Енергетски потенцијал фрикционе кочнице

Abstract

Кочење представља комплексан стохаситчки и триболошки процес који карактеришу значајне промене улазне енергије која енергију кретања возила неповратно претвара у топлотну енергију при чему се та енерија предаје околини. У друмским возилима опремљеним конвенционалним кочницама, кочење представља екстремно неповољан процес са становишта трансформације и рекуперације енергије у којем се енергија неповратно губи. Из овог разлога се поставља питање да ли постоји могућност управљања количином енергије која се утроши у фрикционим кочницама, односно да ли постоји могућност управљања радом кочења и хабањем у процесу кочења у циљу максималног остварења ефикасности процеса кочења и животног века кочног система, као и који је износ енергије који кочница може да трансформише односно прими током животног века? Другим речима, питање је колики је енергетски потенцијал дате кочнице и како се исти може искористити уз услов да се не наруше декларисане кочне перформансе? Декларисане кочне перофмрансе се, обично, оцењују на бази зауставног пута, оствареног успорења, кочног момента и сл. У овом случају се не разматра остварена снага кочења, односно рад кочења. Међутим, кочне перформансе, пре свега зависе од тога „какве су могућности кочнице“, односно какав је капацитет, односно, генерички или инцијални потенцијал дате кочнице и на који начин се та енергија може искористити у датим радним условима у току животног века кочнице. Такође, познавање вредности енергетског потенцијала дате кочнице, омогућава управљање процесом кочења у циљу оптимизације међузависности између кочних перформанси и њеног животног века, односно хабања. Већина савременних возила је данас опремљена различитим сензорима (брзине, односно броја обртаја ротирајућег елемента, притиска активирања кочнице и температуре фрикционе порвршине) на основу којих се омогућава мерење енергетског потенцијала у сваком тренутку животног века конице. На овај начин се може управљати утицајним параметрима на енергетски потенцијал кочнице према одоговарајућем алогритму како би се оптимизовале кочнце перформансе у току животног века кочнице. Енергетски потенцијал конице је дефинисан животним веком кочнице, њеним перформансама и стабилношћу коефицијента трења. Енергетски потенцијал кочнице говори колико се енергије кочења може утрошити пре њеног потпуног (физичког) истрошења. У циљу оцене енергетског потенцијала кочнице, морају се идентификовати, однoсно квалификовати и квантификовати сви утицајни параметри. У том циљу, спроведена су бројна експериментална испитивања на кочници путничког моторног возила на динамометријском пробном столу за испитивање кочница. Након лабораторијских испитивања, резултати ових тестова су искоришћени ради формирања математичких модела трења, хабања и рада кочења у читавом животном веку кочнице. На основу резултата експерименталних и теоретских истраживања извршена је процена вредности енергетског потенцијала дате кочнице и дат је предлог алгоритма за адаптивни систем урпавања процесом кочења.

Braking is a complex stochastic and tribological process characterized by the significant variation of input energy status of a specific tribo-mechanical system whereby energy of motion of vehicle is irrevocably converted into heat and dissipated into the environment. At road vehicles equipped with conventional friction brakes, braking is an extremely unfavorable energy transformation process from energy consumption and recuperation point of view in which energy is irretrievably lost. That is why the question might be raised whether there are any possibilities to manage the brake energy consumption in friction brakes, i.e. would it be possible to manage both work done by the brake and brake wear in order to maximize both the efficiency and life of braking systems and what would be amount of energy that a given brake will transform during its service life? In other words, the question is how big the energy potential of a given brake would be and how to use and/or dissipate it in the best possible manner with no risk to jeopardize achieving of high enough braking performance? Brake performance evaluation is usually based upon realized deceleration, stopping distance, brake torque and similarly, it does not comprise braking power/energy rate characterization. However, brake performance realization basically depends on “what was available in the brake” i.e. “generic” or initial energy potential/capacity of a given brake and “how this was consumed” under given load conditions and the way brake was used during its service life. Furthermore, acquiring the quantity of generic energy potential of the given brake one may manage braking process in order to optimize interdependence between brake performance and its service life i.e. wear. Most vehicles are nowadays already equipped with different sensors (speed, application pressure, temperature) and that is why it might be feasible to measure actual value of the brake energy potential in every moment in time of operation. That is how individual brake influencing parameters can be managed simultaneously by means of an appropriate algorithm so as to optimise requested brake performance with the projected brake service life. Brake energy potential is defined by its performance, service life and friction coefficient stability. It tells us how many braking energy has to be spent before brake lining/pad is reaching its physical wear limit. In order to assess it all influential factors are to be identified and analyzed, and the procedure of doing so is demonstrated in the paper. With this aim, numerous tests were carried out with samples of passenger car disk brakes under laboratory conditions by means of single-ended full-scale inertia dynamometer. Afterwards, results of these tests were used to establish an analytical model which enables us to estimate friction, wear and work done by the brake for a given braking application and the whole service life. Based on the results of experimental and theoretical studies that have been conducted energy potential rate for the given brake may be assessed. Finally, the idea for an algorithm of braking management based on the optimization of brake potential is outlined.