Nghiên Cứu Sự Suy Giảm Hiệu Quả Phanh Khi Phanh Liên Tục Trên Dốc Dài

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ chuyển động của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đó theo yêu cầu của người lái. Ngoài ra hệ thống phanh còn giữ cho ô tô dừng ở ngang dốc dài trong thời gian lâu dài hoặc cố định xe trong thời gian dừng xe (phanh tay). Đối với ô tô, máy kéo hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng vì nó đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở tốc độ cao hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm nhờ vậy mà nâng cao được năng suất vận chuyển, tăng được tính động lực.

Trên ôtô thường có các hệ thống phanh sau: phanh chính, phanh dừng và phanh dự phòng. Phanh chính phải là một hệ thống hoàn chỉnh, độc lập với các hệ thống phanh khác. Nó có nhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô đang chuyển động khi cần thiết. Hệ thống phanh này được điều khiển bằng chân và thường được dẫn động bằng khí nén hoặc thuỷ lực.

Việc khảo sát, nghiên cứu, tính toán về hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh. Từ đó tạo tiền đề cho việc khảo sát thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô. Trong đề tài này tập trung vào vấn đề tìm hiểu khảo sát, đánh giá sự suy giảm hiệu quả phanh khi phanh liên tục trên dốc dài theo các thông số như: Độ dốc dài của đường; Chiều dài của đoạn đường; Vận tốc chuyển động.

Khi phanh liên tục, năng lượng кинетическая chuyển thành nhiệt năng do ma sát giữa má phanh và đĩa phanh (hoặc tang trống). Trên dốc dài, lực phanh cần thiết lớn hơn, dẫn đến nhiệt lượng sinh ra nhiều hơn. Khả năng tản nhiệt của hệ thống phanh có giới hạn, và khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép, hiệu quả phanh sẽ giảm sút đáng kể.

Độ dốc càng lớn, trọng lượng xe càng cao, thì lực phanh cần thiết để duy trì tốc độ an toàn càng lớn. Điều này đồng nghĩa với việc nhiệt lượng sinh ra trong quá trình phanh liên tục càng nhiều, làm tăng nguy cơ quá nhiệt phanh và mất phanh. Các phương tiện chở tải trọng lớn và di chuyển trên độ dốc cao là đối tượng dễ gặp phải tình trạng này.

Phanh liên tục không chỉ gây ra quá nhiệt phanh mà còn làm tăng tốc độ mòn má phanh. Khi má phanh mòn, khoảng cách phanh tăng lên, làm giảm hiệu quả phanh. Việc kiểm tra và thay má phanh định kỳ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn giao thông. Nên sử dụng các loại vật liệu má phanh chất lượng cao để kéo dài tuổi thọ và đảm bảo hiệu quả phanh.

Chương trình tính toán bằng Matlab Simulink được sử dụng để mô phỏng quá trình phanh liên tục trên dốc dài. Mô hình mô phỏng cho phép đánh giá sự biến thiên nhiệt độ của các bộ phận hệ thống phanh, từ đó dự đoán nguy cơ quá nhiệt phanh. Kết quả mô phỏng cung cấp thông tin quan trọng để thiết kế và cải tiến hệ thống phanh.

Ngoài mô phỏng, cần tiến hành thí nghiệm phanh thực tế để kiểm chứng độ chính xác của các mô hình. Thí nghiệm được thực hiện trên các xe ô tô khác nhau, trong các điều kiện vận hành khác nhau (độ dốc dài, tốc độ, trọng lượng). Dữ liệu thu thập từ thí nghiệm được sử dụng để hiệu chỉnh và hoàn thiện các mô hình mô phỏng.

Trong quá trình thí nghiệm phanh, cần sử dụng các thiết bị đo lường để ghi lại các thông số quan trọng như áp suất phanh, gia tốc phanh, quãng đường phanh, và lực phanh. Dữ liệu này cho phép phân tích chi tiết hiệu suất của hệ thống phanh và đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến hiệu quả phanh.

Kết quả thí nghiệm cho thấy quãng đường phanh tăng đáng kể khi xe phanh liên tục trên dốc dài. Mức tăng quãng đường phanh phụ thuộc vào độ dốc, trọng lượng xe, và tốc độ ban đầu. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc duy trì khoảng cách an toàn khi lái xe trên đèo dốc.

Nghiên cứu cho thấy hệ số ma sát giảm đáng kể khi nhiệt độ của hệ thống phanh tăng lên. Mức độ suy giảm hệ số ma sát phụ thuộc vào loại vật liệu má phanh. Việc lựa chọn vật liệu má phanh phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả phanh trong các điều kiện khắc nghiệt.

Kết quả nghiên cứu cho thấy xe có tải trọng lớn hơn (ví dụ: xe tải, xe khách) có xu hướng bị suy giảm hiệu quả phanh nhanh hơn khi phanh liên tục trên dốc dài. Điều này là do xe có tải trọng lớn cần lực phanh lớn hơn, dẫn đến sinh ra nhiều nhiệt hơn.

Phanh động cơ là một phương pháp hiệu quả để giảm tốc độ xe mà không cần sử dụng phanh chính liên tục. Bằng cách chọn số thấp, người lái xe có thể tận dụng lực hãm của động cơ để kiểm soát tốc độ, giảm tải cho hệ thống phanh và tránh quá nhiệt.

Việc kiểm tra phanh, thay má phanh, và bảo dưỡng phanh định kỳ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn giao thông. Người lái xe nên chú ý đến tình trạng của dầu phanh, ống dẫn dầu phanh, và xi lanh phanh. Nếu phát hiện bất kỳ dấu hiệu bất thường nào, cần mang xe đến gara để kiểm tra và sửa chữa kịp thời.

Phanh ABS (Anti-lock Braking System) giúp ngăn chặn bánh xe bị khóa cứng khi phanh gấp, giúp người lái xe duy trì khả năng kiểm soát hướng. Các công nghệ hỗ trợ phanh khẩn cấp khác như EBD (Electronic Brakeforce Distribution) và BAS (Brake Assist System) cũng giúp cải thiện hiệu quả phanh và giảm nguy cơ tai nạn.

Một hướng nghiên cứu quan trọng là phát triển các vật liệu má phanh mới có khả năng chịu nhiệt độ cao và duy trì hệ số ma sát ổn định trong điều kiện khắc nghiệt. Các vật liệu này có thể giúp giảm nguy cơ quá nhiệt phanh và mất phanh.

Hệ thống phanh thông minh có thể tự động điều chỉnh lực phanh dựa trên độ dốc, trọng lượng xe, và tốc độ để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu và ngăn chặn quá nhiệt.

Các công nghệ mới như hệ thống phanh tái sinh năng lượng, hệ thống phanh điện tử, và hệ thống phanh tự động có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu quả phanh và tăng an toàn giao thông.