Sistemul ABS 1. Analiza constructiv-funcţională a sistemului de frânare ABS 1.1. Introducere În a doua parte a secolului XX. producţia de autovehicule s-a dezvoltat foarte mult creându-se motoare foarte puternice, care sunt capabile să realizeze acceleraţii şi viteze foarte mari ale maşinilor. Din această cauză a apărut necesitatea conceperii unor sisteme moderne (mecatronice), care să facă mai sigură circulaţia pe drumurile publice. Paralel cu aceste sisteme de securitate s-au dezvoltat şi sistemele pentru confortul pasagerilor şi bineînţeles sistemele pentru managementul motorului, care au asigurat forţe şi performanţe şi mai mari ale motoarelor. Totalul sistemelor clasice şi mecatronice formează autovehiculul mecatronic. Unul dintre cele mai importante dintre aceste sisteme mecatronice este sistemul de frânare cu ABS, care face posibilă oprirea autovehiculelor în condiţii de siguranţă. Denumirea ABS vine de la Anti-Lock Braking System (sistem de frânare cu anti-blocare).
Transcript
Sistemul ABS
1. Analiza constructiv-funcţională a sistemului de frânare ABS
1.1. Introducere
În a doua parte a secolului XX. producţia de autovehicule s-a dezvoltat foarte mult creându-se motoare foarte puternice, care sunt capabile să realizeze acceleraţii şi viteze foarte mari ale maşinilor. Din această cauză a apărut necesitatea conceperii unor sisteme moderne (mecatronice), care să facă mai sigură circulaţia pe drumurile publice. Paralel cu aceste sisteme de securitate s-au dezvoltat şi sistemele pentru confortul pasagerilor şi bineînţeles sistemele pentru managementul motorului, care au asigurat forţe şi performanţe şi mai mari ale motoarelor. Totalul sistemelor clasice şi mecatronice formează autovehiculul mecatronic. Unul dintre cele mai importante dintre aceste sisteme mecatronice este sistemul de frânare cu ABS, care face posibilă oprirea autovehiculelor în condiţii de siguranţă. Denumirea ABS vine de la Anti-Lock Braking System (sistem de frânare cu anti-blocare).
1.2 Noţiuni generale privind frânarea. Avantajul sistemului de frânare ABS faţă de sistemul de frânare convenţional Frânarea constă în consumarea energiei cinetice (prin frecare), acumulate de autovehicul, ceea ce se realizează cu ajutorul discurilor şi a plăcuţelor de frână şi a unor forţe (presiuni) acţionând asupra lor cu ajutorul unor actuatori hidraulici. (figura 1.1).
Formula următoare reprezintă relaţia energiei cinetice: Ec = 0,5mv2
unde: - m reprezintă masa autovehiculului şi - v reprezintă viteza autovehiculului
figura 1.1
Din formula de mai sus se poate observa că energia cinetică creşte exponenţial cu pătratul vitezei, ceea ce înseamnă că distanţa de oprire la o viteză de 100 km/h este de 4 ori mai mare, decât la o viteză de 50 km/h (bineînţeles, la o forţă de frânare identică).
Sistemul de frânare ABS a jucat un rol foarte important în creşterea siguranţei active a automobilului. Cel mai mare avantaj al ABS-ului faţa de sistemul de frânare convenţional este că la o frânare puternică, pe un carosabil alunecos, evitând deraparea, sistemul de frânare ABS face ca vehiculul să poată efectua viraje şi schimbări de direcţie în timpul frânarii, respectiv poate să reducă distanţa de frânare în anumite condiţii nefavorabile (de exemplu: pe zăpadă, sau pe gheaţă având cauciucuri de iarna cu cuie), maşina adaptându-se la condiţiile de trafic şi de drum. Totuşi, nu trebuie să ne aşteptăm ca ABS-ul să scurteze distanţa de frânare în orice condiţii de drum. Când conducem pe criblură, nisip sau mai ales zăpadă proaspătă, depusă pe un strat de gheaţă, maşina trebuie condusă mai încet şi cu multă grijă, pentru că distanţa de oprire poate să fie mult mai lungă.
Schema de distribuţie (în plan) a sistemului de frânare ABS este prezentată în figura următoare:
figura 1.2
Sistemul de frânare ABS este compus din senzori, o unitate ECU, o unitate HCU şi din actuatori hidraulici. Deci din 4 senzori, câte unul pe fiecare roată (în acest caz, pentru că sunt variante, în care la roţile din spate se pune doar un singur senzor, mai ales când aceştia sunt roţile tractoare), care au rolul de a măsura turaţia roţilor şi de a trimite informaţiile obţinute la o unitate centrală ECU (Electronic Control Unit). Unitatea ECU are rolul de a prelucra aceste informaţii şi de a trimite altele, obţinute din cele prelucrate, către unitatea HCU (Hydraulic Control Unit). Această unitate are rolul de a scade (pentru o secvenţă şi la perioade de timp bine stabilite) presiunea uleiului, în acel circuit de frânare, de la care informaţiile trimise de senzori, către ECU, au fost diferite faţă de cele prestabilite a fi corecte, printr-un actuator hidraulic. Unitatea HCU va efectua această operaţie până când unitatea ECU va primi, de la senzori, informaţii diferite faţă cele prestabilite a fi corecte.
1.3. Schema şi funcţionarea sistemului de frânare ABS
Unitatea de comandă (ECU + HCU) este prezentată în figura următoare:
figura 1.3
Sistemul de frânare ABS nu funcţionează decât la o viteză mai mare de aproximativ 7 km/h. La o frânare bruscă, atunci când turaţia uneia dintre roţi atinge un anumit nivel minim, care este prea scăzută faţa de viteza maşinii şi roata tinde să se blocheze, presiunea de la frânele aferente se scade cu ajutorul actuatorului hidraulic comandat de unitatea de control HCU (pentru o secvenţă şi la perioade de timp bine stabilite).
La cealaltă variantă constructivă, deci cu 3 senzori (cu un singur senzor la roţile din spate), la roţile din faţa această presiune este reglată separat la fiecare dintre ele, iar la roţile din spate împreuna. Efectul frânarii în acelaşi timp pentru ambii roţi din spate face ca stabilitatea maşinii să fie menţinută cât mai mult posibil (exclusiv momentele când una dintre roţile din spate părăseşte şoseaua, din cauza unui carosabil accidentat, blocându-se, şi ABS-ul slăbeşte frânarea pentru o fracţiune de secundă şi pentru roata cealaltă). Unitatea ECU începe să preia informaţiile de la senzorii roţilor şi să le prelucreze, din momentul apăsării pedalei de frână.
Dacă intervine vreun defect în funcţionarea sistemului ABS, pe bordul maşinii se aprind unul sau două becuri de semnalizare.
În figura următoare este prezentată schema bloc a sistemului de frânare ABS:
figura 1.4
Unde: 15 - este un terminal conectat la contactul maşinii;
- 30 - este terminalul (+) de alimentare a unităţii de control;
- 31 - este terminalul (-), (ground);
- A2 - unitatea de control;
- B25, B26 - sunt senzorii de turaţie ai roţilor faţă-stânga respectiv faţă-dreapta;
- B27, B28 - sunt senzorii de turaţie ai roţilor spate-stânga respectiv spate-dreapta;
- H1.5 - bec de semnalizare;
- S29/S43 - sunt întrerupătoare (switch-uri), semnale de intrare de la pedala de frână;
- WSS - „distance signal”, semnal de intrare pentru unitatea HCU, care conţine informaţii asupra
scăderii presiunii în circuitele de frânare;
- X13 - „diagnostic link”.
În figura următoare este prezentată schema cu componentele sistemului de frânare ABS:
figura 1.5
unde: 1 - este becul de semnalizare;- 2 - senzorii spate-stânga şi spate-dreapta;- 3 - unitatea de control;- 4 - senzorii faţă-stânga şi faţă-dreapta.
1.4. Sistemul EDL Vehiculele echipate cu ABS pot fi prevăzute şi cu un sistem EDL (Electronic Differential Lock). Sistemul EDL înlesneşte accelerarea şi urcarea vehiculului pe o pantă abruptă în condiţii nefavorabile. Acest sistem funcţionează total automat, şoferul nefiind obligat să acţioneze nici un buton de pe bordul maşinii. Sistemul EDL foloseşte ca elemente de preluare a informaţiilor senzorii sistemului ABS. Dacă la o viteză mai mare de 40 km/h apare o diferenţă de turaţie dintre roţile tractoare, mai mare de 100 rpm (ceea ce înseamnă aproximativ 1/3 din turaţia normală a roţii la această viteză), deci apare patinarea uneia dintre roţi din cauza unei părţi de carosabil alunecos, sistemul EDL reduce turaţia roţii care patinează prin acţionarea ABS-ului asupra acestuia şi în consecinţa prin diferenţial aplică o forţă de tracţiune mai mică pe roata cealaltă. Din cauza funcţionării sistemului EDL, prin frânarea uneia dintre roţile tractoare (cea care patinează), acesta are in vedere că în cazul unor patinări dese ale aceleiaşi roţi, acesta se auto-decuplează pentru perioade scurte de timp, evitând astfel supraîncălzirea elementelor de frânare (discuri şi plăcuţe de frână). Având în vedere acest lucru, se recomandă conducătorilor auto să evite accelerările bruşte şi dese în condiţiile unui carosabil alunecos, şi mai ales când există posibilitatea ca amândouă roţile tractoare să patineze cu aproximativ aceeaşi turaţie, când nici EDL-ul nu poate ajuta.
1.5. Avantaje şi concluzii
Avantajele sistemului de frânare ABS:
- împiedică blocarea de lungă durată a roţilor; - controlul asupra direcţiei la frânare puternică; - protejarea cauciucurilor; - asigură aderenţa roţilor pe şosea (dacă amortizoarele sunt bune); - oprirea în condiţii de siguranţă şi scurtarea distanţei de frânare;
- destinderea şoferului în timpul conducerii ( siguranţa activă); - evitarea derapării în cazul frânării pe carosabil umed sau alunecos; - reduce distanţa de frânare în condiţii defavorabile de drum (acoperit cu zăpadă).
Tehnologia modernă are un rol foarte important în dezvoltarea autovehiculelor şi a diferitelor sisteme mecatronice, dar sunt unele cazuri rare, când nici sistemul de frânare ABS şi nici alte sisteme de securitate nu pot asigura siguranţa maximă. În aceste cazuri extreme, cum ar fi: viteze foarte mari, condiţii de drum şi de trafic foarte rele, nu trebuie să ne asumăm riscul, deci trebuie să conducem prudent, adaptându-ne la condiţiile de trafic şi de drum. Totodată, conducând o maşină cu ABS pe un drum accidentat (cu gropi sau denivelări) şi amortizoare uzate, când roţile pot să părăsească suprafaţa şoselei, trebuie să avem în vedere faptul că ABS-ul va mări distanţa de frânare.
ABS şi sistemul ABS/ASR
Asigură o frânare fără blocarea roţii şi pornirea de pe loc fără patinare a autovehiculelor grele.
Caracteristici: - Frânarea fără blocarea roţii;
- Pornirea şi demararea fără patinarea roţii.
Construcţie asemănătoare 4s/2M de la ABS până la ABS/ASR 6s/6M.
Toate sistemele de pe autocamion se pot acoperii cu o folie elctronică. Sisteme de legare asemănătoare se fac prin cabluri si ruptori modulari.Volumul redus şi anticorosiv.
Frânare fără blocare: ABS – ul ajută pe conducătorul auto în momente critice de frânare. Prin interzicerea blocări roţii astfel autovehicolul râmâne stabil.
Pornirea şi demararea fără patinarea roţii : ASR – ul prin intermediul elementelor componente din sistemul ABS asigură ca roţile în timpul porniri sau demarări să nu patineze.
Indiferent de ce sistem de comandă utilizăm, ABS sau ABS/ASR se poate utiliza sisteme de cabluri şi de legături asemănătoare. Aceastea asigură o uşurare a productivităţii,o montare foarte corectă, iar acestea duc la o economisire la depozitare.
Teoria construiri sistemului de comandă: Indiferent că este vorba de sistemul ABS sau ABS/ASR sistemul de comandă are aceleaşi carecteristici.
-Sistem de prize asemanătoare modulare.
- Toate mecanismele de conducere au acelaşi sistem de prindere.
Sistemele ABS se pot transforma cu cheltueli reduse în sisteme de aniti-derapaj ASR care prin două metode pot intra în sistemul de transmitere a momentului motor de la motor la roată: - Dacă numai una dintre roţile patinează, atunci prin frânarea acesteia folosindu-ne de simetria diferenţialului avem posibilitatea de transmitere a unui moment mai mare la cealaltă roată.- Dacă ambele roţi patinează sau viteza este prea mare pentru a intra în funcţiune sistemul de frânare, atunci sistemul electronic reduce capacitatea motorului (indiferent de voinţa conducătorului). Pentru intervenţia anterioară sistemul electronic are nevoie numai de o supapa de frânare ASR.Transportul de marfă care la începutul aniilor 80 s-a axat mai mult pe transport rutier (prin intermediul camioanelor) a dus la creşterea circulaţiei rutiere, iar in timp ce camioanele s-au modernizat si viteza de deplasare a crescut, iar pentru a menţine siguranţa circulaţiei a fost nevoie de introducerea sistemelor de siguranţă electronice. În acesti ani au fost introduse sistemul de control al frânelor ABS şi sistemul de anti-patinare ASR .În noul sistem numărul elementelor a fost redus aproximativ la jumătate faţă de variantele mai vechi şi astfel s-a dat posibilitatea completarii sistemelor cu elemente de ultima generatie .
Diagnostigul sistemelor electronice Automobilele au mai multe sisteme de diagnostigare electrice. Cea mai simplă diagnostigare este prin intermediul unei lampi de avertizare. De exemplu la sistemul ABS – ASR se foloseşte o lampă de culoare roşie si una de culoare galbenă la ASR pentru informarea conducătorului despre funcţionarea acestor sisteme. Lampa sistemului ASR rămâne aprinsa mai mult timp după punerea in functiune a stemului, după care se stinge. Arderea lampii în timpul funcţionări maşinii are două lucruri de însemnat : - sistemul ASR lucrează, acesta este o avertizare pentru conducător de maşină că drumul este lunecos sau în circuitul motorului a aparut o defecţiune. Pentru detectarea acestor defecţiuni se foloseşte un instrument special de control numit şi geantă de control pentru sistemul ABS – ASR .
De ce avem nevoie de ABS la automobile?
În cazul blocării roților la frânarea automobilului pot să apară următoarele neajunsuri: pierderea stabilității la blocarea roților punții spate; pierderea controlului direcției când se blochează roțile din față; creșterea spațiului de frânare, deoarece coeficientul de aderență la alunecarea roții este mai redus decât cazul în care roata se rotește. Pentru a mării eficacitatea frânării și a îmbunătății stabilitatea și maniabilitatea autovehiculelor se folosesc sisteme de control automat al frânării prin care se evită blocarea roților indiferent de momentul de frânare aplicat și de coeficientul de aderență.
Dependența coeficientului de frecare de alunecarea roții unui automobil
φ - coeficientul de frecare dintre roată și calea de rulare
λ - alunecarea roții (dată de diferența dintre viteza roții și cea a automobilului)
Sistemul de control automat permite reglarea frânării în următoarele limite:
a. la frânare sub limita de aderență a drumului, sistemul de control automat nu intervine, momentul de frânare menținându-se la valoarea maximă comandată de conducătorul auto.
b. în cazul frânării la limita de aderență a drumului, sistemul de control automat sesizează tendința de blocare a roții frânate și comandă menținerea sau scăderea presiunii în sistemul de frânare astfel încât să fie utilizată aderența maximă a drumului. La apariția tendinței de blocare a roții sistemul de control automat comandă izolarea cilindrului de frână corespunzător, de restul sistemului de frânare. În funcție de accentuarea sau dispariția tendinței de blocare a roților se comandă reducerea sau creșterea presiunii în cilindrul de frânare, executându-se astfel o succesiune de cicluri de frânare-defrânare ce vor menține roata în zona optimă de aderență.
c. o frânare combinată are loc la parcurgerea zonelor cu aderență diferită, sistemul de control automat asigurând prevenirea blocării roților, pe porțiunile cu aderență scăzută, și frânare maximă, pe porțiunile cu aderență ridicată. De asemenea sistemul de control automat acționează eficace și în cazul în care o parte a automobilului se află cu roțile pe porțiuni de drum cu coeficienți de frecare diferiți.
Sistemul ABS trebuie să mențină alunecarea roții în domeniul stabil pentru a utiliza coeficientul de frecare optim. În cazul în care roata se blochează alunecarea tinde la 100% din domeniul instabil iar distanța de frânare crește datorită unei forțe de frecare mai mici.
La frânarea unui vehicul, centru de greutate se deplasează spre puntea din față, acestea nu preiau sarcini egale mai ales la frânări în curbă. Din acest motiv anvelopele din punte spate pot pierde aderența mult mai ușor decât cele de pe puntea din față. Dacă roțile din spate derapează direcția în care se mișcă automobilul nu mai poate fi controlată prin sistemul de direcție.
