ABS Istorijat Pojava ABS-a datira još od 1928 g. kada je Niemac „Karl Wessels” patentirao mehanizam koji reguliše silu kočenja kod automobila, ali taj je koncept postojao samo na papiru. Tek početkom II svetskog rata, 1941. testiran je prvi regulator blokiranja točka za koji je zabeleženo: Postigli su tek osrednji rezultat. Uprkos tome sto je u početku doživio neuspeh, ovaj je sistem postao konstrukcijska baza za sledeće mehanizme. Ideja o senzorima koji prate okretanje točkova i kontrolnoj jedinici koja upravlja kočnicama bila je uspešna, ali pretvoriti koncept u funkcionišući mehanizam bilo je komplikovano. Problem senzora riešen je već 1952 g. u ABS sistemu ugrađenom u avion, ali i u Knorrov sistem iz 1954. za lokomotivu. Ali ugradnja u automobile još nije bila moguća jer su postojali zahtevi koji su se postavljali pred mehanički senzor zbog tanje preciznosti te nedovoljne pouzdanosti u krivinama, na grbavim podlogama ili nepovoljnim vanjskim uticajima. Firma TELDIX iz Neidelberga prva se ozbiljno angažovala oko razradjivanja ABSsistema. Godine 1967. rešili su problem senzora beskontaktnim induktorskim senzorima. Sledeći problem bila je tzv. centralna jedinica, koja je još uvijek radila na analognoj tehnologiji i koja je zbog komplikovanosti bila podložna čestim kvarovima, a integrisani krugovi još nisu postojali. Ipak ovaj je koncept pokazao potencijal i 12. decembra 1970. prva generacija ABS-a uverila je na testnoj stazi novinare i stručnjake koji su tu bili prisutni da zaista postoje razlozi šire primene ovog sistema za kočenje. Sledećih 8 g. inžinjeri su radili na trajnosti i pouzdanosti sistema koji bi bio spreman za serijsku proizvodnju. Tokom tog razdoblja ABS je uveliko profitirao razvojem elektronike. Naime, tek pojavom integrisanih kola mogla je biti proizvedena dovoljno mala kontrolna jedinica sposobna da prati podatke senzora i u kratkom vremenu upravlja ventilima kontrole pritiska. Zahvaljujući elektronici sada je sistem bio u mogućnosti kontrolisati i zadnje, a ne samo prednje točkove. Firmi VOSSN tgebalo je 5 g. da isporuči prvi digitalni kontroler za testiranje. Ali, tek 1978 počela je ozbiljna proizvodnja i ugradnja modernih sistema protiv blokiranjatočkova (ABS). Te je godine BOSCH proizveo svoju prvu generaciju ABS-a, koja je bila ugrađivana u automobile nemačkog proizvođača Mercedes-Benz, a samo nekoliko mjeseci kasnije i u automobile proizvođača BMW. U početku se ovi sistemi ugrađujuju samo na luksuzne modele kao dodatna oprema, dok je to danas gotovo redovna oprema kod svih automobila. Zanimljivo je naglasiti da je prva generacija BOSCH-ovih ABS-ova težila 6,3 kg, a koštala je od 2000-4000 DEM (u to vreme jako skupo), a da današnji aktualni sistemi teže oko 1.6 kg.
1
Slika 1 - ABS sa izdvojenom elektronikom (desno) težine 6.3 kg, i ABS (levo) sa integrisanom elektronikom težine 1.6 kg.
Slika 2 - Izgled ABS sistema danas
2
Zašto je važno sprečiti blokiranje točka? Iz osnova teorije automobila je poznato da put kočenja (zaustavni put) direktno zavisi od faktora trenja između točka (gume) automobila i podloge. Faktor trenja (faktor prianjanja) koji se može ostvariti između točka automobila i podloge zavisi od više faktora od kojih su najbitniji sledeći: - vrsta i materijal puta - površinsko stanje puta - stanje puta obzirom na atmosfersko stanje (suvo, vlažno, mokro) - vrsta gume obzirom na materijal i oblik protektora - pritisak u gumi - brzina pri kojoj se odvija proces kočenja - temperatura okoline i gume i - relativno proklizavanje točkova Logično je da na sve od ovih faktora ne utiče proizvođač automobila. Na neke od faktora najveći uticaj ima sam vozač automobila, a to su npr. izbor vrste guma kao i briga o njihovom stanju, brzina vožnje automobila, pritisak u gumama i sl. Na neke od faktora utiče naša društvena zajednica a to su npr., vrsta i materijal kao i površinsko stanje puta. Na neke od faktora je gotovo nemoguće uticati, npr. stanje puta obzirom na atmosferske uslove, temperaturu okoline i slično. Jedan od faktora koji ima značajan uticaj na faktor trenja između točka automobila i podloge je relativno proklizavanje točkova. Relativno proklizavanje točkova javlja se zbog deformabilnosti pneumatika vozila i podloge puta. Kod idealno krutog točka koji se kreće po krutoj podlozi na način da za vreme jednog svog okretaja pređe put jednak svom opsegu, relativnog proklizavanja nema (odnosno ono iznosi 0%), a kod klizanja potpuno blokiranog točka po podlozi, relativno proklizavanje iznosi 100%. Matematički, relativno proklizavanje točka automobila predstavlja odnos razlike između brzine automobila i obodne brzine točkova naspram brzine automobila.
3
a) Slobodno kotrljajući točak
b) Kočeni točak
Slika 3 - Definicija relativnog proklizavanja točka (λ) vF - brzina pomeranja središnje tačke točka M vU - obodna brzina točka l - relativno proklizavanje u%
Iz definicije relativnog proklizavanja je očigledno da je nemoguće izvršiti zaustavljanje automobila bez pojave relativnog proklizavanja. Maksimalni faktor trenja između podloge i pneumatika vozila moguće je postići uz relativno proklizavanje točkova vozila od 10%-40% .
Slika 4 - Zavisnost faktora trenja između različitih kombinacija pneumatika i podloge u relativnom proklizavanju
4
1 - Radijalni pneumatik - suvi beton 2 - Dijagonalni zimski pneumatik - vlažni asfalt 3 - Radijalni pneumatik - neutabani sneg 4 - Radijalni pneumatik - vlažni led Šrafirano su označena područja delovanja ABS-a Onoga trenutka kad dođe do blokade točkova (obodna brzina točkova je u=0) nastupa takozvano stanje apsolutnog proklizavanja, a to je stanje kod kojeg je najmanji faktor trenja između točkova i podloge, a za posledicu ima najduži zaustavni put. Osim što proklizavanje negativno utiče na proces kočenja, radi smanjenja faktora trenja u smeru kretanja vozila, još je izrazitiji uticaj na smanjenje faktora trenja u smeru bočne sile na točak, a što za posledicu ima smanjenje upravljivosti automobila (vidi sliku 4).
Slika 5 - Uticaj relativnog proklizvanja na promenu faktora trenja µHF - faktor trenja µS - faktor trenja bočne sile a - stabilno b - nestabilno A - slobodno kotrljane B - blokada točka
5
Konstrukcija ABS-a
Slika 6 - Elementi modernog ABS sistema Postoje četiri osnovne komponente u jednom ABS sistemu:
Senzori brzine, Pumpa, Ventili i Regulator
Senzori brzine - ABS sistemu je potreban neki način da ustanovi kada je neki točak blokirao, tj. prestao da se okreće. Ovi senzori, koji se nalaze na svakom točku ponaosob ili u nekim slučajevima unutar diferencijala, pružaju ove informacije. Ventili - U kočionom kolu (u kućištu pumpe) postoje ventili koji doziraju silu kočenja i koji su kontrolisani upravljačkim uređajem ABS-a. Na jednom sistemu ventil ima tri moguće pozicije:
u prvoj poziciji, ventil je otvoren i pritisak iz glavnog kočionog cilindra dopire skroz do kočionih klješta,
6
u poziciji dva, ventil blokira kolo i na taj način prekida “komunikaciju” kočionih klješta sa glavnim cilindrom. Na taj način se sprečava dalje povećanje pritiska koje bi vozač izazvao jakim pritiskom na pedalu kočnice, u poziciji tri, ventilom se delimično smanjuje pritisak u kočnici.
Pumpa - Pošto ventil omogući smanjenje pritiska u kočnici, znači da je postojao neki način kojim je taj pritisak propušten nazad. I to je ono što pumpa u suštini radi; kada ventil redukuje pritisak u kolu, pumpa je ta koja preuzima povratni pritisak. Regulator - je, zapravo kompjuter koji se nalazi u vozilu. On nadgleda senzore brzine i kontroliše ventile.
Slika 7 - Lokacija ABS komponenti na vozilu
Način rada ABS-a ABS funkcioniše tako da se kočenje realizuje tačno na granici u kojoj se točak maksimalno usporava, ali još uvek se okreće. Pošto je ova granica teško precizno odrediva i nije konstantna prilikom kočenja broj obrtaja svakog točka se meri davačem i dava procesoru ABS-a. Procesor obradjuje dobijene informacije nezavisno za svaki točak i tačno obračunava vrednosti broja obrtaja i klizanja. Kočne čeljusti stežu disk bez otpuštanja sve do trenutka pred blokiranje točkova. U trenutku koji prethodi blokiranju točkova ABS kontroler, koji dobija informacije od senzora, aktivira senzor koji preko sklopa elektromagnetnih ventila snižava pritisak ulja u
7
kočionom cilindru i otpušta čeljusti sve dok se kočioni moment toliko ne smanji da točkovi normalno nastavljaju sa svojim obrtanjem. U tom trenutku senzor aktivira elektromagnetne ventile u suprotnom smeru, pritisak ulja i intezitet kočenja se opet povećava do granice blokiranja točkova gde se ciklus ponovo vraća na početak. Ove promene pritiska se dešavaju vrlo brzo (3-5 puta u sekundi) zahvaljujući primeni elektromagnetnih kontrolnih ventila. Opisani mehanizam se ponavlja dovoljno brzo tako da je točak stalno blizu granice blokiranja kako bi se ostvarila što viša efikasnost kočenja, a pritom ne sme da je dostigne. Iako se čitav proces dešava potpuno nezavisno od vozača, informacija o dejstvu sistema stiže i do njega u vidu podrhtavanja papučice kočnice i paljenjem kontrolne lampice na istrument tabli.
Slika 8 - ABS sistem - princip rada Neposredno pred tedenciju točka ka blokiranju na odgovarajući elektromagnetni ventil deluje se ograničenom strujom što prouzrokuje udaljavanje magnetnog klipa toliko da je prolaz za povrat ulja zatvoren. Pri tome se pritisak kočenja drži konstantnim. U slučaju da se brzina odredjenog točka i dalje smanjuje, na odgovarajući elektromagnetni ventil se deluje jačom strujom i na taj način se magnetni klip tako pomeri da oslobodi povratni kanal. U istom trenutku se pokreće i povratna uljna pumpa koja sprovodi kočiono ulje (bez obzira na pritisak u instalaciji) nazad u kočioni krug. Taj trenutak vozač oseća kroz blage vibracije na pedali kočnice. Radi boljeg razumevanja rada ovog sistema uzećemo u razmatranje samo jedan točak: Proces kočenja: U procesu kočenja bez tedencije ka blokiranju, odgovarajući elektromagnetni ventil se ne pobuđuje. Magnetni klip se pod dejstvom opruge drži u
8
krajnjem donjem položaju. Pritisak u instalaciji u konkretnom kočionom krugu se može nekontrolisano povećavati i na taj način smanjivati brzina posmatranog točka. Faza držanja pritiska: Kod tedencije blokiranja točka na odgovarajući elektromagnetni ventil upravljačka jedinica ABS-a djeluje ograničenom strujom. Tim postupkom se magnetni ventil tako pomeri da se zatvori prolaz ka kočnici. Pritisak u kočnici se zadržava na odredjenom nivou . Faza pada pritiska: Ukoliko se brzina točka i dalje smanjuje uprkos tome da se pritisak u instalaciji drži konstantnim upravljačka jedinica deluje na odgovarajući elektromagnetni ventil jačom strujom i na taj način se magnetni klip postavi u takav položaj da oslobodi povratni kanal, a pad pritiska obezbjedjuje rezervoar pritiska. Pritisak u instalaciji pada, a brzina točka se povećava. Faza porasta pritiska: Ukoliko se desi da je točak posle pada pritiska suviše ubrzao kretanje, upravljačka jedinica prekida napajanje elektromagnetnog ventila i uljne pumpe. Na taj način se magnetni klip pod dejstvom opruge ponovo pomera u donji položaj i kanal ka kočnici je prohodan. Pritisak u instalaciji ponovo raste. Ove tri navedene faze se ponavljaju onoliko puta sve dok se ne otkloni opasnost od blokiranja točkova.
Slika 9 - Radne pozicije ABS hidrauličnog modulatora
9
Stabilnost i zaustavni put vozila Blokiranjem točkova pri kočenju, tj. njihovim klizanjem znatno se smanjuje koeficijent trenja, posebno u poprečnom smeru. Zbog toga se produžava zaustavni put, a automobil postaje potpuno neupravljiv.
Na vlažnom putu brže se dostiže maksimalna vrednost koeficijenta prijanjanja, nakon čega sledi klizanje, odnosno zanošenje vozila. Do klizanja točkova pri kočenju dolazi pod uslovom da je brzina centra točka različita od nule, a ugaona brzina jednaka nuli. Tada kažemo da je točak blokirao. Nasuprot verovanju da je primarna namjena ABS-a skraćivanje zaustavnog puta, zadatak sistema je da obezbedi upravljivost vozila u kritičnim situacijama.
Vozilo sa klasičnim kočionim sistemom ima osobinu gubitka kontrole upravljanja prilikom snažnog aktiviranja kočnice koje bi onemogućilo okretanje točkova. U trenutku blokiranja točkova vozilo počinje da klizi po podlozi, pa zakretanje točkova nema važnost, tj. ne menja pravac njgovog kretanja. Pri malim brzinama ova pojava je u suštini zanemarujuća, a problemi se javljaju prilikom većih brzina gdje situacija postaje kritična. Kod ABS sistema svaki točak koči nezavisno, tj. vozilo je stabilno i kada točkovi nisu na istoj podlozi (npr. Dva na suvom, dva na mokrom; dva na putu, dva na bankini). Ove
10
situacije su veoma rizične, a to je još jedna dobra strana ABS-a, jer nijedan vozač ne može da odreaguje kao elektronika.
Bočna stabilnost vozila zavisi od bočnog prijanjanja pneumatika na podlogu, odnosno od veličine bočne sile koja djeluje na vozilo, stanja pneumatika i prijanjanja između pneumatika i tla. Bočne sile ne deluju na isti način na sva četiri točka, iz prostog razloga što oni ni u jednom trenutku nisu jednako opterećeni. Npr. prilikom ubrzavanja prednji točkovi se rasterećuju, prilikom kočenja su dodatno opterećeni, pri prolascima kroz krivine dodatno se opterećuju točkovi na spoljašnjoj strani, a rasterećuju na unutrašnjoj strani krivine. Prilikom vožnje najčešće se pojavljuju kombinacije ovih situacija, pa stoga točkovi vozila gotovo nikada nisu jednako opterećeni.
Slika 10 - Vozilo bez ABS-a i sa ABS-om Na slici iznad prikazano je kretanje vozila bez ABS-a i sa ABS-om pri istim uslovima kretanja, tj. na istom delu puta i istom brzinom kretanja. Preciznije rečeno navedene slike prestavljaju kratak osvrt na bočnu stabilnost vozila u navedenim slučajevima. Na osnovu eksperimentalnih istraživanja koja su sprovedena s ciljem merenja bočnih ubrzanja vozila utvrđeno je kako se vozila ponašaju sa i bez asistencije ABS-a. Pri izvodjenju eksperimenata u svim uslovima ispitivanja vršeno je merenje sa ABS-om i to pri brzinama do 160 km/h i nije bilo značajnog zanošenja vozila, pa se može zaključiti da ABS sistem do ovih brzina omogućava stabilno kretanje vozila sa kočenjem na pravom dijelu puta. Prilikom ovih istraživanja u seriji merenja ocenjivano je i vozilo sa isključenim ABS-om, na suvoj asvaltnoj podlozi. Ispitano vozilo je bilo stabilno do brzine od 140 km/h, dokje pri brzini od 160 km/h dolazilo do zakretanja vozila za 90 stepeni. Iz ovoga se sa sigurnošću može konstatovati da bi ovakva pojava bila opasna saobraćajna situacija. Na mokrim površinama merenja su uspješno izvedena samo do brzine od 100 km/h, jer su pri većim brzinama dolazila do izražaja veoma rizična zakretanja vozila oko vertikalne ose. 11
Za efikasnost kočionih sistema se može reći da je veća kod vozila opremljenih uredjajima protiv blokiranja točkova pri brzinama većim od 80 km/h. Pri brzinama do 48 km/h ABS uređaji ne obezbeđuju nikakvu prednost pri kočenju, dok pri brzinama od 40-80 km/h imamo pojedinačne slučajeve gde su performanse klasičnih kočnih uređaja bolje nego kod kočnih sistema sa ABS-om. To dodatno ukazuje na činjenicu da ABS sistem nije svemoguć i da u nekim situacijama nema prednosti u odnosu na klasični kočni sistem.
Tipovi ABS-a Anti blok sistemi koriste različite šeme u zavisnosti od tipa kočnica koje su u upotrebi. Mi ćemo ih posmatrati prema broju kanala (odnosno, koliko se ventila pojedinačno kontroliše) i prema broju senzora za brzinu.
Četvorokanalni, četvorosenzorni ABS. Ovo je najbolja šema. Senzori za brzinu postoje na sva četiri točka i posebni ventili za svaki točak ponaosob. Sa ovakvom šemom, kontrolni uređaj proverava svaki točak posebno da bi bio “siguran” da je postignuta maksimalna moguća sila kočenja. Trokanalni, trosenzorni ABS. Ova šema , se obično nalazi na komercijalnim vozilima sa ABS-om na svim točkovima. Ima senzore za brzinu i ventile za svaki od prednjih točkova posebno, ali sa jednim senzorom i jednim ventilom za oba zadnja točka. Ovaj senzor za zadnje točkove se nalazi na zadnjoj osovini.
Ovaj sistem pruža individualnu kontrolu prednjih točkova, zato oni oba mogu da pruže maksimalnu kočionu silu. Zadnji točkovi su međutim, kontrolisani zajedno i oni se mogu istovremeno blokirati pre nego što se ABS aktivira na njima. Sa ovim sistemom je, na žalost, moguće da se desi da jedan od zadnjih točkova bude blokiran (onaj koji ima manji koeficijent prijanjanja) za vreme zaustavljanja vozila umanjujući time efikasnost kočenja.
Jednokanalni, jednosenzorni ABS. Ovaj sistem je najčešće ugrađen u komercijalna (dostavna) vozila sa ABS-om na zadnjim točkovima. On ima jedan ventil koji kontroliše oba zadnja točka i jedan senzor brzine smešten na zadnjoj osovini. Ovaj sistem deluje isto kao i onaj deo trokanalnog ABS-a koji se odnosi samo na zadnje točkove. Zadnji točkovi su kontrolisani zajedno (u paru) i oni mogu oba da počnu da blokiraju pre nego što ABS počne da reaguje. U ovom sistemu je takođe moguće da će jedan od zadnjih točkova početi da blokira prilikom kočenja, umanjujući tako efektivnost kočenja.
Ovaj sistem je lak za prepoznavanje. Obično će jedan krak kočione instalacije prolaziti kroz T-priključak, gde će se račvati do oba zadnja točka. Senzor brzine se može locirati tragajući za elektro-kontaktom blizu diferencijala na kućištu zadnje osovine.
12
Zaključak Upravljanje vozilom u praksi je moguce jedino kada vozilo posjeduje vučna svojstva. Prilikom intezivnih kočenja, zbog toga što vozač primjenjuje maksimalnu silu na pedalu kočnice, kočioni moment se povećava što dovodi do blokiranja točkova vozila. Pri naglom kočenju kod vozila bez ABS-a dolazi do blokade pojedinih točkova vozila, pa vozilo nije više upravljivo. ABS omogućava da pri punom kočenju na sva četiri točka imamo maksimalnu raspoloživu silu kočenja. Radom ABS-a omogućeno je da: . vozilo pri kočenju ne gubi stabilnost, tj. vozilo ostaje upravljivo . ne dolazi do oštećenja pneumatika . vozač nije pod uobičajenim psihičkim pritiskom Ispostavilo se ipak da postoji problem koji postoji u ljudskoj prirodi. Na žalost, pokazalo se da dosta vozača ohrabruje prisustvo ABS-a te oni voze primetno agresivnije i spremnije ulaze u rizične situacije. Istraživanja koja su pratila ponašanje taksista u nekoliko gradova ovo argumentovano potvrdjuju. Neke istine i zablude o ABS sistemima date su kroz nekoliko sledecih pitanja: Da li sa ABS sistemom možemo brže zaustaviti vozilo? - Nije obavezno, ABS sistem je napravljen da pomogne vozaču da održi kontrolu nad vozilom u trenucima kada mora iznenada da koči, a ne da brže zaustavi vozilo. Međutim, u nekim uslovima (vlažan kolovoz) može da skrati zaustavni put. Na vrlo mekim površinama ABS sistem može da produži zaustavni put. Da li ce „pumpanje kocnice pomoci” ABS sistemu? - Ne, pumpanjem kočnice vjerovatno će se postići samo „zbunjivanje” ABS sistema, jer je ABS taj koji ostvaruje pumpanje kočnice. Da li je sa ABS sistemom moguće zaobilaziti prepreke za vreme kočenja? - Da u većini slučajeva. Efikasnost kočnih sistema opremljenih uređajima protiv blokiranja točkova prema konvencionalnim kočnim sistemima je ocenjena odnosom njihovih dužina puta kočenja. U svim serijama mijerenja, koja se odnose na prikazane eksperimentalne rezultate, na asfaltnim podlogama pokazano je da vozila sa ABS-om imaju kraće puteve kočenja, ali s obzirom na mali broj eksperimenata u drugim uslovima, dalja istraživanja treba usmeriti na merenje puta kočenja na tucaničkim, sniježnim i zaledjenim podlogama radi iznošenja decidnijih stavova o karakteristikama ovog sistema. Kod manjih brzina, prednost ABS-a je manje izražena ili su klasični sistemi čak i u prednosti.
13
ASR (TC) Osnove ASR sistem sprečava proklizavanje pogonskih točkova do kojeg može doći pri polasku vozila ili pri savlađivanju uspona na klizavom putu. Ukoliko proklizava samo jedan točak na pogonskoj osovini, ASR sistem sprečava njegovo proklizavanje aktiviranjem kočnice, čime se obezbeđuje prenos obrtnog momenta do drugog točka na osovini. Ako proklizavaju oba točka, ASR sistem automatski smanjuje snagu motora. Bezbednost u toku vožnje sa priključnim vozilima je takođe poboljšana, jer je smanjena opasnost od proklizavanja vučnog voza u krivinama. Zahvaljujući sprečavanju proklizavanja točkova, elementi sistema za prenos snage (spojnica, menjač, kardansko vratilo i osovine) i točkovi su dodatno zaštićeni od oštećenja, posebno u promenljivim uslovima kvaliteta i stanja puta. Aktiviranje ASR sistema se na displeju instrument table prikazuje paljenjem signalne lampice. Istovremeno se može čuti zvuk koji se čuje pri aktiviranju kočnica i smanjena buka motora. Dok je ASR sistem u funkciji, nemojte dodatno pritiskati pedalu gasa, jer su tokom rada ASR sistema aktivirane kočnice, pa može doći do pregrevanja kočnica i, samim tim, njihovog povećanog habanja i smanjenja kočnih performansi. Sva vozila su opremljena prekidačem za isključivanje ASR sistema. Ovaj prekidač treba aktivirati tokom vožnje na putevima pokrivenim dubokim snegom ili kada koristite lance za sneg. U svim ostalim situacijama, ASR sistem nemojte isključivati.
Slika 11 - Prekidač za isključivanje TC i indikaciono svetlo Važno je da upamtite da vas prisustvo ovih sistema na vozilu ne oslobađa obaveze da prilagodite stil vožnje trenutnim uslovima saobraćaja i stanju puta. Do određene granice, koja zavisi od mase i brzine vozila, kao i stanja puta, ovi sistemi će sprečiti neželjene rizične situacije budući da su u stanju da mnogo brže reaguju od vozača. Ipak, oni ne mogu da prevaziđu zakone prirode, pa prebrza ili preoštra vožnja na kraju neminovno završava nesrećom.
14
Slika 12 - komponente TC sistema ASR sistem koristi komponente ABS-a, npr. broj okretaja točka skida se preko ABS senzora. U kombinaciji sa drugim modernim sistemima kao što je sistem elektroničkog blokiranja dife rencijala (EDS) čini sveobuhvatan sistem za upravljanje vučom (TC - Traction Control). Kod ovakvih sistema (TC) se točkovi koji proklizavaju ciljano koče preko svoje kočnice, čime se povećava preneseni moment preko onih točkova koji ne proklizavaju.
Princip rada ABS i TC aktuator se nalaze u jednom kućištu i imaju 12 dvopozicionih elektromagnetnih ventila, koji kontrolišu hidraulični pritisak u kočionim čeljustima.Zatim tu se nalaze i dve pumpe kontrolisane od strane jednog motora, dva rezervoara i dva regulatora ventila.
15
Od dvanaest elektormagnetnih ventila tu su: - Dva glavna prekidačka ventila - Dva prekidačka ventila rezervoara - Četiri ventila za održavanje pritiska - Četii ventila za smanjenje pritiska Glavni prekidački ventil - otvara i zatvara hidraulično kolo između glavnog cilindra i elektromagnetnog dvopozicionog ventila za održavanje ABS pritiska.Njegova normalna pozicija je poluga zategnuta u otvorenu poziciju. Prekidački ventil rezervoara - otvara i zatvara hidraulično kolo od glavnog cilindra do pumpe aktuatora.Njegova normalna pozicija je poluga zategnuta u zatvorenu poziciju.Njegova konstrukcija i funkcionisanje je isto kao i kod ventila za smanjenje pritska. Ventili za kontrolu pritiska - regulišu pritiska kočione tečnosti, generisan pumpom aktuatora.
Slika 12 - ABS i TC aktuator
16
Kada je TC sistem aktivan, glavni prekidački elektromagnetni ventil i prekidački ventil rezervoara, kontrolišu kočioni sistem na točkovima, dok ventili za održavanje i smanjenje pritiska rade u tri moda: - Povećanje pritiska - Održavnanje pritiska - Smanjenje pritiska
Slika 13 - Normalno stanje 17
Slika 14 - Mod povećanja pritiska i stanje ventila
18
Slika 15 - Mod održavanja pritiska i stanje ventila
19
Slika 16 - Mod smanjenja pritiska i stanje ventila
20
EBS Osnove EBS je sistem upravljanja kočenjem razvijen posebno za teretna vozila opremljena vazdušnom kočionom instalacijom. Posebnost EBS-a je da može objediniti više funkcija koje se mogu realizovati izvršnim kočionim elementima kočionog sistema vozila. EBS omogućava: - neprekidnu regulaciju kočione sile na pojedinim točkovima vozila (EBV) - regulaciju prenosa vučnog momenta preko diferencijala (EDS) - kontrolu proklizavanja pogonskih točkova (ASR) - kontrolu blokiranja točkova u ekstremnim uslovima kočenja (ABS), - finu regulaciju odnosa kočenja vučno-priključno vozilo - ujednačeno trošenje kočionih obloga na svim osovinama vozila i smanjivanje troškova stajanja i servisiranja vozila - smanjen broj elemenata kočionog sistema - ispitivanje i dijagnozu pomoću računara
Slika 17 - područje delovanja EBS funkcija Karakterističnost EBS-a je njegova konstrukcija. Taj sistem čini obična dvovodna vazdušna instalacija koja je nadograđena sa elektropneumatskim ventilima i računarnom jedinicom.
21
Slika 18 - Karakteristične komponente EBS kočione instalacije, levo - redudantni ventil, desno - modulator zadnje osovine Dok su električne i elektronske komponente sistema ispravne, signal želje vozača za kočenjem ne uzima se iz upravljačkog (žutog) voda, već on putuje od pedale kočnice kao električni signal do računarne jedinice. Iz tog signala i signala senzora razmeštenih po vozilu (pritisci u ventilima, potrošenost kočione obloge, pritisak u vazdušnim jastucima, brzina obrtanja točkova, signal iz priključnog vozila) računarna jedinica izračunava optimalni pritisak kočenja za svaki točak i daje adekvatne električne signale prema izvršnim elementima sistema. Kada dođe do kvara u električno-elektronskom dielu EBS-a, EBS se isključuje, a kočenje preuzima gore spomenuti dvovodni kočioni sistem koji se ponaša kao i kod vozila opremljenih klasičnom vazdušnom kočionom instalacijom.
Prednosti i mogućnosti Proizvođači EBS kočnih sistema deklarišu sledeće prednosti u odnosu na konvencionalne vazdušne kočne sisteme: -brži odziv kočenja i samim time kraći zaustavni put vozila
22
Kod konvencionalnih kočnih sistema je signal želje vozača za kočenjem putovao cijevima sa kompresovanim vazduhom kao medijem. Time je brzina širenja takvog signala bila, teoretski, ograničena na brzinu širenja zvuka. Kod EBS-a taj se signal kreće električnim vodičem u obliku strujnog signala pa je time, uz još neke regulacijske zahvate, brzina odziva kočne instalacije bitno poboljšana. - poboljšana stabilnost vozila pri kočenju Dodatni deo regulacijske logike EBS-a čine algoritmi za održavanje stabilnosti vozila (npr. RSS1 , ESP2 , itd.). Zavisno od konfiguracije, postoji mogućnost regulacije kočenja pojedinih točkova na osnovu signala obrtanja točkova koji dolaze od klasičnih senzora brzine okretanja na pojedinim ili na svim točkovima Kočenjem pojedinih točkova u kritičnim situacijama, vozilo se može vratiti u stabilan režim. - poboljšana usklađenost kočenja vučnog i priključnog kočenja Razlika odziva vučnog i priključnog vozila svedena je na minimum, a svaka osovina skupa vozila se koči proporcionalno svom trenutnom opterećenju, odnosno na taj način se sve osovine, što znači i oba vozila, usporavaju jednako. Time se izbegava stvaranje nepotrebnih sila na vezi između vučnog i priključnog vozila i smanjuju se temperature izvršnih kočnih elemenata. - smanjenje broja delova sistema za kočenje Pojedini delovi EBS kočne instalacije obavljaju više funkcija za koje bi kod konvencionalnog vazdušnog kočnog sistema trebali postojati posebni uređaji. Primer: modulator zadnje osovine za motorno vozilo obrađuje signale senzora brzine obrtanja točkova zadnje osovine, senzora pritiska u vazdušnim jastucima zadnje osovine te ABS i ARS regulaciju. - smanjeni troškovi ugradnje i održavanja - bolja raspodela kočnih sila po osovinama i manje radne temperature izvršnih kočnih elemenata (kočnih obloga, diskova i bubnjeva) Svi konvencionalni kočni sistemi vrše neki oblik raspodele kočne sile po osovinama s obzirom na njihovo trenutno opterećenje ili na stanje trenja na putu. Međutim, u praksi, u puno slučajeva se dogodi da veći deo kočenja odradi pojedina osovina (ili vučno vozilo, ako se posmatra skup vozila) što rezultuje povišenom temperaturom njenih izvršnih kočnih elemenata. EBS kočni sistemi sprovode vrlo sofisticiranu regulaciju raspodele kočne sile, kako po osovinama pojedinačnog vozila, tako i po osovinama skupa vozila. To znači da se svaka osovina vozila (ili skupa vozila) koči upravo onoliko koliko treba da se uspori masa oslonjena upravo na tu osovinu, odnosno da svaka osovina daje svoj najveći, fizičko mogući, doprinos kočenju. Direktna posledica dobre raspodjele kočnih sila po osovinama su niže temperature izvržnih kočnih elemenata, a to znači i njihova veća efikasnost.
23
Slika 19 - Temperatura kočnih obloga skupa vozila sa i bez EBS regulacije - Na gornjem delu slike može se videti da je prosečna temperatura kočnih obloga vučnog i priključnog vozila približno jednaka, što rezultuje manjim vršnim temperaturama izvršnih kočnih elemenata vučnog vozila. Donji deo slike prikazuje značajnu razliku u temperaturi kočnih obloga vučnog i priključnog vozila jer zbog lošije regulacije usporavanje većeg dela mase skupa vozila pada na vučno vozilo. - ujednačenije trošenje kočnih obloga Kod nižih pritisaka kočenja, odn. kod manjih usporenja, algoritmu regulacije kočnih sila više nije prioritet raspodela kočnih sila prema opterećenju osovina, već prema potrošenosti kočnih obloga. Svaki EBS kočni sistem ima mogućnost praćenja potrošenosti kočnih obloga pomoću senzora. Na osnovu podataka o potrošenosti kočnih obloga, EBS regulacija za zadano usporenje primenjuje malo veće pritiske na izvršne kočne elemente čije su kočne obloge manje potrošene nego na one čije su kočne obloge više potrošene. - mogućnost dijagnoze pomoću računara. Elektronika EBS-a pri uključivanju provodi brojne postupke samotestiranja i dijagnoze te prati rad svih elemenata instalacije. U slučaju pojave grešaka u radu, računar ih detektuje
24
i pohranjuje u memoriju. Priključivanjem na dijagnostički priključak EBS sistema moguće je pomoću posebne programske podrške koju izrađuje proizvođač sistema očitati greške iz memorije i prema po- trebi ih izbrisati. Greške pohranjene u memoriji ne opisuju konkretan kvar, već je na serviseru i njegovom iskustvu da iz grešaka u memoriji zaključi o kojem se kvaru radi.
Način rada EBS kočne instalacije kod motornih vozila Bitna karakteristika EBS kočnih sistema je da se sastoje od osnovnog/konvencionalnog vazdušnog kočnog sistema na koji je nadograđen elektronički regulacijski sistem koji mu je nadređen i njime upravlja (Shema 1). Kada je kočna instalacija ispravna, električni sistem obrađuje električne signale koji su bitni za regulaciju kočenja (signal sa glavnog kočnog ventila koji se generiše pritiskom na papučicu kočnice, signali sa senzora brzine obrtanja točka, signali sa senzora opterećenja vozila, itd.) i na osnovu njih oblikuje električne signale koji se šalju elektropneumatskim regulacijskim ventilima. Elektropneumatski ventili pretvaraju pristigle električne signale u pritisak koji se koristi za kočenje. Istovremeno sa generisanjem električnog signala na papučici kočnice, stvara se i upravljački pritisak na glavnom kočnom ventilu za prednju i zadnju osovinu (zadnje osovine). Taj pritisak dolazi do elektropneumatskih ventila gde biva zadržan, jer je elektronički sistem potpuno funkcionalan i on upravlja kočenjem vozila.
25
Rad ispravne EBS kočne instalacije kod motornih vozila Pritiskom na papučicu glavnog kočnog ventila vozač zadaje željeno usporenje. Pre nego što se uopšte generišu upravljački pritisci za prednju i zadnju osovinu, glavni kočni ventil oblikuje električni signal koji putuje prema centralnom računaru EBS-a. Centralni računar preuzima signal i na osnovu njegove veličine te podataka o trenutnoj brzini vozila i opterećenju proračunava početne vrednosti kočenja za prednju i zadnju osovinu vozila. Kočenje prednje osovine, uopšteno (Šema 1) Signal sa centralnog računara (2) dolazi do elektropneumatskih regulacijskih elemenata prednje osovine (elektropneumatskih zapornih ventila (3a) i regulacijskih ventila prednje osovine (3). Sa primanjem električnog signala, elektropneumatski zaporni ventil (3a) zatvara ulaz upravljačkom pritisku u regulacijski ventil (3), koji još putuje od glavnog kočnog ventila (1). Regulacijski ventili istovremeno pretvaraju električni signal u pritisak koji se širi prema kočnim cilindrima prednje osovine (4). Ako dođe do tendencije točkova prednje osovine ka blokiranju, centralni računar će to registrirovati preko senzora brzine obrtanja točka prednje osovine (5) i aktivirati rad ABS regulacije.
26
Razlike među proizvođačima kod kočenja prednje osovine Proizvođači koji će biti obrađeni u ovom poglavlju su WABCO i KNORR
WABCO: Instalacija prednje osovine (vidi Šemu 2) sastoji se od tzv. proporcionalnog relej ventila (3) koji pretvara električni signal u pritisak i po jednog ABS ventila koji se uključuju kod ekstremnih uslova kočenja. Kod novije generacije EBS sistema ovog proizvođača, proporcionalni relej ventil, centralni računar EBS-a (1) i EBS glavni kočni ventil (2) integrisani su u jedan sklop. Upravljački pritisak zadržava se na ulazu u proporcionalni relej ventil.
27
KNORR: Instalacija prednje osovine (vidi Šemu 3) sastoji se od jednokanalnih modulatora pritiska (8), za svaku stranu po jedan. Oni pretvaraju električni signal koji im dolazi od centralnog računara EBS-a u pritisak kočenja i prema potrebi izvršavaju ABS regulaciju za svaki točak. Upravljački pritisak zadržava se na ulazima jednokanalnih modulatorapritiska.
28
Kočenje zadnje osovine, uopšteno (Šema 1) Početna vrednost kočenja za zadnju osovinu u obliku električnog signala dolazi na modulator pritiska zadnje osovine (6 i 6a) čiji ga računar preuzima i prema potrebi dodatno modificira u ovisnosti o trenutnom opterećenju zadnje osovine, promeni brzine, stanju obloga itd. Modulator pritiska zadnje osovine kontroliše nezaisno levu i desnu stranu osovine (osovina) te prema potrebi uključuje i ABS ili TCS regulaciju. 29
WABCO Zadnja osovina reguliše se tzv. modulatorom zadnje osovine (5) (vidi Šemu2).Upravljački pritisak se zadržava na tzv. redundantnom ventilu (6) koji se ugrađuje pre modulatora zadnje osovine. U slučaju kvara na elektroničkoj regulaciji, redundantni ventil ubrzava odziv i praćnjenje kočnih cilindara, te djelimično redukuje pritisak zadnje osovine. KNORR Zadnja osovina reguliše se tzv. dvokanalnim modulatorom pritisaka (12) (vidi Shemu 3). Ako je električna regulacija ispravna i funkcioniše, upravljački pritisak biva zadržan na ulazu modulatora pritiska redundantnim ventilom koji je u njega integrisan. U slučaju kvara na elektronici, taj ventil otvara prolaz upravljačkom pritisku koji upravlja modulatorom pritiska koji sada radi kao običan relej ventil.
Korekcija pritisaka kočenja s obzirom na opterećenje vozila Kod konvencionalnih vazdušnih kočnih sistema, korekciju pritiska kočenja u zavisnosti o opterećenju vozila u kočni sistem unosi ARSK ventil. Kod EBS-a za ARSK ventil nema potrebe jer korekciju unosi računar na temelju veličina merenih na motornom vozilu, a koje su karakteristične po tome da zavise o opterećenju vozila. WABCO Merenje razlike relativnog proklizavanja točkova prednje i zadnje osovine. Poznato je iz osnova fizike kretanja motornih vozila da zbog deformabilnosti automobilskog pneumatika dolazi do razlike između brzine vozila i obodne brzine točk vozila. To znači da se kod ubrzavanja vozila točak vozila okreće brže nego što se vozilo ubrzava, odnosno da se kod kočenja točak okreće sporije nego što se vozilo usporava. Kod idealno raspoređenih kočnih sila po osovinama vozila relativno proklizavanje na svim osovinama je jednako. EBS regulacija podešava pritiske kočenja prednje i zadnje osovine kako bi razlika relativnih proklizavanja bila minimalna. KNORR Merenje opterećenja vozila posredno senzorom pomaka kod vozila sa mehaničkim vješanjem, odnosno mjerenjem pritiska u vazdušnim jastucima kod vozila sa vazdušnim vješanjem. Rezultat merenja oba senzora pretvaraju u električni signal iz kojeg centralni računar proračunava potrebnu korekciju s obzirom na opterećenje vozila.
30
Rad pričuvnog kočnog sistema kod EBS kočne instalacije Računari EBS-a celo vreme prate stanje svih dijelova EBS-a. Kada se utvrdi ozbiljniji kvar na električnoj regulaciji, elektronika se isključuje, a kočenje preuzima konvencionalni kočni sistem. To znači da više nema električnih signala koji putuju od centralnog računara EBS-a. Svi ventili koji su se do sada po primanju električnog signala zatvarali na ulazu za upravljački pritisak ostaju otvoreni. Upravljanje kočenjem pomoću upravljačkih pritisaka dovodi do toga da kočenje postaje gotovo ne regulisano i grublje, ali dovoljno dobro da je moguće vozilo pomeriti sa saobraćajnice ili ga dovesti do najbližeg servisa. Pokretanje kočenja realizuje se na isti način kao i kod konvencionalnog kočnog sistema. Glavni kočni ventil (označen brojem 1 na Šemi 1) generiše upravljačke pritiske za prednju i zadnju osovinu u zavisnosti o pritisku na papučicu kočnice. Prednja osovina: Upravljački pritisak dolazi do proporcionalnog relej ventila (WABCO, vidi Šemu 2) ili jednokanalnog modulatora pritisaka (KNORR, vidi Šemu 3) koji sada rade kao obični relej ventili. Upravljački pritisak ih otvara i oni propuštaju kompresovani vazduh iz spremnika prema izvršnim kočnim elementima proporcionalno iznosu pristiglog upravljačkog pritiska. Kompresovani vazduh pokreće izvršne kočne elemente koji realizuju silu kočenja. Zadnja osovina: Upravljački pritisak dolazi do modulatora zadnje osovine (WABCO, vidi Šemu 2) ili dvokanalnog modulatora pritisaka (KNORR, vidi Šemu 3). To je moguće zato jer su ventili koji su do sada sprečavali prolaz upravljačkog pritiska do modulatora otvoreni. Upravljački pritisak otvara redundantni ventil koji šalje pritisak preko deaktiviranog modulatora pritiska (WABCO, vidi Šemu 2) prema kočnim cilindrima, odn. dolazi do dvokanalnog modulatora pritiska (KNORR, vidi Šemu 3) koji sad, radeći u režimu običnog relej ventila, propušta kompresovani vazduh iz spremnika drugog kruga prema izvršnim kočnim elementima zadnje osovine.
Primer rada modulatora pritiska zadnje osovine U ovom poglavlju bit će opisan način rada modulatora pritiska zadnje osovine proizvođača WABCO. Ovo je posebno dobar primer jer modulator zadnje osovine radi u kombinaciji sa redundantnim ventilom koji je zadužen za zatvaranje prolaza upravljačkom pritisku prema modulatoru te za regulaciju kočenja zadnje osovine u pričuvnom režimu rada. S obzirom na to da redundantni ventil nije integrisan u modulator zadnje osovine, kao npr. kod modulatora proizvođača KNORR, ističe se njegova uloga zaustavljanja upravljačkog pritiska pri EBS regulaciji, odnosno uloga relej ventila za upravljanje kočenjem zadnje osovine kada je EBS regulacija u kvaru. Opis rada modulatora pritiska pratiti na Slici 12.
31
Slika 20 - Presek modulatora pritiska zadnje osovine proizvođač WABCO Sredinu slike zauzima prikaz presjeka modulatora pritisakova zadnje osovine, a u donjem levom uglu prikazana je elektropneumatska šema redundantnog ventila. Slovima su označeni sledeći delovi modulatora: a i d - elektromagnetski ventili za upuštanje vazudha u kočne cilindre leve, odn. desne strane b i c - elektromagnetski ventili za zadržavanje i smanjivanje pritiska u kočnim cilindrima g i h - dvosmerni ventili za preusmeravanje kompresovanog vazduha u kočne cilindre zavisno o načinu rada modulatora (EBS ili redundantni način rada) e - odušak modulatora pritiska f i i - senzori pritiska za praćenje pritiska u kočnim cilindrima. Brojevima 11, 12 i 13 označeni su pneumatski ulazi u modulator pritisaka Brojevima 21, 22 i 23 označeni su pneumatski izlazi iz modulatora pritisaka. Brojevima 41, 42 i 43 označeni su pneumatski ulazi za pritiske kojima se upravlja redundantnim ventilom.
Rad modulatora kada je EBS ispravan Vozač pritiska papučicu kočnice i glavni kočni ventil koji šalje električni signal prema glavnom računaru EBS-a. Na osnovu pristiglog signala i na osnovu podataka koji su prikupljeni sa različitih senzora na vozilu, glavni računar proračunava potrebnu silu kočenja za koju šalje adekvatan električni signal prema proporcionalnom relej ventilu na prednjoj osovini, odnosno prema modulatoru pritisaka zadnje osovine. Takav električni signal dolazi i do redundantnog ventila koji zatvara ulaz 41 za upravljački pritisak. Upravljački pritisak se tu zaustavlja, a kočenje se reguliše električnim putem. Električni signal dolazi do računara modulatora pritiska koji ga pretvara u električne impulse koji upravljaju otvaranjem i zatvaranjem elektropneumatskih ventila. Modulator pritiska se sastoji od ventila koji rade u parovima (na slici to su parovi a-b i c-d) na način 32
da jedan ventil služi za povećanje pritiska u kočnom cilindru (ventil a), a drugi služi za zadržavanje tog pritiska ili za njegovo smanjivanje (ventil b). Električni impulsi dolaze na ventile a i b. Ventil a se otvara i propušta vazduh prema kočnom cilindru, a ventil b se zatvara, odnosno zatvara izlaz prema odušku e. Računar modulatora pritiska prati veličinu pritiska u kočnom cilindru senzorom f (pritisak na izlazu 21). Kada pritisak u kočnom cilindru postigne vrednost koju zahteva glavni računar EBS-a, ventil a se zatvara. Ako vozač popusti papučicu kočnice ili točak posmatranog cilindra počne težiti ka blokiranju, glavni računar EBS-a će prilagoditi odgovarajući električni signal na osnovu kojeg će pak modulator zadnje osovine otvoriti ventil b i ispuštati kompresovani vazduh kroz odušak e u atmosferu sve dok se u kočnom cilindru ne postigne pritisak koji ispunjava uslove zadane glavnim računarom EBS-a. Otpuštanjem papučice kočnice, ventil b se otvara do kraja i kroz njega se kočni cilindar do kraja prazni kroz odušak e modulatora pritiska. U gornjem tekstu naveden je primjer rada para ventila koji regulišu jednu stranu osovine. Na potpuno identičan način radi i par c-d koji reguliše kočenje druge strane osovine.
Rad modulatora i redundantnog ventila kada je EBS neispravan Ako se utvrdi bilo kakva neispravnost na eletroregulacijskom dielu EBS kočne instalacije, glavni računr isključuje elektroničku regulaciju i kočenje preuzima osnovni pneumatski kočni sistem. Kada nastupi kočenje, na glavnom kočnom ventilu stvaraju se upravljački pritisci za prednju i zadnju osovinu. Upravljački pritisak za zadnju osovinu nailazi prvo na redundantni ventil. S obzirom na to da elektronički dio regulacije ne radi, nema električnog signala koji bi zatvorio ulaz upravljačkom pritisku na redundantnom ventilu. Zato se ovaj ponaša kao relej ventil i na osnovu upravljačkog pritiska on propušta vazduh iz spremnika kroz svoj izlaz (šhema u donjem levom uglu Slike 20 , označen brojem 2) prema modulatoru zadnje osovine. Modulator zadnje osovine je sad potpuno neaktivan. Na njegov ulaz 13 dolazi pritisak iz redundantnog ventila. Taj pritisak na svom putu pomiče dvosmjerne ventile g i h u gornji položaj na način da se otvori vod prema kočnim cilindrima. Kompresovani vazduh prolazi kroz izlaze 21 i 22 i puni kočne cilindre zadnje osovine. Dokle god je papučica kočnice stisnuta, pritisak će se održavati konstantnim, a kada se papučica otpusti, upravljački pritisak nestaje s ulaza na redundantni ventil 41. Redundantni ventil se sad otvara prema atmosferi i prazni kočni cilindar. Ovdje je važno primijetiti da je modulator zadnje osovine potpuno pasivan, a da zapravo redundantni ventil obavlja svu regulaciju kočenja.
SBC Uopšteno Neodlučnost vozača u kritičnim situacijama česti je uzrok produženja puta zaustavljanja, a ponekad i toliko dugog da ima tragične posledice. To su situacije kad umesto da do zaustavljanja dođe nekoliko metara ili čak centimetara prije prepreke vozilo svoj put završava u prepreci. Konstruktori modernih sistema za zaustavljanje automobila 33
pokušavaju eliminisati sve moguće činioce koji povećavaju put zaustavljanja. Jedan od njih je dakako i neodlučnost ili smušenost vozača u kritičnim i iznenadnim situacijama. SBC sistem upravo ima za cilj eliminisati ovaj negativni činioc u procesu zaustavljanja (kočenja) vozila. Jedan od poznatijih sistema, koji pripomaže vozaču prilikom kočenja u kritičnim situacijama je svakako Asistent kočenja - BAS (njem. Bremsassitent) kojeg je razvila firma BOSCH, a svoju prvu primenu je našao u luksuznim varijantama mercedesovih automobila. Uz pomoć sistema senzora prepoznaje se pokušaj potpunog kočenja i daje signal hidrauličnoj instalaciji za puni pritisak kočenja. Dinamičko upravljanje kočenjem - DBC (eng. Dynamic Brake Control) je sistem koji deluje na sličnom principu i aktivno pomaže vozaču pri kočenju u opasnosti. Kod brzog pritiskanja pedale kočnice sistem povećava, nezavisno o pritisku na pedalu, silu kočenja toliko da se dostigne maksimalno usporavanje vozila i najkraći mogući zaustavni put. Korak dalje ide trenutno najnapredniji sistem kočenja pod nazivom Sensotronic Brake Control -SBC. Ovde se radi o elektrohidrauličkom uređaju za kočenje koji ne pomaže samo skratiti zaustavni put, nego i optimizira upotrebu Programa električne stabilizacije (ESP). Uoči li SBC brzo premještanje noge s pedale gasa na pedalu kočnice, stisnut će kočione pločice lagano na kočione diskove kako bi se smanjio zazor između diska i kočionih pločica i time smanjilo vrijeme odziva kočenja. Kada nastupi stvarno kočenje, kočione pločice mogu stisnuti diskove zahtjevanom silom. Osim toga SBC brzim slijedom fino doziranih impulsa kočenja pomaže programu ESP, da vozilo kojem prieti gubitak stabilnosti putanje kretanja pravovremeno i na siguran način stabilizuje. Ovakva, inteligentna, hidraulična kočnica nudi još neke nove prednosti: ako su zbog vlažnog puta aktivirani brisači, ESP će samostalno, povremenim laganim pritiskanjem kočionih obloga, s diskova skidati tanki vodeni sloj.
34
Slika 21 - Primer blok dijagrama SBC sistema W211
ESP Istorijat U poslednjih dvadesetak godina, gustina saobracaja i uopšte broj automobila na putevima se drasticno povecao, više nego udvostrucio. Uprkos ovoj cinjenici, broj saobracajnih nesreca se nije povecao. Uz veliki globalni napredak u samoj saobracajnoj infrastrukturi, velika zasluga ide i novim sistemima bezbednosti za ucesnike u saobracaju. Naravno, tu pre svega mislimo na putnike u vozilima, koji se danas voze u snažnijim, ali i bezbednijim automobilima. Nakon sigurnosnih pojaseva (Ford, 1955.), vazdušnih jastuka (GM, 1974.) i ABS sistema (Bosch i Mercedes-Benz, 1978.), pre desetak godina se došlo do još jednog velikog pronalaska koju >glavu cuva< u kriticnim situacijama. To je ponovo patent kompanije Bosch, originalno nazvan >Elektronisches Stabilitätsprogramm< (ESP). Vrlo brzo su svi svetski proizvodjaci uvideli efikasnost tada novog sistema i poceli su isti, u razlicitim varijantama, da ugradjuju u svoje serijske automobile. Otuda i veliki broj razlicitih naziva za njega, kao npr. VSC (Vehicle Stability Control, Toyota), CST (Controllo Stabilita, Ferrari), DSC (Dynamic Stability Control, BMW i MINI) itd. To je u suštini sve jedan te isti sistem, koji je jednostavne konfiguracije, ali izuzetno složene mehanike i elektronike. Pokušacemo da vam u daljem tekstu objasnimo neke osnove revolucionarnog ESP-a.
35
Slika 22 - Vozilo bez ESP-a i sa ESP-om
Šta radi ESP? Ovaj elektronski program stabilnosti nastoji, jel, da održi automobil stabilnim u svim uslovima vožnje. Ono što je njega proslavilo i etiketiralo kao vrlo efikasnim jeste funkcionisanje u ekstremnim, kriticnim situacijama. ESP ima mogucnost ispravljanja grešaka vozaca i reaguje umesto njega u potencijalno opasnim situacijama na putu. Primarna namena je održavanje putanje vozila, dakle, eliminacija bilo kakvog proklizavanja, pod- ili nad-upravljanja (understeer i oversteer), a to se postiže uklapanjem u postojece ABS i TCS sisteme. Dok za ABS svi verovatno znamo šta je, TCS je skracenica za >Traction Control System< i ima relativno malu ulogu kao nezavisan sistem – omogucavanje adekvatne trakcije tockova i podloge, najcešce pri kretanju iz mesta. Drugim recima, eliminiše njihovo proklizavanje, odnosno okretanje u mestu. Sa TCS-om nema više škripa guma pri naglom startu, ali ovaj sistem je danas mnogo znacajniji jer omogucava našem ESP-u znacajnu hardversku podršku. Ovom triu treba dodati i ECU kao glavni >nadzorni organ< u automobilu.
Kako radi ESP? Program elektronske stabilizacije ESP nastoji, delovanjem na kočnice i na sistem upravljanja motorom, smanjiti uticaj centrifugalne sile na kretanje vozila. Cilj djelovanja ovog programa je da se kretanje vozila stabilizuje unutar fizičkih granica i da se ono kreće na najbolji mogući način u smjeru koji vozač želi. Ukoliko automobil, na primjer zbog prebrze vožnje u desnom zavoju (vidi sliku 23), prokliže preko prednjih točkova (tzv. stanje podupravljanja), a vozač i dalje nerazborito 36
drži pedalu gasa, ESP će u prvom redu pomoću integrisanog sistema regulacije pogonskog proklizavanja ASR smanjiti snagu motora. Ako to nije dovoljno, ESP će kočiti zadnji točak u unutrašnjoj putanji skretanja kako bi vozilo bolje slijedilo skretanje.
Slika 23 - Delovanje ESP sistema Na odgovarajući će način u slučaju proklizavanja u skretanju preko zadnje osovine (tzv. stanje preupravljanog vozila) biti aktiviran ASR sistem i povremeno kočen zadnji točak u vanjskoj putanji skretanja kako bi se stvorio potreban protivmoment za njegovo vraćanje u ispravnu putanju (vidi sliku 23). ESP Program u svom delovanju koristi Sistem protiv blokiranja točkova (ABS), Sistem elektronske razdele snage kočenja (EBV), Sistem elektroničkog blokiranja diferencijala (EDS), i Sistem regulacije pogonskog proklizavanja (ASR). ESP na neki način integriše rad svih ovih sistema i na taj način pridonosi maksimalnoj stabilnosti vozila u kritičnim uslovima vožnje. Na tržištu za slične sustave, ovisno o proizvođaču, postoje brojni nazivi: Dinamičko upravljanje stabilnošću - DSC (eng. Dynamic Stability Control), Regulacija dinamike vožnje - FDR (njem. Fahrdynamikregelung nj.), Interaktivni dinamički vozni sistem IDS (njem. Interaktives Dinamisches Fahr-System), Upravljanje stabilnošću Porshe PSM (eng. Porsche Stability Managment) ili Upravljanje stabilnošću vozila - VSC (eng. Vehicle Stability Control). Ali svi oni imaju za cilj, uz pomoć visoko osjetljivih senzora, na osnovi ugla zakreta volana, broja okretaja točkova, poprečnog ubrzanja kao i srednje vrednosti brzine skretanja (oko vertikalne ose vozila), na vreme prepoznati nestabilno vozno stanje (početak proklizavanja). Na osnovu takvih pokazatelja ugrađena elektronika deluje na sistem kočenja, odnosno na sistem upravljanja motorom.
37
Kao što i sami vidite ESP prakticno nije nezavisan sistem, vec se sastoji i iz više drugih. Samo simultani rad ABS, TCS, ECU i ESP delova može dati rezultat, gde možemo pridodati još i BA (Brake Assist) i EBD (Electronic Brakeforce Distribution) sisteme kao relevantne. Osnova svega jeste da ESP kontroliše rad kocnica i motora vozila. Rad kocnica se kontroliše pre svega putem ABS-a, ali i svih njegovih pridružnih sistema (BA, EBD itd.). Shvatanje uticaja sistema stabilnosti vozila je vrlo jednostavan – zamislite da se vozite na sankama niz strm nagib prekriven snegom. Na onim obicnim sankama, naravno, nemate volan i prakticno morate upravljati putem nazovi >ESP principa<. Da bi skrenuli levo morate spustiti levu ruku u sneg i napraviti otpor o podlogu, logicno, obrnuto za suprotnu stranu. Tako vi prakticno kocite levom, odnosno desnom stranom vašeg >vozila< i menjate mu pravac kretanja. Slicna stvar se odvija i u automobilu koji je opremljen ESP-om. On, na osnovu velikog broja podataka iz nekoliko senzora, kroz ECU u trenutku odlucuje koji tocak, tj. koji tockovi i sa koje strane trebaju da koce kako bi vozilo što efikasnije održalo svoju inicijalnu putanju.
Slika 24 - Rspored ESP komponenti
Razvoj ESP sistema Razvitak ESP sistema je donosio i razlicite verzije i generacije ovog implementrianog uredjaja. Najveci progres iz generacije u generaciju je uglavnom vezan za broj razlicitih senzora i uredjaja koji daju važne informacije za njegov rad. Tako danas imamo aktuelan sistem koji poseduje brzinske senzore novijeg tipa na sva cetiri tocka, koji pored toga što mere brzinu pojedinacnog tocka, takodje i odredjuju smer njihovog kretanja i nagib pod kojim stoje u odredjenom trenutku, što je relevantno za prednje tockove. Pored njih, tu je i glavni orijentacioni senzor, koji je postavljen pozadi i na osnovu njegovog rada ECU zna u kom se smeru krece automobil, da li je došlo do naglih promena pravca, da li je došlo do vertikalne rotacije itd. Svi ovi senzori su povezani sa ECU-om, glavnim kompjuterom u automobilu, odakle se distribuira komanda samom vozilu. Komanda
38
može biti usporavanje ili pak ubrzavanje rada motora zavisno od situacije, ali i kocenje tockova, i to svakog tocka ponaosob! Ovo se izvodi slanjem komande od ECU-a ka hidraulicnom modulatoru, koji se inace brine za pravilan rad ABS-a. Ovaj modulator je postavljen izmedju glavnog kocionog cilindra i kocionih cilindara u tockovima i tako prakticno kontroliše rad svakog tocka. Ranije je uticaj bio samo na dva, pa zatim na tri, medjutim danas aktuelna generacija sistema stabilnosti nezavisno utice na sva cetiri tocka simultano!
Slika 25 - Senzor brzine obrtanja točka Brojne svetske studije o bezbednosti u saobracaju su nedvosmisleno pokazale da ovaj sistem po efikasnosti ide rame uz rame sa pronalascima kao što su sigurnosni pojasevi ili vazdušni jastuci. Najveci uzrok nezgoda sa fatalnim posledicama jesu upravo one zbog iznenadnih situacija i proklizavanja automobila. ESP pomaže da se vozilo održi na svojoj putanji, što je konkretno u SAD pomoglo da se godišnje spasi preko 7000 života, što je u procentima oko 30% manje nesreca sa tragicnim ishodom! Naravno, imajuci u vidu veliku kontrolu koju ova elektronika na sebe preuzima, mnogi vozaci prevashosno snažnijih, sportskih automobila su se žalili kako nemaju potpunu kontrolu nad kolima i da ESP znacajno smanjuje krajnje performanse. Od pre nekoliko godina se nudi kompromis u vidu tastera koji iskljucuje rad ESP sistema, ili kompjutersko podešavanje uticaja ESPa u vožnji po želji vozaca. Ipak, ovo su ekstremni slucajevi i naravno da je preporucljivo da on stalno ostane ukljucen, pa tako u vecini modela koji nisu namenjeni nekoj bržoj vožnji i nema ove opcije. Dokazano je da ESP cuva živote i definitivno je poželjno imati isti ugradjen u automobil. Možda (i daj Bože) njegov rad nikad ne vidite na delu, ali u ekstremnim situacijama on svakako pruža veliku sigurnost vozacu i putnicima, pa se uskoro ocekuje da bude i zakonski standard za sve automobile koji se budu prodavali na tržištu.
39
Slika 26 - Dugme za deaktivaciju ESP sistema Važno: ESP ne može pobijediti poznate zakone fizike i staviti ih van snage. Zato, ako vozač pretjeruje u svojim zahtjevima za upravljačem automobila, čak niti najbolja pomoć elektronike ne može spriječiti nesreću.
40
Literatura: Centar za vozila Hrvatske - stručni bilten 109 Centar za vozila Hrvatske - stručni bilten 116 Advanced Automotive Fault Diagnosis - Tom Denton Automotive Computer Controlled Systems - Allan Bonnick Lexus technical training - Traction Control System (TRAC) http://www.automobilizam.net/ http://www.motorna-vozila.com/
41
Sadržaj: ABS....................................................................................1 Istorijat..............................................................................................1 Zašto je važno sprečiti blokiranje točka.........................................3 Konstrukcija ABS-a..........................................................................6 Način rada ABS-a.............................................................................7 Stabilnost i zaustavni put vozil......................................................10 Tipovi ABS-a...................................................................................12 Zaključak.........................................................................................13
ASR (TC)..........................................................................14 Osnove..............................................................................................14 Princip rada.....................................................................................15
EBS....................................................................................21 Osnove..............................................................................................21 Prednosti i mogućnosti....................................................................22 Način rada EBS kočne instalacije kod motornih vozila...............25 Rad ispravne EBS kočne instalacije kod motornih vozila...........26 Razlike među proizvođačima kod kočenja prednje osovine........27 WABCO............................................................................................27 KNORR............................................................................................28 Kočenje zadnje osovine, uopšteno (Šema 1)..................................29 Korekcija pritisaka kočenja s obzirom na opterećenje vozila.....30 Rad pričuvnog kočnog sistema kod EBS kočne instalacije..........31 Primer rada modulatora pritiska zadnje osovine.........................31 Rad modulatora kada je EBS ispravan.........................................32 Rad modulatora kada je EBS neispravan.....................................33
SBC....................................................................................33 Uopšteno............................................................................................33
ESP....................................................................................35 Istorijat.............................................................................................35 Šta radi ESP.....................................................................................36 Kako radi ESP.................................................................................36 Razvoj ESP sistema.........................................................................38
Literatura.........................................................................41
42
43
