Luận văn thạc sĩ Khoa học tinh toán: Thiết kế tối ưu phanh lưu chất từ biến sử dụng giải thuật DE cải tiến

Phương pháp tối ưu hóa nay được áp dụng dé xácđịnh thiết kế tối ưu của MRB với các cau hình khác nhau, bao gồm MRB truyền thống và MRB có cuộn dây ở mặt bên của vỏ phanh.. Vi vậy, các ng

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOAKHOA KHOA HOC UNG DUNG

LE DUC THANG

THIET KE TOI UU PHANH LUU CHAT TU BIEN SU

Chuyén nganh: Khoa hoc Tinh toan

Ma nganh: 60 46 01 36

LUAN VAN THAC Si

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA - ĐHQG TP HCMCán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Thời Trung

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ký)

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TP HCM

ngày tháng năm

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi của Hội đông cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập — Tw do — Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học vIÊn: MSHV: Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh:

Chuyên ngành: Mã số:

I TÊN DE TALIS 2.0 ccc cccccccccccceccccccccecucececucececesessssvsssssssssssesssvssssvssssvsssssssssessenses

H NGÀY GIAO NHIỆM VU: (Ghi theo trong QD giao dé tài) Ill NGAY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: (Ghi theo trong QD giao dé tải)

IV CAN BO HUONG DAN: (Ghi rõ học hàm, học vi, ho, tÊn)

TP HCM, ngày tháng năm 20

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên tôi xin cảm ơn các quý thay cô giáo trong khoa Khoa học Ứng dung, cũng nhưcác thầy cô trong nhà trường đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trongsuốt hai năm học vừa qua và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành tốt các môn học trong

chương trình của khóa học.

Tôi xin gửi lời tri ân lớn lao đến Thầy PGS TS Nguyễn Thời Trung Trong suốt quátrình giảng dạy và làm luận văn, thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền dạy cho tôi rất nhiềunhững kiến thức chuyên môn và tác phong làm việc của người làm nghiên cứu khoa học.Thây chính là nguồn động viên lớn giúp tôi mong muốn được theo đuổi con đường

nghiên cứu khoa học.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy PGS TS Nguyễn Quốc Hưng Trong quátrình làm nghiên cứu đề tài được giao và viết báo, tôi đã được tiếp nhận rất nhiều kiếnthức quý báu và lời góp ý, chỉnh sửa hết sức có giá trị từ thầy Được làm việc chung vớithầy là may man va cũng là vinh dự lớn ma tôi có được trong suốt quá trình làm luận

văn.

Tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sac đến ThS Hồ Hữu Vịnh Anh chính là người anh, ngườibạn thân thiết đã gắn bó cùng tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, là người

đã chỉ bảo, hướng dẫn va động viên tôi làm nghiên cứu khoa học từ những ngày dau tiên

Đó là những điều hết sức quý giá dé tôi có thé vững bước và tự tin vào bản thân trên con

đường nghiên cứu khoa học sau này.

Lời cảm ơn vô bờ tôi xin dành cho cha mẹ và chị, những người đã luôn động viên, ủng

hộ, chăm sóc tôi trong suôt quá trình học tập và theo đuôi ước mơ của mình Cha mẹ và chi luôn là chỗ dựa vững chac và là niêm tự hào của tôi.

lil

Tôi đã nỗ lực cố găng để thực hiện luận văn băng tat cả khả năng của mình Tuy nhiên

do mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học cũng như còn hạn chế về kiến thức

và kinh nghiệm, luận văn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót mà bản thân chưa thấyđược Vì vậy, tôi rất mong nhận được những ý kiến góp ý của quý thay cô giáo và cácbạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn chỉnh hơn

TP HCM, tháng 09 năm 2016

Học viên cao học

Lê Đức Thắng

TÓM TÁT LUẬN VĂN

Trong những năm gan đây, nhiều dạng phanh lưu chat từ biến (MRB) được dé xuất vathiết kế tối ưu bởi các giải thuật tối ưu hóa được tích hợp sẵn trong các phân mềm nhưANSYS và Comsol Multiphysics Tuy nhiên, các giải thuật tối ưu hóa nay thường chứanhững hạn chế lớn như cho kết quả tối ưu cục bộ, số lượng biến thiết kế bị giới hạn hoặckhông giải được với những biến thiết kế rời rạc Vì vậy, để khắc phục những nhược điểmtrên và phát triển một công cụ tính toán hiệu quả cho việc thiết kế tối ưu MRB, nghiêncứu đề xuất một phương pháp tối ưu được tích hợp giữa giải thuật tiễn hóa khác biệt DE

và phương pháp PTHH trong ANSYS Phương pháp tối ưu hóa nay được áp dụng dé xácđịnh thiết kế tối ưu của MRB với các cau hình khác nhau, bao gồm MRB truyền thống

và MRB có cuộn dây ở mặt bên của vỏ phanh Mặt khác, dé tiếp cận với thiết kế thực,một số biến thiết kế của MRB được xem là những biến rời rạc trong quá trình tối ưu Cáckết quả tối ưu đạt được trong nghiên cứu này được so sánh với những kết quả ở nghiêncứu trước đó Kết quả cho thay rằng phương pháp tối ưu hóa được dé xuất trong nghiên

cứu có khả năng vượt trội so với các phương pháp đã có.

Từ khóa: differential evolution (DE), improved differential evolution,

magnetorheological brake (MRB), geometric optimization, discrete design variables.

In recent years, various types of magnetorheological brakes (MRB) have been proposed and optimized by different optimization algorithms that are integrated in commercial software such as ANSYS and Comsol Multiphysics However, many of these optimization algorithms often possess some noteworthy shortcomings such as being got stuck at local extreme results, or being limited to the number of design variables or being difficult to deal with discrete design variables Thus, to overcome these limitations and develop an efficient computation tool for optimal design of the MRB, an optimization procedure that combines Differential Evolution (DE), a gradient-free global optimization method with finite element analysis (FEA) is proposed in this paper The proposed approach is then applied for the optimal design of MRB with different configurations including conventional MRB and MRB with coils placed on the side housings Moreover, to approach to a real-life design, some necessary design variables of MRB are considered as discrete variables in optimization process The obtained optimal design results are compared with those of available optimal designs in the literature The results reveal that the proposed methods outperforms some traditional approaches.

Keywords: differential evolution (DE), improved differential evolution,

magnetorheological brake (MRB), geometric optimization, discrete design variables.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS

TS Nguyễn Thời Trung Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưatừng được cá nhân khác công bố trong bat kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan răng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn

và các thông tin trích dan trong luận văn đã được chỉ rõ nguôn goc.

Học viên cao học

Lê Đức Thang

Vil

MỤC LỤC

0909.) 9) 0 iiiTOM TAT LUẬN VĂN c0 0022112 n HT TH TT nh nh nền V

ABSTRACT - 001211211121 k 1 KH TT kg TK k nh kh kh ky ng vi

LOI CAM DOAN 5 cece ccceeecee cece sceueceusecuscsueeseeecueesaseaeeeaesewans Vii

MỤC LUC cece cc ceccceeccceccceuecceuceceucceueceeusesusssaessusesatetaesetaness viii

DANH MỤC CÁC TU VIET TAT 0 0 cece ceccceccce cece 2112111211211 ky nhàn xiDANH MỤC HÌNH VE 0 2.00 cece cece ceecceeeceecceeeceecueeseeeseuseueeseeeceaeeenens xiiDANH MỤC BANG BIÊU -. c2 2221121112 1112 1111111 11c xivCHUONG 1: GIỚI THIEU 0 00 cece cece ceccceecce seca ecueesaesueseeseneeas |1.1 Giới thiệu và đặt van đề -.-cc S1 n SH nhện |1.2 Tình hình nghiên cứu trên thé giới .-‹ -ccc<cc 2c 4

1.3 ‘Tinh hình nghiên cứu trong nước «<< 6

14 Mục tiêu nghiên CỨU nha 6

1.5 Phạm vi nghiÊn CỨU SE 6

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - c2 séy 7CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÊT c c2 c2 222122221 xe 82.1 Lưu chất từ biến (MREF) c2 S2 n n1 SH SH nh ky he 8

2.1.{ GiGi thiệU c2 1E S ng ST TH TH ky ch nh 8

2.1.2 Nguyên lý hoạt động -c cà Ặ 22s 8

2.1.5 Mô hình tính toán MRE che 16

2.2 Hé thống phanh trong 6 tÔ -.-.- c2 22122111211 1112132 18 2.2.1 Công dung, phân loại và yêu cau của hệ thống phanh trong 6 tô L8

2.22 Kết cau chung của hệ thống phanh công tác - 20

2.3 Phanh lưu chất từ biẾn - 2122111111 sen 28 2.3.1 Sự ra đời của phanh lưu chất từ biến - - < << 28 2.3.2 Các dạng MRD che 29 244 Giải thuật tiễn hoá khác biệt DE (Different Evolution) 36

2.4.1 Quá trình tạo bộ dân số ban đâu - - -c- c2 36 24.2 Quá trình đột biẾn ccQnQnQn SH nh nh nh cớ 37 24.3 Quá trình lai taO ccc cece cece eee cece eeeeeteeeeeeceeeeee ees 38 244 Quá trình lựa chọn c 222cc s2 39 24.5 Sơ đồ giải thuật của DE c2 ren 40 2.5 Giải thuật DE cải tiẾn .c S12 n SH vn ch cào 40 2.5.1 Cải tiễn quá trình đột biễn cv sưg Al 2.5.2 Cải tiễn quá trình lựa chon 0 000 cece cece eeeceeece seca eeceeeeueesueee 42 2.5.3 Xử lý biến nguyên và bién rời rạc - .-c-cccccccccscse 43 CHUONG 3: BÀI TOÁN TOI UU HOA PHANH LƯU CHAT TỪ BIEN 45

3.1 Các dạng MRB được khảo sát trong nghiên cứu 45

3.2 Phương pháp phân tích các mô hình phanh lưu chat từ biến 47

3.3 Mô hình tính toán mô-men phanh của MRB 49

3.4 Bài toán tối ưu hoá MREB - c2 E 2n nhiên 53

IX

CHƯƠNG 4: THIẾT KE TOI UU PHANH LƯU CHAT TỪ BIÊN 544.1 Giải thuật tối ưu hóa tích hợp - c2 S1 544.2 Thông số chung và thiết lập của bài toán tối ưu hóa MRB 584.3 Kết quả và thảo luận - - cv nh nh seh 604.3.1 MRB dạng đĩa truyền thống - c2 se 60

4.3.2 MRB dạng đĩa có cuộn day ở mặt bên vỏ phanh 68

44 So sánh với các giải thuật tối ưu hóa toàn cục khác - 76CHUONG 5: KẾT LUẬN VA HUONG PHÁT TRIEN CUA DE TÀI 785.1 K@tquane cece cece ceccceecceecceeesueesueeseeeseeseeeeseeseenesaeeeenes 785.2 Hướng phát triển của dé tài - c- S2 sen 78DANH MỤC CÁC CÔNG TRINH KHOA HỌC - - - 80TÀI LIEU THAM KHẢO - c2 2212211111111 1131111 11 sêg S1

DANH MỤC CÁC TU VIET TAT

DE : Differential Evolution — giải thuật tiễn hóa khác biệt

GA : Genetic Algorithm — giải thuật di truyền

MRB : MagnetoRhelogical Brake — phanh lưu chất từ biến

MRF : MagnetoRhelogical Fluid — lưu chat từ bién

PSO : Particle Swarm Optimization — giải thuật tối ưu hóa bay danPTTH : Phần Tử Hữu Hạn

XI

Hình 1.1

Hình 1.2

Hình 2.1

Hình 2.2

Hình 2.3

Hình 2.4

Hình 2.5

Hình 2.6

Hình 2.7

Hình 2.8

Hình 2.9

Hình 2.10

Hình 2.11

Hình 2.12

Hình 2.13

Hình 2.14

Hình 2.15

Hình 2.16

Hình 2.17

Hình 2.18

DANH MỤC HÌNH VE

Các thiết bị sử dụng MRE c.c c2 nh séy 2

MRB 2107 — 3 cua Lord Corporafion - 3

MRF 132-DG cua Lord Corporafion « 8

Liên kết giữa các hat thay đổi theo từ trường - 9

Các chế độ điều khiển của MRE cà Ặ cà SSà Sài 10 Cau tạo cơ bản của giảm chan sử dụng MRE 12

Câu tao van sử dụng MEE cớ 13 Cơ cau ga động co sử dụng MRE c2 e 15 Biéu đồ tương quan giữa chat lỏng Newton và nhựa Bingham 17

Phanh có điểm đặt cô định riêng rẽ về một phía 22

Cơ cau phanh có điểm đặt riêng rẽ về một phía 23

Cơ cau phanh guốc đối xứng qua tâm - . -: 24

Cơ cau phanh guốc loại bơi . .cc c2 S s2 25 Cơ cau phanh guốc tự cường hóa -. c<-c << ccss2 25 Kết cấu của cơ cau phanh đĩa - c- c2 c2 27 MRB dạng đĨĩa -<- 30 MRB dạng tang trồng - c2 sa 31 MRB dang kết hợp c2 nh ng 32 MRB có r6-to hình chữ To ccc cece eee e eee eee eeeeennnees 33 MRB có cuộn dây ở mặt bên vỏ phanh 35

Sơ đồ giải thuật DE eee C221 n1 nhi 36

Cơ chế đột biến của giải thuật DE khi sử dụng toán tử đột biến

¬ ene EEE EEE EEE EERE EEE EEE EEE EERE EE EEE EE; HEHEHE; EEE EEE; REESE EEE EES 38

Co ché tao véc-to thir nghiỆm - 39

Sơ đồ giải thuật DE eee C221 n1 nhi 40MRB dang đĩa truyền thống c2 Sen 45

MRB dạng đĩa có cuộn dây đặt ở mặt bên của vỏ phanh 46

Phan tử 2D PLANEI3 ccc ch hào 48

Mô hình PTHH của MRB dạng đĩa truyền thống 46

Mô hình PTHH của MRB dạng đĩa có cuộn dây ở mặt bên vỏ phanh

Phan tử MRF trong khe lưu chất -. -cc- << <<: 50Giải thuật tối ưu hóa tích hop Matlab — ANSYS giải bài toán thiết kế tối

Đặc tính từ của thép silicon và MRERE 57

Thiết kế tôi ưu của MRB truyén thống có biên dạng vỏ phanh là hình chữ

cece ce eecueeecuececueceeueseueseeueceeuseseescteeseseeseeaeetseetseetseesenees 68

Thiết kế tối ưu của MRB có biên dạng vỏ hình chữ nhật 71Thiết kế tối ưu của MRB biên dạng vỏ hình đa giác 7 canh 76

Xiil

DANH MỤC BANG BIEU

Dac tính từ của vật liệu trong MERB 56

Khối lượng riêng của vật liệu trong MRB 56Thông số lưu biến của MRF 132-DG - - <2 59Thông số thiết lập ban đầu của giải thuật DE va DE cải tiến 59Kết quả tối ưu của MRB truyền thống có biên dạng vỏ hình chữ

Kết quả tối ưu của MRB có biên dạng vỏ hình chữ nhật 690Kết quả tối ưu của MRB có biên dạng vỏ hình đa giác 7 canh 72

So sánh kết quả tối ưu MRB với các giải thuật tối ưu hóa khác 77

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU1.1 Giới thiệu và đặt van đề

MRF là những vật liệu mà thuộc tính lưu bién của nó bị thay đôi dưới tác dụng của từtrường bên ngoài MRF thể hiện thuộc tính Newton khi không có từ trường tác động, nhưngdưới tác dụng của từ trường, ứng suất trượt của nó tăng nhanh trong một khoảng thời gianrất ngắn (vai mili giây) và có thé thay đối một cách rất linh hoạt nhờ vào việc thay đốicường độ từ trường tác dụng Nhờ vào những tính chất trên, các thiết bị sử dung MRF cótiềm năng rất lớn trong việc cung cấp sự hiệu quả, đơn giản, đáp ứng nhanh giữa các quátrình điều khiến điện va co trong các hệ thong Vi vậy, các nghiên cứu về MRF và ứng dụng

của nó trong công nghiệp ngày càng được quan tâm và đã trở thành một nhánh nghiên cứu

quan trọng trong lĩnh vực vật liệu thông minh Các thiết bị sử dụng MRF nổi bật bao gồmgiảm chan, phanh, ly hợp, van [1,2], v.v và có một số thiết bị đã được thương mại hóa với

những ưu diém vượt trội so với các thiệt bi truyền thong có cùng tính năng.

(a) Giảm chan sử dụng MRF (b) Ly hợp sử dụng MRF

(c) Chan gia su dung MRF (d) Gang tay su dung MRF

Hinh 1.1 Các thiết bị sử dung MRF

Một trong những hướng nghiên cứu nhận được rất nhiều sự quan tâm là MRB Trongnhững năm gan day, có nhiều nghiên cứu sử dụng các ưu điểm của MRF dé thiết kế các hệthong MRB cho lĩnh vực công nghiệp dân dung như MRB sử dung trong xe hoi, xe motor,tàu lửa Bên cạnh đó, MRB còn có khả năng ứng dụng lớn trong y học ở tương lai để chếtạo các bộ phận thay thế cho con người (chân, tay, v.v) hay hệ thống phản hồi xúc giác(găng tay) Dé tăng hiệu suất và giảm giá thành sản phẩm, nhiều cấu hình MRB khác nhau

đã được đề xuất và nghiên cứu như MRB dạng đĩa [3,4], MRB dang tang trong [5.6] vaMRB dang két hop [7] Tuy nhiên, hiện nay mới chỉ có MRB dang dia được thương maihóa do chúng có cau tao đơn giản, dễ chế tạo, cho giá thành phù hợp

Hình 1.2 MRB 2107 - 3 của Lord Corporation.

Bên cạnh việc nghiên cứu dé xuất các dạng phanh khác nhau, việc tôi ưu hóa thiết kếMRB cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng nhăm tăng tinh hợp lý trong quá trình thiết

kế, tăng độ bảo đảm của thiết bị, giảm tiêu hao vật liệu dé tiễn đến giảm giá thành sản phẩm.Nhưng nhìn chung, việc giải quyết các bài toán tối ưu MRB gặp rất nhiều khó khăn do khốilượng tính toán lớn, ứng xử kết cau phức tạp và nhiều ràng buộc về biến thiết kế Tuy cácnghiên cứu đã công bố có thực hiện tối ưu hóa thiết kế MRB với nhiều ràng buộc khácnhau, nhưng các phương pháp tối ưu được áp dụng phân lớn vẫn còn nhiều mặt hạn chếnhư cho kết quả tối ưu cục bộ hay chi phí tính toán lớn Những phương pháp nay khônggiải quyết được hiệu quả van đề tối ưu hóa thiết kế cho MRB Bên cạnh đó, hướng nghiêncứu về tối ưu hóa thiết kế cho MRB vẫn còn ít được chú trọng Có rất ít những nghiên cứutập trung vào việc phát triển các công cụ tối ưu và thiết kế dé tăng độ chính xác, giảm chiphí tính toán Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán tối ưu hóa đơn giản hơn,nhanh hơn, hiệu quả hơn cùng với sự phát triển các giải thuật có thể kết hợp nhiều công cụkhác nhau dé giải quyết những van đề hết sức phức tạp là một hướng nghiên cứu cần thiết

để nâng cao tính hiệu quả và an toàn trong thiết kế thực

1.2 Tinh hình nghiên cứu trên thế giới

Các nghiên cứu về MRB đã được công bố khá nhiều, tập trung mạnh trong khoảng 10năm trở lại đây Sau đây là một số nghiên cứu điển hình:

J Huang và cộng sự [6] đưa ra một mô hình phân tích toán hoc cho MRB dạng tang

trống và mô hình này đã được LORD Corporation sử dụng để thử nghiệm cho việc thiết kếcác thiết bị sử dung MRF Nghiên cứu của Huang và cộng sự đưa ra công thức tính mô-men phanh từ các thông số của phanh như số vòng quay của rô-to, các thông số hình họccủa phanh và độ nhớt của MRF Ngoài ra, nghiên cứu còn trình bày phương pháp thiết kếmột MRB dạng tang trong thông qua việc tính toán thé tích, chiều dày và bề rộng khe MRF

với cơ năng cực đại, sô vòng quay của r6-to và ti sô mồ-men mong muôn được cho trước.

MRB dạng đĩa được Li và Du [8] đề xuất, chế tạo và khảo sát Hiệu năng của MRB

được đánh gia thông qua thực nghiệm Theo nghiên cứu cua Li và Du [8], mô-men phanh đạt được nhỏ hơn 1.5Nm với cường độ dòng điện là 1 A.

Edward J Park và cộng sự [4] tiễn hành nghiên cứu và thiết kế MRB dạng 2 đĩa quaycho xe hơi kết hợp với điều khiến trượt để tối ưu hoá điều khiến sự trượt của bánh xe và kếtquả của nghiên cứu được mô phỏng băng Matlab Simulink Thiết kế MRB được đề xuấttrong nghiên cứu này giúp điều khiến phanh dễ dàng hơn bằng việc giảm số lượng chỉ tiếttrong phanh, làm đơn giản hoá quá trình quan dây và tăng tốc độ phản hồi của phanh Sau

đó, Edward J Park và cộng sự [9] tiễn hành tối ưu hoá đa mục tiêu cho MRB bang ba giảithuật khác nhau Giá trị hàm mục tiêu và chi phí tính toán được lấy làm tiêu chi để so sánhnhững kết quả thu được từ ba giải thuật tối ưu hoá

Tiếp nối từ nghiên cứu của Park và cộng sự [4.9], Karaloc và cộng sự [10] đã đề xuấtmột dạng thiết kế MRB mới bang cách thay đôi cau hình của cuộn dây Bên cạnh đó, nghiêncứu cũng thực hiện tối ưu hoá đa mục tiêu cho MRB này với các tiều chuẩn thiết kế khác

Nguyen và cộng sự [11] đề xuất và tối ưu hoá thiết kế trên nhiều dạng MRB khác nhau,bao gồm MRB dạng tang trống (drum-type), dạng kết hợp (hybrid-type), dạng kết hợp sửdụng 2 cuộn dây (two-coil hybrid type) và dạng kết hợp có rô-to hình chữ T (hybrid T-type) Qua khảo sát, nghiên cứu kết luận răng MRB có rô-to hình chữ T cho mô-men phanhlớn nhất Ngoài ra, Nguyen và cộng sự [12] còn thực hiện khảo sát biên dạng tối ưu của vỏphanh đối với từng loại MRB khác nhau Trong nghiên cứu này, các biên dạng khác nhau

của MRB dạng đĩa như hình chữ nhật, hình đa giác 5 cạnh, 7 cạnh va spline đã được khảo

sát Mục tiêu của nghiên cứu là cực tiểu khối lượng MRB với ràng buộc mô-men phanh cựcđại lớn hon hoặc băng 10Nm Kết quả của nghiên cứu cho thay rằng, với biên dạng vỏphanh có số cạnh đa giác cảng tăng thì khối lượng MRB càng giảm, nhưng khi số cạnh củabiên dạng đủ lớn, khối lượng MRB sẽ hội tụ đến một giá trỊ nhất định Gần đây, Nguyen vàcộng sự [13] đã dé xuất một cầu hình MRB dạng đĩa mới với cuộn dây đặt ở mặt bên của

vỏ phanh Qua quá trình mô phỏng và phân tích, với MRB này, một số nhược điểm củaMRB truyén thong đã được loại bỏ hoặc giảm bớt như sự bão hòa cua mật độ từ trườngtrong vỏ phanh hay các van đề khó khăn trong việc chế tạo và bảo trì MRB

Trong những nam gần đây, có rất ít những nghiên cứu về tối ưu hoá cho MRB, đặc biệt

là những nghiên cứu phát triển và ứng dụng các phương pháp mới để tối ưu hoá MRB Erol

và Gurocak [14] dé xuất một phương pháp thiết kế kết hợp giữa phương pháp Taguchi vàphân tích PTHH để xác định các thông số hình hoc tối ưu của MRB Bang phương phápnày, thời gian thiết kế MRB đã giảm đáng ké, từ một đến hai tuần xuống chỉ còn vài phút.Trong một nghiên cứu khác, Assadsangabi và cộng sự [15] sử dụng giải thuật di truyền GA

để tối ưu hoá MRB dạng đĩa và các kết quả đạt được về thiết kế mạch từ trường (magneticcircuit design), diện tích bề mặt làm việc (working surface area) và m6-men phanh (viscoustorque generation) tốt hon so với Karakoc va cong su [10] Gan đây, Hajiyan va cộng sự[16] đã tiến hành tối ưu hoá thiết kế MRB dạng nhiều đĩa bằng giải thuật di truyền GA kếthợp với phân tích PTHH Nghiên cứu cũng cho kết quả tốt hơn khi so sánh với kết quả của

Karakoc và cộng sự [10].

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước

Vẻ tình hình nghiên cứu trong nước, do còn khó khăn về mặt tiếp cận và ứng dụng côngnghệ mới nên những nghiên cứu trong nước vẫn đang còn rất hạn chế Chỉ có một số ít tácgiả nghiên cứu về lĩnh vực này như là một sự khởi đầu cho việc nghiên cứu MRB trongnước như tác giả Nguyễn Quốc Hung với các nghiên cứu [7,11-13] có hợp tác chung với

các tác giả nước ngoài khác.

1.4 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu, lập trình tính toán tối ưu hóa cho các dạng MRB khác nhauvới biến thiết kế là các thông số hình học của MRB Mục tiêu tối ưu là cực tiểu khối lượngtừng dạng MRB với mô-men phanh không nhỏ hơn một giá trị cho trước Dé giải bài toántối ưu hóa, nghiên cứu dé xuất một phương pháp tích hợp giữa phương pháp PTHH trênANSYS và giải thuật tiễn hóa khác biệt DE được lập trình trên Matlab Trong đó phươngpháp PTHH được sử dung dé phân tích ứng xử của từ trường trong MRB và thành lập bàitoán tối ưu hóa; sau đó, giải thuật tối ưu hóa DE được sử dụng để giải bài toán tối ưu hóasau khi thành lập DE là phương pháp tối ưu hóa rất hiệu quả Với giải thuật đơn giản dễlập trình và cho kết quả đáng tin cậy, nó đã được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại bài toántối ưu hóa ở nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên, DE vẫn còn một hạn chế là hội tụ chậm

Vì vậy, nhằm nâng cao hiệu quả của DE khi áp dụng dé giải bài toán tối ưu hóa MRB, luậnvăn nghiên cứu và dé xuất một phiên bản cải tiễn mới của DE nhằm cải thiện tốc độ hội tụcủa DE và có thé áp dụng nó dễ dàng cho bài toán tối ưu hóa MRB cũng như cho những

linh vực khác trong kỹ thuật.

1.5 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi sau:

- Kết cầu cơ khí

1.6 Y nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu công bố một sự cải tiễn về phương pháp của giải thuật DE dé giúp tăng tốc

độ hội tụ, giảm chi phí tính toán cho quá trình tối ưu hoá

Nghiên cứu đưa ra một phương pháp thiết kế mới dé tối ưu hoá thiết kế cho các dạngMRB khác nhau Phương pháp được dé xuất trong nghiên cứu không chỉ được ứng dụngtrong lĩnh vực MRB mà còn có tiềm năng ứng dụng lớn cho những lĩnh vực khác trong kỹ

thuật.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET2.1 Lưu chất từ biến (MRF)

2.1.1 Giới thiệu

MRF là một dạng lưu chất thông minh có thuộc tính lưu biến thay đổi dưới tác dụngcủa từ trường Nó được phát minh bởi Jacob Rabinow vào năm 1949 MRF là một hỗn hợpcủa các hạt từ tính với một lưu chất nền Các hạt từ tính này có thể là các ion, sắt cacbonhoặc là bột coban Chất nên là một lưu chat phi từ tính, có thé là hữu cơ hoặc là dung dịchnước; thông thường là hydrocacbon tong hợp hoặc silicon

Can lưu ý rang, các hạt có khối lượng lớn khi kết tủa sẽ gây ảnh hưởng nhiều đến đặctính hoạt động cua MRF Vì vậy, để ngăn ngừa sự kết tủa, chất hoạt tính bé mặt, hạt nano,

hạt nano từ hóa hoặc những hạt được phủ từ tính được thêm vào.

Hình 2.1 MRF 132-DG của Lord Corporation.

2.1.2 Nguyén ly hoạt động

Ở trạng thái bình thường, các hạt chuyén động tự do trong MRF va chat lỏng biéu hiện

được mô-men lưỡng cực và liên kết lại với nhau theo dạng của đường sức từ Độ bền vữngcủa liên kết này phụ thuộc vào cường độ từ trường đưa vào Từ trường làm thay đổi thuộctính lưu biến của MRF Lúc này, mô hình Newton không còn phù hợp để diễn tả thuộc tínhcủa lưu chất mà cần sử dụng các mô hình phức tạp hơn như mô hình Bingham hoặc mô

hình Herschel — Bulkley.

' ` +2 `

| | |

t

Hình2.2 Liên kết giữa các hạt thay đối theo từ trường

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các tính chất lưu biến của MRF như mật độ kích thướccủa hạt từ tính, hình dạng, đặc tính của dòng chất lỏng mang hạt tải điện, chất phụ gia, nhiệt

độ và từ trường đặt vào Sự liên quan giữa các yếu tổ này rất phức tạp và quan trọng trongviệc xây dựng các phương pháp để cải thiện tính chất của dòng chất lỏng cho các ứng dụngphù hợp Đề hoạt động tốt, MRF phải có độ nhớt và độ kháng từ của các hạt thấp mà khôngảnh hưởng đến từ trường bên ngoài và có thé đạt được ứng suất tối đa khi có đủ từ trường

tác động.

Thông thường để làm tăng ứng suất của MRF, người ta thường tăng các thành phankhối lượng của các hạt lưu biến từ hoặc tăng cường độ của từ trường ngoài Tuy nhiên,trong tính toán thiết kế, kích thước và hình dạng của các thiết bị sử dụng MRF ảnh hưởngđáng kế đến việc tiêu hao năng lượng của thiết bị ứng dụng nó

2.1.3 Cac chế độ điều khiến MRF

Trong những năm qua, các thiết bị sử dung MRF chủ yếu được điều khiến thông qua

ba chế độ của MRE:

- Chế độ chảy: ở chế độ này, MRF dịch chuyền giữa hai bề mặt đứng yên và áp lực tácdụng theo phương vuông góc với hai mặt phăng này Sự thay đổi tính chất lưu biến củaMRF được điều khiến bởi một từ trường ngoài theo hướng dịch chuyển của lưu chất (Hình2.3 a) Các thiết bị sử dụng chế độ điều khiến này bao gồm cơ cấu truyền động, truyền lựchoặc giảm chan sử dung MRF.

- Chế độ cắt: lưu chất dịch chuyển giữa hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau.Một từ trường bên ngoài được sử dụng dé điều khiến thuộc tính lưu biến của MRF (Hình2.3 b) Các ứng dụng điển hình ở chế độ này là phanh và ly hop sử dụng MRF

- Chế độ nén: lưu chất nam giữa hai mặt phẳng song song với nhau Khoảng cách giữahai mặt phăng có thé được điều khiển dựa vào cường độ từ trường đặt vào MRF (Hình 2.3c) Chế độ điều khiến này của MRF được ứng dụng cho các loại giảm chan có hành trình

nhỏ và chịu tải lớn hoặc các cơ câu bệ đỡ điêu khiên được.

(a) Magnetic (b) Moving pole Magnetic

Field + Field

Flow FlowHigh pressure Low pressure High pressure

Stationary poles Stationary poles

2.1.4 Các thiết bị sử dụng MRF

Hiện nay, MRF đã và đang được nghiên cứu và ứng dung kha rộng rãi trên thế gIỚI.Các thiết bị sử dung MRF xuất hiện trong rất nhiều những lĩnh vực khác nhau: công nghiệpdân dụng, y học, quốc phòng, v.v do những tính chất vượt trội về khả năng điều khiến, độchính xác và thời gian đáp ứng mà nó đem lại so với các thiết bị truyền thống Có thể kếđến một vài thiết bị đã được tích hợp MRF như phanh, ly hợp, giảm chan, van, v.v

2.1.4.1 Phanh, ly hop

Phanh là một bộ phận cốt yếu trong các phương tiện di chuyển và trong các hệ thốngcần có cơ cầu hãm chuyển động Nếu hệ thong phanh được sử dung hiệu qua thi tỉ lệ tai nạnliên quan đến phanh sẽ được giảm thiểu hoàn toàn Xét trường hợp phanh xe hơi, khi lựcphanh được tạo ra do người lái xe lớn hơn lực ma sát của lốp với mặt đường thì bánh xe sẽ

bị ham chặt hay bó cứng lại Do xe đang chuyển động với vận tốc cao nên các bánh xe sẽ

bị trượt trên đường, gây mat kha năng điều khiến của người lái xe và có thé dẫn đến tai nạn

giao thông.

Hiện nay, hệ thống phanh ABS đã cải thiện được sự cố trên Các má phanh sẽ liên tụchoạt động dé sinh ra lực phanh cần thiết giúp các bánh xe vẫn chuyển động được mà không

bị bó cứng Điều này cũng làm cho lốp xe không bị mai mòn dưới mặt đường

Hệ thống MRB hiện nay hoàn toàn có thé đáp ứng tương tự như hệ thống phanh ABS.Nhờ vào khả năng điều khiến được với thời gian đáp ứng nhanh, khi kết hợp với các loạicảm biến vận tốc, ta hoàn toàn có thé điều khiển phanh liên tục hoạt động dé dam bảo bánh

xe không bị bó cứng, gây nguy hiểm cho người lái xe

2.142 — Giảm chan

Giảm chan là một bộ phận không thé thiếu trong rất nhiều loại thiết bị khác nhau, nó

có tác dụng bảo vệ chi tiết máy khỏi những va đập mạnh cũng như dập tắt dao động Hầuhết các loại giảm chan thông thường đều có độ cứng không thay đổi, vì vậy nếu dao động

II

của ngoại lực trùng với dao động riêng của thiết bị giảm chan hoặc biên độ dao động củangoại lực quá lớn thì hiệu quả của giảm chan sẽ giảm đi đáng kế hoặc thậm chí là vô hiệu.Việc thiết kế bộ giảm chan có khả năng điều chỉnh độ cứng trở nên cần thiết vì nó cóthé khắc phục được những khuyết điểm của thiết bị giảm chan truyền thống Với khả năngđiều khiển được, MRF đã được nghiên cứu và ứng dung trong thiết kế giảm chan Nó cókhả năng điều khiến độ cứng của giảm chân phụ thuộc vào tính chất của ngoại lực để daođộng của thiết bị được dập tắt nhanh nhất, hiệu quả nhất.

Về mặt kết cau, giảm chan sử dụng MRF có cầu tạo hoàn toàn khác so với các loại giảmchan truyền thong khi nó hoàn toàn không sử dung lò xo mà vẫn đảm bảo day đủ về tínhnăng hoạt động Câu tao của giảm chan sử dụng MRF được chỉ rõ trên hình 2.4

Van

Cuộn dây

Từ trường

Mặt ngoài cylinder

Hình 2.4 Cau tao cơ bản của giảm chan sử dụng MRF

2.1.4.3 Van

Một ứng dung khác cua MRF là van su dung MRF Van sử dung MRF có tác dụng

tương tự như các loại van khác, tuy nhiên về mặt kết cầu nó đơn giản va dé dang điều khiến

hơn.

Ban dau khi chưa có tác dụng của từ trường, dòng lưu chất chảy vào van theo ngõ vào,

đi ngang qua các khe và ra ngoài theo ngố ra Khi có từ trường bên ngoài tac động, dòng

lưu chất xung quanh cuộn dây bị từ hóa và liên kết lại với nhau để cản trở dòng lưu chất.Chỉ khi áp suất của dòng lưu chất đủ lớn để thắng lực liên kết này thì nó mới có thể đi quavan được Nếu từ trường bên ngoài đủ lớn thì lưu chất xung quanh cuộn dây sẽ hóa rắn,dòng lưu chất không thể đi qua van

Phụ thuộc vào độ lớn và hướng cua từ trường, ta có thể điều chỉnh van theo kiểuON/OFF hoặc theo áp suất ngõ vào

Lõi MRF Ngõ ra

Ngõ vào

Vỏ van Cuộn dây Mặt bích đâu

Hình 2.5 Câu tao van sử dụng MRF

2.1.4.4 Khối ga động cơ

Cơ cau ga động cơ là một bộ phận quan trọng trong các phương tiện di chuyển lớn như

xe hoi, tàu thủy, v.v Nó được dùng dé ga đặt động cơ trên khung xe và đảm bao cho động

cơ va các bộ phận truyền động trên xe hoạt động 6n định Cơ cau gá động cơ còn được sửdụng để giảm những rung động từ động cơ truyền đến khung xe Vì vậy mà người ngôi

13

trong xe cảm thay thoái mái hơn Nhiều dạng cơ cau ga động co đã được nghiên cứu va

phát trién, trong đó một SỐ dạng đã được sản xuất và đưa ra thị trường

Về co bản, co cau ga động cơ có thé được chia làm ba dạng dựa vào tác động của nguồn

năng lượng bên ngoài: bị động (passive mount), chủ động (active mount) va bán chủ động

(semi — active mount) Cơ cau ga động cơ bị động thường hay sử dụng là cơ cau gd bangvật liệu cao su (rubber mount), loại này đã được sử dụng rộng rãi từ thập niên 30 của thế

kỷ trước Cơ cầu ga động cơ bang cao su có hệ số giảm chan thấp, hoạt động hiệu quả ở tan

số dao động cao nhưng không hiệu quả ở những tần số cộng hưởng Để giải quyết nhữnghạn chế này, một số cơ cầu gá động cơ băng thủy lực đã được phát triển Cơ cầu gá băngthủy lực sử dụng quán tính do dòng chảy của chất lỏng giữa hai khoang đàn hồi làm bằngcao su Độ cứng động lực của cơ cấu gá băng thủy lực cao nhưng lại không giảm đượcnhững rung động ngoài dải cộng hưởng như cơ cau gá băng cao su, đặc biệt là ở vùng có

tần so cao.

Đề khắc phục những nhược điểm của cơ cau gá động cơ bị động, các dạng cơ cầu gáđộng cơ chủ động đã được phát triển và sản xuất Ở dạng này, cơ cầu sử dụng một lực tácđộng từ bên ngoài và có thé dùng các thuật toán điều khiến dé hệ thống gá hoạt động tốthơn trong những trường hợp có dao động bất thường Hệ thống gá động cơ chủ động có khảnăng hoạt động tốt hơn trong một dải tần số rộng, nhưng nó không được sử dụng rộng rãi

vì co cau phức tạp, cần năng lượng lớn và giá thành cao Những hạn chế trên có thé đượckhắc phục bang việc phát triển co cấu gá động cơ bán chủ động Cơ cấu này thường baogom một cơ cầu gá bị động tích hợp với một hệ thống tự động điều chỉnh lực giảm chan

Vì vậy, co cau gd bán chủ động có thé hoạt động như mong muốn mà không can nguồnnăng lượng lớn, cũng như kết câu không quá phức tạp và giá thành vừa phải

Gan đây, các nghiên cứu về co cấu ga động cơ bán chủ động sử dung MRF đã đượctiền hành khá nhiều Nhờ vào khả năng điều khiến linh hoạt, MRF có thé hoàn toàn đáp ứng

được yêu cau trong việc điêu chỉnh lực giảm chan trong cơ cau ga.

Cao su

Piston ! Duong thong !

Hinh 2.6 Cơ cau ga động cơ sử dung MRF

2.1.4.5 Haptics

Haptics là một thuật ngữ có ý nghĩa tương tự như hệ thống phan hồi xúc giác Nó làmột hệ thống giúp mô phỏng lại hoạt động và cảm nhận của con người khi cần thiết phảithao tác hoặc xử lý một van dé gi đó ở rất xa hiện trường mà chỉ quan sát trực tiếp qua

camera.

Ngày nay, haptics được ứng dụng khá rộng rãi trên thé giới, đặc biệt là trong y học Cácbác sĩ mặc dù không có mặt trực tiếp ở phòng m6 nhưng vẫn có thể cảm giác được lực cắt,

lực cầm, v.v đề thực hiện những ca mô từ xa băng hệ thông phản hôi xúc giác.

Nhờ vào khả năng đáp ứng nhanh, MRF đã nhanh chóng được nghiên cứu va ứng dung

vào trong lĩnh vực này, cụ thể là găng tay sử dụng MRE Thực chất găng tay sử dụng MRE

là sự kết hợp của nhiều MRB lại với nhau, nó làm cản trở chuyền động của ngón tay saocho tương ứng với lực phản hỏi thực tế Từ đó, người đeo găng tay có thé cảm giác đượcnhư đang trực tiếp thao tác Cau tao của găng tay sử dụng MRF được thé hiện như hình

1.1(d).

15

2.1.5 Mô hình tính toán MRF

MRF đóng vai trò thiết yếu trong quá trình nghiên cứu va phát triển của các thiết bi sửdụng MRF Hơn nữa, mô hình chính xác có thé dự đoán hiệu suất của các thiết bị sử dụngMRF là một phân quan trọng trong việc chế tạo ra các thiết bị này Dưới sự tác động của từtrường bên ngoài, MRF thể hiện tính chất phi tuyến Một loạt các mô hình phi tuyến đãđược sử dụng để mô ta ứng xử của MRF, bao gồm các mô hình nhựa Bingham, mô hình

biviscous, mô hình Herschel — Bulkley va mô hình nhựa Eyring Trong các mồ hình trên,

mồ hình nhựa Bingham va Herschel — Bulkley là các mô hình có độ chính xác và chi phí tính toán hợp lý Vì vậy, hai mô hình trên đã được áp dụng rộng rãi trong việc tính toán MRF.

2.1.5.1 Mo hinh nhua Bingham

Năm 1922, Eugene C.Bingham đưa ra một mô hình toán học dé mô ta ứng xử của cácloại vật liệu có tính lưu biến Mô hình nhựa Bingham gồm phan tử nhựa cứng liên kết songsong với các phân tử nhớt mang thuộc tính Newton Trong mô hình nhựa Bingham, ứngsuất trượt của chất lỏng tỉ lệ thuận với tốc độ trượt và được biểu thị như sau:

T=7,(B)+ H7 (2.4)trong đó 71a ứng suất trượt của chat long, ry là ứng suất chảy ban dau của chất long, ¿ là độnhớt của chất lỏng, 7 là tốc độ trượt của chất lỏng

Tốc độ trượt (y)

Hình 2.7 Biểu đồ tương quan giữa chat lỏng Newton và nhựa Bingham

Sự đơn giản của mô hình hai tham sỐ này đã dẫn đến việc nó được sử dụng rộng rãitrong điều khiến chất lưu, đặc biệt là trong MRF

2.1.5.2 Mo hình nhựa Herschel — Bulkley

Trong mô hình Herschel — Bulkley, chất lỏng sẽ bị trượt dày hay trượt mỏng tùy thuộcvào tốc độ trượt của nó Đặc biệt, khi chất lỏng chịu tốc độ trượt lớn, mô hình này sẽ chokết quả tốt hơn so với mô hình Bingham Mô hình Herschel — Bulkley được biểu thị như

Sau:

T=T,+Ky (2.5)

trong đó, 7 là ứng suất trượt của chat long, ty là ứng suất chảy ban dau của chat lỏng, K là

hệ số độ đặc (hệ số sệt) của chat lỏng, 7 là tốc độ trượt của chat lỏng và n là hệ số đặc tínhchảy của chất lỏng

Các thông số trên của mô hình Herschel — Bulkley được thiết lập khi không có từ trườngtác dụng Nhưng trên thực tế, các thông số này chịu ảnh hưởng của từ trường Vì vậy,Zubieta [17] đã đề xuất mô hình nhựa cho MRF co bản là nhựa Bingham kết hợp với nhựa

17

Herschel — Bulkley Các mô hình này sau đó được áp dụng trong một số nghiên cứu Tinhchất lưu biến của MRE phụ thuộc vào từ trường và có thể được ước tính bằng công thức

Sau:

¥=Y,+(¥,-¥, 20% —ø 2925 | 26)trong đó Y là đại diện của một thông số lưu biến bat kỳ của MRF như ứng suất chảy, độnhớt, hệ số độ đặc, v.v: B là mật độ từ trường; asy là hệ số mô-men bão hòa của thông số Y.Các giá trị của Yo được xác định từ thực nghiệm bằng phương pháp điều chỉnh đường cong

phù hợp (curve fitting method).

2.2 Hệ thong phanh trong 6 tô

2.2.1 Công dung, phân loại và yêu cầu của hệ thong phanh trong 6 tô

2.2.1.1 Công dụng

Hệ thông phanh có tác dụng giảm tôc độ chuyên động của xe tới vận tôc chuyên động nao đó, dừng han hoặc giữ xe đô ở một vi trí cô định Đôi với 6 tô, hệ thông phanh là một trong những cum quan trọng nhat vì nó đảm bảo cho 6 tô chạy an toàn ở vận tôc cao, do đó

có thê nâng cao được năng suât vận chuyên.

Hệ thông phanh gồm có cơ câu phanh dé hãm trực tiếp tốc độ góc của các bánh xe hoặcmột trục nào day của hệ thống truyền lực và truyền động phanh dé dẫn động cơ cau phanh.Trên 6 tô, sự phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay va phan đứngyên của các cụm liên kết với bánh xe: giữa tang trống với má phanh hoặc giữa đĩa phanhvới má phanh Quá trình ma sát trong các cơ cau phanh dẫn tới mài mòn và nung nóng cácchi tiết ma sát, nếu không xác định kịp thời và tiễn hành hiệu chỉnh thì có thé dẫn tới làm

giảm hiệu quả phanh.

Hư hỏng trong hệ thống phanh thường kèm theo hậu quả nghiêm trọng, làm mắt tính

an toàn trong chuyển động của ô tô Các hư hỏng rất đa dạng và phụ thuộc vào kết câu hệthống phanh

2.2.1.2 Phân loại các hệ thong phanh truyền thong

Có nhiều cách phân loại hệ thống phanh trong ô tô

a) Theo công dụng:

- Hệ thống phanh chính (phanh chân)

- Hệ thống phanh dừng (phanh tay)

- Hệ thống phanh chậm dần (phanh băng động cơ, thủy lực hoặc điện từ).b) Theo kết cau của cơ cau phanh:

- Hệ thống phanh với co cau phanh guốc

- Hệ thống phanh với co cau phanh đĩa

- Hệ thống phanh dẫn động có cường hóa

d) Theo kha năng điều chỉnh mô-men phanh ở cơ cau phanh:

- Hệ thống phanh với bộ điều hòa lực phanh

e) Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh:

- Hệ thống phanh với bộ chống bó cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS).2.2.1.3 Yéu cau

Hệ thông phanh cân đảm bảo các yêu cau sau:

19

- Quãng đường phanh ngăn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm Muốn

có quãng đường phanh ngắn nhất thì phải dam bảo gia tốc phanh cực dai

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp dé đảm bảo sự 6n định của 6 tô khi phanh

- Điều khiến nhẹ nhàng, tức là lực sử dụng để phanh không lớn

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao

- Đảm bảo việc phân b6 mô-men phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụnghoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bat kỳ cường độ nào

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh

- Cơ cầu phanh thoát nhiệt tốt

- Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh cao và ồn định trong điều kiện sử dụng

- Có khả năng phanh ô tô khi đứng trong thời gian dài.

- Có độ tin cậy, độ bên và tuổi thọ cao

2.2.2 Kết cau chung của hệ thống phanh công tác

2.2.2.1 Cau tao chung

Hệ thông phanh trên 6 tô gồm có phanh chính (thường gọi là phanh chân) và hệ thốngphanh dừng (thường gọi là phanh tay) Phanh chính và phanh dừng có thé có cơ cầu phanh

và dẫn động phanh hoàn toàn riêng rẽ hoặc có thể có chung cơ cầu phanh (đặt ở bánh xe)nhưng dẫn động phanh hoàn toàn khác nhau

Hệ thông phanh công tác bao gồm: cơ cau phanh và dẫn động phanh (có thể phanh có

trợ lực hoặc không có trợ lực).

- Co cau phanh: được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mô-men hãm trên bánh xe khiphanh ô tô Cơ cầu phanh thường dùng loại phanh tang trông (phanh guốc) và phanh đĩa.Trong đó, phanh tang trống thường được dùng cho xe có trọng tải vừa và lớn, còn phanh

- Dẫn động phanh: dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiến từ bàn đạp phanh đến

cơ cau phanh Đối với các hệ thống phanh truyền thống, dẫn động phanh chính thường dùngtruyền động thủy lực (phanh dau) hoặc truyền động khí (phanh hoi) Khi dùng phanh dau,lực tác động lên ban đạp dùng để sinh ra áp suất cùa dau trong xy lanh của hệ thong phanh.Đối với phanh hơi, lực này chỉ cần thăng lực cản lò xo dé mở van phân phối của hệ thôngphanh Vì vậy, lực tác dụng lên bàn đạp cần thiết của phanh dầu sẽ lớn hơn so với phanhhơi Cho nên, phanh dầu thường được dùng ở các loại ô tô có tải trọng nhỏ vì chúng cần

mồ-men phanh bé ở các bánh xe Phanh khí và thủy khí thường được sử dụng trên các loại

ô tô có tải trọng vừa và lớn Khi sử dụng phanh thủy khí, ta có thé kết hợp được ưu điểmcủa phanh khí và phanh dầu dé làm cho phanh có lực bàn đạp nhỏ, độ nhạy tốt và mô-men

phanh lớn.

2.2.2.2 Các cơ cau phanh truyền thong

222.2.1 Cơ cầu phanh tang trông

a) Cơ cau phanh có điêm đặt cô định riêng rẽ vê một phía, các lực dân động băng nhau

Cau tạo chung của cơ cầu phanh dạng này là hai chốt cố định có bồ trí bạc lệch tâm déđiều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang trồng ở phía dưới, khe hở phía trên được điềuchỉnh bằng cam lệch tâm Phanh sử dung xy lanh thủy lực dé ép guốc phanh vào tang trong

Ưu điểm: kết cau đơn giản, dễ chế tạo, dé bảo dưỡng sửa chữa

Nhược điểm: má phanh trước chịu lực ma sát nhiều hơn má phanh sau (vì vậy má phanhtrước được chế tạo dài hơn)

Phạm vi sử dụng: thường được sử dụng cho xe có tải trọng vừa và nhỏ.

21

1 Chụp cao su chắn bụi 2.Xylanh 3.Lòxo 4.Mâm phanh 5 Guốc phanh

6 Má phanh

Hình 2.8 Phanh có điểm đặt cố định riêng rẽ về một phía

b) Cơ cau phanh có điểm đặt cô định riêng rẽ về một phía và các guốc phanh có dịchchuyển góc như nhau

Cau tạo chung của cơ cầu phanh dạng này là hai chốt cố định có bồ trí bạc lệch tâm déđiều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang trồng ở phía dưới, khe hở phía trên được điềuchỉnh bang cam ép Phanh sử dụng cam ép dé ép guốc phanh vào tang trong

Uu diém: kết câu đơn giản, dé chê tao, dé bảo dưỡng và sửa chữa.

Nhược điểm: kích thước lớn, giá thành cao.

Phạm vi sử dụng: thường sử dụng cho xe có tải trọng vừa và lớn.

Hình 2.9 Cơ cau phanh có điểm đặt riêng rẽ về một phía

c) Cơ cau phanh có điểm đặt có định riêng rẽ về hai phía và lực dẫn động bằng nhau

Ở cơ cau này, trên mâm phanh cùng bố trí hai chốt guốc phanh, hai xy lanh bánh xe,hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và đối xứng với nhau Mỗi guốc phanh được lắp trênmột chốt cô định ở mâm phanh và cũng có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới của

má phanh với trống phanh Một phía của piston luôn tỳ vào xy lanh bánh xe nhờ lò xo guốcphanh Khe hở phía trên giữa má phanh và tang trống được điều chỉnh băng cơ cau tự độngđiều chỉnh khe hở lắp trong piston của xy lanh bánh xe Ngoài ra, có một số loại xe điềuchỉnh khe hở giữa guốc phanh và tang trống băng cam lệch tâm Cơ cấu phanh loại nàythường có dẫn động băng thủy lực

Ưu điểm: hiệu quả cao khi ô tô chuyển động nhanh

Nhược điểm: kết cau khá phức tạp, khó bảo dưỡng, sửa chữa

Phạm vi sử dụng: thường được bô trí ở câu trước cua 6 tô du lịch và tải nhỏ.

23

1.Ong néi 2 Vítxả khí 3 Xy lanh bánhxe 4.Má phanh 5 Phớt làm kin

6.Piston 7 Lò xo guốc phanhHình 2.10 Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm

d) Cơ cau phanh guốc loại bơi

Có hai kiểu cơ cầu phanh loại bơi: loại hai mặt tựa tác động đơn và hai mặt tựa tác động

kép (Hình 2.11).

- Loại hai mặt tựa tác động đơn: ở loại này, một đầu của guốc phanh được tựa trên mặttựa di trượt trên phần vỏ xy lanh, đầu còn lại tựa vào mặt tựa di trượt của piston Cơ cầuphanh loại này thường được bồ trí ở các bánh xe trước của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ

- Loại hai mặt tựa tác động kép: ở loại này, trong mỗi xy lanh bánh xe có hai piston và

cả hai đầu của mỗi guốc đều tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai pIston Cơ cầu phanh loại

này được sử dụng ở các bánh xe sau của ô tô du lịch va ô tô tải nhỏ.

Uu diém: lực phanh của hai guéc trước và sau băng nhau.

Nhược điêm: kêt cầu phức tạp, khó chê tạo.

Phạm vi sử dụng: thường được sử dụng cho xe tải vừa.

Hướng quay của tang

Hình 2.11 Cơ cấu phanh guốc loại bơi

e) Cơ cau phanh guốc loại tự cường hóa

Cơ cau phanh guốc tự cường hóa có nghĩa là khi phanh bánh xe thì guốc phanh thứ nhất

sẽ tang cường lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai

Xy lanh bánh cố định Xy lanh bánh cố định

Hướng quay của tang (về phía trước) Hướng quay của tang

(về phía trước)

Chuyền đông của xy lanh điều chỉnh Chuyên động của xy lanh điều chinh

Hình 2.12 Co cấu phanh guốc tự cường hóa

Có hai loại cơ cau phanh tự cường hóa: cơ cầu phanh tự cường hóa tác dụng đơn và cocầu phanh tự cường hóa tác dụng kép (hình 2.12)

- Cơ cau phanh tự cường hóa tác dụng đơn: hai đầu của hai guốc phanh được liên kết

với nhau qua hai mặt tựa di trượt của một cơ câu điêu chỉnh di động Hai đầu còn lại của

25