Luận án TS: Dầu từ trường trong phanh bổ trợ ô tô - Hoàng Quang Tuấn, ĐH Bách khoa HN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hoàng Quang Tuấn NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ DẦU TỪ TRƯỜNG TRONG HỆ THỐNG PHANH BỔ TRỢ Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ô TÔ Hà Nội – 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hoàng Quang Tuấn NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ DẦU TỪ TRƯỜNG TRONG HỆ THỐNG PHANH BỔ TRỢ Ô TÔ Ngành: Kỹ thuật ô tô Mã số: 9520130 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ô TÔ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Trịnh Minh Hoàng 2. Nguyễn Anh Ngọc Hà Nội – 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận án tiến sĩ kĩ thuật ô tô của tôi với đề tài "Nghiên cứu áp dụng công nghệ dầu từ trường trong hệ thống phanh bổ trợ ô tô" là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.

Hà Nội,… tháng…. năm 2024 Người hướng dẫn khoa học 1 Người hướng dẫn khoa học 2 Nghiên cứu sinh TS. Trịnh Minh Hoàng TS. Nguyễn Anh Ngọc Hoàng Quang Tuấn i LỜI CẢM ƠN NCS xin trân trọng cảm ơn Đại học Bách khoa Hà Nội, Ban Đào tạo, Trường Cơ khí, Khoa Cơ khí Động lực, Nhóm chuyên môn Ô tô và xe chuyên dụng đã tạo điều kiện cho NCS thực hiện luận án tại Đại học Bách khoa Hà Nội.

NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới tập thể hướng dẫn là TS. Trịnh Minh Hoàng và TS. Nguyễn Anh Ngọc, những người hướng dẫn khoa học, đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn trong việc định hướng nghiên cứu và phương pháp giải quyết vấn đề cụ thể đặt ra giúp thực hiện và hoàn thành luận án. Xin cảm ơn Ban Giám hiệu và quý Thầy, Cô Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho NCS trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Xin cảm ơn quý Thầy, Cô, các nhà khoa học trong và ngoài trường đã ủng hộ và giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và nghiên cứu của NCS. Cuối cùng NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn động viên khuyến khích giúp đỡ trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC BẢNG BIỂU.

x DANH MỤC HÌNH VẼ. xi LỜI NÓI ĐẦU. xv Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

Thực trạng ô tô khi di chuyển trên đường đèo dốc tại Việt Nam. Thực trạng tai nạn giao thông. Điều kiện địa hình đồi núi tại Việt Nam và các quy chuẩn đường dốc. Các hệ thống phanh bổ trợ trên ô tô.

Phanh khí xả. Thiết bị hãm thủy lực. Phanh điện tử. Phanh điện từ.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Các nghiên cứu về phanh bổ trợ. Các nghiên cứu chính về dầu MR và các ứng dụng. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến phanh dầu từ trường.

Mục tiêu của luận án. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp mô phỏng số để xác định các vùng từ trường trong cơ cấu phanh MRB. Phương pháp tính toán số xác định mômen phanh bổ trợ.

Phương pháp thực nghiệm. Đối tượng nghiên cứu. Bố cục và nội dung của luận án. Kết luận chương 1.

25 iii Chương 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA HỆ THỐNG PHANH BỔ TRỢ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DẦU TỪ TRƯỜNG. Cơ sở khoa học xác định mômen phanh bổ trợ. Vị trí lắp đặt phanh bổ trợ trên ô tô tải Suzuki Van.

Xây dựng mô hình động lực học quá trình phanh xe tải van khi xuống dốc. Khảo sát xác định mômen phanh bổ trợ cần thiết của cơ cấu phanh MRB. Cơ sở khoa học cho việc tính toán- mô phỏng MRB. Cơ sở lý thuyết về chất lỏng MR.

Cơ sở lý thuyết điện từ trường. Đặc tính của dầu từ trường MRF-140CG. Cơ sở lý thuyết lựa chọn kết cấu của phanh dầu từ trường. Phương pháp tính toán mômen phanh MRB sinh ra.

Cơ sở lý thuyết phương pháp tính mômen phanh MRB. Phần mềm sử dụng trong nghiên cứu mô phỏng phanh dầu từ trường 57 2. Phương pháp khảo sát nhiệt của phanh MRB. Lựa chọn mô hình đưa vào mô phỏng.

Kết luận chương 2. MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH DẦU TỪ TRƯỜNG HỖ TRỢ XE XUỐNG DỐC. Phân tích đặc điểm kết cấu của MRB. Cấu tạo phanh MRB.

Nguyên lý làm việc của MRB. Thiết kế hệ thống phanh dầu từ trường hỗ trợ quá trình xe xuống dốc. Yêu cầu thiết kế. Phương án lắp MRB lên xe thực tế.

Mô hình mô phỏng hệ thống phanh dầu từ trường. Xây dựng mô hình mô phỏng phanh từ trường. Chia lưới mô hình. Thiết lập cuộn dây.

Điều kiện biên. Phân tích hoạt động của hệ thống phanh dầu từ trường. Cường độ từ trường H. Cảm ứng từ B.

Mômen phanh MRB tính toán theo mô phỏng. Mô phỏng nhiệt phanh MRB. Kết quả mô phỏng. Kết quả mô phỏng khi thay đổi số răng MRB.

Kết quả mô phỏng khi thay đổi góc nghiêng răng MRB. Kết quả mô phỏng khi thay đổi khe hở dầu. Kết quả khảo sát nhiệt của MRB khi phanh xe xuống dốc. Phương án điều khiển cơ cấu khử mômen nhớt trường không cho MRB khi lắp lên xe.

Kết luận chương 3. THÍ NGHIỆM TRÊN BỆ THỬ. Mục tiêu thí nghiệm. Thiết kế chế tạo bệ thử phanh dầu từ trường.

Yêu cầu của bệ thử. Cấu tạo bệ thử phanh MRB. Quy trình thí nghiệm trên bệ. Chế độ thử nghiệm 1.

Chế độ thử nghiệm 2. Phương pháp đo và xử lý dữ liệu. Phương pháp quy đổi và hiển thị. Phương pháp xử lý dữ liệu.

Quy trình calip bệ thử phanh MRB. Kết quả thí nghiệm. Xác định đặc tính mômen phanh – số vòng quay của bộ MRB. Xác định đặc tính mômen phanh - cường độ cường độ dòng điện của bộ MRB.

Kết quả đánh giá sai số giữa thí nghiệm và mô phỏng. Kết luận chương 4. 118 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

121 vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3D Three Dimensional-Không gian 3 chiều BDW Brake Disk Wiping –Hệ thống loại bỏ nước bắn ra từ đĩa phanh bằng cách đạp phanh nhanh CDD Controlled Deceleration for Driver Assistance Systems – Hệ thống phanh xe kết hợp với phạm vi tự động giữa xe và xe CDP Controlled Deceleration for Parking Brake -Hệ thống giảm tốc có kiểm soát cho phanh đỗ xe ER Electro Rheological- Chất lỏng điện di FEA Finite Element Analysis- Phương pháp phần tử hữu hạn HBA Hydraulic Brake Assist -Hỗ trợ phanh thủy lực HDC Hill Descent Control – Hệ thống hỗ trợ người lái khi xuống dốc trên địa hình dốc bằng cách tự động tác dụng phanh HFC Hydraulic Fading Compensation – Hệ thống can thiệp nếu không đạt được tốc độ giảm tốc tối đa có thể của xe ngay cả khi người lái nhấn mạnh bàn đạp phanh, ví dụ do nhiệt độ đĩa phanh cao HHC Hill Hold Control – Hệ thống can thiệp vào hệ thống phanh khi kéo đi trên một ngọn đồi và ngăn chặn xe lăn ngược lại HRB Hydraulic Rear Wheel Boost – Hệ thống tăng áp suất phanh ở bánh sau lên đến giới hạn khóa bánh khi áp dụng phanh ABS MR Magneto Rheological MRB Magneto Rheological Brake MRF Magneto Rheological Fluid NCS Nghiên cứu sinh TVR Tỉ số mômen/thể tích vii DANH MỤC KÝ HIỆU A (m2) Vùng dầu MR làm việc b (m) Chiều rộng răng B (T) Cảm ứng từ Bm (T) Mật độ từ thông bão hoà Br (T) Mật độ từ thông d (m) Khe hở dầu H (kA/m) Cường độ từ trường h (m) Chiều dài của rãnh dầu I (A) Cường độ dòng điện K chỉ số nhất quán của mô hình chất lỏng Herschel-Bulkley l (m) Chiều dài rãnh dầu nghiêng m chỉ số hành vi dòng chảy của mô hình chất lỏng Herschel- Bulkley mx (kg) Khối lượng xe Nd Số đĩa của kết cấu phanh Rr (m) Bán kính đĩa quay S (m2) Tiết diện của dây dẫn điện T (Nm) Mômen phanh MRB Ta (Nm) Mômen phanh ở lớp dầu nằm nghiêng Tc (Nm) Mômen phanh lớp dầu ngoài cùng Te (Nm) Mômen phanh ở lớp dầu nằm vuông góc với trục roto 𝑇𝜏 (Nm) Mômen phanh do độ nhớt động của dầu MR khi chưa đặt từ trường 𝑇𝑦 (Nm) Mômen phanh do từ trường H sinh ra Wdiss (J) Năng lượng tiêu tán khi phanh viii Wequ (J) Năng lượng tương đương Wpot (J) Thế năng khi phanh xe xuống dốc Wrr (J) Năng lượng tiêu tán do lực cản lăn khi phanh γ ̇ (rad/s) Tốc độ cắt Δh (m) Chênh lệch độ cao η (kPa.s) Độ nhớt động của chất lỏng MR khi không có từ trường áp dụng τ (kPa) Ứng suất cắt tổng cộng của dầu từ trường τγ (kPa) Ứng suất chảy của dầu 𝜏0⬚ (kPa) Ứng suất khi chưa có tác dụng của từ trường H φ (độ) Góc nghiêng răng Φ (T) Từ thông đi qua một diện tích bề mặt Ω (rad/s) Tốc độ quay của roto 𝜇 (Henry/m) Độ từ thẩm 𝜇0 (Henry/m) Độ từ thẩm tuyệt đối của chân không 𝜇𝑟 (Henry/m) Độ từ thẩm tương đối của môi trường ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường [2] .2 Vận tốc thiết kế của các cấp đường [2] .3 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc (m) [2] .4 Thuật ngữ và định nghĩa về hệ thống phanh bổ trợ [6] .5 Các thành tựu thiết kế phanh MRB cho ô tô .6 So sánh kết quả MRB và CHB có và không có ABS [48] .1 Thông số kỹ thuật của mô hình mô phỏng .2 Tổng hợp kết quả đánh giá hiệu quả của mômen phanh bổ trợ cho xe tải khi xuống dốc .3 Cảm ứng từ - độ từ thẩm của vật liệu từ tính [71] .4 Thông số vật lý của dầu MR- 140 CG [58].5 Các tiêu chí lựa chọn sơ bộ kết cấu phanh MR [71] .1 Số phần tử chia lưới.2 Bảng tính toán mômen phanh từ trường sinh ra với cường độ dòng điện 1.3 Tính toán quy đổi vận tốc bánh xe sang số vòng quay đĩa phanh MRB .