy của chúng, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của các thông số khác nhau đến nhiệt độ trống phanh.

 Quy trình thử hệ thống phanh bổ trợ của xe cơ giới theo ISO-12161 [5]

Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp thử hệ thống phanh bổ trợ cho xe loại M, N và O (ngoại trừ M1, N1, O1 và O2) theo quy chuẩn ECE-R 13/09 Tất cả quy trình kiểm tra, bao gồm kiểm tra loại II và kiểm tra khi xe xuống dốc, dựa trên nguyên tắc hấp thụ năng lượng tương đương (W equ), cho phép điều chỉnh các thông số thử nghiệm cơ bản như vận tốc, độ dốc và khối lượng xe để phù hợp với điều kiện thực tế Năng lượng tiêu tán (W diss), tức là lượng năng lượng tiêu hao do phanh, của xe hoặc tổ hợp xe được xác định theo quy trình này.

Trong đó, Wpot là thế năng khi phanh xe có khối lượng (m) xuống dốc; Wpot m.g.Δh; Wrr là năng lượng tiêu tán do lực cản lăn khi phanh; Wrr = m.g (Δh. 0.01)/tanα.

Theo tiêu chuẩn ISO-12161, khi xe phanh xuống dốc, năng lượng tiêu tán của xe tương đương với năng lượng tiêu tan khi xe di chuyển với vận tốc trung bình 30 km/h trên đường có độ dốc 6% trong khoảng cách 6 km.

Tiêu chuẩn TCVN 5659: 1999 tại Việt Nam định nghĩa phanh bổ trợ và quy định các giá trị cho phép liên quan đến các tiêu chí thử nghiệm phanh bổ trợ trên đường, bao gồm vận tốc thử và gia tốc chậm dần của xe.

Nghiên cứu về phanh bổ trợ cho thấy tác động quan trọng của nó đến an toàn của xe tải hạng nặng khi xuống dốc dài Tuy nhiên, cần thiết phải thực hiện thêm nghiên cứu để cải thiện độ chính xác và hiệu quả của hệ thống này trên xe tải nhẹ (loại N) khi di chuyển xuống dốc, nhằm phù hợp hơn với điều kiện sử dụng xe tại Việt Nam.

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

Chất lỏng từ lưu biến (MRF), được Rabinow phát minh vào năm 1948, là một loại vật liệu thông minh với các đặc tính lưu biến độc đáo MRF là vật liệu tổng hợp hai pha, bao gồm các hạt rắn có khả năng phân cực từ tính lơ lửng trong môi trường không từ tính Khi không có từ trường, MRF hoạt động như chất lỏng Newton với độ nhớt thấp (từ 0,1 đến 1,0 Pa.s) Khi từ trường được áp dụng, MRF nhanh chóng chuyển từ trạng thái chảy tự do sang trạng thái rắn thông qua sự thay đổi độ nhớt Ngoài chất lỏng MR, còn có nhiều loại vật liệu MR khác như chất đàn hồi MR, chất dẻo, bọt, gel polymer và mỡ bôi trơn, tất cả đều chứa pha rắn có thể từ hóa trong môi trường không từ tính Chất lỏng MR là ứng dụng đầu tiên và phổ biến nhất nhờ hiệu suất lưu biến cao và quy trình thử nghiệm dễ dàng Mặc dù các vật liệu MR phát triển sau này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và ứng dụng ít hơn, một số lý thuyết và mô hình ban đầu cho chất lỏng MR đã được áp dụng thành công cho các loại vật liệu khác.

Chất lỏng MR đã được phát triển qua thời gian, với nhiều nghiên cứu không chỉ thúc đẩy công nghệ chất lỏng này mà còn đóng góp quan trọng vào sự phát triển của các loại vật liệu MR khác.

Hình 1.3 Các nghiên cứu về chất lỏng MR [15]

Chất lỏng MR không chỉ có phạm vi độ nhớt điều chỉnh rộng mà còn sở hữu nhiều đặc tính nổi bật như độ ổn định lắng đọng, độ nhớt trường không thấp, phản ứng nhanh và không nhạy cảm với nhiệt độ vận hành Những ưu điểm này đã giúp chất lỏng MR được ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm van điều tiết MR trong kỹ thuật dân dụng, ly hợp MR trong kỹ thuật cơ khí, và hệ thống càng đáp dựa trên van điều tiết MR trong hàng không vũ trụ.

25], phanh MR cho ứng dụng đầu gối giả trong lĩnh vực y tế [26,27] Hình 1.3 cho

Nghiên cứu dựa trên chất lỏng MR

Mô hình cấu thành của chất lỏng MR

Số lượng ứng dụng của dầu MR chủ yếu tập trung vào các hệ thống như giảm chấn thông minh trong hệ thống treo và một số nghiên cứu ban đầu liên quan đến hệ thống phanh.

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

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, đặc biệt là trong lĩnh vực bộ vi xử lý, cảm biến và thiết bị điện tử, đã tạo ra khả năng điều khiển thời gian thực cho các hệ thống thông minh sử dụng thiết bị MR Một trong những ứng dụng tiềm năng của công nghệ này là hệ thống phanh trên ô tô, hay còn gọi là phanh MRB Hiện nay, các nghiên cứu về phanh MR trên ô tô chủ yếu tập trung vào những vấn đề quan trọng liên quan đến hiệu suất và độ an toàn của hệ thống.

 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;

 Nghiên cứu phương pháp hạn chế mômen nhớt trường không nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng khi chưa kích hoạt hệ thống phanh MRB;

 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.

Bảng 1.5 Các thành tựu thiết kế phanh MRB cho ô tô

Công bố Mô hình toán Số vòng dây (N C )

Nguyen, 2010 [56] Herschel-Bulkley 490 MRF-132DG 1230 56.8

Phân tích và thiết kế phanh MR là lĩnh vực nghiên cứu quan trọng nhằm phát triển hệ thống phanh hiệu quả và tiết kiệm năng lượng Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tối ưu hóa hiệu suất phanh MR và giảm thiểu khối lượng của nó Mục tiêu của các nghiên cứu này là tìm ra các giá trị tối ưu cho các thông số thiết kế của phanh MR, nhằm đạt được hiệu suất phanh cao nhất Một số thiết kế tối ưu cho phanh MRB loại đĩa đã được trình bày trong tài liệu, cụ thể trong Bảng 1.5.

Hình 1.4 Ảnh hưởng của loại dầu MRF tới mômen phanh [34]

Nghiên cứu của Yaojung Shiao phân tích một phanh MR có cấu trúc nhiều cực nhằm tìm ra thiết kế tối ưu để đạt mômen phanh cực đại trong khi vẫn duy trì công suất đầu vào Kết quả cho thấy mômen phanh đạt giá trị cao nhất khi thay đổi tích số NI giữa số vòng dây N và cường độ dòng điện I, đặc biệt khi sử dụng mác dầu lưu biến MRF-140CG của hãng Lord Company.

Mục tiêu của luận án

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là khám phá 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 sẽ cung cấp mômen phanh, giúp giảm tải cho hệ thống phanh chính trong những tình huống này Để thực hiện mục tiêu này, nghiên cứu sẽ tập trung vào việc lựa chọn kết cấu, đánh giá các cấu hình của MRB, và thiết kế chế tạo mẫu phanh bổ trợ Kết cấu MRB sẽ được đánh giá thông qua mô phỏng khả năng áp dụng lên ô tô, dựa trên các quy trình thử nghiệm thực tế Đặc tính làm việc của MRB ở vùng vận tốc thấp sẽ được thiết lập phù hợp với điều kiện thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, dựa trên các kết quả thực nghiệm từ bệ thử do NCS thiết kế và chế tạo.

Phương pháp nghiên cứu 22 1 Phương pháp mô phỏng số để xác định các vùng từ trường trong cơ cấu

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 với phần mềm chuyên dụng được áp dụng trong luận án nhằm xác định các vùng từ trường trong cơ cấu phanh bổ trợ (MRB) Nghiên cứu này xây dựng mô hình thiết kế cho cơ cấu phanh bổ trợ để khảo sát hiệu quả hoạt động của nó.

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, mômen phanh do cơ cấu phanh bổ trợ MRB sinh ra được tính toán bằng phương pháp số Mômen phanh của MRB được tính toán qua phần mềm Matlab, sử dụng mô hình chất lỏng MRF tương ứng với kết quả mô phỏng từ trường của từng kết cấu MRB Để xác định mômen phanh cần thiết, phương pháp mô phỏng số bằng phần mềm Matlab Simulink được áp dụng để giải phương trình vi phân mô phỏng động lực học của xe.

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

Nghiên cứu thiết bị phanh bổ trợ sử dụng dầu từ trường cho xe tải Suzuki Van tập trung vào việc phát triển hệ thống phanh mới ứng dụng nguyên lý dầu từ trường lưu biến, điều khiển bằng dòng điện 12V Thiết bị này được lắp trực tiếp vào 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, mang lại hiệu suất phanh tốt hơn cho xe.

Chương này tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan đến quá trình phanh xe khi xuống dốc tại Việt Nam, bao gồm địa hình và các dạng phanh bổ trợ trên ô tô Luận án cũng tổng hợp các hướng nghiên cứu về dầu từ trường và phanh dầu từ trường, phân tích điểm mạnh và hạn chế của phanh MRB, đặc biệt trong ứng dụng cho ô tô Dựa trên các nghiên cứu trước, tác giả xác định mục tiêu, phương pháp, đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận án để phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam.

 Chương 2: Cơ sở khoa học của hệ thống phanh bổ trợ sử dụng công nghệ dầu từ trường

Chương này cung cấp cơ sở khoa học để xác định mômen phanh yêu cầu và lựa chọn cấu trúc hệ thống phanh bổ trợ Nó cũng trình bày phương pháp tính toán mô phỏng nhằm xác định đặc tính phanh bổ trợ cùng các yếu tố ảnh hưởng đến mômen phanh do cơ cấu phanh bổ trợ tạo ra Thêm vào đó, mô hình chất lỏng được sử dụng để tính toán lý thuyết mômen phanh MRB, với các tính toán được thực hiện thông qua mô phỏng số bằng phần mềm chuyên dụng.

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

Chương này mô phỏng và phân tích hoạt động của hệ thống phanh dầu từ trường hỗ trợ xe xuống dốc bằng phần mềm Altaire-Flux và Matlab, với các thông số dựa trên nghiên cứu trước đó Kết quả mô phỏng giúp đánh giá hiệu quả của cơ cấu phanh bổ trợ, phục vụ cho thiết kế chế tạo thử nghiệm Khảo sát về nhiệt và mômen nhớt ở trạng thái chưa cấp dòng được thực hiện để đánh giá khả năng áp dụng MRB cho xe thực tế khi xuống dốc Nghiên cứu cũng đưa ra giải pháp làm mát cho MRB khi quá nhiệt và đề xuất phương án điều khiển hoạt động của MRB nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của mômen nhớt trường khi phanh chưa được kích hoạt.

 Chương 4: Thí nghiệm trên bệ thử

Chương này thực hiện thí nghiệm trên bệ thử nhằm kiểm tra mômen phanh của hệ thống phanh dầu từ trường Kết quả thu được sẽ là cơ sở để đánh giá tính hợp lý của mô hình mô phỏng cơ cấu phanh MRB.

Chương 1 của luận án đã phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước về hệ thống phanh bổ trợ của ô tô nói chung và phanh dầu từ trường nói riêng, từ đó xác định mục tiêu, phương pháp và giới hạn của luận án là nghiên cứu thiết kế và chế tạo phanh bổ trợ dầu từ trường MRB bổ trợ ứng dụng trên xe tải Van Để đạt được mục tiêu này, luận án tiến hành kết hợp cả phương pháp lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm.

Phương pháp lý thuyết điện từ trường được áp dụng để phân tích nguyên lý hoạt động của phanh MRB và xác định đặc tính mômen phanh dầu từ trường Đặc tính mômen phanh của các kết cấu MRB trong các điều kiện vận hành khác nhau được xác định thông qua mô phỏng và tính toán số, từ đó định hướng thiết kế chế tạo mẫu thử Để kiểm chứng kết quả mô phỏng và tính toán, phương pháp thực nghiệm cũng được sử dụng Các kết quả nghiên cứu cụ thể sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo.

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA HỆ THỐNG

PHANH BỔ TRỢ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DẦU

Chương này giới thiệu kiến thức lý thuyết cơ bản về dầu MR, điện từ trường và phanh dầu từ trường (MRB) Nghiên cứu xác định mômen phanh bổ trợ cần thiết cho phanh MRB trên xe tải Van khi xuống dốc, được tính toán dựa trên mô hình động lực học ô tô Các nghiên cứu lý thuyết sẽ được thực hiện dựa trên mô hình phanh dầu từ trường, được xây dựng từ các đặc tính vật lý của dầu MR cùng với các mối quan hệ toán học giữa điện trường, từ trường và dòng điện.

Cơ sở khoa học xác định mômen 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 Mô hình cơ cấu phanh được đo đạc dựa trên các kích thước và tham khảo các thông số hoạt động theo điều kiện vận hành thực tế của xe. Để đảm bảo không làm ảnh hưởng đến kết cấu nguyên bản của xe, cần cân nhắc phương án bố trí phanh từ trường Một số phương án bố trí phanh được đưa ra, đó là:

Phương án 3 đề xuất lắp phanh từ trường vào hệ thống truyền lực, nhằm hạn chế dòng truyền lực từ động cơ đến bánh xe Giải pháp này tập trung vào việc hỗ trợ xe trong quá trình xuống dốc, đảm bảo an toàn và ổn định cho phương tiện.

Khi bố trí phanh từ trường trong hệ thống truyền lực, vấn đề liên quan đến các-đăng là một thách thức lớn Khi quay, các-đăng thay đổi chiều dài, gây ra chuyển động tịnh tiến vào đầu ra hộp số, điều này làm cho việc bố trí phanh từ trường trở nên khó khăn do cần đảm bảo động học quay của các-đăng Mặc dù vậy, phương án này vẫn có một số ưu điểm đáng chú ý.

Phương án này nâng cao khả năng tản nhiệt cho phanh MR, nhờ vào vị trí đặt phanh ở phía trước vỏ cầu chủ động, nơi có lưu thông không khí tốt hơn.

Phương án này mang lại lợi ích lớn về khả năng bảo dưỡng, nhờ vào vị trí dễ tiếp cận của phanh MR, giúp việc bảo trì trở nên thuận tiện hơn.

Hình 2.1 Mô hình phanh khi lắp lên xe

Phanh từ trường được lắp đặt giữa các- đăng và vỏ cầu chủ động, với các bích nối tại vị trí lắp Kết cấu này bao gồm một giá đỡ bulong gắn với vỏ cầu chủ động và phanh từ trường, nhằm đảm bảo phanh từ trường không bị rung lắc và lệch trục khi xe di chuyển.

Phương án bố trí phanh từ trường ở vị trí sau các- đăng và trước vỏ cầu chủ động là một giải pháp hiệu quả cho hệ thống truyền lực Giải pháp này đã được NCS lựa chọn làm cơ sở để xây dựng mô hình động lực học cho quá trình phanh xe.

2.1.2 Xây dựng mô hình động lực học quá trình phanh xe tải van khi xuống dốc điểm đặt của lực cản không khí tới mặt đường bằng chiều cao trọng tâm thân xe 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).

Khi xe tải van di chuyển xuống dốc và sử dụng phanh, lực đẩy từ động cơ sẽ bị triệt tiêu bởi các yếu tố như lực cản lăn, lực cản gió và lực phanh Tổng lực cản tác động lên xe theo phương dọc bao gồm lực cản lăn, lực cản gió và lực phanh, dẫn đến việc giảm tốc độ của xe.

Trong nghiên cứu này, giả thiết rằng cơ cấu phanh bổ trợ được lắp đặt sau các đăng và trước cầu chủ động Lực phanh F b tại bánh xe sau sẽ được xác định bởi mômen phanh bổ trợ T.

Với i 0 : tỉ số truyền của truyền lực chính; r b : bán kính tính toán của bánh xe phía sau (m).

Tổng lực phanh tác dụng lên xe, ký hiệu là F p, bao gồm lực phanh từ cơ cấu phanh chính tại bánh xe trước (F p1), bánh xe sau (F p2) và lực phanh bổ trợ quy đổi về bánh xe sau (F b).

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

Tổng lực cản lăn F f tác dụng lên xe được xác định bằng cách cộng tất cả các lực cản lăn lại với nhau Giả sử hệ số cản lăn f ở các bánh xe là đồng nhất, tổng lực cản lăn tác động lên các bánh xe sẽ được tính toán dựa trên hệ số này.

𝐹 𝑓 = 𝐹 𝑓1 + 𝐹 𝑓2 = 𝐺𝑓𝑐𝑜𝑠𝛼 (2 4) Lực (cản) dốc F được tính như sau:

Lực cản không khí F w theo phương chính diện được xác định:

Như vậy, phương trình cân bằng lực theo phương dọc x của xe (công thức 2.3) được viết lại là:

Các phản lực pháp tuyến tại các bánh xe cầu trước (F z1) và cầu sau (F z2) được xác định như sau:

Tỷ lệ lực bàn đạp phanh k được tính theo phần trăm so với lực cực đại thiết kế Nếu không tính đến quy luật đạp phanh của người lái, lực phanh thực tế do hệ thống phanh chính tạo ra tại bánh xe cầu trước và cầu sau sẽ được xem xét.

Nếu không xem xét đến hiện tượng trượt của bánh xe với mặt đường, tổng lực phanh tại các bánh xe được tính như sau:

Mô hình động lực học phương dọc của xe tải van khi xuống dốc và phanh giúp đánh giá hiệu quả phanh trong quá trình vận hành Các thông số quan trọng được sử dụng để đánh giá bao gồm lực phanh, tốc độ xe, và độ dốc của đường.

 Mức độ đạp phanh: biểu thị bằng tỷ lệ lực bàn đạp phanh, ký hiệu là k.

 Độ dốc của mặt đường: tính theo %.

Hiệu quả của MRB được xác định qua quãng đường giảm tốc độ của xe khi di chuyển xuống dốc Để tính toán quãng đường phanh, mô hình động lực học phương dọc được áp dụng dựa trên các thông số đánh giá cụ thể.

Cơ sở khoa học cho việc tính toán- mô phỏng MRB

2.2.1 Cơ sở lý thuyết về chất lỏng MR

𝜏 𝑑 𝑦 Điểm chảy tĩnh trước biến dạng

Tái cấu trúc meso Dữ liệu thực nghiệm Điểm chảy động Ứ ng s uấ t c hả y

Trong các nghiên cứu thực nghiệm, dữ liệu về ứng suất chảy và vận tốc cắt được thu thập để xây dựng đường cong, từ đó mô tả các đặc tính lưu biến của chất lỏng.

Chất lỏng MR được phân chia thành hai chế độ chính: chế độ trước biến dạng và chế độ sau biến dạng Để đánh giá các đặc tính lưu biến của chúng, ứng suất chảy và độ nhớt được xác định thông qua các thử nghiệm dao động hoặc cắt ổn định Có hai loại ứng suất chảy: ứng suất chảy tĩnh, là mức tối thiểu cần thiết để khởi động quá trình chảy của huyền phù, và ứng suất chảy động, là ứng suất tối đa mà tại đó các hạt trong chất lỏng MR hoàn toàn tổng hợp dưới tác động của dòng chảy cắt liên tục.

Hình 2.10 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả phanh MR [15]

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính lưu biến của chất lỏng MR, có thể được phân loại thành các yếu tố bên trong và bên ngoài (Hình 2.10).

 Các yếu tố bên trong bao gồm: Kích thước và hình dạng của hạt sắt từ, tỷ lệ hạt sắt từ trong dầu, tính chất của dầu;

Tốc dòng độ cắt chảy cắt

Ma sát bề mặt nhám

Hạt từ Độ nhớt của chất Phụ gia Yếu tố nội tại lỏng mang

Tỉ lệ Hình dạng thể tích Sợi, Vảy, gậy…

Phân bố kích thước Điều kiện biên

Hiệu ứng MR Dòng chảy cắt

Các yếu tố bên ngoài

 Các yếu tố bên ngoài bao gồm: Cường độ từ trường, vận tốc cắt, nhiệt độ.

Sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của chất lỏng rất phức tạp, nhưng điều này lại đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp cải thiện hiệu suất.

MR cho các ứng dụng thực tế (Hình 2.10) Thông tin chi tiết hơn có thể được truy cập trong Bảng 2 ở phụ lục 2D.

2.2.1.1 Mô hình chất lỏng MR

Khi nghiên cứu đặc tính của chất lỏng MR, các nhà khoa học phát triển nhiều mô hình khác nhau tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng cụ thể Một trong những mô hình này là mô hình vĩ mô, được trình bày trong hình 2.11.

Các mô hình vĩ mô là những mô hình dựa trên dữ liệu, nhằm mô tả hành vi dòng chảy của chất lưu lưu biến Chúng được phân loại thành hai loại chính.

Các mô hình tham số là những công cụ sử dụng hàm toán học để mô tả mối quan hệ giữa ứng suất cắt và vận tốc cắt Nhờ vào tính đơn giản và độ chính xác cao, các mô hình này thường được ưa chuộng trong các nghiên cứu và ứng dụng.

Các mô hình phi tham số không áp dụng các hàm toán học để thể hiện mối liên hệ giữa ứng suất cắt và vận tốc cắt Chúng thường được sử dụng trong trường hợp dữ liệu thực nghiệm hạn chế hoặc khi cần mô tả các hành vi dòng chảy phức tạp.

Các mô hình tham số vĩ mô được sử dụng phổ biến để mô tả lưu biến của chất lỏng MR, trong đó mô hình Bingham là mô hình đơn giản nhất Mô hình này đặc biệt phù hợp để mô tả hành vi của chất lỏng lưu biến ở vận tốc cắt thấp.

Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng độ nhớt của chất lỏng MR giảm khi vận tốc cắt tăng ở mức cao, hiện tượng này được gọi là cắt mỏng Mô hình Herschel-Bulkley (H-B) giải thích hiện tượng cắt mỏng bằng cách áp dụng độ nhớt phụ thuộc vào vận tốc cắt trong chế độ sau năng suất Mô hình H-B được thể hiện qua một phương trình cụ thể.

Chỉ số K biểu thị tính nhất quán và chỉ số m thể hiện hành vi dòng chảy trong mô hình chất lỏng Herschel-Bulkley Các giá trị của K và m phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng và mật độ từ thông tác dụng trong chất lỏng MR Cụ thể, khi m = 1, chất lỏng được coi là Bingham; khi m < 1, chất lỏng ở chế độ cắt mỏng (loãng); và khi m > 1, chất lỏng ở chế độ cắt dày (đặc).

Mô hình Casson Mô hình M-B

Mô hình H-B Ứ ng u ất c ắt , 𝜏( 𝑃 𝑎) b) Mô hình phi tham số

Các mô hình cấu thành tham số thường được sử dụng để mô tả hành vi lưu biến của chất lỏng MR, nhưng chúng có những hạn chế như chỉ áp dụng cho một từ trường cụ thể và không chính xác ở vận tốc cắt cao hoặc thấp Để khắc phục, nhiều nhà nghiên cứu đã phát triển các mô hình cấu thành phi tham số dựa trên phương pháp khoa học máy, mang lại nhiều ưu điểm như phạm vi hoạt động rộng, độ tin cậy cao và khả năng mô phỏng các đối tượng rắn của chất lỏng MR Tuy nhiên, nghiên cứu về các mô hình này vẫn đang trong giai đoạn phát triển, dẫn đến việc áp dụng còn hạn chế.

Mô hình phần tử hữu hạn của chất lỏng MR là công cụ quan trọng trong việc mô phỏng dòng chảy của chất lỏng MR trong các thiết bị MR Các mô hình cấu thành phổ biến trong phương pháp phần tử hữu hạn bao gồm mô hình Bingham và Herschel-Bulkley Tuy nhiên, cả hai mô hình này đều có điểm gián đoạn vận tốc cắt bằng 0, dẫn đến sự phức tạp và thiếu chính xác trong tính toán Để khắc phục vấn đề này, nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp hiệu quả.

Xác định giới hạn của chế độ dòng chảy trước và sau khi cấp từ trường dựa trên vận tốc dòng chảy Trong đó, chế độ trước khi cấp từ trường được coi là dòng chảy với vận tốc cắt thấp, và độ nhớt trong chế độ này lớn hơn từ 100 đến 1000 lần so với độ nhớt sau khi cấp từ trường.

 Sửa đổi mô hình Bingham bằng cách nhân số hạng ứng suất chảy với một hàm số siêu việt nào đó.

Trong đó, giải pháp thứ hai là hiệu quả hơn và đã được nhiều nhà nghiên cứu áp dụng.

Mô hình cấu thành của chất lỏng MR là công cụ thiết yếu cho việc mô phỏng dòng chảy trong các thiết bị MR Các giải pháp được đề xuất nhằm khắc phục điểm gián đoạn vận tốc cắt bằng 0 của mô hình cấu thành thông thường đã nâng cao độ chính xác và khả thi của các mô hình này.

Hình 2.12 Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn của phanh MR [15]

Các mô hình cấu thành là công cụ quan trọng để mô phỏng dòng chảy của chất lỏng MR trong các thiết bị MR Trong số các mô hình này, mô hình cấu thành vĩ mô được ưa chuộng hơn so với mô hình vi mô Mô hình Bingham là lựa chọn phổ biến nhất nhờ vào tính đơn giản của nó, trong khi mô hình H-B thường được áp dụng trong các mô hình bán tĩnh và phần tử hữu hạn Ngoài ra, các mô hình khác như biviscous, biplastic Bingham và Eyring cũng được sử dụng, nhưng chủ yếu trong các ứng dụng bán tĩnh và động.

Mô hình cấu thành vi mô hiếm khi được áp dụng trong mô hình hóa thiết bị

Cơ sở lý thuyết lựa chọn kết cấu của phanh dầu từ trường

Các kết cấu phanh dầu từ trường khác nhau có thể được so sánh dựa trên các thông số sau [71]:

 Khả năng sinh mômen (Hệ số thích ứng): tỷ lệ giữa mômen phanh cực đại và mômen phanh ứng với công suất lớn nhất.

 Tỷ lệ mômen trên thể tích: tỷ lệ giữa mômen và thể tích của phanh (T/V).

 Mức tiêu thụ điện năng: lượng điện năng tiêu thụ để tạo ra từ trường trong phanh.

Các kết cấu phanh phổ biến bao gồm (Tham khảo phụ lục 2B về phương pháp tính mômen theo từng kết cấu cụ thể):

 Phanh tang trống: thiết kế đơn giản, dễ chế tạo, nhưng khả năng sinh mômen và tỷ lệ mômen trên thể tích thấp.

 Phanh rôto hình chữ T: nhỏ gọn hơn phanh tang trống, nhưng chế tạo phức tạp hơn.

 Phanh một đĩa: thiết kế phổ biến nhất, cho kết quả hợp lý về trọng lượng và độ đầm chắc.

 Phanh nhiều đĩa: tăng diện tích tiếp xúc của lớp dầu từ trường, từ đó có thể tăng mômen phanh.

Việc chọn kết cấu phanh dầu từ trường cần dựa vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng Đối với khả năng sinh mômen cao, phanh tang trống hoặc phanh nhiều đĩa là lựa chọn tối ưu Trong khi đó, nếu cần tỷ lệ mômen trên thể tích cao, phanh một đĩa sẽ là sự lựa chọn thích hợp Cuối cùng, nếu yêu cầu bán kính rôto nhỏ, phanh rôto hình chữ T hoặc phanh một đĩa sẽ là sự lựa chọn phù hợp.

Bảng 2.5 Các tiêu chí lựa chọn sơ bộ kết cấu phanh MR [71]

Thiết kế Khả năng sinh mômen

Tỷ lệ mômen xoắn trên thể tích Bán kính rôto Mức tiêu thụ điện năng Phanh nhiều đĩa Cao nhất Thấp nhất Nhỏ nhất Cao nhất

Phanh rôto hình chữ T Cao Trung bình Nhỏ hơn phanh tang trống Trung bình

Phanh một đĩa Trung bình Cao Trung bình Trung bình

Phanh tang trống Thấp nhất Trung bình Lớn nhất Thấp nhất

Kết luận nghiên cứu này cho thấy tác giả đã chọn kết cấu phanh MR dạng đĩa để phù hợp với điều kiện lắp đặt và hoạt động thực tế trên xe Đồng thời, vật liệu chế tạo phanh cần đảm bảo các đặc tính từ trường nhằm nâng cao cường độ từ trường, tiết kiệm điện năng và tối ưu hóa hướng đi của từ trường.

Phương pháp tính toán mômen phanh MRB sinh ra

Mômen phanh của MRB dự kiến sẽ cao trong khi kích thước phanh vẫn nhỏ gọn Để tính toán mômen cho kết cấu này, nghiên cứu tham khảo các phương pháp và công thức tính mômen phanh của cấu trúc phanh đĩa tương tự Mômen phanh của MRB được tính toán tại các vị trí khác nhau: tại mặt tiếp xúc vuông góc với trục quay (vùng E), tại mặt nghiêng với trục quay (vùng A), tại mặt tiếp xúc giữa vành khuyên trong của vỏ và mặt ngoài roto (vùng C), và tại mặt tiếp xúc của ổ bi với trục roto (vùng ổ bi) Mô hình tính toán phanh MR từ lý thuyết được mô phỏng số và kiểm chứng thực nghiệm, chi tiết có trong phụ lục.

Mômen sinh ra từ các khu vực A được xác định theo mô hình chất lỏng Bingham Để tính toán mômen phanh do MRB tạo ra, cần xem xét một phần tử vòng nhỏ trong khe hở MRF nghiêng, như được minh họa trong Hình 2.21.

Hình 2.21 Mô hình tính toán mômen phanh tại vùng A (nguồn [59])

Mômen ma sát tác dụng lên phần tử này có thể được đánh giá là: dT = rτdA = 2πr2τdl = 2π(R1 + lsinφ)2τdl (2 21)

+ r là bán kính tính toán của phân tố chất lỏng đang xét trong rãnh răng nghiêng chứa dầu (m), R 1 , R2 là bán kính tính toán theo mặt cắt hình thang (m)

Chiều dài lớp dầu được tính từ R1 đến R2 (m) và chiều dài phần nghiêng răng được xác định bằng công thức l = La/cosφ (m), với φ là góc nghiêng của mặt thang (rad) Ngoài ra, vận tốc cắt của MRF trong ống được xấp xỉ bằng 𝛾̇ = r𝛺.

+ Ω là tốc độ quay của đĩa quay (rad/s), d là khoảng cách chứa lớp dầu (m)

Mô hình Bingham của MRF dọc theo hướng trục có thể được biểu thị như sau: rΩ Ω(R 1 + lsinφ) τ = τ y + μ d = τ y + μ d

Thay (2.21) vào (2.20), ta được phương trình tính toán mômen của phanh tại vùng răng nghiêng:

Từ phương trình đã chứng minh ở trên, áp dụng vào mô hình ta được :

Hình 2.22 Mô hình tính toán mômen phanh tại vùng E

Mômen tạo ra từ các vùng E (Hình 2.22):

Mômen tạo ra từ khu vực dầu và ổ bi:

Tsf là mômen sinh ra tại vùng dầu ổ bi (Nm), Rs là bán kính trục tại vị trí bắt ổ bi (m).

Mômen tạo ra từ vùng C:

Tc là mômen tại khu vực C (Nm), trong khi Rd đại diện cho bán kính đĩa roto ngoài cùng (m) và b là chiều rộng răng tại vị trí ngoài cùng (m) Ứng suất chảy của lớp dầu tại khu vực C được ký hiệu là 𝜏 𝑦𝑐1 (N/m²), và d là chiều dày của lớp dầu (m).

Như vậy, mômen tổng cộng sinh ra từ phanh MR được xác định:

2.4.2 Phần mềm sử dụng trong nghiên cứu mô phỏng phanh dầu từ trường

Khi nghiên cứu phanh từ trường MRB (Magnetorheological Brake), các nhà nghiên cứu thường sử dụng một số phần mềm mô phỏng phổ biến để mô hình và phân tích hệ thống, bao gồm COMSOL Multiphysics, ANSYS, Altair Flux, OpenFOAM và Matlab-Simulink.

Gần đây, phần mềm Altair Flux đã nổi bật với khả năng mô phỏng và tối ưu hóa hiệu suất từ trường trong các phanh MRB, mang lại những giải pháp mạnh mẽ và hiệu quả cho ngành công nghiệp.

Phần mềm mô phỏng mã nguồn mở Altaire Flux chuyên về phân tích và mô phỏng dòng chảy cùng hiệu ứng nhiệt độ, cho phép mô phỏng tương tác giữa từ trường và dầu MR trong hệ thống phanh MRB Với LabVIEW, người dùng có thể kiểm soát và thu thập dữ liệu từ hệ thống phanh MR, đồng thời phần mềm cung cấp nhiều công cụ phân tích mạnh mẽ để đánh giá hiệu suất của hệ thống phanh dầu từ trường, bao gồm phân tích mạch từ và nhiệt độ Altaire Flux cũng dễ dàng tích hợp với các phần mềm khác, hỗ trợ nghiên cứu phanh dầu bằng cách kết hợp mô phỏng từ trường với mô phỏng cơ học và nhiệt độ Hơn nữa, phần mềm giúp tối ưu hóa thiết kế và cải tiến hiệu suất của hệ thống phanh dầu từ trường, đồng thời giảm thời gian và chi phí thông qua việc thực hiện nhiều mô phỏng ảo trước khi tiến hành nghiên cứu và phát triển thực tế.

Tác giả đã kết hợp các phần mềm mô phỏng để tối ưu hóa nghiên cứu, tận dụng ưu điểm và khắc phục nhược điểm của từng phần mềm Matlab-Simulink được sử dụng để mô phỏng tính toán mômen phanh hỗ trợ trong quá trình xe xuống dốc, trong khi Altair-Flux giúp mô phỏng từ trường và phân tích mạch từ của phanh MRB Sự kết hợp này mang lại kết quả mô phỏng chính xác và đầy đủ.

2.5 Phương pháp khảo sát nhiệt của phanh MRB

Nghiên cứu về nhiệt của phanh MRB trên ô tô thường được thực hiện theo hai cách tiếp cận chính Thứ nhất, động năng từ vận tốc quay của bánh xe chuyển hóa thành nhiệt năng thông qua ứng suất ma sát, với sự bảo toàn năng lượng cho thấy nhiệt sinh ra từ quá trình phanh cân bằng với biến thiên động năng khi xe xuống dốc Thứ hai, phân tích nhiệt dựa vào ma sát trên bề mặt tiếp xúc, trong đó nhiệt ma sát được hấp thụ bởi đĩa, vỏ và chất lỏng MR Trong quá trình phanh, chất lỏng MR tương tác với từ trường và thể hiện trạng thái giống như chất rắn, tạo ra áp suất không đổi trên các bề mặt xung quanh Phân tích nhiệt trong phương pháp này dựa vào dẫn nhiệt giữa hai vật rắn, không có hiện tượng mài mòn trong quá trình phanh, khiến cho tiếp xúc giữa các hạt chất lỏng MR và bề mặt kim loại được coi là lý tưởng Đối với vấn đề trao đổi nhiệt do MRB sinh ra khi cấp dòng điện cho cuộn dây, có thể xem xét hai phương diện truyền nhiệt cơ bản là dẫn nhiệt và đối lưu.

- Dẫn nhiệt từ MRF sang roto (vì khi cấp dòng MRB xem như chất rắn);

- Dẫn nhiệt từ roto sang vỏ;

- Toả nhiệt đối lưu từ vỏ ra môi trường không khí xung quanh.

Khi ô tô di chuyển xuống dốc, nếu người lái sử dụng phanh để duy trì tốc độ ổn định với vận tốc v2 = const, thì phương trình cân bằng lực sẽ được thể hiện qua công thức (2.29).

Trong bài viết này, các lực tác động lên xe được phân tích bao gồm: Fw - lực cản không khí (N), Fpi - lực phanh do cơ cấu phanh chính sinh ra (N), Fb - lực phanh do cơ cấu phanh bổ trợ sinh ra (N), và Ffi - lực cản lăn (N) Góc dốc của đường được ký hiệu là α (0) Lực phanh bổ trợ tại vị trí bánh xe sau được ký hiệu là Fb, trong khi lực phanh do động cơ tại bánh xe sau được ký hiệu là Fep Các chỉ số i = 1, 2 đại diện cho các lực và mômen tại bánh xe cầu trước và cầu sau.

Khi đánh giá hiệu quả của phanh bổ trợ trong điều kiện vận hành khắc nghiệt, tiêu chuẩn ECE R13 yêu cầu thực hiện các thử nghiệm ở chế độ thử II Đối với các loại xe M và N, chế độ thử này yêu cầu xe duy trì vận tốc 30 km/h trên quãng đường dài 6 km với độ dốc 6%, trong khi động cơ phải được ngắt khỏi hệ thống truyền lực, tức cần số được đặt ở vị trí số 0.

Khi giả thiết phanh xuống dốc mà động cơ bị ngắt khỏi hệ thống truyền lực thì phương trình (2.29) được viết lại như sau:

Theo tiêu chuẩn ISO 12161:2006, trong chế độ thử phanh bổ trợ khi xuống dốc dài, hệ thống phanh chính, phanh động cơ và các hệ thống khác như phanh tay sẽ không được sử dụng Ngoài ra, trong quá trình tính toán, lực cản không khí được giả thiết là không tồn tại Do đó, nếu không tính đến sự trượt của bánh xe theo phương dọc, lực phanh tại bánh xe do cơ cấu phanh bổ trợ tạo ra sẽ được xác định theo một công thức cụ thể.

Mômen phanh do cơ cấu phanh bổ trợ cần thiết để giữ vận tốc của xe (vb) khi xuống dốc dài được tính bằng:

Công suất mà cơ cấu phanh bổ trợ cần thiết để giữ vận tốc của xe khi xuống dốc dài:

Như vậy, năng lượng tỏa nhiệt mà cơ cấu phanh bổ trợ cần thiết để giữ xe ở vận tốc vb khi xuống quãng đường dốc dài S là:

2.5.2 Lựa chọn mô hình đưa vào mô phỏng v

Phần mềm Star-CCM+ cho phép xây dựng các mô hình vật lý linh hoạt, phù hợp với yêu cầu đa dạng của từng bài toán khảo sát nhiệt Mỗi mô hình được thiết lập riêng biệt, như mô hình phanh từ MRB mô phỏng hoạt động của hệ thống phanh với các đặc tính ma sát, nhiệt độ và hao mòn, trong khi mô hình dầu từ trường MRF mô phỏng sự tương tác giữa dầu và từ trường Mô hình dòng khí mô phỏng chuyển động khí trong các hệ thống khí động học, bao gồm hiệu ứng nhiễu loạn và xoáy, còn mô hình cuộn dây mô phỏng hoạt động của cuộn dây trong phanh MR Cuối cùng, mô hình nước làm mát thực hiện việc mô phỏng hệ thống làm mát bằng nước, tính toán lưu lượng, nhiệt độ và áp suất Việc sử dụng các mô hình riêng biệt không chỉ nâng cao tính chính xác mà còn cải thiện hiệu quả của quá trình mô phỏng.

Kết luận chương 2

Chương 2 của Luận án đã trình bày cơ sở khoa học của hệ thống phanh sử dụng công nghệ dầu MR Cụ thể, tác giả đã phân tích các phương án lắp đặt MRB trên xe và lựa chọn phương án lắp đặt sau đầu ra của hộp số chính và trước cầu chủ động Tác giả cũng đã xây dựng mô hình động lực học quá trình phanh xe tải van khi xuống dốc Mô hình này được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của các thông số đánh giá đến hiệu quả của cơ cấu phanh bổ trợ, cũng như cung cấp cơ sở xác định vùng giá trị mômen phanh bổ trợ cần thiết với từng điều kiện đồi dốc cụ thể Kết quả khảo sát cho thấy, với điều kiện độ dốc của đường lớn nhất 11% thì giá trị mômen phanh bổ trợ T b trong khoảng từ 30 Nm đến 120 Nm sẽ đảm bảo giảm được vận tốc của xe trong đoạn đường nhỏ hơn 300 m theo các quy chuẩn thiết kế đường. Bên cạnh đó, tác giả đã phân tích lựa chọn kết cấu cho phanh bổ trợ Kết quả phân tích cho thấy, kết cấu phanh từ lưu biến (MRB) dạng đĩa được lựa chọn khi thiết kế hệ thống phanh bổ trợ cho ô tô tải van Cuối cùng, tác giả đã lựa chọn phần mềm Altair Flux cùng với mô hình Bingham để đưa vào tính toán lý thuyết mômen phanh bổ trợ sinh ra ở các chế độ cắt khác nhau Mô hình này được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về phanh từ lưu biến do sự đơn giản của các tham số đưa vào trong mô hình Kết quả mô phỏng và đánh giá khả năng áp dụng hệ thống phanh MRB bổ trợ ô tô sẽ được đề cập đến trong chương 3.

MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Phân tích đặc điểm kết cấu của MRB

 Tấm chặn trong: Có nhiệm vụ tạo lực ma sát với đĩa quay để tạo ra lực phanh.

 Đĩa chặn ngoài: Có nhiệm vụ cố định tấm chặn trong.

 Bu lông, đai ốc, vít: Dùng để bắt các chi tiết cố định lại với nhau.

Hình 3.1 Phanh từ trường bổ trợ

Trên cụm cố định, vị trí giữa tấm chặn trong và tấm chặn ngoài được đặt vào

Hai cuộn dây dẫn điện được quấn 1000 vòng mỗi cuộn, với đường kính dây là 0,5 mm Các chi tiết cố định được liên kết với nhau bằng bu lông M8 và vít M5 theo tiêu chuẩn.

Cụm quay bao gồm đĩa quay và được thiết kế với 2 cụm vòng bi cùng phớt chắn dầu để đảm bảo chuyển động mượt mà giữa phần quay và phần cố định Đĩa chặn bên ngoài giúp ngăn chặn phớt dầu trượt ra khỏi vị trí lắp đặt, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.

2 tấm chặn trong được đổ dầu từ trường.

Phanh MRB dạng đĩa răng thang được thiết kế và mô phỏng trên phần mềm Siemens NX 3D, cho thấy hiệu quả phanh cao và độ bền tốt qua phân tích tính toán kiểm bền.

3.1.2 Nguyên lý làm việc của MRB

Khi không có cường độ dòng điện qua cuộn dây, dầu MR ở trạng thái lỏng và phân tán đều giữa đĩa quay và tấm chặn trong Lực cản chỉ do độ nhớt của dầu MR, không có thành phần lực cản từ trường, dẫn đến tổn hao công suất Phần 3.5.5 sẽ trình bày đánh giá mômen nhớt trường không và các giải pháp khắc phục.

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra từ trường xung quanh theo nguyên lý cảm ứng điện từ Từ trường này ảnh hưởng đến các hạt sắt từ trong dầu MR, khiến chúng sắp xếp theo hướng từ trường, làm tăng độ nhớt của dầu MR Kết quả là, một màng chắn được hình thành giữa đĩa quay và tấm chặn trong, tạo ra lực ma sát giữa chúng Lực ma sát này tăng lên khi cường độ từ trường cao hơn.

Bằng cách điều chỉnh cường độ từ trường thông qua dòng điện cung cấp cho cuộn dây, chúng ta có thể kiểm soát lực ma sát giữa đĩa quay và tấm chặn trong, từ đó điều chỉnh lực phanh của thiết bị phanh MR.

Thiết kế hệ thống phanh dầu từ trường hỗ trợ quá trình xe xuống dốc

Phanh MRB là thiết bị phanh điện từ nổi bật với hiệu quả phanh cao và khả năng điều khiển linh hoạt Để tối ưu hóa hiệu suất, phanh MRB cần tuân thủ các yêu cầu thiết kế cụ thể.

 Khả năng chịu tải: o Sử dụng vật liệu dễ kiếm, tiết kiệm chi phí. o Đảm bảo các yêu cầu về định hướng dòng từ thông.

Phanh MRB cần có kết cấu vững chắc để chịu tải trọng động và quá tải từ động cơ, đồng thời phải được thiết kế với khả năng tản nhiệt tốt để tránh quá nhiệt Các chi tiết của phanh nên được chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt cao như thép không gỉ, đồng và nhôm, cùng với các thiết bị tản nhiệt như lỗ thoát nhiệt và cánh tản nhiệt Để ngăn rò rỉ dầu MR, các khớp nối cần kín khít và có phớt chặn dầu ở đầu trục Việc kết nối các chi tiết cần dễ dàng, với các vị trí thuận tiện cho kiểm tra và bảo dưỡng như nắp đậy, lỗ thăm dầu và khoang chứa dầu bù Để đảm bảo hiệu suất, phanh MRB cần được thiết kế với giải pháp vật liệu và công nghệ phù hợp, đồng thời có giá đỡ phanh làm từ thép cường độ cao để giảm thiểu rung động và tác động lực lên phanh Kiểm bền các chi tiết để đánh giá khả năng chịu tải được trình bày trong phụ lục 3A của nghiên cứu.

Hình 3.2 minh họa cấu trúc lắp đặt phanh từ trường trên xe thực tế, làm rõ vị trí của các chi tiết, các mối ghép và thông số kỹ thuật liên quan.

Hình 3.2 Bản vẽ lắp phanh từ trường lên cụm cầu xe tải nhỏ

Sau khi hoàn tất gia công và lắp ráp cụm phanh từ trường, các chi tiết sẽ được lắp lên bệ thử nghiệm Các thông số kỹ thuật quan trọng như mômen phanh MRB, thời gian làm việc và nhiệt độ sẽ được đo đạc và ghi nhận Mục đích của việc thử nghiệm là để kiểm tra khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của phanh từ trường.

Flux là phần mềm hỗ trợ xử lý ba bài toán từ trường điển hình trong mô hình 3D, với các ứng dụng khác nhau cần các môi trường khác nhau.

Từ trường tĩnh là một khái niệm quan trọng trong điện từ học, được định nghĩa là trường từ được xem xét tại một thời điểm nhất định, khi các vật thể trong hệ thống có cường độ dòng điện không đổi.

Từ trường động là hiện tượng xảy ra khi từ trường trong một hệ thống biến đổi theo thời gian, đặc biệt khi cường độ dòng điện của các vật thể trong hệ thống đó thay đổi.

Từ trường với trạng thái ổn định là một trường hợp đặc biệt trong bài toán từ trường động, xảy ra khi hệ thống đạt trạng thái cân bằng Trong trạng thái này, từ trường chỉ thay đổi theo vị trí, không thay đổi theo thời gian.

Do đặc tính của dầu từ trường chuyển pha, mô phỏng từ trường tĩnh là phương pháp tối ưu để nghiên cứu phanh từ trường Vùng phân tích từ trường được thiết kế hình trụ với đường kính 110 mm và chiều cao 110 mm, phù hợp với kích thước thực tế của phanh Cường độ dòng điện trong mô phỏng được xem xét trong khoảng 0-3 A, tương tự như các nghiên cứu trước đây về phân tích từ trường của các cấu trúc phanh.

Việc xây dựng mô hình CAD và mô phỏng từ trường là bước quan trọng trong thiết kế phanh từ trường, cung cấp thông tin về hình dạng, kích thước và vị trí các thành phần Mô hình từ trường giúp xác định cường độ, hướng và phân bố từ trường, từ đó đánh giá hiệu quả hoạt động và tối ưu hóa thiết kế phanh.

Trong mô hình phanh MRB, kích thước lưới được chọn là 0.5 mm, phù hợp với tài nguyên máy tính và đảm bảo độ chính xác của mô phỏng, cũng như mức độ tiếp xúc giữa các bề mặt khác nhau.

Kết quả chia lưới cho thấy tổng số phần tử là 487.157, với 489.96 nút Trong đó, có 48.996 phần tử đường thẳng, 433.402 phần tử bề mặt và 290.9637 phần tử thể tích Số lượng phần tử được xác định dựa trên kích thước lưới, độ phức tạp của mô hình và yêu cầu độ chính xác của mô phỏng, và trong trường hợp này, số lượng phần tử 487.157 là phù hợp với kích thước lưới.

0.5 và yêu cầu độ chính xác mô phỏng.

Chất lượng phần tử là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá sự phù hợp của phần tử với lưới Các phần tử có chất lượng tốt cần có kích thước phù hợp và không có góc nhọn hay góc tù Kết quả phân tích lưới cho thấy 98,59% phần tử đạt chất lượng tốt, 1,1% ở mức trung bình và chỉ 0,01% có chất lượng thấp Tỷ lệ phần tử chất lượng cao này chứng tỏ rằng lưới đã được chia hợp lý, đảm bảo độ chính xác cho mô phỏng.

Bảng 3.1 Số phần tử chia lưới.

Số lượng phần tử đường thẳng 48996

Số lượng phần từ bề mặt 433402

Số lượng phần từ thể tích 2909637

Số lượng phần từ không được đánh giá 0 %

Số phần từ đạt chất lượng tốt 98.59 %

Số phần tử đạt chất lượng trung bình 1.1 %

Số phần từ đạt chất lượng thấp 0.01 %

Hình 3.3 Chia lưới mô hình

Vật liệu đưa vào mô phỏng được xem xét cho 3 đối tượng chính là: Cuộn dây, dầu MR, lõi từ.

 Vật liệu của cuộn dây:

Cuộn dây là thành phần chủ chốt của phanh MRB, có chức năng tạo ra từ trường Trong mô hình phanh MRB, cuộn dây được làm từ đồng, vật liệu này có độ từ thẩm cao, điện trở suất thấp và khả năng chịu nhiệt tốt, phù hợp với các yêu cầu của cuộn dây phanh MRB.

 Vật liệu của lõi từ:

Mô hình phanh MRB sử dụng lõi từ làm từ sắt từ, một vật liệu nổi bật với độ từ thẩm cao, độ bền cơ học tốt và khả năng chịu nhiệt ưu việt, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cho lõi từ trong phanh MRB.

 Vật liệu của dầu từ trường:

Phân tích hoạt động của hệ thống phanh dầu từ trường

Hình 3.6 Cường độ từ trường sinh ra khi cường độ dòng điện I

Nghiên cứu mô phỏng mô hình phanh MR cho thấy khi cường độ dòng điện thay đổi từ 0-3A, cường độ từ trường cực đại trong các khu vực của phanh MR tăng từ 21kA/m lên 63.5kA/m Mặc dù có sự thay đổi về cường độ từ trường, quy luật sinh ra từ trường và đường đi của các đường sức từ trong các trường hợp khảo sát vẫn tương đối giống nhau.

Hình 3.8 Cường độ từ trường, cảm ứng từ B và đường sức từ của phanh từ trường.

Hình 3.8 minh họa cường độ từ trường, cảm ứng từ và đường sức từ trong mô hình phanh dầu MR khi dòng điện cấp cho phanh đạt 3A Mô hình này bao gồm hai cuộn dây được bố trí đối xứng xung quanh đĩa phanh Khi dòng điện được cung cấp cho các cuộn dây, một từ trường sẽ được hình thành trong không gian giữa chúng, tác động lực lên các hạt sắt trong dầu từ trường, từ đó làm chúng di chuyển và tạo ra mômen phanh MRB.

Cường độ từ trường tại các vùng của phanh dầu MR được mô tả như sau:

Cường độ từ trường ở vùng giữa các cuộn dây là lớn nhất nhờ vào sự sắp xếp đối xứng của các cuộn dây, tạo ra một từ trường đồng nhất trong không gian này.

Cường độ từ trường xung quanh các cuộn dây giảm dần theo khoảng cách, với vùng bên ngoài phanh có cường độ từ trường rất nhỏ Điều này xảy ra vì từ trường do các cuộn dây tạo ra không thể xuyên qua các thành phần của phanh.

Hình 3.9 Đường đi của từ thông bên trong phanh từ trường

Hình 3.9 minh họa đường sức từ trên đĩa phanh MR, với đường sức từ đi ra từ trục và đi vào đỉnh đĩa Theo nguyên lý nam châm điện, cường độ từ trường mạnh nhất ở giữa hai cuộn dây, dẫn đến mômen phanh lớn nhất tại các phần răng dọc và nghiêng (Te, Ta), trong khi mômen phanh nhỏ nhất tại phần răng ngang (Tc).

Kết quả mô phỏng cho thấy sự phân bố không đồng đều của đường sức từ trên đĩa phanh dẫn đến sự khác nhau về mômen phanh tại các vùng khác nhau Phần răng dọc và nghiêng, nằm giữa hai cuộn dây, chịu tác động mạnh nhất của cường độ từ trường, do đó, mômen sinh ra ở đây chiếm trọng số lớn Trong khi đó, phần răng ngang có chiều dài làm việc nhỏ hơn nhưng lại chịu ảnh hưởng theo phương vuông góc của các đường sức từ, dẫn đến mômen phanh sinh ra ở đây là nhỏ nhất Tuy nhiên, với chỉ một vùng răng ngang duy nhất, tỷ lệ mômen của phần này so với tổng mômen của phần răng dọc và nghiêng lại khá lớn Để cải thiện sự phân bố này, có thể thay đổi thiết kế đĩa phanh, như tăng chiều dài phần răng ngang hoặc giảm khoảng cách giữa các cuộn dây.

Hình 3.10 Cảm ứng từ B của phanh từ trường.

Hình 3.10 thể hiện cảm ứng từ B của mô hình phanh dầu MR khi dòng điện cấp cho phanh đạt 3A Cảm ứng từ B trên đĩa phanh MR được tạo ra từ hai nguồn chính.

 Từ trường của cuộn dây:

Cuộn dây của đĩa phanh MR, được quấn bằng dây dẫn điện, tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua Từ trường này hướng từ Bắc sang Nam và cường độ của nó phụ thuộc vào cường độ dòng điện Vật liệu chế tạo phanh, như dầu MR và thép, được đặc trưng bởi độ từ thẩm.

Sự cộng hưởng giữa hai yếu tố này tạo ra cảm ứng từ tổng thể trên đĩa phanh

Cảm ứng từ B trên đĩa phanh MR không đồng đều, với cường độ tối đa đạt 0.217T ở giữa hai cuộn dây và giảm dần khi xa tâm quay Các yếu tố ảnh hưởng đến cảm ứng từ B trên đĩa phanh MR bao gồm vị trí và khoảng cách giữa các cuộn dây.

 Cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây: Cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây càng lớn thì cường độ cảm ứng từ B càng lớn.

 Số lượng cuộn dây: Số lượng cuộn dây càng nhiều thì cường độ cảm ứng từ B càng lớn.

 Kích thước cuộn dây: Kích thước cuộn dây càng lớn thì cường độ cảm ứng từ B càng lớn.

 Độ dày lớp dầu MR: Độ dày dầu MR càng lớn thì cường độ cảm ứng từ B càng lớn.

Cảm ứng từ B trên đĩa phanh MR là yếu tố quyết định mômen phanh Để tăng mômen phanh, cần cải thiện cường độ cảm ứng từ B bằng cách tăng cường độ dòng điện qua cuộn dây, tăng số lượng cuộn dây, mở rộng kích thước cuộn dây hoặc giảm độ dày dầu MR.

- Lưu chất được xem như tiếp xúc hoàn toàn với đĩa và không bị trượt;

Khe lưu chất được khảo sát với kích thước rất nhỏ, do đó được coi là chảy dẻo hoàn toàn, không có vùng rắn và loại bỏ chuyển động dọc trục.

Mômen phanh được xác định dựa trên cường độ từ trường của mô phỏng và kích thước của mô hình phanh từ trường Công thức tính mômen được trình bày trong phần tính toán lý thuyết theo mô hình Bing ham, với giả định bỏ qua ma sát của ổ bi.

𝑇 ∑ = 2(𝑇 𝑒 + 𝑇 𝑎 ) + 𝑇 𝑐 (3 1) Trong đó: l: chiều dài thân và đỉnh răng; φ là góc nghiêng răng so với phương thẳng đứng; T e : Tổng mômen phanh ở lớp dầu nằm vuông góc với trục roto;

Ta: Tổng mômen phanh ở lớp dầu nằm nghiêng; Tc: Mômen phanh lớp dầu ngoài cùng đã được tính toán lý thuyết ở chương 2 (Hình 3.11).

Hình 3.11 Các vùng dầu trên đĩa phanh

Bỏ qua ma sát giữa các chi tiết như ổ bi và phớt, các công thức tính toán và giá trị cường độ từ trường được trình bày trong Bảng 3.2 Khe hở giữa roto và stato của từng kiểu phanh được xác định là 1mm Số vòng quay khảo sát của đĩa phanh MR thay đổi từ 1000 đến 2500 vòng/phút khi cường độ cấp cho phanh biến đổi từ 0 đến 3A Độ nhớt ban đầu của dầu từ trường MRF-140CG được xác định là 0,36 Pa.s.

Bảng 3.2 Bảng tính toán mômen phanh từ trường sinh ra với cường độ dòng điện

Mômen phanh ở lớp dầu ngoài cùng (Tc) đạt giá trị lớn nhất khoảng 15.83 N.m, chiếm 26% tổng mômen do phanh sinh ra Nguyên nhân là do bán kính làm việc của lớp dầu này lớn hơn so với các lớp dầu nằm dọc và nghiêng gần tâm quay.

3.4.4 Mô phỏng nhiệt phanh MRB Điều kiện biên: Bằng cách thử nghiệm các cách đặt điều kiện công suất tỏa nhiệt khác nhau, kết quả cho thấy đặt công suất tỏa nhiệt vào dòng chất lỏng (dầu từ trường) cho ra kết quả khả quan nhất Nhiệt độ sẽ tăng theo thời gian và lan tỏa ra các chi tiết khác Môi trường tính toán tỏa nhiệt của phanh được mô phỏng lại khi xe chuyển động với v b 0km/h nên vận tốc giá đầu vào được đặt bằng 30km/h Gió vào và gió ra tương ứng với cửa vào và cửa ra như hình 3.12.

Hình 3.12 Không gian tính toán

(Hình 3.13) Hình 3.13 Mặt cắt lưới tính toán

Kết quả mô phỏng

3.5.1 Kết quả mô phỏng khi thay đổi số răng MRB

Phanh từ lưu biến mới MRB được thiết kế dạng đĩa với 7 răng hình thang, dựa trên các nghiên cứu về kết cấu [36,59,72] Luận án đã đánh giá ảnh hưởng của số răng tới mômen phanh MRB, với các thông số như góc nghiêng răng 75 độ và khe hở dầu 1mm Nghiên cứu mô phỏng số răng thay đổi từ 1 đến 7, với dòng tối đa 3A và tốc độ quay từ 1000 đến 2500 vòng/phút Kết quả cho thấy hiệu suất phanh giảm khi tốc độ tăng, và số răng quá lớn sẽ gây khó khăn trong gia công chế tạo.

Hình 3.15 Đồ thị ảnh hưởng của số răng đến mômen phanh

Nghiên cứu cho thấy mômen phanh có sự ảnh hưởng đáng kể từ số răng, với giá trị lớn nhất đạt được tại một số răng cụ thể, như được thể hiện trong hình 3.16.

7, khi cường độ dòng điện tăng từ 1A-3A tương ứng với số vòng quay thay đổi từ1000-2500 v/ph. a b c d

Hình 3.16 Đồ thị ảnh hưởng của số răng đến mômen phanh

Nghiên cứu đã đánh giá kết quả mô phỏng và lựa chọn kết cấu phanh MRB dạng đĩa với 7 răng hình thang nghiêng 75 độ, khe hở dầu 1mm để tối ưu hóa mômen phanh Khi trục roto MRB đạt tốc độ tối đa 2500 vòng/phút, mômen phanh đạt cực đại 108 Nm tại dòng điện 3A.

Hình 3.17 Quan hệ mômen phanh MRB- số vòng quay trục roto a b

Hình 3.18 Kết quả khảo sát mômen phanh- số vòng quay theo vùng dầu và nguồn tạo cản trên phanh MR

Nghiên cứu đã tính toán và mô phỏng mô men do độ nhớt động của chất lỏng MR (TH) và độ nhớt của dầu MR khi cấp dòng điện (Tτ) Đồng thời, nghiên cứu cũng phân tích mô men sinh ra trên các vùng khác nhau của đĩa phanh MR (Ta, Te, Tc) tùy thuộc vào số vòng quay của đĩa phanh, với kết quả được trình bày trong hình 3.18a,b.

Hình 3.18a minh họa mômen phanh của dầu với hai thành phần nhớt: nhớt động (T H) và nhớt do từ trường (Tτ) Khi cường độ dòng điện duy trì ở mức 3A, mômen do từ trường (T) giữ nguyên, trong khi mômen do nhớt động (T H) tăng tuyến tính từ 0 đến khoảng 40 Nm khi số vòng quay đĩa phanh tăng Điều này cho thấy sự ảnh hưởng rõ rệt của số vòng quay đến mômen phanh của MRB trong điều kiện cường độ dòng điện không đổi.

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng số vòng quay trục roto có ảnh hưởng đáng kể đến mômen phanh MRB; cụ thể, khi số vòng quay trục roto tăng lên, mômen phanh MRB cũng gia tăng Điều này có thể được giải thích thông qua lý thuyết mô hình chất lỏng Bingham của dầu MR, như đã đề cập ở chương 2 Hơn nữa, cường độ dòng điện cấp cho cuộn dây cũng ảnh hưởng đến mômen phanh MRB.

Hình 3.19 Đồ thị đặc tính Mômen phanh – cường độ cường độ dòng điện trong mô phỏng với số vòng quay thay đổi từ 1000-2500v/ph

Hình 3.19 minh họa mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và mômen phanh MRB với cấu trúc 7 răng hình thang, góc nghiêng 75 độ và khe hở dầu 1 mm Kết quả cho thấy mômen phanh tăng gần như tuyến tính theo cường độ dòng điện; khi cường độ dòng điện gia tăng, mômen phanh cũng tăng theo Đồng thời, khi số vòng quay trục roto MRB tăng, mômen phanh cũng tăng đều Cụ thể, tại 2500 vòng/phút, các hạt dầu từ trường di chuyển nhanh, dẫn đến mômen phanh lớn nhất đạt 108.

Nm, đạt được tại cường độ dòng điện 3 A và số vòng quay trục roto MRB bằng

Nghiên cứu mô phỏng tính toán mômen phanh ở các vùng dầu khác nhau, bao gồm mômen cản nhớt của dầu MR và mômen cản do từ trường sinh ra khi thay đổi cường độ dòng điện Kết quả mô phỏng được trình bày trong hình 3.20.

Hình 3.20 Kết quả khảo sát mômen phanh khi thay đổi cường độ dòng điện theo vùng dầu và nguồn tạo cản trên phanh MR

Mômen sinh ra từ hai thành phần nhớt của dầu, bao gồm thành phần nhớt thông thường (TH) và thành phần nhớt do từ trường (Tτ), được thể hiện trong Hình 3.20a Ở tốc độ 2500 vòng/phút, mômen TH duy trì ổn định khoảng 40 Nm khi cường độ dòng điện tăng, trong khi mômen Tτ tăng tuyến tính từ 0 đến khoảng 65 Nm, đặc biệt rõ ràng từ cường độ 1.5A trở đi Điều này cho thấy rằng thành phần nhớt do từ trường (Tτ) chiếm ưu thế hơn khi cường độ dòng điện cao Hình 3.20b minh họa mômen phanh ở các vùng răng dọc (Te), răng nghiêng (Ta) và răng ngang (Tc) của đĩa phanh, cho thấy rằng mômen phanh của Te, Ta và Tc đều tăng đồng đều theo cường độ dòng điện, với Te và Ta gần như tương đương và Tc có giá trị nhỏ nhất, phù hợp với kết quả mô phỏng về cường độ từ trường H, cảm ứng từ B và đường sức từ.

Mômen phanh MR tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện cấp cho phanh MRB; khi cường độ dòng điện tăng, mômen phanh cũng tăng theo Đặc biệt, tỉ lệ tăng mômen phanh cao hơn khi số vòng quay đĩa phanh tăng, điều này phù hợp với các nghiên cứu lý thuyết về mô hình chất lỏng MR.

3.5.2 Kết quả mô phỏng khi thay đổi góc nghiêng răng MRB

Nghiên cứu về đặc tính phanh MRB đã được thực hiện bằng cách thay đổi số răng và xem xét các yếu tố ảnh hưởng như cường độ dòng điện cung cấp cho MRB và số vòng quay đĩa phanh Cụ thể, khảo sát tập trung vào ảnh hưởng của góc nghiêng răng đến mômen phanh ở các chế độ khảo sát khác nhau: nMRB = 1000 v/ph; nMRB = 1500 v/ph; nMRB = 2000 v/ph; và nMRB = 2500 v/ph, với cường độ dòng điện từ 0 đến 3 A và góc nghiêng răng thay đổi từ 65° đến 90°.

Hình 3.21 Đồ thị ảnh hưởng của góc nghiêng răng đến mômen phanh

Hình 3.21a,b,c,d thể hiện ảnh hưởng của góc nghiêng răng tới mômen phanh

MR được sinh ra khi cường độ dòng điện thay đổi từ 0-3A, với các vòng quay khảo sát là 1000, 1500, 2000, và 2500 vòng/phút Kết quả cho thấy, ở góc nghiêng răng 75 độ, mômen phanh đạt giá trị cao nhất trong hầu hết các trường hợp khảo sát, và mômen phanh tăng theo cường độ dòng điện Tuy nhiên, khi góc nghiêng răng vượt quá 75 độ, mômen phanh có xu hướng giảm do sự phân bố không đồng đều của đường sức từ, dẫn đến lực từ tác động lên các hạt sắt trong dầu MR giảm.

3.5.3 Kết quả mô phỏng khi thay đổi khe hở dầu

Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của khe hở dầu đến mômen phanh MR, với khe hở dầu thay đổi từ 0.5-1.5 mm, cường độ dòng điện từ 0-3A và số vòng quay từ 1000 đến 2500 v/ph Kết quả mô phỏng cho thấy khe hở dầu giữa đĩa phanh và stato có ảnh hưởng đáng kể đến mômen phanh Các thông số cụ thể được khảo sát bao gồm: a nMRB = 1000 v/ph; I = 0:0.1:3 A; d 0.75:0.25:1.5 mm; b nMRB = 1500 v/ph; I = 0:0.1:3 A; d 0.75:0.25:1.5 mm; c nMRB = 2000 v/ph; I = 0:0.1:3 A; d 0.75:0.25:1.5 mm; d nMRB = 2500 v/ph; I = 0:0.1:3 A; d 0.75:0.25:1.5 mm.

Hình 3.22 Đồ thị ảnh hưởng của khe hở dầu đến mômen phanh

Khi khe hở dầu tăng, mômen phanh sinh ra giảm do diện tích tiếp xúc giữa đĩa phanh và stato giảm, làm giảm lực từ tác dụng lên các hạt sắt trong dầu MR Mômen phanh đạt giá trị lớn nhất tại khe hở dầu 0.75 mm, trong khi khe hở 1mm cũng cho giá trị mômen phanh lớn trong các trường hợp khảo sát, đảm bảo mômen phanh lớn và phù hợp với khả năng gia công chế tạo.

3.5.4 Kết quả khảo sát nhiệt của MRB khi phanh xe xuống dốc

Theo nguyên lý hoạt động của cơ cấu phanh MRB, để đạt được mômen T mong muốn tại mỗi vận tốc góc của đĩa phanh  MRB, cần cung cấp dòng điện IMRB tương ứng Giá trị của IMRB có thể xác định dựa trên hai thông số T và  MRB Các giá trị công suất PMRB và dòng điện IMRB là điều kiện đầu vào quan trọng cho việc đánh giá nhiệt của cơ cấu phanh bổ trợ.

Kết luận chương 3

Chương 3 của Luận án đã thực hiện nghiên cứu mô phỏng trên cấu hình được lựa chọn dựa trên cấu hình thiết kế của MRB có dạng răng thang, góc nghiêng răng

Mô hình MRB với góc nghiêng răng 75 độ và khe hở dầu 1mm cho thấy mối quan hệ đồng biến giữa mômen và các thông số khảo sát như số răng và góc nghiêng Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng cấu trúc này đạt mômen cao, phù hợp cho thiết kế và thử nghiệm Ngoài ra, khi MRB chưa được kích hoạt, mômen nhớt trường không ảnh hưởng đến hiệu suất của phanh và hệ thống truyền lực ô tô, dẫn đến việc đề xuất giải pháp điều khiển để hạn chế mômen này Kết quả mô phỏng nhiệt cho thấy, để duy trì vận tốc 30km/h trong 12 phút theo tiêu chuẩn ISO 12161, nhiệt độ phanh vượt quá giới hạn làm việc của vật liệu Do đó, phương án làm mát tuần hoàn được đưa ra, với hiệu quả rõ rệt khi bố trí các áo nước giữa cuộn dây và roto, giúp giảm nhiệt độ trung bình của phanh MR về phạm vi làm việc ổn định.

THÍ NGHIỆM TRÊN BỆ THỬ

Mục tiêu thí nghiệm

Mục tiêu chính của thí nghiệm là xác định đặc tính mômen phanh của phanh từ trường (MRB) dựa trên cường độ dòng điện và số vòng quay Kết quả thu được sẽ giúp đánh giá hiệu quả của phanh MRB, từ đó làm cơ sở cho việc ứng dụng phanh này vào các hệ thống phanh thực tế Để đạt được mục tiêu này, thí nghiệm sẽ tiến hành đo lường các thông số liên quan.

 Lực cản sinh ra trên vỏ động cơ: Lực cản này được tạo ra bởi mômen hãm của phanh MRB.

 Số vòng quay của trục đĩa phanh: Số vòng quay của trục đĩa phanh được đo bằng cảm biến vận tốc.

 Cường độ cường độ dòng điện cấp cho phanh MR: Cường độ cường độ dòng điện cấp cho phanh MR được điều chỉnh bằng bộ điều khiển.

Bệ thử phanh MRB được thiết kế để mô phỏng các điều kiện thực tế của hệ thống phanh, cho phép các nhà nghiên cứu thu thập dữ liệu chính xác và đáng tin cậy trong quá trình thực hiện thí nghiệm.

Thiết kế chế tạo bệ thử phanh dầu từ trường

4.2.1 Yêu cầu của bệ thử

Bệ thử phanh MR đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh từ trường, cần đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn chất lượng.

 Kết cấu vững chắc, ổn định:

Bệ thử cần được chế tạo từ vật liệu bền, đảm bảo độ cứng vững và hạn chế rung lắc trong quá trình vận hành Việc sử dụng hệ thống khung nhôm định hình, khớp nối, ổ bi và bu lông đạt tiêu chuẩn là cần thiết để gia công bệ, giúp đảm bảo kết quả đo chính xác và không bị nhiễu Bên cạnh đó, cần trang bị thiết bị cảnh báo an toàn khi quá tải để ngăn ngừa hư hỏng do quá tải gây ra.

Bệ thử cần được trang bị thiết bị đo lường chính xác cao để thu thập dữ liệu chính xác phục vụ nghiên cứu Độ chính xác của các thông số đo đạc cần đạt yêu cầu cụ thể để đảm bảo tính tin cậy của kết quả.

* Lực cản sinh ra trên vỏ động cơ: ± 0,1% N;

* Nhiệt sinh ra trên vỏ MRB: ± 0,5 °C;

* Số vòng quay của trục đĩa phanh: ± 0,01 vòng/phút.

 Khả năng tái lập điều kiện thực tế:

Bệ thử phải có khả năng tái lập các điều kiện thực tế của hệ thống phanh, bao gồm mômen phanh, vận tốc quay, cường độ dòng điện và nhiệt độ của phanh Để đạt được điều này, bệ thử được trang bị cảm biến đo nhiệt độ trên vỏ phanh, cảm biến lực để xác định mômen phanh, cùng với bộ cấp dòng và động cơ lai bước dẫn động trục đĩa phanh.

 Dễ dàng sử dụng: mômen phanh sinh ra Do đó, bệ thử cần có khả năng thay đổi cường độ dòng điện cấp cho phanh.

Đo và kiểm soát nhiệt độ của phanh là rất quan trọng để đảm bảo rằng nhiệt độ không vượt quá giới hạn cho phép của dầu Việc này giúp duy trì hiệu suất và độ bền của hệ thống phanh, đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

Việc này được thực hiện thông qua việc sử dụng một cặp nhiệt điện gắn trên bề mặt phanh, nhằm so sánh giá trị đo được với nhiệt độ hoạt động của phanh.

Bệ thử phanh MR đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh từ trường Thiết kế của bệ thử phải đáp ứng các yêu cầu về kết cấu, độ chính xác, khả năng tái lập điều kiện thực tế, hệ thống điều khiển và các chức năng cần thiết.

4.2.2 Cấu tạo bệ thử phanh MRB

Cấu tạo bệ thử phanh MR được thể hiện trong hình ảnh dưới đây: xoắn và giảm vận tốc quay của động cơ.

 Khớp nối mềm: Khớp nối mềm được sử dụng để tạo sự đồng tâm giữa trục quay của đĩa phanh với trục đầu ra của hộp số.

 Phanh MR: Phanh MR là thiết bị chính để tạo ra mômen hãm xuất hiện trên vỏ động cơ.

Cảm biến lực là thiết bị quan trọng dùng để đo lực cản trên vỏ động cơ, với phạm vi đo từ 0 đến 50N và độ sai số chỉ 0.03% Nguyên lý hoạt động của cảm biến này dựa trên việc hiển thị lực tác động thông qua sự thay đổi ứng suất trên bề mặt cảm biến.

Cảm biến nhiệt điện trở một đầu cố định với vỏ phanh có khả năng đo nhiệt độ rộng, thích hợp cho việc đo nhiệt sinh ra trên vỏ MRB trong môi trường phòng thí nghiệm.

4.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của bệ thử

Phanh dầu từ trường MR là một loại phanh điện từ sử dụng dầu MR, một chất lỏng có độ nhớt thay đổi theo từ trường Khi cung cấp cường độ dòng điện cho các cuộn dây, từ trường sinh ra sẽ tác động lên các hạt sắt trong dầu MR, dẫn đến sự thay đổi độ nhớt của nó Sự thay đổi này tạo ra mômen cản, giúp giảm vận tốc quay của đĩa phanh.

Trong trạng thái khởi động mà chưa cấp dòng cho phanh MR, mômen cản xuất hiện do độ nhớt của dầu MR Mômen cản này tác động lên vỏ động cơ, thông qua cánh tay đòn tác động lên cảm biến lực, giúp xác định giá trị của mômen cản.

Khi cấp dòng cho phanh MR, các cuộn dây tạo ra từ trường tác động lên các hạt sắt trong dầu MR, dẫn đến sự thay đổi độ nhớt của dầu Sự thay đổi này tạo ra mômen cản bổ sung, tăng tổng mômen cản của phanh MR, từ đó giảm vận tốc quay của đĩa phanh.

Quy trình thí nghiệm trên bệ

 Cắm điện cho bệ thử phanh MR và máy tính.

 Khởi động máy tính và phần mềm điều khiển.

 Cài đặt các thông số thí nghiệm, bao gồm: o Vận tốc quay của động cơ; o Cường độ dòng điện cấp cho phanh MR.

 Kiểm tra các thiết bị đo lường, đảm bảo các thiết bị hoạt động bình thường. Một số lưu ý khi thực hiện thí nghiệm:

 Cần đảm bảo các thiết bị đo lường hoạt động bình thường trước khi tiến hành thí nghiệm;

 Cần theo dõi các thông số đo lường trong quá trình thí nghiệm để đảm bảo an toàn cho thiết bị và người vận hành;

 Cần ghi lại các kết quả thí nghiệm một cách đầy đủ và chính xác;

Sau khi hoàn thành thí nghiệm, việc bảo dưỡng bệ thử phanh MR là cần thiết để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho các lần thử nghiệm tiếp theo.

Thí nghiệm được tiến hành theo 2 chế độ:

 Chế độ thử nghiệm 1: Thay đổi cường độ cường độ dòng điện ở một giá trị số vòng quay không đổi;

 Chế độ thử nghiệm 2: Thay đổi số vòng quay khi cố định cường độ cường độ dòng điện.

Xác định mômen phanh MRB sinh ra khi thay đổi cường độ dòng điện cấp cho phanh MR Các bước tiến hành TN gồm: a Chuẩn bị

 Chọn vận tốc quay của động cơ: 1500 v/phút.

 Cài đặt cường độ dòng điện cấp cho phanh MR: 0 A: 0,25 A:1.5 A b Tiến hành thí nghiệm

 Nhấn nút "Bắt đầu" để bắt đầu thí nghiệm;

 Theo dõi các thông số đo lường;

 Vận tốc quay của động cơ;

 Kiểm soát nhiệt độ của phanh MR; c Ghi kết quả thí nghiệm

Để xác định mômen phanh MRB khi thay đổi số vòng quay động cơ, trước tiên cần chuẩn bị cài đặt cường độ dòng điện cấp cho phanh MR ở mức 1.5A Sau đó, tiến hành thí nghiệm với các số vòng quay động cơ lần lượt là 0 v/ph, 250 v/ph và 2500 v/ph.

Trong mỗi lần thí nghiệm, thực hiện các công việc sau:

 Nhấn nút "Bắt đầu" để bắt đầu thí nghiệm.

 Theo dõi các thông số đo lường:

 Vận tốc quay của động cơ

 Kiểm soát nhiệt độ của phanh MR c Ghi kết quả thí nghiệm: Ghi lại các thông số đo lường ở mỗi giá trị số vòng quay của phanh MR.

4.4 Phương pháp đo và xử lý dữ liệu

Mômen phanh của phanh dầu từ trường MR được đo bằng cảm biến lực dạng nén, một bộ chuyển đổi lực thành tín hiệu điện dựa trên nguyên lý đo biến dạng của thân cảm biến khi chịu tải Khi phanh hoạt động, mômen phanh tác động lên trục và gây ra biến dạng cho cảm biến, từ đó tín hiệu điện được ghi lại theo thời gian thực Kết quả đo được tính toán trung bình từ 125 điểm đo cụ thể và được lưu trữ dưới dạng file Excel.

Xử lý dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm Matlab, sử dụng tín hiệu điện từ cảm biến để tính toán và vẽ các đồ thị đặc tính phanh.

4.4.1 Phương pháp quy đổi và hiển thị

Phương pháp quy đổi và hiển thị mômen phanh MR khi thí nghiệm trên bệ thử có thể được thực hiện như sau: a) Chuẩn bị:

 Cảm biến lực DYLF-102 (số 231216)

 Bộ khuếch đại tín hiệu (nếu cần)

 Vôn kế hoặc bộ hiển thị

 Tải trọng chuẩn (các quả tạ, mỗi quả 5 kg) b) Quy đổi lực tác động thành mômen phanh

Lực tác dụng lên loadcell được tính bằng công thức:

Trong bài viết này, chúng tôi đề cập đến các yếu tố quan trọng như F (lực tính bằng kg), Vout (điện áp đầu ra khi có tải), Vnoload (điện áp đầu ra khi không tải), Gain (độ khuếch đại tín hiệu nếu sử dụng bộ khuếch đại), và Sensitivity (độ nhạy của loadcell với giá trị 2.0 mV/V) Cuối cùng, chúng tôi cũng sẽ quy đổi mômen xoắn tác động thành mômen phanh MR để cung cấp cái nhìn tổng quát về hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.

Mômen phanh MR sinh ra được xác định qua lực tác động lên cảm biến lực.

Do đó, mômen phanh MR được tính theo công thức: 𝑇 ⬚ = 𝑀 𝑐𝑏 = F*l; với l là chiều dài đòn dẫn từ vỏ động cơ đến điểm tì lên cảm biến lực.

Mômen phanh MR được hiển thị trên màn hình hệ thống điều khiển, nơi mà hệ thống sẽ tính toán mômen này theo công thức đã định Để đảm bảo độ chính xác, cần thực hiện nhiều thí nghiệm với các giá trị lực tác động khác nhau nhằm xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa lực tác động và tín hiệu điện trở Việc sử dụng cảm biến độ nhạy cao là cần thiết để đo các lực tác động nhỏ và đảm bảo độ cứng của cánh tay đòn, giúp tránh sai lệch trong kết quả đo do biến dạng.

4.4.2 Phương pháp xử lý dữ liệu

Các bước xử lý dữ liệu khi tiến hành thí nghiệm đo mômen phanh trên bệ thử phanh dầu MR bao gồm:

 Import dữ liệu đo từ cảm biến mômen xoắn vào phần mềm máy tính.

 Chỉnh sửa dữ liệu đo, loại bỏ các giá trị sai lệch.

 Tính toán mômen phanh theo công thức trên.

 Phân tích dữ liệu để xác định đặc tính mômen phanh của phanh dầu từ trường MR.

Một số lưu ý khi xử lý dữ liệu:

Để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu đo, cần loại bỏ các giá trị sai lệch gây nhiễu, có thể xuất phát từ lỗi thiết bị hoặc các yếu tố khác.

Cần đảm bảo tính thống nhất của dữ liệu đo bằng cách kiểm tra khoảng thời gian, vận tốc quay của động cơ và cường độ dòng điện cung cấp cho phanh MR Việc này giúp đảm bảo độ chính xác và tin cậy của các thông số đo lường.

Để xử lý dữ liệu hiệu quả, việc lựa chọn phần mềm máy tính phù hợp là rất quan trọng Phần mềm này cần đảm bảo tính chính xác, độ tin cậy và tiện dụng, giúp người dùng dễ dàng thao tác và quản lý thông tin.

4.4.3 Quy trình calip bệ thử phanh MRB

Quy trình Calip bệ thử phanh MRB là bước quan trọng nhằm đảm bảo phanh MRB hoạt động chính xác và hiệu quả, bao gồm nhiều bước cụ thể để kiểm tra và xác nhận hiệu suất của hệ thống phanh.

Cần căn chỉnh độ lệch trục đĩa phanh với trục đầu ra của hộp số qua khớp nối mềm để đảm bảo phanh hoạt động êm ái Việc căn chỉnh chính xác độ lệch trục rất quan trọng nhằm hạn chế dao động cưỡng bức và rung giật trong quá trình vận hành, đặc biệt là ở tốc độ cao.

Để chuẩn bị bệ thử phanh, trước tiên cần làm sạch bệ bằng dung dịch tẩy rửa nhẹ Tiếp theo, bôi trơn các bề mặt tiếp xúc của bệ thử phanh bằng dầu máy hoặc chất bôi trơn khác Cuối cùng, kiểm tra các đầu giắc kết nối nguồn điện và đảm bảo kết nối với phần mềm điều khiển trên máy tính.

Lắp đặt phanh MRB bao gồm việc gắn các trục của phanh vào các lỗ trên bệ thử, sau đó siết chặt các bu lông giữ phanh Cuối cùng, cần kiểm tra lại để đảm bảo rằng phanh MRB được lắp đặt một cách chắc chắn.

Để căn chỉnh khoảng cách trục của phanh MRB, trước tiên cần sử dụng thước đo để xác định khoảng cách giữa hai trục Tiếp theo, điều chỉnh khoảng cách trục theo đúng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất Cuối cùng, thực hiện kiểm tra lại để đảm bảo khoảng cách trục đã được căn chỉnh chính xác.

Việc căn chỉnh độ lệch trục được thực hiện bằng cách sử dụng thước đo để xác định độ lệch giữa các trục Cần điều chỉnh độ lệch sao cho phù hợp với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất Sau khi điều chỉnh, hãy kiểm tra lại để đảm bảo độ lệch trục được căn chỉnh chính xác.