ABS

Thèmes:

Histoire
Objectif
Opération
Capteurs de vitesse
Groupe hydraulique
Circuit hydraulique
Cycle de contrôle ABS
Principes de contrôle pour éviter la division µ
Mesures d'un véhicule avec et sans ABS

L'histoire:
ABS (abréviation de Anti-lock Braking System) Dès 1961, le fabricant de pneus Dunlop a expérimenté avec succès l'ABS sur la voiture de course de Formule 99 Ferguson P1. Cela fait environ quatorze ans avant que quelque chose de similaire ne soit introduit sur les voitures « normales ». De nos jours, toutes les voitures neuves sont équipées de l'ABS.

But:
Le but de l’ABS est d’utiliser une adhérence maximale entre le pneu et la surface de la route pendant la conduite. L'ABS garantit également le maintien de la stabilité de conduite. Ceci comprend:

Stabilité de la direction : lorsque l'ABS est activé, le véhicule reste orientable. Lorsqu'une roue patine, le véhicule glisse dans une direction et les mouvements de direction ne peuvent pas être transférés à la chaussée.
Stabilité du cap : si une roue se bloque, le véhicule peut prendre un cap différent. Par exemple, une roue arrière bloquante peut provoquer une rotation du véhicule autour de son axe, provoquant ainsi un recul du véhicule sur la route.

Opération:
Le système de freinage est responsable du freinage des roues. La roue ne doit en aucun cas se bloquer, car elle perdrait alors son adhérence à la chaussée. La roue glisse alors sur l'asphalte, ce qui signifie que les mouvements de direction ne peuvent plus être transmis. Dans ce cas, le véhicule est incontrôlable. Le système ABS évite le blocage de la roue.
Lorsque la roue menace de se bloquer, le système ABS veille à ce que la pression de freinage (la pression du liquide de frein sur les cylindres de frein de roue) sur la roue en question soit réduite. À ce moment-là, peu importe la force avec laquelle vous appuyez sur la pédale de frein avec votre pied. Le système ABS régule la pression de freinage afin que la roue ne patine pas. À un moment donné, le système ABS va progressivement rétablir la pression, car la roue doit bien sûr être freinée autant que possible. Cela continue jusqu'à ce que la limite de glissement soit à nouveau atteinte ; puis la pression est à nouveau réduite. Ce processus prend quelques millisecondes. Une vibration peut alors être ressentie au niveau de la pédale de frein. La pompe ABS est souvent audible.

L'image ci-dessous montre un aperçu des composants du système ABS.

L'image ci-dessus montre deux tuyaux rouges. Ceux-ci vont du maître-cylindre de frein à l’unité hydraulique. L'agrégat hydroélectrique est un autre mot pour la pompe ABS. Les deux lignes rouges concernent le système de freinage séparé ; avant gauche avec arrière droit et avant droit avec arrière gauche. Par exemple, s'il y a une fuite au niveau de la roue avant gauche, provoquant une fuite de tout le liquide de frein, vous pouvez toujours freiner avec l'autre circuit de freinage. Des tuyaux orange vont de l'unité hydraulique à toutes les roues. Dans l'unité hydraulique, la force de freinage peut être réglée par roue.

Un capteur de vitesse est monté sur chaque roue. Cela permet de surveiller en permanence la vitesse des quatre roues. Les lignes bleues sont des fils de signal connectés au capteur de vitesse. Un fil de signal relie chaque roue à l'unité de commande. Les signaux de la pédale de frein et de l'unité hydraulique sont également transmis à l'unité de commande. Dans la voiture présentée, celui-ci se trouve sous le siège, à l'intérieur de la voiture. De nos jours, on constate de plus en plus que l'unité de commande est reliée à l'unité hydraulique. C'est alors un tout. En cas de dysfonctionnement du système, dû par exemple à un capteur défectueux ou encrassé, à un câble défectueux ou à un défaut du groupe hydraulique, un voyant de défaut s'allume sur le tableau de bord. Le défaut peut alors être lu avec un équipement de diagnostic.

Capteurs de vitesse :
L'image ci-dessous montre le capteur de vitesse inductif dans son état monté. Ceci est une photo d'une jambe de force McPherson sur la suspension avant. La couronne dentée, où le capteur mesure la vitesse, est également visible ici.

Un capteur ABS peut être conçu comme un capteur inductif (voir image ci-dessus), ou comme un capteur magnétorésistif (capteur MRE), ou encore un capteur Hall (voir image de droite). Le fonctionnement de ce capteur est présenté sur la page Capteur à effet Hall décrit. Ce dernier capteur est utilisé pour l'anneau magnétique ABS qui se trouve dans le roulement de roue est traité.

Les signaux des capteurs inductifs et Hall peuvent être utilisés avec le oscilloscope sont mesurés. Des exemples de ces mesures sont présentés et décrits ci-dessous.

Capteur de vitesse inductif :
Le capteur de vitesse inductif est constitué d’un aimant permanent entouré d’une bobine. L'intensité du champ magnétique change lorsqu'une dent de la couronne dentée (fixée à l'arbre d'entraînement) se déplace à travers le champ magnétique de l'aimant permanent. La modification du champ magnétique provoque la génération d'une tension dans la bobine. Chaque période du signal de vitesse correspond au passage d'une dent devant le capteur. Le nombre de dents de la bague et la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement déterminent la fréquence et l'amplitude du signal.

Capteur à effet Hall :
Également avec le capteur magnétorésistif (capteur MRE) ou capteur Hall, un anneau métallique avec des aimants se déplace le long du capteur. L'anneau magnétique est situé sur le arbre de transmission ou en elle roulement de roue. La fréquence de la tension de blocage dépend de la vitesse de rotation et du nombre de dents de l'anneau métallique. L'amplitude (la hauteur du signal) reste la même.

Les capteurs MRE nécessitent une alimentation électrique pour fonctionner. Or ces capteurs ne disposent souvent que de deux fils (et donc de deux connexions). Le capteur envoie le signal à l'unité de commande ABS via le câble négatif. Le signal est formé parce que la résistance électrique des plaques semi-conductrices change lorsqu'elles sont exposées à un champ magnétique changeant.

Les signaux des capteurs de vitesse sont transmis au calculateur ABS. Les signaux des quatre roues sont comparés les uns aux autres. Lorsque le véhicule franchit un virage, la vitesse des roues du virage intérieur sera inférieure à celle des roues du virage extérieur. Ceci est mesuré, mais reste bien entendu dans les marges.
Si les vitesses diffèrent trop lors du freinage, le calculateur ABS fera en sorte que le groupe hydraulique réduise la pression de freinage sur la roue concernée (freinage trop fort). S'il y a trop de différence de vitesse lors de l'accélération, la puissance du moteur sera brusquement réduite par le système de gestion du moteur.

En cas de dysfonctionnement du système ABS, les signaux peuvent être mesurés avec l'oscilloscope. Ceux-ci peuvent être mesurés au volant, mais également au niveau de l'appareil de contrôle. En mesurant au volant, vous pouvez vérifier si les capteurs ABS fonctionnent correctement. Lors des mesures effectuées au niveau de l'unité de commande, il est possible d'exclure qu'un câblage défectueux soit à l'origine du dysfonctionnement.
Pendant la mesure, il est possible de vérifier si la fréquence et l'amplitude du capteur inductif sont correctes. Avec le capteur Hall, vous pouvez vérifier si la fréquence du signal est correcte pendant que la roue tourne. Pour ce faire, faites tourner la meule de manière complète afin de pouvoir identifier rapidement tout défaut au niveau des dents. Avec des dents endommagées, une déviation dans la pureté des signaux du capteur sera visible (pensez à une fréquence plus large que prévu à chaque rotation).

Groupe hydraulique :
L'image ci-dessous à gauche montre un générateur hydroélectrique avec un dispositif de contrôle intégré. Cela se voit, entre autres, au grand nombre de broches dans le connecteur.
Les raccordements des canalisations allant du maître-cylindre de frein et aux roues sont également visibles ici. Les circuits de freinage séparés (avant gauche avec arrière droit et avant droit avec arrière gauche) sont incorporés dans cette unité de pompe.

Lorsque nous démontons l'unité hydraulique, le bloc de soupapes est visible. L'image en bas à droite montre l'intérieur du générateur hydroélectrique.

Circuit hydraulique :
Le schéma hydraulique ci-dessous montre les composants dans et autour de l'unité hydraulique. Pour comprendre le fonctionnement, les pièces et les symboles, la page principes de base de l'hydraulique sont consultés.
Le schéma ci-dessous est dessiné pour une roue. Les numéros 5, 6 et 9 sont internes. Une autre roue utilise les mêmes composants, à l'exception des valves 2/2 (6), juste avec des connexions différentes. En d’autres termes, si l’on dessinait le schéma de la voiture complète, il y aurait à côté six soupapes 2/2, chacune avec ses propres canalisations. Par souci de clarté, seul le schéma d'un circuit de freinage est désormais présenté.

Situation 1 : Avec un freinage nul et stable :
Le diagramme de droite montre la situation avec un freinage nul et stable. La pédale de frein (2) est enfoncée, provoquant l'exercice d'une pression de fluide par le maître-cylindre de frein (4) sur la valve 2/2 gauche (6). Cette valve 2/2 a une connexion ouverte à l'étrier de frein (7). Étant donné que la pression du liquide vers l'étrier de frein augmente, les plaquettes de frein seront pressées contre le disque de frein. Les freins seront alors appliqués. Le capteur de vitesse (8) enregistre le nombre de tours effectués par la roue.

Situation 2 : ABS actif, maintenir la pression de freinage :
Ce diagramme montre la situation lorsqu'il y a un freinage brusque et que la décélération des roues est trop importante. Le capteur ABS au niveau du frein a transmis à la borne 5 de la centrale un signal de vitesse inférieure à celle des autres roues. L'unité de commande réagit à cela et ferme le système vers l'étrier de frein.
Cela se fait comme suit : un certain courant est appliqué à la broche 3 du dispositif de commande, ce qui alimente l'électrovanne de la vanne 2/2 gauche. La valve est poussée vers la gauche contre la force du ressort. Cela bloque l'accès du nouveau liquide de frein à l'étrier de frein. La valve 2/2 droite reste dans la même position, donc aucun liquide de frein ne peut aller au frein ou revenir. Cela maintient la pression constante. L'unité de contrôle vérifie à nouveau si la différence de vitesse entre la roue en question et les autres roues diffère trop. Si la différence de vitesse mutuelle est minime ou s'il n'y a plus de différence de vitesse parce que la pression de freinage est restée constante, l'unité de commande coupe à nouveau le courant de la broche 3. La vanne 2/2 revient dans sa position d'origine, de sorte que la situation 1 s'applique à nouveau. Si la différence de vitesse ne change pas, voire augmente, la pression de freinage de la roue concernée doit être réduite. Cela se produit dans la situation 3.

Situation 3 : ABS actif, réduire la pression de freinage :
Pour réduire la pression de freinage, le liquide de frein doit être pompé dans la conduite entre la valve 2/2 et l'étrier de frein. Cela se fait dans le schéma ci-dessus.
Désormais, la broche 4 est également alimentée, de sorte que la vanne 2/2 droite est alimentée. Celui-ci est désormais également déplacé en position gauche, libérant ainsi le passage entre l'étrier de frein et la pompe hydraulique. À ce moment, le moteur de la pompe tourne et pompe le liquide de frein de l’étrier de frein vers le maître-cylindre. Le liquide est maintenant pompé vers le réservoir contre la force du maître-cylindre de frein. La pression diminue et la roue recommence à tourner.

En résumé:
La situation 1 s'applique en conduisant et en freinant légèrement. Lors d'un freinage où la roue menace de se bloquer, situation 2 et où la pression doit être réduite à cause de la roue bloquante, situation 3. Lors du freinage, la situation va continuer à changer. Si la situation 3 s'applique, dans laquelle le liquide de frein est pompé hors du frein, la roue doit alors être à nouveau freinée. Sinon, le véhicule ne pourrait pas freiner suffisamment fort. Le conducteur repasse alors à la situation 1, puis à nouveau à la situation 2, puis à nouveau à la situation 3. Cela se produit jusqu'à ce que le conducteur arrête de freiner, ou jusqu'à ce qu'il roule sur un revêtement différent, par exemple plus rigide (coefficient de friction plus élevé). .

Cycle de contrôle ABS :
Le graphique ci-dessous montre le cycle de contrôle de l'ABS. Différents facteurs ont été ajoutés, tels que la vitesse du véhicule (A) avec la vitesse des roues, l'accélération circonférentielle des roues (B), l'activité du système (C) et la pression de freinage (D).
Le graphique est également divisé en 9 périodes. Un changement est visible à chaque période car le système est ajusté. La période de temps est d'environ 20 millisecondes au total et est divisée en 9 morceaux inégaux. Sous le graphique se trouve l’explication des lignes.

A: La ligne noire correspond à la vitesse du véhicule, la ligne verte à la vitesse des roues et la ligne rouge à la vitesse de référence. La vitesse du véhicule diminue (période 1), mais la vitesse des roues diminue beaucoup plus rapidement. La ligne de référence rouge est coupée. Lorsque la ligne verte se retrouve en dessous de la ligne rouge (à partir de la période 2), un patinage des roues peut se produire. L'ABS va donc intervenir.

B: La ligne indique l'accélération de la circonférence de la roue. Un exemple : en tournant la roue et en ralentissant lentement, la droite en B reste proche de la droite zéro. En tournant désormais le volant à la même vitesse et en freinant plus fort, la ligne s'étendra plus vers le bas. Cela se produit également lors de la mise à niveau ; en tournant le volant très rapidement de 0 à 10 km/h, la ligne montera encore plus si vous mettez 5 secondes pour tourner le volant de 0 à 10 km/h. En bref, c'est l'accélération circonférentielle de la roue.

C: Cette ligne indique où la pression dans le système est stabilisée ; l'ABS est alors en fonctionnement. Lorsque la ligne en C est basse (à la ligne zéro), le système ABS ne fonctionne pas. Durant la période 7, l'ABS est commandé par impulsions afin que la vitesse des roues ne diminue pas trop rapidement.

D: Cette ligne indique la pression de freinage. La pression de freinage augmente jusqu'à ce que la ligne verte de vitesse de roue (A) croise la ligne de référence rouge. L'ABS entre en action (C) et veille à ce que l'accélération circonférentielle de la roue ne devienne pas trop faible. L'accélération de la circonférence de la roue se situe à la ligne zéro dans la période 4 ; exactement le moment où la vitesse de la roue en (A) passe du négatif au positif. La pression reste constante à ce moment-là. Dans la période 7, la commande pulsée est clairement visible. La pression de freinage est maintenant soigneusement augmentée afin que la roue ne freine pas trop rapidement.

Principes de contrôle pour éviter la division µ :
L'ABS peut être réglé individuellement par roue à l'aide de ces informations. Les capteurs de vitesse de roue enregistrent la vitesse de chaque roue. Ceci est nécessaire car dans toutes les situations, le coefficient de friction maximal réalisable doit être mis en balance avec la maniabilité du véhicule. Lorsque le véhicule roule avec les roues gauches sur de l'asphalte sec et avec les roues droites sur l'accotement souple et que les freins sont appliqués avec toute la force de freinage, le véhicule devient incontrôlable et tourne sur son axe. La différence de force de freinage entre les roues sur l'asphalte et sur la glace provoque un moment de lacet qui provoque une déviation de trajectoire. Cette situation est appelée situation de µ-split. Le µ se prononce « mu ». Pour éviter ce scénario, un certain nombre de principes de contrôle sont appliqués :

La commande individuelle (IR) : la pression de freinage est réglée au coefficient de friction maximum de chaque roue. Cela peut provoquer des moments de lacet élevés, mais les forces de freinage maximales sont atteintes.
La commande select-low (SL) : la roue avec le coefficient de friction le plus faible détermine la pression de freinage de l'autre roue. La force de freinage maximale réalisable n'est pas utilisée, mais le moment de lacet est faible.
La commande select-high (SH) : la roue avec le coefficient de friction le plus élevé détermine la pression de freinage de l'autre roue. Le schéma de sélection élevée n'est utilisé que pour les schémas ASR.
La commande select-intelligente ou modificatrice : lors du freinage, la commande passe du select-low à la commande individuelle. Cela permet d'obtenir un compromis entre les moments de lacet et les forces de freinage maximales. Ce système est souvent appliqué aux véhicules utilitaires.

Habituellement, le système de freinage d'une voiture particulière est séparé en diagonale (croix-gauche). Un exemple de ceci est montré dans l’image ci-dessous. Cela montre le système de freinage rouge pour l'avant gauche et l'arrière droit et le système de freinage bleu pour l'avant droit et l'arrière gauche.

Les freins des roues avant sont contrôlés avec la commande individuelle (IR). La pression de freinage d'une roue avant est réglée sur le coefficient de friction maximal de l'autre roue avant. Lors d'un arrêt d'urgence, les roues avant rechercheront individuellement la force de freinage maximale réalisable.
Les freins des roues arrière sont commandés selon le principe Select Low (SL). La pression de freinage réglée de la roue arrière ayant le coefficient de friction le plus faible détermine la pression de freinage de l'autre roue arrière. Le couple de freinage des deux roues arrière restera le même.

Mesures d'un véhicule avec et sans ABS :
Pour avoir une bonne idée de l'influence du système ABS sur un véhicule, cette section présente deux graphiques de mesures qui démontrent la différence entre un véhicule qui freine sans et avec ABS.

Vitesse du véhicule par rapport à la vitesse des roues sans ABS :
Le graphique de droite montre la vitesse du véhicule par rapport à la vitesse des roues.
A partir de t = 0 seconde, la vitesse du véhicule est de 15 mètres par seconde. A ce moment-là, la pédale de frein est enfoncée au maximum. La vitesse du véhicule diminue linéairement jusqu'à 0 m/s entre
t = 2,75 et 3,00 secondes. La vitesse de la roue chute complètement à 0,5 m/s entre t = 1,0 et 0 seconde. Cela signifie que la roue a déjà une vitesse de 0 m/s, elle est donc à l'arrêt, alors que le véhicule est encore en mouvement. A ce moment une roue est bloquée. La roue patine sur la chaussée alors que le véhicule n'est pas encore à l'arrêt. Dans cette situation, l'ABS ne fonctionne pas.

Vitesse du véhicule par rapport à la vitesse des roues avec ABS :
Dans le graphique de droite, la ligne bleue est la même ; à une vitesse du véhicule de 15 m/s, le freinage maximum est appliqué à 0 m/s. Cela se produit à nouveau dans un délai de 3 secondes. Maintenant que l'ABS est opérationnel, la ligne rouge à t = 0,3 seconde ne descend pas à 0 m/s, mais la vitesse de la roue augmente à nouveau. Cela peut être vu sur la ligne rouge qui descend d’abord et remonte juste avant t = 0,5 seconde. La pression de freinage est réduite par l'ABS à une vitesse de 7,5 m/s. La vitesse des autres roues est égale à la vitesse du véhicule et donc à la ligne bleue. Le capteur ABS de la roue avant gauche enregistre la décélération. Le calculateur ABS reconnaît la différence de vitesse, ce qui le fait intervenir. La pression de freinage est réduite avec l'unité hydraulique jusqu'à ce que les lignes bleue et rouge soient à nouveau les mêmes. À ce moment-là, la pression de freinage reste à nouveau constante. Jusqu'à l'arrêt du véhicule, l'ABS continue de contrôler la vitesse de la roue qui patine.

La pression dans le maître-cylindre de frein par rapport au cylindre de frein de roue sans ABS :
La force exercée sur la pédale de frein est convertie en pression de freinage dans le maître-cylindre de frein par déplacement du fluide. Cette pression de freinage est représentée dans le graphique ci-dessous avec la ligne bleue.
Que la roue patine ou non, la pression de freinage dans le cylindre de frein de roue (la ligne rouge) reste la même que la pression dans le maître-cylindre de frein. Voilà donc la situation sans ABS.

La pression dans le maître-cylindre de frein par rapport au cylindre de frein de roue avec ABS :
Dans la situation où l'ABS entre en fonctionnement, les pressions dans le maître-cylindre de frein et dans le cylindre de frein de roue ne sont plus égales. La pression dans le maître-cylindre de frein reste élevée car le conducteur maintient la pédale de frein enfoncée. Dans le graphique, la ligne rouge diminue à t = 0,3 seconde ; ici, l'ABS réduit la pression de freinage. La réduction de la pression de freinage fait rouler à nouveau la roue. A partir de t = 0,4 seconde, la pression de freinage est à nouveau augmentée progressivement jusqu'à ce que la vitesse de la roue soit la même que celle des autres roues. C'est le cas à t = 2,35 secondes.