Sistemul de frânare cu ABS - mod de funcționare

    Sistemele de frânare, pe lângă o serie de condiții generale pe care trebuie să le îndeplinească (anumite decelerații impuse, frânare progresivă, fără șocuri, efort minim de acționare, fiabilitate ridicată, intrarea rapidă în funcțiune, construcție simplă și ieftină), trebuie să împiedice blocarea roților sau să mențină alunecare între anumite limite.

Testarea sistemelor de frânare

Foto: Testarea sistemelor de frânare
Sursa: Continental

    Realizarea funcțiilor de mai sus este legată de importanța care se acordă asigurării stabilității în timpul rulării. În aceeași măsură se urmărește minimizarea distanței de frânare și reducerea uzurii excesive a pneurilor.

De ce avem nevoie de ABS la automobile?

    În cazul blocării roților la frânarea automobilului pot să apară următoarele neajunsuri: pierderea stabilității la blocarea roților punții spate; pierderea controlului direcției când se blochează roțile din față; creșterea spațiului de frânare, deoarece coeficientul de aderență la alunecarea roții este mai redus decât cazul în care roata se rotește. Pentru a mării eficacitatea frânării și a îmbunătății stabilitatea și maniabilitatea autovehiculelor se folosesc sisteme de control automat al frânării prin care se evită blocarea roților indiferent de momentul de frânare aplicat și de coeficientul de aderență.

Dependența coeficientului de frecare de alunecarea roții unui automobil

Foto: Dependența coeficientului de frecare de alunecarea roții unui automobil
Sursa: e-automobile.ro

φ - coeficientul de frecare dintre roată și calea de rulare
λ - alunecarea roții (dată de diferența dintre viteza roții și cea a automobilului)

    Sistemul ABS trebuie să mențină alunecarea roții în domeniul stabil pentru a utiliza coeficientul de frecare optim. În cazul în care roata se blochează alunecarea tinde la 100% din domeniul instabil iar distanța de frânare crește datorită unei forțe de frecare mai mici.

    La frânarea unui vehicul, centru de greutate se deplasează spre puntea din față, acestea nu preiau sarcini egale mai ales la frânări în curbă. Din acest motiv anvelopele din punte spate pot pierde aderența mult mai ușor decât cele de pe puntea din față. Dacă roțile din spate derapează direcția în care se mișcă automobilul nu mai poate fi controlată prin sistemul de direcție.

    Sistemul de control automat permite reglarea frânării în următoarele limite:

  1. la frânare sub limita de aderență a drumului, sistemul de control automat nu intervine, momentul de frânare menținându-se la valoarea maximă comandată de conducătorul auto.
  2. în cazul frânării la limita de aderență a drumului, sistemul de control automat sesizează tendința de blocare a roții frânate și comandă menținerea sau scăderea presiunii în sistemul de frânare astfel încât să fie utilizată aderența maximă a drumului. La apariția tendinței de blocare a roții sistemul de control automat comandă izolarea cilindrului de frână corespunzător, de restul sistemului de frânare. În funcție de accentuarea sau dispariția tendinței de blocare a roților se comandă reducerea sau creșterea presiunii în cilindrul de frânare, executându-se astfel o succesiune de cicluri de frânare-defrânare ce vor menține roata în zona optimă de aderență.
  3. o frânare combinată are loc la parcurgerea zonelor cu aderență diferită, sistemul de control automat asigurând prevenirea blocării roților, pe porțiunile cu aderență scăzută, și frânare maximă, pe porțiunile cu aderență ridicată. De asemenea sistemul de control automat acționează eficace și în cazul în care o parte a automobilului se află cu roțile pe porțiuni de drum cu coeficienți de frecare diferiți.

Istoria utilizării sistemului de frânare cu ABS pentru automobile

    Aplicarea sistemelor automate de control al frânării nu este nouă. Ele au fost utilizate prima dată în 1948 la avioane, unde prin blocarea roților se producea deteriorarea aproape instantanee a anvelopelor. Introducerea în domeniul automobilelor s-a produs mai târziu, în anii ’70, în SUA. Aici a apărut și prima reglementare legală privitoare la automobilele echipate cu sistem automat de control al frânării. În 1973 aproape toate sistemele de acest gen erau construite în această ţară folosind circuite logice şi componente electronice. În Europa, deşi cercetările de crearea a unui sistem de control automat al frânării sunt semnalate încă din 1959 la Daimler-Benz, abia în 1977 un prototip creat de Bosch a fost experimentat pe 150 de autoturisme Mercedes și în 1978 a început fabricația de serie. Aceasta după ce s-au cheltuit în acest scop 50 de milioane de mărci germane, sumă suportată de firmele Daimler-Benz, Bosch și Teldix.

Prima generație de ABS de la Bosch

Foto: Prima generație de ABS de la Bosch
Sursa: Bosch

    Și alte companii au creat astfel de sisteme: Honda, Teves şi Girling. Fiecare dintre ele și-a denumit creația cu o siglă proprie: Bosch-ABS (Anti-lock Braking System), Honda-ALB (AntiLockBrake), Teves-ATE (de la denumirea creatorului Alfred Teves), Girling-SCS (Stop Central System).

    Majoritatea sistemelor se deosebesc radical doar prin modul de reglare. Acesta poate fi realizat prin reglarea presiunii diferențiat la fiecare roată, în funcție de aderența locală. Deși eficient, sistemul este scump și de aceea, de cele mai multe ori, se aplică numai la roțile unei punți.

    Toate cercetările de până acum au convins că astfel de sisteme reduc substanțial spațiul de frânare. Dacă, de exemplu, pe asfalt umed un automobil prevăzut ci ABS frânează în 40 de metri, fără acest sistem imobilizarea automobilului se produce abia după 58 metri. Sistemul intră în funcțiune automat, când se trece brusc pe o porțiune de drum cu aderență scăzută sau când roțile de pe o latură a automobilului rulează în condiții diferite față ce celelalte.

    Inițial au fost dezvoltate sisteme de control automat al frânării având la bază doar principii mecanice. Din această cauză și datorită complexității controlului anti-derapajului, ce necesită o logică sofisticată, nu s-a putut trece la o producție de serie. În următoarea fază de dezvoltare s-au realizat sisteme de control cu prelucrarea analogică a semnalelor. Dezvoltarea electronicii a dus la apariția sistemelor digitale de control automat având ca unitate centrală de calcul microprocesorul.

Principiul de functionare al sistemului de frânare cu ABS pentru automobile

    De la an la an structura sistemelor hidraulice pentru ABS a evoluat. În continuare ne vom rezuma la versiunea ABS 8 realizată de compania germană Bosch.

Modul ABS 8 pentru automobile

Foto: Modul ABS 8 pentru automobile
Sursa: Bosch

Componentele sistemului de frânare cu ABS de pe automobile

Foto: Componentele sistemului de frânare cu ABS de pe automobile
Sursa: Bosch

  1. unitatea de control electro-hidraulică
  2. senzori de turație montați pe roțile automobilului

    Din cele prezentate anterior, reiese că componentele principale ale unui sistem ABS sunt: o unitatea electronică de calcul, senzori de viteză pentru fiecare roată şi modulatoare hidraulice de presiune. Partea hidraulică este alcătuită din două subsisteme simetrice, fiecare dintre ele acţionând asupra unei perechi de roți (de obicei opuse pe diagonală).

Circuitul hidraulic al unui sistem de frânare prevăzut cu ABS generația 8 de la Bosch

Foto: Circuitul hidraulic al unui sistem de frânare prevăzut cu ABS generația 8 de la Bosch
Sursa: e-automobile.ro

  1. pompă centrală
  2. cilindrul de frânare
  3. modul hidraulic
  4. supape de admisie
  5. supape de evacuare
  6. pompă de retur
  7. acumulator hidraulic
  8. electro-motor

SS - stânga spate
DF - dreapta față
SF - stânga faţă
DS - dreapta spate

    Cele două pompe de retur (6) sunt acționate de un singur motor electric (8). Rolul acestor pompe este de a evacua rapid lichidul de frână din cilindrii de frânare (2) înapoi în pompa centrală (1).  Pentru a preveni ca presiunea în cilindrii de frânare să depășească presiunea din pompa centrală supapele de admisie (4) sunt prevăzute cu supape de sens.

    Dacă sistemul ABS este inactiv, atunci sistemul de frânare se comportă ca un sistem de frânare obișnuit, menținând presiunea din cilindrii receptori în timpul apăsării pedalei de frână. În acest fel doar circuitul prima (pompă centrală – supapă admisie – cilindru de frânare) este activ, supapele de refulare (5) fiind închise. Dacă ABS-ul se activează, atunci scăderea presiunii pe cilindrii receptori, de frână, este realizată de implicarea componentelor circuitului secundar (cilindru de frânare – supapă de refulare – acumulator – pompă centrală).

    Din punct de vedere hidraulic controlul presiunii este realizat, trecând prin următoarele etape, cum este arătat în figura de mai jos.

Modularea presiunii într-un sistem de frânare cu ABS

Foto: Modularea presiunii într-un sistem de frânare cu ABS
Sursa: e-automobile.ro

  1. aplicarea presiunii - pentru fiecare roată creșterea presiunii este realizată prin deschiderea unei supape de aspirație și închiderea unei supape de refulare (mod de frânare obișnuit)
  2. menținerea presiunii - supapa de aspirație este închisă
  3. scăderea presiunii - supapa de refulare este deschisă, acumulatorul se umple rapid; totodată pompa de retur începe să transporte fluidul înapoi spre cilindrul principal (în acestă etapă se simt pulsațiile la pedala de frână)

    Pentru a evita frânarea insuficientă a roții presiunea din sistem este mărită iar ciclul de control a presiunii este reluat.

Componentele principale ale sistemului ABS pentru automobile

    Dezvoltare electronicii a permis utilizarea pe scară largă a sistemelor de acționare electrice.  Și pentru sistemele ABS controlul presiunii hidraulice se face prin controlul curentului electric în solenoizii supapelor. În funcție de caracteristica supapei (presiune funcție de curent) aceste se clasifică în:

  • electro-supape proporționale: deschiderea supapelor este proporțională cu curentul electric aplicat
  • electro-supape releu: au doar două poziții, deschis sau închis

Componentele unui modul electro-hidraulic de control pentru ABS

Foto: Componentele unui modul electro-hidraulic de control pentru ABS
Sursa: Bosch

  1. motor electric
  2. bloc de electro-supape
  3. electro-supape
  4. unitatea de control electronică
  5. capac de protecție

Componentele indispensabile sistemului de frânare cu ABS sunt senzorii de turație pentru fiecare roată. Prin compararea valorilor între cele patru roți unitatea electronică de control determină care din roți tinde să se blocheze.

Senzori de turație roți pentru ABS (evoluție)

Foto: Senzori de turație roți pentru ABS (evoluție)
Sursa: Bosch

Evoluția sistemului ABS Bosch pentru automobile

    Sistemele ABS Bosch au evoluat continuu începând cu anul 1978 când s-a comercializat prima versiune. Dacă prima versiune avea peste 6 kg și echipa doar 0.02% din totalul automobilelor comercializate la aceea vreme, în 2007, versiunea 8 de ABS avea doar 1.4 kg și echipa aproximativ 76% din automobilele noi comercializate.

Evoluția sistemului ABS pentru automobile de la Bosch

Foto: Evoluția sistemului ABS pentru automobile de la Bosch
Sursa: Bosch

    Diferențele din punct de vedere al tehnologiei utilizate între prima versiune și versiunile moderne de ABS sunt copleșitoare. Din punct de vedere al unității electronice de control prima versiune avea 140 de componente analogice și o memorie de doar 2 kBytes iar generația din 2003 avea doar 16 componente și o memorie de 128 kBytes.

Comparație între versiunile de ABS pentru automobile de la Bosch

Foto: Comparație între versiunile de ABS pentru automobile de la Bosch
Sursa: Bosch

    Având în vedere viteza medie de deplasare care crește de la an la an, ABS-ul a devenit un sistem de siguranță activă care devine indispensabil automobilelor moderne. Din acest motiv din ce în ce mai mulți producători oferă sistemele ABS ca dotare standard pentru automobile.

Video - avantajele si modul de funcționare al unui sistem de frânare prevăzut cu ABS (Bosch)

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

Login

Logo motorul anului