Akryl

emner:

Historie
Doel
drift
Hastighedssensorer
Hydro aggregat
Hydraulisk kredsløb
ABS kontrol cyklus
Kontrolprincipper for at forhindre µ-split
Målinger af et køretøj med og uden ABS

Historie:
ABS (en forkortelse af Anti-lock Braking System) Allerede i 1961 eksperimenterede dækproducenten Dunlop med succes med ABS på Ferguson P99 Formel 1-racerbilen. Det er omkring fjorten år før noget lignende blev introduceret på 'normale' biler. I dag er alle nye biler udstyret med ABS.

Formål:
Formålet med ABS er at udnytte maksimal vedhæftning mellem dækket og vejbanen under kørslen. ABS sikrer også, at kørestabiliteten bevares. Dette omfatter:

Styrestabilitet: når ABS er aktiveret, forbliver køretøjet styrbart. Når et hjul glider, glider køretøjet i én retning, og styrebevægelserne kan ikke overføres til vejbanen.
Kursstabilitet: Hvis et hjul låser, kan køretøjet tage en anden kurs. For eksempel kan et blokerende baghjul få køretøjet til at dreje rundt om sin akse, hvilket får køretøjet til at ende baglæns på vejen.

Operation:
Bremsesystemet er ansvarlig for at bremse hjulene. Hjulet må under ingen omstændigheder låse, for så mister det grebet med vejbanen. Herefter glider hjulet hen over asfalten, hvilket betyder, at styrebevægelser ikke længere kan overføres. I så fald er køretøjet ukontrollerbart. ABS-systemet forhindrer hjulet i at blokere.
Når hjulet truer med at låse, sørger ABS-systemet for, at bremsetrykket (bremsevæsketrykket på hjulbremsecylindrene) på det pågældende hjul reduceres. I det øjeblik er det lige meget, hvor hårdt du trykker på bremsepedalen med foden. ABS-systemet regulerer bremsetrykket, så hjulet ikke glider. På et tidspunkt vil ABS-systemet gradvist bygge trykket op igen, for hjulet skal selvfølgelig bremses så meget som muligt. Dette fortsætter, indtil slipgrænsen er nået igen; så reduceres trykket igen. Denne proces tager et par millisekunder. Der kan så mærkes en vibration i bremsepedalen. ABS-pumpen er ofte hørbar.

Billedet nedenfor viser en oversigt over komponenterne i ABS-systemet.

Billedet ovenfor viser to røde rør. Disse løber fra hovedbremsecylinderen til den hydrauliske enhed. Hydroaggregat er et andet ord for ABS-pumpen. De to røde streger har at gøre med det separate bremsesystem; venstre foran med højre bag og højre foran med venstre bag. Hvis der for eksempel er en lækage ved venstre forhjul, der får al bremsevæske til at lække, kan du stadig bremse med det andet bremsekredsløb. Orange rør løber fra den hydrauliske enhed til alle hjul. I den hydrauliske enhed kan bremsekraften justeres pr. hjul.

Der er monteret en hastighedssensor på hvert hjul. Dette gør det muligt at overvåge hastigheden af alle fire hjul kontinuerligt. De blå linjer er signalledninger forbundet til hastighedssensoren. En signalledning løber fra hvert hjul til styreenheden. Signalerne fra bremsepedalen og fra hydraulikenheden går også til styreenheden. I den viste bil er denne placeret under sædet, i det indre af bilen. I dag ser man i stigende grad, at styreenheden er fastgjort til den hydrauliske enhed. Det er da én helhed. Hvis der er en fejl i systemet, for eksempel på grund af en defekt eller snavset sensor, defekt kabel eller en defekt i hydraulikaggregatet, vil en fejllampe lyse i instrumentpanelet. Fejlen kan derefter aflæses med diagnoseudstyr.

Hastighedssensorer:
Billedet nedenfor viser den induktive hastighedssensor i dens monterede tilstand. Dette er et foto af en McPherson fjederben på forhjulsophænget. Gearringen, hvor sensoren måler hastigheden, kan også ses her.

En ABS-sensor kan designes som en induktiv sensor (se billedet ovenfor), eller som en magneto-resistiv sensor (MRE-sensor) eller en Hall-sensor (se billedet til højre). Funktionen af denne sensor er vist på siden Hall sensor beskrevet. Sidstnævnte sensor bruges til den ABS magnetiske ring, der er i hjulleje er behandlet.

Signalerne fra de induktive og Hall-sensorer kan bruges med oscilloskop bliver målt. Eksempler på disse målinger er vist og beskrevet nedenfor.

Induktiv hastighedssensor:
Den induktive hastighedssensor består af en permanent magnet med en spole rundt om. Magnetfeltstyrken ændres, når en tand på tandringen (som er fastgjort til drivakslen) bevæger sig gennem permanentmagnetens magnetfelt. Ændringen i magnetfeltet forårsager, at der genereres en spænding i spolen. Hver periode i hastighedssignalet svarer til, at en tand passerer forbi sensoren. Antallet af tænder på ringen og drivakslens rotationshastighed bestemmer frekvensen og amplituden af signalet.

Hall sensor:
Også med den magneto-resistive sensor (MRE-sensor) eller Hall-sensoren bevæger en metalring med magneter sig langs sensoren. Den magnetiske ring er placeret på Drivaksel eller i den hjulleje. Frekvensen af blokspændingen afhænger af omdrejningshastigheden og antallet af tænder på metalringen. Amplituden (højden af signalet) forbliver den samme.

MRE-sensorer kræver en strømforsyning for at fungere. Alligevel har disse sensorer ofte kun to ledninger (og derfor to forbindelser). Føleren sender signalet til ABS styreenheden via det negative kabel. Signalet dannes, fordi halvlederpladernes elektriske modstand ændres, når de udsættes for et skiftende magnetfelt.

Signalerne fra hastighedssensorerne sendes til ABS-styreenheden. Signalerne fra fire hjul sammenlignes med hinanden. Når køretøjet kører gennem et sving, vil hastigheden af hjulene i indvendigt sving være lavere end hjulenes hastighed i det udvendige sving. Dette er målt, men ligger selvfølgelig godt inden for marginalerne.
Hvis hastighederne afviger for meget under bremsning, sørger ABS-styreenheden for, at hydraulikenheden reducerer bremsetrykket på det pågældende hjul (bremser for hårdt). Hvis der er for stor hastighedsforskel under acceleration, vil motoreffekten blive brat reduceret af motorstyringssystemet.

Ved fejl i ABS-systemet kan signalerne måles med oscilloskopet. Disse kan måles ved rattet, men også ved kontrolenheden. Ved at måle ved hjulet kan du kontrollere, om ABS-sensorerne fungerer korrekt. Når der foretages målinger på styreenheden, kan det udelukkes, om defekte ledninger er årsag til fejlen.
Under målingen kan det kontrolleres, om den induktive sensors frekvens og amplitude er korrekte. Med Hall-sensoren kan du kontrollere, om frekvensen af signalet er korrekt, mens hjulet drejer. For at gøre dette skal du dreje hjulet fulde omdrejninger, så eventuelle defekter i tænderne hurtigt kan identificeres. Ved beskadigede tænder vil en afvigelse i sensorsignalernes renhed være synlig (tænk på en frekvens, der er bredere end beregnet ved hver rotation).

Hydro aggregat:
Billedet nedenfor til venstre viser en hydrogenerator med indbygget styreenhed. Det kan blandt andet ses på det store antal ben i stikforbindelsen.
Tilslutningerne af rørene fra hovedbremsecylinderen og til hjulene er også synlige her. De separate bremsekredsløb (venstre for med højre bag og højre for med venstre bag) er indbygget i denne pumpeenhed.

Når vi skiller hydraulikenheden ad, kan ventilblokken ses. Billedet nederst til højre viser indersiden af hydrogeneratoren.

Hydraulisk kredsløb:
Hydraulikdiagrammet nedenfor viser komponenterne i og omkring den hydrauliske enhed. For at forstå betjeningen, dele og symboler, siden grundlæggende principper for hydraulik bliver hørt.
Nedenstående diagram er tegnet for et hjul. Nummer 5, 6 og 9 er interne. Et andet hjul bruger de samme komponenter, bortset fra 2/2-ventilerne (6), bare med forskellige forbindelser. Med andre ord, hvis diagrammet over den komplette bil blev tegnet, ville der være seks 2/2 ventiler ved siden af, hver med deres egne rør. For at holde tingene klare, er kun diagrammet for et bremsekredsløb vist nu.

Situation 1: Med ingen og stabil bremsning:
Diagrammet til højre viser situationen med ingen og stabil bremsning. Bremsepedalen (2) trykkes ned, hvilket forårsager, at væsketrykket udøves af hovedbremsecylinderen (4) på venstre 2/2-ventil (6). Denne 2/2 ventil har en åben forbindelse til bremsekaliberen (7). Fordi væsketrykket til bremsekaliberen stiger, vil bremseklodserne blive presset mod bremseskiven. Derefter vil bremserne blive aktiveret. Hastighedssensoren (8) registrerer antallet af omdrejninger hjulet laver.

Situation 2: ABS aktiv, bibehold bremsetrykket:
Dette diagram viser situationen, når der er kraftige opbremsninger, og hjulets deceleration er for stor. ABS-sensoren ved bremsen har sendt et hastighedssignal til klemme 5 på styreenheden, som er lavere end de øvrige hjuls. Styreenheden reagerer på dette og lukker systemet til bremsekaliberen.
Dette gøres på følgende måde: en vis strøm påføres ben 3 på styreenheden, som aktiverer magnetventilen på venstre 2/2-ventil. Ventilen skubbes til venstre mod fjederkraften. Dette blokerer for adgangen af ny bremsevæske til bremsekaliberen. Den højre 2/2 ventil forbliver i samme position, så ingen bremsevæske kan gå til bremsen eller returnere. Dette holder trykket konstant. Styreenheden kontrollerer igen, om hastighedsforskellen mellem det pågældende hjul og de øvrige hjul afviger for meget. Hvis den indbyrdes hastighedsforskel er minimal, eller der ikke længere er hastighedsforskel, fordi bremsetrykket er holdt konstant, vil styreenheden fjerne strømmen fra ben 3 igen. 2/2-ventilen springer tilbage til sin oprindelige position, så situation 1 gælder igen. Hvis hastighedsforskellen ikke ændres, eller endda bliver større, skal bremsetrykket på det pågældende hjul reduceres. Dette sker i situation 3.

Situation 3: ABS aktiv, reducer bremsetrykket:
For at reducere bremsetrykket skal bremsevæske pumpes ud i ledningen mellem 2/2 ventilen og bremsekaliberen. Dette gøres i diagrammet ovenfor.
Nu er stift 4 også forsynet med strøm, så den højre 2/2 ventil får strøm. Denne er nu også flyttet til venstre position, hvorved passagen mellem bremsekaliberen og hydraulikpumpen frigøres. På dette tidspunkt vil pumpemotoren dreje og pumpe bremsevæsken fra bremsekaliberen til hovedcylinderen. Væsken pumpes nu tilbage til reservoiret mod kraften fra hovedbremsecylinderen. Trykket reduceres, og hjulet begynder at dreje igen.

Sammenfattende:
Situation 1 gælder under kørsel og let opbremsning. Under bremsning, hvor hjulet truer med at låse, situation 2 og hvor trykket skal reduceres på grund af det blokerende hjul, situation 3. Under bremsning vil situationen blive ved med at ændre sig. Hvis situation 3 gør sig gældende, hvor bremsevæske pumpes væk fra bremsen, skal hjulet herefter bremses igen. Ellers ville køretøjet ikke være i stand til at bremse kraftigt nok. Føreren skifter så tilbage til situation 1, så igen situation 2 og så igen situation 3. Dette sker, indtil føreren holder op med at bremse, eller indtil han eller hun kører på en anden overflade, der for eksempel er stivere (en højere friktionskoefficient) .

ABS kontrol cyklus:
Grafen nedenfor viser ABS'ens kontrolcyklus. Forskellige faktorer er tilføjet, såsom køretøjets hastighed (A) med hjulhastigheden, hjulomkredsaccelerationen (B), aktiviteten af systemet (C) og bremsetrykket (D).
Grafen er også opdelt i 9 tidsperioder. En ændring er synlig i hver periode, fordi systemet er justeret. Tidsperioden er cirka 20 millisekunder i alt og er opdelt i 9 ulige bidder. Under grafen er forklaringen af linjerne.

A: Den sorte linje er køretøjets hastighed, den grønne linje er hjulhastigheden og den røde linje er referencehastigheden. Køretøjets hastighed falder (periode 1), men hjulhastigheden falder meget hurtigere. Den røde referencelinje skæres over. Når den grønne linje ender under den røde linje (fra periode 2), kan der opstå hjulslip. ABS vil derfor gribe ind.

B: Linjen angiver hjulomkredsens acceleration. Et eksempel: ved at dreje hjulet og sænke farten langsomt, forbliver linjen ved B tæt på nullinjen. Ved nu at dreje hjulet med samme hastighed og bremse kraftigere, vil linen strække sig længere nedad. Dette sker også, når man bringer det op i hastighed; ved at dreje hjulet meget hurtigt fra 0 til 10 km/t, vil linjen skyde yderligere op, hvis det tager dig 5 sekunder at dreje hjulet fra 0 til 10 km/t. Kort sagt er dette hjulomkredsens acceleration.

C: Denne linje angiver, hvor trykket i systemet er stabiliseret; ABS'en er så i drift. Hvor linjen ved C er lav (ved nullinjen) er ABS-systemet ikke i drift. I periode 7 styres ABS'en pulserende, så hjulhastigheden ikke falder for hurtigt.

D: Denne linje angiver bremsetrykket. Bremsetrykket stiger, indtil den grønne hjulhastighedslinje (A) skærer den røde referencelinje. ABS træder i funktion (C) og sørger for, at hjulomkredsaccelerationen ikke bliver for lav. Hjulets omkredsacceleration er på nullinjen i periode 4; præcis det øjeblik, hvor hjulhastigheden i (A) går fra negativ til positiv. Trykket holdes konstant på det tidspunkt. I periode 7 er den pulserende kontrol tydeligt synlig. Bremsetrykket øges nu forsigtigt, så hjulet ikke bremser for hurtigt.

Kontrolprincipper for at forhindre µ-split:
ABS kan indstilles individuelt pr. hjul ved hjælp af denne information. Hjulhastighedssensorerne registrerer hastigheden af hvert hjul. Dette er nødvendigt, fordi den maksimalt opnåelige friktionskoefficient i alle situationer skal afvejes mod køretøjets styrbarhed. Når køretøjet kører med venstre hjul på tør asfalt og med højre hjul på den bløde skulder, og bremserne aktiveres med fuld bremsekraft, vil køretøjet komme ud af kontrol og dreje om sin akse. Forskellen i bremsekraft mellem hjulene på asfalt og på is forårsager et krøjemoment, der forårsager en kursafvigelse. Denne situation kaldes µ-split-situationen. µ udtales som "mu". For at forhindre dette scenarie anvendes en række kontrolprincipper:

Den individuelle kontrol (IR): bremsetrykket indstilles til den maksimale friktionskoefficient for hvert hjul. Dette kan forårsage høje krøjemomenter, men maksimale bremsekræfter opnås.
Select-low-kontrollen (SL): hjulet med den laveste friktionskoefficient bestemmer bremsetrykket for det andet hjul. Den maksimalt opnåelige bremsekraft bruges ikke, men krøjemomentet er lavt.
Select-high control (SH): hjulet med den højeste friktionskoefficient bestemmer bremsetrykket for det andet hjul. Select-high-skemaet bruges kun til ASR-skemaer.
Select-smart eller modificerende kontrol: under bremsning skifter kontrol fra select-low til individuel kontrol. Dette gør det muligt at opnå et kompromis mellem krøjemomenter og maksimale bremsekræfter. Denne ordning anvendes ofte på erhvervskøretøjer.

Normalt er en personbils bremsesystem adskilt diagonalt (tvær-venstre). Et eksempel på dette er vist på billedet nedenfor. Dette viser det røde bremsesystem for venstre for og højre bag og det blå bremsesystem for højre for og venstre bag.

Bremserne på forhjulene styres med den individuelle kontrol (IR). Bremsetrykket på det ene forhjul er indstillet til den maksimale friktionskoefficient for det andet forhjul. Under et nødstop vil forhjulene individuelt søge efter den maksimalt opnåelige bremsekraft.
Bremserne på baghjulene styres efter select low (SL) princippet. Det justerede bremsetryk på baghjulet med den mindste friktionskoefficient bestemmer bremsetrykket på det andet baghjul. Bremsemomentet for begge baghjul forbliver det samme.

Mål af et køretøj med og uden ABS:
For at få et godt indtryk af ABS-systemets indflydelse på et køretøj, viser dette afsnit to grafer over målinger, der viser forskellen mellem et bremsende køretøj uden og med ABS.

Køretøjshastighed i forhold til hjulhastighed uden ABS:
Grafen til højre viser køretøjets hastighed sammenlignet med hjulets hastighed.
Fra t = 0 sekund er køretøjets hastighed 15 meter i sekundet. I det øjeblik trykkes bremsepedalen maksimalt ned. Køretøjets hastighed falder lineært til 0 m/s imellem
t = 2,75 og 3,00 sekunder. Hjulhastigheden falder helt til 0,5 m/s mellem t = 1,0 og 0 sekunder. Det betyder, at hjulet allerede har en hastighed på 0 m/s, så det står stille, mens køretøjet stadig er i bevægelse. I det øjeblik er et hjul blokeret. Hjulet glider på vejbanen, mens køretøjet endnu ikke holder stille. I denne situation er ABS ikke i drift.

Køretøjshastighed i forhold til hjulhastighed med ABS:
I grafen til højre er den blå linje den samme; ved en køretøjshastighed på 15 m/s aktiveres maksimal bremsning til 0 m/s. Dette sker igen i løbet af 3 sekunder. Nu hvor ABS er i drift, falder den røde linje ved t = 0,3 sekunder ikke til 0 m/s, men hjulets hastighed stiger igen. Dette kan ses af den røde linje, der først løber nedad og stiger igen lige før t = 0,5 sekunder. Bremsetrykket reduceres af ABS ved en hastighed på 7,5 m/s. Hastigheden på de andre hjul er lig med køretøjets hastighed og derfor med den blå linje. ABS-sensoren på venstre forhjul registrerer decelerationen. ABS-computeren genkender forskellen i hastighed, hvilket får den til at gribe ind. Bremsetrykket reduceres med den hydrauliske enhed, indtil den blå og røde linje er ens igen. I det øjeblik holdes bremsetrykket igen konstant. Indtil køretøjet standser, fortsætter ABS'en med at kontrollere hastigheden på det glidende hjul.

Trykket i hovedbremsecylinderen sammenlignet med hjulbremsecylinderen uden ABS:
Kraften, der udøves på bremsepedalen, omdannes til bremsetryk i hovedbremsecylinderen ved hjælp af væskeforskydning. Dette bremsetryk er vist i grafen nedenfor med den blå linje.
Uanset om hjulet glider eller ej, forbliver bremsetrykket i hjulbremsecylinderen (den røde linje) det samme som trykket i hovedbremsecylinderen. Så dette er situationen uden ABS.

Trykket i hovedbremsecylinderen sammenlignet med hjulbremsecylinderen med ABS:
I den situation, hvor ABS'en træder i funktion, er trykket i hovedbremsecylinderen og i hjulbremsecylinderen ikke længere ens. Trykket i hovedbremsecylinderen forbliver højt, fordi føreren holder bremsepedalen trykket ned. I grafen aftager den røde linje ved t = 0,3 sekund; her reducerer ABS bremsetrykket. Reduktionen i bremsetrykket får hjulet til at rulle igen. Fra t = 0,4 sekunder øges bremsetrykket igen gradvist, indtil hjulets hastighed er den samme som de øvrige hjul. Dette er tilfældet ved t = 2,35 sekunder.