Thiết kế và chế tạo băng thử xe máy kiểu thủy lực

KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 39
BÀI BÁO KHOA H
C 
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BĂNG THỬ XE MÁY KIỂU THỦY LỰC 
Phan Duy Đức1, Nguyễn Đức Khánh1, Bùi Văn Chinh2 
Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, chế tạo băng thử xe máy di động để phục vụ công 
tác nghiên cứu và giảng dạy. Băng thử bao gồm một phanh hấp thụ công suất kiểu thủy lực, hệ 
thống truyền động, hệ thống cấp nước, hệ thống làm mát, các cảm biến đo lực và tốc độ. Hệ thống 
truyền động sử dụng một con lăn chính nhận trực tiếp mô men, công suất từ bánh xe, qua trục 
truyền động để làm quay rotor của phanh, một con lăn phụ để dẫn hướng cho bánh xe. Hệ thống 
cấp nước một vòng tuần hoàn kín sử dụng hai bơm ly tâm. Lực phanh được điều khiển bằng cách 
thay đổi lượng nước trong phanh. Hai thông số cơ bản của băng thử là lực phanh được xác định 
bằng cảm biến lực loadcell và tốc độ của phanh được xác định bằng encoder. Tín hiệu từ các cảm 
biến được truyền về một thiết bị phần cứng giao tiếp với máy tính, được xử lý tính toán bằng ngôn 
ngữ lập trình đồ họa trên phần mềm LabVIEW để hiển thị thông số về mô men, công suất và tốc độ 
trên giao diện máy tính. 
Từ khóa: băng thử xe máy, phanh thủy lực, băng thử di động. 
1. GIỚI THIỆU CHUNG * 
Hiện nay, nhu cầu về việc sử dụng trang thiết 
bị trong nghiên cứu cơ bản ở các trường đại học, 
trung tâm nghiên cứu hay nghiên cứu phát triển 
ở các doanh nghiệp càng ngày càng lớn. Trang 
thiết bị phục vụ cho thí nghiệm động cơ, ô tô 
hay xe máy đã và đang được nghiên cứu chế tạo 
và thương mại hóa không chỉ trên phạm vi thế 
giới mà cả ở trong nước. Các loại băng thử xe 
máy được cung cấp bởi rất nhiều nhà sản xuất 
trên thế giới có thể kể đến như AVL(Áo), 
Meiden và Ono sokki (Nhật Bản) Hệ thống 
băng thử xe máy của các hãng này đều rất hiện 
đại đáp ứng được các chu trình thử hiện hành 
công nhận kiểu theo tiêu chuẩn EURO. Tuy 
nhiên, đối với những nghiên cứu cơ bản về xe 
máy ở chế độ tĩnh như đo đạc đối chứng công 
suất, mômen của xe máy thì không cần thiết sử 
dụng hết tính năng của các băng thử này. Bên 
cạnh đó, những hệ thống băng thử xe máy này 
vẫn tồn tại những nhược điểm như sau: hệ thống 
thiết bị và máy tính kết nối theo tiêu chuẩn riêng 
của từng hãng, rất khó khăn trong việc nâng cấp 
hoặc sửa chữa, thay thế; hệ thống cũng được lắp 
1 Bộ môn Đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 
2 Khoa Công nghệ Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 
đặt liền với cơ sở hạ tầng nên không có khả 
năng di chuyển phục vụ các nghiên cứu bên 
ngoài; toàn bộ giao diện hiển thị, phần mềm 
điều khiển đều được chuyển giao từ hãng sản 
xuất, không có khả năng cài đặt sang các máy 
tính khác. Đối với các loại băng thử động cơ thì 
mất nhiều thời gian căn chỉnh đồng tâm đồng 
trục, chế tạo đồ gá, lắp đặt hệ thống điện, hệ 
thống nhiên liệu. Để khắc phục những nhược 
điểm của các loại băng thử trên, xuất phát từ 
nhu cầu thực tiễn cần thêm trang thiết bị để 
phục vụ công tác thí nghiệm - nghiên cứu khoa 
học, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu, thiết 
kế và chế tạo một loại băng thử xe máy di động. 
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
Băng thử xe máy là thiết bị được sử dụng để 
đo mô men và công suất tại bánh xe. Theo định 
nghĩa cơ bản mô men được xác định bởi hai 
thông số lực F và cánh tay đòn L. Chi tiết quan 
trọng nhất của một băng thử xe máy là bộ phận 
phanh hấp thụ công suất. Hiện nay các loại băng 
thử trên thị trường sử dụng 3 kiểu phanh phổ 
biến đó là phanh cơ khí, phanh thủy lực và 
phanh điện sử dụng dòng cảm ứng hoặc dòng 
điện. Phanh cơ khí tồn tại một số hạn chế như 
không thể đo được công suất lớn, thoát nhiệt 
 KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 40
khó. Phanh điện có khả năng đo đạc với độ 
chính xác cao nhưng chi phí yêu cầu lớn, việc 
tiêu thụ điện sinh ra cũng gặp nhiều khó khăn. 
Vì vậy, tác giả quyết định sẽ chế tạo băng thử xe 
máy kiểu thủy lực. 
Trên thế giới hiện nay việc sử dụng phanh 
thủy lực cũng rất phổ biến bởi giá thành rẻ 
nhưng vẫn đáp ứng được rất nhiều chế độ đo 
đạc, thử nghiệm. Băng thử sử dụng phanh thủy 
lực được đánh giá là loại băng thử đơn giản 
nhưng bền bỉ, tin cậy và an toàn nhất. Mục tiêu 
đặt ra trong nghiên cứu là chế tạo một băng thử 
xe máy di độngcó giá thành rẻ, vận hành đơn 
giản, dễ dàng trong việc bảo dưỡng và sửa chữa. 
Băng thử có thể thử nghiệm ở chế độ tĩnh và đo 
đối chứng công suất, mômen cho các dòng xe 
máy có dung tích động cơ ≤ 125cc, công suất 
lên tới 6kW. Băng thử được thiết kế với kết cấu 
gọn nhẹ, khả năng di động cao, quá trình lắp đặt 
đơn giản tốn ít thời gian. Giao diện hiển thị kết 
quả đo cũng được xây dựng đơn giản, thuận tiện 
cho việc cài đặt và sử dụng. 
2.1. Nguyên lý hoạt động của băng thử 
thủy lực 
Kết cấu cơ bản của một phanh thủy lực được 
thể hiện trên hình 2.1 (Võ Nghĩa, nnc 2013). 
Băng kiểu thủy lực bao gồm vỏ phanh có thể 
gọi là stator lắp trên hai gối tựa để có thể lắc lư 
được và trục nối với rotor. Trục của rotor được 
nối với trục của con lăn. Chất lỏng được sử 
dụng là nước trong một bể chứa và được đưa 
vào không gian trong rotor qua đường dẫn trên 
vỏ phanh nhờ một máy bơm. Khi rotor quay, 
ma sát giữa nước với rotor và lực ly tâm làm 
cho nước quay theo, tạo ra một áo nước trong 
vỏ phanh. Ma sát giữa nước với vỏ phanh làm 
cho stator có xu hướng quay theo. Như vậy 
nước đã truyền mômen từ rotor sang stator. 
Stator được giữ lại bởi một mômen ở vị trí cân 
bằng. Lúc này trong các lớp nước có hiện 
tượng trượt và tạo nên sự xoáy của nước. Ma 
sát giữa các lớp nước được biến thành nhiệt và 
được nước thải mang theo ra ngoài. Lượng 
nước thải này được dẫn qua két làm mát và 
quay trở lại bể chứa. 
1. Bể chứa nước; 2. Đường nước vào; 
3. Áo nước; 4. Stator; 5.Rotor; 6. Đường nước ra 
Hình 2.1. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc 
của phanh thủy lực dạng chốt 
2.2. Tính toán, thiết kế mô phỏng cụm 
phanh thủy lực 
Mô men phanh có thể đo được của phanh 
thủy lực phụ thuộc vào hình dáng kết cấu của 
mặt trong vỏ và của rotor cũng như đường kính 
của phanh. Mô men này thay đổi rất lớn, đặc 
biệt phụ thuộc vào hình dáng kết cấu của rotor 
và stator. Sự phụ thuộc của mô men phanh vào 
các thông số khác nhau được biểu diễn qua công 
thức thực nghiệm của dòng xoáy (Võ Nghĩa, 
nnc 2013): 
M = k.γ.n2.d2 
Trong đó, k là thông số cấu tạo và độ điền 
đầy của nước trong phanh; γ là trọng lượng 
riêng của chất lỏng; n là số vòng quay của rotor; 
d là đường kính tác dụng của phanh. 
Công suất cực đại mà băng thử có khả năng 
đo được là là Nemax = 6kW. Đây cũng chính là 
phạm vi công suất mà phanh có thể hấp thụ 
được qua việc điều chỉnh lượng nước ra vào 
phanh. Công suất cực đại của phanh được tính 
từ khối lượng nước chảy qua lớn nhất (Võ 
Nghĩa, nnc 2013): 
KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 41
Nemax = 
. .
860
h pm C t∆
Trong đó, mh là khối lượng nước qua phanh 
tính theo kg/h; ∆t là chênh lệch nhiệt độ cực đại 
có thể đạt được. Cp là nhiệt dung riêng của chất 
lỏng trong phanh. 
Giới hạn công suất dưới của băng thử là ở 
trạng thái mà trong phanh có lượng nước ít nhất 
có thể gây cản với rotor. Số vòng quay cực đại 
để phanh có thể làm việc được bị giới hạn bởi 
sức bền do lực ly tâm sinh ra. Hình 2.2 thể hiện 
các chi tiết kết cấu của cụm phanh thủy lực sau 
khi thiết kế trên phần mềm SolidWork. Kết cấu 
phanh bao gồm bộ phận chính lực là cánh chủ 
động (rotor) có nhiệm vụ nhận cơ năng truyền 
qua môi chất trung gian tới cánh bị động (stator) 
năm trên vỏ phanh. Thông qua môi chất trung 
gian, lực kéo của động cơ được truyền tới vỏ 
phanh và tác dụng lên bộ phận đo lực (cảm biến 
đo lực- loadcell). 
1.Vòng chặn, 2. Vòng bi, 3. Phớt làm kín, 4.Vỏ 
phanh, 5 và 6. Gioăng, phớt làm kín, 7. Cánh chủ 
động, 8.Vỏ phanh có cánh bị động 
Hình 2.2. Kết cấu phanh thủy lực 
2.3. Thiết kế hệ thống truyền động, tính 
toán tỉ số truyền, kích thước con lăn 
Để truyền chuyển động từ bánh xe tới cánh 
chủ động của cụm phanh ta sử dụng hệ thống 
truyền động gồm có con lăn được lắp lên một 
đầu trục, đầu trục còn lại của trục được lắp cánh 
chủ động của phanh. Con lăn được đặt tiếp xúc 
với bánh xe, trục quay của con lăn song song 
với trục quay của bánh xe. Khi bánh xe quay thì 
con lăn sẽ quay theo làm quay trục qua đó 
truyền chuyển động từ bánh xe tới cánh chủ 
động như được minh họa trên hình 2.3. Trong 
nghiên cứu này tốc độ tối đa của phanh thủy lực 
là một thông số quan trọng. Nếu tốc độ hoạt 
động vượt quá mức cho phép, lực ly tâm do 
cánh quạt chủ động gây ra sẽ ảnh hưởng tới sức 
bền và phá hủy cụm phanh thủy lực. Vì vậy khi 
tính toán lựa chọn kích thước của con lăn, cần 
đặt ra giới hạn tối đa cho tốc độ hoạt động của 
băng thử phù hợp với điều kiện chế tạo và chế 
độ thử nghiệm mà băng thử thực hiện. 
Hình 2.3. Con lăn và trục truyền 
chuyển động tới phanh 
2.4. Phương pháp điều khiển băng thử 
Tải của băng thử khi hoạt động phụ thuộc vào 
thể tích nước trong phanh thủy lực, thể tích này 
được điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh lưu 
lượng đường nước vào và ra phanh bằng van tiết 
lưu. Một bơm ly tâm hút nước từ bể chứa đi vào 
phanh thủy lực, trên đường ống đi vào phanh bố 
trí một đường nước hồi về bể, cả hai đường ống 
này đều được bố trí van tiết lưu. Đường nước ra 
khỏi phanh đi về bể cũng được trang bị một van 
tiết lưu. Lưu lượng đường nước vào được điều 
chỉnh bởi van tiết lưu trên cả đường nước vào 
phanh và đường hồi về bể chứa. Khi phanh đã đạt 
trạng thái mong muốn, cần điều chỉnh lưu lượng 
đường nước vào và ra khỏi phanh bằng nhau để 
duy trì lượng nước trong phanh ổn định. 
Hình 2.4. Sơ đồ tuần hoàn nước 
trong băng thử xe máy 
 KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 42
Sử dụng một bơm nước khác để hút nước từ 
bể qua két làm mát rồi quay trở lại bể chứa để 
đảm bảo nhiệt độ nước trong bể luôn ở mức ổn 
định. Hệ thống làm mát trên băng thử là hệ 
thống làm mát một vòng tuần hoàn kín. Sơ đồ 
tuần hoàn nước của phanh được thể hiện trên 
hình 2.4. 
2.5. Thiết kế giao diện hiển thị cho 
băng thử 
Hình 2.5. Sơ đồ khối truyền nhận tín hiệu giữa 
LabVIEW và các thiết bị ngoại vi 
Dựa vào giới hạn công suất mà phanh hấp 
thụ, chiều dài cánh tay đòn trên băng thử, tác giả 
đã tiến hành tính toán và lựa chọn sử dụng loại 
cảm biến lực loadcell chữ Z VMC của hãng 
Virtual Measurements & Control. Loadcell hoạt 
động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng 
Wheatstone ( 
Để đo tốc độ băng thử tác giả sử dụng encoder 
E40S6-360-3-T-24, đây là loại incremental 
encoder ( Tín hiệu 
từ cảm biến lực loadcell đi qua một mạch 
khuếch đại sử dụng IC INA 128 
( cùng với tín hiệu từ 
encoder được truyền về một thiết bị phần cứng 
giao tiếp với máy tính, xử lý tính toán qua 
chương trình được viết bằng ngôn ngữ lập 
trình đồ họa trên phần mềm LabVIEW để hiển 
thị các thông số về mô men, công suất, tốc độ 
xe, tốc độ băng thử trên giao diện đã thiết kế. 
Hình 2.5 thể hiện sơ đồ khối truyền nhận tín 
hiệu giữa LabVIEW và các thiết bị ngoại vi. 
Ngoài việc thu thập, xử lý tín hiệu từ cảm 
biến, phần mềm LabVIEW còn có khả năng 
hỗ trợ cập nhật, lưu trữ kết quả đo trong bảng 
biểu excel. Công cụ này giúp cho quá trình 
thử nghiệm trên băng thử dễ dàng hơn khi mọi 
thông số cần đo đều được tự động lưu trữ và 
cập nhật trong máy tính. Lưu đồ khối chương 
trình thu nhận tín hiệu và xử lý tín hiệu để đưa 
ra giao diện hiển thị thể hiện trên hình 2.6. 
Hình 2.6. Lưu đồ khối chương trình xử lý tín 
hiệu trên phần mềm LabVIEW 
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công 
băng thử xe máy di động kiểu thủy lực. với các 
thông số cơ bản của băng thử được thể hiện trên 
bảng 3.1 và hình ảnh băng thử được thể hiện 
trên hình 3.2. Giao diện hiển thị các thông số đo 
đạc sau khi thiết kế được thể hiện trên hình 3.3. 
Ngoài khả năng hiển thị thông số cần đo đạc, 
giao diện còn có khả năng hiển thị dưới dạng đồ 
thị cập nhật liên tục theo thời gian thực nhờ khối 
hiển thị Graph. 
KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 43
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật cơ bản 
của băng thử 
Chiều dài băng thử 2500 mm 
Chiều rộng băng thử 1286 mm 
Chiều cao bệ thử 400 mm 
Kiểu phanh Thủy lực 
Công suất phanh lớn nhất 6 kW 
Nhiệt độ sử dụng 0 – 70oC 
Điện áp hoạt động 220 V (AC) 
Dung tích bể nước ≈ 100 dm3 
Công suất bơm nước 370W 
Đường kính con lăn 160mm 
Chiều dài con lăn 250mm 
Tốc độ hoạt động lớn nhất 
của xe 
90km/h 
Tốc độ hoạt động lớn nhất 
của băng thử 
3000 
vòng/phút 
Khối lượng băng thử 150 kg 
Kết nối Cổng USB 
Tần số hoạt động 50Hz 
Hình 3.2 và thể hiện hình ảnh tổng thể của 
băng thử và các hệ thống phụ trợ như két làm 
mát, bộ phận thu nhận tín hiệu cảm biến và xe 
thử nghiệm được lắp đặt trên băng. 
Hình 3.2. Băng thử sau khi chế tạo hoàn chỉnh 
Hình 3.3. Giao diện hiển thị tín hiệu khi thử nghiệm trên băng thử 
Sau khi hoàn thiện băng thử, nhóm tác giả đã 
tiến hành một số thử nghiệm để đánh giá khả năng 
vận hành của băng. Quá trình thử nghiệm được 
tiến hành trên ba dòng xe máy phổ biến ở Việt 
Nam là Wave alpha 100cc; Wave RSX 110cc; 
Neo Future 125cc. Chế độ thử nghiệm như sau: 
 KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 44
- Bướm ga mở hoàn toàn. 
- Tốc độ động cơ được điều chỉnh nằm trong 
khoảng 20-60 km/h với mỗi bước là 10 km/h 
nhờ thay đổi sức cản của phanh thủy lực. 
Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong bảng 
3.2 và đồ thị đường đặc tính công suất và 
mômen của ba xe thử nghiệm được thể hiện 
trong hình 3.4. 
Bảng 3.2. Kết quả đo đạc đặc tính công suất và mômen tại bánh xe trên băng thử 
Wave alpha 100cc 
v (km/h) n (vg/ph) Me (Nm) Ne (kW) 
20,83 686,67 20,99 1,50 
29,82 989,30 21,67 2,24 
41,42 1373,77 17,99 2,59 
49,21 1632,67 16,84 2,88 
60,17 1996,00 14,19 2,96 
Wave RSX 110cc 
v (km/h) n (vg/ph) Me (Nm) Ne (kW) 
20,61 683,77 20,41 1,46 
31,66 1050,33 18,96 1,99 
40,47 1342,54 17,48 2,45 
50,75 1683,67 10,90 1,91 
60,39 2003,09 8,48 1,77 
Future Neo 125cc 
v (km/h) n (vg/ph) Me (Nm) Ne (kW) 
20,44 678,33 20,25 1,43 
30,98 1027,78 19,42 2,08 
40,89 1356,67 17,79 2,52 
51,04 1693,33 13,97 2,47 
61,06 2026,67 12,88 2,73 
Hình 3.4. Đặc tính xe (a) Wave alpha (b)Wave RSX 110cc và (c) Future 125cc 
Kết quả thí nghiệm ban đầu với 3 mẫu xe 
máy phổ biến ở Việt Nam cho thấy băng thử có 
thể vận hành để thực hiện các phép đo đạc. Số 
liệu đo thu thập về công suất và mô men tại 
bánh xe nằm trong dải phù hợp với dòng xe. 
Tuy nhiên nhóm tác giả chưa có điều kiện để 
thực hiện một số đo đạc trên các băng thử tiêu 
chuẩn khác để so sánh với băng thử đã chế tạo. 
Trong nghiên cứu sắp tới để hoàn thiện băng 
thử, sẽ tiến hành cải tiến theo hướng tự động 
hóa và hiệu chỉnh lại thiết bị đo để đảm bảo độ 
chính xác của kết quả đo. 
KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 45
KẾT LUẬN 
Nội dung nghiên cứu “Thiết kế và chế tạo 
băng thử xe máy kiểu thủy lực” đã được thực 
hiện và thu được một số kết quả chính sau đây: 

 Đã chế tạo thành công băng thử xe máy 
kiểu thủy lực có công suất phanh lên tới 6kW và 
tốc độ thử tối đa của xe máy thử nghiệm có thể 
lên tới km/h. 

 Hệ thống cung cấp nước cho phanh theo 
kiểu tuần hoàn một vòng kín, sử dụng hai bơm 
nước độc lập. 

 Xây dựng được phần mềm thu nhận tín 
hiệu cảm biến tốc độ và cảm biến lực. 

 Đã thử nghiệm đánh giá hoạt động của 
băng thử thông qua việc đo đạc đường đặc tính 
ngoài của ba dòng xe máy thế hệ cũ phổ biến ở 
Việt Nam. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Kỹ thuật đo trong động cơ đốt trong-Võ Nghĩa, Trần Quang Vinh, NXB KHKT, 2013. 
Abstract: 
STUDY ON DESIGNING AND MANUFACTURING FLUID CHASSIS 
DYNAMOMETER FOR MOTORCYLCE 
This paper presents study results on manufacturing motorcycle chassis dynamometer for research 
and education. The motorcycle chassis dynamometer was designed including a water brake, 
transmission system, water supply system, cooling system, force sensor and speed sensor. The 
transmission system is used a main roller which is received torque and power by wheel. The main 
roller and rotor of water brake are combined by a transmission shaft, a second roller is used to 
guide the wheel. Water supply system which has two centrifugal water pumps is a closed circulation 
system. The first water pump is used to bring water from the tank to the brake, the other transfer 
water through radiator to keep water temprature stably. Brake force is controlled by varying the 
level of water recirculating within the brake with adjustable inlet and/or outlet valves and orifices. 
The chassis dynamometer uses loadcell and encoder to measure force and speed. The sensor 
signals are transmitted to the hardware that communicates with the computer. The signals are 
calculated by the graphical programming language of the labview software to display the torque, 
power and speed parameters in the computer interface. 
Keywords: chassis dynamometer, water brake, mobility dynamometer. 
Ngày nhận bài: 22/5/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 29/8/2018