ABS

denekler:

Tarih
Doel
operasyon
Hız sensörleri
Hidro agrega
Hidrolik devre
ABS kontrol döngüsü
µ-bölünmesini önlemek için kontrol ilkeleri
ABS'li ve ABS'siz bir aracın ölçümleri

Tarih:
ABS (Kilitlenmeyi Önleyici Fren Sisteminin kısaltması) 1961 gibi erken bir tarihte, lastik üreticisi Dunlop, Ferguson P99 Formula 1 yarış arabasında ABS ile başarılı deneyler yaptı. Bu, 'normal' arabalarda benzer bir şeyin tanıtılmasından yaklaşık on dört yıl önceydi. Günümüzde tüm yeni arabalar ABS ile donatılmıştır.

Amaç:
ABS'nin amacı sürüş sırasında lastik ile yol yüzeyi arasında maksimum tutunmayı sağlamaktır. ABS ayrıca sürüş stabilitesinin korunmasını da sağlar. Bu içerir:

Direksiyon stabilitesi: ABS etkinleştirildiğinde araç yönlendirilebilir durumda kalır. Kayan tekerlekte araç tek yönde kayar ve direksiyon hareketleri yol yüzeyine aktarılamaz.
Rota stabilitesi: Bir tekerlek kilitlenirse araç farklı bir rota izleyebilir. Örneğin arka tekerleğin bloke olması aracın kendi ekseni etrafında dönmesine neden olarak aracın geriye doğru yola düşmesine neden olabilir.

Operasyon:
Fren sistemi tekerleklerin frenlenmesinden sorumludur. Hiçbir durumda tekerlek kilitlenmemelidir, çünkü bu durumda yol yüzeyi ile olan tutuşu kaybedecektir. Tekerlek asfalt üzerinde kayar, bu da direksiyon hareketlerinin artık iletilemeyeceği anlamına gelir. Bu durumda araç kontrol edilemez. ABS sistemi tekerleğin bloke olmasını önler.
Tekerlek kilitlenme tehlikesiyle karşı karşıya kaldığında ABS sistemi, söz konusu tekerlekteki fren basıncının (tekerlek fren silindirleri üzerindeki fren hidroliği basıncı) azaltılmasını sağlar. O anda ayağınızla fren pedalına ne kadar sert bastığınızın bir önemi kalmıyor. ABS sistemi fren basıncını tekerleğin kaymasını önleyecek şekilde düzenler. Belirli bir noktada ABS sistemi basıncı kademeli olarak yeniden artıracaktır çünkü elbette tekerleğin mümkün olduğu kadar frenlenmesi gerekir. Bu, kayma sınırına tekrar ulaşılana kadar devam eder; daha sonra basınç tekrar azaltılır. Bu işlem birkaç milisaniye sürer. Daha sonra fren pedalında bir titreşim hissedilebilir. ABS pompası sıklıkla duyulabilir.

Aşağıdaki resimde ABS sisteminin bileşenlerine genel bir bakış gösterilmektedir.

Yukarıdaki resimde iki kırmızı boru gösterilmektedir. Bunlar ana fren silindirinden hidrolik üniteye kadar uzanır. Hidro agrega ABS pompası için başka bir kelimedir. İki kırmızı çizgi ayrı fren sistemiyle ilgilidir; sol ön ile sağ arka ve sağ ön ile sol arka. Örneğin, sol ön tekerlekte tüm fren hidroliğinin sızmasına neden olan bir sızıntı varsa, yine de diğer fren devresini kullanarak fren yapabilirsiniz. Turuncu borular hidrolik üniteden tüm tekerleklere uzanır. Hidrolik ünitede frenleme kuvveti tekerleğe göre ayarlanabilir.

Her tekerleğe bir hız sensörü monte edilmiştir. Bu, dört tekerleğin hepsinin hızının sürekli olarak izlenmesine olanak tanır. Mavi çizgiler hız sensörüne bağlı sinyal kablolarıdır. Her tekerlekten kontrol ünitesine bir sinyal kablosu uzanır. Fren pedalından ve hidrolik üniteden gelen sinyaller de kontrol ünitesine gider. Gösterilen arabada bu, arabanın iç kısmında koltuğun altında bulunur. Günümüzde kontrol ünitesinin hidrolik üniteye bağlı olduğunu giderek daha fazla görüyorsunuz. O halde bir bütündür. Sistemde bir arıza varsa, örneğin arızalı veya kirli bir sensör, arızalı kablo veya hidrolik ünitedeki bir arıza nedeniyle gösterge panelinde bir arıza ışığı yanacaktır. Arıza daha sonra teşhis ekipmanıyla okunabilir.

Hız sensörleri:
Aşağıdaki resim endüktif hız sensörünü monte edilmiş durumda göstermektedir. Bu, ön süspansiyondaki McPherson gergi kolunun fotoğrafıdır. Sensörün hızı ölçtüğü dişli halkası da burada görülebiliyor.

Bir ABS sensörü, endüktif sensör (yukarıdaki resme bakın) veya manyeto dirençli sensör (MRE sensörü) veya Hall sensörü (sağdaki resme bakın) olarak tasarlanabilir. Bu sensörün çalışması sayfada gösterilmektedir. Salon sensörü tarif edildi. İkinci sensör, ABS manyetik halkası için kullanılır. tekerlek yatağı işlenir.

Endüktif ve Hall sensörlerinden gelen sinyaller aşağıdakilerle kullanılabilir: osiloskop ölçülür. Bu ölçümlerin örnekleri aşağıda gösterilmiş ve açıklanmıştır.

Endüktif hız sensörü:
Endüktif hız sensörü, etrafında bir bobin bulunan kalıcı bir mıknatıstan oluşur. Dişli halkanın (tahrik miline bağlı) bir dişi kalıcı mıknatısın manyetik alanı boyunca hareket ettiğinde manyetik alan kuvveti değişir. Manyetik alandaki değişiklik bobinde bir voltajın oluşmasına neden olur. Hız sinyalindeki her periyot, bir dişin sensörden geçişine karşılık gelir. Halkadaki diş sayısı ve tahrik milinin dönme hızı, sinyalin frekansını ve genliğini belirler.

Salon sensörü:
Ayrıca manyeto dirençli sensör (MRE sensörü) veya Hall sensörü ile mıknatıslı bir metal halka sensör boyunca hareket eder. Manyetik halka üzerinde bulunur Tahrik mili veya içinde tekerlek yatağı. Blok voltajının frekansı dönme hızına ve metal halkanın diş sayısına bağlıdır. Genlik (sinyalin yüksekliği) aynı kalır.

MRE sensörlerinin çalışması için bir güç kaynağı gerekir. Ancak bu sensörler genellikle yalnızca iki kabloya (ve dolayısıyla iki bağlantıya) sahiptir. Sensör, sinyali negatif kablo aracılığıyla ABS kontrol ünitesine gönderir. Sinyal, yarı iletken plakaların değişen bir manyetik alana maruz kaldıklarında elektrik direncinin değişmesi nedeniyle oluşur.

Hız sensörlerinden gelen sinyaller ABS kontrol ünitesine iletilir. Dört tekerlekten gelen sinyaller birbiriyle karşılaştırılır. Araç bir virajdan geçtiğinde iç virajdaki tekerleklerin hızı dış virajdaki tekerleklerin hızından daha düşük olacaktır. Bu ölçülür, ancak elbette marjların oldukça dahilindedir.
Frenleme sırasında hızlar çok farklıysa ABS kontrol ünitesi, hidrolik ünitenin ilgili tekerleğe uygulanan fren basıncını azaltmasını sağlayacaktır (frenleme çok sert). Hızlanma sırasında çok fazla hız farkı varsa, motor yönetim sistemi tarafından motor gücü aniden azaltılacaktır.

ABS sisteminde arıza olması durumunda osiloskop ile sinyaller ölçülebilmektedir. Bunlar direksiyonun yanı sıra kontrol cihazında da ölçülebilir. Direksiyonda ölçüm yaparak ABS sensörlerinin düzgün çalışıp çalışmadığını kontrol edebilirsiniz. Kontrol ünitesinde ölçümler yapıldığında, arızanın nedeninin hatalı kablo olup olmadığı göz ardı edilebilir.
Ölçüm sırasında endüktif sensörün frekansının ve genliğinin doğru olup olmadığı kontrol edilebilir. Hall sensörü ile tekerlek dönerken sinyalin frekansının doğru olup olmadığını kontrol edebilirsiniz. Bunu yapmak için çarkı tam tur çevirin, böylece dişlerdeki herhangi bir kusur hızlı bir şekilde tespit edilebilir. Hasarlı dişlerde sensör sinyallerinin saflığında bir sapma görülebilir (her dönüşte amaçlanandan daha geniş bir frekans düşünün).

Hidro agrega:
Soldaki aşağıdaki resimde yerleşik kontrol cihazına sahip bir hidro jeneratör gösterilmektedir. Bu, diğer şeylerin yanı sıra, fiş bağlantısındaki çok sayıda pimden de görülebilir.
Ana fren silindirinden tekerleklere giden boruların bağlantıları da burada görülebilmektedir. Ayrı fren devreleri (sol ön ile sağ arka ve sağ ön ile sol arka) bu pompa ünitesine dahil edilmiştir.

Hidrolik üniteyi söktüğümüzde valf bloğu görülmektedir. Sağ alttaki resim hidro jeneratörün içini göstermektedir.

Hidrolik devre:
Aşağıdaki hidrolik diyagram hidrolik ünitenin içindeki ve çevresindeki bileşenleri göstermektedir. İşlemi, parçaları ve sembolleri anlamak için sayfa Hidroliğin temel prensipleri istişarede bulunulur.
Aşağıdaki şema bir tekerlek için çizilmiştir. 5, 6 ve 9 sayıları dahilidir. Başka bir tekerlek, 2/2 valfler (6) dışında, yalnızca farklı bağlantılarla aynı bileşenleri kullanır. Yani arabanın tamamının şeması çizilseydi, yanında her birinin kendi borusu olan altı adet 2/2 valf olurdu. Her şeyi açıklığa kavuşturmak için şimdi yalnızca bir fren devresinin şeması gösterilmektedir.

Durum 1: Frenleme yok ve stabil olduğunda:
Sağdaki diyagram frenlemenin olmadığı ve stabil olduğu durumu göstermektedir. Fren pedalına (2) basıldığında, ana fren silindiri (4) tarafından sol 2/2 valf (6) üzerine sıvı basıncı uygulanması sağlanır. Bu 2/2 valfin fren kaliperine (7) açık bir bağlantısı vardır. Fren kaliperindeki sıvı basıncı arttığı için fren balataları fren diskine doğru bastırılacaktır. Daha sonra frenler uygulanacaktır. Hız sensörü (8) tekerleğin yaptığı devir sayısını kaydeder.

Durum 2: ABS etkin, fren basıncını koruyun:
Bu diyagram, sert frenlemenin olduğu ve tekerlek yavaşlamasının çok fazla olduğu durumu gösterir. Frendeki ABS sensörü, kontrol ünitesinin diğer tekerleklerinkinden daha alçak olan terminal 5'e bir hız sinyali iletmiştir. Kontrol ünitesi buna tepki verir ve sistemi fren kaliperine kapatır.
Bu şu şekilde yapılır: Sol 3/2 valfindeki solenoid valfe enerji veren kontrol cihazının 2 numaralı pimine belirli bir akım uygulanır. Valf yay kuvvetine karşı sola doğru itilir. Bu, yeni fren hidroliğinin fren kaliperine erişimini engeller. Sağdaki 2/2 valf aynı konumda kalır, böylece hiçbir fren hidroliği frene gidemez veya geri dönemez. Bu, basıncı sabit tutar. Kontrol ünitesi söz konusu tekerlek ile diğer tekerlekler arasındaki hız farkının çok fazla farklı olup olmadığını tekrar kontrol eder. Karşılıklı hız farkı minimum düzeydeyse veya fren basıncı sabit tutulduğu için artık hız farkı yoksa, kontrol ünitesi akımı pin 3'ten tekrar kesecektir. 2/2 valfi orijinal konumuna geri döner, böylece durum 1 tekrar geçerli olur. Hız farkı değişmezse veya daha da artarsa söz konusu tekerleğin fren basıncının azaltılması gerekir. Bu durum 3'te gerçekleşir.

Durum 3: ABS etkin, fren basıncını azaltın:
Fren basıncını azaltmak için fren hidroliği 2/2 valf ile fren kaliperi arasındaki hatta pompalanmalıdır. Bu yukarıdaki şemada yapılmıştır.
Artık pin 4'e de güç veriliyor, böylece sağ 2/2 valfe enerji veriliyor. Bu da artık sol konuma getirilerek fren kaliperi ile hidrolik pompa arasındaki geçiş serbest bırakılır. Bu sırada pompa motoru dönecek ve fren hidroliğini fren kaliperinden ana silindire pompalayacaktır. Sıvı artık ana fren silindirinin kuvvetine karşı rezervuara geri pompalanır. Basınç azalır ve tekerlek tekrar dönmeye başlar.

Özetle:
Durum 1, sürüş ve hafif frenleme sırasında geçerlidir. Frenleme sırasında tekerleğin kilitlenme tehlikesiyle karşı karşıya olduğu durum 2 ve engellenen tekerlek nedeniyle basıncın azaltılması gereken durum 3. Frenleme sırasında durum değişmeye devam edecektir. Fren hidroliğinin frenden uzağa pompalandığı Durum 3 geçerliyse, tekerleğe yeniden fren uygulanmalıdır. Aksi takdirde araç yeterince güçlü fren yapamayacaktır. Sürücü daha sonra durum 1'e, ardından tekrar durum 2'ye ve ardından tekrar durum 3'e geçer. Bu, sürücü fren yapmayı bırakana veya örneğin daha sert (daha yüksek sürtünme katsayısı) farklı bir yüzey üzerinde sürüş yapana kadar gerçekleşir. .

ABS kontrol döngüsü:
Aşağıdaki grafik ABS'nin kontrol döngüsünü göstermektedir. Araç hızı (A) ile tekerlek hızı, tekerlek çevresi ivmesi (B), sistemin etkinliği (C) ve fren basıncı (D) gibi çeşitli faktörler eklenmiştir.
Grafik ayrıca 9 zaman dilimine bölünmüştür. Sistem ayarlandığı için her dönemde bir değişiklik görülür. Zaman periyodu toplamda yaklaşık 20 milisaniyedir ve 9 eşit olmayan parçaya bölünmüştür. Grafiğin altında çizgilerin açıklaması bulunmaktadır.

A: Siyah çizgi araç hızını, yeşil çizgi tekerlek hızını, kırmızı çizgi ise referans hızını göstermektedir. Araç hızı azalır (1. periyot), ancak tekerlek hızı çok daha hızlı azalır. Kırmızı referans çizgisi kesilmiştir. Yeşil çizgi kırmızı çizginin altına düştüğünde (2. periyottan itibaren), tekerlek kayması meydana gelebilir. Bu nedenle ABS müdahale edecektir.

B: Çizgi tekerlek çevresi ivmesini gösterir. Bir örnek: Tekerleği çevirip yavaşça yavaşladığınızda B'deki çizgi sıfır çizgisine yakın kalır. Artık tekerleği aynı hızda çevirerek ve daha kuvvetli fren yaparak çizgi daha da aşağı doğru uzanacaktır. Bu aynı zamanda onu hızlandırırken de olur; Direksiyonu 0'dan 10 km/saat'e çok hızlı bir şekilde çevirdiğinizde, direksiyonu 5'dan 0 km/saat'e çevirmeniz 10 saniye sürerse çizgi daha da yükselecektir. Kısaca tekerlek çevresi ivmesidir.

C: Bu çizgi sistemdeki basıncın nerede stabil olduğunu gösterir; ABS devreye girer. C'deki çizginin düşük olduğu yerde (sıfır çizgisinde) ABS sistemi çalışmaz. 7. periyotta ABS darbeli olarak kontrol edilir, böylece tekerlek hızı çok hızlı azalmaz.

D: Bu çizgi fren basıncını gösterir. Yeşil tekerlek hız çizgisi (A) kırmızı referans çizgisiyle kesişene kadar fren basıncı artar. ABS devreye girer (C) ve tekerlek çevresi ivmesinin çok düşük olmamasını sağlar. Tekerlek çevresi ivmesi 4. periyotta sıfır çizgisindedir; tam olarak (A)'daki tekerlek hızının negatiften pozitife geçtiği an. Bu sırada basınç sabit tutulur. 7. periyotta titreşimli kontrol açıkça görülebilir. Tekerleğin çok hızlı fren yapmaması için fren basıncı artık dikkatli bir şekilde artırılıyor.

µ-bölünmesini önlemek için kontrol ilkeleri:
ABS, bu bilgiler kullanılarak her tekerlek için ayrı ayrı ayarlanabilir. Tekerlek hız sensörleri her tekerleğin hızını kaydeder. Bu gereklidir çünkü her durumda ulaşılabilir maksimum sürtünme katsayısının aracın yönlendirilebilirliğine göre değerlendirilmesi gerekir. Araç sol tekerlekleri kuru asfaltta ve sağ tekerlekleri yumuşak banket üzerinde olacak şekilde hareket ettiğinde ve frenlere tam fren kuvveti uygulandığında araç kontrolden çıkıp kendi ekseni üzerinde dönecektir. Asfalttaki ve buzdaki tekerlekler arasındaki frenleme kuvveti farkı, rotadan sapmaya neden olan bir yalpalama momentine neden olur. Bu duruma µ-bölünme durumu denir. µ “mu” olarak telaffuz edilir. Bu senaryoyu önlemek için bir dizi kontrol ilkesi uygulanır:

Bireysel kontrol (IR): fren basıncı her tekerleğin maksimum sürtünme katsayısına ayarlanır. Bu, yüksek yalpalama anlarına neden olabilir ancak maksimum frenleme kuvvetleri elde edilir.
Select-low kontrolü (SL): En düşük sürtünme katsayısına sahip tekerlek, diğer tekerleğin frenleme basıncını belirler. Ulaşılabilecek maksimum frenleme kuvveti kullanılmaz ancak sapma momenti düşüktür.
Yüksek seçim kontrolü (SH): sürtünme katsayısı en yüksek olan tekerlek, diğer tekerleğin frenleme basıncını belirler. Yüksek seçim şeması yalnızca ASR şemaları için kullanılır.
Akıllı seçim veya değiştirme kontrolü: frenleme sırasında kontrol, düşük seçimden bireysel kontrole değişir. Bu, yalpalama anları ile maksimum frenleme kuvvetleri arasında bir uzlaşma sağlanmasına olanak tanır. Bu şema genellikle ticari araçlara uygulanır.

Genellikle bir binek otomobilin fren sistemi çapraz olarak (sol çapraz) ayrılır. Bunun bir örneği aşağıdaki resimde gösterilmektedir. Bu, sol ön ve sağ arka için kırmızı fren sistemini ve sağ ön ve sol arka için mavi fren sistemini gösterir.

Ön tekerleklerin frenleri bireysel kontrol (IR) ile kontrol edilir. Bir ön tekerleğin fren basıncı, diğer ön tekerleğin maksimum sürtünme katsayısına ayarlanır. Acil durdurma sırasında ön tekerlekler ayrı ayrı ulaşılabilir maksimum frenleme kuvvetini arayacaktır.
Arka tekerleklerin frenleri düşük seçim (SL) prensibine göre kontrol edilir. Sürtünme katsayısı en az olan arka tekerleğin ayarlanan fren basıncı, diğer arka tekerleğin fren basıncını belirler. Her iki arka tekerleğin frenleme torku aynı kalacaktır.

ABS'li ve ABS'siz bir aracın ölçüleri:
ABS sisteminin bir araç üzerindeki etkisi hakkında iyi bir fikir edinmek için, bu bölümde ABS'siz ve ABS'li bir frenli araç arasındaki farkı gösteren iki ölçüm grafiği gösterilmektedir.

ABS olmadan tekerlek hızına göre araç hızı:
Sağdaki grafik, araç hızının tekerlek hızına göre karşılaştırmasını gösterir.
T = 0 saniyeden itibaren aracın hızı saniyede 15 metredir. O anda fren pedalına maksimuma kadar basılır. Arada araç hızı doğrusal olarak 0 m/s'ye düşer.
t = 2,75 ve 3,00 saniye. Tekerlek hızı t = 0,5 ile 1,0 saniye arasında tamamen 0 m/s'ye düşer. Bu, tekerleğin halihazırda 0 m/s'lik bir hıza sahip olduğu, yani araç hareket halindeyken sabit olduğu anlamına gelir. O anda bir tekerlek bloke olur. Araç henüz sabit değilken tekerlek yol yüzeyinde kayar. Bu durumda ABS çalışmaz.

ABS ile tekerlek hızına göre araç hızı:
Sağdaki grafikte mavi çizgi aynı; 15 m/s araç hızında maksimum frenleme 0 m/s olarak uygulanır. Bu yine 3 saniyelik bir süre içinde gerçekleşir. Artık ABS devrede olduğundan t = 0,3 saniyedeki kırmızı çizgi 0 m/s'ye düşmez ancak tekerleğin hızı yeniden artar. Bu, önce aşağıya doğru inen ve t = 0,5 saniyeden hemen önce tekrar yükselen kırmızı çizgide görülebilir. Fren basıncı ABS tarafından 7,5 m/s hızda azaltılır. Diğer tekerleklerin hızı aracın hızına ve dolayısıyla mavi çizgiye eşittir. Sol ön tekerleğin ABS sensörü yavaşlamayı kaydeder. ABS beyni hız farkını algılayarak müdahale etmesini sağlar. Mavi ve kırmızı çizgiler tekrar aynı oluncaya kadar hidrolik ünite ile fren basıncı azaltılır. O anda fren basıncı tekrar sabit tutulur. Araç durana kadar ABS, patinaj yapan tekerleğin hızını kontrol etmeye devam eder.

ABS'siz tekerlek fren silindiriyle karşılaştırıldığında ana fren silindirindeki basınç:
Fren pedalına uygulanan kuvvet, sıvının yer değiştirmesi yoluyla ana fren silindirinde fren basıncına dönüştürülür. Bu frenleme basıncı aşağıdaki grafikte mavi çizgiyle gösterilmiştir.
Tekerleğin kayıp kaymamasına bakılmaksızın, tekerlek fren silindirindeki fren basıncı (kırmızı çizgi) ana fren silindirindeki basınçla aynı kalır. Yani ABS'siz durum bu.

ABS'li tekerlek fren silindiriyle karşılaştırıldığında ana fren silindirindeki basınç:
ABS'nin devreye girmesi durumunda ana fren silindirindeki ve tekerlek fren silindirindeki basınçlar artık eşit değildir. Sürücü fren pedalını basılı tuttuğu için ana fren silindirindeki basınç yüksek kalır. Grafikte kırmızı çizgi t = 0,3 saniyede azalıyor; burada ABS fren basıncını azaltır. Fren basıncındaki azalma tekerleğin tekrar yuvarlanmasına neden olur. t = 0,4 saniyeden itibaren fren basıncı, tekerleğin hızı diğer tekerleklerle aynı olana kadar kademeli olarak tekrar artırılır. Bu durum t = 2,35 saniyedeki durumdur.