بهینه سازی بیشتر ترمزهای خودرو با استفاده از آشکارساز نوترونی

30 دسامبر 2022 -توسط برند مولر، موسسه پل شرر

آنالیزها بر روی منبع نوترونی SINQ Swiss Spallation در یک دستگاه آزمایشی که مخصوص آزمایش‌ها ساخته شده است، انجام شد. از جمله سناریوهای عملیاتی مختلف با افزایش دما با بخاری فن شبیه سازی شد. اعتبار: ANAXAM

زندگی انسان ها به ترمز بستگی دارد. آنها باید به سرعت  کنترل را در دست بگیرند و بلافاصله پس از رها شدن پدال ترمز به حالت استراحت خود برگردند. اگر به طور کامل برنگردند، ممکن است از دست دادن انرژی رخ دهد. این برای راننده قابل توجه نیست و بر عملکرد ترمز تأثیر نمی گذارد. با این حال می تواند ردپای کربن خودرو را افزایش دهد.

محققان مؤسسه Paul Scherrer PSI و کارمندان ANAXAM و شریک صنعتی Audi Sport در حال بررسی این پدیده هستند. آن‌ها از نوترون‌های سوئیس Spallation Neutron Source SINQ در PSI برای مشاهده داخل کالیپر ترمز استفاده کردند و بدین ترتیب راهی برای تجسم و بهینه‌سازی حرکت پیستون‌های ترمز نشان دادند. کالیپر ترمز مانند گیره دیسک ترمز چرخان را می گیرد. هنگامی که راننده پدال ترمز را فشار می دهد، فشار هیدرولیک از خط ترمز تعدادی پیستون را به جلو می راند، که دو لنت ترمز – یکی در دو طرف – را به سمت دیسک ترمز فشار می دهد، در نتیجه نیروهای اصطکاک زیاد دیسک را به یک دیسک ترمز می رساند..

ANAXAM در Villigen یک مرکز برای انتقال فناوری است که توسط PSI تأسیس شده است و از شرکت‌های صنعتی که می‌خواهند از زیرساخت‌های تحقیقاتی PSI استفاده کنند، پشتیبانی می‌کند. شریک صنعتی این پروژه Audi Sport بود. ماتیاس کولب، مهندس توسعه آئودی اسپورت در نکارسالم، آلمان، با همکار سابق خود ماتیاس واگنر، که اکنون یک مهندس ارشد در ANAXAM است، تماس گرفته بود. آنها به همراه دیوید مانز از PSI روشی را ارائه کردند که به آنها اجازه می‌دهد به صورت لحظه‌ای به داخل کالیپر ترمز نگاه کنند و راه‌هایی برای بهینه‌سازی آن جستجو کنند. این در حال حاضر برای اولین بار در PSI به دست آمده است.

استفاده از نوترون برای بهبود ترمز خودرو

شرکا به سرعت متوجه شدند که اشعه ایکس با این واقعیت که آنها قادر به نفوذ به فلزات نیستند، رد شده است. نوترون ها متفاوت هستند: آلومینیوم کالیپر ترمز تقریباً برای آنها شفاف است، اما در عین حال آنها به عناصر شیمیایی سبک بسیار حساس هستند. این بدان معناست که روغن ترمز حاوی ترکیبات هیدروژنی به وضوح در تصویر قابل مشاهده است.

PSI خط پرتو نوترونی و دانش آن را برای آزمایش‌هایی که در سال 2021 آغاز شد و در سال جاری تکمیل شد، ارائه کرد. این آزمایش در خط پرتو نوترا منبع پوسته پوسته شدن SINQ انجام شد. یک آشکارساز، نوترون های عبوری از دستگاه را ثبت کرد و در نهایت یک تصویر دو بعدی از داخل کالیپر ترمز تولید کرد.

ANAXAM یک کالیپر ترمز در جلوی آشکارساز نصب کرد. این مجموعه با یک سیستم هیدرولیک مخصوص طراحی شده تکمیل شد که فشار ترمز واقعی تا 100 بار را تولید می کند. یک محفظه آب و هوا اجازه می دهد تا دمای کالیپر ترمز به دقت کنترل شود و شرایط عملیاتی مختلف را شبیه سازی کند. برخلاف جاده، دیسک ترمز در طول تست ها نمی چرخید.

ماتیاس واگنر از ANAXAM می‌گوید: «اما این می‌تواند گزینه‌ای برای آزمایش‌های آینده باشد تا به نتایج دقیق‌تری دست یابد.» با این حال، این احتمالاً ضروری نخواهد بود، زیرا مجموعه کامل اندازه‌گیری‌ها قبلاً یافته‌های جالب متعددی را به همراه داشته است.

تصاویر ثبت شده توسط آشکارساز به طرز چشمگیری نشان می دهد که تصویربرداری نوترونی چه توانایی هایی دارد. کالیپر ترمز با شش پیستون هیدرولیک – سه عدد در هر طرف، به وضوح قابل مشاهده است. همینطور کوچکترین انحرافات در حرکت پیستونها هستند.

در اینجا، آشکار می شود که فاصله پیستون پایینی که لنت ترمز بیرونی را به کار می اندازد – یعنی فاصله بین لنت ترمز در وضعیت استراحت آن و دیسک ترمز – در 0.4 میلی متر درست است، در حالی که پنج پیستون دیگر فاصله دارند. کمتر از 0.3 میلی متر محققان همچنین توانستند به طور دقیق نحوه خم شدن کالیپر ترمز، به شکل انبر، هنگامی که دو لنت ترمز بر روی آن فشار می آورند، به سمت بیرون خم می کنند.

این پروژه نمونه خوبی است از اینکه چگونه دانش علمی PSI و شایستگی های ANAXAM می تواند محصولی را که قبلاً خود را در تولید سری ثابت کرده است بهبود بخشد. شریک صنعتی عملکرد پیستون های ترمز را بیشتر بهینه کرده است، به طوری که فاصله سه پیستون در سمت داخلی کالیپر ترمز در حال حاضر با مشاهده زیر پرتو نوترونی 0.1 میلی متر افزایش یافته است. این به طور قابل اعتماد لنت های ترمز را از دیسک ترمز هنگام رها شدن ترمز جدا می کند. دیوید مانز از PSI می گوید: “تحقیق ما می تواند به کاهش انتشار CO2 وسایل نقلیه جاده ای کمک کند.”