ABS

Tárgyak:

Történelem
Doel
működés
Sebesség érzékelők
Hidro aggregátum
Hidraulikus kör
ABS szabályozási ciklus
Szabályozási elvek a µ-hasadás megelőzésére
Egy jármű mérése ABS-sel és anélkül

Történelem:
ABS (a blokkolásgátló fékrendszer rövidítése) A Dunlop abroncsgyártó már 1961-ben sikeresen kísérletezett az ABS-szel a Ferguson P99 Forma 1-es versenyautón. Ez körülbelül tizennégy évvel azelőtt, hogy valami hasonlót bevezettek a „normál” autókon. Manapság minden új autó ABS-sel van felszerelve.

Cél:
Az ABS célja, hogy vezetés közben maximális tapadást biztosítson az abroncs és az útfelület között. Az ABS a menetstabilitást is biztosítja. Ebbe beletartozik:

Kormányzás stabilitása: ha az ABS be van kapcsolva, a jármű kormányozható marad. Csúszó kerék esetén a jármű egy irányba csúszik, és a kormánymozdulatokat nem lehet átvinni az útfelületre.
Pályastabilitás: ha egy kerék blokkol, a jármű más irányba haladhat. Például egy blokkolt hátsó kerék hatására a jármű a tengelye körül foroghat, aminek következtében a jármű hátrafelé kerül az úton.

Művelet:
A fékrendszer felelős a kerekek fékezéséért. A kerék semmilyen körülmények között ne blokkoljon, mert akkor elveszíti a tapadást az útfelülettel. A kerék ekkor átcsúszik az aszfalton, ami azt jelenti, hogy a kormánymozdulatokat már nem lehet továbbítani. Ebben az esetben a jármű irányíthatatlan. Az ABS rendszer megakadályozza a kerék blokkolását.
Amikor a kerék blokkolással fenyeget, az ABS-rendszer gondoskodik arról, hogy a féknyomás (a kerékfékhengereken lévő fékfolyadék nyomása) csökkenjen a kérdéses keréken. Abban a pillanatban nem számít, milyen erősen nyomja le a fékpedált a lábával. Az ABS rendszer szabályozza a féknyomást, hogy a kerék ne csússzon. Egy bizonyos ponton az ABS-rendszer fokozatosan újra növeli a nyomást, mert a kereket természetesen amennyire csak lehet, fékezni kell. Ez addig folytatódik, amíg ismét el nem éri a csúszási határt; majd a nyomást ismét csökkentjük. Ez a folyamat néhány milliszekundumot vesz igénybe. Ekkor rezgés érezhető a fékpedálon. Az ABS szivattyú gyakran hallható.

Az alábbi képen az ABS rendszer összetevőinek áttekintése látható.

A fenti képen két piros cső látható. Ezek a főfékhengertől a hidraulikus egységig futnak. A hidroaggregátum egy másik szó az ABS szivattyúra. A két piros vonal a különálló fékrendszerhez kapcsolódik; bal első jobb hátsóval és jobb első bal hátsóval. Például, ha szivárgás van a bal első keréknél, ami miatt az összes fékfolyadék szivárog, akkor is fékezhet a másik fékkörrel. Narancssárga csövek futnak a hidraulikus egységtől az összes kerékig. A hidraulikus egységben a fékezőerő kerekenként állítható.

Minden kerékre sebességérzékelő van felszerelve. Ez lehetővé teszi mind a négy kerék sebességének folyamatos ellenőrzését. A kék vonalak a sebességérzékelőhöz csatlakoztatott jelvezetékek. Mindegyik keréktől egy jelvezeték fut a vezérlőegységhez. A fékpedál és a hidraulikus egység jelei is a vezérlőegységhez jutnak. A bemutatott autóban ez az ülés alatt, az autó belsejében található. Manapság egyre gyakrabban látja, hogy a vezérlőegység a hidraulikus egységhez van csatlakoztatva. Akkor ez egy egész. Ha a rendszerben meghibásodás van, például hibás vagy szennyezett érzékelő, hibás kábel vagy a hidraulikus egység hibája miatt, a műszerfalon egy hibajelző lámpa világít. A hiba ezután diagnosztikai berendezéssel leolvasható.

Sebesség érzékelők:
Az alábbi kép az induktív sebességérzékelőt mutatja beszerelt állapotban. Ez a fotó egy McPherson rugóstagról az első felfüggesztésen. Itt látható a fogaskerék, ahol az érzékelő a sebességet méri.

Az ABS érzékelő tervezhető induktív érzékelőként (lásd a fenti képet), vagy magneto-rezisztív érzékelőként (MRE érzékelő), vagy Hall-érzékelőként (lásd a jobb oldali képet). Ennek az érzékelőnek a működése az oldalon látható Hall érzékelő leírta. Ez utóbbi érzékelőt az ABS mágnesgyűrűhöz használják, amely a kerékcsapágy feldolgozva van.

Az induktív és Hall érzékelők jelei használhatók a oszcilloszkóp mérnek. Az alábbiakban ezekre a mérésekre példákat mutatunk be és ismertetünk.

Induktív sebességérzékelő:
Az induktív sebességérzékelő egy állandó mágnesből áll, körülötte tekercsel. A mágneses térerősség megváltozik, amikor a fogazott gyűrű egy foga (amely a hajtótengelyhez van rögzítve) áthalad az állandó mágnes mágneses terén. A mágneses tér változása feszültséget generál a tekercsben. A sebességjel minden periódusa megfelel annak, amikor egy fog áthalad az érzékelőn. A gyűrű fogainak száma és a hajtótengely forgási sebessége határozza meg a jel frekvenciáját és amplitúdóját.

Hall szenzor:
A mágneses rezisztív érzékelővel (MRE érzékelővel) vagy a Hall-érzékelővel is egy mágneses fémgyűrű mozog az érzékelő mentén. A mágneses gyűrű a kardántengely vagy benne kerékcsapágy. A blokkfeszültség frekvenciája a forgási sebességtől és a fémgyűrű fogainak számától függ. Az amplitúdó (a jel magassága) változatlan marad.

Az MRE érzékelők működéséhez tápfeszültségre van szükség. Ezeknek az érzékelőknek azonban gyakran csak két vezetéke van (és ezért két csatlakozásuk). Az érzékelő a negatív kábelen keresztül küldi a jelet az ABS vezérlőegységnek. A jel azért jön létre, mert a félvezető lemezek elektromos ellenállása megváltozik, ha változó mágneses térnek vannak kitéve.

A fordulatszám-érzékelők jelei az ABS vezérlőegységhez kerülnek. A négy kerék jeleit összehasonlítják egymással. Amikor a jármű áthajt egy kanyarban, a belső kanyarban a kerekek sebessége kisebb lesz, mint a külső kanyarban lévő kerekeké. Ez mért, de természetesen jócskán a határokon belül van.
Ha a sebességek fékezés közben túlságosan eltérnek, az ABS vezérlőegység gondoskodik arról, hogy a hidraulikus egység csökkentse a féknyomást az adott keréken (túl erős fékezés). Ha túl nagy a fordulatszám-különbség a gyorsítás során, a motorteljesítményt a motorvezérlő rendszer hirtelen lecsökkenti.

Az ABS rendszer meghibásodása esetén a jelek az oszcilloszkóppal mérhetők. Ezek a volánnál, de a vezérlőkészüléknél is mérhetők. A keréknél végzett méréssel ellenőrizheti, hogy az ABS-érzékelők megfelelően működnek-e. A vezérlőegységen végzett mérések során kizárható, hogy a hibás vezetékezés okozza-e a hibát.
A mérés során ellenőrizhető, hogy az induktív érzékelő frekvenciája és amplitúdója megfelelő-e. A Hall érzékelővel ellenőrizheti, hogy a jel frekvenciája megfelelő-e, miközben a kerék forog. Ehhez forgassa el a kereket teljes fordulatszámmal, hogy a fogak esetleges hibái gyorsan felismerhetők legyenek. Sérült fogak esetén az érzékelő jeleinek tisztaságában eltérés lesz látható (gondoljon a tervezettnél szélesebb frekvenciára minden egyes forgatásnál).

Hidro aggregátum:
A bal oldali képen egy hidrogenerátor látható beépített vezérlőkészülékkel. Ez látható többek között a dugaszoló csatlakozásban található érintkezők nagy számából is.
Itt láthatóak a főfékhenger és a kerekek csövek csatlakozásai is. A különálló fékkör (bal első és jobb hátsó, jobb első és bal hátsó) ebben a szivattyúegységben található.

Ha szétszedjük a hidraulikus egységet, akkor látható a szelepblokk. A jobb alsó képen a hidrogenerátor belseje látható.

Hidraulikus áramkör:
Az alábbi hidraulikus diagram a hidraulikus egységben és körülötte lévő alkatrészeket mutatja. A működés, alkatrészek és szimbólumok megértéséhez az oldal a hidraulika alapelvei konzultálnak.
Az alábbi diagram egy kerékre készült. Az 5, 6 és 9 számok belsőek. Egy másik kerék ugyanazokat az alkatrészeket használja, kivéve a 2/2 szelepet (6), csak más csatlakozásokkal. Vagyis ha a komplett autó diagramját megrajzolnák, akkor hat 2/2-es szelep lenne mellette, mindegyik saját csövekkel. A dolgok tisztán tartása érdekében most csak az egyik fékkör diagramja látható.

1. helyzet: Nincs és stabil fékezés:
A jobb oldali diagram a fékezés nélküli és stabil fékezési helyzetet mutatja. A fékpedált (2) lenyomják, aminek következtében a fő fékhenger (4) a bal oldali 2/2 szelepen (6) nyomást fejt ki. Ez a 2/2 szelep nyitott csatlakozással rendelkezik a féknyereghez (7). Mivel a féknyereg folyadéknyomása megnövekszik, a fékbetétek a féktárcsához nyomódnak. Ekkor a fékek behúzódnak. A sebességérzékelő (8) rögzíti a kerék fordulatszámát.

2. helyzet: ABS aktív, féknyomás fenntartása:
Ez a diagram azt a helyzetet mutatja, amikor erős fékezés van, és a kerék lassulása túl nagy. A féknél lévő ABS-érzékelő sebességjelet továbbított a vezérlőegység 5. kapcsa felé, amely alacsonyabb, mint a többi keréké. A vezérlőegység erre reagál és lezárja a rendszert a féknyereghez.
Ez a következőképpen történik: egy bizonyos áramot vezetnek a vezérlőkészülék 3. érintkezőjére, amely feszültség alá helyezi a bal oldali 2/2 szelep mágnesszelepét. A rugóerővel szemben a szelep balra tolódik. Ez megakadályozza az új fékfolyadék hozzáférését a féknyereghez. A jobb oldali 2/2 szelep ugyanabban a helyzetben marad, így a fékfolyadék nem juthat a fékre vagy vissza. Ez állandóan tartja a nyomást. A vezérlőegység ismét ellenőrzi, hogy nem tér-e el túlságosan a fordulatszám-különbség a kérdéses kerék és a többi kerék között. Ha a kölcsönös sebességkülönbség minimális, vagy a féknyomás állandó értéke miatt már nincs sebességkülönbség, a vezérlőegység ismét leveszi az áramot a 3. érintkezőről. A 2/2 szelep visszaugrik eredeti helyzetébe, így az 1. helyzet ismét érvényesül. Ha a sebességkülönbség nem változik, vagy akár nagyobb lesz, csökkenteni kell a kérdéses kerék féknyomását. Ez a 3-as helyzetben történik.

3. helyzet: ABS aktív, csökkenti a féknyomást:
A féknyomás csökkentése érdekében fékfolyadékot kell kiszivattyúzni a 2/2 szelep és a féknyereg közötti vezetékbe. Ez a fenti diagramon történik.
Most a 4-es érintkezőt is táplálják, így a jobb oldali 2/2 szelep feszültség alá kerül. Ez most szintén bal oldali helyzetbe kerül, felszabadítva a féknyereg és a hidraulika szivattyú közötti átjárót. Ekkor a szivattyú motorja megfordul, és a féknyeregből a fékhengerbe pumpálja a fékfolyadékot. A folyadék most a főfékhenger erejével szemben visszapumpálódik a tartályba. A nyomás csökken, és a kerék újra forogni kezd.

Összefoglalva:
Az 1. helyzet vezetésre és enyhe fékezésre vonatkozik. Fékezés közben, ahol a kerék blokkolással fenyeget, 2. helyzet és ahol a nyomást csökkenteni kell a blokkoló kerék miatt, 3. helyzet. Fékezés közben a helyzet folyamatosan változik. Ha a 3. helyzet áll fenn, amikor a fékfolyadékot kiszivattyúzzák a fékből, a kereket ismét le kell fékezni. Ellenkező esetben a jármű nem tud elég erősen fékezni. Ezután a vezető visszavált az 1-es helyzetbe, majd ismét a 2-es helyzetbe, majd ismét a 3-as helyzetbe. Ez addig történik, amíg a vezető abbahagyja a fékezést, vagy amíg egy másik, például merevebb (nagyobb súrlódási tényező) felületen hajt. .

ABS vezérlési ciklus:
Az alábbi grafikon az ABS szabályozási ciklusát mutatja. Számos tényező került hozzáadásra, mint például a jármű sebessége (A) a kerékfordulatszámmal, a kerék kerületének gyorsulása (B), a rendszer aktivitása (C) és a féknyomás (D).
A grafikon szintén 9 időszakra van felosztva. Változás minden időszakban látható, mert a rendszer igazodik. Az időtartam összesen körülbelül 20 ezredmásodperc, és 9 egyenlőtlen részre oszlik. A grafikon alatt a vonalak magyarázata található.

A: A fekete vonal a jármű sebességét, a zöld vonal a kerék sebességét, a piros vonal pedig a referenciasebességet jelöli. A jármű sebessége csökken (1. periódus), de a keréksebesség sokkal gyorsabban csökken. A piros referenciavonal le van vágva. Amikor a zöld vonal a piros vonal alá kerül (a 2. periódustól), a kerék megcsúszhat. Az ABS ezért beavatkozik.

B: A vonal a kerék kerületének gyorsulását jelzi. Egy példa: a kerék elfordításával és lassú lassításával a B vonal a nulla vonal közelében marad. Ha most azonos sebességgel forgatja a kereket, és erőteljesebben fékez, a vonal tovább nyúlik lefelé. Ez akkor is előfordul, ha felpörgetik; Ha a kereket nagyon gyorsan 0-ról 10 km/h-ra forgatja, a vonal tovább fog lőni, ha 5 másodpercbe telik, hogy a kereket 0-ról 10 km/h-ra fordítsa. Röviden, ez a kerék kerületének gyorsulása.

C: Ez a vonal jelzi, hogy a rendszerben hol stabilizálódott a nyomás; az ABS ekkor működik. Ahol a C vonal alacsony (a nulla vonalnál), az ABS rendszer nem működik. A 7. periódusban az ABS pulzáló vezérlésű, hogy a kerék fordulatszáma ne csökkenjen túl gyorsan.

D: Ez a vonal jelzi a féknyomást. A féknyomás addig növekszik, amíg a zöld keréksebesség-vonal (A) metszi a piros referenciavonalat. Az ABS működésbe lép (C), és biztosítja, hogy a kerék kerületének gyorsulása ne legyen túl alacsony. A kerék kerületének gyorsulása a nulla vonalon van a 4. periódusban; pontosan az a pillanat, amikor a kerék fordulatszáma az (A)-ban negatívról pozitívra változik. Ekkor a nyomás állandó marad. A 7. periódusban jól látható a pulzáló vezérlés. A féknyomást most óvatosan növeljük, hogy a kerék ne fékezzen túl gyorsan.

Szabályozási elvek a µ-hasadás megelőzésére:
Az ABS ezen információk alapján kerekenként egyedileg állítható be. A keréksebesség-érzékelők rögzítik az egyes kerekek sebességét. Erre azért van szükség, mert minden helyzetben a maximálisan elérhető súrlódási együtthatót kell mérlegelni a jármű kormányozhatóságával. Ha a jármű a bal oldali kerekekkel száraz aszfalton, a jobb oldali kerekekkel a puha vállon halad, és a fékeket teljes fékerővel működtetik, a jármű kicsúszik az irányításból, és a tengelye körül forog. A kerekek fékezőerő-különbsége aszfalton és jégen olyan billenési nyomatékot okoz, amely irányeltérést okoz. Ezt a helyzetet µ-felosztási helyzetnek nevezzük. A µ-t „mu”-ként ejtik. Ennek a forgatókönyvnek a megelőzése érdekében számos ellenőrzési elvet alkalmaznak:

Egyéni vezérlés (IR): a féknyomást minden kerék maximális súrlódási tényezőjére állítják be. Ez nagy lengési nyomatékokat okozhat, de maximális fékezőerő érhető el.
A Select-low vezérlés (SL): a legalacsonyabb súrlódási tényezővel rendelkező kerék határozza meg a másik kerék féknyomását. A maximálisan elérhető fékezőerő nincs kihasználva, de a lengési nyomaték kicsi.
A Select-high vezérlés (SH): a legnagyobb súrlódási tényezővel rendelkező kerék határozza meg a másik kerék féknyomását. A Select-high séma csak az ASR sémákhoz használatos.
A Select-smart vagy módosító vezérlés: fékezés közben a vezérlés alacsony választásról egyéni vezérlésre vált. Ez lehetővé teszi a kompromisszumot a lengési nyomatékok és a maximális fékezőerő között. Ezt a rendszert gyakran alkalmazzák haszongépjárművekre.

Általában a személygépkocsi fékrendszere átlósan (balra keresztben) van elválasztva. Az alábbi képen látható egy példa erre. Ez a piros fékrendszert mutatja a bal első és a jobb hátsó, valamint a kék fékrendszert a jobb első és a bal hátsó fékrendszerben.

Az első kerekek fékjeit az egyéni vezérléssel (IR) vezéreljük. Az egyik első kerék féknyomása a másik első kerék maximális súrlódási tényezőjére van beállítva. Vészleálláskor az első kerekek egyenként keresik az elérhető maximális fékerőt.
A hátsó kerekek fékjeit a Select low (SL) elv szerint vezérlik. A legkisebb súrlódási tényezővel rendelkező hátsó kerék beállított féknyomása határozza meg a másik hátsó kerék féknyomását. Mindkét hátsó kerék féknyomatéka változatlan marad.

Egy jármű mérései ABS-sel és anélkül:
Ahhoz, hogy jó képet kapjunk az ABS-rendszer járműre gyakorolt hatásáról, ez a rész két mérési grafikont mutat be, amelyek bemutatják a különbséget az ABS nélküli és az ABS-sel rendelkező fékező járművek között.

A jármű sebessége az ABS nélküli keréksebességhez viszonyítva:
A jobb oldali grafikon a jármű sebességét mutatja a keréksebességhez viszonyítva.
t = 0 másodperctől kezdve a jármű sebessége 15 méter másodpercenként. Ebben a pillanatban a fékpedál maximálisan le van nyomva. Közben a jármű sebessége lineárisan 0 m/s-ra csökken
t = 2,75 és 3,00 másodperc. A kerék sebessége t = 0,5 és 1,0 másodperc között teljesen 0 m/s-ra csökken. Ez azt jelenti, hogy a kerék már 0 m/s sebességgel rendelkezik, tehát álló helyzetben van, miközben a jármű még mozog. Ebben a pillanatban egy kerék blokkolva van. A kerék megcsúszik az útfelületen, miközben a jármű még nem áll. Ebben az esetben az ABS nem működik.

A jármű sebessége az ABS keréksebességéhez viszonyítva:
A jobb oldali grafikonon a kék vonal ugyanaz; 15 m/s járműsebességnél a maximális fékezés 0 m/s-ig történik. Ez 3 másodpercen belül ismét megtörténik. Most, hogy az ABS működik, a piros vonal t = 0,3 másodpercnél nem csökken 0 m/s-ra, de a kerék sebessége ismét nő. Ez látható a piros vonalról, amely először lefelé fut, majd ismét felemelkedik t = 0,5 másodperc előtt. A féknyomást az ABS 7,5 m/s sebességgel csökkenti. A többi kerék sebessége megegyezik a jármű sebességével, tehát a kék vonallal. A bal első kerék ABS-érzékelője érzékeli a lassulást. Az ABS számítógép felismeri a sebességkülönbséget, és beavatkozik. A féknyomás a hidraulikus egységgel addig csökken, amíg a kék és a piros vonal ismét megegyezik. Ebben a pillanatban a féknyomás ismét állandó marad. Amíg a jármű meg nem áll, az ABS továbbra is szabályozza a csúszó kerék sebességét.

A főfékhenger nyomása az ABS nélküli kerékfékhengerhez képest:
A fékpedálra kifejtett erő a főfékhengerben a folyadék elmozdulása révén féknyomássá alakul. Ez a féknyomás az alábbi grafikonon kék vonallal látható.
Függetlenül attól, hogy a kerék csúszik-e vagy sem, a féknyomás a kerékfékhengerben (piros vonal) ugyanaz marad, mint a főfékhengerben. Szóval ez a helyzet ABS nélkül.

A főfékhenger nyomása az ABS-sel ellátott kerékfékhengerhez képest:
Abban a helyzetben, amikor az ABS működésbe lép, a nyomás a főfékhengerben és a kerékfékhengerben többé nem egyenlő. A főfékhengerben a nyomás magas marad, mert a vezető lenyomva tartja a fékpedált. A grafikonon a piros vonal t = 0,3 másodpercnél csökken; itt az ABS csökkenti a féknyomást. A féknyomás csökkenése miatt a kerék ismét elgurul. t = 0,4 másodperctől kezdve a féknyomás ismét fokozatosan emelkedik, amíg a kerék sebessége megegyezik a többi kerék sebességével. Ez a helyzet t = 2,35 másodpercnél.