ABS

Subiecte:

istorie
țintă
operație
Senzori de viteza
Hidroagregat
Circuit hidraulic
Ciclu de control al ABS
Principii de control pentru prevenirea µ-split
Măsurătorile unui vehicul cu și fără ABS

Istorie:
ABS (abreviere pentru sistemul de frânare antiblocare) Încă din 1961, producătorul de anvelope Dunlop a experimentat cu succes ABS pe mașina de curse de Formula 99 Ferguson P1. Asta cu aproximativ paisprezece ani înainte ca ceva similar să fie introdus pe mașinile „normale”. În prezent, toate mașinile noi sunt echipate cu ABS.

scop:
Scopul ABS este de a utiliza aderența maximă între anvelopă și suprafața drumului în timpul conducerii. De asemenea, ABS-ul asigură menținerea stabilității la volan. Aceasta include:

Stabilitatea direcției: când ABS-ul este activat, vehiculul rămâne orientabil. Cu o roată care alunecă, vehiculul alunecă într-o singură direcție și mișcările de direcție nu pot fi transferate pe suprafața drumului.
Stabilitate de cursă: dacă o roată se blochează, vehiculul poate urma un curs diferit. De exemplu, o roată din spate blocată poate face ca vehiculul să se rotească în jurul axei sale, determinând ca vehiculul să ajungă înapoi pe drum.

Operațiune:
Sistemul de frânare este responsabil pentru frânarea roților. Sub nicio formă roata nu trebuie să se blocheze, deoarece atunci își va pierde aderența cu suprafața drumului. Roata alunecă apoi peste asfalt, ceea ce înseamnă că mișcările de direcție nu mai pot fi transmise. În acest caz, vehiculul este incontrolabil. Sistemul ABS previne blocarea roții.
Când roata amenință să se blocheze, sistemul ABS asigură reducerea presiunii de frână (presiunea lichidului de frână pe cilindrii de frână a roții) de pe roata în cauză. In acel moment nu conteaza cat de tare apesi pedala de frana cu piciorul. Sistemul ABS reglează presiunea de frânare astfel încât roata să nu alunece. La un moment dat, sistemul ABS va crește treptat din nou presiunea, deoarece roata trebuie bineînțeles să fie frânată cât mai mult posibil. Aceasta continuă până când limita de alunecare este atinsă din nou; apoi presiunea se reduce din nou. Acest proces durează câteva milisecunde. Atunci se simte o vibrație în pedala de frână. Pompa ABS se aude adesea.

Imaginea de mai jos prezintă o prezentare generală a componentelor sistemului ABS.

Imaginea de mai sus arată două țevi roșii. Acestea merg de la cilindrul principal de frână la unitatea hidraulică. Hidroagregatul este un alt cuvânt pentru pompa ABS. Cele două linii roșii au legătură cu sistemul de frânare separat; stanga fata cu dreapta spate si dreapta fata cu stanga spate. De exemplu, dacă există o scurgere la roata din stânga față, care provoacă scurgerea întregului lichid de frână, puteți frâna în continuare cu celălalt circuit de frână. Conductele portocalii merg de la unitatea hidraulică la toate roțile. În unitatea hidraulică, forța de frânare poate fi reglată pe roată.

Pe fiecare roată este montat un senzor de viteză. Acest lucru permite monitorizarea continuă a vitezei tuturor celor patru roți. Liniile albastre sunt fire de semnal conectate la senzorul de viteză. Un fir de semnal trece de la fiecare roată la unitatea de control. Semnalele de la pedala de frână și de la unitatea hidraulică ajung și la unitatea de comandă. În mașina prezentată, aceasta se află sub scaun, în interiorul mașinii. În zilele noastre vezi din ce în ce mai mult că unitatea de comandă este atașată la unitatea hidraulică. Atunci este un întreg. Dacă există o defecțiune în sistem, de exemplu din cauza unui senzor defect sau murdar, a unui cablu defect sau a unei defecțiuni la unitatea hidraulică, se va aprinde o lumină de eroare pe tabloul de bord. Defecțiunea poate fi apoi citită cu un echipament de diagnosticare.

Senzori de viteza:
Imaginea de mai jos arată senzorul de viteză inductiv în starea sa montat. Aceasta este o fotografie a unui loncher McPherson pe suspensia din față. Inelul dințat, unde senzorul măsoară viteza, poate fi văzut și aici.

Un senzor ABS poate fi proiectat ca senzor inductiv (vezi imaginea de mai sus), sau ca senzor magnetorezistiv (senzor MRE) sau senzor Hall (vezi imaginea din dreapta). Funcționarea acestui senzor este afișată pe pagină Senzor Hall descris. Cel din urmă senzor este utilizat pentru inelul magnetic ABS care se află în rulment roată este procesat.

Semnalele de la senzorii inductivi și Hall pot fi utilizate cu osciloscop sunt măsurate. Exemple de aceste măsurători sunt prezentate și descrise mai jos.

Senzor de viteza inductiv:
Senzorul de viteză inductiv constă dintr-un magnet permanent cu o bobină în jurul lui. Intensitatea câmpului magnetic se modifică atunci când un dinte al inelului dințat (atașat la arborele de antrenare) se deplasează prin câmpul magnetic al magnetului permanent. Modificarea câmpului magnetic determină generarea unei tensiuni în bobină. Fiecare perioadă din semnalul de viteză corespunde trecerii unui dinte pe lângă senzor. Numărul de dinți de pe inel și viteza de rotație a arborelui de antrenare determină frecvența și amplitudinea semnalului.

Senzor Hall:
De asemenea, cu senzorul magnetorezistiv (senzor MRE) sau senzorul Hall, un inel metalic cu magneți se mișcă de-a lungul senzorului. Inelul magnetic este situat pe schimbatorul de viteze sau în ea rulment roată. Frecvența tensiunii blocului depinde de viteza de rotație și de numărul de dinți ai inelului metalic. Amplitudinea (înălțimea semnalului) rămâne aceeași.

Senzorii MRE necesită o sursă de alimentare pentru a funcționa. Cu toate acestea, acești senzori au adesea doar două fire (și, prin urmare, două conexiuni). Senzorul trimite semnalul către unitatea de control ABS prin cablul negativ. Semnalul se formează deoarece rezistența electrică a plăcilor semiconductoare se modifică atunci când sunt expuse la un câmp magnetic în schimbare.

Semnalele de la senzorii de viteză sunt transmise la unitatea de control ABS. Semnalele de la patru roți sunt comparate între ele. Când vehiculul trece printr-o curbă, viteza roților din curba interioară va fi mai mică decât cea a roților din curba exterioară. Acest lucru este măsurat, dar este bineînțeles bine în limite.
Dacă vitezele diferă prea mult în timpul frânării, unitatea de control ABS se va asigura că unitatea hidraulică va reduce presiunea de frânare pe roata respectivă (frânare prea puternică). Dacă există o diferență prea mare de viteză în timpul accelerației, puterea motorului va fi redusă brusc de sistemul de management al motorului.

În cazul unor defecțiuni ale sistemului ABS, semnalele pot fi măsurate cu osciloscopul. Acestea pot fi măsurate la volan, dar și la dispozitivul de control. Măsurând la volan puteți verifica dacă senzorii ABS funcționează corect. Când se fac măsurători la unitatea de control, se poate exclude dacă cablarea defectuoasă este cauza defecțiunii.
În timpul măsurării se poate verifica dacă frecvența și amplitudinea senzorului inductiv sunt corecte. Cu senzorul Hall puteți verifica dacă frecvența semnalului este corectă în timp ce roata se rotește. Pentru a face acest lucru, rotiți roata cu rotații complete, astfel încât orice defecte ale dinților să poată fi identificate rapid. Cu dinții deteriorați, va fi vizibilă o abatere în puritatea semnalelor senzorului (gândiți-vă la o frecvență mai largă decât cea prevăzută cu fiecare rotație).

Hidroagregat:
Imaginea de mai jos din stânga arată un hidrogenerator cu un dispozitiv de control încorporat. Acest lucru se poate vedea, printre altele, din numărul mare de pini din conexiunea la priză.
Aici sunt vizibile și legăturile țevilor de la cilindrul principal de frână și la roți. Circuitele de frânare separate (stânga față cu dreapta spate și dreapta față cu stânga spate) sunt încorporate în această unitate de pompare.

Când demontăm unitatea hidraulică, blocul supapelor poate fi văzut. Imaginea din dreapta jos arată interiorul hidrogeneratorului.

Circuit hidraulic:
Diagrama hidraulică de mai jos arată componentele din și din jurul unității hidraulice. Pentru a înțelege funcționarea, părțile și simbolurile, pagina principiile de bază ale hidraulicii sunt consultate.
Diagrama de mai jos este desenată pentru o roată. Numerele 5, 6 și 9 sunt interne. O altă roată folosește aceleași componente, cu excepția supapelor 2/2 (6), doar cu conexiuni diferite. Cu alte cuvinte, dacă s-ar trasa diagrama mașinii complete, lângă ea ar fi șase supape 2/2, fiecare cu țevile lor. Pentru a menține lucrurile clare, acum este afișată doar diagrama pentru un circuit de frână.

Situația 1: Frânare fără frânare și stabilă:
Diagrama din dreapta arată situația fără frânare stabilă. Pedala de frână (2) este apăsată, determinând presiunea lichidului să fie exercitată de cilindrul principal de frână (4) de pe supapa 2/2 stângă (6). Această supapă 2/2 are o conexiune deschisă la etrierul de frână (7). Deoarece presiunea lichidului către etrierul de frână crește, plăcuțele de frână vor fi apăsate pe discul de frână. Apoi frânele vor fi aplicate. Senzorul de viteză (8) înregistrează numărul de rotații pe care le face roata.

Situația 2: ABS activ, menține presiunea de frânare:
Această diagramă arată situația când există o frânare puternică și decelerația roților este prea mare. Senzorul ABS de la frână a transmis un semnal de viteză către pinul 5 al unității de comandă, care este mai mic decât cel al celorlalte roți. Unitatea de control răspunde la aceasta și închide sistemul de etrierul de frână.
Acest lucru se face după cum urmează: un anumit curent este aplicat pinului 3 al dispozitivului de comandă, care activează electrovalva de pe supapa 2/2 din stânga. Supapa este împinsă spre stânga împotriva forței arcului. Acest lucru blochează accesul noului lichid de frână la etrierul de frână. Supapa 2/2 din dreapta rămâne în aceeași poziție, astfel încât niciun lichid de frână nu poate merge la frână sau reveni. Aceasta menține presiunea constantă. Unitatea de control verifică din nou dacă diferența de viteză dintre roata în cauză și celelalte roți diferă prea mult. Dacă diferența reciprocă de viteză este minimă sau nu mai există o diferență de viteză deoarece presiunea de frânare a fost menținută constantă, unitatea de control va elimina din nou curentul din pinul 3. Supapa 2/2 revine în poziția inițială, astfel încât situația 1 se aplică din nou. Dacă diferența de viteză nu se modifică sau chiar devine mai mare, presiunea de frânare a roții în cauză trebuie redusă. Acest lucru se întâmplă în situația 3.

Situația 3: ABS activ, reduceți presiunea de frânare:
Pentru a reduce presiunea de frână, lichidul de frână trebuie pompat în conducta dintre supapa 2/2 și etrierul de frână. Acest lucru se face în diagrama de mai sus.
Acum pinul 4 este alimentat și cu putere, astfel încât supapa 2/2 din dreapta este alimentată. Acesta este acum mutat și în poziția stângă, eliberând trecerea dintre etrierul de frână și pompa hidraulică. În acest moment, motorul pompei se va întoarce și pompa lichidul de frână de la etrierul de frână la cilindrul principal. Lichidul este acum pompat înapoi în rezervor împotriva forței cilindrului principal de frână. Presiunea este redusă și roata va începe să se rotească din nou.

În concluzie:
Situația 1 se aplică în timp ce conduceți și frânați ușor. În timpul frânării unde roata amenință să se blocheze, situația 2 și unde presiunea trebuie redusă din cauza blocării roții, situația 3. În timpul frânării situația se va schimba în continuare. Dacă se aplică situația 3, în care lichidul de frână este pompat departe de frână, atunci roata trebuie frânată din nou. În caz contrar, vehiculul nu ar putea frâna suficient de puternic. Șoferul revine apoi la situația 1, apoi din nou la situația 2 și apoi din nou la situația 3. Acest lucru se întâmplă până când șoferul oprește frânarea sau până când conduce pe o suprafață diferită care este, de exemplu, mai rigidă (un coeficient de frecare mai mare) .

Ciclu de control al ABS:
Graficul de mai jos arată ciclul de control al ABS. S-au adăugat diverși factori, cum ar fi viteza vehiculului (A) cu viteza roții, accelerația circumferinței roții (B), activitatea sistemului (C) și presiunea de frânare (D).
Graficul este, de asemenea, împărțit în 9 perioade de timp. O schimbare este vizibilă în fiecare perioadă deoarece sistemul este ajustat. Perioada de timp este de aproximativ 20 de milisecunde în total și este împărțită în 9 bucăți inegale. Sub grafic este explicația liniilor.

A: Linia neagră este viteza vehiculului, linia verde este viteza roții și linia roșie este viteza de referință. Viteza vehiculului scade (perioada 1), dar viteza roții scade mult mai repede. Linia roșie de referință este tăiată. Când linia verde se termină sub linia roșie (din perioada 2), se poate produce alunecarea roții. Prin urmare ABS va interveni.

B: Linia indică accelerația circumferinței roții. Un exemplu: rotind roata și încetinind încet, linia de la B rămâne aproape de linia zero. Până acum, rotind roata cu aceeași viteză și frânând mai puternic, linia se va extinde mai mult în jos. Acest lucru se întâmplă și la aducerea la viteză; rotind roata foarte repede de la 0 la 10 km/h, linia se va ridica si mai mult daca iti ia 5 secunde pentru a intoarce roata de la 0 la 10 km/h. Pe scurt, aceasta este accelerația circumferinței roții.

C: Această linie indică locul în care presiunea din sistem este stabilizată; ABS-ul este atunci în funcțiune. Acolo unde linia de la C este scăzută (la linia de zero), sistemul ABS nu este în funcțiune. În perioada 7, ABS-ul este controlat pulsatoriu, astfel încât viteza roții să nu scadă prea repede.

D: Această linie indică presiunea de frânare. Presiunea de frânare crește până când linia verde de viteză a roții (A) intersectează linia roșie de referință. ABS-ul intră în funcțiune (C) și asigură că accelerația circumferinței roții nu devine prea scăzută. Accelerația circumferinței roții este la linia zero în perioada 4; exact momentul în care viteza roții din (A) trece de la negativ la pozitiv. Presiunea este menținută constantă în acel moment. În perioada 7 controlul pulsatoriu este clar vizibil. Presiunea de frânare este acum crescută cu grijă, astfel încât roata să nu frâneze prea repede.

Principii de control pentru prevenirea µ-split:
ABS-ul poate fi setat individual pe roată folosind aceste informații. Senzorii de viteză ale roții înregistrează viteza fiecărei roți. Acest lucru este necesar deoarece în toate situațiile coeficientul de frecare maxim realizabil trebuie cântărit în raport cu manevrabilitatea vehiculului. Când vehiculul circulă cu roțile din stânga pe asfalt uscat și cu roțile din dreapta pe umărul moale și frânele sunt aplicate cu forța de frânare completă, vehiculul va scăpa de sub control și va întoarce pe axa sa. Diferența de forță de frânare dintre roțile pe asfalt și pe gheață determină un moment de rotire care provoacă o abatere de la curs. Această situație se numește situație µ-split. µ se pronunță ca „mu”. Pentru a preveni acest scenariu, se aplică o serie de principii de control:

Control individual (IR): presiunea de frânare este setată la coeficientul maxim de frecare al fiecărei roți. Acest lucru poate cauza momente mari de rotire, dar se realizează forțe maxime de frânare.
Controlul select-low (SL): roata cu cel mai mic coeficient de frecare determină presiunea de frânare pentru cealaltă roată. Forța de frânare maximă realizabilă nu este utilizată, dar momentul de rotire este scăzut.
Controlul select-high (SH): roata cu cel mai mare coeficient de frecare determină presiunea de frânare pentru cealaltă roată. Schema select-high este utilizată numai pentru schemele ASR.
Controlul select-inteligent sau modificator: în timpul frânării, controlul se schimbă de la select-low la control individual. Acest lucru permite obținerea unui compromis între momentele de rotire și forțele maxime de frânare. Această schemă este adesea aplicată vehiculelor comerciale.

De obicei, sistemul de frânare al unui autoturism este separat în diagonală (cruce-stânga). Un exemplu în acest sens este prezentat în imaginea de mai jos. Acesta arată sistemul de frânare roșu pentru partea stângă față și dreapta spate și sistemul de frânare albastru pentru partea dreaptă față și stânga spate.

Frânele roților din față sunt controlate cu controlul individual (IR). Presiunea de frânare a unei roți din față este setată la coeficientul maxim de frecare al celeilalte roți din față. În timpul unei opriri de urgență, roțile din față vor căuta individual forța de frânare maximă realizabilă.
Frânele roților din spate sunt controlate conform principiului select low (SL). Presiunea de frânare reglată a roții din spate cu cel mai mic coeficient de frecare determină presiunea de frânare a celeilalte roți din spate. Cuplul de frânare al ambelor roți din spate va rămâne același.

Măsurătorile unui vehicul cu și fără ABS:
Pentru a vă face o idee bună despre influența sistemului ABS asupra unui vehicul, această secțiune prezintă două grafice de măsurători care demonstrează diferența dintre un vehicul de frânare fără și cu ABS.

Viteza vehiculului în raport cu viteza roții fără ABS:
Graficul din dreapta arată viteza vehiculului în comparație cu viteza roții.
De la t = 0 secundă viteza vehiculului este de 15 metri pe secundă. În acel moment pedala de frână este apăsată la maxim. Viteza vehiculului scade liniar la 0 m/s între ele
t = 2,75 și 3,00 secunde. Viteza roții scade complet la 0,5 m/s între t = 1,0 și 0 secunde. Aceasta înseamnă că roata are deja o viteză de 0 m/s, deci este staționară, în timp ce vehiculul este încă în mișcare. În acel moment o roată este blocată. Roata alunecă pe suprafața drumului în timp ce vehiculul nu este încă staționat. În această situație, ABS-ul nu funcționează.

Viteza vehiculului în raport cu viteza roții cu ABS:
În graficul din dreapta, linia albastră este aceeași; la o viteză a vehiculului de 15 m/s, frânarea maximă se aplică la 0 m/s. Acest lucru se întâmplă din nou într-o perioadă de 3 secunde. Acum că ABS-ul este în funcțiune, linia roșie la t = 0,3 secunde nu scade la 0 m/s, dar viteza roții crește din nou. Acest lucru poate fi văzut de pe linia roșie care merge mai întâi în jos și se ridică din nou chiar înainte de t = 0,5 secunde. Presiunea de frânare este redusă de ABS la o viteză de 7,5 m/s. Viteza celorlalte roți este egală cu viteza vehiculului și, prin urmare, cu linia albastră. Senzorul ABS al roții din stânga față înregistrează decelerația. Calculatorul ABS recunoaște diferența de viteză, făcându-l să intervină. Presiunea de frânare este redusă cu unitatea hidraulică până când liniile albastre și roșii sunt din nou la fel. În acel moment, presiunea de frânare este menținută din nou constantă. Până când vehiculul se oprește, ABS-ul continuă să controleze viteza roții de derapare.

Presiunea din cilindrul principal de frână în comparație cu cilindrul de frână al roții fără ABS:
Forța exercitată asupra pedalei de frână este transformată în presiune de frână în cilindrul principal de frână prin intermediul deplasării fluidului. Această presiune de frânare este prezentată în graficul de mai jos cu linia albastră.
Indiferent dacă roata alunecă sau nu, presiunea de frână din cilindrul de frână al roții (linia roșie) rămâne aceeași cu presiunea din cilindrul principal de frână. Deci aceasta este situatia fara ABS.

Presiunea din cilindrul principal de frână în comparație cu cilindrul de frână al roții cu ABS:
În situația în care ABS-ul intră în funcțiune, presiunile în cilindrul principal de frână și în cilindrul de frână al roții nu mai sunt egale. Presiunea din cilindrul principal de frână rămâne ridicată deoarece șoferul ține apăsată pedala de frână. În grafic linia roșie scade la t = 0,3 secunde; aici ABS-ul reduce presiunea de frânare. Reducerea presiunii de frânare face ca roata să se rotească din nou. De la t = 0,4 secunde, presiunea de frânare este din nou crescută treptat până când viteza roții este aceeași cu a celorlalte roți. Acesta este cazul la t = 2,35 secunde.