Praktická dílna. Systémy regulace a řízení jízdní dynamiky I. utoexper. říjen Automobil od A do Z. Servis Podvozek Organizace práce

Transkript

1 omobil od A do Z Servis Podvozek Organizace práce Motor Systémy a příslušenství Bezpečnost a hygiena práce Geometrie Nářadí a vybavení dílen Paliva a maziva Diagnostika a měření Elektr. zařízení, elektronika Praktická dílna Systémy regulace a řízení jízdní dynamiky I. 1

2 regulace a řízení jízdy Systémy regulace a řízení jízdní dynamiky I. V tomto pokračování praktické dílny se od elektronických zařízení a vstřikování zážehových i vznětových motorů dostáváme k další oblasti využití elektroniky v automobilu. Systémy nesoucí označení ABS, ASR, ESP i další podobné zkratky lze souhrnně zařadit do jedné velké skupiny systémů regulace a řízení jízdní dynamiky. Protiblok tiblokovací systém brzdo zdové soustavy (ABS) Smyk vozidla je ve velké míře případů způsoben zablokováním kol a ztrátou jejich adheze při plném nebo nouzovém brzdění. Určitým řešením takové kritické situace může být přerušované použití brzdového pedálu, které přináší trochu lepší ovladatelnost vozidla, ovšem za cenu značně prodlužené brzdné dráhy. Výhodnějším řešením tohoto problému je antiblokovací systém ABS, který tlak v brzdové soustavě reguluje tak, že na každém povrchu vozovky spolehlivě zabrání zablokování kol a automobil si zachová řiditelnost. Pomocí základních snímačů otáčení kol, řídicí jednotky a prvku modulujícího tlak vzduchu nebo brzdové kapaliny na brzdové segmenty lze dostatečně zajistit stabilitu při jízdě jak na suchém drsném asfaltu, tak i na hladkém náledí a dalších kombinacích povrchu, které mohou vlivem povětrnostních podmínek na vozovce vznikat, přičemž automobil zůstává ovladatelný. Obr. 1. Osobní automobil s funkcí ABS. 1 snímač počtu otáček kola 2 brzdový válec kola 3 hydraulické čerpadlo s hlavním brzdovým válcem 4 řídicí jednotka 5 varovné signalizační světlo v přístrojovém panelu Základní funkce ABS a základy jeho kons onstr truk ukce Obrázek 1 představuje automobil s vestavěnou funkcí, zabraňující zablokování kol ABS. Řídicí jednotka dostává informace pro regulaci brzdného procesu ze snímačů otáček kol. Ty jí pomocí sinusového střídavého napětí sdělují informaci o rychlosti otáčení kola. Vyhodnocovací logika řídicí jednotky z těchto údajů vytvoří referenční rychlost vozidla, kterou pak bere v úvahu při procesech regulace brzdného účinku. Každá změna otáček jednoho nebo více kol je tak spolehlivě rozpoznána a při příliš velkém snížení počtu otáček během daného časového intervalu, resp. ve vztahu k referenční rychlosti, zaregistrována jako nebezpečí zablokování kola. 2 at

3 Obr. 2. Snímač otáček kol (řez). a) snímač otáček s nožovým pólovým nástavcem b) snímač otáček s válečkovým pólovým nástavcem 1 přívod elektrického napětí 2 permanentní magnet 3 pouzdro 4 cívka 5 pólový nástavec 6 impulzní kolečko Aby se zablokování kola zabránilo, udržuje se nejprve brzdový tlak na brzdovém válci kola na dosažené hodnotě a dále se nezvyšuje tlak drží. Pokud se otáčení kola dále zpomaluje, pak se tlak snižuje, takže dané kolo je brzděno méně. Tím se zpravidla dosáhne zvýšení otáček kola a vozidlo zůstane ovladatelné. Jakmile se dosáhne dané mezní hodnoty rychlosti otáčení kola, řídicí jednotka pozná, že tlak na brzdy se musí opět zvýšit, aby se otáčení kola zase zpomalilo, čímž tlak v brzdové soustavě opět stoupá. Pak začíná proces regulace znovu. V závislosti na obsazení vozidla může proběhnout 4 až 10 regulačních cyklů za sekundu až do nejnižší prahové hodnoty regulace, která je většinou stanovena rychlostí vozidla 4 km/h. Při všech těchto procesech (tlak udržovat, tlak snížit, tlak zvýšit) ovládá řídicí jednotka jeden nebo několik magnetických ventilů, které jsou sestaveny do jednoho konstrukčního tělesa hydrogenerátoru. Regulaci otáček kol lze provádět různými způsoby. Jednotliví výrobci využívají v zásadě tří základních variant regulace ABS: a) reguluje se přední kolo společně s úhlopříčně umístěným zadním kolem; b) přední kola se regulují odděleně a zadní společně. V tomto případě se hovoří o regulaci select-low, tzn. že se vždy reguluje to kolo, které se nachází nejblíže meze zablokování. Tento systém se používá nejčastěji; c) třetí možností je regulace brzdového tlaku pro každé kolo samostatně. Tento systém představuje optimální, ale zároveň i nejdražší řešení. Všechny současné systémy ABS jsou vybaveny vlastní diagnostikou a energeticky nezávislou pamětí závad. Řídicí jednotka si kontroluje zapojené složky a trvale je připojuje k zapalování. Pokud shledá závadu v systému ABS, pak ho vypne a řidiči je varovnou signalizační žárovkou sdělováno, že je možná jen normální funkce provozního brzdného zařízení bez regulace pomocí systému ABS. Snímač otáč táček kol Funkce snímače otáček kol je u všech systémů ABS v zásadě stejná. Existují ovšem různé druhy snímačů viz obr. 2. Všechny však pomocí otáčení impulzního kola spojeného s nábojem (někdy i s diferenciálem) generují sinusové střídavé napětí. Frekvence tohoto střídavého napětí je přímo úměrná rychlosti otáčení kola. Řídicí jednotka pak trvale sleduje a vyhodnocuje funkci a signály snímače otáček již od rychlosti automobilu okolo 4 až 6 km/h. Při i otáč táčení ení impulzního k kolečka a mění jeho zuby y magnetické pole permanentního magnetu, a tím in- dukují jí stř třída ídavé é napětí. To lze e zkou- šet t pomocí osciloskopu. opu. Dostat ateč- ně přesné je i měření stř třídy ídy.. Přer eruu- šení ve snímači otáč táček ek lze e přezk ezkuu- šovat staticky měřením odporu. u. U motocyklů ocyklů se vzhledem k vel- mi expono xponovanému a nechráněnému umístění tění používají vají snímače e otáč táček ek bez permanentních magnetů. tů. Ty jsou elektrickým proudem napájeny y tepr eprve e poté, té, kdy je zaříz ízení ení v provozní ozní pohotovos osti, ti, a tím pak vytvářejí ejí vlastní tní magnetické pole, kter eré é při otáč táčení ení impulzního kolečk olečka a vytváří í stř třída ídavé é napětí. Při i hledání záva- dy se zde proto o musí kontr ontrolo olovat vat navíc víc ještě tě napájení snímače e napě- tím z řídicí jednotky tky. U všech systémů a typů zaříz íze- ní ABS i snímačů otáč táček ek je důležité, žité, aby y vzdálenost t (vzduchová vá mezera) a) Obr. 3. Typy a tvary pólového nástavce snímače otáček. a) radiální nasazení, snímání radiálním nožovým pólovým nástavcem b) axiální nasazení, snímání radiálním kosočtverečným pólovým nástavcem c) radiální nasazení, snímání axiálním válečkovým pólovým nástavcem 3

4 mezi impulzním kolečk olečkem em a snímačem otáč táček ek přesně odpovídala hod- notě tě zadané výrobcem (obr.. 3). Tat ato vzduchová vá mezer era a měří í zpravidla asi 1 mm. Kromě toho je třeba dbát na to, o, aby y impulzní kolečk olečko o i snímač otáč táček ek byly spr právně upevněn vněny, a nemohly tak vytvářet t žádné rušiv ušivé vibrace. Správnou funkci ci mohou ovliv vliv- nit i hrubé nečistoty,, rez a vlhkos ost. t. Platí to nezávisle na různých možž- nostech nasazení. Aby se brzdový tlak v hlavním válci při této regulaci neztratil, resp. aby se tento tlak mohl s využitím zásobníku vždy snižovat, čerpá zpětné čerpadlo brzdovou kapalinu do přívodu hlavního brzdového válce. Tento proces se projevuje pulzováním brzdového pedálu. Řidič tak i zpětně získává informaci, že systém ABS právě provádí regulaci brzdného účinku. Regulaci brzdného tlaku provádí řídicí jednotka a magnetické ventily tak dlouho, dokud automobil téměř nestojí nebo řidič neuvolní brzdový pe- Uzavř vřený systém s magnetickými ventily 3/3 Systém ABS, vyvinutý v začátcích společností Bosch, reguluje brzdný tlak prostřednictvím magnetických ventilů 3/3. Na obr. 4a, b, c je znázorněn průběh regulace brzdného tlaku na jednom kole. V klidovém stavu bez proudu magnetický ventil nebrání tomu, aby tlak, který vytváří řidič sešlápnutím brzdového pedálu v hlavním brzdovém válci, působil na brzdový válec kola. To odpovídá normální funkci brzdového zařízení. Tím se vytvoří tlak na brzdové obložení, který zpomalí otáčející se kolo. Pokud řídicí jednotka z údajů snímače otáček rozpozná, že zpomalení kola je příliš velké v porovnání s referenční rychlostí automobilu, pustí do magnetického ventilu nejprve poloviční hodnotu maximálního proudu. Tím se přivře přívod z hlavního brzdového válce a tlak v brzdovém válci kola se nemůže dále zvyšovat. Pokud se po této fázi udržování tlaku otáčky kola nezvýší, resp. dále se snižují, aktivuje se magnetický ventil průchodem maximálního proudu. Tím se otevře zpětný odtok a tlak v brzdovém válci se sníží spojením válce se zásobníkem. Kolo se třením o vozovku opět zrychlí. Jakmile dosáhne rychlosti blízké referenční hodnotě, řídicí jednotka vypne přívod elektrického proudu do magnetického ventilu, a ten se vrátí do výchozí polohy, tzn. zpětný odvod se zavře a je opět možné neomezované zvyšování tlaku. Celý cyklus tak může začít znovu od začátku. Obr. 4. Modulace brzdného tlaku. a) zvyšování tlaku 3a elektromagnetický ventil b) udržování tlaku 3b zásobník c) snižování tlaku 3c zpětné čerpadlo 1 snímač otáček 4 hlavní brzdový válec 2 brzdový válec kola 3 hydrogenerátor 5 řídicí jednotka 4 at

5 dál, resp. nesníží brzdný tlak do té úrovně, že už nemůže dojít k nebezpečí zablokování kola. Při výpadku ABS zůstávají magnetické ventily bez proudu. Brzdové zařízení pak funguje normálně bez žádného nežádoucího ovlivnění. V případě, že řídicí jednotka systému ABS v procesu regulace pomocí vlastní diagnostiky zpozoruje nějakou poruchu, pak regulované brzdění, je-li to možné, ještě dokončí. Obrázek 5 ukazuje vstupy a výstupy na řídicí jednotce a součinnost jednotlivých součástí pomocí schématu průběhu proudu. Při zapnutí zapalování (svorka 15) se sepne ochranné relé elektroniky (K3) a spojí svorku 30 se svorkou 7. Tím se na řídicí jednotku (pin 1) a řídicí obvod (86) relé ventilu (K1) a relé motoru (K2) dostává plusové napětí z akumulátoru. Ke kostře je řídicí jednotka trvale připojena piny 10, 20 a 34. Přes svorku 15 je napájena i varovná signalizační žárovka ABS (H1). Ta svítí, dokud je připojena na kostru buď vedením 1 přes relé ventilu nebo přes svorku 87a nebo přes pin 29 z řídicí jednotky. Připojí-li řídicí jednotka přes pin 27 kostru na přívod 87 relé ventilu, to přitáhne a přes přívod 87 spojí magnetický ventil se svorkou 30. Funkci relé ventilu kontroluje řídicí jednotka pinem 32. Funkci varovné signalizace sleduje řídicí jednotka pomocí pinu 29. Prostřednictvím pinu 14 kontroluje řídicí jednotka funkci relé motoru čerpadla, které je pak aktivováno signálem z kostry přes pin 28. K tomu dochází, když je během regulace ABS zpětné čerpadlo napájeno napětím z plusového pólu akumulátoru. V takovém případě řídicí jednotka aktivuje, resp. taktuje magnetické ventily prostřednictvím signálu z kostry. Všechny tyto činnosti jsou závislé na frekvenci střídavého napětí snímače otáček (B1). Vstup od spínače brzdových světel slouží jako dodatečné zabezpečení stejně jako signál Motor v chodu ze svorky 61. Teprve tehdy, je-li motor vozidla i s funkčním alternátorem v chodu, varovná signalizace kvůli nutnosti velké rezervy proudu při regulaci ABS zhasne. Obr. 5. Schéma průběhu proudu ve čtyřkanálovém systému ABS. B1 snímač otáček Y1 hydrogenerátor G1 alternátor Y2 magnetické ventily H1 varovná signalizace X1 konektorová přípojka řídicí K1 relé ventilu jednotky K2 relé motoru X2 až X5 K3 ochranné relé elektroniky konektorové přípojky snímačů M1 zpětné čerpadlo otáček S1 spínač brzdových světel Otevř vřený systém s magnetickými ventily 2/2 Základní odlišnost tohoto antiblokovacího systému, původně vyvinutého společností Teves, spočívá v tom, že jde o tzv. otevřený systém a pro modulaci brzdného tlaku jsou vždy použity dva magnetické ventily 2/2. Jeden pro napouštění a jeden pro vypouštění, viz obr. 6. Napouštěcí ventily jsou bez průchodu proudu otevřeny, a umožňují tak normální funkci brzdového zařízení. Výpustné ventily, kterými neprochází elektrický proud, jsou zavřeny, takže neumožňují zpětný odtok brzdové kapaliny. Je-li při příliš velkém zpomalení kola při brzdění nutná regulace ABS, začne se nejprve proudem napájet příslušný napouštěcí ventil, který se zavře. Tlak v brzdovém válci kola se tak už nemůže dále zvyšovat. Je-li takto omezený tlak ještě příliš velký, je aktivován i vypouštěcí ventil, který se otevře. Tlak se tak může snižovat zpětným odvodem do vyrovnávacího zásobníku hlavního brzdového válce. Pokud se otáčky kola opět zvýší, přestane oběma ventily procházet proud (vstup otevřen, výstup uzavřen) 5

6 a tlak se může opět zvyšovat. Pomocí jemně vyladěného taktovaného napájení ventilů tak lze provádět téměř hladkou modulaci tlaku. Protože se při snižování tlaku odvádí brzdová kapalina do vyrovnávacího zásobníku, mluví se zde o otevřeném systému. Aby se zabránilo tomu, že při delším regulovaném brzdění a často opakovaném snižování tlaku se brzdový pedál propadne příliš nízko, uvádí řídicí jednotka do činnosti hydraulické čerpadlo, které přivádí brzdovou kapalinu z vyrovnávacího zásobníku zpět do hlavního brzdového válce. Signál pro uvedení čerpadla do činnosti dostává řídicí jednotka ze snímače na brzdovém pedálu (obr. 7). V závislosti na dráze brzdového pedálu mění snímač polohy pedálu v několika stupních odpor. V důsledku s tím spojeného poklesu napětí sleduje řídicí jednotka polohu, resp. klesání brzdového pedálu. Hydraulické čerpadlo se tak může udržovat v činnosti, dokud se znovu nedosáhne původní hodnoty. Funkce čerpadla u tohoto systému je velmi důležitá, a proto ji sleduje i snímač otáček. Kromě toho se čerpadlo uvádí na krátkou dobu do činnosti i při automatické vlastní kontrole ABS po zapnutí zapalování. Obr. 6. Brzdové zařízení vozidla v provedení společnosti Teves. 1 posilovač brzd 5 hydraulická jednotka s tandemovým hlavním Mark IV brzdovým válcem 6 napouštěcí ventil 2 sdružená čerpadla ABS 7 vypouštěcí ventil 3 snímač chodu motoru 8 přední levá brzda čerpadel 9 přední pravá brzda 4 snímač polohy brzdového 10 zadní brzdy levá/pravá pedálu Obr. 7. Vícestupňový snímač polohy brzdového pedálu. Uzavř vřený systém s magnetickými ventily 2/2 Po vypršení nejrůznějších patentových právních ustanovení se nyní u mnoha výrobců stále více prosazuje antiblokovací systém konstruovaný jako uzavřený systém s magnetickými ventily 2/2. Ten spojuje výhody obou výše popsaných systémů rychlou a jemně vyladěnou modulaci brzdového tlaku vždy jedním magnetickým ventilem 2/2 pro napouštění a vypouštění na každém brzdovém válci kola. Při regulaci ABS navíc zamezuje ztrátám brzdové kapaliny z těch částí hydraulického okruhu, které jsou pod tlakem. Obrázek 8 představuje hydraulický okruh uzavřeného čtyřkanálového antiblokovacího systému v diagonálním dělení brzdového okruhu s magnetickými ventily 2/2. Řízení magnetických ventilů pro vytváření, udržování a snižování tlaku při regulaci ABS je stejné jako u dříve popsaných systémů. Nor ormální funkce, res esp. p. vytvářee- ní tlaku: u: žádný napouštěcí ventil není připojen k elektrickému napětí a všechny jsou otevřeny. Všechny vypouštěcí ventily jsou bez proudu zavřené. Tlak z hlavního brzdového válce může při sešlápnutí brzdového pedálu bez jakéhokoliv omezení účinkovat na brzdový válec kola. Udržo žování tlaku: u: napouštěcí ventil je zavřený a vypouštěcí ventil je rov- 6 at

7 Obr. 8. Hydraulický okruh uzavřeného čtyřkanálového ABS. něž zavřený. Tlak brzdové kapaliny v příslušném brzdovém válci se udržuje na konstantní hodnotě. Snižování vání tlaku: u: napouštěcí ventil zůstává zavřený, vypouštěcí ventil je otevřený. Tlak se může snižovat přes vypouštěcí ventil do vyrovnávacího zásobníku. Zpětné čerpadlo se rozeběhne, jakmile se v některém brzdovém válci kola musí začít snižovat tlak. Brzdová kapalina se tak z vyrovnávacího zásobníku přes vyrovnávací komoru čerpá zpátky do hlavního brzdového válce. Čerpadlo se vypne až tehdy, když už regulace není potřebná. Při regulaci ABS probíhá jemně dávkovaná modulace tlaku pomocí krátkodobého zapínání a vypínání magnetických ventilů, přičemž se tlak zvyšuje nebo snižuje jen velmi málo. Průběh regulace na jednom brzdovém válci kola, tak jak k ní skutečně dochází, ukazuje příklad na obr. 9. Napouštěcí ventil je uzavřen, aby se tlak udržoval a přitom se zamezilo jeho dalšímu zvyšování, protože se otáčky kola zmenšily výrazně proti rychlosti vozidla. Protože zmenšování otáček kola pokračuje dále, otevře se na krátkou dobu vypouštěcí ventil, čímž se tlak o něco sníží. Zapne se motor čerpadla. Zmenšením tlaku a tím i sníženým brzdným účinkem se otáčky kola opět zvýší. Tlak se může opět zvyšovat, proto se na krátkou dobu otevře napouštěcí ventil. Obr. 9. Otáčky kola a řízení modulátoru. V uvedeném příkladu se napouštěcí ventil bezprostředně potom ještě jednou na krátkou dobu otevře, protože se tlak ještě může zvýšit. Pak se znovu krátce otevře vypouštěcí ventil atd. Možnosti jemně dávkované modulace tlaku se často využívá i pro funkci 7

8 Obr. 10. Pracovní interval regulace prokluzování kol. elektronického rozdělování brzdné síly (EBV). Ta se spustí, jakmile je při lehkém brzdění prokluzování zadních kol příliš velké a končí v oblasti regulace ABS. Pracovní interval elektronického rozdělování brzdné síly ukazuje obr. 10. Pomocí elektroniky ABS lze rozdělování brzdné síly přesně přizpůsobovat různým stavům zatížení automobilu a dosahovat tak vždy nejvyšší míry jeho stability při jízdě. Není pak už potřeba mechanické rozdělování brzdné síly nebo ventilu pro zmenšování tlaku u brzd zadních kol. Systém ABS u motocyklů ocyklů První antiblokovací systém u motocyklů byl zaveden koncem 80. let. Při- 8 at

9 Obr. 11. Funkční schéma ABS motocyklu. tom bylo třeba brát v úvahu několik specifických zvláštnosti dvoukolového vozidla. Z hlediska vlastní konstrukce motocyklu zbývá jen velmi málo místa pro další dodatečné díly a zvláštní ohled je třeba brát i na celkovou hmotnost a umístění těžiště motocyklu. Kromě toho pracují ruční přední brzda i nožní zadní brzda navzájem nezávisle. Zablokování jednoho kola vede u průměrného řidiče motocyklu téměř okamžitě k pádu. Proto jsou v tomto případě na regulaci a spolehlivost celého zařízení kladeny ty nejvyšší nároky. Regulace probíhá obecně až k nejnižší referenční rychlosti 2,5 km/h. V počátcích ABS pro motocykly probíhal vývoj modulace brzdového tlaku vlastní cestou. Obr. 11 ukazuje schéma funkce takového systému. Při regulaci ABS se přivádí elektrický 9

10 proud (až 25 A) do elektromagnetické cívky v modulátoru tlaku (obr. 12) a toto magnetické pole přitahuje regulační píst proti pružině. Vodicí kladka vede řídicí píst dolů, a zvětšuje tak objem pro brzdovou kapalinu z brzdového válce kola. Ocelová kulička zavře přívod z hlavního brzdového válce. Pokud se otáčky opět zvýší, vypne se přívod elektrického proudu do cívky a pružina odtlačí regulační píst dopředu, čímž se tlak v brzdovém válci kola opět zvýší. Na páčce brzdy nelze pozorovat žádné pulzování, protože ocelová kulička během regulace udržuje přívod z hlavního brzdového válce zavřený. Funkce modulátoru tlaku se sleduje pomocí piezoelektrického snímače. Prochází-li cívkou elektrický proud, tlačí regulační píst prostřednictvím vnitřní pružiny na piezokeramický člen, který předává tento signál řídicí jednotce. Tak se tato funkce může přezkoušet i při vlastním testu zařízení. Výpadek systému je signalizován dvěma blikajícími kontrolkami v přístrojovém panelu motocyklu. Systém má vlastní diagnostiku a závady uložené v paměti lze standardně přečíst pomocí zkušebního přístroje. Obr. 12. Modulátor tlaku. 1 z hlavního brzdového válce 2 k brzdovému válci kola 3 řídicí píst 4 vodicí kladka cování otáček kola a ostatní vstupy jsou stejné. Specifikem motocyklových systémů tak nyní již zůstávají pouze samostatné brzdové okruhy pro přední a zadní kolo a vypínač ABS pro aktivní zapínání systému. 5 regulační píst 6 elektromagnetická cívka 7 konektor kabelu 8 piezokeramika Novější systémy motocyklových ABS se vyrovnávají systémům pro osobní automobily, především díky modulaci brzdového tlaku pomocí magnetických ventilů 2/2 a hydraulickou jednotkou. Obrázek 13 ukazuje takový hydraulický okruh vždy s jedním napouštěcím a vypouštěcím ventilem v jednom brzdovém okruhu. Regulace probíhá otevíráním a zavíráním ventilů analogicky k systémům v osobních automobilech. Také snímání a vyhodno- Obr. 13. Hydraulický okruh. 10 at

11 Elektronická regulace prokluz okluzování hnacích kol (ASR) Převrácení funkce antiblokovacího systému představuje základ pro regulaci prokluzování hnacích kol (ASR). Ta při akceleraci zabraňuje protáčení hnacích kol a tím možné ztrátě stability vozidla. Stejně jako ABS, také regulace prokluzování hnacích kol využívá snímače otáček kol. Regulace prokluzování hnacích kol a antiblokovací systém mají mnoho společných funkcí, resp. konstrukčních dílů, a proto tvoří jedinou konstrukční jednotku se společnou řídicí jednotkou. Hydrogenerátor, známý již ze systému ABS, se rovněž s malými úpravami používá pro oba systémy, neboť Obr. 14. ASR se zavřením škrticí klapky a brzděním. 1 snímač otáček 2 hydrogenerátor ABS 3 hydrogenerátor ASR 4 řídicí jednotka ABS/ASR 5 řídicí jednotka EMS 6 škrticí klapka Obr. 15. ASR se zavřením škrticí klapky a utlumením zapalování/ vstřikování (Motronic). 1 snímač otáček 2 hydrogenerátor ABS 3 řídicí jednotka ABS/ASR 4 řídicí jednotka EMS 5 řídicí jednotka Motronic 6 škrticí klapka se i u regulace prokluzování hnacích kol jedná o systém se zasahováním do brzdové soustavy vozidla. Aby se zabránilo prokluzování hnacích kol, jsou pro řídicí jednotku ASR k dispozici v zásadě tři možnosti zásahu, které jsou v následujícím výčtu uvedeny podle rychlosti požadované reakce: a) využití brzdové soustavy, tzn. že to nebo ta hnací kola, u kterých se projevuje největší prokluz, se přibrzdí přivedením brzdového tlaku z příslušného, resp. příslušných brzdových válců; b) utlumení zapalování a vstřikování, tzn. že nejdříve dojde prostřednictvím řídicí jednotky Motronic ke zpoždění zapalování. Pokud se tím nedosáhne výsledného zmenšení točivého momentu motoru, pak se krátkodobě utlumí zapalování a kvůli ochraně katalyzátoru se současně zastaví i další vstřikování paliva; c) uzavření škrticí klapky, tzn. že se prostřednictvím servomotoru škrticí klapka uzavře i proti přání řidiče a aktuální poloze pedálu akcelerátoru. To může být realizováno v rámci elektronické regulace motoru EMS, resp. prostřednictvím druhé škrticí klapky, která se nachází před hlavní škrticí klapkou zážehového motoru. V závislosti na výrobci a systému existují i varianty, které nabízejí všechny tři možnosti regulace ASR, a ty v případě potřeby využívají příslušně naprogramované prahové regulační hodnoty buď jednotlivě, nebo v jejich navzájem sladěné kombinaci. Existují však i varianty bez brzdění, resp. bez zásahu do zapalování a vstřikování. Porovnání mezi základními variantami je možné pomocí obr. 14 a 15. Často se ve spojení se systémem ASR zabudovává i regulace vlečného momentu motoru. Pokud se při deceleraci nebo při řazení dolů na kluzkém povrchu vozovky kola brzdicím momentem motoru zbrzdí příliš silně, dojde k příliš velkém prokluzu kol. Pro zachování jízdní stability se prostřednictvím MSR otáčky motoru opět lehce zvýší, čímž dojde i ke zvýšení točivého momentu. To může být prováděno prostřednictvím nastavovače volnoběhu, resp. servomotorem v jednotce elektronické regulace výkonu motoru. Pro zvýšení točivého momentu pak řídicí jednotka Motronic současně zvětší předstih zapalování. Regulace prokluz okluzování hnacích kol s magnetickými ventily 3/3 Pro brzdění byl hydrogenerátor Bosch rozšířen o přepojovací ventil (USV), 11

12 Obr. 16. Vytváření tlaku. DBV ventil omezování tlaku LV přeplňovací ventil USV přepojovací ventil MV3 magnetický ventil pro brzdový válec zadního levého kola přeplňovací ventil (LV) a ventil omezování tlaku (DBV) (obr. 16). Přepojovací ventil je ventil 3/2, ventil pro omezování tlaku je mechanický ventil ovládaný pružinou a přeplňovací ventil se aktivuje hydraulicky tlakem v brzdovém systému. Navíc bylo přidáno vedení ze zásobníku brzdové kapaliny k sací přípojce MV4 magnetický ventil pro brzdový válec pravého zadního kola P2, P4, P5 mechanické přetlakové ventily S zásobník tlaku zpětného čerpadla pro jeho zásobování brzdovou kapalinou. Zaznamená-li řídicí jednotka prostřednictvím snímače otáček tak velkou změnu otáček kola, že je zapotřebí brzdit, uvede do činnosti přepojovací ventil, magnetický ventil u kola, které nemá být brzděno a zpětné čerpadlo. Přepojovací ventil tak zavře zpětný odtok do hlavního brzdového válce (ventil pro omezení tlaku se otevře teprve při tlaku asi 7 MPa). Zpětné čerpadlo vedením s otevřeným plnicím ventilem nasává brzdovou kapalinu ze zásobníku a vytváří přes magnetický ventil v bezproudovém stavu tlak v brzdovém válci kola. Proto se aktivuje a tím zavírá magnetický ventil u kola, které nemá být regulováno, tzn. že na tomto kole se nevytváří žádný tlak. Pokud se kolo, které je třeba regulovat, účinkem tlaku v jeho brzdovém válci dostatečně zabrzdí, začne také jeho magnetickým ventilem protékat proud o velikosti poloviny maximální hodnoty, ventil se uzavře a tlak se udržuje na stálé hodnotě. Pro snížení tlaku pak elektromagnetickým ventilem protéká maximální proud, čímž se uvolní zpětný odtok brzdové kapaliny. Tato regulace probíhá na každém jednotlivém kole samostatně (podobně jako u regulace ABS), a tak dlouho, až už není zaznamenáváno žádné kolo s příliš velkým prokluzem nebo není sešlápnut brzdový pedál. Jakmile řídicí jednotka prostřednictvím spínače brzdových světel zaregistruje sešlápnutí brzdového pedálu, jsou všechny magnetické ventily sepnuty. Tak je okamžitě k dispozici normální funkce brzdového zařízení. Brzdění jednotlivých kol se v systému ASR provádí až do rychlosti vozidla 80 km/h. Druhým nástrojem ASR je zásah do zapalování pomocí řídicí jednotky motoru Motronic. V závislosti na otáčkách motoru se až třemi signálními vedeními dostává k řídicí jednotce Obr. 17. Přehled rozhraní systému regulace prokluzu kol. 1 kick down 2 naprogramovaná nastavení 3 bod zapálení 4 doba vstřikování 5 teplota motoru 6 spínač brzdových světel/snímač pedálu akcelerátoru 7 zadané výchozí otevření škrticí klapky 8, 9 zmenšování/zvětšování úhlu otevření škrticí klapky 10 zásah motoru 11 kontakt plného zatížení 12 kontakt chodu naprázdno (přerušení přívodu paliva) 13 zvýšení počtu otáček při chodu naprázdno (bez přerušení přívodu paliva) 14 utlumení zapalování 12 at

13 Obr. 18. Spojení systémů pro omezené plnění. DK1 předřazená škrticí klapka ADS servomotor ADS II řídicí jednotka U HFM, U DK 1, U DK 2 potenciometry DKI signál skutečného otevření škrticích klapek DKR signál k dalšímu zmenšení otevření škrticích klapek ABS/ASC řídicí jednotka ASR EGS řídicí jednotka pohonu DME 3.3 řídicí jednotka Motronic HFM měřič hmotnosti nasávaného vzduchu ZWD 5 šoupátko přídavného vzduchu Motronic od řídicí jednotky ASR informace o intenzitě zásahu. Kromě toho dostává řídicí jednotka Motronic informaci o přivření škrticí klapky. Kombinace vedení, po kterých signály přicházejí nebo nepřicházejí, dává řídicí jednotce Motronic podnět k provedení příslušných opatření, resp. potlačení vlastních naprogramovaných funkcí (např. odpojení přívodu paliva nebo regulaci volnoběhu během regulace ASR). Těmito signály jsou krátké napěťové signály, dodávané vždy v intervalu kratším než dvě sekundy. Pro dílenskou praxi to znamená, že se může zkoušet jen průchodnost a izolace příslušných vedení. Simulace regulace a její souběžné měření je možná jen stěží a v praxi ani není zapotřebí. Uzavření škrticí klapky je třetí možností regulace ASR. Reakční doba je zde nejdelší, resp. regulace je nejpomalejší. Při malých rozdílech v počtu otáček je to však zásah dostatečný a nejpohodlnější. V průběhu doby, kdy se ASR používá, se již vyvinuly tři různé konstrukce jednotky pro zavírání škrticí klapky. V zařízeních první éry se tvořil zásah prostřednictvím elektronické regulace výkonu motoru EMS (elektronický pedál akcelerátoru). U tohoto systému není mezi pedálem akcelerátoru a škrticí klapkou žádné mechanické spojení. Jeho poloha je snímána pomocí potenciometru a řídicí jednotky EMS. Ta pak podle zadání a naprogramovaných charakteristik spustí servomotor škrticí klapky. Signály z řídicí jednotky pro zmenšení, resp. zvětšení otevření škrticí klapky zpracovává řídicí jednotka ASR prioritně. Zpětné hlášení na řídicí jednotku ASR přichází přes zadané výchozí otevření škrticí klapky. Přehled rozhraní na obr. 17 ukazuje ještě jednou spolupráci různých řídicích jednotek včetně elektronického řízení pohonu. Přenos informací se dnes provádí většinou pomocí sběrnicového systému přenosu dat, o kterém budeme mluvit v některé z dalších praktických dílen. Druhá varianta zásahu na škrticí klapce využívá k jejímu zavírání vlastního servomotoru. Škrticí klapka je přitom s bovdenovým táhlem pedálu akcelerátoru spojena jen pružinou, takže servomotor může škrticí klapku zavírat i proti síle pružiny a proti okamžité poloze pedálu akcelerátoru. Servomotor je uváděn do činnosti řídicí jednotkou ASR prostřednictvím relé. Poloha škrticí klapky je řídicí jednotce zpětně ohlašována pomocí potenciometru a funkce servomotoru pomocí příslušného snímače. Zásah na škrticí klapce řidič pozná tak, že musí pedál akcelerátoru sešlapovat silněji. Požaduje-li se odstranění i tohoto malého nepohodlí, zabuduje se ještě druhá škrticí klapka, tzv. předřazená škrticí klapka, která se nachází před hlavní škrticí klapkou (obr. 18). Předřazená škrticí klapka (DK1) je v klidovém stavu otevřená účinkem pružiny. Teprve při regulaci ji zavře servomotor (ADS). Z potenciometru dostává řídicí jednotka ADS-II zpětné hlášení o poloze předřazené škrticí klapky. Prostřednictvím řídicí jednotky Motronic dostává řídicí jednotka ADS-II signálem s modulací šířky pulzu hlášení o postavení hlavní škrticí klapky (DK 2). Řídicí jednotka ADS-II z nich vytváří společnou skutečnou hodnotu otevření škrticích klapek (DKI), kterou rovněž signálem s modulovanou šířkou pulzu předává řídicí jednotce ASR. Pokud je skutečná hodnota otevření škrticích klapek stále ještě větší než výchozí nastavení škrticí klapky vypočtené řídicí jednotkou ASR, podává tato jednotka na řídicí jednotku 13

14 ADS-II signál k dalšímu zmenšení otevření škrticích klapek (DKR). Řídicí jednotka ADS-II nyní podle zadání řídicí jednotky ASR a hlášení o poloze DK 2 vypočítá úhel otevření pro předřazenou škrticí klapku. Prostřednictvím řídicí jednotky ADS-II dostává servomotor napěťový signál do té doby, než se nastaví vypočtená poloha předřazené škrticí klapky. Změní-li se poloha škrticí klapky (DK 2) nebo je-li řídicí jednotkou ASR zadána nová hodnota, pak se podle toho provede dodatečná regulace DK 1. Tři signální vedení z řídicí jednotky ASR (EML, ASC, MSR) sdělují řídicí jednotce Motronic nutné regulační kroky (např. zmenšit úhel zapalování atd.), jak již bylo popsáno výše. Pro regulaci brzdného momentu motoru (MSR) se signálem z řídicí jednotky Motronic otevře nastavovač volnoběhu. Tím se společně se zvětšením předstihu zvýší točivý moment motoru. Spojení prostřednictvím CAN-bus z řídicí jednotky Motronic k řídicí jednotce pohonu (EGS) zabraňuje v průběhu regulace ASR, resp. MSR nežádoucímu nekontrolovanému zapínání automatické převodovky. Objeví-li řídicí jednotka při vlastním přezkoušení nějakou závadu, pak se vypne. Řidiči se to ohlásí příslušnou kontrolkou v přístrojovém panelu. Pokud se závada dotýká i ABS, rozsvítí se také varovný signál ABS. Blikání kontrolky ASR za jízdy signalizuje proces regulace. Regulaci prokluzování hnacích kol lze u některých výrobců vozidel také vypnout zvláštním vypínačem, pokud se protáčení hnacích kol řidiči jeví jako účelné, např. na sněhu, aby se kola mohla prohrabat na pevný podklad. Obr. 19. Regulace prokluzu hnacích kol s magnetickými ventily 2/2, ASC+T nečinné. THZ tandemový hlavní brzdový válec DS zásobník tlaku 1 napouštěcí ventil brzdového válce zadního levého kola 1a vypouštěcí ventil vlevo vzadu 2 napouštěcí ventil vpravo vzadu 2a vypouštěcí ventil vpravo vzadu 3 napouštěcí ventil vlevo vpředu 3a vypouštěcí ventil vlevo vpředu 4 napouštěcí ventil vpravo vpředu 4a vypouštěcí ventil vpravo vpředu 5 plnicí ventil zásobníku tlaku vpravo vpředu 6 oddělovací ventil 6a přetlakový ventil Jinou možnost ovlivnění ASR řidičem nabízí spínač sněhových řetězů, pokud je zabudován. Tím se prahové hodnoty regulace zvýší a následkem toho je dovoleno větší prokluzování kol s nasazenými sněhovými řetězy. Při výpadku systému je účelné provádět diagnostiku pomocí zkoušecího přístroje příslušného výrobce a pomocí výčtu paměti závad. Postupy, resp. součásti, které je třeba kontrolovat, jsou pak zadány v pokynech. Regulace prokluz okluzování hnacích kol s magnetickými ventily 2/2 Největší rozdíl systému regulace prokluzování hnacích kol společnosti Teves (obr. 19) proti systému Bosch spočívá stejně jako u ABS v tom, že se u hydraulického obvodu jedná o otevřený systém. I u hydraulického okruhu regulace prokluzování hnacích kol se mezitím prosadil uzavřený systém s magnetickými ventily 2/2. Při brzdění se tlak v brzdovém válci kola mění vždy dvěma magnetickými ventily (1, 1a, 2, 2a). Tlak se vytváří pomocí čerpadla a udržuje v zásobníku tlaku. Před tímto zásobníkem je zařazen další magnetický ventil 2/2 (5), který k němu otvírá nebo zavírá přívod. Neprochází-li jím elektrický proud, je zavřený. Aby nemohl tlak unikat přes hlavní brzdový válec (při otevřeném plnicím ventilu zásobníku tlaku a běžícím čerpadle), uvede se do činnosti oddělovací ventil (6), který tak zavře spojení s hlavním brzdovým válcem (bez průchodu elektrického proudu je otevřený). Při vlastní regulaci se však nejdříve začnou proudem napájet ventily kola, které není třeba regulovat. Tím se zavře napouštěcí ventil a na tomto kole se nebude vytvářet brzdný tlak, vypouštěcí ventil je přitom pro jistotu otevřen. V dalším kroku se aktivuje oddělovací ventil, aby se uzavřelo spojení s hlavním brzdovým válcem. Protéká-li nyní plnicím ventilem zásobníku tlaku elektrický proud (je otevřený), může se neomezeně zvětšovat tlak v brzdovém válci kola, které je třeba regulo- 14 at

15 Obr. 20. Schéma zapojení systému ASC+T. 15

16 vat, protože zde zůstávají zpočátku magnetické ventily bez proudu, tzn. že napouštěcí ventil je otevřený a vypouštěcí zavřený. Je-li dosaženo dostatečného brzdného účinku, aktivuje se napouštěcí ventil (zavře se) a tlak se udržuje. Když se pak otevře vypouštěcí ventil, tlak v systému klesá. Začne-li se u tohoto kola prokluzování znovu zvětšovat, jsou oba ventily odpojeny od přívodu elektrického proudu a zavřou se, takže je možné tlak znovu zvyšovat. Aby tlak v zásobníku v průběhu regulace neklesl příliš nízko, otevře se tlakový spínač u zásobníku, a tím se do činnosti uvede čerpadlo. Tlakový zásobník je ovšem možné plnit, i když regulace neprobíhá. V tom případě jsou napouštěcí ventily zavřené, vypouštěcí ventily pro jistotu otevřené, oddělovací ventil zavřený a ventil tlakového zásobníku otevřený. Čerpadlo tak může plnit tlakový zásobník. Po ukončení tohoto procesu jsou všechny ventily opět odpojeny od proudu, takže: plnicí ventil tlakového zásobníku je zavřený, oddělovací ventil otevřený, napouštěcí ventily otevřené, vypouštěcí ventily zavřené. Okamžitě je tak možná normální funkce brzdového zařízení. Při brzdění, které řídicí jednotka zjistí ze signálu spínače brzdových světel i snímače dráhy brzdového pedálu, jsou proto nejprve všechny ventily bez proudu nezávisle na tom, jestli se plní zásobník tlaku nebo se provádí regulace brzdění v rámci ASR. Tímto bezpečnostním zapojením je zaručeno, že po ukončení funkce ASR nebo při výpadku systému je bezprostředně možná normální funkce brzdového zařízení. Informace pro zásah do řízení motoru (zapalování, vstřikování) se i v tomto systému dostává z řídicí jednotky ASR do řídicí jednotky Motronic různými signálními vedeními. Změnu polohy škrticí klapky provádí servomotor, který je napájen proudem přímo z řídicí jednotky. Servomotor přitahuje škrticí klapku proti síle pružiny. U tohoto systému proto není škrticí klapka s bovdenovým táhlem a pedálem akcelerátoru spojena pevně, nýbrž pružinou. Schéma zapojení na obr. 20 ukazuje ještě jednou součinnost jednotlivých součástí a signály, které je třeba měřit při hledání závady. I zde lze doporučit nejprve přečíst paměť závad pomocí diagnostického zkoušecího přístroje a dbát pokynů výrobce. Obsazení pinů na řídicí jednotce, typy signálů a možnosti měření jsou následující: Piny 1,, 3, 19: spojení s kostrou; měření odporu. Pin 2: napětí pro napájení servomotoru z řídicí jednotky přes hlavní relé. Pin 33: napětí pro napájení řídicí jednotky přes hlavní relé. Pin 51: trvalé napětí na svorce 30. Pin 16: 6: napětí pro napájení hydrogenerátoru přes hlavní relé; vstup na řídicí jednotce slouží jako referenční napětí. Pin 35: napájení přes svorku 156. Piny y 40, 54, 4, 22, 37, 7, 17, 7, 18, 8, 39, 55: signál z kostry pro ovládání všech napouštěcích a vypouštěcích ventilů u brzdových válců kol. Připojení na plus pól je přes hlavní relé, tzn. že u systému v provozní pohotovosti lze měřit napětí akumulátoru zmenšené o odpor cívek ventilů. Pin 36: signál z kostry pro ovládání oddělovacího ventilu. Pin 38: signál z kostry pro ovládání plnicího ventilu zásobníku tlaku; oba tyto ventily jsou k plusovému pólu akumulátoru připojeny také přes hlavní relé, tzn. že v provozní pohotovosti lze měřit napětí akumulátoru zmenšené o odpor cívek ventilů. Piny 48, 30, 47, 11,, 46, 29, 45, 10: vstupní signály snímačů otáček kol; sinusové střídavé napětí, lze měřit i pomocí střídy, resp. zobrazit na osciloskopu (při otáčejícím se kole). Piny 34, 44: 4: ovládání varovné signalizační žárovky ABS a ASR prostřednictvím signálu z kostry pokud svítí, je připojeno napětí z akumulátoru. Pin 52: ovládání relé motoru čerpadla brzdové kapaliny prostřednictvím signálu od kostry; při zapnutém signálu a systému v provozní pohotovosti lze měřit napětí akumulátoru zmenšené o odpor cívky relé. Piny 49, 50: signál snímače pro kontrolu čerpadla; je-li čerpadlo v chodu, lze signál měřit pomocí střídy, resp. zobrazit na osciloskopu (čerpadlo se nechá běžet zapnutím přes relé motoru). Piny 14, 31: snímač dráhy brzdového pedálu; kontrolu lze provést buď měřením odporu po vytažení konektoru řídicí jednotky při sešlápnutí brzdového pedálu nebo lépe měřením poklesu napětí při sešlápnutí brzdového pedálu a při systému v provozní pohotovosti. Piny 15, 53: spínač zásobníku tlaku; měření odporu při vytaženém konektoru řídicí jednotky; průchod při zavřeném spínači (tlak je dostatečný), přerušení při otevřeném spínači (tlak je příliš nízký). Pin 32: signál plus při zapnutém spínači brzdových světel. Pin 13: 3: signál z kostry pro řídicí obvod hlavního relé. Piny y 20, 21: 1: ovládání servomotoru škrticí klapky; účelná je pouze kontrola motoru a vedení měřením odporu, protože napěťový signál by bylo možné měřit jen po krátký okamžik během procesu regulace. Piny y 42, 43, 23: signál z potenciometru škrticí klapky; měření odporu dráhy jezdce při aktivaci škrticí klapky, resp. měření poklesu napětí při zapnutém systému. Piny y 5, 25, 4: výstupní signály pro zásahy do řízení motoru prostřednictvím systému Motronic; účelné je pouze přezkoušení vedení měřením odporu, protože napěťové signály procházejí jen během procesu regulace po dobu kratší než dvě sekundy. Pin 41: vstup td-signálu při chodu motoru; měření střídy. Pin 26: vstupní signál pro nastavení škrticí klapky z řídicí jednotky Motronic; signál s modulovanou šířkou impulzu, tzn. měření střídy. Pin 6: výstup pro automatickou převodovku (zákaz jejího zapnutí) během regulace; účelná je jen kontrola přívodů. Pin 27: plus signál pro vypnutí systému vypínačem ASR. Piny 7, 8: připojení diagnostiky. ZPRACOVÁNO PODLE ZAHRANIČNÍCH MATERIÁLŮ 16 at