Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống phanh trên ôtô giữ vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn giao thông, giúp điều chỉnh tốc độ và dừng xe kịp thời. Theo số liệu thống kê sơ bộ từ một số quốc gia, tai nạn giao thông do lỗi hệ thống phanh chiếm tỷ lệ cao, khoảng 52-74% trong tổng số các lỗi kỹ thuật. Đặc biệt, các xe tải hạng trung và nặng thường sử dụng hệ thống phanh khí nén một dòng, có ưu điểm là lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ nhưng nhược điểm lớn là khi hệ thống khí nén bị hỏng hoặc rò rỉ, phanh mất tác dụng, gây nguy cơ mất an toàn cao. Trong Quân đội Việt Nam, hơn 4.000 xe ZIL-131 vẫn đang sử dụng hệ thống phanh khí nén một dòng với độ tin cậy thấp, cần được cải tiến để nâng cao hiệu quả và an toàn.

Mục tiêu nghiên cứu là cải tiến hệ thống phanh khí nén một dòng thành hệ thống phanh nhiều dòng có bộ điều hòa lực phanh, nhằm tự động điều chỉnh lực phanh giữa các cầu xe, đảm bảo phanh hiệu quả ngay cả khi một dòng khí nén bị hỏng hoặc rò rỉ. Nghiên cứu tập trung vào xe ZIL-131, sử dụng phương pháp mô phỏng tập trung và thực nghiệm để đánh giá các chỉ tiêu hiệu quả phanh như gia tốc chậm dần, quãng đường phanh, thời gian phanh và lực phanh riêng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích lý thuyết, mô phỏng động lực học và thử nghiệm thực tế tại Khoa Ôtô, Trường Đại học Trần Đại Nghĩa trong giai đoạn năm 2018-2019. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao an toàn giao thông và hiệu quả vận hành các phương tiện quân sự sử dụng hệ thống phanh khí nén.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình động lực học quá trình phanh ôtô, bao gồm:

  • Phương trình động lực học khi phanh: Cân bằng lực phanh, lực quán tính, lực cản lăn và lực cản không khí, xác định gia tốc chậm dần và quãng đường phanh.
  • Điều kiện phanh hiệu quả nhất: Phân bố lực phanh lý tưởng giữa các cầu xe sao cho lực phanh riêng tại mỗi cầu bằng hệ số bám mặt đường, tránh hiện tượng hãm cứng bánh xe.
  • Động lực học dẫn động hệ thống phanh khí nén: Mô hình hóa quá trình truyền áp suất khí nén qua các phần tử như máy nén, bình chứa, van phân phối, bầu phanh, sử dụng phương pháp mô phỏng tập trung.
  • Bộ điều hòa lực phanh: Cơ cấu tự động điều chỉnh áp suất khí nén đến các cầu xe theo tải trọng và hệ số bám, nhằm tối ưu hóa lực phanh và tăng tính ổn định khi phanh.
  • Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh: Gia tốc chậm dần, thời gian phanh, quãng đường phanh, lực phanh và lực phanh riêng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thực tế từ xe ZIL-131 trong Quân đội nhân dân Việt Nam, tiêu chuẩn ngành và tiêu chuẩn ECE R13 của Châu Âu.
  • Phương pháp phân tích: Tổng hợp lý thuyết động lực học phanh, xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả quá trình làm việc của hệ thống phanh khí nén.
  • Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm Matlab và Simulink để mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống phanh (nạp khí, đạp phanh, nhả phanh), tính toán thời gian chậm tác dụng, áp suất khí nén tại các bầu phanh.
  • Phương pháp thực nghiệm: Thử nghiệm đo các chỉ tiêu hiệu quả phanh (quãng đường phanh, thời gian phanh, gia tốc phanh) trên xe ZIL-131 tại Khoa Ôtô, Trường Đại học Trần Đại Nghĩa, so sánh với tiêu chuẩn ECE R13.
  • Cỡ mẫu và timeline: Thí nghiệm thực hiện trên một số xe ZIL-131 trong năm 2019, lựa chọn mẫu đại diện cho các điều kiện vận hành khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thời gian nạp khí vào bình chứa khí nén: Mô phỏng cho thấy thời gian nạp đầy bình khí nén trong hệ thống phanh là khoảng 140 giây, với sự chênh lệch áp suất ban đầu giữa các bình do hệ số cản khác nhau nhưng về cuối áp suất cân bằng (Hình 3.4).
  2. Thời gian nạp khí vào bầu phanh khi đạp phanh: Thời gian nạp khí vào bầu phanh trước và sau dao động trong khoảng 0,5 đến 1 giây, phù hợp với yêu cầu phản ứng nhanh của hệ thống phanh (Hình 3.7).
  3. Cải tiến hệ thống phanh khí nén một dòng thành nhiều dòng với bộ điều hòa lực phanh: Giúp tự động điều chỉnh lực phanh giữa cầu trước và cầu sau, giảm nguy cơ hãm cứng bánh xe, nâng cao hiệu quả sử dụng trọng lượng bám.
  4. Kết quả thử nghiệm thực tế: Sau cải tiến, các chỉ tiêu hiệu quả phanh như gia tốc chậm dần, quãng đường phanh và thời gian phanh được cải thiện rõ rệt, đạt hoặc vượt tiêu chuẩn ECE R13. Ví dụ, quãng đường phanh giảm khoảng 10-15% so với hệ thống cũ, gia tốc chậm dần tăng lên gần 7,5 m/s² trên đường nhựa khô.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cải tiến hiệu quả phanh là do bộ điều hòa lực phanh điều chỉnh áp suất khí nén phân bố hợp lý giữa các cầu xe, phù hợp với tải trọng và hệ số bám mặt đường thay đổi trong quá trình vận hành. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào mô phỏng hoặc tính toán lý thuyết, nghiên cứu này kết hợp mô phỏng và thử nghiệm thực tế trên xe ZIL-131, tạo ra giải pháp khả thi và hiệu quả. Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ áp suất khí nén tại các bầu phanh, giản đồ phanh thể hiện lực phanh theo thời gian, và bảng so sánh các chỉ tiêu hiệu quả phanh trước và sau cải tiến.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Lắp đặt bộ điều hòa lực phanh trên xe ZIL-131: Động tác điều chỉnh áp suất khí nén tự động, giảm nguy cơ hãm cứng bánh xe, nâng cao an toàn. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: Bộ Quốc phòng và các đơn vị kỹ thuật quân sự.
  2. Cải tiến hệ thống phanh khí nén một dòng thành nhiều dòng: Tăng độ tin cậy, đảm bảo phanh hoạt động ngay cả khi một dòng khí nén bị hỏng hoặc rò rỉ. Thời gian thực hiện: 12 tháng, chủ thể: Nhà sản xuất và đơn vị bảo trì.
  3. Đào tạo kỹ thuật viên và lái xe về vận hành và bảo dưỡng hệ thống phanh cải tiến: Nâng cao nhận thức và kỹ năng sử dụng hệ thống mới, giảm thiểu rủi ro do vận hành sai. Thời gian: liên tục, chủ thể: Bộ Quốc phòng và các trường đào tạo.
  4. Thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng hệ thống phanh khí nén: Đảm bảo áp suất khí nén và các bộ phận hoạt động ổn định, giảm thời gian chậm tác dụng và tăng tuổi thọ thiết bị. Chủ thể: Đơn vị kỹ thuật và bảo trì.
  5. Nghiên cứu tiếp tục nâng cao hiệu quả phanh bằng công nghệ chống bó cứng ABS: Là bước phát triển tiếp theo nhằm tăng tính an toàn và ổn định khi phanh gấp. Chủ thể: Các viện nghiên cứu và nhà sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư cơ khí động lực và kỹ thuật ôtô: Áp dụng kiến thức cải tiến hệ thống phanh khí nén, thiết kế và phát triển các hệ thống phanh an toàn hơn.
  2. Đơn vị quân sự sử dụng xe ZIL-131: Nâng cao hiệu quả vận hành và an toàn giao thông trong các hoạt động quân sự.
  3. Nhà sản xuất và bảo trì xe tải, xe chuyên dụng: Tham khảo giải pháp cải tiến để nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ bảo trì.
  4. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành cơ khí động lực: Là tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo về hệ thống phanh và an toàn giao thông.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần cải tiến hệ thống phanh khí nén một dòng thành nhiều dòng?
    Hệ thống một dòng có nhược điểm lớn là khi rò rỉ hoặc hỏng một phần khí nén, toàn bộ hệ thống phanh mất tác dụng, gây nguy hiểm. Hệ thống nhiều dòng giúp phân tách và điều chỉnh lực phanh riêng biệt, tăng độ an toàn.

  2. Bộ điều hòa lực phanh hoạt động như thế nào?
    Bộ điều hòa tự động điều chỉnh áp suất khí nén đến các cầu xe dựa trên tải trọng và hệ số bám mặt đường, giúp phân bố lực phanh hợp lý, tránh hiện tượng hãm cứng bánh xe.

  3. Phương pháp mô phỏng tập trung có ưu điểm gì?
    Phương pháp này cho phép mô hình hóa chính xác các phần tử khí nén trong hệ thống, tính toán áp suất và lưu lượng khí qua từng phần tử, dễ dàng thực hiện trên phần mềm Matlab, phù hợp với hệ thống phức tạp.

  4. Kết quả thử nghiệm có đảm bảo tiêu chuẩn quốc tế không?
    Kết quả thử nghiệm sau cải tiến được so sánh với tiêu chuẩn ECE R13 của Châu Âu, đạt hoặc vượt các chỉ tiêu về gia tốc chậm dần, quãng đường phanh và thời gian phanh.

  5. Có thể áp dụng giải pháp này cho các loại xe khác không?
    Giải pháp cải tiến hệ thống phanh khí nén nhiều dòng có bộ điều hòa lực phanh có thể áp dụng cho nhiều loại xe tải và xe chuyên dụng sử dụng phanh khí nén, đặc biệt là các xe quân sự và công nghiệp.

Kết luận

  • Đề tài đã nghiên cứu và cải tiến thành công hệ thống phanh khí nén một dòng thành hệ thống phanh nhiều dòng có bộ điều hòa lực phanh trên xe ZIL-131.
  • Phương pháp mô phỏng tập trung kết hợp với thử nghiệm thực tế đã chứng minh hiệu quả cải tiến, nâng cao các chỉ tiêu phanh như gia tốc chậm dần, quãng đường và thời gian phanh.
  • Giải pháp cải tiến giúp tăng tính an toàn, giảm nguy cơ mất phanh khi rò rỉ khí nén, phù hợp với yêu cầu vận hành trong Quân đội.
  • Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi cho các loại xe sử dụng hệ thống phanh khí nén, góp phần nâng cao an toàn giao thông.
  • Đề xuất triển khai lắp đặt, đào tạo và bảo dưỡng hệ thống phanh cải tiến trong thời gian 6-12 tháng, đồng thời nghiên cứu tiếp tục các công nghệ phanh hiện đại hơn.

Quý độc giả và các đơn vị quan tâm được khuyến khích áp dụng và phát triển nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn của hệ thống phanh khí nén trong thực tế vận hành.