NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ DẦU TỪ TRƯỜNG TRONG HỆ THỐNG PHANH BỔ TRỢ Ô TÔ

• Tác giả: Hoàng Quang Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Minh Hoàng
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Dầu Từ Trường Trong Hệ Thống Phanh Bổ Trợ Ô Tô
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Thực trạng ô tô khi di chuyển trên đường đèo dốc tại Việt Nam
• 1.2. Thực trạng tai nạn giao thông
• 1.3. Điều kiện địa hình đồi núi tại Việt Nam và các quy chuẩn đường dốc
• 1.4. Các hệ thống phanh bổ trợ trên ô tô
• 1.4.1. Phanh khí xả
• 1.4.2. Thiết bị hãm thủy lực
• 1.4.3. Phanh điện tử
• 1.4.4. Phanh điện từ
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.5.1. Các nghiên cứu về phanh bổ trợ
• 1.5.2. Các nghiên cứu chính về dầu MR và các ứng dụng
• 1.5.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến phanh dầu từ trường
• 1.6. Mục tiêu của luận án
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7.1. Phương pháp mô phỏng số để xác định các vùng từ trường trong cơ cấu phanh MRB
• 1.7.2. Phương pháp tính toán số xác định mômen phanh bổ trợ
• 1.7.3. Phương pháp thực nghiệm
• 1.8. Đối tượng nghiên cứu
• 1.9. Bố cục và nội dung của luận án
• 1.10. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA HỆ THỐNG PHANH BỔ TRỢ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DẦU TỪ TRƯỜNG
• 2.1. Cơ sở khoa học xác định mômen phanh bổ trợ
• 2.2. Vị trí lắp đặt phanh bổ trợ trên ô tô tải Suzuki Van
• 2.3. Xây dựng mô hình động lực học quá trình phanh xe tải van khi xuống dốc
• 2.4. Khảo sát xác định mômen phanh bổ trợ cần thiết của cơ cấu phanh MRB
• 2.5. Cơ sở khoa học cho việc tính toán- mô phỏng MRB
• 2.6. Cơ sở lý thuyết về chất lỏng MR
• 2.7. Cơ sở lý thuyết điện từ trường
• 2.8. Đặc tính của dầu từ trường MRF-140CG
• 2.9. Cơ sở lý thuyết lựa chọn kết cấu của phanh dầu từ trường
• 2.10. Phương pháp tính toán mômen phanh MRB sinh ra
• 2.11. Cơ sở lý thuyết phương pháp tính mômen phanh MRB
• 2.12. Phần mềm sử dụng trong nghiên cứu mô phỏng phanh dầu từ trường
• 2.13. Phương pháp khảo sát nhiệt của phanh MRB
• 2.14. Lựa chọn mô hình đưa vào mô phỏng
• 2.15. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH DẦU TỪ TRƯỜNG HỖ TRỢ XE XUỐNG DỐC
• 3.1. Phân tích đặc điểm kết cấu của MRB
• 3.2. Cấu tạo phanh MRB
• 3.3. Nguyên lý làm việc của MRB
• 3.4. Thiết kế hệ thống phanh dầu từ trường hỗ trợ quá trình xe xuống dốc
• 3.4.1. Yêu cầu thiết kế
• 3.4.2. Phương án lắp MRB lên xe thực tế
• 3.5. Mô hình mô phỏng hệ thống phanh dầu từ trường
• 3.5.1. Xây dựng mô hình mô phỏng phanh từ trường
• 3.5.2. Chia lưới mô hình
• 3.5.3. Thiết lập cuộn dây
• 3.5.4. Điều kiện biên
• 3.6. Phân tích hoạt động của hệ thống phanh dầu từ trường
• 3.6.1. Cường độ từ trường H
• 3.6.2. Cảm ứng từ B
• 3.6.3. Mômen phanh MRB tính toán theo mô phỏng
• 3.6.4. Mô phỏng nhiệt phanh MRB
• 3.6.5. Kết quả mô phỏng
• 3.6.5.1. Kết quả mô phỏng khi thay đổi số răng MRB
• 3.6.5.2. Kết quả mô phỏng khi thay đổi góc nghiêng răng MRB
• 3.6.5.3. Kết quả mô phỏng khi thay đổi khe hở dầu
• 3.6.6. Kết quả khảo sát nhiệt của MRB khi phanh xe xuống dốc
• 3.6.7. Phương án điều khiển cơ cấu khử mômen nhớt trường không cho MRB khi lắp lên xe
• 3.7. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM TRÊN BỆ THỬ
• 4.1. Mục tiêu thí nghiệm
• 4.2. Thiết kế chế tạo bệ thử phanh dầu từ trường
• 4.2.1. Yêu cầu của bệ thử
• 4.2.2. Cấu tạo bệ thử phanh MRB
• 4.3. Quy trình thí nghiệm trên bệ
• 4.3.1. Chế độ thử nghiệm 1
• 4.3.2. Chế độ thử nghiệm 2
• 4.4. Phương pháp đo và xử lý dữ liệu
• 4.4.1. Phương pháp quy đổi và hiển thị
• 4.4.2. Phương pháp xử lý dữ liệu
• 4.5. Quy trình calip bệ thử phanh MRB
• 4.6. Kết quả thí nghiệm
• 4.6.1. Xác định đặc tính mômen phanh – số vòng quay của bộ MRB
• 4.6.2. Xác định đặc tính mômen phanh - cường độ cường độ dòng điện của bộ MRB
• 4.6.3. Kết quả đánh giá sai số giữa thí nghiệm và mô phỏng
• 4.7. Kết luận chương 4
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ứng Dụng Dầu Từ Trường Cho Phanh 55 ký tự

Hệ thống phanh đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn cho xe ô tô. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ vật liệu đã thúc đẩy sự ra đời của nhiều hệ thống phanh tiên tiến, trong đó có hệ thống phanh ứng dụng công nghệ dầu từ trường (MRF). Bài viết này sẽ cung cấp tổng quan về nghiên cứu ứng dụng công nghệ này trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô, đồng thời đề cập đến các thách thức và tiềm năng phát triển. Các nghiên cứu gần đây cho thấy phanh dầu từ trường có nhiều ưu điểm như khả năng phản hồi nhanh, điều khiển linh hoạt và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ này còn hạn chế do khả năng tạo mô-men phanh chưa cao. Nghiên cứu này hướng đến việc đánh giá một cách toàn diện khả năng ứng dụng công nghệ dầu từ trường cho hệ thống phanh ô tô. Đối tượng nghiên cứu là xe tải van cỡ nhỏ, đánh giá theo thông số đường đồi núi ở Việt Nam. Mục tiêu cuối cùng là nghiên cứu khả năng áp dụng phanh dầu từ trường cho hệ thống phanh bổ trợ khi ô tô xuống dốc.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Hệ Thống Phanh Bổ Trợ Ô Tô

Hệ thống phanh chính của ô tô phải chịu tải trọng lớn, đặc biệt khi di chuyển trên đường đèo dốc. Hệ thống phanh bổ trợ có vai trò giảm tải cho hệ thống phanh chính, giúp duy trì tốc độ ổn định và đảm bảo an toàn. Như vậy, việc nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh bổ trợ hiệu quả là vô cùng quan trọng để nâng cao an toàn giao thông.

1.2. Giới Thiệu Về Công Nghệ Dầu Từ Trường MRF

Công nghệ dầu từ trường (MRF) là một công nghệ tiên tiến, sử dụng chất lỏng có khả năng thay đổi độ nhớt dưới tác dụng của từ trường. Dầu từ trường (MRF) có khả năng thay đổi tính chất nhanh chóng khi có từ trường, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các hệ thống cơ điện tử. Dầu MRF có những ưu điểm vượt trội về tốc độ phản hồi và khả năng điều khiển.

II. Thực Trạng Tai Nạn Giao Thông Do Đường Đèo Dốc 58 ký tự

Thực tế cho thấy, tai nạn giao thông liên quan đến đường đèo dốc đang là một vấn đề nhức nhối ở Việt Nam. Theo thống kê, mỗi năm có khoảng 20.000 vụ tai nạn giao thông, gây ra thiệt hại lớn về người và tài sản [1]. Đường đèo dốc tiềm ẩn nhiều nguy cơ, đặc biệt là khi xe xuống dốc liên tục, gây quá nhiệt cho hệ thống phanh và dẫn đến mất phanh. Bên cạnh đó, kỹ năng lái xe của người điều khiển phương tiện, đặc biệt là những người mới lái hoặc ít kinh nghiệm đi đường đồi núi, cũng là một yếu tố quan trọng. Ngoài ra, hệ thống phanh không đảm bảo an toàn khi xuống dốc trên một số xe chở hàng cũng là một nguyên nhân. Luận án nghiên cứu này tập trung vào cải thiện độ tin cậy hệ thống phanh trên các cung đường đèo dốc.

2.1. Phân Tích Nguyên Nhân Gây Tai Nạn Trên Đường Đèo Dốc

Nguyên nhân gây tai nạn trên đường đèo dốc rất đa dạng, bao gồm: điều kiện địa hình hiểm trở, kỹ năng lái xe yếu kém, phương tiện không đảm bảo an toàn, và hạ tầng giao thông chưa hoàn thiện. Theo các nghiên cứu về đường xá ở Việt Nam cho thấy địa hình bị chia cắt nhanh nên độ dốc rất đa dạng. Cần phân tích kỹ từng yếu tố để đưa ra các giải pháp phòng ngừa hiệu quả.

2.2. Quy Chuẩn Về Độ Dốc Và Chiều Dài Dốc Tại Việt Nam

Các quy chuẩn về độ dốc và chiều dài dốc đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho các phương tiện khi di chuyển trên đường đèo dốc. Cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định này để tránh gây ra tai nạn. Theo tiêu chuẩn thiết kế đường, dốc dọc lớn nhất không vượt quá 11% [2]. Tuy nhiên, vận tốc lưu hành và chiều dài đoạn dốc cũng cần được xem xét để đảm bảo an toàn.

III. Các Giải Pháp Phanh Bổ Trợ Ô Tô Hiện Nay Ưu Nhược 57 ký tự

Để giảm tải cho hệ thống phanh chính và tăng cường an toàn khi di chuyển trên đường đèo dốc, nhiều loại hệ thống phanh bổ trợ ô tô đã được phát triển và ứng dụng. Mỗi loại hệ thống có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại xe và điều kiện vận hành khác nhau. Trong số đó, phanh khí xả, phanh điện từ và phanh dầu từ trường là những lựa chọn phổ biến. Bài viết này sẽ so sánh các hệ thống phanh bổ trợ này để làm rõ những ưu điểm của công nghệ dầu từ trường trong bối cảnh hiện tại.

3.1. Ưu Nhược Điểm Của Phanh Khí Xả Và Phanh Điện Từ

Phanh khí xả có ưu điểm là đơn giản, dễ bảo trì, nhưng hiệu quả phanh không cao và gây tiếng ồn lớn. Phanh điện từ có hiệu quả phanh tốt hơn, nhưng giá thành cao và đòi hỏi hệ thống điện mạnh mẽ. Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng trước khi lựa chọn loại phanh bổ trợ phù hợp.

3.2. Tiềm Năng Phát Triển Của Phanh Dầu Từ Trường MRF

Phanh dầu từ trường (MRF) có nhiều tiềm năng phát triển do khả năng điều khiển linh hoạt, phản hồi nhanh và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, công nghệ này còn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, cần khắc phục một số hạn chế như khả năng tạo mô-men phanh chưa cao. Các nghiên cứu về chất lỏng MR và ứng dụng của nó đang được đẩy mạnh để giải quyết vấn đề này.

IV. Phân Tích Khoa Học Hệ Thống Phanh Dầu Từ Trường MRF 60 ký tự

Để hiểu rõ hơn về hệ thống phanh bổ trợ sử dụng công nghệ dầu từ trường, cần phân tích cơ sở khoa học của hệ thống này. Điều này bao gồm việc xác định mô-men phanh cần thiết, xây dựng mô hình động lực học, và nghiên cứu về chất lỏng MR (Magnetorheological Fluid). Nghiên cứu này sử dụng xe tải van Suzuki làm đối tượng khảo sát và xây dựng mô hình động lực học quá trình phanh xe khi xuống dốc để tính toán mômen phanh cần thiết. Ngoài ra, luận án cũng đi sâu vào cơ sở lý thuyết điện từ trường và đặc tính của dầu từ trường MRF-140CG để lựa chọn kết cấu phanh phù hợp. Việc tính toán mômen phanh MRB sinh ra là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống.

4.1. Cơ Sở Lý Thuyết Về Chất Lỏng MR Và Điện Từ Trường

Chất lỏng MR có khả năng thay đổi độ nhớt dưới tác dụng của từ trường. Điều này tạo ra lực hãm khi chất lỏng này được đặt trong một khe hở và có dòng điện chạy qua. Hiểu rõ cơ sở lý thuyết về điện từ trường và tính chất của dầu MR là yếu tố then chốt để thiết kế và điều khiển hệ thống phanh dầu từ trường hiệu quả.

4.2. Phương Pháp Tính Toán Mômen Phanh MRB Chi Tiết

Mô-men phanh MRB được tính toán dựa trên các thông số như cường độ từ trường, độ nhớt của dầu MR, và kích thước của khe hở. Các phương pháp tính toán khác nhau có thể được sử dụng để ước tính mô-men phanh, tùy thuộc vào độ phức tạp của mô hình. Phương pháp tính toán mômen phanh MRB cần xem xét đến ảnh hưởng của góc nghiêng răng và khe hở dầu.

V. Mô Phỏng Hoạt Động Phanh Dầu Từ Trường Hỗ Trợ Xuống Dốc 58 ký tự

Để đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dầu từ trường trong thực tế, cần tiến hành mô phỏng hoạt động của hệ thống này. Quá trình mô phỏng bao gồm xây dựng mô hình 3D, chia lưới, thiết lập cuộn dây, và áp dụng các điều kiện biên. Kết quả mô phỏng sẽ cho thấy sự phân bố cường độ từ trường, cảm ứng từ, và mô-men phanh trong hệ thống. Việc thay đổi các thông số thiết kế, như số răng và góc nghiêng răng, sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả phanh. Nghiên cứu này sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến khả năng tạo mômen phanh của MRB.

5.1. Thiết Kế Hệ Thống Phanh Dầu Từ Trường MRB Chi Tiết

Việc thiết kế hệ thống phanh dầu từ trường MRB cần tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo tính khả thi trong quá trình lắp đặt trên xe thực tế. Phương án lắp đặt MRB lên xe tải van cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

5.2. Phân Tích Nhiệt Độ Và Khả Năng Làm Mát Phanh MRB

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống phanh dầu từ trường. Cần phân tích nhiệt độ của các bộ phận trong hệ thống và đề xuất các giải pháp làm mát hiệu quả. Kết quả mô phỏng nhiệt cần được sử dụng để đánh giá khả năng tản nhiệt của phanh MRB.

VI. Thí Nghiệm Đánh Giá Hiệu Quả Phanh Dầu Từ Trường MRB 59 ký tự

Để kiểm chứng kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu quả thực tế của hệ thống phanh dầu từ trường, cần tiến hành thí nghiệm trên bệ thử. Bệ thử cần đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác và khả năng mô phỏng các điều kiện vận hành khác nhau. Quy trình thí nghiệm bao gồm việc đo và xử lý dữ liệu, cũng như hiệu chỉnh bệ thử. Kết quả thí nghiệm sẽ được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ tin cậy của mô hình. Nghiên cứu này đã chế tạo mẫu phanh bổ trợ và bệ thử trong phòng thí nghiệm để đo kiểm chứng đặc tính của MRB.

6.1. Thiết Kế Và Chế Tạo Bệ Thử Nghiệm Phanh MRB

Bệ thử nghiệm cần được thiết kế và chế tạo sao cho có thể mô phỏng các điều kiện làm việc thực tế của hệ thống phanh dầu từ trường. Bệ thử cần có khả năng đo chính xác các thông số như mô-men phanh, tốc độ quay, và nhiệt độ.

6.2. Đánh Giá Sai Số Giữa Thí Nghiệm Và Mô Phỏng

Việc đánh giá sai số giữa kết quả thí nghiệm và mô phỏng là rất quan trọng để xác định độ tin cậy của mô hình. Sai số thấp cho thấy mô hình mô phỏng có thể được sử dụng để dự đoán hiệu quả của hệ thống phanh dầu từ trường trong các điều kiện vận hành khác nhau.