SISTEMUL ABS

1. Analiza constructiv-funcţională a sistemului de frânare ABS

1.1. Introducere

În a doua parte a secolului XX. producţia de autovehicule s-a dezvoltat foarte mult creându-se motoare foarte puternice, care sunt capabile să realizeze acceleraţii şi viteze foarte mari ale maşinilor. Din această cauză a apărut necesitatea conceperii unor sisteme moderne (mecatronice), care să facă mai sigură circulaţia pe drumurile publice. Paralel cu aceste sisteme de securitate s-au dezvoltat şi sistemele pentru confortul pasagerilor şi bineînţeles sistemele pentru managementul motorului, care au asigurat forţe şi performanţe şi mai mari ale motoarelor. Totalul sistemelor clasice şi mecatronice formează autovehiculul mecatronic. Unul dintre cele mai importante dintre aceste sisteme mecatronice este sistemul de frânare cu ABS, care face posibilă oprirea autovehiculelor în condiţii de siguranţă. Denumirea ABS vine de la Anti-Lock Braking System (sistem de frânare cu anti-blocare).

1.2 Noţiuni generale privind frânarea. Avantajul sistemului de frânare ABS faţă de sistemul de frânare convenţional

Frânarea constă în consumarea energiei cinetice (prin frecare), acumulate de autovehicul, ceea ce se realizează cu ajutorul discurilor şi a plăcuţelor de frână şi a unor forţe (presiuni) acţionând asupra lor cu ajutorul unor actuatori hidraulici. (figura 1.1).

figura 1.1

Formula următoare reprezintă relaţia energiei cinetice:

Ec = 0,5mv2 ,

unde: - mm reprezintă masa autovehiculului şi - vv reprezintă viteza autovehiculului.

Din formula de mai sus se poate observa că energia cinetică creşte exponenţial cu pătratul vitezei, ceea ce înseamnă că distanţa de oprire la o viteză de 100 km/h este de 4 ori mai mare, decât la o viteză de 50 km/h (bineînţeles, la o forţă de frânare identică). Sistemul de frânare ABS a jucat un rol foarte important în creşterea siguranţei active a automobilului. Cel mai mare avantaj al ABS-ului faţa de sistemul de frânare convenţional este că la o frânare puternică, pe un carosabil alunecos, evitând deraparea, sistemul de frânare ABS face ca vehiculul să poată efectua viraje şi schimbări de direcţie în timpul frânarii, respectiv poate să reducă distanţa de frânare în anumite condiţii nefavorabile (de exemplu: pe zăpadă, sau pe gheaţă având cauciucuri de iarna cu cuie), maşina adaptându-se la condiţiile de trafic şi de drum. Totuşi, nu trebuie să ne aşteptăm ca ABS-ul să scurteze distanţa de frânare în orice condiţii de drum. Când conducem pe criblură, nisip sau mai ales zăpadă proaspătă, depusă pe un strat de gheaţă, maşina trebuie condusă mai încet şi cu multă grijă, pentru că distanţa de oprire poate să fie mult mai lungă.

1.3. Schema şi funcţionarea sistemului de frânare ABS

Schema de distribuţie (în plan) a sistemului de frânare ABS este prezentată în figura următoare:

figura 1.2

Sistemul de frânare ABS este compus din senzori, o unitate ECU, o unitate HCU şi din actuatori hidraulici. Deci din 4 senzori, câte unul pe fiecare roată (în acest caz, pentru că sunt variante, în care la roţile din spate se pune doar un singur senzor, mai ales când

aceştia sunt roţile tractoare), care au rolul de a măsura turaţia roţilor şi de a trimite informaţiile obţinute la o unitate centrală ECU (Electronic Control Unit). Unitatea ECU are rolul de a prelucra aceste informaţii şi de a trimite altele, obţinute din cele prelucrate, către unitatea HCU (Hydraulic Control Unit). Această unitate are rolul de a scade (pentru o secvenţă şi la perioade de timp bine stabilite) presiunea uleiului, în acel circuit de frânare, de la care informaţiile trimise de senzori, către ECU, au fost diferite faţă de cele prestabilite a fi corecte, printr-un actuator hidraulic. Unitatea HCU va efectua această operaţie până când unitatea ECU va primi, de la senzori, informaţii diferite faţă cele prestabilite a fi corecte. Unitatea de comandă (ECU + HCU) este prezentată în figura următoare:

figura 1.3

Sistemul de frânare ABS nu funcţionează decât la o viteză mai mare de aproximativ 7 km/h. La o frânare bruscă, atunci când turaţia uneia dintre roţi atinge un anumit nivel minim, care este prea scăzută faţa de viteza maşinii şi roata tinde să se blocheze, presiunea de la frânele aferente se scade cu ajutorul actuatorului hidraulic comandat de unitatea de control HCU (pentru o secvenţă şi la perioade de timp bine stabilite). La cealaltă variantă constructivă, deci cu 3 senzori (cu un singur senzor la roţile din spate), la roţile din faţa această presiune este reglată separat la fiecare dintre ele, iar la roţile din spate împreuna. Efectul frânarii în acelaşi timp pentru ambii roţi din spate face ca stabilitatea maşinii să fie menţinută cât mai mult posibil (exclusiv momentele când una dintre roţile din spate părăseşte şoseaua, din cauza unui carosabil accidentat, blocându-se, şi ABS-ul slăbeşte frânarea pentru o fracţiune de secundă şi pentru roata cealaltă). Unitatea ECU începe să preia informaţiile de la senzorii roţilor şi să le prelucreze, din momentul apăsării pedalei de frână. Dacă intervine vreun defect în funcţionarea sistemului ABS, pe bordul maşinii se aprind unul sau două becuri de semnalizare. În figura următoare este prezentată schema bloc a sistemului de frânare ABS:

figura 1.4

unde: - 15 - este un terminal conectat la contactul maşinii;

- 30 - este terminalul (+) de alimentare a unităţii de control;

- 31 - este terminalul (-), (ground);

- A2 - unitatea de control;

- B25, B26 - sunt senzorii de turaţie ai roţilor faţă-stânga respectiv faţă-

dreapta;

- B27, B28 - sunt senzorii de turaţie ai roţilor spate-stânga respectiv spate-

dreapta;

- H1.5 - bec de semnalizare;

- S29/S43 - sunt întrerupătoare (switch-uri), semnale de intrare de la pedala de

frână;

- WSS - „distance signal”, semnal de intrare pentru unitatea HCU, care conţine

informaţii asupra scăderii presiunii în circuitele de frânare;

- X13 - „diagnostic link”.

În figura următoare este prezentată schema cu componentele sistemului de frânare ABS:

figura 1.5

unde: - 1 - este becul de semnalizare;- 2 - senzorii spate-stânga şi spate-dreapta;- 3 - unitatea de control;- 4 - senzorii faţă-stânga şi faţă-dreapta.

1.4. Sistemul EDL

Vehiculele echipate cu ABS pot fi prevăzute şi cu un sistem EDL (Electronic Differential Lock). Sistemul EDL înlesneşte accelerarea şi urcarea vehiculului pe o pantă abruptă în condiţii nefavorabile. Acest sistem funcţionează total automat, şoferul nefiind obligat să acţioneze nici un buton de pe bordul maşinii. Sistemul EDL foloseşte ca elemente de preluare a informaţiilor senzorii sistemului ABS. Dacă la o viteză mai mare de 40 km/h apare o diferenţă de turaţie dintre roţile tractoare, mai mare de 100 rpm (ceea ce înseamnă aproximativ 1/3 din turaţia normală a roţii la această viteză), deci apare patinarea uneia dintre roţi din cauza unei părţi de carosabil alunecos, sistemul EDL reduce turaţia roţii care patinează prin acţionarea ABS-ului asupra acestuia şi în consecinţa prin diferenţial aplică o forţă de tracţiune mai mică pe roata cealaltă. Din cauza funcţionării sistemului EDL, prin frânarea uneia dintre roţile tractoare (cea care patinează), acesta are in vedere că în cazul unor patinări dese ale aceleiaşi roţi, acesta se auto-decuplează pentru perioade scurte de timp, evitând astfel supraîncălzirea elementelor de frânare (discuri şi plăcuţe de frână). Având în vedere acest lucru, se recomandă conducătorilor auto să evite accelerările bruşte şi dese în condiţiile

unui carosabil alunecos, şi mai ales când există posibilitatea ca amândouă roţile tractoare să patineze cu aproximativ aceeaşi turaţie, când nici EDL-ul nu poate ajuta.

1.5. Avantaje şi concluzii

Avantajele sistemului de frânare ABS:

- împiedică blocarea de lungă durată a roţilor; - controlul asupra direcţiei la frânare puternică; - protejarea cauciucurilor; - asigură aderenţa roţilor pe şosea (dacă amortizoarele sunt bune); - oprirea în condiţii de siguranţă şi scurtarea distanţei de frânare;

- destinderea şoferului în timpul conducerii ( siguranţa activă); - evitarea derapării în cazul frânării pe carosabil umed sau alunecos;- reduce distanţa de frânare în condiţii defavorabile de drum (acoperit cu zăpadă).

Tehnologia modernă are un rol foarte important în dezvoltarea autovehiculelor şi a diferitelor sisteme mecatronice, dar sunt unele cazuri rare, când nici sistemul de frânare ABS şi nici alte sisteme de securitate nu pot asigura siguranţa maximă. În aceste cazuri extreme, cum ar fi: viteze foarte mari, condiţii de drum şi de trafic foarte rele, nu trebuie să ne asumăm riscul, deci trebuie să conducem prudent, adaptându-ne la condiţiile de trafic şi de drum. Totodată, conducând o maşină cu ABS pe un drum accidentat (cu gropi sau denivelări) şi amortizoare uzate, când roţile pot să părăsească suprafaţa şoselei, trebuie să avem în vedere faptul că ABS-ul va mări distanţa de frânare.