Nghiên cứu nâng cao hiệu quả thu hồi năng lượng của hệ thống phanh tái sinh trên ô tô

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT 
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 
DƯƠNG TUẤN TÙNG 
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU HỒI NĂNG 
LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ 
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ 
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2020 
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT 
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 
DƯƠNG TUẤN TÙNG 
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU HỒI NĂNG 
LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ 
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 9520103 
Hướng dẫn khoa học: 
1. PGS-TS. ĐỖ VĂN DŨNG 
2. PGS-TS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH 
Phản biện 1: 
Phản biện 2: 
Phản biện 3: 
i 
LÝ LỊCH KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU SINH 
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC 
Họ và tên: DƯƠNG TUẤN TÙNG Giới tính: Nam 
Ngày, tháng, năm sinh: 15/07/1980 Nơi sinh: Hà Nam 
Quê quán: Hà Nam Dân tộc: Kinh 
Học vị cao nhất: Thạc Sỹ Năm, nước nhận học vị: 2010, Việt Nam 
Chức vụ: Trưởng ngành CNKT ô tô Khoa Đào tạo Chất lượng cao 
Đơn vị công tác : Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh 
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 40A, tổ 9, khu phố 3, phường An Bình, TP. Biên 
Hòa, Tỉnh Đồng Nai 
Điện thoại liên hệ: 0914805623 Email: tungdt@hcmute.edu.vn 
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 
1. Đại học 
- Hệ đào tạo: Chính qui 
- Nơi đào tạo: Trường Đại học Sư hạm Kỹ thuật TP. HCM 
- Ngành học: Cơ khí động lực 
- Nước đào tạo: Việt Nam Năm tốt nghiệp: 2004 
2. Sau đại học 
- Thạc sĩ chuyên ngành: Cơ khí ô tô Năm cấp bằng: 2010 
- Nơi đào tạo: trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM – Việt Nam 
- Ngoại ngữ: Tiếng Anh Mức độ sử dụng: Giao tiếp tốt 
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 
- 2004-2005: Làm việc tại công ty ô tô TOYOTA Biên Hòa 
- 2005 đến nay: Giảng viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM 
IV. LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU/CHUYÊN MÔN 
- Hệ thống truyền lực ô tô 
- Hệ thống điều khiển chuyển động ô tô 
- Hệ thống phanh tái sinh trên ô tô 
- Kỹ thuật sửa chữa thân vỏ và sơn xe 
ii 
V. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 
5.1. Các công trình đã công bố 
TT Tên công trình 
Tên tác giả 
Nơi công bố 
(tên tạp chí, tuyển 
tập) 
Năm công 
bố 
1 
Thiết kế, chế tạo m áy 
phân tích màu sơn ô tô 
Dương Tuấn 
Tùng 
Tạp chí khoa học và 
công nghệ các trường 
Đại học Kỹ thuật số 
85-2011, ĐH Bách 
khoa Hà Nội 
2011 
2 
An overview of 
research and proposed 
experiment model of 
regenerative braking 
system based on the 
conventional vehicle 
powertrain 
Duong Tuan 
Tung 
The International 
Conference of Green 
Technology and 
Sustainable 
Development 2nd, 
HCMUTE, 2014 
2014 
3 
Nghiên cứu thiết kế và 
mô phỏng động lực học 
bộ thu hồi năng lượng 
từ hệ thống phanh trên 
ô tô 
Dương Tuấn 
Tùng 
Hội nghị khoa học và 
công nghệ toàn quốc 
về Cơ khí lần thứ 4 
Tp.Hồ Chí Minh, 
ngày 06 tháng 11 năm 
2015 
2015 
4 
Một nghiên cứu thực 
nghiệm bộ thu hồi năng 
lượng tái tạo khi phanh 
áp dụng cho xe ô tô có 
kiểu hệ thống truyền 
lực truyền thống 
Dương Tuấn 
Tùng 
Hội nghị khoa học và 
công nghệ toàn quốc 
về Cơ khí lần thứ 4 
Tp.Hồ Chí Minh, 
ngày 06 tháng 11 năm 
2015 
2015 
5 
Nghiên cứu mô phỏng 
các đặc tính động lực 
của ô tô dựa trên phần 
mềm AVL Cruise 
Dương Tuấn 
Tùng 
Tạp chí khoa học giáo 
dục kỹ thuật, Đại học 
SPKT Tp.HCM 
2016 
6 
Research on kinetic 
energy recovery of 
conventional vehicle 
based on regenerative 
braking system 
Duong Tuan 
Tung 
The Fifth 
International 
Multi-Conference on 
Engineering and T 
echnology Innovation 
2016 (IMETI2016), 
2016 
iii 
Taichung Taiwan, 
November, 2016 
7 
Research on using PID 
algorithm to control the 
inertial energy 
recovery of vehicle 
based on regenerative 
braking system 
Duong Tuan 
Tung 
IEEE International 
Conference on 
Systems Science and 
Engineering, July 21-
23, 2017, HCMUTE. 
2017 
8 
Research on braking 
force distribution in 
regenerative braking 
system apply to 
conventional vehicle 
Duong Tuan 
Tung 
IEEE International 
Conference on Green 
Technology and 
Sustainable 
Development (GTSD) 
December 2018 
2018 
9 
Research on 
controlling of 
experiment model to 
evaluate of kinetic 
energy recovery system 
based on driving cycles 
Duong Tuan 
Tung 
Journal of Technical 
Education Science, 
2018 
2018 
10 
Research on Designing 
the Regenerative 
Braking System Apply 
to Conventional 
Vehicle 
Duong Tuan 
Tung 
Journal of Science & 
Technology, 
Technical University 
No 135 (2019) 
2019 
11 
Research on improving 
the fuel consumption of 
conventional 
powertrain vehicle by 
using a kinetic energy 
recovery system 
Duong Tuan 
Tung 
IJSRD - International 
Journal for Scientific 
Research & 
Development| Vol. 7, 
Issue 03, 2019 | ISSN 
(online): 2321-0613 
2019 
5.2. Các đề tài nghiên cứu khoa học đã thực hiện 
TT 
Tên đề tài nghiên cứu/ 
Lĩnh vực ứng dụng 
Năm 
hoàn 
thành 
Đề tài cấp 
(NN, Bộ, ngành, 
trường) 
Trách nhiệm 
tham gia 
trong đề tài 
1. 
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo 
các mô hình hệ thống sơn tự 
động 
2006 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
T2006-64 
Chủ trì 
iv 
2. Thiết kế phần mềm tra công 
thức màu sơn ô tô. 
2010 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
T2010-22 
Chủ trì 
3. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo 
máy phân tích màu sơn ô tô 
2012 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
trọng điểm 
T2011-12TĐ 
Chủ trì 
4. 
Thiết kế mạch điều khiển mô 
hình hệ thống phanh ABS bằng 
máy tính 
2013 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
T2012-13 
Chủ trì 
5 
Nghiên cứu đề xuất phương án 
tích trữ năng lượng khi phanh 
trên ô tô 
2014 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
T2014-60 
Chủ trì 
6 
Nghiên cứu, tính toán mô hình 
thử nghiệm bánh đà siêu tốc 
ứng dụng cho hệ thống phanh 
tái tạo năng lượng trên ô tô. 
2015 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
T2015-63 
Chủ trì 
7 
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo 
thử nghiệm hệ thống phanh tái 
tạo năng lượng áp dụng cho xe 
ô tô có kiểu hệ thống truyền lực 
truyền thống 
2016 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
trọng điểm 
T2016-63TĐ 
Chủ trì 
8 
Nghiên cứu điều khiển hệ 
thống thu hồi năng lượng quán 
tính của ô tô dựa trên hệ thống 
phanh tái tạo năng lượng 
2017 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
trọng điểm 
T2017-28TĐ 
Chủ trì 
9 
Nghiên cứu vấn đề quản lý 
năng lượng thu hồi và phân 
phối lực phanh trong hệ thống 
phanh tái sinh trên ô tô 
2018 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
trọng điểm 
T2018-97TĐ 
Chủ trì 
10 
Nghiên cứu tối ưu hóa năng 
lượng thu hồi từ hệ thống 
phanh tái sinh trên ô tô 
2019 
Nghiên cứu khoa 
học cấp Trường 
trọng điểm 
T2019-97TĐ 
Chủ trì 
v 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. 
Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công 
bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự tham khảo 
cho việc thực hiện luận án đã được trích dẫn rõ ràng. 
 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2020 
 (Ký tên và ghi rõ họ tên) 
vi 
LỜI CẢM ƠN 
Luận án tiến sĩ ngành Kỹ thuật Cơ khí “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả thu 
hồi năng lượng của hệ thống phanh tái sinh trên ô tô” là kết quả của quá trình 
nghiên cứu, cố gắng không ngừng của tác giả trong suốt thời gian qua với sự giúp đỡ 
tận tình của quý thầy, cô giáo Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí 
Minh, các nhà khoa học trong ngành ô tô, bạn bè, đồng nghiệp. 
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ sự biết ơn đến quý thầy hướng dẫn PGS-TS. Đỗ Văn 
Dũng và PGS-TS. Nguyễn Trường Thịnh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, luôn giúp 
đỡ, quan tâm đôn đốc NCS để luận án được hoàn thành. 
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu nhà trường, Phòng Đào 
tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí Động lực, Khoa Cơ khí chế tạo máy, 
Khoa Đào tạo Chất lượng cao và các bộ môn chuyên môn đã tạo điều kiện giúp đỡ 
để NCS hoàn thành luận án tiến sĩ của mình. 
Sau cùng, NCS xin cảm ơn gia đình đã luôn ở bên cạnh và động viên trong suốt 
thời gian qua để NCS hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. 
Trân trọng! 
Tp. Hồ Chí Minh, 15 tháng 06 năm 2020 
Nghiên cứu sinh 
Dương Tuấn Tùng 
vii 
TÓM TẮT 
Thu hồi năng lượng khi phanh là một hướng nghiên cứu cứu mới trong lĩnh vực 
ô tô trên thế giới cũng như trong nước. Các hướng nghiên cứu về vấn đề này thường 
gắn liền với đối tượng nghiên cứu áp dụng trên các dòng xe điện, xe lai điện và xe sử 
dụng động cơ đốt trong truyền thống. Một trong những mục tiêu chính của hướng 
nghiên cứu này là thu hồi nguồn năng lượng còn bị lãng phí trong hệ thống phanh để 
tái sử dụng lại nhằm giải quyết bài toán năng lượng trên ô tô. Bên cạnh đó, đối với 
các xe sử dụng động cơ đốt trong thì ngoài việc giải quyết bài toán năng lượng hướng 
nghiên cứu này còn góp phần vào việc nghiên cứu giảm khí thải ô nhiễm môi trường 
do các phương tiện này gây nên. Luận án tiến sĩ này đã đi tính toán, thiết kế và thử 
nghiệm một hệ thống thu hồi năng lượng khi phanh được lắp thêm lên xe ô tô có kiểu 
hệ thống truyền lực truyền thống. Dựa trên mô hình tính toán đó, thuật toán điều khiển 
phân phối lực phanh tái sinh PSO được xây dựng nhằm tối ưu hóa năng lượng thu hồi 
và đảm bảo tính ổn định khi phanh. Ngoài ra, các chu trình lái xe tiêu chuẩn cũng 
được đưa vào trong các mô hình nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm để từ đó tìm 
ra quy luật phân bố năng lượng thu hồi trong quá trình xe phanh hoặc giảm tốc. Kết 
quả nghiên cứu cho thấy rằng xe được trang bị thêm hệ thống thu hồi năng lượng khi 
phanh có thể được cải thiện từ 10,49% đến 24,44% về suất tiêu hao nhiên liệu tùy 
thuộc vào từng chu trình thử nghiệm. 
Luận án được trình bày trong 5 chương bao gồm 112 trang (không kể phần tài 
liệu tham khảo và phụ lục). Trong đó, chương 1 trình bày tổng quan các vấn đề nghiên 
cứu về hệ thống thu hồi năng lượng khi phanh và đề xuất hướng nghiên cứu cũng như 
mô hình nghiên cứu. Chương 2 nghiên cứu sinh đã tính toán xây dựng được mô hình 
toán của hệ thống thể hiện mối quan hệ của các thông số đầu vào như: hệ số khối 
lượng quay; vận tốc xe tại thời điểm giảm tốc; các thống số của bộ thu hồi năng lượng 
với năng lượng thu hồi được trong quá trình xe phanh hoặc giảm tốc được thể hiện 
thông qua cường độ dòng điện, điền áp của máy phát phát ra mỗi khi quá trình phanh 
xảy ra. Ngoài ra, trong chương này cũng trình bày về việc xây dựng mô hình mô 
viii 
phỏng dựa trên các phương trình toán đã xây dựng được. Từ cơ sở đó đi xây dựng bộ 
điều khiển PID để điều khiển mô hình hệ thống phanh tái sinh theo các chu trình lái 
xe tiêu chuẩn. Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi 
năng lượng và vấn đề ổn định khi phanh đó là chiến lược điều khiển phân phối lực 
phanh tái sinh và lực phanh cơ khí sẽ được nghiên cứu và phân tích trong chương 3. 
Bài toán điều khiển phân phối lực phanh tái sinh là bài toán tối ưu đa mục tiêu. Trong 
chương này, nghiên cứu sinh đã phân tích và so sánh các thuật toán điều khiển phân 
phối lực phanh tái sinh đảm bảo cân bằng giữa hai tiêu chí đó là năng lượng thu hồi 
được lớn nhất mà vẫn thỏa mãn các điều kiện đảm bảo an toàn và ổn định khi phanh. 
Do đó, việc sử dụng thuật toán PSO trong tối ưu hóa điều khiển phân phối lực phanh 
trong chương này đóng vai trò hết sức quan trọng vào việc nâng cao hiệu quả phanh 
tái sinh của hệ thống. Để đánh giá hiệu quả của hệ thống thu hồi năng lượng khi 
phanh, một mô hình thí nghiệm đã được thiết kế và tính toán trong chương 4. Mô 
hình thực nghiệm được thực hiện ở cả hai giai đoạn: thử nghiệm trên xe để tính toán 
năng lượng thu hồi được ở các dải vận tốc bắt đầu phanh khác nhau và trên băng thử 
(mô hình bán thực nghiệm) để thử nghiệm theo các chu trình lái xe tiêu chuẩn. Từ 
các kết quả thực nghiệm thu được, đường cong xu hướng của sự phân phối năng 
lượng theo vận tốc xe được xây dựng bằng phương pháp nội suy để từ đó thấy được 
vùng phân bố năng lượng thu hồi được của xe trong quá trình phanh hoặc giảm tốc. 
ix 
ABSTRACT 
The brake energy regeneration is a new direction in doing researches of the 
automotive industry domestically and globally. These researches usually use the 
electric vehicle, hybrid vehicle and internal combustion engine vehicle as the main 
subject to go deep. One of the main objects of this study is to recover the wasted 
energy in the braking system for reusing which will solve the energy problem on 
automobiles in general. Besides, this study does not only deal with the energy 
problems but also the pollution that internal combustion engine vehicles produce 
during their working process. This Doctoral thesis has already calculated, designed 
and run experiments on a regenerative braking system when the brake was installed 
on a vehicle having a traditional powertrain system. Based on the mathematic model, 
PSO, the control algorithm distributing regenerative braking energy, was built in 
order to maximize the regenerative energy efficiency and stabilize the vehicle during 
the braking phase. More than that, the standard driving cycles were also put into the 
model simulations and real-world experiments which were to find out the laws of 
regenerative energy distribution in the braking or deceleration phase. The results 
pointed out clearly that the vehicles equipped with the regenerative braking system 
were capable of increasing the fuel consumption efficiency from 10.49% to 24.44% 
based on the cycles applied. 
This thesis is divided into 5 chapters including 112 pages (exclude the 
preferences and appendix). Chapter 1 showed a general perspective on the 
regenerative braking system study and a proposal on researching direction and model. 
Chapter 2 has done the calculations and constructions of the system’s mathematic 
model which clearly pointed out the relationship between these input data: rotating 
mass coefficient; vehicle deceleration velocity; energy regenerative system 
parameters in term of current intensity (A) and voltage (V) of the alternator whenever 
the brake pedal is pressed. From that fundament, the PID control module is built to 
optimize the regenerative braking system based on standard driving cycles. 
x 
One of the most important aspects directly affecting the energy restoration 
efficiency and vehicle stability while braking is the strategic control method on 
distributing mechanical braking force along with the regenerative one which will be 
discussed further in chapter 3. The regenerative energy distribution is a multi-
objectives efficiency problem. The researcher has analyzed and compared the control 
algorithm to ensure the two following objects are met: the regenerative energy is 
maximized while the safety and stability conditions while braking are maintained. 
Therefore, using the PSO algorithm in optimizing the control method for braking 
force distribution played a vital role in ... 5 9.827 2.744 9.05 
9 507 10.384 3.129 10.684 
10 579 11.628 3.715 11.88 
11 648 12.998 4.267 15.083 
12 725 14.347 4.803 18.1 
13 794 15.167 5.218 18.376 
14 865 15.979 5.781 19.658 
15 946 16.764 6.276 21.116 
16 1020 17.642 6.807 22.65 
17 1096 18.543 7.325 24.133 
18 1164 19.328 7.913 27.149 
19 1239 20.294 8.404 27.35 
20 1302 21.037 8.817 29.915 
21 1379 21.916 9.367 30.47 
22 1608 22.703 9.864 31.197 
23 1683 23.306 10.183 32.479 
24 1759 24.031 10.534 33.291 
25 1830 24.627 10.967 35.043 
26 1898 25.232 11.352 36.199 
27 1972 25.769 11.631 39.216 
28 2048 26.026 11.934 44.658 
29 2103 26.425 12.236 45.249 
 30 2247 26.843 12.382 50.256 
31 2317 27.006 12.489 53.547 
32 2261 26.843 12.135 11.538 
33 2226 26.493 11.827 5.128 
34 2138 25.835 11.539 -1.282 
35 2047 25.103 10.845 -2.991 
36 1967 24.236 10.428 -15.812 
37 1871 23.231 10.026 2.991 
38 1789 22.417 9.513 9.402 
39 1701 21.687 9.273 27.35 
40 1622 21.009 8.722 36.752 
41 1538 20.146 8.034 44.872 
42 1429 19.433 7.429 47.009 
43 1330 18.217 6.895 44.017 
44 1241 17.528 6.137 41.88 
45 1163 16.413 5.783 27.35 
46 1077 14.628 5.019 21.795 
47 985 13.285 4.529 20.513 
48 892 11.673 4.085 17.094 
49 763 9.981 3.612 12.821 
50 675 8.601 3.187 11.538 
51 587 7.132 2.714 9.829 
52 492 5.816 2.236 9.829 
53 381 4.437 1.765 8.547 
54 279 2.831 1.422 5.128 
55 186 1.439 1.026 2.137 
56 98 0.717 0.634 0 
57 0 0 0 0 
6. Code SPline 
Ta xây dựng hàm cubicspline () để nội suy: 
 function y = cubicspline (xData, yData, x) 
%Ham nay xap xi bang da thuc bac 3 spline 
%Cu phap: [yi,f] = cubicspline(xData, yData, x) 
n = length(xData); 
c = zeros(n‐1, 1); d = ones(n, 1); 
e = zeros(n‐1, 1); k = zeros(n, 1); 
c(1:n‐2) = xData(1:n‐2) ‐ xData(2:n‐1); 
d(2:n‐1) = 2*(xData(1:n‐2) ‐ xData(3:n)); 
e(2:n‐1) = xData(2:n‐1) ‐ xData(3:n); 
k(2:n‐1) = 6*(yData(1:n‐2) ‐ yData(2:n‐1))... 
./(xData(1:n‐2) ‐ xData(2:n‐1))... 
‐ 6*(yData(2:n‐1) ‐ yData(3:n))... 
 ./(xData(2:n‐1) ‐ xData(3:n)); 
[c, d, e] = band3(c, d e); 
k = band3sol(c, d, e, k); 
i = findseg(xData, x); 
h = xData(i) ‐ xData(i+1); 
y = ((x ‐ xData(i+1))^3/h ‐ (x ‐ xData(i+1))*h)*k(i)/6.0... 
‐ ((x ‐ xData(i))^3/h ‐ (x ‐ xData(i))*h)*k(i+1)/6.0... 
+ yData(i)*(x ‐ xData(i+1))/h... 
 ‐ yData(i+1)*(x ‐ xData(i))/h; 
 Ta có chương trình ctcubicspline.m dùng nội suy: 
 clear all, clc 
x1 = 0:0.1:5; 
y1 = (x1+1).^2; 
while 1 
 x = input(ʹx = ʹ); 
 if isempty(x) 
 fprintf(ʹKet thucʹ); 
 break 
 end 
 y = cubicspline(xData, yData, x) 
 fprintf(ʹ\nʹ) 
end 
Trendline1 
moothing spline: 
 f(x) = piecewise polynomial computed from p 
Smoothing parameter: 
 p = 0.9999952 
Goodness of fit: 
 SSE: 1.03e+05 
 R-square: 0.8158 
 Adjusted R-square: 0.7154 
 RMSE: 28.71 
Code 
function [fitresult, gof] = createFit(v, nl) 
%CREATEFIT(V,NL) 
% Create a fit. 
% 
% Data for 'trendline1' fit: 
% X Input : v 
% Y Output: nl 
% Output: 
% fitresult : a fit object representing the fit. 
% gof : structure with goodness-of fit info. 
 % 
% See also FIT, CFIT, SFIT. 
 % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:01:24 
 %% Fit: 'trendline1'. 
[xData, yData] = prepareCurveData( v, nl ); 
 % Set up fittype and options. 
ft = fittype( 'smoothingspline' ); 
opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); 
opts.SmoothingParam = 0.9999951973847; 
 % Fit model to data. 
[fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); 
 % Plot fit with data. 
figure( 'Name', 'trendline1' ); 
h = plot( fitresult, xData, yData ); 
legend( h, 'nl vs. v', 'trendline1', 'Location', 'NorthEast' ); 
% Label axes 
xlabel v 
ylabel nl 
grid on 
################################################################### 
Trendline2 
Smoothing spline: 
 f(x) = piecewise polynomial computed from p 
Smoothing parameter: 
 p = 0.99988886 
Goodness of fit: 
 SSE: 1.511e+05 
 R-square: 0.7161 
 Adjusted R-square: 0.5666 
 RMSE: 23.75 
Code 
function [fitresult, gof] = createFit(v2, nl2) 
%CREATEFIT(V2,NL2) 
% Create a fit. 
% Data for 'trendline2' fit: 
% X Input : v2 
% Y Output: nl2 
% Output: 
% fitresult : a fit object representing the fit. 
% gof : structure with goodness-of fit info. 
% 
% See also FIT, CFIT, SFIT. 
% Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:07:34 
 %% Fit: 'trendline2'. 
[xData, yData] = prepareCurveData( v2, nl2 ); 
 % Set up fittype and options. 
ft = fittype( 'smoothingspline' ); 
opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); 
opts.SmoothingParam = 0.999888858650065; 
 % Fit model to data. 
[fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); 
 % Plot fit with data. 
figure( 'Name', 'trendline2' ); 
h = plot( fitresult, xData, yData ); 
legend( h, 'nl2 vs. v2', 'trendline2', 'Location', 'NorthEast' ); 
% Label axes 
xlabel v2 
ylabel nl2 
grid on 
################################################################### 
Trendline3 
Smoothing spline: 
 f(x) = piecewise polynomial computed from p 
Smoothing parameter: 
 p = 0.9999997 
Goodness of fit: 
 SSE: 1.439e+06 
 R-square: 0.6752 
 Adjusted R-square: 0.3238 
 RMSE: 69.4 
function [fitresult, gof] = createFit(v3, nl3) 
%CREATEFIT(V3,NL3) 
% Create a fit. 
% Data for 'trendline3' fit: 
% X Input : v3 
% Y Output: nl3 
% Output: 
% fitresult : a fit object representing the fit. 
% gof : structure with goodness-of fit info. 
% 
% See also FIT, CFIT, SFIT. 
 % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:14:21 
%% Fit: 'trendline3'. 
[xData, yData] = prepareCurveData( v3, nl3 ); 
 % Set up fittype and options. 
ft = fittype( 'smoothingspline' ); 
opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); 
opts.SmoothingParam = 0.999999695868438; 
 % Fit model to data. 
[fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); 
 % Plot fit with data. 
figure( 'Name', 'trendline3' ); 
h = plot( fitresult, xData, yData ); 
legend( h, 'nl3 vs. v3', 'trendline3', 'Location', 'NorthEast' ); 
% Label axes 
xlabel v3 
ylabel nl3 
grid on 
########################################################### 
Smoothing spline: 
 f(x) = piecewise polynomial computed from p 
Smoothing parameter: 
 p = 0.99996173 
Goodness of fit: 
 SSE: 2.815e+06 
 R-square: 0.511 
 Adjusted R-square: 0.3288 
 RMSE: 55.83 
Code 
function [fitresult, gof] = createFit(v4, nl4) 
%CREATEFIT(V4,NL4) 
% Create a fit. 
% Data for 'trendline4nl' fit: 
% X Input : v4 
% Y Output: nl4 
% Output: 
% fitresult : a fit object representing the fit. 
% gof : structure with goodness-of fit info. 
% See also FIT, CFIT, SFIT. 
 % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:21:35 
%% Fit: 'trendline4nl'. 
[xData, yData] = prepareCurveData( v4, nl4 ); 
 % Set up fittype and options. 
ft = fittype( 'smoothingspline' ); 
opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); 
opts.SmoothingParam = 0.999961729799589; 
% Fit model to data. 
 [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); 
% Plot fit with data. 
figure( 'Name', 'trendline4nl' ); 
h = plot( fitresult, xData, yData ); 
legend( h, 'nl4 vs. v4', 'trendline4nl', 'Location', 'NorthEast' ); 
% Label axes 
xlabel v4 
ylabel nl4 
7. Tính toán, thiết kế các cụm chi tiết cho hệ thống thu hồi năng lượng 
7.1 Xác định số vòng quay của các trục 
 Công suất trên trục vào: P01 = 24 (kw) 
Chọn sơ bộ tỷ số truyền: ih = 0.9 
 Số vòng quay trục vào n01 = 2600(
vg
ph
) 
 Số vòng qua trục ra n02 = n01. ih = 0,9.2600 = 2893(
vg
ph
) 
 Số vòng quay các bánh trung tâm: nZ31 = nZ32 = 0 
 n01 = 2600 (
vg
ph
) ; n02 = nZ11 =
n01
i1
= 8979(
vg
ph
); nZ12 =
n01
i
= 2893 (
vg
ph
) 
 nZ21 = 12759 (
vg
ph
) ; nZ22 = 5938 (
vg
ph
) 
7.2 Xác định mô men xoắn trên các trục 
Trục vào Trục ra 
 Từ số vòng quay và công suất trục vào ta chọn sơ bộ momen xoắn trên các trục như 
sau: 
 + Mômen xoắn trên trục vào 
T01 = 9,55. 10
6.
P01
n01
= 88017(N. mm) 
 + Mômen xoắn trên bánh răng mặt trời sau 
T12 = 79216(N. mm) 
 + Mômen xoắn trên bánh răng hành tinh trước là 
T21 = 55042(N. mm) 
7.3 Tính toán các thông số của bộ bánh răng hành tinh kép 
Xác định ứng suất cho phép 
 Đối với cặp bánh răng ăn khớp ngoài 
Ứng suất tiếp xúc cho phép 
σH = (
σHlim
0
δH
) ZVZRKXHKHL 
 Trong đó: 
 +σHlim
0 : là ứng suất tiếp xúc cho phép, tra bảng 6.2 [2]: 
Cấp nhanh: σHlim
0 = 2HRC + 70 = 2.290 + 700 = 650MPa 
 Cấp chậm: σHlim
0 = 17HRC + 200 = 17.50 + 200 =
1050MPa 
 + ZR : hệ số xét đến độ nhám của bề mặt răng làm việc 
 + ZV : hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng 
 + KXH : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng 
 + KHL : hệ số tuổi thọ 
 + H : hệ số an toàn về tiếp xúc, tra bảng 
- Cấp nhanh : H = 1,1 
- Cấp chậm : H = 1,2 
 Khi thiết kế sơ bộ chọn: ZVZRKXH = 1 
Công thức tính ứng suất tiếp xúc có dạng: 
 [σH] = (
σHlim
0
δH
) KHL 
 KHL = √
NHO
NH
mH
 Trong đó: 
NHO: số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc 
- Cấp nhanh: NHO2 = 30HB
2,4 = 30.2902,4 = 24,37.106 
- Cấp chậm:NHO1 = 30HB
2,4 = 30.4822,4 = 82,50.106 
mH: bậc đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc 
HB: độ cứng Brinen: 
- Cấp nhanh: HB = 290 
- Cấp chậm: HB = 482 (HRC = 50) 
 + NH: Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương 
 NH2 = 60ctΣ(n2 − n0) 
 NH1 = 60ctΣ(n1 − n0) 
 Trong đó: - c: số bánh vệ tinh, c = 4 
 - t : tổng thời gian làm việc (tải tĩnh) 
tΣ = 24.
2
3
4
5
. 365.10 = 46720(h) 
Với cấp nhanh: bộ truyền (Z12 - Z22) 
NH12 = 60.4.46720(n02 − n12) 
= 6,8241. 106 
NH12 > NH02 => KHL2 = 1 
NH22 = 60.46720(n22 − n02) 
= 8535. 106 
NH22 > NH02 => KHK2 = 1 
Do đó với bánh răng thẳng: 
[σH] = [σH12] = [σH22] =
σFlim 
0 KHL1
δH
=
650
1,1
= 590,91MPa 
- Với cấp chậm: bộ truyền (Z11 - Z21) 
- NH21 = 60.46720(n21 − n01) = 3240,49. 10
6 
NH21 > NH01 => KHL2 = 1 
NH11 > NH01 => KHL1 = 1 
Do đó với bánh răng thẳng 
[σH] = [σH21] = [σH11] =
σFlim 
0 KHL1
δF
=
1050
1,2
= 875MPa 
 Ứng suất uốn cho phép 
[σF] = (
σFlim 
0
δF
) YRYSKXFKFCKFL 
 Trong đó: 
 + [σF] : ứng suất uốn cho phép 
 +[σFlim 
0 ] : ứng suất giới hạn, tra bảng 6.2 [2]: 
- Cấp nhanh: σFlim 
0 = 1,5HB = 1,5.290 = 522MPa 
 Cấp chậm : σFlim 
0 = 550MPa 
 + δF : hệ số an toàn khi tính uốn, tra bảng 6.2 [2] 
δF = 1,75 
 + YR: hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt lượn chân răng 
 + YS : hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhạy ứng suất của vật liệu đối với tập 
 trung ứng suất 
 + KXF: hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn 
 Khi tính sơ bộ : YRYSKXF = 1 
 + KFC: hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải trọng 
 + KFL : hệ số tuổi thọ 
KFL = √
NFO
NF
mF
 Trong đó: mF: bậc đường cong mỏi khi thử tải về uốn; NF0: chu kì thay đổi 
ứng suất, NF0 = 4. 10
6; NF : số chu kì thay đổi ứng suất tương đương 
Vì: NF1 = NH1; NF2 = NH2 nên :NF1 > NF0; NF1 > NF0=> KFL1 = KFL2 = 1 
 Vậy : 
[σF] = (
σFlim
0
δF
) KFLKFC 
Với bánh răng trung tâm Z11, Z12: 
KFC = 1 - bánh răng làm việc 1 phía 
[σF11] =
550
1,75
= 314,29MPa 
[σF12] =
522
1,75
= 298,29MPa 
Với bánh răng vệ tinh Z21, Z22: 
 KFC = 0,75 - bánh răng làm việc 2 phía 
[σF22] = [σF12]. 0,75 = 298,29.0,75 = 223,71MPa 
[σF21] = [σF11]. 0,75 = 314,29.0,75 = 235,72MPa 
Đối với cặp bánh răng ăn khớp trong 
Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng cấp nhanh Z32 
 NHO = 30HHB
2,4 = 30. 2302,4 = 13,97.106; NH32 =
NH22.q
u22−32
= 7939,5 . 106 
Trong đó: NH22 = 8535. 10
6; u22−32 =
Z32
Z22
= 4,3; q = 4 
 =>KH32 > KHO => KHL32 = 1 
 Tra bảng: 
σHlim
0 = 2HB + 70 = 2.230 + 70 = 530MPa 
 [σH]32 =
σHlim
0
δH
. KHL
530.1
1,1
= 418,8MPa 
Với bánh răng cấp chậm Z31 
 NHO = 30HHB
2,4 = 302302,4 = 13,97.106; NH31 =
NH21.q
u21−31
= 3812 . 106 
 Trong đó: q = 4; NH21 = 3240,49. 10
6; u21−31 =
Z31
Z21
= 3,4 
 =>KH31 > KHO => KHL31 = 1 
 Tra bảng 6.2 [2]: δh = 1,1 
 σHlim
0 = 2HB + 70 = 2.230 + 70 = 530MPa 
 [σH]31 =
σHlim
0
δH
. KHL =
530.1
1,1
= 418,8MPa 
Ứng suất uốn cho phép 
[σF]3 =
σFlim
0
δF
. KFCKFL 
 Trong đó: σFlim
0 =1,8HB=1,8.230=414=MPa; KFC = 1 (bánh răng làm việc 1 
phía) 
 δF = 1,75 
 Vì: NF31 = NH31 ; NF32 = NH32; Nên NF31 > NFO ; NF32 > NFO => KFL32 =
KFL31 = 1; NF31 > NFO; NF32 > NFO 
[σF]3 = [σF31] = [σF32] =
414
1,75
. 1 = 236,57MPa 
7.4 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng hành tinh kép. 
11, 
H

 Do vật liệu bánh răng ăn khớp ngoài và bánh răng ăn khớp trong khác nhau, 
số răng các bộ truyền đã chọn trước thoả mãn yêu cầu về tỷ số truyền và kích thước 
hình học nên ta tính thiết kế bộ truyền ăn khớp ngoài (Z11 - Z21) và (Z12 - Z22). Với 
bộ truyền ăn khớp trong (Z21 - Z31) và (Z22 - Z32) chỉ tính kiểm nghiệm bền. 
 Tính bộ truyền bánh răng ăn khớp ngoài 
Bộ truyền cấp nhanh (Z12 - Z22) 
Đường kính vòng lăn bánh nhỏ được xác định theo công thức sau: 
dw22 = Kd √
Tn. KhΣ.. (u + 1)
[σH]2. u. ψbd
3
(2.5) 
 Trong đó: 
 + dw22 : đường kính bánh hành tinh sau 
 + Kd : hệ số phụ thuộc vào vật liệu cặp bánh răng và loại bánh 
 răng,tra bảng Kd = 77MPa
1/3 
 + Tn : Mômen xoắn trên bánh răng hành tinh 
 Tn =
T12
4
= 19804(Nmm) 
 + [σH] : ứng suất tiếp xúc cho phép: 
 [σH] = 590,91 MPa 
 + q : số bánh vệ tinh, q = 4 
 + ψbd : hệ số, tra bảng 4.2 [1]: 
 ψbd =
bw
dwn
 Với truyền đồng A, tra bảng 6.28 [2]: Chọn ψbd = 0,63 
 + u : là tỷ số truyền: u =
Z12
Z22
= 2,29 
 Với Z22, Z12 đã chọn ở phần trước 
 + KHΣ: hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều 
 rộng vành răng và cho các bánh vệ tinh: KHΣ = Kc + KHβ
0 − 1 
 Với : 
- KC : là hệ số phân bố không đều tải trọng cho các bánh vệ tinh 
 Kc = 1,1 (khi sử dụng bánh trung tâm và 4 bánh vệ tinh). 
 - KHβ
0 : hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng 
 KHβ
0 = 1,2 với c = 4 và ψbd = 0.63 
Ta có: KHΣ = 1,1 + 1,2 − 1 = 1,3 
 Thay số vào công thức (2.5): 
dw22 = 77√
19804.1,3. (2,29 + 1)
590,912. 2,29.0,63
3
= 42,5 (mm) 
 + Chiều rộng vành răng: 
 bw12 = Ψbd12. dw12 = 0,63.42.5 = 26 (mm) 
 Chọn bw = 30 
Theo 6.8 [2] ta có : 
 m =
bw12
(12÷15)
=
30
(12÷15)
= (2 ÷ 2.5) 
Tra bảng 6.8 [2]: 
 Chọn m = 2,5 
 + Đường kính vòng lăn bánh vệ tinh Z22 
dw22 = mZ22 = 2,5.17 = 42,5 (mm) 
 + Đường kính vòng lăn bánh răng bao Z32 
dw32 = mZ32 = 2,5 .73 = 182.5 (mm) 
 + Đường kính vòng lăn bánh răng trung tâm Z12 
dw12 = mZ12 = 2,5.39 = 97,5 (mm) 
Tính bộ truyền cấp chậm (Z11 - Z21) 
Tương tự với bộ truyền (Z11 - Z21) 
Ta có: Kd = 77MPa
1/3; Tn = T11/4 = 55042(Nmm); q = 4; u =
Z11
Z21
=
1,4 
ψbd31 = 0,63; + KFΣ = 1,2 
Như vậy ta có: 
dw21 = 77√
55042.1,2. (1,4 + 1)
8752. 1,4.0,63
3
= 47,5 (mm) 
Chọn bw = 30, m = 2,5 
 + Đường kính vòng lăn bánh vệ tinh cấp chậm Z21 
 𝑑𝑤21 = 𝑚𝑍22 = 2,5.19 = 47,5 (𝑚𝑚) 
 + Đường kính vòng lăn bánh răng trung tâm Z11 
 𝑑𝑤11 = 𝑚𝑍11 = 2,5.27 = 67.5 (𝑚𝑚) 
 + Đường kính vòng lăn bánh răng trung tâm Z31 
 𝑑𝑤31 = 𝑚𝑍22 = 2,5.65 = 162,5 (𝑚𝑚)