1.1. SISTEMUL DESISTEMUL DEFRFRÂNAREÂNARE

Prof.dr.ing. Ciobotaru Ticusor

1. Introducere. Rolul funcţional. Istoric

1.1. Introducere

Reprezintă sistemul cheie pentru siguranţaactivă a autovehiculelor.

Permite punerea în valoare a puterii specificemari pentru obţinerea unor viteze medii dedeplasare ridicate.

Permite creşterea capacităţii de trafic prindiminuarea distanţei între autovehiculele carese deplasează pe aceeaşi bandă.

Reprezintă sistemul cheie pentru siguranţaactivă a autovehiculelor.

Permite punerea în valoare a puterii specificemari pentru obţinerea unor viteze medii dedeplasare ridicate.

Permite creşterea capacităţii de trafic prindiminuarea distanţei între autovehiculele carese deplasează pe aceeaşi bandă.

2

1.2. Rol funcţional

Reducerea vitezei de deplasare, inclusivoprirea autovehiculului (frâna de serviciu).

Imobilizarea de scurtă durată pe pantă / rampă.

Imobilizarea de lungă durată a autovehicululuiîn absenţa şoferului (frâna de parcare).

Diminuarea acceleraţiei autovehiculului care sedeplasează pe pantă.

1. Introducere. Rolul funcţional. Istoric

Reducerea vitezei de deplasare, inclusivoprirea autovehiculului (frâna de serviciu).

Imobilizarea de scurtă durată pe pantă / rampă.

Imobilizarea de lungă durată a autovehicululuiîn absenţa şoferului (frâna de parcare).

Diminuarea acceleraţiei autovehiculului care sedeplasează pe pantă.

3

Conceptul de bază al funcţionării sistemului defrânare:

Transformareaenergiei cinetice aautovehiculului încăldură disipată prinfrecarea dintreelementele frânei.

1.2. Rol funcţional

1. Introducere. Rolul funcţional. Istoric

Transformareaenergiei cinetice aautovehiculului încăldură disipată prinfrecarea dintreelementele frânei.

4

1.3. Istoric

Frânarea cu sabot ancorat Frâna cu bandă

1. Introducere. Rolul funcţional. Istoric

Brevetată în 1902 de Wilhelm Maybach,utilizată până în 1940.

Utilizată cu succes la comanda CVP de peFord T 5

Frâna hidraulică1.3. Istoric

1. Introducere. Rolul funcţional. Istoric

Brevetată în 1917 de Malcolm Loughead (Lockheed), utilizată pe Chrysler 70 în1924.

În Europa: Triumph 13/30, 19256

Frâna disc

Brevetată în 1930 de Goodyear,utilizată pe Chrysler 70 în 1924.

1.3. Istoric

1. Introducere. Rolul funcţional. Istoric

7

Itroducerea ABS

1.3. Istoric

1. Introducere. Rolul funcţional. Istoric

Utilizat de SUA în 1948 la avioane, introdus la autoveh. în 1973

Europa: 1978 introdus de Bosch la 150 auto. Mercedes8

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionaleA. Realizarea unor deceleraţii de:

• 6,0-6,5 m/s2 pentru autoturisme• 6 m/s2 pentru autocamioane şi autobuze.

Efectul frânării este maxim când toate roţile suntfrânate până la limita de aderenţă evitându-seblocarea acestora

Valoarea decelaraţiei depinde esenţial de valoareacoeficientului de frecare pneu – cale de rulare.

F aX Z G

d

dF a

vX M

t

Efectul frânării este maxim când toate roţile suntfrânate până la limita de aderenţă evitându-seblocarea acestora

Valoarea decelaraţiei depinde esenţial de valoareacoeficientului de frecare pneu – cale de rulare.

2

d m9,81sd

vg g

t

9

Variaţia coeficientului de frecare funcţie de:

•Natura căii de rulare

•Starea căii de rulare

•Alunecarea pneului pe calea de rulare

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionaleVariaţia coeficientului de frecare funcţie de:

•Natura căii de rulare

•Starea căii de rulare

•Alunecarea pneului pe calea de rulare

10

Variaţia coeficientului de frecare (sursa [1])

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionale

Ud

Usc

atg

Coe

ficie

ntul

defre

care

11

Punerea în valoare a aderenţei pneului cu calea de rulare depindede repartiţia sarcinii dinamice pe roţi.

40% 20%

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionale

40% 60% 20% 80%Distribuţia greutăţii în staţionaresau pe timpul deplasării cu vitezăconstantă

Distribuţia greutăţii pe timpulfrânării

Repartizarea dinamică a forţei de frânare este realizatăla autoturismele moderne de un sistem ElectronicBrake force Distribution (EBD).

12

Consecinţa unei deceleraţii mari – reducerea spaţiului de frânare

Evoluţia spaţiului de frânare de la 100 km/h (sursa [1]).

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionale

60Spațiul de frânare de la viteza de 100 km/h, m

13

50

40

301970 1980 1990 2000 2010

Anul

Stabilitatea funcţionalăSistemul de frânare trebuie să asigure păstrareaperformanţelor de frânare în cazul frânărilor repetate laintervale scurte sau la frânarea îndelungată.

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionale

O atenţie particulară se acordă problemelor de evacuarea căldurii

14

O atenţie particulară se acordă problemelor de evacuarea căldurii

C. Stabilitatea funcţională

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionale

Testarea discurilor de frână la temperaturi ridicate15

D. Proporţionalitatea frânării faţă de comandă:frânarea să fie progresivă, proporţională cu forţaaplicată pedalei şi fără şocuri

Frecvenţa distribuţiei distanţei de frânare (sursa [1]).

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionale

7068

16

0

10

20

30

40

50

60

70

35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

7

1519

38

68

53

47

26

20

10 10

2

Frecvența

Distanța de frânare, m

E. Frânarea să fie sigură.F. Să asigure imobilizarea automobilului pe rampă /pantă.G. Forţa de frânare să acţioneze în ambele sensuri demişcare ale automobilului.H. Frânarea să nu se facă decât la intervenţiaconducătorului.I. Să asigure stabilitatea deplasării automobilului întimpul frânării (menţinerea traiectoriei în timpulfrânării indiferent de starea căii de rulare).J. Să nu producă zgomot.

2 Cerinţe. Structură generală

2.1. Cerinţe funcţionale

E. Frânarea să fie sigură.F. Să asigure imobilizarea automobilului pe rampă /pantă.G. Forţa de frânare să acţioneze în ambele sensuri demişcare ale automobilului.H. Frânarea să nu se facă decât la intervenţiaconducătorului.I. Să asigure stabilitatea deplasării automobilului întimpul frânării (menţinerea traiectoriei în timpulfrânării indiferent de starea căii de rulare).J. Să nu producă zgomot.

17

A. Fabricaţie uşoară cu costuri reduse.B. Masa frânelor să fie cât mai redusă (fac parte din

masa nesuspendată).C. Materialele şi tehnologiile utilizate să prevină

apariţia coroziunii.D. Evitarea utilizării materialelor prohibite.E. Reglaje simple şi în volum redus, pe cât posibil

automate.

2. Cerinţe relative la fabricaţie şi mentenanţă

2 Cerinţe. Structură generală

A. Fabricaţie uşoară cu costuri reduse.B. Masa frânelor să fie cât mai redusă (fac parte din

masa nesuspendată).C. Materialele şi tehnologiile utilizate să prevină

apariţia coroziunii.D. Evitarea utilizării materialelor prohibite.E. Reglaje simple şi în volum redus, pe cât posibil

automate.

18

A.Să asigure condiţii de mentenabilitate.B.Să permită frânarea în condiţii de defectare parţială

a sistemului: 0,3 g pentru forţa de 445 N pentrudefectarea servofrânei sau a instalaţiei hidraulice

C. Materialele şi tehnologiile utilizate să previnăapariţia coroziunii.

D. Evitarea utilizării materialelor prohibite.E. Reglaje simple şi în volum redus, pe cât posibil

automate.

3. Cerinţe relative la fiabilitate

2 Cerinţe. Structură generală

A.Să asigure condiţii de mentenabilitate.B.Să permită frânarea în condiţii de defectare parţială

a sistemului: 0,3 g pentru forţa de 445 N pentrudefectarea servofrânei sau a instalaţiei hidraulice

C. Materialele şi tehnologiile utilizate să previnăapariţia coroziunii.

D. Evitarea utilizării materialelor prohibite.E. Reglaje simple şi în volum redus, pe cât posibil

automate.

19

A. Forţa maximă de apăsare pentru deceleraţii de 1 g:• 445 N – acţionare fără servoasistare• 223...334 N – acţionare cu servoasistare.

B. Cursa pedalei trebuie să fie de maximum• 150 mm – acţionare fără servoasistare• 75...90 mm – acţionare cu servoasistare.

C. Forţa de apăsare a pedalei pe cursa liberă: 13..22 N.D. Timpul de creştere a presiunii în circuitul hidraulic: 100 ms .E. Acţionarea frânei de parcare pe rampa / panta de 30% :

• Levier: 356 N• Pedală: 445 N

4. Cerinţe relative la ergonomie

2 Cerinţe. Structură generală

A. Forţa maximă de apăsare pentru deceleraţii de 1 g:• 445 N – acţionare fără servoasistare• 223...334 N – acţionare cu servoasistare.

B. Cursa pedalei trebuie să fie de maximum• 150 mm – acţionare fără servoasistare• 75...90 mm – acţionare cu servoasistare.

C. Forţa de apăsare a pedalei pe cursa liberă: 13..22 N.D. Timpul de creştere a presiunii în circuitul hidraulic: 100 ms .E. Acţionarea frânei de parcare pe rampa / panta de 30% :

• Levier: 356 N• Pedală: 445 N

20

5. Structura generală a sistemului de frânare

Sistemulde

frânare

Elementul decomandă

Pedală, levier, manetă,buton electric

Exemple

Frânele propriu-zise

Disc, saboţi interiori şitambur

2 Cerinţe. Structură generală

Sistemulde

frânare

Mecanismul deacţionare

Mecanic, hidraulic,pneumatic

Mecanismul deservoasistare

Vacuumatic, hidraulic,pneumatic

Control ABS, EBD etc.

21

5. Structura generală a sistemului de frânareExemplu

2 Cerinţe. Structură generală

22

5. Structura generală a sistemului de frânareExemplu

2 Cerinţe. Structură generală

1-etrier cu disc de frână; 2-conductă flexibilă; 3-element de îmbinare; 4-conductărigidă; 5-pompa centrală; 6-rezervor lichid frână; 7-servomecanism; 8-pedală frână;9-levier frână de parcare; 10-cablu acţionare frână de parcare;11-supapă dereglare a presiunii; 12-frână cu tambur (sursa:Bosch)

23

3 Clasificări

1. Soluţia constructivă

24

1. Rolul funcţional

Sistemul principalde frânare

= frână principală / de serviciu / frână de piciorSe utilizează la reducerea vitezei de deplasaresau la oprirea automobilului.

= frână de mână/ sau frână de parcare / frână deajutor.Menţine automobilul imobilizat pe rampă / pantătimp nelimitat în absenţa soferuluiSuplineşte sistemul principal în cazul defectăriiacestuia.

Sistemul staţionarde frânare saufrâna de staţionare

3 Clasificări

= frână de mână/ sau frână de parcare / frână deajutor.Menţine automobilul imobilizat pe rampă / pantătimp nelimitat în absenţa soferuluiSuplineşte sistemul principal în cazul defectăriiacestuia.

Sistemul staţionarde frânare saufrâna de staţionare

= dispozitivul de încetinireAre rolul de a menţine constantă vitezaautomobilului, la deplasarea pe pante lungi,fără utilizarea celorlalte sisteme de frânare,contribuind la micşorarea uzurii frâneiprincipale şi la sporirea securităţii circulaţiei.

Sistemulsuplimentar defrânare

25

2. Dispunerea frâneifrâne pe roţifrâne pe transmisie

cu tambur (radiale),cu disc (axiale)combinate.

3. Piesa rotitoare

3 Clasificări

cu tambur (radiale),cu disc (axiale)combinate.

frâne cu saboţi,frâne cu discuri,frâne cu bandă

4. Piesa care realizează frânarea

26

5. Mecanismul de acţionarecu acţionare simplă.cu servoacţionare,cu acţionare mixtă

frâne cu un singur circuit ,frâne cu mai multe circuite

6. Structura circuitelor de acţionare a frânelor

3 Clasificări

frâne cu un singur circuit ,frâne cu mai multe circuite

27

6. Structura circuitelor de acţionare a frânelorStructura II - distribuie forţa defrânare între cele două punţi;primul circuit frânează puntea faţăiar cel de-al doilea puntea spate.

3 Clasificări

Structura X - distribuie forţa defrânare pe diagonală; primul circuitfrânează rota faţă stânga şi roataspate dreapta, cel de-al doileacircuit frânează roata faţă dreaptaşi roata spate stânga.

28

6. Structura circuitelor de acţionare a frânelorStructura HI - primul circuit frâneazăambele punţi (faţă + spate), cel de-aldoilea circuit frânează în paralel doarpuntea faţă.

3 Clasificări

Structura LL - primul circuit frâneazăpuntea faţă și o roată a punţii spate întimp ce de-al doilea circuit frânează înparalel doar puntea faţă.

29

6. Structura circuitelor de acţionare a frânelorStructura HH - este cel maicomplex sistem, ambele circuite defrânare acţionând asupra celor patruroţi ale automobilului.

3 Clasificări

30

Referinţe bibliografice

1. Bert Breuer şi Bill H. Karlheiny, Brake Technologz Handbook,SAE International, 2007

2. Rudolf Limpert, Brake Design and Safety, SAE International, 2011

3. Gh. Frăţilă, Calculul şi construcţia automobilului, Ed. Didactică şipedagogică, Bucureşti, 1977

4. Hans Hermann Braess şi Ulrich Seiffert, Handbook of AutomotiveEngineering, SAE International, 2005

1. Bert Breuer şi Bill H. Karlheiny, Brake Technologz Handbook,SAE International, 2007

2. Rudolf Limpert, Brake Design and Safety, SAE International, 2011

3. Gh. Frăţilă, Calculul şi construcţia automobilului, Ed. Didactică şipedagogică, Bucureşti, 1977

4. Hans Hermann Braess şi Ulrich Seiffert, Handbook of AutomotiveEngineering, SAE International, 2005

31