BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHẠM VĂN VINH

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM
HỆ THỐNG PHANH LƢU CHẤT TỪ BIẾN
THẾ HỆ MỚI DÙNG CHO XE MÁY

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã chuyên ngành: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017


Cơng trình đƣợc hồn thành tại Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

PGS.TS. Nguyễn Quốc Hƣng

Ngƣời phản iện 1:

TS. Nguyễn Sỹ Dũng

Ngƣời phản iện 2:

TS. Bùi Thanh Luân

Luận v n thạc s đƣợc ảo vệ tại Hội đồng chấm ảo vệ Luận v n thạc s Trƣờng
Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 18 tháng 11 n m 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc s gồm:

1.

TS. Nguyễn Viễn Quốc

Chủ tịch Hội đồng

2.

TS. Nguyễn Sỹ Dũng

Phản iện 1

3.

TS. Bùi Thanh Luân

Phản iện 2

4.

TS. Lê Thanh Danh

Ủy viên

5.

TS. Đƣờng Cơng Truyền


Thƣ ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ

TS. Nguyễn Viễn Quốc

TS. Châu Minh Quang


BỘ CƠNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Phạm V n Vinh

MSHV: 15001451

Ngày, tháng, n m sinh: 12/11/1984

Nơi sinh: Tây Ninh

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí


Mã chuyên ngành: 60520103

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lƣu chất từ biến thế hệ mới
dùng cho xe máy.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lƣu chất từ iến thế hệ mới dùng
cho xe máy nhằm thay thế các hệ thống phanh hiện tại, với nhiều tính n ng và ƣu
điểm vƣợt trội so với các phanh MRF trƣớc đây. Các nội dung chính ao gồm:
- Tổng hợp các nghiên cứu về phanh MRF trƣớc đây.
- Đề xuất cấu hình phanh mới có thể khắc phục các nhƣợc điểm của phanh MRF
trƣớc đây là moment phanh nhỏ với kích thƣớc, khối lƣợng của phanh lớn.
- Thiết kế tối ƣu và so sánh giữa phanh đề xuất với các loại phanh MRF trƣớc đây.
- Chế tạo và kiểm nghiệm phanh MRF đƣợc đề xuất.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo Quyết định số 1756/QĐ-ĐHCN ngày
27/3/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/9/2017
V. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Quốc Hƣng
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2017
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. Nguyễn Quốc Hƣng
TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ


LỜI CẢM ƠN
Q thầy cơ kính mến! Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô trƣờng Đại học
Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt và giúp em có

đƣợc những kiến thức quý giá, đặc iệt giúp em hồn thành khóa học này.
Em xin chân thành gửi đến thầy PGS.TS. Nguyễn Quốc Hƣng lời cám ơn và tri ân
sâu sắc, nhất là trong thời gian thực hiện luận v n, thầy đã hƣớng dẫn và hỗ trợ em
hoàn thành luận v n thạc s này.
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các ạn học viên lớp CHCK5A, lớp CHCK5B và
các ạn đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ tơi trong q trình học tập, nghiên cứu, nhất
là đã hỗ trợ tơi hồn thành luận v n này.
Xin kính chúc q thầy cơ, đồng nghiệp, cùng các ạn học viên sức khỏe, hạnh
phúc và thành công trong công tác và trong cuộc sống.

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hiện nay, các loại phanh đang sử dụng trên xe máy thƣờng có những khuyết điểm
nhƣ: phát ra tiếng kêu, ố phanh ị mòn nhanh, ị kẹt, ị ó phanh,... điều này gây
mất an tồn cho ngƣời sử dụng. Do đó, để cải thiện và khắc phục các khuyết điểm
trên một cách hiệu quả thì phanh lƣu chất từ iến (Magneto Rheological Brake –
MRB) đã đƣợc nghiên cứu và cho ra đời. MRB hoạt động tƣơng tự hệ thống chống
ó cứng phanh (Anti-Lock Braking System – ABS). MRB có những ƣu điểm nổi
trội nhƣ: thời gian đáp ứng nhanh, khơng ị hao mịn do ma sát nhỏ, khơng có tiếng
kêu, khơng gây ó phanh và điều khiển dễ dàng.
Với đề tài: “Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lƣu chất từ iến thế hệ
mới dùng cho xe máy”, hệ thống MRB đã đƣợc nghiên cứu cải tiến mới có biên
dạng r ng cƣa nhằm thay thế các hệ thống phanh thông thƣờng đang sử dụng trên
xe máy hiện nay. MRB với iên dạng r ng cƣa này có những ƣu điểm nổi trội so
với các loại MRB trƣớc đây nhƣ giảm kích thƣớc cũng nhƣ khối lƣợng phanh, đồng
thời t ng moment phanh do t ng diện tích tiếp xúc giữa đ a phanh và lƣu chất từ
iến.
Bằng việc sử dụng ài tốn tối ƣu hóa kết hợp với phƣơng pháp phần tử hữu hạn

thông qua phần mềm ANSYS, kết quả là khối lƣợng nhỏ nhất, kích thƣớc của phanh
và moment phanh đã đạt đƣợc theo yêu cầu nhƣ mục tiêu trong đề tài nghiên cứu.
Qua tiến hành thực nghiệm, cho thấy MRB iên dạng r ng cƣa hồn tồn có khả
n ng ứng dụng thực tế trên xe máy hiện nay.

ii


ABSTRACT
Nowadays, the types of brakes used in the motorbikes often have some limitations,
such as: noise, quick attrition, jam, locked, etc. These would be unsafe for
motorcycle controller. Hence, to improve and overcome these upon disadvantages
in an effective way, Magneto Rheological Brake (MRB) was researched and
manufactured. MRB works similarly to the Anti-Lock Braking System (ABS).
MBR has some advantages, such as: quick response, no wore by small friction,
non–jam, unlocked and easy operation.
Through the topic with title is: "Designing, manufacturing and testing Magneto
Rheological Brake with new generation into a motorcycle", the studying carried out
to improve MRB system with the brake designed in serrated shape, in order to
replaces the conventional brake system used in current motorbike. The MRB system
with the brake designed in serrated shape has benefits more than previous. The size
and weight of brake were not only reduced, but also the value of braking torque
raised by increasing the contacted area between brake disc and magnetic fluid.
By using the optimal problem combined with finite element method through
ANSYS software resulted in the smallest brake mass, sizes and braking torque are
agreed with requirements in this study. Through the results of testing process, this
MRB system with the brake designed in serrated shape could be applied in current
motorbike.

iii



LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của ản thân tôi dƣới sự hƣớng dẫn
của thầy PGS.TS. Nguyễn Quốc Hƣng. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận
trong luận v n là trung thực, không sao chép từ ất kỳ một nguồn nào và dƣới ất
kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và
ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Học viên

Phạm Văn Vinh

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................................................ ii
ABSTRACT .............................................................................................................. iii
MỤC LỤC

...............................................................................................................v

DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................x
MỞ ĐẦU

...............................................................................................................1

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHANH LƢU CHẤT TỪ BIẾN VÀ

ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU ......................................................................................4
1.1

Giới thiệu lƣu chất từ iến MRF và các ứng dụng ........................................4

1.2

Các loại phanh dùng lƣu chất từ iến MRF...................................................7

1.3

Các nghiên cứu về phanh MRF cho ô tô, xe máy .......................................10

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ PHANH LƢU
CHẤT TỪ BIẾN CHO XE MÁY .............................................................................12
2.1

Lựa chọn lƣu chất từ iến MRF ..................................................................12

2.2

Lựa chọn vật liệu chế tạo phanh ..................................................................15

2.3

Lựa chọn vị trí lắp phanh.............................................................................16

2.4

Tính tốn moment phanh cần thiết của xe máy...........................................16


2.5

Đề xuất cấu hình phanh MRF......................................................................17

2.6

Tính tốn moment phanh.............................................................................18

2.7

Tính tốn từ trƣờng phanh ...........................................................................24

2.7.1 Phƣơng pháp giải tích ..................................................................................24
2.7.2 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn .....................................................................25
2.8

Tính toán tối ƣu và thiết kế cơ cấu phanh ...................................................26

2.8.1 Bài toán thiết kế tối ƣu phanh......................................................................26
2.8.2 Phƣơng pháp giải ài toán tối ƣu.................................................................26
2.8.3 Kết quả giải ài toán tối ƣu .........................................................................29
2.8.4 Thiết kế cơ cấu phanh..................................................................................36

v


CHƢƠNG 3 CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH PHANH
MRF CHO XE MÁY ................................................................................................39
3.1


Chế tạo phanh ..............................................................................................39

3.2

Xây dựng mơ hình thí nghiệm .....................................................................42

3.3

Kết quả thử nghiệm trên mơ hình ................................................................42

3.4

Nhận xét và đánh giá phanh ........................................................................45

CHƢƠNG 4 LẮP ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM PHANH MRF TRÊN XE MÁY
THỰC TẾ .............................................................................................................46
4.1

Thiết kế lại đùm xe (mayơ) .........................................................................46

4.2

Sơ đồ lắp ráp hệ thống phanh trên xe máy ..................................................46

4.3

Hệ thống điều khiển phanh..........................................................................47

4.4


Phƣơng pháp và kết quả thực nghiệm .........................................................47

4.5

Nhận xét và đánh giá ...................................................................................49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................50
1. Kết luận .............................................................................................................50
2. Kiến nghị ...........................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................51
PHỤ LỤC..................................................................................................................54
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .........................................................74

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trƣờng ..............................................4
Hình 1.2 Phanh lƣu chất từ iến truyền thống ............................................................5
Hình 1.3 Mơ hình giảm chấn MRF .............................................................................5
Hình 1.4 Khối gá động cơ dùng MRF.........................................................................6
Hình 1.5 Cấu tạo van MRF .........................................................................................6
Hình 1.6 Kết cấu MRB dạng đ a.................................................................................7
Hình 1.7 Phanh dạng tang trống..................................................................................8
Hình 1.8 Phanh dạng kết hợp ......................................................................................8
Hình 1.9 MRB dạng kết hợp với 2 cuộn dây .............................................................9
Hình 1.10 MRB dạng kết hợp có 2 cuộn dây với rotor dạng chữ T ...........................9
Hình 1.11 MRB có 1 cuộn dây quấn mỗi ên vỏ......................................................10
Hình 1.12 Đề xuất cấu hình phanh MRF đ a có dạng r ng cƣa ................................11

Hình 2.1 Biểu đồ tƣơng quan giữa chất lỏng Newton và trƣợt dẻo Bingham ..........13
Hình 2.2 Đƣờng cong B-H của MRF 132-DG..........................................................14
Hình 2.3 Đƣờng cong B-H của thép C45..................................................................15
Hình 2.4 Vị trí chọn lắp phanh MRF ở 2 ên ánh xe trƣớc của xe máy .................16
Hình 2.5 Cấu hình phanh MRF đề xuất ....................................................................18
Hình 2.6 Mơ tả các đoạn cần tính moment trên phanh MRF....................................19
Hình 2.7 Mơ tả một phần tử vòng tròn nhỏ của một đoạn trên đ a phanh ................19
Hình 2.8 Lƣu đồ thiết kế tối ƣu thiết ị MRF sử dụng FEM ....................................27
Hình 2.9 Cấu hình phanh MRF đ a đơn 2 cuộn dây ở 2 ên vỏ ...............................30
Hình 2.10 Cấu hình phanh MRF đ a đơn 3 cuộn dây ở 2 ên vỏ .............................30
Hình 2.11 Mơ phỏng FEM giải ài tốn từ trƣờng của các phanh MRF ..................31
Hình 2.12 Kết quả tối ƣu của các phanh MRF..........................................................32
Hình 2.13 Đƣờng sức từ đi qua các phanh MRF ......................................................34
Hình 2.14 Phân ố mật độ từ thơng của các phanh MRF .........................................35
Hình 2.15 Cấu tạo tổng thể và ản vẽ lắp của phanh................................................36
Hình 2.16 Cấu tạo đ a phanh.....................................................................................36

vii


Hình 2.17 Cấu tạo trục phanh ...................................................................................37
Hình 2.18 Cấu tạo má phanh 1..................................................................................37
Hình 2.19 Cấu tạo má phanh 2..................................................................................38
Hình 2.20 Cấu tạo nắp ít .........................................................................................38
Hình 3.1 Trục và đ a phanh lắp ghép với nhau .........................................................39
Hình 3.2 Má phanh....................................................................................................40
Hình 3.3 Khung lắp cuộn dây ...................................................................................40
Hình 3.4 Tổng thể các chi tiết của phanh..................................................................41
Hình 3.5 Phanh MRF đã đƣợc lắp ghép....................................................................41
Hình 3.6 Mơ hình thí nghiệm kiểm tra moment phanh.............................................42

Hình 3.7 Moment khi chƣa gắn phanh......................................................................43
Hình 3.8 Moment khi gắn phanh nhƣng chƣa cấp dịng ...........................................43
Hình 3.9 Thời gian đáp ứng nấc của MRB theo cƣờng độ dịng điện ......................44
Hình 3.10 Moment phanh theo cƣờng độ dịng điện ................................................44
Hình 3.11 Sự sai lệch kết quả thực tế và lý thuyết....................................................45
Hình 4.1 Mayơ của xe máy .......................................................................................46
Hình 4.2 MRB lắp ở ánh trƣớc và ở 2 ên mayơ trên xe máy................................46
Hình 4.3 Mạch chỉnh dịng........................................................................................47
Hình 4.4 Mơ hình kiểm tra quảng đƣờng phanh .......................................................48
Hình 4.5 Nhiệt kế hiển thị nhiệt độ mơi trƣờng ........................................................48

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Các thơng số thuộc tính của MRF132-DG ...............................................12
Bảng 2.2 Các thông số lƣu iến của MRF ...............................................................14
Bảng 2.3 Kết quả tối ƣu của các loại phanh MRF ...................................................33
Bảng 4.1 Kết quả kiểm tra quảng đƣờng phanh.......................................................48
Bảng 4.2 Kết quả kiểm tra nhiệt độ phanh...............................................................49

ix


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
FEA

Finite Element Analysis

Phân tích phần tử hữu hạn


FEM

Finite Element Method

Phƣơng pháp phần tử hữu hạn

MRB

Magneto Rheological Brake

Phanh lƣu chất từ iến

MRF

Magneto Rheological Fluid

Lƣu chất từ iến

x


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, phanh xe máy có 2 loại, ao gồm phanh dầu và phanh cơ. Mỗi loại phanh
đều có đặc tính, thiết kế và cách sử dụng khác nhau. Má phanh của phanh cơ là loại
phanh truyền thống, sử dụng cơ chế truyền lực trực tiếp từ tay phanh hoặc chân
phanh xuống má phanh, ép má phanh và ố phanh để t ng ma sát, giảm tốc độ của
xe. Trong khi đó, phanh dầu là hệ thống pít-tơng thủy lực, khi ngƣời dùng óp
phanh, hệ thống thủy lực của phanh sẽ ép 2 má phanh vào đ a phanh để giảm tốc độ

của xe. Dù phanh dạng nào đi nữa, thì ộ phận cơng tác chính của phanh vẫn dùng
má phanh và lốp để t ng ma sát. Với cơ cấu này, thƣờng có những khuyết điểm
chính là: hệ thống điều khiển cồng kềnh, phức tạp, má phanh chóng mịn, phát tiếng
kêu, ị kẹt, ị ó gây khơng an tồn cho ngƣời sử dụng. Hiện nay, chƣa có cơ cấu
phanh hay hệ thống phanh nào khắc phục đƣợc nhƣợc điểm này.
Mặt khác, sự ra đời và nghiên cứu phát triển ứng dụng MRF đã tạo ra các cơ hội để
phát triển một loại phanh mới cho ô tô, xe máy, để có thể khắc phục đƣợc các
nhƣợc điểm của phanh truyền thống. Mặc dù đã có một số nghiên cứu về MRB và
một số ứng dụng cho ô tô, xe máy. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu chỉ dừng
lại ở việc thiết kế tính tốn, mơ phỏng hoặc thực nghiệm kiểm tra moment của
phanh trong phịng thí nghiệm vì việc thực nghiệm trên ơ tơ thực tế rất khó kh n do
chƣa đảm ảo về sự an tồn. Song, cũng có một số nghiên cứu về MRB cho xe máy,
nhƣng cũng chƣa có thực nghiệm trên xe máy thực tế.
Ở Việt Nam, việc sử dụng xe máy làm phƣơng tiện di chuyển, tham gia giao thông
rất rộng rãi nên việc nghiên cứu ứng dụng MRB cho xe máy là rất cần thiết. Vì vậy,
với những tính n ng và ƣu điểm nổi ậc của MRB so với các loại phanh hiện tại
đang sử dụng. Đồng thời, việc nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng MRB trên xe máy
có khả quan, mang tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện và nhu cầu thực tế hiện
nay, do đó cần có đề tài nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống
phanh lƣu chất từ iến thế hệ mới dùng cho xe máy”.

1


2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu đề tài là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lƣu chất từ iến
thế hệ mới dùng cho xe máy nhằm thay thế các hệ thống phanh hiện tại với nhiều
tính n ng và ƣu điểm vƣợt trội.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu: xe máy, các loại phanh đang sử dụng trên xe máy, các tài

liệu, cơng trình nghiên cứu về MRF, các nghiên cứu về MRB, các tài liệu và thiết
ị, mơ hình có liên quan.
- Phạm vi nghiên cứu: trên cơ sở kế thừa các kết quả đã nghiên cứu, tiếp tục tính
tốn, lựa chọn cấu hình phanh, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, đánh giá hiệu quả,
kiểm tra về điều kiện nhiệt của MRB. Từ đó, đƣa ra kết luận và kiến nghị cho hệ
thống MRB trên xe máy để ứng dụng vào thực tế.
4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
4.1 Phương pháp luận
Trong nghiên cứu này, tiến hành tiếp cận theo phƣơng pháp lý thuyết kết hợp với
yêu cầu thực tiễn để đƣa ra đề xuất cấu hình phanh MRF thế hệ mới dùng cho xe
máy. Từ đó, tiến hành kiểm chứng ằng mơ phỏng dựa trên tính tốn lý thuyết để đi
đến kiểm chứng ằng thực nghiệm nhằm so sánh và đánh giá tính n ng và hiệu quả
của phanh MRF đƣợc đề xuất. Phƣơng pháp luận đƣợc thực hiện theo sơ đồ sau:
Cơ sở lý thuyết

Đề xuất cấu hình phanh
MRF thế hệ mới
Kiểm chứng ằng mơ phỏng
dựa trên tính tốn lý thuyết
Kiểm chứng thực nghiệm
So sánh và đánh giá
phanh MRF thế hệ mới

2

Yêu cầu thực tiễn


4.2 Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích lý thuyết: Phân tích phƣơng pháp luận từ các cơng trình khoa học liên

quan đƣợc công ố trong thời gian gần đây trên các tạp chí khoa học, các kỹ yếu hội
nghị khoa học trong nƣớc và quốc tế, trên các luận v n thạc s và các tài liệu liên
quan. Chọn lựa và phát triển các công cụ hiện đại phù hợp với vấn đề cần giải quyết
để xây dựng cơ sở lý thuyết và đề xuất phƣơng pháp thực hiện đề tài.
- Phân tích thực nghiệm: Giải pháp đƣợc đề xuất phải có tính ứng dụng trong thực
tế và tiến hành thí nghiệm trên mơ hình thực trong phịng thí nghiệm và trên mơ
hình xe máy thực tế, từ đó dựa trên các tập số liệu đo đạc từ mơ hình thực nhằm
kiểm chứng, đánh giá độ chính xác cũng nhƣ khả n ng ứng dụng của giải pháp đƣợc
đề xuất trong phần lý thuyết.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Phanh là cơ cấu quan trọng nhất trên xe máy, vì phanh là ộ phận giúp ngƣời lái có
thể kiểm sốt đƣợc tốc độ của xe, từ đó giảm thiểu khả n ng gặp va chạm giao
thông khi đi trên đƣờng và nhằm mục đích đảm ảo an tồn cho ngƣời lái xe. Đối
với các loại phanh sử dụng trên xe máy hiện nay, đều có nhƣợc điểm là: phanh phát
ra tiếng kêu lúc khơng điều khiển hoặc khi óp phanh, ị kẹt, ị ó gây khơng an
tồn cho ngƣời sử dụng, phanh sử dụng ố nên mòn nhanh, hệ thống điều khiển
cồng kềnh, phức tạp,… Do đó, để khắc phục những nhƣợc điểm trên thì MRB có
thể khắc phục đƣợc với những ƣu điểm nổi trội là: thời gian đáp ứng nhanh, n ng
lƣợng vận hành thấp, thiết kế và kết cấu đơn giản, khơng có hao mịn do ma sát rất
é, điều khiển dễ dàng,… Mặt khác, nhằm ứng dụng MRB trên xe máy có khả
quan, mang tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện và nhu cầu thực tế hiện nay, vì
vậy cần phải có kế hoạch nghiên cứu thiết kế, chế tạo cụ thể, nhất là cần phải có
thực nghiệm kiểm chứng trƣớc khi đƣa MRB ứng dụng trên xe máy. Từ đó, đảm
ảo an toàn tuyệt đối cho ngƣời sử dụng xe máy khi tham gia giao thơng. Vì vậy,
nhu cầu sử dụng MRB trên xe máy có ý ngh a thực tiễn, mang tính cấp thiết nhằm
đáp ứng tốt nhất cho ngƣời sử dụng xe máy với sự an toàn cao khi tham gia lƣu
thông trên đƣờng.

3



CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHANH LƢU CHẤT TỪ BIẾN VÀ
ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU
1.1

Giới thiệu lƣu chất từ biến MRF và các ứng dụng

- Lƣu chất từ iến là một loại lƣu chất thông minh đƣợc phát hiện ra n m 1940 ởi
J.Ra inow. Tuy nhiên, đến n m 1990, sau khi cải thiện và phát triển thì MRF mới
đƣợc ứng dụng và phát triển mạnh mẽ. MRF gồm 3 thành phần chính: các hạt từ
tính (chiếm từ 20-45%), chất lỏng nền và tổng hợp các chất phụ gia. Tổng hợp các
thành phần này tạo thành một hỗn hợp đồng nhất mà nó quyết định đến ứng suất
chảy dẻo lớn nhất, phạm vi nhiệt độ hoạt động, độ từ thẩm,...
- Nguyên lí hoạt động của MRF: ở trạng thái ình thƣờng, các hạt chuyển động tự
do và chất lỏng iểu hiện thuộc tính Newton nhƣ những chất lỏng ình thƣờng
khác. Tuy nhiên, khi có tác dụng của từ trƣờng ngồi, lƣu chất khơng cịn tn theo
thuộc tính Newton nữa mà chuyển sang thuộc tính Bingham, các hạt kim loại ên
trong lƣu chất này gắn kết lại với nhau theo dạng của đƣờng sức từ và có khả n ng
chống phá vỡ liên kết. Độ ền vững của liên kết này phụ thuộc vào độ lớn của từ
trƣờng ngồi đƣa vào. Hình 1.1 mơ tả ngun lý hoạt động của MRF.

Hình 1.1 Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trƣờng
- Một số ứng dụng cơ ản của MRF [1], [2], [3],[4]:
+ Phanh lƣu chất từ iến (MRB): có thể đáp ứng tƣơng tự nhƣ hệ thống ABS nhờ
vào khả n ng hoàn toàn điều khiển đƣợc với thời gian đáp ứng nhanh, khi kết hợp
với các loại cảm iến vận tốc. Ngồi ra cịn có những ƣu điểm nhƣ: n ng lƣợng vận
hành thấp, thiết kế và kết cấu khá đơn giản, không chiếm dụng khoảng không nhiều,
4



khơng có sự hao mịn do ma sát é, dễ dàng điều khiển, thời gian đáp ứng nhanh
(20ms). Hình 1.2 mô tả nguyên lý làm việc của phanh MRF thƣờng đƣợc sử dụng
trong các nghiên cứu trƣớc đây. Khi cấp dòng cho cuộn dây sẽ sinh ra từ trƣờng đi
qua khe lƣu chất, làm cho MRF kết chặt lại với nhau để hãm đ a phhanh.

Hình 1.2 Phanh lƣu chất từ iến truyền thống
+ Bộ phận giảm chấn dùng MRF: có tác dụng ảo vệ ộ phận đàn hồi cũng nhƣ dập
tắt dao động, khơng sử dụng lị xo mà vẫn đảm ảo đầy đủ về tính n ng hoạt động.
Hình 1.3 mơ tả ngun lý hoạt động của giảm chất MRF: khi cấp dòng cho cuộn
dây sẽ sinh ra từ trƣờng đi qua khe lƣu chất, làm cho MRF kết chặt lại với nhau để
cản trở sự chuyển động của piston nhằm dập tắt dao động.

Hình 1.3 Mơ hình giảm chấn MRF

5


+ Ứng dụng MRF chế tạo khối gá động cơ: dùng để gá đặt động cơ trên khung xe
để đảm ảo cho động cơ và các ộ phận truyền trên xe hoạt động ổn định, vì có thể
hồn tồn đáp ứng đƣợc yêu cầu trong việc điều chỉnh lực giảm chấn trong cơ cấu
gá. Hình 1.4 mơ tả ngun lý làm việc của khối gá động cơ MRF: khi từ trƣờng đi
qua khe lƣu chất, làm cho MRF kết chặt lại với nhau để giảm rung động của động
cơ lên khung xe.

Hình 1.4 Khối gá động cơ dùng MRF
+ Ứng dụng của MRF là van: có tác dụng tƣơng tự các loại van khác, tuy nhiên về
mặt kết cấu thì nó đơn giản và dễ dàng điều khiển hơn. Hình 1.5 mô tác nguyên lý
làm việc của van MRF: khi có từ trƣờng đi qua khe lƣu chất, làm cho MRF kết chặt
lại với nhau tạo nên các độ chênh lệch áp suất khác nhau của van, có thể điều khiển

thơng qua dịng điện cấp cho cuộn dây.

Hình 1.5 Cấu tạo van MRF

6


1.2

Các loại phanh dùng lƣu chất từ biến MRF

Trên thực tế, đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến hình dạng MRB nhằm
mục đích tối ƣu hóa hoạt động của phanh, ao gồm các loại nhƣ sau:
- Phanh đ a: là loại phanh thông dụng nhất [5], [6] và cũng là dạng thiết kế đầu tiên
của MRB. Đây là loại phanh chuẩn đƣợc tung ra thị trƣờng. Với ƣu điểm là dễ chế
tạo và đạt đƣợc nhiều kết quả tối ƣu về trọng lƣợng cũng nhƣ kích thƣớc. Tuy
nhiên, ứng dụng này lại khơng thích hợp trong trƣờng hợp vị trí lắp đặt của MRB
dạng hình trụ dài và nhỏ.

Từ thơng

Phốt
Trục
Vỏ phanh
Đ a phanh
MRF
Cuộn dây
Hình 1.6 Kết cấu MRB dạng đ a
- Phanh tang trống [7], [8]: có thể khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của loại phanh trên
vì lực phanh đƣợc tạo ra trên bề mặt trụ của tang trống, tuy nhiên nó tạo ra moment

qn tính khá lớn. Để khắc phục nhƣợc điểm này, dạng tang trống ngƣợc đã đƣợc
thiết kế và giảm đáng kể moment quán tính.

7


Hình 1.7 Phanh dạng tang trống
- Phanh dạng kết hợp [9]: là sự kết hợp giữa phanh dạng đ a và phanh dạng tang
trống nên khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của chúng. Thực tế nghiên cứu cho thấy,
phanh dạng kết hợp mang lại hiệu quả tối ƣu hơn.

Hình 1.8 Phanh dạng kết hợp
Nhằm tối ƣu hóa hơn nữa hiệu suất của phanh, một số dạng phanh khác dựa trên cơ
sở phanh dạng kết hợp cũng đƣợc nghiên cứu đến nhƣ: phanh dạng kết hợp với hai
cuộn dây và phanh dạng kết hợp với phần rotor dạng hình chữ T.

8


Hình 1.9 MRB dạng kết hợp với 2 cuộn dây

Hình 1.10 MRB dạng kết hợp có 2 cuộn dây với rotor dạng chữ T
Các nghiên cứu gần đây, có phanh dạng đ a mà cuộn dây quấn ở 2 ên vỏ, mỗi ên
có từ 1 đến 3 cuộn dây [10]. Hình 1.11 mơ tả cấu tạo và ngun lý làm việc của
MRB có 1 cuộn dây quấn ở mỗi ên vỏ.

9


Đa

Từ thơng
Khe lƣu chất

wc

Phốt
Trục
Vỏ phanh
Cuộn dây

Hình 1.11 MRB có 1 cuộn dây quấn mỗi ên vỏ
1.3

Các nghiên cứu về phanh MRF cho ô tô, xe máy

Hiện nay, trên thế giới đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến phanh lƣu chất
từ iến cho ô tô, xe máy nhƣ:
- Kerem Karakoc và các cộng sự [11]: đã đề xuất và thiết kế phanh MRF sử dụng
cho ô tô.
- Park và các cộng sự [12]: cũng chỉ tập trung vào nghiên cứu phanh MRF sử dụng
trong ô tô.
- Nguyen Q H and Choi S B, n m 2010 [13]: đã thiết kế tối ƣu phanh ô tô dùng lƣu
chất từ iến xem xét kích thƣớc hình học và nhiệt do ma sát ở trạng thái không
phanh gây ra. Nghiên cứu đã giảm đƣợc khối lƣợng phanh đáng kể và giữ đƣợc
moment phanh lớn hơn moment phanh yêu cầu.
- Nguyen Q H and Choi S B, n m 2012 [9]: đã thiết kế tối ƣu một loại phanh MRF
thế hệ mới cho xe máy kết hợp hƣớng từ trƣờng ngang qua mặt đầu và mặt trụ.

10



Mặc dù, đã có một số nghiên cứu phanh MRF cho xe máy, ô tô nhƣng các nghiên
cứu này chƣa thực nghiệm kiểm chứng và chƣa có ứng dụng thực tế. Các loại phanh
đ a hoặc phanh kết hợp giữa đ a và tang trống thì kết cấu cồng kềnh, khối lƣợng
lớn. Song, gần đây đã có nghiên cứu về phanh đ a với cuộn dây đặt ở hai ên vỏ
[10], việc này chỉ giúp cho việc chế tạo đƣợc thuận tiện và đơn giản hơn nhƣng khối
lƣợng và kích thƣớc phanh giảm không đáng kể. Tuy nhiên, với kết cấu phanh loại
này lại rất thuận lợi cho việc áp dụng phanh với nhiều cuộn dây hoặc phanh đ a có
dạng r ng cƣa đƣợc đề xuất trong nghiên cứu này để t ng moment phanh và giảm
khối lƣợng, kích thƣớc của phanh. Đó là động lực cơ ản để chọn và thực hiện đề
tài này. Hình 1.12 mơ tả iên dạng phanh MRF đ a có dạng r ng cƣa.

Hình 1.12 Đề xuất cấu hình phanh MRF đ a có dạng r ng cƣa

11


CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ
PHANH LƢU CHẤT TỪ BIẾN CHO XE MÁY
2.1

Lựa chọn lƣu chất từ biến MRF

Hiện nay, Lord Corporation đã vƣợt xa các nhà sản xuất khác về MRF, với 3 loại
lƣu chất MRF cơ ản sau:
- Loại MRF-122-2ED: có ứng suất trƣợt dẻo nhỏ nên lỏng do đó khơng đảm ảo đủ
moment cho ứng dụng trong phanh MRF.
- Loại MRF-132DG: có ứng suất trƣợt dẻo trung ình phù hợp sử dụng cho phanh.
- Loại MRF-140CG: có ứng suất trƣợt dẻo ở trạng thái ình thƣờng (khơng phanh)

cao, ma sát lớn nên khơng phù hợp sử dụng cho phanh xe máy khi chạy.
Trong đề tài này, ta chọn và sử dụng MRF-132DG là phù hợp nhất. Trong lƣu chất
này chứa 32% hạt sắt dựa trên hydrocar on dầu, các chất phụ gia khác, các chất
điều chỉnh ma sát. Kích thƣớc hạt từ 0,88 - 4,03 μm, với các thông số nhƣ sau [14]:
Bảng 2.1 Các thơng số thuộc tính của MRF132-DG
Property

Value/limits

Base fluid

Hydrocacbon

Operating temperature

-40 to 130 (oC)

Density

3090 (kg/m3)

Color

Dark gray

Weight percent solid

81.64 (%)

Coefficient of thermal expansion (calculated values)

0-50 (oC)
50-100 (oC)
100-150 (oC)

Unit volume per 0C
5.5e-4
6.6e-4
6.7e-4

Specific heat at 25 (oC)

800 (J/kg K)
o

Thermal conductivity at 25 ( C)

0.25-1.06 (W/m K)

Flash point

-150 (oC)

Viscosity (slope between 800 anh 500 Hz at 40oC)

0.09 (±0.02) Pa s

k

0.269 (Pa m/A)


β

1

12