Nghiên cứu phương pháp tính toán thiết kế hệ thống phanh khí nén theo tiêu chuẩn ECE

Phanh khí nén được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí, bao gồm đặc điểm điều khiển (phanh chính, phanh phụ, phanh bổ trợ), kết cấu cơ cấu phanh (tang trống, đĩa), và dẫn động phanh (khí nén thuần túy, liên hợp thủy lực-khí nén). Theo tài liệu nghiên cứu, trên ô tô tải trung bình và lớn, xe buýt nội thị và xe chở khách từ 24 chỗ ngồi trở lên thường sử dụng hệ thống phanh dẫn động khí nén. Mỗi loại phanh có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại xe và điều kiện vận hành khác nhau. Việc lựa chọn loại phanh phù hợp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả phanh.

Hệ thống phanh khí nén điển hình bao gồm máy nén khí, van phanh, bình chứa khí nén, bầu phanh và các đường ống dẫn khí. Máy nén khí cung cấp khí nén cho hệ thống. Khi người lái đạp phanh, van phanh điều khiển khí nén đến bầu phanh, tạo lực tác động lên cơ cấu phanh. Khi nhả phanh, khí nén được xả ra ngoài. Nguyên lý hoạt động này cho phép tạo ra lực phanh lớn với lực tác động nhỏ từ người lái, thích hợp cho xe tải và xe khách. Theo hình 1.4 trong tài liệu, hệ thống phanh khí nén gồm có nguồn năng lƣợng khí nén, dẫn động phanh và cơ cấu phanh. Trên cơ sở sơ đồ khối nhƣ hình 1.4, sơ đồ cấu tạo của hệ thống phanh khí nén điển hình đƣợc thể hiện nhƣ trên hình 1.

Phân chia lực phanh là yếu tố then chốt để đảm bảo ổn định và hiệu quả phanh. Tiêu chuẩn ECE quy định các yêu cầu cụ thể về phân chia lực phanh giữa các trục xe, đảm bảo xe không bị trượt lết hoặc mất lái khi phanh. Theo tài liệu, việc tính toán và kiểm nghiệm phân bố lực phanh là cần thiết để đảm bảo hệ thống phanh đáp ứng tiêu chuẩn. Các đồ thị tiêu chuẩn ECE cho các loại xe khác nhau (N1, M1, không phải M1 và N1) xác định vùng an toàn về phân bố lực phanh. Tiêu chuẩn ECE R13 và ECE R78 quy định các yêu cầu cụ thể về phân chia lực phanh.

Thời gian phản ứng của hệ thống phanh là khoảng thời gian từ khi người lái tác động lên bàn đạp phanh đến khi lực phanh bắt đầu tác dụng lên bánh xe. Tiêu chuẩn ECE quy định giới hạn tối đa cho thời gian phản ứng, đảm bảo hệ thống phanh phản ứng nhanh chóng trong các tình huống khẩn cấp. Việc tính toán và kiểm nghiệm thời gian phản ứng là cần thiết để đảm bảo an toàn. Các thông số ảnh hưởng đến thời gian phản ứng bao gồm chiều dài đường ống, áp suất khí nén và các thành phần van.

Nguồn năng lượng (máy nén khí và bình chứa) phải đảm bảo cung cấp đủ khí nén cho hệ thống phanh hoạt động hiệu quả. Tiêu chuẩn ECE quy định các yêu cầu về dung tích bình chứa và năng suất máy nén, đảm bảo hệ thống phanh luôn có đủ năng lượng dự trữ. Theo tài liệu, năng suất của nguồn năng lượng cần được tính toán và lựa chọn phù hợp với yêu cầu của hệ thống phanh. Dung tích của bình chứa khí nén và năng suất của nguồn năng lượng là hai yếu tố quan trọng.

Bước đầu tiên là kiểm nghiệm hệ thống phanh hiện tại hoặc thiết kế sơ bộ theo tiêu chí phân chia lực phanh trong tiêu chuẩn ECE. Điều này bao gồm việc tính toán lực phanh trên mỗi trục và so sánh với các giới hạn quy định trong tiêu chuẩn. Nếu hệ thống không đáp ứng tiêu chuẩn, cần điều chỉnh thiết kế. Kiểm nghiệm được thực hiện cho các trường hợp xe tải đầy tải và không tải để đánh giá hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Ví dụ, tài liệu đề cập đến kiểm nghiệm cho xe tải 22.4 tấn và 25 tấn.

Sau khi kiểm nghiệm, cần xây dựng một phương pháp tính toán để thiết kế hoặc điều chỉnh hệ thống phanh sao cho đáp ứng tiêu chuẩn ECE. Phương pháp này bao gồm các bước tính toán lực phanh, áp suất khí nén, hệ số điều chỉnh áp suất và các thông số khác liên quan đến hiệu quả phanh. Phương pháp tính toán cần dựa trên các cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, đảm bảo tính chính xác và tin cậy. Cơ sở tính toán cần dựa trên sự phân bố lại trọng lượng trong quá trình phanh, ảnh hưởng đến lực phanh trên các trục.

Bộ điều hòa lực phanh có vai trò quan trọng trong việc phân phối lực phanh tối ưu giữa các trục. Việc tính toán áp suất và hệ số điều chỉnh áp suất cho bộ điều hòa là cần thiết để đảm bảo hệ thống phanh hoạt động hiệu quả. Tính toán xác định áp suất, hệ số điều chỉnh áp suất và góc đặt cần điều chỉnh của bộ điều hòa lực phanh. Cần tính toán độ dài cần điều chỉnh lP của bộ điều hòa lực phanh. Các giá trị tức thời của góc  và hệ số điều chỉnh áp suất K cần được xác định theo hệ số lực phanh cho các trường hợp ô tô đầy tải và không tải. Việc xác định hệ số sử dụng trọng lƣợng bám của các bánh xe với mặt đƣờng cũng quan trọng.

Việc tính toán và lựa chọn bộ điều hòa lực phanh phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống phanh hoạt động hiệu quả. Cần xem xét các thông số kỹ thuật của xe và bộ điều hòa để đảm bảo tính tương thích. Theo tài liệu, việc xây dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lƣợng bám tại bánh xe cầu trƣớc và cầu sau với hệ số lực phanh giúp lựa chọn bộ điều hòa phù hợp. Ứng dụng tính toán bộ điều hòa lực phanh cho xe tham khảo để kiểm chứng hiệu quả.

Sau khi thiết kế hoặc điều chỉnh hệ thống phanh, cần kiểm nghiệm lại thời gian phản ứng theo tiêu chuẩn ECE. Điều này bao gồm việc đo thời gian phản ứng thực tế của hệ thống và so sánh với giới hạn quy định trong tiêu chuẩn. Nếu thời gian phản ứng không đáp ứng tiêu chuẩn, cần điều chỉnh thiết kế. Ví dụ, tài liệu đề cập đến kiểm nghiệm hệ thống phanh theo tiêu chí thời gian phản ứng trong tiêu chuẩn ECE cho xe tải 25 tấn. Xác định các thông số tính toán và xây dựng đồ thị quan hệ giữa thời gian phản ứng và biến thiên của áp suất trong bầu phanh.

Van gia tốc giúp giảm thời gian phản ứng của hệ thống phanh bằng cách tăng tốc độ cung cấp khí nén đến bầu phanh. Tính toán thiết kế van gia tốc là cần thiết để đảm bảo hiệu quả. Theo tài liệu, cần lựa chọn nguồn năng lượng phù hợp và nhận xét, đánh giá kết quả tính toán. Các thông số chọn trước, hành trình tự do của piston, hành trình của piston dưới cần được xác định. Cần tính toán thiết kế lò xo van gia tốc và kiểm nghiệm lại hệ thống phanh sau khi đã tính toán thiết kế van gia tốc.

Tối ưu hóa hiệu suất phanh bao gồm việc giảm thời gian phản ứng, tăng lực phanh và cải thiện độ ổn định khi phanh. Các biện pháp có thể áp dụng bao gồm sử dụng van gia tốc, cải thiện thiết kế bộ điều hòa lực phanh và lựa chọn vật liệu má phanh phù hợp. Mô phỏng hệ thống phanh khí nén giúp đánh giá hiệu quả của các biện pháp tối ưu hóa. Việc phân tích lực phanh giúp tìm ra các điểm yếu và cải thiện hiệu suất.

Bảo trì định kỳ giúp phát hiện sớm các hư hỏng và ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng. Quy trình bảo trì bao gồm kiểm tra áp suất khí nén, kiểm tra rò rỉ khí, kiểm tra má phanh, kiểm tra xi lanh phanh và thay thế các thành phần bị hao mòn. Việc tuân thủ quy trình bảo trì giúp kéo dài tuổi thọ của hệ thống phanh và đảm bảo an toàn khi vận hành. Cần chú ý đến cấu tạo phanh khí nén và nguyên lý làm việc để bảo trì hiệu quả.

Hiểu rõ ưu nhược điểm giúp tối ưu hoá vận hành. Phanh khí nén có ưu điểm lực phanh lớn, dễ điều khiển nhưng có nhược điểm thời gian phản ứng chậm, độ nhạy kém so với phanh dầu, cấu trúc cồng kềnh, giá thành cao. Để khắc phục nhược điểm thời gian phản ứng, cần sử dụng van gia tốc. Để khắc phục nhược điểm độ nhạy kém, cần sử dụng bộ điều hòa lực phanh. Việc chọn vật liệu tốt cũng giúp tăng hiệu quả.

Tổng kết lại các kết quả nghiên cứu về phương pháp tính toán thiết kế hệ thống phanh khí nén theo tiêu chuẩn ECE. Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của phương pháp đã được trình bày. Nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tuân thủ tiêu chuẩn ECE trong thiết kế và sản xuất hệ thống phanh. Cần có tài liệu về phanh khí nén để tham khảo.

Đề xuất các hướng nghiên cứu phát triển hệ thống phanh khí nén trong tương lai, bao gồm việc nghiên cứu các công nghệ mới, tối ưu hóa hệ thống phanh để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về an toàn và hiệu quả, và phát triển các hệ thống phanh thông minh hơn. Nghiên cứu các loại phanh khí nén mới và ứng dụng của chúng.