thiết kế tối ưu phanh lưu chất từ biến xét đến các hình dạng khác nhau của vỏ phanh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

PHÒNG CÚN PẨU

THIẾT KẾ TỐI ƯU PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN
XÉT ĐẾN CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU
CỦA VỎ PHANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Cơ – Điện Tử
Mã số ngành: 60520114




TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM


PHÒNG CÚN PẨU

THIẾT KẾ TỐI ƯU PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN
XÉT ĐẾN CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU
CỦA VỎ PHANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Cơ – Điện Tử
Mã số ngành: 60520114

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN QUỐC HƯNG

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : ……………………………………….
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)


Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
TP. HCM ngày …… tháng …… năm …….
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
1. ……………………………………………………………
2. ……………………………………………………………
3. ……………………………………………………………
4. ……………………………………………………………
5. ……………………………………………………………
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa
(nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
TP.HCM, Ngày Tháng Năm
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Giới tính:
Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh:
Chuyên ngành: MSHV:

I- Tên đề tài:



II- Nhiệm vụ và nội dung:



III- Ngày giao nhiệm vụ:
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
V- Cán bộ hướng dẫn:


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
7
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
TS.Nguyễn Quốc Hưng, các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Phòng Cún Pẩu

8
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ
TP.HCM đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt, giúp tôi trang bị những kiến thức vô cùng quý
báu để tôi có thể hoàn thành khóa học.

Tôi xin gửi đếnTS. Nguyễn Quốc Hưng lòng tri ân sâu sắc nhất; khoảng thời gian
làm luận văn tuy không nhiều nhưng những kiến thức quý báu của thầy đã giúp em
hoàn thành luận văn Thạc Sĩ.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị lớp 12SCD11 đã cùng tôi sát cánh
trong suốt khóa học Thạc Sỹ tại trường, khoảng thời gian tuy không dài nhưng cũng để
lại nhiều kỉ niệm không thể phai mờ.
Phòng Cún Pẩu

9
TÓM TẮT
Trong thiết kế phanh lưu chất từ biến (MRB), hình dạng của vỏ phanh ảnh hưởng
rất đáng kể đến đặc tính hoạt động của phanh. Trong nghiên cứu này, các hình dạng
khác nhau của vỏ phanh như hình chữ nhật, hình đa giác, spline sẽ được xét đến và tìm
ra hình dạng thích hợp nhất. Trong nghiên cứu này, sau phần giới thiệu về lưu chất từ
biến và ứng dụng, các MRB với hình dạng khác nhau của vỏ phanh được giới thiệu và
momen phanh được xác tính toán dựa trên thuộc tính Bingham của lưu chất từ biến. Từ
đó bài toán thiết kế tối ưu MRB với các hình dạng khác nhau của vỏ phanh sẽ được
thực hiện. Bài toán tối ưu nhằm tìm ra giá trị kích thước tối ưu của phanh sao cho
phanh có thể tạo ra lực phanh theo yêu cầu trong khi khối lượng phanh là nhỏ nhất.
Công cụ tối ưu kết hợp với phương pháp phân tử hữu hạn được sử dụng để tìm ra kết
quả tối ưu của MRB. Từ kết quả đạt được, hình dạng thích hợp nhất của vỏ phanh sẽ
được xác định dựa trên khối lượng giảm đi của phanh.
10
ABSTRACT
In design of magneto-rheological brake (MRB), it is well-known that the shape of
the brake envelope significantly affects to performance characteristics of the brake. In
this study, different shapes of MR brake envelop such as rectangular, polygon, spline
shape of the envelope are considered and from which the most suitable shape is
identified. The MRBs with different shapes of the envelope are introduced followed by
the derivation of the braking torque based on Bingham-plastic behavior of the

magneto-rheological fluid (MRF). Optimal design of the MRB with different shapes of
the envelope is then performed. The optimization problem is to find optimal value of
significant geometric dimensions of the MRBs that can produce a certain required
braking torque while their mass is minimized. A finite element analysis integrated with
an optimization tool is employed to obtain optimal solutions of the MRBs. From the
results, the most suitable shape of the brake envelope is identified and discussed with
the reduction of mass
11
MỤC LỤC
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Tóm tắt iii
Abstract iv
Mục lục v
Danh mục các từ viết tắt vii
Danh mục các bảng vii
Danh mục các hình ảnh viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài 1
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1
1.4. Nội dung nghiên cứu của đề tài 1
1.5. Phương pháp nghiên cứu của đề tài 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƯU CHẤT TỪ BIẾN 4
2.1. Lịch sử nghiên cứu 4
2.2. Nguyên lý hoạt động 5
2.3. Ứng dụng 6
2.3.1. Phanh ly hợp 6
2.3.2. Giảm chấn 8
2.3.3. Khối gá động cơ 9

2.3.4. Haptics 11
2.3.5. Valve 12
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LƯU CHẤT TỪ BIẾN 14
3.1. Giới thiệu chung 14
3.2. Mô hình Bingham 14
12
3.3. Mô hình Herchel-Berkerly 15
CHƯƠNG 4: PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN VỚI CÁC HÌNH DẠNG VỎ
PHANH 17
4.1. Các dạng vỏ phanh 17
4.2. Mô hình toán của phanh lưu chất từ biến 21
4.3. Các phương pháp giải bài toàn từ trường của phanh 25
4.3.1. Phương pháp giải tích 25
4.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn 27
4.3.3. Các mô hình FEM để giải các phanh lưu chất từ biến trong nghiên cứu
này sử dụng ANSYS 30
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ TỐI ƯU PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN VỚI CÁC
HÌNH DẠNG KHÁC NHAU CỦA VỎ PHANH 31
CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 46
6.1. Mô hình thực nghiệm 46
6.2. Kết quả thí nghiệm 49
6.3. Nhận xét và đánh giá kết quả 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
13
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MRF Lưu chất từ biến
MRB Phanh lưu chất từ biến
FEA Phân tích phần tử hữu hạn
FEM Phương pháp phần tử hữu hạn
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 5. 1 Đặc tính từ các bộ phận của phanh
Bảng 5. 2 Tính chất lưu biến của lưu chất từ biến
14
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1 Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trường
Hình 2.2 Cấu tạo cơ bản của MRB
Hình 2.3Cấu tạo cơ bản của giảm chấn sử dụng lưu chất từ biến
Hình 2.4Cấu tạo cơ cấu gá động cơ
Hình 2.5 Găng tay MR
Hình 2.6 Cấu tạo van MR
Hình 3.1 Biểuđồ tương quan giữa chất lỏng Newton và nhựa Bingham
Hình 4.1 Kết cấu MRB dạng đĩa
Hình 4.2 Kết cấu MRB dạng tang trống
Hình 4.3 Kết cấu MRB dạng kết hợp
Hình 4.4 MRB dạng kết hợp với 2 cuộn dây
Hình 4.5 MRB dạng kết hợp có 2 cuộn dây với rotor dạng chữ T
Hình 4.6 phần tử MRF trong khe lưu chất
Hình 4.7 Đường cong B-H của thép silic và MRF
Hình 4.8 Lưu đồ thiết kế tối ưu thiết bị MRF sử dụng FEM
Hình 4.9 Mô hình FEM để giải bài toán từ trường của MRB
Hình 5.1 MRB biên dạng vỏ hình chữ nhật
Hình 5.1MRB biên dạng vỏ đa giác 5 cạnh
Hình 5.3 MRB biên dạng vỏ đa giác 7 cạnh
Hình 5.4 MRB biên dạng vỏ spline
Hình 5.5 Kết quả tối ưu của MRB biên dạng vỏ hình chữ nhật
Hình 5.6 Kết quả tối ưu của MRB biên dạng vỏ hình đa giác 5 cạnh
Hình 5.7 Kết quả tối ưu của MRB biên dạng vỏ hình đa giác 7 cạnh
Hình 5.8 Kết quả tối ưu của MRB biên dạng vỏ Spline
Hình 5.9 Tương quan giữa khối lượng và momen phanh sử dụng chất lưu MRF-132-DG
Hình 5.10 Tương quan giữa khối lượng và momen phanh sử dụng chất lưu MRF-140-DG

15
Hình 6.1 Bản vẽ Phanh biên dạng vỏ Spline
Hình 6.2 Bản vẽ MRB biên dạng vỏ Spline
Hình 6.3 Mô hình thí nghiệm phanh MR tại phòng thí nghiệm SSSLab
Hình 6.4 Kết quả thực nghiệm đo momen phanh
16
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Được phát hiện lần đầu tiên vào những năm 40 của thế kỉ 20, tuy nhiên cho đến đầu
những năm 1990, MRF mới chính thức được đưa vào nghiên cứu và phát triển. Ngày
nay, cụm từ “Lưu chất thông minh” (Smart fluid) đã không còn xa lạ đối với các nhà
khoa học khi nó ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng nhiều. Khi nói đến lưu chất
thông minh, ta thường nhắc đến lưu chất MR và lưu chất ER; mặc dù cách thức hoạt
động của chúng tương tự nhau; tuy nhiên nhờ vào khả năng chịu ứng suất chảy cao hơn
nên các cơ cấu dựa trên MRF đã được nghiên cứu và ứng dụng tương đối nhiều hơn
như giảm chấn, phanh, khớp nối li hợp[
1
,
2
]…
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Phanh lưu chất từ biến đã và đang dần dần được nghiên cứu và ứng dụng rộng rải
đặc biệc trong lĩnh vực ô tô. Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu trên phanh lưu chất từ
biến đều tập trung vào phanh có biên dạng mặt cắt hình chữ nhật. Vậy, câu hỏi được
đặt ra là liệu có phải hình dáng hiện tại của vỏ phanh là tối ưu nhất hay không?
Để trả lời câu hỏi trên, đề tài sẽ xét đến một số biên dạng khác nhau của vỏ phanh
như poligon, spline, từ đó tìm ra thiết kế tối ưu nhất của vỏ phanh mà vẫn đảm bảo tính
năng hoạt động của phanh.
Việc xác định hình dạng nào của vỏ phanh là tối ưu hơn sẽ được dựa trên khối
lượng tối ưu của phanh ứng với lực phanh tương ứng.

1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Thiết kế tối ưu hóa phanh lưu chất từ biến xét đến các hình dạng khác nhau của vỏ
phanh.
Đề xuất hình dạng tối ưu cho vỏ phanh
1.4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Với mục tiêu đã đặt ra, đề tài sẽ tập trung vào một số nội dung sau:
- Tìm hiểu về phanh lưu chất từ biến
17
- Xây dựng bài toán tối ưu thiết kế phanh lưu chất từ biến với các hình dạng khác
nhau của vỏ phanh.
- Giải bài toán tối ưu dựa trên công cụ tối ưu của phương pháp phần tử hữu hạn
- Tổng hợp kết quả tối ưu
- Thực nghiệm kiểm chứng kết quả
1.5. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
1.5.1 Phương pháp luận
Thiết kế tối ưu hóa phanh lưu chất từ biến xét đến các hình dạng khác nhau của vỏ
phanh là nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng vỏ phanh đến khả năng hãm mô men
của phanh lưu chất từ biến
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp sử dụng để đạt được mục tiêu đã đề ra:
- Nội dung 1: Tìm hiểu các loại phanh lưu chất từ biến
+ Thu thập các tài liệu nghiên cứu liên quan đến MRB
+ Tìm hiểu các bài báo trong và ngoài nước liên quan đến MRB
- Nội dung 2: Xây dựng bài toán tối ưu thiết kế phanh lưu chất từ biến với các hình dạng
khác nhau của vỏ phanh
+ Dựa trên những tài liệu thu thập được, lần lược xây dựng bài toán thiết kế phanh
với các hình dạng vỏ phanh khác nhau được đề xuất là hình chữ nhật, hình đa giác và
spline
- Nội dung 3: Giải bài toán tối ưu
+ Bài toán được giải dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn từ đó xác định hình

dạng nào sẽ tạo ra mô men hãm tối ưu nhất.
- Nội dung 4: Tổng hợp kết quả tối ưu
+ So sánh các kết quả thu được dựa trên mô men hãm và khối lượng tối thiểu có thể
đạt được của từng kiểu vỏ phanh
- Nội dung 5: Thực nghiệm kiểm chứng kết quả
18
+ Kết quả tối ưu được kiểm chứng thực nghiệm chế tạo đối với hình dạng vỏ phanh
tối ưu nhất sau đo sẽ kiểm chứng lại momen phanh có đạt yêu cầu đề ra hay không.
+ Sơ đồ thử nghiệm gồm có các bộ phận chính : động cơ để tạo ra momen quay, bộ
cảm biến đo momen và phanh lưu chất từ biến
19
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN
2.1. Lịch sử nghiên cứu
2.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay trên thế giới đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến lưu chất từ
biến
- Kerem Karakoc, Edward J. Park *, Afzal Suleman(2008) với bài báo “Design
considerations for an automotive magnetorheological brake”đã nghiên cứu thiết kế
MRB sử dụng cho ô tô.
- Park, E.J., L. Falcao da Luz, and A. Suleman(2008) với bài báo “Multidisciplinary
Design Optimization of an Automotive Magnetorheological Brake” cũng tập trung vào
MRB sử dụng trong ô tô
2.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Do còn hạn chế về mặt tiếp cận và ứng dụng công nghệ mới nên những nghiên cứu
trong nước còn hạn chế, chỉ có một số ít tác giả nghiên cứu về lĩnh vực này như là sự
khởi đầu về nghiên cứu MRF trong nước.
- Nguyễn Quốc Hưng, Nguyễn Ngọc Điệp, Nguyễn Viễn Quốc, Lăng văn Thắng đã có
bài viết “Thiết kế tối ưu cơ cấu gá động cơ có lực nhớt lớn dùng lưu chất từ biến”, đã
nghiên cứu về ứng dụng MRFtrong cơ cấu gá động cơ. Bài nghiên cứu “Thiết kế tối ưu
phanh lưu chất từ biến không dùng ống cách từ” đã tối ưu hóa kích thước của phanh.

Ngoài ra các tác giả trên cũng có nhiều nghiên cứu chung với các tác giả nước
ngoài khác liên quan đến lưu chất từ biến như bài báo: Selection of magnetorheological
brake types via optimal design considering maximum torque and constrained volume,
Smart Mater. Struct. 21(1), 2012, pp. 015012 do hai tác giả Q. H. Nguyen and S. B.
Choi đã đề cập đến việc chọn lựa phanh lưu chất từ biến bằng việc tối ưu thiết kế xét
đến mô men cực đại và thể tích cho trước…
2.2. Nguyên lý hoạt động
20
Lưu chất từ biến (MRF) là một dạng của lưu chất thông minh, bao gồm
Hydrocarbon tổng hợp hoặc silicon kết hợp với thể huyền phù của các hạt từ tính.
Thêm vào đó, để loại bỏ sự kết tủa của các hạt có khối lượng lớn khi MRF ở trạng thái
lỏng, chất hoạt tính bề mặt, hạt nano, hạt nano từ hóa, hoặc những hạt được phủ từ tính
sẽ được thêm vào. Sự kết tủa sẽ làm ảnh hưởng lớn đến đặc tính hoạt động của MRF.
Ở trạng thái bình thường, các hạt chuyển động tự do và chất lỏng biểu hiện thuộc
tính Newton như những chất lỏng bình thường khác. Tuy nhiên khi có tác dụng của từ
trường ngoài, lưu chất không còn tuân theo thuộc tính Newton nữa mà chuyển sang
thuộc tính Bingham, các hạt kim loại bên trong lưu chất này gắn kết lại với nhau theo
dạng của đường sức từ và có khả năng chống phá vỡ liên kết. Độ bền vững của liên kết
này phụ thuộc vào độ lớn của từ trường ngoài đưa vào.
Hình 2. 1 Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trường
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các tính chất lưu biến của MRF như mật độ, kích
thước của hạt, sắp xếp hình dạng, đặc tính của dòng chất lỏng mang hạt tải điện, chất
thêm vào, nhiệt độ và từ trường đặt vào…Sự liên quan của các yếu tố này rất phức tạp
và quan trọng trong việc xây dựng các phương pháp để cải thiện tính chất của dòng
chất lỏng cho các ứng dụng phù hợp. Để hoạt động tốt, MRF phải có độ nhớt và độ
kháng từ của các hạt thấp mà không ảnh hưởng đến từ trường bên ngoài và có thể đạt
được ứng suất tối đa khi có đủ từ trường tác động.
21
Thông thường để làm tăng ứng suất của MRF, người ta thường tăng các thành phần
khối lượng của các hạt MR hoặc tăng cường độ của từ trường bên ngoài. Tuy nhiên,

trong tính toán thiết kế, kích thước và hình dạng của các thiết bị sử dụng MRF ảnh
hưởng đáng kể đến việc tiêu hao năng lượng của thiết bị ứng dụng nó.
2.3. Ứng dụng
Hiện nay, MRF đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng khá rộng rãi trên thế giới;
Trong các ứng dụng, MRF thường được ứng dụng dưới ba dạng chính: dòng chảy
(flow mode), trượt (shear mode) và nén (squeeze mode).
2.3.1. Phanh, ly hợp
Phanh là một bộ phận cốt yếu trong ô tô, nếu hệ thống phanh được sử dụng kịp thời
và hiệu quả thì số vụ tai nạn liên quan đến phanh sẽ được giảm thiểu hoàn toàn. Khi
một lực phanh được tạo ra do người lái xe mà lớn hơn lực ma sát của lốp, lúc đó bánh
xe sẽ bị hãm chặt hay bó cứng lại. Do xe đang chuyển động với vận tốc cao nên các
bánh xe sẽ bị trượt trên đường, điều này làm mất khả năng điểu khiển của lái xe, và xe
có thể trượt về phía trước một khoảng cách không xác định được hoặc có thể xảy ra bất
kỳ chuyện gì không biết trước do mất điều khiển xe.
Hiện nay, hệ thống phanh ABS đã cải thiện được sự cố trên, các má phanh sẽ liên
tục hoạt động để sinh ra một lực bám cần thiết giúp các bánh xe vẫn chuyển động được
mà không bị bó cứng như hệ thống phanh thông thường điều này cũng làm cho vỏ xe
không bị mài mòn xuống mặt đường.
Hệ thống phanh ABS bao gồm từ 1 đến 4 thiết bị cảm biến vận tốc được gắn trên
trụ phanh ở các bánh xe, hệ thống bơm và kiểm soát dầu thủy lực, hệ thống điều khiển
điện tử. Các xe hiện nay đang được gắn một trong hai hệ thống phanh phổ biến là loại
1 cảm ứng vận tốc hoặc 4 cảm ứng vận tốc. Loại có 4 cảm ứng vận tốc ngoài việc
chống bó cứng bánh xe nó còn có nhiệm vụ kiểm soát tốc độ bánh xe (không cho bánh
xe trượt trên mặt đường khi bắt đầu chuyển động).
22
Hệ thống phanh lưu chất từ biến (MRB) hiện nay hoàn toàn có thể đáp ứng tương
tự như hệ thống ABS. Nhờ vào khả năng hoàn toàn điều khiển được với thời gian đáp
ứng nhanh, khi kết hợp với các loại cảm biến vận tốc… ta hoàn toàn có thể điều khiển
phanh nhấp nhả như những gì hệ thống ABS có thể làm.
Ngoài ra, MRB còn có nhiều ưu điểm khác:

- Năng lượng vận hành thấp: chỉ cần cung cấp dòng điện tối đa 3A thì MRB đã có thể
đạt được yêu cầu phanh hoàn toàn.
- Thiết kế và kết cấu khá đơn giản.
- Không cần hệ thống thủy lực đồng nghĩa với việc không có ống dẫn thủy lực nên sẽ
không chiếm dụng khoảng không nhiều.
- Không có ma sát giữa các bộ phận kim loại với nhau nên sẽ không có sự hao mòn
do ma sát.
- Dễ dàng điều khiển, đặc biệt chỉ cẩn phanh thông qua sợi dây điện.
- Thời gian đáp ứng nhanh: 20ms
Bộ ly hợp MR cũng được nghiên cứu chế tạo dựa trên những ưu điểm trên của
MRB
Magnec Coil
Staonary Housing
Magnec Flux
MRF
Rotary Disk
Shaf
23
2.3.2. Giảm chấn
Giảm chấn (damper) là một bộ phận không thể thiếu trong ô tô cũng như nhiều máy
móc khác, nó có tác dụng bảo vệ bộ phận đàn hồi cũng như dập tắt dao động. Hầu hết
các loại giảm chấn thông thường đều có độ cứng không thay đổi, vì vậy nếu mặt độ
nhấp nhô của mặt đường trùng với tần số dao động của thiết bị giảm chấn hoặc độ nhấp
nhô mặt đường quá lớn thì hiệu quả của giảm chấn sẽ giảm đi đáng kể hoặc thậm chí là
vô hiệu.
Việc thiết kế bộ giảm chấn có khả năng điều chỉnh độ cứng trở nên cần thiết vì nó
có thể bù đắp những khuyết điểm của bộ giảm chấn thông thường, với khả năng điều
khiển được, MRF đã được nghiên cứu và ứng dụng trong thiết kế giảm chấn. Nó có
khả năng tùy biến độ cứng của giảm chấn phụ thuộc vào độ nhấp nhô của mặt đường
Hình 2. 2 Cấu tạo cơ bản của MRB

Floang Piston
Gas Chamber
Piston Guide
MR Fluid Flow
Housing
Outer Piston
Inner Piston
Magnec Circuit
Coil
MR Fluid
Piston Shaf
24
làm cho dao động được dập tắt nhanh nhất, hiệu quả nhất mà người ngồi trên xe vẫn
cảm thấy thoải mái nhất.
Về mặt kết cấu, giảm chấn sử dụng MRF có cấu tạo hoàn toàn khác so với các loại
giảm chấn thông thường khi nó hoàn toàn không sử dụng lò xo mà vẫn đảm bảo đầy đủ
về tính năng hoạt động.
2.3.3. Khối gá động cơ
Cơ cấu gá động cơ (engine mount) là một bộ phận quan trọng trong xe hơi, tàu
thủy…nó dùng để gá đặt động cơ trên khung xe và đảm bảo cho động cơ và các bộ
phận truyền động (động cơ - hộp số - trục cát đăng) trên xe hoạt động ổn định. Cơ cấu
gá động cơ còn được sử dụng để giảm những rung động từ động cơ truyền tới khung xe
Hình 2. 3 Cấu tạo cơ bản của giảm chấn sử dụng lưu chất từ biến
25
nhờ đó mà người ngồi trong xe cảm thấy thỏa mái hơn. Nhiều kiểu cơ cấu gá động cơ
đã được nghiên cứu và phát triển, trong đó một số kiểu đã được đưa vào sản xuất và
cung cấp trên thị trường.
Việc phân loại gá động cơ có thể dựa vào tác động của nguồn năng lượng bên
ngoài, về cơ bản, cơ cấu gá động cơ có thể chia làm ba loại: loại thụ động (passive
mount), chủ động (active mount) và bán chủ động (semi-active mount). Loại cơ cấu gá

động cơ thụ động thường hay sử dụng là cơ cấu gá bằng vật liệu cao su (rubber mount),
loại này đã được sử dụng rộng rãi từ thập niên 30 thế kỷ trước, ưu điểm của loại này là
kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ và dễ bảo trì thay thế. Cơ cấu gá động cơ bằng cao su
có hệ số giảm chấn thấp, hoạt động hiệu quả ở tần số hoạt động cao nhưng không hoạt
động tốt trong những tần số cộng hưởng. Để giải quyết những hạn chế này, môt số cơ
cấu gá động cơ bằng thủy lực (hydraulic mount) được phát triển và ứng dụng trong một
số dòng xe. Gá động cơ thủy lực sử dụng quán tính do dòng chảy của chất lỏng giữa
hai khoang đàn hồi (làm bằng cao su). Độ cứng động lực của cơ cấu gá động cơ bằng
thủy lực cao nhưng lại không giảm được những rung động ngoài dải cộng hưởng như
cơ cấu gá bằng cao su, đặc biệt là vùng có tần số cao.
Để cải thiện hoạt động, cơ cấu gá động cơ dạng chủ động được phát triển và đã được
sử dụng trên thị trường. Dạng cơ cấu này sử dụng một lực tác động từ bên ngoài và có
thể dùng các thuật toán điều khiển để hệ thống gá hoạt động tốt hơn trong những
trường hợp có những dao động bất thường. Hệ thống gá động cơ chủ động có khả năng
hoạt động tốt hơn trong một dải tần số rộng, nhưng nó không được sử dụng rộng rãi vì
cơ cấu phức tạp, cần năng lượng lớn và giá thành cao. Những hạn chế trên có thể được
giải quyết bằng việc ứng dụng cơ cấu gá động cơ bán chủ động. Cơ cấu này thường
bao gồm một cơ cấu gá bị động tích hợp với một hệ thống tự động điều chỉnh lực gảm
chấn. Vì vậy, cơ cấu gá bán chủ động có thể hoạt động như mong muốn mà không cần
nguồn năng lượng lớn cũng, kết cấu không quá phức tạp và giá thành vừa phải.