BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ
NỘI -------------------------------

Luyện Văn Hiếu

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ
THU HỒI ĐỂ TÁI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BẰNG HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
KHI PHANH XE CƠ GIỚI
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số: 9520116

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2019


Công trình được thực hiện tại:
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
-------------------------------

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Ngô Sỹ Lộc
2. TS. Trần Khánh Dương

Phản biện 1: ……………………………………..…….
Phản biện 2: ………………………………………..….
Phản biện 3: ……………………………………………

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án

6. Luyen Van Hieu, Ngo Sy Loc, Tran Khanh Duong (2018). Studying
hydraulic regenerative braking system on the dump truck. The first
International Conference on Fluid Machinery and Automation Systems
2018, page 68-73;
7. Luyen Van Hieu, Ngo Sy Loc, Tran Khanh Duong, Pham Van Hai and
Dong Minh Tuan (2018). Modeling and simulating specialized vehicle
regenerative braking system. The first International Conference on
Fluid Machinery and Automation Systems 2018, page 347-352.

3


1. MỞ ĐẦU
1.1. Lý do lựa chọn đề tài
Hiện nay, năng lượng hóa thạch truyền thống đang dần cạn kiệt [1], để
phát triển bền vững kinh tế, cũng như bảo vệ môi trường là yêu cầu cấp
bách đối với mọi quốc gia.
Ngày 25 tháng 11 năm 2015 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết
định phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến
năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050. Do vậy vấn đề tiết kiệm năng
lượng, cũng như khai thác các nguồn năng lượng tái tạo đang được ưu tiên
phát triển ở nước ta hiện nay [2].
Hiện nay xe chuyên dùng sử dụng thu gom chở rác ở nước ta với số lượng
lớn [3], hệ thống phanh của dòng xe này đang sử dụng thường là hệ thống
phanh dạng ma sát, trong quá trình phanh hãm xe, hệ thống phanh kiểu này
thực hiện biến đổi động năng của xe sang nhiệt năng, tiêu tán ra môi trường
xung quanh, không được thu hồi, hơn nữa do đặc điểm khai thác mà dòng xe
này có tần xuất phanh dừng cao, công suất phanh lớn, dẫn đến sự lãng phí
năng lượng, ngoài ra còn sản sinh ra lượng khí phát thải lớn gây
ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên để thay thế hết các dòng xe đang lưu hành

+ Nghiên cứu thực nghiệm: Hệ thống được thiết kế, lựa chọn, chế tạo,
lắp đặt, thử nghiệm, tỉ lệ thu năng đã được đánh giá và so sánh với kết quả
nghiên cứu lý thuyết.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án đã vận dụng nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để
chỉ rõ cụ thể phương pháp thu năng lượng động năng trong quá trình
phanh xe chuyên dùng thu gom rác bằng hệ thống truyền động thủy lực sử
dụng bình áp năng thủy lực để tích trữ, năng lượng thu được sẽ được tái sử
dụng trên chính phương tiện xe đó.
Công nghệ phanh thu năng lượng động năng xe cơ giới ngày càng
được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước, tuy nhiên ở nước ta nghiên cứu về
công nghệ này còn hạn chế, do đó nội dung nghiên cứu của luận án góp
phần vào kho nguồn tài liệu bổ trợ cho các nhà sản xuất xe chuyên dùng ở
nước ta, thúc đẩy sự phát triển hệ thống phanh thu động năng bằng hệ
thống truyền động thủy lực sử dụng bình áp năng thủy lực lắp trên dòng
xe chuyên dùng thu gom rác.
1.5. Các điểm mới của luận án đạt được
- Đề xuất được cấu hình hệ thống phanh thu năng lượng động năng bằng
hệ thống truyền động thủy lực lắp đặt trên xe chuyên dùng thu gom chở
rác tải trọng 2,5 tấn;
- Thiết kế, chế tạo, lắp đặt và thử nghiệm thành công hệ thống phanh thu
năng lượng động năng bằng hệ thống truyền động thủy lực lắp đặt trên đối
tượng xe chuyên dùng thu gom rác 2,5 tấn;
- Đánh giá tỉ lệ thu năng của hệ thống phanh thu năng thủy lực trên xe
chuyên dùng thu gom rác loại 2,5 tấn theo chế độ vận hành xe như: thay đổi
tay số truyền - vận tốc xe, áp suất bình áp năng thủy lực và khối lượng xe;

5



Phanh thêng cña xe

2

ÐT4 (chÕ ®é off)
Hép
PTO

1

CLPTO

Ly hîp
§éng c¬

Hép sè sµn
CL

CLPTO
pacc

V1

Bé ®iÒu khiÓn
Arduino Uno R3

12

Br
CL

r1

A

ZP
1

p1

P

b

a

L

bx

r

bx

P

BP

r2

pp


i

Ly hîp

§éng c¬

bxp

B¬m thñy lùc

Hép PTO

Thïng chøa dÇu

ptc

Hép sè MT

i0

§êng truyÒn c«ng suÊt khi phanh

Hình 2. 3 Sơ đồ quá trình phanh bằng hệ thống phanh thu năng thủy lực


Tỉ lệ thu năng lượng α
Để đánh giá khả năng thu năng của hệ thống phanh thu năng thủy
lực, ta xác định tỉ lệ thu năng lượng phanh trong một lần phanh, thông số
tỉ lệ thu năng α là thương số giữa năng lượng thu được vào bình tích áp




k -1

(2.49)

100%

a



7

−1







(2.50)


pgo – áp suất làm việc ban đầu của khí [N/m2]
Vgo - thể tích làm việc ban đầu của khí tương ứng với pgo
[m3] pg - áp suất của khí nén [N/m2]
Vg - thể tích của khí khi bị nén tương ứng với pg [m3]


]

(2.52)

2
m – khối lượng xe [kg];
vo- vận tốc xe phanh ban đầu [1/s];
vt- vận tốc xe ở thời điểm ngừng phanh t [1/s];
Jbxi -mô men quán tính bánh xe thứ i [kgm2];
ωbxo-vận tốc góc bánh xe ở vận tốc phanh ban đầu[rad/s];
ωbxt-vận tốc góc bánh xe ở thời điểm dừng phanh
t[rad/s]; n – số bánh xe
2.1.3. Một số phương án tái sử dụng năng lượng động năng
Năng lượng tích trữ được trong quá trình phanh thu năng có thể được
tái sử dụng hỗ trợ di chuyển hoặc phục vụ cơ cấu nâng hạ như cấu hình
thể hiện phương án hình 2.16 và Hình 2.22; Cấu hình này có thể được ứng
dụng trên dòng xe chuyên dùng tự đổ sử dụng thu gom rác và các xe
chuyên dùng có tính năng tương đương.

8


13
12

pacc

1


Ly hîp

CLPTO

Hép sè sµn

§éng c¬
CL
CLPTO
pacc
Br
CL

V1Bé ®iÒu khiÓn

Arduino Uno R3

Hình 2. 16 Sơ đồ phương án hệ thống thu năng thủy lực và tái sử dụng lại
năng lượng vào hệ thống công tác chuyên dùng nâng hạ ben thủy lực (chế độ
phanh thu năng)
14

13

15
1
V2
12
S¬ ®å bµn ®¹p phanh
pacc

1

CLPTO

Ly hîp
§éng c¬

Hép sè sµn
CL
CLPTO

V1
V2

Bé ®iÒu khiÓn
Arduino Uno R3

pacc
Br
CL

M¹ch ®iÖn ®iÒu khiÓn

Hình 2. 22 Sơ đồ hệ thống phanh thu năng thủy lực phương án thay cụm bơm
thủy lực

9


2.2 Khảo sát khả năng thu năng của hệ thống phanh thu năng thủy



trường hợp này hệ thống thu năng thủy lực cùng hoạt động và đã thu được
Ea =3079 (J) đạt tỉ lệ thu năng α = 4.55%;
- Trong trường hợp nếu xe hoạt động được trong điều kiện đảm bảo, ta
có thể phanh hãm xe hoàn toàn bằng hệ thống phanh thu năng thủy lực khi
đó năng lượng thu được lên đến E a = 18429 (J) tỉ lệ thu năng tăng cao đạt
đến mức α = 27,25%.
2.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của áp suất làm việc ban đầu khác nhau
pgo

Hình 3. 8 Biểu đồ vận tốc xe trong
quá trình phanh trường hợp pgo khác
nhau

Hình 3. 15 Biểu đồ áp suất bình áp
năng trong quá trình phanh trường
hợp pgo khác nhau

Với áp suất làm việc ban đầu của bình áp năng, với áp suất càng tăng
thì thời gian dừng xe tph cành nhanh (tph = 16,78; 13,8; 11,7; 10,2 s), tỉ lệ
thu năng α càng tăng lên (α = 26,05; 28,76; 30,63; 32%)
.
2.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của vận tốc phanh ban đầu khác nhau

Hình 3. 3 Biểu đồ vận tốc xe trong
quá trình phanh thu năng ở các
trường hợp vận tốc phanh ban đầu
khác nhau theo các tay số


thu hồi năng lượng động năng

Hình 3. 42 Biểu đồ áp suất bình áp Hình 3. 7 Biểu đồ vận tốc xe trong
năng trong quá trình phanh thu năng quá trình phanh thu năng lượng xe
lượng lưu lượng riêng dp khác nhau
lưu lượng riêng dp khác nhau

12


Từ kết quả nghiên cứu quá trình phanh thu năng lượng động năng từ vận
tốc ban đầu phanh vo=30km/h, ∆Ev =91937(J) trên xe mô hình để ở tay số 3,
cùng áp suất bình áp năng thủy khí đặt ở 85(bar), nghiên cứu quá trình phanh
ở 3 trường hợp: dp=8.4cc/rev; 14cc/rev; 25cc/rev; ta nhận thấy, lưu lượng
riêng của bơm thủy lực càng lớn năng lượng thu được càng tăng (Ea
= 20059; 25066; 33265(J), tỉ lệ thu năng α = 21,8%; 27,3%; 36,2%).
2.3 Khảo sát quá trình tái sử dụng năng lượng từ bình áp năng
2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng riêng mô tơ thủy lực dm
Trong nghiên cứu này, ta sử dụng kết quả thu năng trong một lần phanh ở
tốc độ 30km/h, ở tay số 3, áp suất làm việc ban đầu p go =85bar, kết quả thu
được áp suất pmax = 101,05 bar, với số liệu này ta sẽ đánh giá khả năng tăng
tốc xe khi hoạt động tái sử dụng năng lượng từ mức áp suất p max = 101,05 bar
giảm về đến áp suất dừng hoạt động hệ thống pstop= pgo =85bar.

Hình 3. 89 Biểu đồ vận tốc xe

Hình 3. 91 Biểu đồ quãng đường di

trường hợp dm khác nhau


lượng bình áp năng theo các mức áp suất khác nhau, một lần nữa đã thể
hiện rõ hơn về khả năng tái sử dụng của hệ thống. Với mức áp suất thu
được từ quá trình phanh khác nhau càng lớn (p ga= 100; 125;150bar) thì
quãng đường di chuyển tăng (S keomax=13; 29; 40 m), vận tốc xe lớn nhất
tăng (vxemax =4,79; 8,47; 11,19 km/h).
2.4 Nghiên cứu thực nghiệm
2.4.1 Mục đích và phạm vi nghiên cứu
 Mục đích thực nghiệm
Trong nghiên cứu của luận án, chương 4 cần đạt được mục tiêu sau:
Đánh giá tính khả thi của mô hình đề xuất, đồng thời kiểm chứng mô hình
lý thuyết đã được nghiên cứu ở chương 2, 3 của luận án.
 Phạm vi thực nghiệm

14


Thí nghiệm đo các thông số cơ bản là áp suất bình áp năng thủy lực và
vận tốc xe trong quá trình phanh từ vận tốc phanh ban đầu v o đến khi
dừng xe theo các trường hợp:
- Thay đổi áp suất làm việc ban đầu của bình áp năng thủy lực;
- Thay đổi vận tốc xe theo các tay số tương ứng;
- Thay đổi khối lượng xe khác nhau.
2.4.2 Đối tượng thực nghiệm và phương pháp đo
2.4.2.1 Đối tượng thực nghiệm
Đối tượng xe ô tô chuyên dụng thu gom rác loại 2,5 tấn
Từ kết quả khảo sát ở chương 3, các thiết bị trên hệ thống phanh thu
năng lượng đã được lựa chọn phù hợp với mô hình xe thực nghiệm.

Hình 4. 2 Ảnh bơm bánh
răng thủy lực trên xe

Sai

Có Br ?
Sai

Pacc < Pmax?
§óng

ChÕ ®é t¸i

Göi tÝn hiÖu ®Õn V1

sö dông
KÕt thóc

Hình 4. 6 Ảnh bộ điều khiển sử dụng mạch
Arduino Uno R3 gắn trên ca bin xe

Hình 4. 7 Lưu đồ thuật toán
điều khiển mô hình hệ thống
thu năng thủy lực

2.4.2.2 Phương pháp đo
Thông số cơ bản trong quá trình đo là áp suất bình áp năng thủy lực
và vận tốc xe được đã được xây dựng.
 Đo vận tốc xe
16


Để đo vận tốc xe trong quá trình phanh xe, luận án đã xây dựng hệ

Analog A0 trên Card Arduino Uno R3. Kết quả giá trị tín hiệu đo được
theo đơn vị áp suất là bar, trục thời gian là giây (s).

Hình 4. 9 Sơ đồ cấu trúc đo áp suất bình áp năng thủy khí trên mô hình
thí nghiệm xe chuyên dùng

2.5 Kết quả thực nghiệm
Kết quả giá trị đo được là giá trị áp suất bình áp năng thủy khí (giá trị
tín hiệu đo) là bar, giá trị tín hiệu đo vận tốc xe trong quá trình phanh thu
năng lượng động năng là km/h và trục thời gian là giây, trên cơ sở quy
hoạch thực nghiệm ta có được kết quả thí nghiệm:
2.5.1 Kết quả thực nghiệm 1: Thực nghiệm ảnh hưởng của áp suất làm
việc ban đầu đến quá trình phanh thu năng lượng động năng
40
35

Vận tốc
(km/h)

30

Test, pgo=75bar

25

Test, pgo=85bar

20

Test, pgo=95bar

Thực nghiệm, pgo=85bar

40

Thực nghiệm, pgo=75bar
20
Thời gian (s)
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 101112131415161718

Hình 4. 11 Biểu đồ áp suất bình áp năng thủy khí trong quá trình phanh
xe thu năng lượng với mức pgo khác nhau.
Thể

80000
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0

Ev (J)
Eamax (J)
Eamax/Ev (%)

Thực nghiệm,

Thực nghiệm,

Thực nghiệm,

pgo=75bar
91,937
21,600

pgo=85bar
91,937
22,809

pgo=95bar
91,937


140
120
100
80
60
40
20

Test, No 1 (Vo = 7.5 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 2 (Vo = 15 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 3 (Vo = 30 km/h, pgo = 85bar)
Test, No 4 (Vo = 50 km/h, pgo = 85bar)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Thời gian(s)

Hình 4. 14 Biểu đồ áp suất bình áp năng thủy khí trong quá trình phanh xe
thu năng lượng theo tay số và vận tốc vo khác nhau
Test, No 1 (Vo = 7.5 km/h, pgo = 85bar)

60.0

Test, No 2 (Vo = 15 km/h, pgo = 85bar)

50.0
Vận tốc(km/h)

Test, No 3 (Vo = 30 km/h, pgo = 85bar)

0.83
0.23
Test, No 1 (Vo = 7.5
km/h, pgo = 85bar)

Test, No 2 (Vo = 15
km/h, pgo = 85bar)

Test, No 3 (Vo = 30
km/h, pgo = 85bar)

Test, No 4 (Vo = 50
km/h, pgo = 85bar)

Hình 4. 1 Biểu đồ thể tích dầu thủy lực thu được trong bình tích áp năng thủy
khí theo các tay số và vận tốc phanh ban đầu vo tương ứng.
300000
250000
200000

N
ă
n
g
l
ư
ợ
n
g


1982
34.50

22984
7298
31.75

91937
22809
24.81

255380
62957
24.65

(
J
)
Ev (J)
Eamax (J)
Eamax/Ev (%)

Hình 4. 17 Biểu đồ năng lượng thu được Eamax và tỉ lệ thu năng α (%)
theo động năng Ev(J) ở vo ban đầu tương ứng.

Từ một số kết quả tổng hợp ở thí nghiệm 2 được thể hiện thông qua
biểu đồ Hình 4.15; 4.16; 4.17 và 4.18 đã chỉ ra được khả năng thu hồi
năng lượng của mô hình hệ thống phanh thu năng lượng động năng ở các
tay số theo tốc độ tương ứng:
Trường hợp xe đi với tay số 1, vận tốc phanh ban đầu v o=7.5km/h,

30

Test, No 3, pgo=85bar, Vo = 30 km/h, m = 2400 kg

Vận
25
tốc
(km/h)
20
15
10
5
1

2

3

4

5

6

7

8

9


3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16

Thời gian (s)

Hình 4. 19 Biểu đồ năng lượng thu được Eamax và tỉ lệ thu năng α (%)
theo động năng Ev(J) ở vo ban đầu tương ứng.

2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
-

(J)


10,000

Ev (J)
Eamax (J)
Eamax/Ev (%)

Test, No 3, pgo=85bar, Vo

Test, No 3, pgo=85bar, Vo

= 30 km/h, m = 1800 kg
71,103
19120

= 30 km/h, m = 2400 kg
91,937
22809

26.89

24.81

Hình 4. 21Biểu đồ năng lượng thu được Eamax và tỉ lệ thu năng α (%) ở
các trường hợp thay đổi khối lượng xe.

Từ kết quả thí nghiệm 3 được thể hiện ở biểu đồ Hình 4.18, 4.19, 4.20
và 4.21, nhận xét kết quả nhận được như sau:
24