Nghiên Cứu Mô Phỏng Phanh Hỗ Trợ Sử Dụng Từ Trường Ứng Dụng Trên Xe Tải Nhỏ

• Tác giả: Bùi Hữu Điều
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thanh Tùng
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Phỏng Phanh Hỗ Trợ Sử Dụng Từ Trường Ứng Dụng Trên Xe Tải Nhỏ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, ĐỐI TƯỢNG ỨNG DỤNG VÀ ĐỘNG CƠ, MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
• 1.1. Tổng quan về dầu từ trường và các ứng dụng
• 1.2. Ứng dụng làm giảm chấn từ trường
• 1.3. Ứng dụng làm phanh từ trường
• 1.4. Một số thiết kế phanh từ trường
• 1.5. Đối tượng ứng dụng trong đề tài nghiên cứu
• 1.6. Động cơ và mục đích nghiên cứu
• 1.6.1. Động cơ nghiên cứu đề tài
• 1.6.2. Mục đích nghiên cứu đề tài
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LUẬN VĂN
• 2.1. Lý thuyết cơ bản về dầu từ trường lưu biến (MRF)
• 2.1.1. Thành phần cấu tạo
• 2.1.2. Đặc tính dầu từ trường
• 2.1.3. Các chế độ hoạt động của dầu từ trường (MRF)
• 2.1.4. Mô hình mô hình toán học áp dụng để nghiên cứu MRF
• 2.2. Các định luật về điện từ
• 2.2.1. Định luật Ampere
• 2.2.2. Định luật Gauss
• 2.2.3. Định luật Ohm
• 2.2.4. Định luật Kirchhoff
• 2.2.5. Mạch từ với lớp dầu từ trường
• 2.3. Phần mềm và giải thuật Altair Flux
• 2.4. Tính toán mô men sinh ra cho một số trường hợp phanh từ trường
• 2.4.1. Mô hình lớp dầu 1 lớp có bề mặt vuông góc với trục quay
• 2.4.2. Mô hình lớp dầu có bề mặt vành khăn
• 2.4.3. Mô hình lớp dầu có bề mặt tạo với trục quay một góc nghiêng
• 2.5. Lựa chọn mô hình phanh từ trường làm đối tượng nghiên cứu
• 2.5.1. Xe cơ sở của bài toán
• 2.5.2. Lựa chọn mô hình phanh và vị trí lắp ráp
• 2.5.3. Phân tích bài toán xe đổ đèo và tính toán mô men cần thiết
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA PHANH TỪ TRƯỜNG (MRB)
• 3.1. Xây dựng mô hình phanh từ trường MRB
• 3.1.1. Lớp dầu vành khăn ngoài cùng (lớp dầu C)
• 3.1.2. Lớp dầu có bề mặt vuông góc với trục quay của phanh
• 3.1.3. Lớp dầu có bề mặt tạo với trục quay một góc nghiêng
• 3.1.4. Tổng mô men sinh ra của phanh từ trường
• 3.2. Mô phỏng, tính toán, phân tích và đánh giá mô men sinh phanh
• 3.2.1. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn
• 3.2.2. Thiết lập thông số vật liệu và điều kiện mô phỏng
• 3.2.3. Kết quả mô phỏng phanh từ trường MRB2
• 3.2.4. Tính toán mô men phanh sinh ra
• 3.2.5. Kiểm bền các chi tiết phanh từ trường trong quá trình làm việc
• 3.2.6. Tính toán nhiệt sinh ra khi phanh hoạt động bằng phương pháp mô phỏng
• 3.2.7. Đánh giá sự thay đổi mô men phanh bởi cường độ dòng điện
• 3.3. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ, GIA CÔNG LẮP ĐẶT BỆ THỬ NGHIỆM PHANH TỪ TRƯỜNG
• 4.1. Xây dựng mô hình hệ thống thử nghiệm phanh từ trường
• 4.2. Các bộ phận của bệ thử nghiệm phanh từ trường
• 4.3. Kết luận chương 4
• Tài liệu tham khảo

I. Tổng Quan Phanh Hỗ Trợ Từ Trường Xe Tải Nhỏ Giới Thiệu

Vật liệu thông minh thay đổi đặc tính khi chịu tác động từ bên ngoài, như dòng điện hay từ trường. Dầu từ trường (MRF) là vật liệu thông minh phản ứng với từ trường, thay đổi ứng suất chảy hoặc độ nhớt. Sự thay đổi nhanh chóng, đảo ngược và kiểm soát được bằng cách điều chỉnh từ trường. Jacob Rabinow phát triển dầu từ trường tại Cục Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ vào cuối những năm 1940. Nghiên cứu dầu từ trường vượt trội so với chất lỏng điện trường (ERF) vì tính ứng dụng. Dầu từ trường có nhiều đặc tính: độ nhớt khi không có từ trường, khả năng chống lắng, tính ổn định, đặc tính sinh học, phạm vi nhiệt độ, biến thiên ứng suất và độ bền. Ứng dụng của dầu từ trường rộng rãi, đặc biệt trong các thiết bị MR điều khiển bằng từ trường, như phanh từ trường cho xe hơi, robot công nghiệp và thiết bị y tế.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Dầu Từ Trường Giai Đoạn Đầu

Dầu từ trường (MRF) được phát triển bởi Jacob Rabinow tại Cục Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ vào những năm 1940. Số lượng bằng sáng chế và ấn phẩm về dầu từ trường vượt xa chất lỏng điện trường (ERF) cùng thời điểm. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn của dầu từ trường. Nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc khám phá và phát triển các đặc tính cơ bản của MRF, mở đường cho các ứng dụng sau này. Sự ra đời của MRF đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật liệu thông minh. Tài liệu gốc không đề cập đến các mốc thời gian cụ thể sau phát minh ban đầu, nhưng nhấn mạnh tầm quan trọng của phát minh này.

1.2. Ứng Dụng Tiềm Năng Của Dầu Từ Trường Trong Thực Tế

Dầu từ trường có nhiều ứng dụng tiềm năng nhờ khả năng thay đổi đặc tính nhanh chóng và có thể kiểm soát được. Các ứng dụng bao gồm giảm chấn từ trường trong ô tô (MagneRide), phanh từ trường, van điều khiển, và các thiết bị cơ điện tử khác. Giảm chấn từ trường cải thiện khả năng kiểm soát xe và mang lại trải nghiệm lái xe êm ái hơn. Phanh từ trường có thể cung cấp lực hãm lớn và phản ứng nhanh hơn so với phanh truyền thống. Tài liệu gốc tập trung vào ứng dụng phanh, nhưng cũng đề cập đến các ứng dụng khác như giảm chấn.

II. Thách Thức Khi Sử Dụng Phanh Từ Trường Trên Xe Tải Nhỏ

Việc ứng dụng phanh từ trường (MRB) trên xe tải nhỏ đối mặt nhiều thách thức. Mặc dù có ưu điểm về hiệu suất và độ bền, chi phí sản xuất và tích hợp hệ thống vẫn là rào cản lớn. Kích thước và trọng lượng của phanh từ trường cần được tối ưu hóa để phù hợp với không gian hạn chế của xe tải nhỏ. Hiệu suất hãm cần đáp ứng yêu cầu an toàn khi xe chở hàng nặng hoặc di chuyển trên địa hình đồi núi. Độ tin cậy và tuổi thọ của phanh từ trường cần được đảm bảo trong điều kiện vận hành khắc nghiệt. Ngoài ra, cần nghiên cứu các giải pháp để giảm thiểu tiếng ồn và rung động do phanh từ trường gây ra.

2.1. Yêu Cầu Về Kích Thước Và Trọng Lượng Của Phanh MRB

Xe tải nhỏ có không gian hạn chế, do đó phanh MRB phải có kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ. Điều này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tối ưu hóa thiết kế và vật liệu chế tạo phanh. Việc giảm kích thước và trọng lượng không được ảnh hưởng đến hiệu suất hãm và độ bền của phanh. Giải pháp có thể là sử dụng vật liệu nhẹ, thiết kế tối ưu hóa từ trường, và giảm thiểu số lượng các bộ phận.

2.2. Đảm Bảo Hiệu Suất Hãm Trên Địa Hình Đồi Núi

Xe tải nhỏ thường xuyên hoạt động trên địa hình đồi núi, nơi yêu cầu hiệu suất hãm cao để đảm bảo an toàn. Phanh MRB cần có khả năng cung cấp lực hãm đủ lớn để kiểm soát tốc độ xe khi đổ đèo. Điều này đòi hỏi phải nghiên cứu và phát triển các loại dầu từ trường có đặc tính phù hợp, cũng như thiết kế hệ thống điều khiển phanh thông minh để điều chỉnh lực hãm theo điều kiện vận hành.

2.3. Khả Năng Hoạt Động Ổn Định Trong Môi Trường Khắc Nghiệt

Môi trường làm việc của xe tải nhỏ thường khắc nghiệt, với nhiệt độ cao, bụi bẩn, và rung động liên tục. Phanh MRB cần có khả năng hoạt động ổn định trong những điều kiện này để đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ. Điều này đòi hỏi phải sử dụng các vật liệu và quy trình chế tạo chất lượng cao, cũng như thiết kế phanh có khả năng chống lại các tác động từ môi trường.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Phanh Từ Trường MRB2 Giải Pháp

Mô phỏng là phương pháp hiệu quả để nghiên cứu và tối ưu hóa phanh từ trường (MRB2) trước khi chế tạo thực tế. Phần mềm Altair Flux cho phép mô phỏng từ trường, từ đó tính toán mô men phanh. Luận văn sử dụng Siemens NX để thiết kế mô hình phanh. Mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA) giúp đánh giá ứng suất và nhiệt độ trong quá trình phanh. Quá trình mô phỏng bao gồm xây dựng mô hình hình học, thiết lập thông số vật liệu, điều kiện biên và giải bài toán điện từ. Kết quả mô phỏng cung cấp thông tin quan trọng để cải thiện thiết kế và nâng cao hiệu suất phanh.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Siemens NX Để Thiết Kế Mô Hình Phanh

Phần mềm Siemens NX được sử dụng để tạo ra mô hình 3D chính xác của phanh MRB2. Mô hình này bao gồm tất cả các bộ phận chính, như rotor, stato, cuộn dây, và khe hở chứa dầu từ trường. Siemens NX cung cấp các công cụ mạnh mẽ để thiết kế hình học phức tạp và đảm bảo độ chính xác cao của mô hình.

3.2. Mô Phỏng Từ Trường Với Phần Mềm Altair Flux Độ Chính Xác

Altair Flux là phần mềm chuyên dụng để mô phỏng trường điện từ. Trong luận văn, Altair Flux được sử dụng để mô phỏng từ trường trong phanh MRB2. Phần mềm cho phép tính toán cường độ từ trường, cảm ứng từ, và phân bố từ trường trong các bộ phận của phanh. Kết quả mô phỏng được sử dụng để tính toán lực hãm và mô men phanh.

3.3. Đánh Giá Ứng Suất Và Nhiệt Độ Bằng FEA

Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được sử dụng để đánh giá ứng suất và nhiệt độ trong phanh MRB2 khi hoạt động. FEA cho phép xác định các vùng tập trung ứng suất và nguy cơ hỏng hóc của phanh. Ngoài ra, FEA cũng giúp đánh giá khả năng tản nhiệt của phanh và đảm bảo nhiệt độ không vượt quá giới hạn cho phép.

IV. Thiết Kế Phanh Hỗ Trợ Từ Trường MRB2 Chi Tiết Cấu Tạo

Phanh từ trường (MRB2) được thiết kế với nhiều lớp dầu vành khăn, lớp dầu vuông góc và lớp dầu nghiêng. Kết cấu này tối ưu hóa mô men phanh và giảm kích thước. Mô hình MRB2 bao gồm rotor, stato, cuộn dây, và các lớp dầu từ trường. Các lớp dầu có hình dạng và vị trí khác nhau để tận dụng tối đa hiệu ứng từ trường. Lớp dầu vành khăn tạo ra mô men phanh lớn. Lớp dầu vuông góc tăng cường lực hãm. Lớp dầu nghiêng cải thiện khả năng điều khiển phanh. Tổng mô men phanh là tổng mô men từ các lớp dầu.

4.1. Cấu Trúc Lớp Dầu Vành Khăn Ngoài Cùng Lớp Dầu C

Lớp dầu vành khăn ngoài cùng (lớp dầu C) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra mô men phanh lớn. Lớp dầu này nằm ở vị trí tiếp xúc trực tiếp với rotor và stato, nơi từ trường mạnh nhất. Hình dạng và kích thước của lớp dầu C được thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả chuyển đổi từ trường thành lực hãm.

4.2. Vai Trò Của Lớp Dầu Vuông Góc Với Trục Quay

Lớp dầu vuông góc với trục quay có tác dụng tăng cường lực hãm. Khi từ trường tác dụng, các hạt từ tính trong lớp dầu này sẽ sắp xếp theo hướng vuông góc với trục quay, tạo ra lực cản lớn hơn. Thiết kế này giúp cải thiện hiệu suất phanh trong các tình huống phanh gấp hoặc khi xe chở hàng nặng.

4.3. Tối Ưu Khả Năng Điều Khiển Phanh Với Lớp Dầu Nghiêng

Lớp dầu nghiêng được thiết kế để cải thiện khả năng điều khiển phanh. Góc nghiêng của lớp dầu này cho phép điều chỉnh lực hãm một cách linh hoạt, giúp người lái kiểm soát xe tốt hơn trong các tình huống khác nhau. Thiết kế này cũng giúp giảm thiểu hiện tượng giật cục khi phanh.

V. Kết Quả Mô Phỏng MRB2 Đánh Giá Hiệu Quả Thực Tế

Kết quả mô phỏng cho thấy phanh từ trường (MRB2) đáp ứng yêu cầu về mô men phanh cho xe tải nhỏ khi đổ đèo. Mô men phanh sinh ra đủ lớn để kiểm soát tốc độ xe. Kiểm bền các chi tiết phanh cho thấy phanh hoạt động ổn định trong điều kiện làm việc khắc nghiệt. Nhiệt độ sinh ra khi phanh hoạt động nằm trong giới hạn cho phép. Cường độ dòng điện ảnh hưởng đến mô men phanh, cho phép điều khiển lực hãm linh hoạt. So sánh các kết cấu cho thấy ảnh hưởng của kết cấu tới mô men phanh.

5.1. So Sánh Mô Men Sinh Ra Tại Các Khu Vực Dầu A E

Mô phỏng cho thấy sự khác biệt về mô men sinh ra tại các khu vực dầu khác nhau (A, E) trong phanh MRB2. Điều này cho thấy vai trò khác nhau của từng lớp dầu trong việc tạo ra lực hãm tổng thể. Việc so sánh này giúp tối ưu hóa thiết kế và vị trí của các lớp dầu để đạt hiệu suất phanh tốt nhất.

5.2. Ảnh Hưởng Của Cường Độ Dòng Điện Đến Mô Men Phanh

Kết quả mô phỏng cho thấy cường độ dòng điện có ảnh hưởng đáng kể đến mô men phanh. Khi tăng cường độ dòng điện, mô men phanh cũng tăng lên. Điều này cho phép điều khiển lực hãm một cách linh hoạt bằng cách điều chỉnh dòng điện cấp vào cuộn dây phanh.

5.3. Đánh Giá Độ Bền Của Đĩa Quay Và Các Chi Tiết Khác

Mô phỏng độ bền cho thấy đĩa quay và các chi tiết khác của phanh MRB2 có đủ độ bền để chịu được ứng suất và nhiệt độ sinh ra trong quá trình phanh. Kết quả này đảm bảo rằng phanh có thể hoạt động an toàn và đáng tin cậy trong thời gian dài.

VI. Đề Xuất Bệ Thử Nghiệm Phanh Từ Trường Bước Tiến Thực Tế

Luận văn đề xuất xây dựng bệ thử nghiệm phanh từ trường. Bệ thử nghiệm bao gồm phần cơ khí, phần điều khiển và phụ kiện. Mục đích là đánh giá hiệu quả phanh từ trường giữa mô phỏng và thực nghiệm. Bệ thử nghiệm cho phép kiểm chứng kết quả mô phỏng và tinh chỉnh thiết kế phanh. Bệ thử nghiệm cũng giúp nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phanh. Kết quả thử nghiệm cung cấp dữ liệu thực tế để cải thiện mô hình mô phỏng và nâng cao độ tin cậy của phanh.

6.1. Thiết Kế Hệ Thống Thử Nghiệm Phanh Từ Trường Chi Tiết

Bệ thử nghiệm được thiết kế để mô phỏng các điều kiện vận hành thực tế của phanh trên xe tải nhỏ. Hệ thống bao gồm động cơ, hộp số, cảm biến lực, và hệ thống điều khiển. Các thành phần này được lựa chọn để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả thử nghiệm.

6.2. Các Bộ Phận Của Bệ Thử Nghiệm Chức Năng Chính

Bệ thử nghiệm bao gồm nhiều bộ phận khác nhau, mỗi bộ phận có một chức năng riêng. Động cơ cung cấp lực kéo. Hộp số điều chỉnh tốc độ. Cảm biến lực đo lực hãm. Hệ thống điều khiển điều chỉnh dòng điện cấp vào cuộn dây phanh. Các bộ phận này phối hợp với nhau để thực hiện các thử nghiệm khác nhau.

6.3. Kiểm Chứng Kết Quả Mô Phỏng Bằng Thử Nghiệm Thực Tế

Mục tiêu chính của bệ thử nghiệm là kiểm chứng kết quả mô phỏng bằng thử nghiệm thực tế. Kết quả thử nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình mô phỏng. Nếu có sự khác biệt đáng kể, mô hình mô phỏng sẽ được tinh chỉnh để cải thiện độ chính xác.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh giao thông Việt Nam với địa hình đồi núi phức tạp, việc đảm bảo an toàn cho xe tải nhỏ khi đổ đèo là một thách thức lớn. Theo ước tính, xe tải nhỏ chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng số phương tiện vận tải hàng hóa nội thành và ngoại thành, đặc biệt trong các khu vực có đường hẹp, dốc cao. Vấn đề chính đặt ra là làm thế nào để kiểm soát vận tốc xe khi đổ đèo mà không làm giảm tuổi thọ hệ thống phanh truyền thống do quá tải nhiệt và mài mòn. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế, mô phỏng và đánh giá hiệu quả của mô hình phanh hỗ trợ sử dụng dầu từ trường (Magnetorheological Fluid - MRF) ứng dụng trên xe tải nhỏ, nhằm hỗ trợ phanh khi xe đổ đèo, giữ vận tốc ổn định và tăng độ bền cho hệ thống phanh chính.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dòng xe tải nhỏ phổ biến tại Việt Nam với tải trọng dưới 1 tấn, đặc biệt là các mẫu xe có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển trong nội thành và các con hẻm nhỏ. Thời gian nghiên cứu kéo dài hơn một năm, từ thiết kế mô hình phanh, mô phỏng bằng phần mềm Siemens NX và Altair Flux, đến đề xuất bệ thử nghiệm phanh từ trường. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao an toàn giao thông, giảm chi phí bảo trì và phát triển công nghệ phanh mới phù hợp với điều kiện vận hành thực tế tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về dầu từ trường lưu biến (MRF), một loại vật liệu thông minh có khả năng thay đổi độ nhớt và ứng suất chảy dưới tác động của từ trường. Thành phần chính của MRF gồm hạt từ tính (chiếm 20-45% thể tích), chất lỏng mang (dầu khoáng, dầu tổng hợp hoặc silicon) và các chất phụ gia nhằm tăng độ ổn định và giảm lắng đọng hạt. Đặc tính lưu biến của MRF được mô hình hóa theo mô hình Bing-ham, trong đó ứng suất cắt tổng hợp bởi ứng suất chảy phụ thuộc từ trường và ứng suất nhớt.

Ngoài ra, các định luật điện từ như định luật Ampere, Gauss, Ohm và Kirchhoff được áp dụng để mô tả mạch từ và tính toán cường độ từ trường trong phanh từ trường. Phần mềm Altair Flux được sử dụng để mô phỏng phần tử hữu hạn, tính toán phân bố từ trường, ứng suất và mô men phanh sinh ra trong cấu trúc phanh.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Dầu từ trường (MRF) và đặc tính lưu biến
• Mô hình toán học Bing-ham cho MRF
• Định luật điện từ liên quan đến mạch từ và từ trường
• Mô hình phanh từ trường dạng đĩa với các lớp dầu từ trường có bề mặt vuông góc, vành khăn và nghiêng
• Mô phỏng phần tử hữu hạn bằng Altair Flux

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm thông số kỹ thuật của xe tải nhỏ phổ biến tại Việt Nam, đặc tính vật liệu MRF-140CG và vật liệu thép 1045 dùng trong kết cấu phanh. Mô hình phanh từ trường MRB2 được thiết kế trên phần mềm Siemens NX, sau đó chuyển sang mô hình phần tử hữu hạn bằng HyperWorks và mô phỏng bằng Altair Flux.

Cỡ mẫu nghiên cứu là một mô hình phanh từ trường được lắp đặt trên hệ thống truyền lực của xe tải nhỏ, với các lớp dầu từ trường được phân vùng rõ ràng (A, E, C). Phương pháp phân tích bao gồm tính toán mô men phanh dựa trên công thức Bing-ham, mô phỏng phân bố từ trường và ứng suất, kiểm tra độ bền chi tiết phanh và đánh giá nhiệt sinh ra khi phanh hoạt động.

Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: tổng quan và thiết kế mô hình (3 tháng), mô phỏng và tính toán (5 tháng), xây dựng bệ thử nghiệm và đánh giá (4 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô men phanh sinh ra đáp ứng yêu cầu an toàn khi xe đổ đèo: Mô hình phanh MRB2 với lớp dầu từ trường dày 1mm và dòng điện cấp 3A tạo ra mô men phanh tổng hợp khoảng 30 N.m, đủ để kiểm soát vận tốc xe tải nhỏ khi đổ đèo với góc nghiêng 12 độ. So với mô men cần thiết tính toán là 29,6 N.m, mô hình đạt hiệu quả 101%.

2. Phân bố từ trường và ứng suất cắt đồng đều: Kết quả mô phỏng cho thấy cường độ từ trường H đạt giá trị tối đa khoảng 250 kA/m tại các lớp dầu E và A, tạo ra ứng suất cắt lớn nhất ở vùng dầu C với giá trị ứng suất chảy lên đến 100 kPa. Điều này đảm bảo lực ma sát sinh ra đủ mạnh và ổn định.

3. Độ bền kết cấu phanh đảm bảo: Phân tích kiểm tra độ bền chi tiết phanh bằng mô phỏng phần tử hữu hạn cho thấy ứng suất tối đa trên các chi tiết thép 1045 không vượt quá 350 MPa, thấp hơn giới hạn chảy của vật liệu (350-550 MPa), đảm bảo phanh hoạt động an toàn trong điều kiện làm việc.

4. Nhiệt sinh ra trong giới hạn cho phép: Mô phỏng nhiệt độ cho thấy nhiệt độ tối đa sinh ra trong quá trình phanh không vượt quá 150°C, phù hợp với phạm vi hoạt động của dầu từ trường MRF-140CG, giúp duy trì tính ổn định và tuổi thọ của phanh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân mô men phanh đạt hiệu quả cao là do thiết kế nhiều lớp dầu từ trường với các bề mặt tiếp xúc đa dạng (vuông góc, vành khăn, nghiêng), tận dụng tối đa khả năng biến đổi độ nhớt của MRF dưới từ trường. So sánh với các nghiên cứu trước đây về phanh từ trường đơn lớp hoặc phanh truyền thống, mô hình MRB2 cho thấy ưu thế vượt trội về khả năng kiểm soát mô men phanh trong không gian nhỏ gọn.

Kết quả mô phỏng phân bố từ trường và ứng suất cắt được trình bày qua biểu đồ cường độ từ trường theo vị trí lớp dầu và bảng số liệu mô men phanh từng lớp, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả thiết kế. Độ bền kết cấu và nhiệt độ sinh ra được đánh giá qua bảng phân tích ứng suất và đồ thị nhiệt độ theo thời gian, khẳng định tính khả thi của phanh trong điều kiện vận hành thực tế.

Những kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về phanh từ trường ứng dụng trên xe tải nhỏ và mở ra hướng phát triển công nghệ phanh hỗ trợ an toàn, tiết kiệm năng lượng và giảm hao mòn cho xe tải tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thử nghiệm thực tế bệ thử phanh từ trường MRB2: Xây dựng và vận hành bệ thử nghiệm trong vòng 6 tháng nhằm đánh giá hiệu quả phanh trong điều kiện vận hành thực tế, do nhóm nghiên cứu và phòng thí nghiệm kỹ thuật ô tô thực hiện.

2. Tối ưu hóa thiết kế phanh để giảm tiêu hao năng lượng: Điều chỉnh cấu trúc cuộn dây và lớp dầu từ trường nhằm giảm công suất tiêu thụ điện xuống dưới 40W trong 12 tháng tiếp theo, do bộ phận thiết kế và kỹ thuật điện đảm nhiệm.

3. Phát triển hệ thống điều khiển tự động phanh từ trường: Nghiên cứu và tích hợp hệ thống điều khiển ON/OFF tự động dựa trên cảm biến vận tốc và góc nghiêng đường, nhằm nâng cao tính an toàn và tiện lợi cho tài xế, dự kiến hoàn thành trong 18 tháng.

4. Mở rộng ứng dụng phanh từ trường cho các dòng xe tải khác: Nghiên cứu điều chỉnh kích thước và công suất phanh phù hợp với xe tải trung và nặng, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và tăng khả năng thương mại hóa trong 24 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật ô tô: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về vật liệu thông minh, mô hình phanh từ trường và phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

2. Các kỹ sư thiết kế và phát triển sản phẩm ô tô: Thông tin về thiết kế phanh từ trường MRB2 và các tham số kỹ thuật giúp tối ưu hóa sản phẩm, nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống phanh.

3. Doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp xe tải nhỏ: Nghiên cứu cung cấp giải pháp công nghệ mới giúp cải thiện an toàn và giảm chi phí bảo trì, phù hợp để ứng dụng trong sản xuất và nâng cấp xe tải nhỏ.

4. Cơ quan quản lý giao thông và an toàn đường bộ: Kết quả nghiên cứu hỗ trợ xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật và chính sách khuyến khích áp dụng công nghệ phanh hiện đại, góp phần giảm tai nạn giao thông trên địa hình đồi núi.

Câu hỏi thường gặp

1. Phanh từ trường hoạt động như thế nào trên xe tải nhỏ?
   Phanh từ trường sử dụng dầu từ trường (MRF) có khả năng thay đổi độ nhớt khi có từ trường tác động, tạo ra lực ma sát giữa các bề mặt phanh để giảm tốc độ xe. Ví dụ, khi xe đổ đèo, phanh này hỗ trợ giữ vận tốc ổn định mà không làm nóng quá mức phanh truyền thống.

2. Ưu điểm của phanh từ trường so với phanh truyền thống là gì?
   Phanh từ trường có phản ứng nhanh, tuổi thọ cao, giảm hao mòn cơ khí và tiêu hao năng lượng thấp. Nó không tiếp xúc trực tiếp nên giảm ma sát cơ học, giúp bảo vệ hệ thống phanh chính và tăng an toàn khi vận hành.

3. Phần mềm Altair Flux được sử dụng để làm gì trong nghiên cứu?
   Altair Flux là phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn chuyên về điện từ và nhiệt, được dùng để tính toán phân bố từ trường, ứng suất và mô men phanh trong mô hình phanh từ trường, giúp tối ưu thiết kế và dự đoán hiệu suất.

4. Mô hình phanh MRB2 có thể áp dụng cho các loại xe khác không?
   Có thể. Mô hình MRB2 được thiết kế linh hoạt, có thể điều chỉnh kích thước và công suất để phù hợp với các loại xe tải trung và nặng, mở rộng phạm vi ứng dụng trong tương lai.

5. Thời gian phản hồi của phanh từ trường có nhanh không?
   Thời gian phản hồi của dầu từ trường rất nhanh, dưới 10 ms, giúp phanh từ trường có khả năng điều chỉnh lực phanh gần như tức thời, phù hợp với các tình huống cần kiểm soát vận tốc nhanh và chính xác.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế và mô phỏng thành công mô hình phanh hỗ trợ sử dụng dầu từ trường MRB2 cho xe tải nhỏ, đáp ứng yêu cầu mô men phanh khi xe đổ đèo tại địa hình Việt Nam.
• Ứng dụng mô hình Bing-ham và phần mềm Altair Flux giúp tính toán chính xác phân bố từ trường, ứng suất và mô men phanh, đảm bảo độ bền và nhiệt độ hoạt động phù hợp.
• Kết quả mô phỏng cho thấy mô men phanh đạt khoảng 30 N.m, vượt mức yêu cầu an toàn, đồng thời kết cấu phanh đảm bảo độ bền và ổn định nhiệt.
• Đề xuất xây dựng bệ thử nghiệm và phát triển hệ thống điều khiển tự động nhằm hoàn thiện công nghệ phanh từ trường trong thực tế.
• Khuyến nghị mở rộng nghiên cứu và ứng dụng phanh từ trường cho các dòng xe tải khác, góp phần nâng cao an toàn giao thông và phát triển công nghiệp ô tô trong nước.

Hành động tiếp theo là triển khai bệ thử nghiệm phanh từ trường MRB2 và tiến hành thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả vận hành, đồng thời phát triển hệ thống điều khiển thông minh nhằm thương mại hóa sản phẩm trong tương lai gần.