SISTEMUL ABS

SISTEMUL ABS

Analiza constructiv-functionala a sistemului de franare ABS

1.1. Introducere

In a doua parte a secolului XX. productia de autovehicule s-a dezvoltat foarte mult creandu-se motoare foarte puternice, care sunt capabile sa realizeze acceleratii si viteze foarte mari ale masinilor. Din aceasta cauza a aparut necesitatea conceperii unor sisteme moderne (mecatronice), care sa faca mai sigura circulatia pe drumurile publice. Paralel cu aceste sisteme de securitate s-au dezvoltat si sistemele pentru confortul pasagerilor si bineinteles sistemele pentru managementul motorului, care au asigurat forte si performante si mai mari ale motoarelor. Totalul sistemelor clasice si mecatronice formeaza autovehiculul mecatronic.

Unul dintre cele mai importante dintre aceste sisteme mecatronice este sistemul de franare cu ABS, care face posibila oprirea autovehiculelor in conditii de siguranta. Denumirea ABS vine de la Anti-Lock Braking System (sistem de franare cu anti-blocare).

1.2 Notiuni generale privind franarea. Avantajul sistemului de franare ABS fata de sistemul de franare conventional

Franarea consta in consumarea energiei cinetice (prin frecare), acumulate de autovehicul, ceea ce se realizeaza cu ajutorul discurilor si a placutelor de frana si a unor forte (presiuni) actionand asupra lor cu ajutorul unor actuatori hidraulici. (figura 1.1).

figura 1.1

Formula urmatoare reprezinta relatia energiei cinetice:

E_c m v² ,

unde: - m reprezinta masa autovehiculului si

- v reprezinta viteza autovehiculului.

Din formula de mai sus se poate observa ca energia cinetica creste exponential cu patratul vitezei, ceea ce inseamna ca distanta de oprire la o viteza de 100 km/h este de 4 ori mai mare, decat la o viteza de 50 km/h (bineinteles, la o forta de franare identica).

Sistemul de franare ABS a jucat un rol foarte important in cresterea sigurantei active a automobilului. Cel mai mare avantaj al ABS-ului fata de sistemul de franare conventional este ca la o franare puternica, pe un carosabil alunecos, evitand deraparea, sistemul de franare ABS face ca vehiculul sa poata efectua viraje si schimbari de directie in timpul franarii, respectiv poate sa reduca distanta de franare in anumite conditii nefavorabile (de exemplu: pe zapada, sau pe gheata avand cauciucuri de iarna cu cuie), masina adaptandu-se la conditiile de trafic si de drum. Totusi, nu trebuie sa ne asteptam ca ABS-ul sa scurteze distanta de franare in orice conditii de drum. Cand conducem pe criblura, nisip sau mai ales zapada proaspata, depusa pe un strat de gheata, masina trebuie condusa mai incet si cu multa grija, pentru ca distanta de oprire poate sa fie mult mai lunga.

1.3. Schema si functionarea sistemului de franare ABS

Schema de distributie (in plan) a sistemului de franare ABS este prezentata in figura urmatoare:

figura 1.2

Sistemul de franare ABS este compus din senzori, o unitate ECU, o unitate HCU si din actuatori hidraulici. Deci din 4 senzori, cate unul pe fiecare roata (in acest caz, pentru ca sunt variante, in care la rotile din spate se pune doar un singur senzor, mai ales cand acestia sunt rotile tractoare), care au rolul de a masura turatia rotilor si de a trimite informatiile obtinute la o unitate centrala ECU (Electronic Control Unit).

Unitatea ECU are rolul de a prelucra aceste informatii si de a trimite altele, obtinute din cele prelucrate, catre unitatea HCU (Hydraulic Control Unit). Aceasta unitate are rolul de a scade (pentru o secventa si la perioade de timp bine stabilite) presiunea uleiului, in acel circuit de franare, de la care informatiile trimise de senzori, catre ECU, au fost diferite fata de cele prestabilite a fi corecte, printr-un actuator hidraulic. Unitatea HCU va efectua aceasta operatie pana cand unitatea ECU va primi, de la senzori, informatii diferite fata cele prestabilite a fi corecte.

Unitatea de comanda (ECU + HCU) este prezentata in figura urmatoare:

figura 1.3

Sistemul de franare ABS nu functioneaza decat la o viteza mai mare de aproximativ 7 km/h. La o franare brusca, atunci cand turatia uneia dintre roti atinge un anumit nivel minim, care este prea scazuta fata de viteza masinii si roata tinde sa se blocheze, presiunea de la franele aferente se scade cu ajutorul actuatorului hidraulic comandat de unitatea de control HCU (pentru o secventa si la perioade de timp bine stabilite).

La cealalta varianta constructiva, deci cu 3 senzori (cu un singur senzor la rotile din spate), la rotile din fata aceasta presiune este reglata separat la fiecare dintre ele, iar la rotile din spate impreuna. Efectul franarii in acelasi timp pentru ambii roti din spate face ca stabilitatea masinii sa fie mentinuta cat mai mult posibil (exclusiv momentele cand una dintre rotile din spate paraseste soseaua, din cauza unui carosabil accidentat, blocandu-se, si ABS-ul slabeste franarea pentru o fractiune de secunda si pentru roata cealalta). Unitatea ECU incepe sa preia informatiile de la senzorii rotilor si sa le prelucreze, din momentul apasarii pedalei de frana.

Daca intervine vreun defect in functionarea sistemului ABS, pe bordul masinii se aprind unul sau doua becuri de semnalizare.

In figura urmatoare este prezentata schema bloc a sistemului de franare ABS:

figura 1.4

unde: - 15 - este un terminal conectat la contactul masinii

- este terminalul (+) de alimentare a unitatii de control;

- este terminalul (-), (ground);

A2 - unitatea de control;

B25, B26 - sunt senzorii de turatie ai rotilor fata-stanga respectiv fata-dreapta;

B27, B28 - sunt senzorii de turatie ai rotilor spate-stanga respectiv spate-dreapta;

H1.5 - bec de semnalizare;

S29/S43 - sunt intrerupatoare (switch-uri), semnale de intrare de la pedala de frana;

WSS - "distance signal", semnal de intrare pentru unitatea HCU, care contine informatii asupra scaderii presiunii in circuitele de franare;

X13 - "diagnostic link".

In figura urmatoare este prezentata schema cu componentele sistemului de franare ABS:

figura 1.5

unde: - 1 - este becul de semnalizare;

2 - senzorii spate-stanga si spate-dreapta;

3 - unitatea de control;

4 - senzorii fata-stanga si fata-dreapta.

1.4. Sistemul EDL

Vehiculele echipate cu ABS pot fi prevazute si cu un sistem EDL (Electronic Differential Lock). Sistemul EDL inlesneste accelerarea si urcarea vehiculului pe o panta abrupta in conditii nefavorabile. Acest sistem functioneaza total automat, soferul nefiind obligat sa actioneze nici un buton de pe bordul masinii.

Sistemul EDL foloseste ca elemente de preluare a informatiilor senzorii sistemului ABS. Daca la o viteza mai mare de 40 km/h apare o diferenta de turatie dintre rotile tractoare, mai mare de 100 rpm (ceea ce inseamna aproximativ 1/3 din turatia normala a rotii la aceasta viteza), deci apare patinarea uneia dintre roti din cauza unei parti de carosabil alunecos, sistemul EDL reduce turatia rotii care patineaza prin actionarea ABS-ului asupra acestuia si in consecinta prin diferential aplica o forta de tractiune mai mica pe roata cealalta. Din cauza functionarii sistemului EDL, prin franarea uneia dintre rotile tractoare (cea care patineaza), acesta are in vedere ca in cazul unor patinari dese ale aceleiasi roti, acesta se auto-decupleaza pentru perioade scurte de timp, evitand astfel supraincalzirea elementelor de franare (discuri si placute de frana). Avand in vedere acest lucru, se recomanda conducatorilor auto sa evite accelerarile bruste si dese in conditiile unui carosabil alunecos, si mai ales cand exista posibilitatea ca amandoua rotile tractoare sa patineze cu aproximativ aceeasi turatie, cand nici EDL-ul nu poate ajuta.

1.5. Avantaje si concluzii

Avantajele sistemului de franare ABS:

- impiedica blocarea de lunga durata a rotilor;

- controlul asupra directiei la franare puternica;

- protejarea cauciucurilor;

- asigura aderenta rotilor pe sosea (daca amortizoarele sunt bune);

- oprirea in conditii de siguranta si scurtarea distantei de franare;

- destinderea soferului in timpul conducerii ( siguranta activa);

- evitarea deraparii in cazul franarii pe carosabil umed sau alunecos;

- reduce distanta de franare in conditii defavorabile de drum (acoperit cu zapada).

Tehnologia moderna are un rol foarte important in dezvoltarea autovehiculelor si a diferitelor sisteme mecatronice, dar sunt unele cazuri rare, cand nici sistemul de franare ABS si nici alte sisteme de securitate nu pot asigura siguranta maxima. In aceste cazuri extreme, cum ar fi: viteze foarte mari, conditii de drum si de trafic foarte rele, nu trebuie sa ne asumam riscul, deci trebuie sa conducem prudent, adaptandu-ne la conditiile de trafic si de drum. Totodata, conducand o masina cu ABS pe un drum accidentat (cu gropi sau denivelari) si amortizoare uzate, cand rotile pot sa paraseasca suprafata soselei, trebuie sa avem in vedere faptul ca ABS-ul va mari distanta de franare.