AKIII-3.13 ABS system

Projekt:
ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ
Téma:
3.13
Obor:
Autokarosář
Ročník:
2.
ABS
Zpracoval(a): Bc. Petr Ondrůšek, ing. Richard Hasík
Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010
Obsah
1. Funkce a úkol Brzd............................................................................................................3
1. 1 Brzdová soustava........................................................................................................3
2. Brzdná dráha .....................................................................................................................4
3. ABS....................................................................................................................................5
3. 1 ABS musí zajistit.........................................................................................................6
3. 2 Součásti ABS.............................................................................................................6
3. 3 Funkce ABS................................................................................................................8
3.4 Jak poznáte činnost systému ABS.............................................................................10
4. Nástavbové funkce ABS..................................................................................................10
4. 1 EDS ..........................................................................................................................11
4. 2 ASR...........................................................................................................................11
4. 3 ESP...........................................................................................................................11
4. 4 EBV...........................................................................................................................12
5. Závěr................................................................................................................................12
Použitá literatura .....................................................................................................13
1. FUNKCE A ÚKOL BRZD
1. 1 BRZDOVÁ SOUSTAVA
Brzdy patří k nejdůležitějším ústrojím vozidla, protože podstatnou měrou rozhodují o
bezpečnosti jeho provozu. Brzdy pracují na principu maření pohybové energie vozidla. Nejčastěji se
využívá tření. Existují i brzdy odlehčovací, které využívají jiných druhů odporu např. (výfuková,
aerodynamická, elektromagnetická). Mařením pohybové energie vozidla třením v brzdě vniká teplo.
Množství energie vzhledem k vysokým hmotnostem a rychlostem vozidel je větší než si obvykle
uvědomujeme. Pro představu například pro zastavení vozidla střední třídy o celkové hmotnosti
1500 kg jedoucího rychlostí 80 km·h-1 je třeba zmařit toto množství pohybové energie:
E = mv2/2 = 1500(80/3,6)2/2 = 370 000 J
Zanedbáme-li odporů vozidla při jízdě, můžeme předpokládat, že se celé množství této energie
přemění v teplo brzd. Takové množství energie by stačilo k ohřátí téměř celého litru vody (přesně
0,88 l) na bod varu. Z toho vyplývá, že na materiál třecích brzdových částí jsou kladeny vysoké
požadavky na tepelnou odolnost a samozřejmě musí zabezpečovat dobrý odvod tepla do okolí.
Úkolem brzdové soustavy je při působení síly řidiče na brzdový pedál vyvinout potřebný
brzdicí účinek. Podle toho jakým způsobem se síla řidiče přenáší na mechanismus brzd pak
rozdělujeme brzdy na:
➢ přímočinné (mechanické, kapalinové)
➢ polostrojní (kaplinové podltakové, mechanické polostrojní, mechanické podtlakové)
➢ strojní (vzduchové, kapalinové, vzduchokapalinové)
➢ zpomalovací (výfukové, elektromagnetické, aerodynamické kapalinové)
Dále se budeme věnovat zejména polostrojním kapalinovým podtlakovým brzdám. Tento
druh brzdového systému je v dnešní době nejpoužívanějším brzdovým systémem u osobních
automobilů. Přenos ovládací síly zabezpečuje brzdová kapalina. Jak víme kapalina je nestlačitelná
čili je velmi vhodným médiem pro přenos ovládací síly. Síla vyvinutá řidičem na brzdový pedál se
přenáší na hlavní brzdový válec, kde se stlačuje brzdová kapalina. Sílu vyvinutou řidičem ještě
zvyšuje většinou podtlakový posilovač brzd. Brzdový válec je dvouokruhový tandemový většinou
zapojen diagonálně - to znamená, že jsou kola zapojena do kříže, čili jeden okruh je jedno přední
kolo a k němu zapojeno diagonálně zadní kolo. Vyvinutý tlak kapaliny se přenáší brzdovým
potrubím a brzdovými hadicemi k brzdovým válečkům. Někdy ještě může být zařazen u zadní
nápravy regulátor brzdné síly, který v závislosti na zatížení zadní nápravy automobilu reguluje
velikost brzdné síly v kolech zadní nápravy.
Brzdy automobilu musí být správně zkonstruovány a dostatečně nadimenzovány tak, aby
dostatečně účinně snížily rychlost vozidla nebo jej úplně zastavily. Nejvyšší možná síla, kterou lze
přenést mezi stykem kola a vozovkou při daném jejím stavu je tzv. adhezní síla. Překročí-li velikost
brzdné síly adhezní sílu, dojde k zablokování kola a kolo se již neodvaluje, ale smýká se.
Zablokované kolo pak přenáší menší sílu a ztrácí svoji vodicí schopnost. Proto u dnešních
moderních automobilů je brzdový systém vybaven jednotkou ABS s dalšími jeho funkcemi.
2. BRZDNÁ DRÁHA
Brzdná dráha je vzdálenost, na které se vozidlo jedoucí nějakou počáteční rychlostí úplně
zastaví. Brzdná dráha je tvořena dvěma faktory a to reakční dobou řidiče a vlastní brzdnou dráhou
vozidla. Reakční doba řidiče je doba, kdy rozpozná kritickou situaci, zpracuje ji a začne brzdit. Trvá
asi jednu sekundu, záleží velmi na rychlosti reakce řidiče. V tomto čase se stále pohybuje vozidlo
nezměněnou rychlostí. Brzdná dráha závisí na počáteční rychlosti a na mnoha parametrech
viz.tab.1.
Rychlost vozu
Reakční dráha
Brzdná dráha
Dráha zastavení
50km/h
14m
14m
28m
60km/h
17m
20m
27m
80km/h
22m
35
57m
50km/h
14m
19m
33m
60km/h
17m
28m
45m
80km/h
22m
49m
71m
50km/h
14m
64m
78m
60km/h
17m
93m
110m
80km/h
22m
165m
187m
suchá silnice
mokrá silnice
náledí
Tabulka č.1 Velikost brzdné dráhy
Průběh brzdění probíhá následujícím způsobem (znázorněno grafem obr č.1):
– tr reakční doba je doba, kdy řidič zpozoruje překážku do doby, kdy položí nohu na
brzdový pedál.
– tp prodleva brzdění je doba, po kterou se vymezí vůle v brzdové soustavě, brzdové
obložení se dotkne třecích ploch.
– tn doba náběhu brzdy je doba, po kterou účinek dosáhne svého maxima.
– tu doba brzdění je čas plného brzdění.
Obr. č.1 Znázornění brzdné dráhy
Z uvedeného vyplývá, že během reakční doby řidiče vozidlo ujede poměrně velkou
vzdálenost, proto bychom neměli zapomínat při jízdě vždy dodržovat bezpečnou vzdálenost která se
ze zvyšující rychlostí prodlužuje. Měla by se rovnat minimálně vzdálenosti kterou urazí vozidlo v
dané rychlosti během dvou sekund.
3. ABS
Co znamená zkratka ABS? vychází z anglického Antiblockiersystem nebo Anti-lock Brake
System v českém překladu systém proti blokování kol a to ve stručnosti vystihuje, jaký úkol má
tento systém ve vozidle.
ABS bylo vynalezeno v roce 1929, původně pro letadla, francouzským vynálezcem
Gabrielem Voisinem. Do automobilového průmyslu se hojně rozšířil až v polovině 90. let
20. století, kdy se ABS stává velmi uznávaným prvkem aktivní bezpečnosti vozidla. Samozřejmě
bylo ABS u automobilů používáno již mnohem dřív, ale dlouho bylo považováno za nadstandardní
výbavu vozidla, poprvé se ABS objevilo v příplatkovém ceníku v roce 1980 a to u vozů Mercedes
Benz a hned na to u vozů BMW řady 7. Avšak největší podíl na zavedení ABS do brzdového
systému automobilů má firma Bosch, která ve spolupráci s automobilkami ABS sestrojila a vyladila
pro použití v automobilech. V dnešní době se natolik rozšířilo, že ho vnímáme jako běžnou součást
brzdových systémů, dokonce se uvažuje aby nově vyráběné vozidla byla povinně vybavena tímto
systémem. V některých zemích se již prodávají jen auta standardně vybavena ABS a v některých i
s ESP. Dnes již také existuje hodně nástavbových systémů pro ABS jako jsou například ASR,ESP,
které zvyšují bezpečnost cestujících ve voze. Podle některých odborníků je vynález
protiblokovacího zařízení brzd pro bezpečnost stejně důležitý jako bezpečnostní pásy, kotoučové
brzdy nebo zalomený sloupek řízení.
Co zabezpečuje ABS?. Je to tedy prvek aktivní bezpečnosti, který zabraňuje zablokování
kola při brzdění. Styk kola s vozovkou, respektive tření ve stykové ploše mezi povrchem vozovky
a pneumatikou, má zásadní vliv nejen z hlediska vlastní jízdy vozidla, ale i jeho jízdních vlastností
a bezpečnosti provozu. Styková plocha, která je u osobního automobilu velká asi jako lidská dlaň,
musí zaručit přenos všech hnacích, brzdných a bočních vodících sil. Bezpečný přenos sil je zajištěn
jen tehdy, když se kolo odvaluje a neprokluzuje, zablokované kolo není schopno přenášet žádnou
boční sílu a tím se vozidlo stává neřiditelné. Proto se kola musí stále odvalovat. Tento žádoucí stav
mohou zajistit jen elektronicky řízené systémy ABS a ASR. Systém ABS udržuje otáčení kola na
hranici smyku, čímž zajišťuje zachování stability, řiditelnost a ovladatelnost vozidla v mezních
situacích (např. prudké brzdění). Na obrázku č.2 je vidět průběh velikosti brzdné síly v závislosti na
velikosti skluzu, čárkovaný průběh síly odpovídá určité velikosti skluzu vyjádřeno v (%) a na tuto
hranici je nastavena regulační oblast. Je to oblast, kdy dochází k největšímu zpomalení vozidla,
systém ABS je nastaven tak, aby se otáčky kola pohybovaly v této oblasti.
1- Letní pneumatiky na
suchém betonu
2 - Zimní vzorek na
mokrém betonu
3 - Zimní vzorek na sněhu
4 - Zimní vzorek na ledě
Obr.2 Síly působící na kolo na mezi skluzu a součinitel adheze pro různé povrchy vozovky a
pneumatiky.
3. 1 ABS MUSÍ ZAJISTIT
➢ regulaci brzdné síly musí zajistit stabilitu a ovladatelnost vozidla při všech stavech jízdní
dráhy od suché asfaltové vozovky až po náledí
➢ regulace brzdné síly se musí rychle přizpůsobit změnám adheze (povrchu) vozovky (např.
asfalt, štěrk)
➢ musí zabránit rozkývání vozidla
➢ systém ABS musí rozeznat aquaplanning a vhodně na něj reagovat
➢ bezpečnostní systémy musí neustále kontrolovat bezchybnost funkce ABS; při zjištění
závady systém vypnout a o jeho nedostupnosti informovat řidiče rozsvícením kontrolky
3. 2 SOUČÁSTI ABS
➢ řídící jednotka (obr.3)
➢ hydraulické čerpadlo (většinou společně s řídící jednotkou tvoří jeden celek
➢ regulační ventily (většinou součástí řídící jednotky)
➢ tlakový akumulátor (spíše u starších systémů)
➢ regulátor s volnými písty
➢ snímače otáček kol (obr.4)
➢ elektrické vedení
➢ pulzní kolo (v dnešní době často umístěno v ložisku kola vozidla)
Obr.3 Pulzní kolo
Obr.4 Snímač otáček kola
Obr.5. Přední brzda OCTAVIA s ABS
3. 3 FUNKCE ABS
Řídící jednotka systému ABS (obr.3) neustále zjišťuje aktuální rychlost každého kola za
pomocí snímačů otáček kol, které vytváří napěťový signál, z něhož řídící jednotka vypočítá aktuální
rychlost jednotlivých kol obrázek č.6. Z rychlostí dvou diagonálně umístěných kol určuje tzv.
referenční rychlost vozidla, kterou porovnává s otáčkami jednotlivých kol. Tímto neustálým
porovnáváním se zjišťují aktuální zrychlení, zpomalení a skluz každého z kol. Pokud dojde ke
skokovému snížení rychlosti některého z kol pod stanovenou hodnotu oproti referenční rychlosti,
řídící jednotka odpustí bez ohledu na polohu brzdového pedálu tlak z brzdového systému
pomalejšího kola a ihned po jeho roztočení opět tlak napustí zpět. Tuto akci jsou systémy ABS
schopné opakovat několikrát za sekundu (až 16 x za sekundu) a to po celou dobu brzdění až do
minimální rychlosti 4 km/h, kdy se systém ABS sám odpojuje.
Legenda:
1. pulsní kolo
2. magneticky snímač ABS
3. elektrické vedeni
4.hydraulická jednotka s řídící
jednotkou ABS
Obr.6. Schéma propojení jednotlivých částí ABS
Jednodušší regulace brzdného účinku je u vozidel, které jsou vybavena brzdovým systémem,
který je ovládán tlakovým vzduchem (používá se zejména u nákladních vozidel) u tohoto systému
totiž řidič nevyvíjí sílu, která později působí v kole, ale sešlápnutím pedálu určuje velikost tlaku
působícího v brzdě. Jednotka ABS u takového systému nemusí vracet tlak kapaliny, ale jen upustí
tlak vzduchu z brzdového válce. Složitější je potom regulace u vozidel s návěsem nebo s vlekem,
kde je pochopitelně i složitější samotná brzdová soustava.
Obr.7. Snímač otáček kol a jeho funkce
3.4 JAK POZNÁTE ČINNOST SYSTÉMU ABS
Při prudkém brzdění na mezi adheze je slyšet přerušované brzdění, např. na mokré vozovce.
Přerušování způsobuje svou činností právě ABS, když odpouští tlak v brzdovém systému. Tím sníží
brzdnou sílu a kolo se odblokuje. Pedál při této činnosti jakoby kope a při delším brzdění klesá
k podlaze. Málo zkušený řidič by se mohl zaleknout a povolit brzdový pedál, to by ovšem byla
chyba.
V dnešní době se ABS rozšířilo i do dvoustopých vozidel čili do motocyklů, kde plní stejnou funkci
jako u automobilů. Zablokováním kola u motocyklu je daleko nebezpečnější než u automobilu.
Funkce ABS je řidiči signalizována kontrolkou obrázek č.7. Pokud kontrolka ABS svítí, je systém
nefunkční. V takovém případě je zapotřebí vyhledat servis a systém nechat opravit, jelikož má
zásadní vliv na fungování brzd.
Brzdná dráha na mokré vozovce.
Na suché vozovce má vozidlo bez ABS kratší brzdnou dráhu. Na vlhké vozovce se už
rozdíly vyrovnávají a na zledovatělém povrchu má vozidlo s ABS brzdnou dráhu kratší. Důležitou
výhodou však zůstává především možnost řízení vozidla při brzdění. Ukázka průjezdu zatáčkou
vozidla s ABS a vozidla bez ABS obr.8
Obr.8. Průjezd zatáčkou a překonání překážky vozidla s ABS a bez ABS
4. NÁSTAVBOVÉ FUNKCE ABS
Tyto funkce ABS jsou vlastně nové systémy aktivní bezpečnosti, které by mohly existovat
i samostatně, ale technické řešení je stejně složité jako usamotného ABS, kdy tyto systémy užívají
stejné signály jako ABS. A proto se jen jednotka ABS doplní funkcí ESP a ASR.
4. 1 EDS
Elektronická uzávěrka diferenciálu. Tato funkce umožňuje snazší rozjezd automobilu na
vozovce se sníženou adhezí, kdy dochází k prokluzu jednoho kola, systém kolo, které se volně
protáčí přibrzdí tím oklame diferenciál který přenese sílu na kolo, které stojí na podkladu s větší
adhezí a proto se může automobil lépe a rychleji rozjet.
4. 2 ASR
Systém regulace prokluzu kol. Zabraňuje prokluzu hnacích kol a to ve všech rychlostech,
čímž zabezpečuje stabilitu a ovladatelnost vozidla při akceleraci.
Při akceleraci se zvyšuje hnací síla kol a ta přenášejí vysoký kroutící moment na vozovku.
Pokud je dostatečná adheze, vozidlo začne zrychlovat. Pokud ale přenášený kroutící moment
překročí fyzikálně daný maximální přenositelný moment, kola začnou prokluzovat. Tím dojde ke
ztrátě boční síly a vozidlo se stane směrově nestabilním. V tento okamžik začne pracovat systém
ASR a sníží kroutící moment přenášený na kola tak, aby se kola přestala protáčet a vozidlo opět
získalo směrovou stabilitu, ale aby se přitom přenesl co největší kroutící moment. Ke snížení
kroutícího momentu může dojít třemi způsoby:
➢ elektronickým snížením dodávky paliva do motoru, změnou předstihu a tím i snížením jeho
výkonu
➢ přibrzděním prokluzujících kol
➢ kombinací předchozích dvou možností
Je-li systém ASR při jízdě aktivní, bliká kontrolka na přístrojové desce. Řidič může následně
přizpůsobit styl své jízdy, zároveň je varován, že se nachází na vozovce s horší adhezí. ASR lze
vypnout např. při jízdě se sněhovými řetězy, kdy je prokluz nevyhnutelný. Automobil vybavený
ASR zároveň obsahuje elektronickou uzávěrku diferenciálu EDS, která působí do rychlosti
40 km/hod.
4. 3 ESP
ESP je elektronický systém jízdní stability. Pomáhá zvládnout kritické jízdní situace.
Elektronický stabilizační program jde vlastně o rozšíření ABS a ASR pomáhá stabilizovat
automobil přibrzděním některého z kol nebo snížením výkonu motoru (např. při rychlém průjezdu
zatáčkou).
ESP snímá informace o rychlosti jednotlivých kol, krouticím momentu motoru, otáčkách
motoru, natočení volantu - tedy předních kol automobilu a snímač dostředivého zrychlení (obvykle
umístěným ve středu vozu). Z těchto veličin dokáže ESP zjistit, zda-li se vozidlo nepohybuje ve
smyku a pak případně zasáhnout tak, že provede pomocí akčního členu přibrzdění některého z kol a
také snížení výkonu motoru. Tento systém vyhodnocuje až 30 krát častěji jízdní situaci než řidič a v
případě potřeby okamžitě zasahuje, aby obnovilo požadovaný stav. Tento systém umožňuje využití
jízdních vlastností až na hranici fyzikálních zákonů a tím zvyšuje aktivní bezpečnost vozidla.
Aby mohlo ESP správně reagovat v kritické situaci, musí si odpovědět na dvě otázky. Kam
řidič vozidlo směřuje a kam vozidlo doopravdy jede. Pro zodpovězení těchto otázek je systém
vybaven celou řadou snímačů. Snímač natočení volantu a snímače otáček všech kol zodpoví otázku,
kam řidič vozidlo směřuje a jakou rychlostí. Odpověď na druhou otázku, kam a jak (smykem)
vozidlo skutečně jede, pomáhá zjistit měřič příčného zrychlení a rotačního momentu setrvačnosti.
Na základě těchto hodnot systém může porovnat požadovanou dráhu vozidla se skutečnou. Pokud
se hodnoty liší, systém vyhodnotí situaci jako kritickou a zasáhne. Cílenými brzdnými zásahy
vytvoří opačný otáčivý moment, než je moment, který vozidlo dostal do smyku. Při nedotáčivém
smyku systém přibrzdí zadní kolo na vnitřní straně zatáčky a sníží tah motoru. V druhém případě,
tedy při přetáčivém průjezdu zatáčkou, systém ESP přibrzdí kolo na vnější straně zatáčky, opět
provede zásah do řízení motoru a případně i automatické převodovky. Jsou už vyvinuty systémy,
které dokážou regulovat nepříznivé situace i zrychlením otáček některého z kol čili i zvýšením
výkonu. To se používá většinou u sportovních automobilů.
Objevení a následné zavedení ESP znamenalo v automobilovém průmyslu převratný pokrok.
Obdobná situace nastala kdysi při zavedení ABS. Prvním vozem, který byl vybaven systémem ESP,
se stal v roce 1995 Mercedes benz E nové generace. Cena tohoto systému byla tak vysoká, že se
jako většina technických novinek zaváděl jen u luxusních vozů vyšší třídy. Kvůli nezdařilému testu
švédských novinářů v roce 1997 se však ESP rychle dostalo do výbavy i vozidel nižších tříd. Při
onom testu nového Mercedesu třídy A si automobil nedokázal poradit s tzv. losím testem a převrátil
se. To vzbudilo mnoho kritiky. Aby značka Mercedes neztratila kredit, začala vybavovat i tyto
levnější modely systémem ESP. Nemalou měrou se o existenci ESP zasloužila i firma BOSCH,
která se zabývá vývojem těchto a podobných elektronických systémů a je jeho největším výrobcem.
V současnosti se systém ESP uplatňuje v každém třetím vozidle vyrobeném v Evropě.
Systém ESP je neustále funkční řidič jej může deaktivovat tlačítkem, které má ve svém
dosahu. Vypnutí systému řidiči pak signalizuje kontrolka na palubní desce. Vypnutí ESP je
v některých jízdních situací potřebné, jelikož ESP omezuje výkon motoru vozidla při prokluzu kol,
což nám může velmi ztížit výjezd zledovatělého nebo zasněženého svahu.
4. 4 EBV
Elektronické rozdělování brzdné síly EBV provádí samočinnou úpravu brzdného tlaku mezi
přední a zadní nápravou. EBV pracuje s podstatně větší přesností než mechanické rozdělování
brzdné síly. Systém EBV zohledňuje zatížení vozidla a podle něj samočinně rozděluje optimální
brzdný účinek mezi brzdy na přední a zadní nápravě. EBV řídí maximální možný účinek brzd na
zadní nápravě tak, aby nedošlo k „přebrždění“ zadní nápravy.
Díky optimálnímu brzdnému výkonu zadních kol dochází k menšímu zatížení brzd předních kol.
Méně se zahřívají, a tím se zmenšuje nebezpečí zeslabení účinku brzd v důsledku jejich ohřevu.
Vozidlo vybavené systémem EBV má proto kratší brzdnou dráhu.
5. ZÁVĚR
I přestože jsou dnes v automobilech prvky aktivní bezpečnosti ABS, ESP, ASR stále i pro ně
platí fyzikální zákony, které ani sebelepší systém nedokáže změnit, alespoň prozatím. Proto jezděte
tak, aby jste neohrožovali okolí ani sebe samotné.
POUŽITÁ LITERATURA
Doc. Ing. Šťastný J. CSc a Ing. Remek B. CSc Autoelektrika a autoelekronika vydalo nakladatelství
T. Malina 1995.
Dr. Hans – Rüdiger Etzold: Jak na to ?
H.R. Etzold: ABS Antiblockiersysteme Band 1
Příručka pro řidiče a opraváře automobilů, Karel Horejš a Vladimír Motejl
http://cs.wikipedia.org/wiki/ABS
http://translate.google.cz/translate?hl=cs&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Antilock_braking_system&ei=1dNDTL73N6agONX5qI8N&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=1
&ved=0CCAQ7gEwADgK&prev=/search%3Fq%3Dabs%26start%3D10%26hl%3Dcs%26sa
%3DN%26prmd%3Div
www.google.cz/imgres?
imgurl=http://www.milano123.wz.cz/umi/images/abs.jpg&imgrefurl=http://www.milano123.wz.cz/
umi/asistencni_systemy.html&usg=__2vEBRAIyB0vKNClXTojRVD_WVKE=&h=280&w=200&s
z=32&hl=cs&start=430&um=1&itbs=1&tbnid=6VL55DtArY6HeM:&tbnh=114&tbnw=81&prev=/
images%3Fq%3Dabs%26start%3D420%26um%3D1%26hl%3Dcs%26sa%3DN%26ndsp
%3D20%26tbs%3Disch:1%26prmd%3Div
/www.google.cz/images?q=abs&um=1&hl=cs&tbs=isch:1&prmd=iv&ei=5NVDTNjbG5SF4QaxOSdDw&sa=N&start=260&ndsp=20