Předměty:
- Historie
- Doel
- Operace
- Snímače rychlosti
- Hydroagregát
- Hydraulický okruh
- Řídicí cyklus ABS
- Principy kontroly pro zabránění µ-splitu
- Měření vozidla s a bez ABS
Dějiny:
ABS (zkratka Anti-lock Braking System) Již v roce 1961 výrobce pneumatik Dunlop úspěšně experimentoval s ABS na závodním voze Ferguson P99 Formule 1. Tedy zhruba čtrnáct let, než bylo něco podobného představeno na ‚normálních‘ autech. V současné době jsou všechny nové vozy vybaveny systémem ABS.
Účel:
Účelem ABS je využít maximální přilnavost mezi pneumatikou a povrchem vozovky za jízdy. O zachování jízdní stability se stará také ABS. To zahrnuje:
- Stabilita řízení: když je aktivován ABS, vozidlo zůstává řiditelné. Při prokluzujícím kole vozidlo klouže jedním směrem a pohyby řízení nelze přenést na povrch vozovky.
- Stabilita kurzu: pokud se kolo zablokuje, vozidlo může jet jiným směrem. Například blokující zadní kolo může způsobit otáčení vozidla kolem své osy, což způsobí, že vozidlo skončí na silnici dozadu.
Úkon:
Brzdový systém je zodpovědný za brzdění kol. Za žádných okolností by se kolo nemělo zablokovat, protože pak ztratí přilnavost k povrchu vozovky. Kolo poté klouže po asfaltu, což znamená, že pohyby řízení již nelze přenášet. V takovém případě je vozidlo neovladatelné. Systém ABS zabraňuje zablokování kola.
Když hrozí zablokování kola, systém ABS zajistí snížení brzdného tlaku (tlak brzdové kapaliny na brzdových válcích kola) na příslušném kole. V tu chvíli je jedno, jak silně nohou sešlápnete brzdový pedál. Systém ABS reguluje brzdný tlak tak, aby kolo neprokluzovalo. V určitém okamžiku systém ABS postupně opět vytvoří tlak, protože kolo je samozřejmě nutné co nejvíce brzdit. Toto pokračuje, dokud není znovu dosaženo meze skluzu; pak se tlak opět sníží. Tento proces trvá několik milisekund. V brzdovém pedálu je pak cítit vibrace. Pumpa ABS je často slyšitelná.
Na obrázku níže je přehled součástí systému ABS.
Obrázek nahoře ukazuje dvě červené trubky. Ty probíhají od hlavního brzdového válce k hydraulické jednotce. Hydroagregát je jiné slovo pro čerpadlo ABS. Dvě červené čáry mají co do činění se samostatným brzdovým systémem; levá přední s pravou zadní a pravá přední s levou zadní. Pokud například dojde k úniku na levém předním kole, který způsobí únik veškeré brzdové kapaliny, můžete stále brzdit druhým brzdovým okruhem. Oranžové trubky vedou od hydraulické jednotky ke všem kolům. V hydraulické jednotce lze brzdnou sílu nastavit pro každé kolo.
Na každém kole je namontován snímač rychlosti. To umožňuje nepřetržitě sledovat rychlost všech čtyř kol. Modré čáry jsou signální vodiče připojené k snímači rychlosti. Od každého kola vede signální vodič k řídicí jednotce. Signály z brzdového pedálu az hydraulické jednotky jdou také do řídicí jednotky. Na vyobrazeném voze je umístěn pod sedadlem, v interiéru vozu. V dnešní době se stále častěji setkáváte s tím, že řídicí jednotka je připojena k hydraulické jednotce. Je to pak jeden celek. Dojde-li k poruše systému, například v důsledku vadného nebo znečištěného snímače, vadného kabelu nebo poruchy hydraulické jednotky, rozsvítí se na přístrojové desce kontrolka poruchy. Poruchu lze poté přečíst diagnostickým zařízením.
Senzory rychlosti:
Obrázek níže ukazuje indukční snímač rychlosti v namontovaném stavu. Toto je fotografie vzpěry McPherson na předním zavěšení. Je zde vidět i ozubený věnec, kde snímač měří rychlost.
ABS senzor může být navržen jako indukční senzor (viz obrázek výše), nebo jako magnetorezistivní senzor (MRE senzor), nebo Hallův senzor (viz obrázek vpravo). Činnost tohoto senzoru je zobrazena na stránce Hallův senzor popsaný. Druhý snímač se používá pro magnetický kroužek ABS, který je v ložisko kola je zpracován.
Signály z indukčních a Hallových senzorů lze použít s osciloskop se měří. Příklady těchto měření jsou uvedeny a popsány níže.
Indukční snímač rychlosti:
Indukční snímač rychlosti se skládá z permanentního magnetu s cívkou kolem něj. Síla magnetického pole se mění, když se zub ozubeného kroužku (připevněného k hnací hřídeli) pohybuje magnetickým polem permanentního magnetu. Změna magnetického pole způsobí, že se v cívce vytvoří napětí. Každá perioda v signálu rychlosti odpovídá průchodu zubu kolem snímače. Počet zubů na kroužku a rychlost otáčení hnacího hřídele určují frekvenci a amplitudu signálu.
Hallův senzor:
Také u magnetorezistentního senzoru (MRE senzor), nebo Hallova senzoru, se po senzoru pohybuje kovový kroužek s magnety. Magnetický kroužek je umístěn na hnací hřídel nebo v něm ložisko kola. Frekvence napětí bloku závisí na rychlosti otáčení a počtu zubů kovového kroužku. Amplituda (výška signálu) zůstává stejná.
Snímače MRE vyžadují k provozu napájecí zdroj. Přesto mají tyto senzory často pouze dva vodiče (a tedy dvě připojení). Snímač posílá signál do řídicí jednotky ABS přes záporný kabel. Signál se tvoří, protože elektrický odpor polovodičových desek se mění, když jsou vystaveny měnícímu se magnetickému poli.
Signály ze snímačů rychlosti jsou přenášeny do řídicí jednotky ABS. Signály ze čtyř kol jsou vzájemně porovnávány. Když vozidlo projíždí zatáčkou, rychlost kol ve vnitřní zatáčce bude nižší než rychlost kol ve vnější zatáčce. To se měří, ale je to samozřejmě v mezích.
Pokud se rychlosti při brzdění příliš liší, řídicí jednotka ABS zajistí, že hydraulická jednotka sníží brzdný tlak na příslušné kolo (příliš prudké brzdění). Pokud je během zrychlování příliš velký rozdíl rychlostí, výkon motoru bude náhle snížen systémem řízení motoru.
V případě poruch v systému ABS lze signály měřit osciloskopem. Ty lze měřit na kole, ale i na ovládacím zařízení. Měřením na volantu můžete zkontrolovat, zda senzory ABS fungují správně. Při měření na řídicí jednotce lze vyloučit, zda není příčinou poruchy vadná kabeláž.
Během měření lze zkontrolovat, zda je frekvence a amplituda indukčního snímače správná. Hallovým senzorem můžete zkontrolovat, zda je frekvence signálu při otáčení kola správná. Chcete-li to provést, otočte kolo na plné otáčky, aby bylo možné rychle identifikovat případné defekty v zubech. U poškozených zubů bude viditelná odchylka v čistotě signálů snímače (přemýšlejte o frekvenci, která je při každém otočení širší, než je zamýšleno).
Hydroagregát:
Obrázek dole vlevo ukazuje hydrogenerátor s vestavěným ovládacím zařízením. Je to vidět mimo jiné na velkém počtu kolíků v konektoru.
Jsou zde vidět i přípojky potrubí od hlavního brzdového válce a ke kolům. Samostatné brzdové okruhy (levý přední s pravým zadním a pravý přední s levým zadním) jsou součástí této čerpací jednotky.
Když rozebereme hydraulickou jednotku, je vidět ventilový blok. Obrázek vpravo dole ukazuje vnitřek hydrogenerátoru.
Hydraulický okruh:
Níže uvedené hydraulické schéma ukazuje součásti v hydraulické jednotce a kolem ní. Chcete-li porozumět ovládání, dílům a symbolům, stránka základní principy hydrauliky jsou konzultovány.
Níže uvedený diagram je nakreslen pro jedno kolo. Čísla 5, 6 a 9 jsou interní. Jiné kolo používá stejné komponenty, kromě 2/2 ventilů (6), jen s jiným připojením. Jinými slovy, pokud by bylo nakresleno schéma kompletního vozu, bylo by vedle něj šest 2/2 ventilů, každý s vlastním potrubím. Aby bylo jasno, je nyní zobrazeno pouze schéma pro jeden brzdový okruh.
Situace 1: Bez a stabilního brzdění:
Diagram vpravo ukazuje situaci bez a stabilního brzdění. Je sešlápnutý brzdový pedál (2), což způsobí, že hlavní brzdový válec (4) na levém 2/2 ventilu (6) vyvine tlak kapaliny. Tento 2/2 ventil má otevřené spojení s brzdovým třmenem (7). Protože se tlak kapaliny na brzdový třmen zvyšuje, brzdové destičky budou přitlačovány k brzdovému kotouči. Poté se zabrzdí. Snímač rychlosti (8) registruje počet otáček kola.
Situace 2: ABS aktivní, udržujte brzdný tlak:
Tento diagram ukazuje situaci, kdy dochází k prudkému brzdění a zpomalení kola je příliš velké. Snímač ABS na brzdě vyslal signál rychlosti na svorku 5 řídicí jednotky, která je nižší než u ostatních kol. Řídící jednotka na to zareaguje a uzavře systém k brzdovému třmenu.
To se provádí následovně: na kolík 3 řídicího zařízení se přivede určitý proud, který nabudí elektromagnetický ventil na levém 2/2 ventilu. Ventil je tlačen doleva proti síle pružiny. Tím se zablokuje přístup nové brzdové kapaliny k brzdovému třmenu. Pravý 2/2 ventil zůstává ve stejné poloze, takže žádná brzdová kapalina nemůže jít do brzdy nebo zpět. Tím se udržuje konstantní tlak. Řídicí jednotka znovu zkontroluje, zda se rozdíl otáček mezi příslušným kolem a ostatními koly příliš neliší. Pokud je vzájemný rozdíl otáček minimální, nebo již rozdíl otáček není, protože brzdný tlak byl udržován konstantní, řídicí jednotka opět odebere proud z pinu 3. 2/2 ventil pruží zpět do své původní polohy, takže opět platí situace 1. Pokud se rozdíl rychlostí nemění nebo se dokonce zvětšuje, musí se snížit brzdný tlak příslušného kola. To se děje v situaci 3.
Situace 3: ABS aktivní, snižte brzdný tlak:
Pro snížení brzdového tlaku je nutné odčerpat brzdovou kapalinu do potrubí mezi 2/2 ventilem a brzdovým třmenem. To je provedeno ve výše uvedeném diagramu.
Nyní je napájen také kolík 4, takže pravý 2/2 ventil je pod napětím. To je nyní také posunuto do levé polohy, čímž se uvolní průchod mezi brzdovým třmenem a hydraulickým čerpadlem. V tomto okamžiku se motor čerpadla otočí a pumpuje brzdovou kapalinu z brzdového třmenu do hlavního válce. Kapalina je nyní čerpána zpět do nádržky proti síle hlavního brzdového válce. Tlak se sníží a kolo se začne znovu otáčet.
Celkem:
Situace 1 platí za jízdy a lehkého brzdění. Při brzdění, kdy hrozí zablokování kola, situace 2 a kdy je nutné snížit tlak kvůli blokování kola, situace 3. Během brzdění se situace bude stále měnit. Pokud nastane situace 3, kdy je brzdová kapalina odčerpána z brzdy, je nutné kolo znovu zabrzdit. Jinak by vozidlo nemohlo dostatečně silně brzdit. Řidič se poté přepne zpět do situace 1, pak znovu do situace 2 a pak znovu do situace 3. To se děje, dokud řidič nepřestane brzdit, nebo dokud nenajede na jiný povrch, který je například tužší (vyšší koeficient tření). .
Řídicí cyklus ABS:
Níže uvedený graf ukazuje regulační cyklus ABS. Byly přidány různé faktory, jako je rychlost vozidla (A) s rychlostí kola, obvodové zrychlení kola (B), aktivita systému (C) a brzdný tlak (D).
Graf je také rozdělen do 9 časových úseků. V každém období je vidět změna, protože systém je upraven. Časový úsek je celkem přibližně 20 milisekund a je rozdělen do 9 nestejných částí. Pod grafem je vysvětlení čar.
A: Černá čára je rychlost vozidla, zelená čára je rychlost kola a červená čára je referenční rychlost. Rychlost vozidla klesá (období 1), ale rychlost kol klesá mnohem rychleji. Červená referenční čára je vyříznuta. Když zelená čára skončí pod červenou čárou (z období 2), může dojít k prokluzu kola. ABS tedy zasáhne.
B: Čára udává obvodové zrychlení kola. Příklad: otáčením kola a pomalým zpomalováním zůstane čára v B blízko nulové čáry. Tím, že nyní budete otáčet kolem stejnou rychlostí a silněji brzdit, se čára prodlouží dále dolů. To se také děje při uvedení do rychlosti; velmi rychlým otočením kola z 0 na 10 km/h vystřelí čára dále, pokud vám otočení kola z 5 na 0 km/h trvá 10 sekund. To je ve zkratce obvodové zrychlení kola.
C: Tato čára ukazuje, kde je tlak v systému stabilizován; pak je ABS v provozu. Pokud je čára u C nízká (na nulové čáře), systém ABS není v činnosti. V periodě 7 je ABS řízeno pulzně, takže otáčky kol neklesají příliš rychle.
D: Tato čára ukazuje brzdný tlak. Brzdný tlak se zvyšuje, dokud zelená čára rychlosti kola (A) neprotne červenou referenční čáru. ABS se spustí (C) a zajistí, aby se obvodové zrychlení příliš nezmenšilo. Zrychlení obvodu kola je na nulové čáře v periodě 4; přesně v okamžiku, kdy rychlost kola v (A) přejde z negativní do pozitivní. Tlak je v tu dobu udržován konstantní. V periodě 7 je jasně viditelná pulzující kontrola. Brzdný tlak se nyní opatrně zvyšuje, aby kolo nebrzdilo příliš rychle.
Principy kontroly, aby se zabránilo µ-split:
Pomocí těchto informací lze nastavit ABS individuálně pro každé kolo. Snímače rychlosti kol zaznamenávají rychlost každého kola. To je nutné, protože ve všech situacích musí být zvážen maximální dosažitelný koeficient tření vůči řiditelnosti vozidla. Když vozidlo jede s levými koly na suchém asfaltu a s pravými koly na měkkém rameni a brzdy jsou použity plnou brzdnou silou, vozidlo se vymkne kontrole a otočí se kolem své osy. Rozdíl v brzdné síle mezi koly na asfaltu a na ledu způsobuje stáčivý moment, který způsobuje odchylku od kurzu. Tato situace se nazývá µ-split situace. µ se vyslovuje jako „mu“. Aby se tomuto scénáři předešlo, uplatňuje se řada kontrolních principů:
- Individuální ovládání (IR): brzdný tlak je nastaven na maximální koeficient tření každého kola. To může způsobit vysoké stáčivé momenty, ale dosáhne se maximálních brzdných sil.
- Select-low control (SL): kolo s nejnižším koeficientem tření určuje brzdný tlak pro druhé kolo. Není využita maximální dosažitelná brzdná síla, ale stáčivý moment je nízký.
- Select-high control (SH): kolo s nejvyšším koeficientem tření určuje brzdný tlak pro druhé kolo. Schéma select-high se používá pouze pro schémata ASR.
- Select-smart nebo modifikující ovládání: během brzdění se ovládání mění z select-low na individuální ovládání. To umožňuje dosáhnout kompromisu mezi stáčivými momenty a maximálními brzdnými silami. Toto schéma se často používá u užitkových vozidel.
Brzdový systém osobního automobilu je obvykle oddělen diagonálně (křížově vlevo). Příklad toho je znázorněn na obrázku níže. To ukazuje červený brzdový systém pro levou přední a pravou zadní a modrý brzdový systém pro pravou přední a levou zadní.
Brzdy předních kol jsou ovládány individuálním ovládáním (IR). Brzdný tlak jednoho předního kola je nastaven na maximální koeficient tření druhého předního kola. Během nouzového zastavení budou přední kola individuálně vyhledávat maximální dosažitelnou brzdnou sílu.
Brzdy zadních kol jsou ovládány podle principu select low (SL). Upravený brzdný tlak zadního kola s nejmenším koeficientem tření určuje brzdný tlak druhého zadního kola. Brzdný moment obou zadních kol zůstane stejný.
Rozměry vozidla s a bez ABS:
Abychom získali dobrou představu o vlivu systému ABS na vozidlo, ukazuje tato část dva grafy měření, které demonstrují rozdíl mezi brzdícím vozidlem bez a s ABS.
Rychlost vozidla vzhledem k rychlosti kola bez ABS:
Graf vpravo ukazuje rychlost vozidla v porovnání s rychlostí kola.
Od t = 0 sekund je rychlost vozidla 15 metrů za sekundu. V tu chvíli je brzdový pedál sešlápnut na maximum. Rychlost vozidla se mezi tím lineárně snižuje na 0 m/s
t = 2,75 a 3,00 sekund. Rychlost kola mezi t = 0,5 a 1,0 sekundy zcela klesne na 0 m/s. To znamená, že kolo má již rychlost 0 m/s, tedy stojí, zatímco vozidlo je stále v pohybu. V tu chvíli je kolo zablokováno. Kolo prokluzuje na povrchu vozovky, když vozidlo ještě nestojí. V této situaci není ABS v činnosti.
Rychlost vozidla vzhledem k rychlosti kola s ABS:
V grafu vpravo je modrá čára stejná; při rychlosti vozidla 15 m/s je maximální brzdění aplikováno na 0 m/s. To se znovu stane během 3 sekund. Nyní, když je ABS v provozu, červená čára v čase t = 0,3 sekundy neklesne na 0 m/s, ale rychlost kola se opět zvýší. To lze vidět z červené čáry, která nejprve běží dolů a znovu stoupá těsně před t = 0,5 sekundy. Brzdný tlak snižuje ABS při rychlosti 7,5 m/s. Rychlost ostatních kol je rovna rychlosti vozidla a tedy modré čáře. Snímač ABS levého předního kola registruje zpomalení. Počítač ABS rozpozná rozdíl v rychlosti a zasáhne. Hydraulickou jednotkou se snižuje brzdný tlak, dokud modrá a červená čára nebudou opět stejné. V tu chvíli je brzdný tlak opět udržován konstantní. Dokud se vozidlo nezastaví, ABS nadále řídí rychlost prokluzujícího kola.
Tlak v hlavním brzdovém válci v porovnání s brzdovým válcem kola bez ABS:
Síla vyvíjená na brzdový pedál se převádí na brzdný tlak v hlavním brzdovém válci pomocí vytlačování kapaliny. Tento brzdný tlak je znázorněn v grafu níže modrou čarou.
Bez ohledu na to, zda kolo prokluzuje nebo ne, zůstává brzdný tlak v brzdovém válci kola (červená čára) stejný jako tlak v hlavním brzdovém válci. To je tedy situace bez ABS.
Tlak v hlavním brzdovém válci v porovnání s brzdovým válcem kola s ABS:
V situaci, kdy se ABS uvede do činnosti, již nejsou tlaky v hlavním brzdovém válci a v brzdovém válci kola stejné. Tlak v hlavním brzdovém válci zůstává vysoký, protože řidič drží brzdový pedál sešlápnutý. V grafu červená čára klesá v čase t = 0,3 sekundy; zde ABS snižuje brzdný tlak. Snížení brzdného tlaku způsobí opětovné odvalování kola. Od t = 0,4 sekundy se brzdný tlak opět postupně zvyšuje, dokud rychlost kola není stejná jako u ostatních kol. To je případ v čase t = 2,35 sekundy.
