Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Elektronické systémy brzdové soustavy osobního automobilu Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D. Vypracoval: Pavel Buriška Brno 2009

2 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma ELEKTRONICKÉ SYSTÉMY BRZDOVÉ SOUSTAVY OSOBNÍHO AUTOMOBILU vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne. podpis....

3 PODĚKOVÁNÍ Děkuji panu Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za odborné rady a dobré vedení během zpracování mé bakalářské práce.

4 ABSTRAKT Obsahem mé bakalářské práce je souhrn všech moderních elektronických systémů brzdové soustavy os. automobilů. První část se zabývá základním rozdělením brzdových soustav, konstrukčních druhů brzd a samotným brzdícím procesem. Druhá část pojednává o principu funkce protiblokovacích a protiprokluzových systémů, se kterými úzce souvisí systémy EBD, EBS a brzdové asistenty. Ve třetí části je popsán princip činnosti systému stability jízdy ESP a jeho druhé generace. Na závěr je uvedena ukázka měření ABS a celé brzdové soustavy na válcovém dynamometru. Klíčová slova: ABS, brzdy, regulace jízdy, ESP, bezpečnost ABSTRACT The content of my bachelor thesis is a summary of all modern electronic systems of a car braking system. The first part deals with the basic division of brake systems, types of brakes and braking process. The second part is concerned with the principle functions of anti-block and anti-skid systems, which is closely related to systems EBD, EBS and brake assistant. The third part describes the principle of stability program ESP and its second generation. Finally, an example of measurement is given the ABS and whole braking system on a chassis dynamometer. Key words: ABS, brakes, motion control, ESP, safety

5 OBSAH 1. ROZBOR PROBLEMATIKY ZADÁNÍ Úvod Cíl práce Brzdová soustava osobního automobilu Rozdělení brzdových soustav Druhy brzd Brzdná dráha Síly brzdící pohyb vozidla PROTIBLOKOVACÍ A PROTIPROKLUZOVÉ SYSTÉMY Protiblokovací systém ABS Regulační obvod ABS Vývojové verze systému ABS Snímače otáček kola Protiprokluzová regulace ASR Elektronické rozdělování brzdné síly EBD Elektronické brzdové soustavy EBS Elektrohydraulická brzdová soustava EHB Elektromechanická brzdová soustava EMB SYSTÉMY JÍZDNÍ STABILITY Elektronický stabilizační program ESP ESP druhé generace BRZDOVÉ ASISTENTY Rozdělení dle principu činnosti Varianty jednotlivých výrobců ZKOUŠKY A MĚŘENÍ Statické zkoušky... 41

6 5.2 Dynamické zkoušky Speciální zkoušky - ABS ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM INTERNETOVÝCH ODKAZŮ SEZNAM OBRÁZKŮ... 47

7 1. ROZBOR PROBLEMATIKY ZADÁNÍ 1.1 Úvod Počet aut na silnicích a dálnicích celého světa den ode dne roste. Řidiči vyžadují stále větší komfort cestování, hospodárnost provozu a hlavně bezpečnost posádky. Během každého roku zahyne na českých silnicích za volanty automobilů stovky řidičů a dalších účastníků silničního provozu. Příčinami nehod bývá selhání lidského faktoru, vlivy vnějšího prostředí a v neposlední řadě technický stav vozidel. Spolu s výrobou automobilů současné koncepce se konstruktéři snaží vybavit osobní automobily tak, aby usnadnili řízení a zvýšili bezpečnost provozu. V 80. letech vyvinuli technici firmy Bosch první systém upravující jízdní vlastnosti a to protiblokovací systém ABS (Antiblock Braking System). Ten reguluje blokování kol a tím i ztrátu kontaktu pneumatiky s vozovkou při brzdění za kritických podmínek. Na něj navazuje protiprokluzový systém ASR (Anti Skid Regulation), pracující na totožném principu, jen je podmíněn prudkou akcelerací vozu. Další výzvou pro konstruktéry bylo vyeliminovat chybné reakce řidičů na co nejmenší míru. Proto vznikl program stabilizace ESP (Electronic Stability Program), ten dokáže pomocí údajů ze snímačů vyhodnotit chybnou reakci řidiče a vozidlo stabilizovat a zabránit tak kolizi. Novinkou v této oblasti vývoje stojí adaptivní tempomat ACC (Adaptive Cruise Control), který dokáže samostatně udržovat přednastavené parametry jízdy. Současná celosvětová hospodářská krize negativně ovlivnila automobilový průmysl a tím i vývoj nových technologií do budoucna. 7

8 1.2 Cíl práce Cílem mé bakalářské práce je zmapovat moderní elektronické systémy používané k regulaci brzdové soustavy osobních vozidel. První místo mezi systémy upravující jízdný vlastnosti zabírá protiblokovací systém ABS. Od něj se odvíjí protiprokluzová regulace ASR, elektronické rozdělování brzdné síly EBD, brzdové asistenty a samozřejmě systémy jízdní stability ESP, sdružující a kombinující vlastnosti předchozích. 8

9 1.3 Brzdová soustava osobního automobilu Brzdová zařízení patří k důležitým technickým ústrojím vozidel, které svým provedením a provozními vlastnostmi musí splňovat podmínky stanovené zvláštními předpisy. Brzdným zařízením nazýváme soubor brzdových a odlehčovacích soustav (zkráceně jen brzd), jimiž je vozidlo vybaveno. Brzdová soustava je určena ke snížení rychlosti jedoucího vozidla, k jeho zastavení a také k zajištění stojícího vozidla proti samovolnému pohybu. Tato soustava musí splňovat následující vlastnosti: - dosažení plynulého zpomalení nebo zastavení vozidla na co nejkratší dráze bez vybočení z přímého směru jízdy, bez blokování kol a abnormálních vibrací, - dosažení účinku provozního brzdění při působení na kola stejné nápravy souměrně k podélné střední rovině vozidla, - dosažení účinku provozního brzdění Rozdělení brzdových soustav Podle použitého zdroje energie: 1. Přímočinná soustava brzdná síla je tvořena vlastní silou řidiče. Tato síla se přenáší mechanickým nebo hydraulickým převodem na kola automobilu. 2. Brzdová soustava s posilovačem jestliže nedostačuje síla řidiče, může být posílena podtlakovým nebo hydraulickým posilovačem. Posilovač je konstruován tak, že při poruše zůstane brzdová soustava v činnosti a přitom ovládací síla na brzdový pedál nepřesáhne 800 N. 3. Nepřímočinná soustava brzdný účinek je tvořen obvykle tlakem vzduchu, který řidič pouze ovládá 9

10 Podle funkce: 1. Provozní brzdová soustava snižuje rychlost vozidla, případně až do jeho úplného zastavení, vozidlo se však nesmí odchýlit od přímého směru. Provozní brzda se ovládá plynule nohou a působí na všechna kola. 2. Nouzová brzdová soustava měla by při poruchách provozní brzdy splňovat její úkoly, případně s nižším účinkem. Soustava nemusí být samostatná, může to být neporušený okruh dvouokruhových provozních brzd, případně brzda parkovací. 3. Parkovací brzdová soustava jejím úkolem je zajistit zaparkované nebo odstavené vozidlo proti rozjetí (i na skloněné dráze), a to i za nepřítomnosti řidiče 4. Zpomalovací brzdová soustava snižuje rychlost vozidla dle potřeby (např. dlouhé svahy), aniž by se používala brzda provozní, nouzová či parkovací. Jejím účelem není vozidlo zastavit. Podle způsobu ovládání: 1. Ruční způsob ovládání tlakem (tahem) na brzdící páku v kabině vozidla 2. Nožní ovládání tlakem na brzdový pedál 3. Samočinné zabrzdění nastává automaticky např. u přípojného vozidla se vzduchovými brzdami 4. Nájezdové k zabrzdění připojeného vozidla je využíváno sil, které vznikají při přiblížení se přívěsu k tažnému vozidlu Druhy brzd Hlavním úkolem brzd je vyvolat takový brzdící účinek, který dokáže pohltit velkou část kinetické energie vozidla. Brzdný účinek je vyvolán mechanicky, dochází zde ke tření brzdových segmentů (čelistí s brzdovým obložením, brzdových destiček) o kotouč nebo buben. Brzdy jsou ovládány mechanicky, hydraulicky nebo pneumaticky stlačeným vzduchem a možná je i jejich kombinace. Každé vozidlo musí být vybaveno minimálně dvěma brzdovými systémy, které na sobě nejsou závislé - brzdou provozní a brzdou parkovací. 10

11 Z konstrukčního hlediska dělíme brzdy: 1. Třecí brzda brzda, u které jsou součásti upevněné k vozidlu přitlačovány přítlačnou silou na jednu nebo více částí připojených ke kolu nebo soupravě kol. Třecí brzda, u které se účinek přítlačné síly zvyšuje třecími silami, se nazývá brzda se servoúčinkem. 2. Bubnová brzda třecí brzda, u které se třecí síly vytvářejí mezi částmi upevněnými k pevné části vozidla a vnitřním nebo vnějším povrchem bubnu. 3. Kotoučová brzda třecí brzda, u které se třecí síly vytvářejí mezi částmi upevněnými k pevné části vozidla a plochami jednoho nebo několika kotoučů. 4. Západková brzda brzda, u které se neotáčející části vozidla západkovým spojením brání polohu částí upevněných trvale ke kolu nebo k soupravě kol, může se normálně použít jen na stojícím vozidle. [4] Nejrozšířenějšími provozními brzdami používanými u moderních automobilů jsou kotoučové brzdy doplněné staršími bubnovými brzdami. Bubnové brzdy Bubnové brzdy se běžně používají jako provozní, u moderních automobilů se objevují pouze na zadní nápravě, ale i zde jsou často nahrazovány brzdami kotoučovými. Skládají se z brzdového bubnu, brzdových čelistí s obložením, rozpínacího mechanismu (brzdový klíč nebo hydrostatický člen), automatického stavěče odlehlosti brzdových čelistí a mechanického rozpínacího systému parkovací brzdy (u zadních náprav). Obr. 1 Bubnová brzda 11

12 Při sešlápnutí brzdového pedálu a zapojení brzdového systému dochází k rozpínání brzdových čelistí s obložením, které se tak dotýká vnitřní strany bubnu, čímž dochází ke tření. Během tření nabíhá jedna čelist na obvod bubnu a nazývá se náběžnou čelistí. Druhá čelist nabíhá proti smyslu otáčení brzdového bubnu a nazývá se úběžnou čelistí. Větší brzdný účinek má náběžná čelist, proto se vyrábějí i složitější dvounáběžné brzdy. Mezi hlavní nevýhody patří špatný přístup chladícího vzduchu a tím i snížení účinnosti brzdění. [8] Kotoučové brzdy Z důvodu častého přehřívání bubnových brzd a tím i možnosti ztráty brzdového účinku se v současné době u osobních automobilů používají zejména na přední nápravě kotoučové brzdy. Tyto brzdy mají dlouhou historii vývoje, od původních konstrukcí se neliší nijak dramaticky, jen řadou detailů, které je učinily jednoduššími, spolehlivějšími a výkonnějšími. Dnes se jedná o moderní, široce používané brzdy. Obr. 2 Schéma kotoučové brzdy Skládají se z brzdového kotouče pevně spojeného s nábojem kola, brzdového třmenu s hydraulickými válečky, výměnných brzdových destiček a zařízením, které zabraňuje vypadnutí brzdové destičky ze třmenu. Brzdného účinku je dosaženo třením brzdových destiček o kotouč, který bývá chlazený proudícím vzduchem (v některých případech speciální kapalinou), brzda si tak zachovává trvale dobrý brzdný účinek. Zároveň je možné jednoduchou změnou průměru kotouče dosáhnout výrazně vyššího brzdného účinku, což je z výrobního hlediska výhodné u vozidel stejného typu s motorem o různém výkonu. Kotoučová brzda je koncipována jako provozní s hydraulickým ovládáním. 12

13 Protože není vybavena mechanickým rozpínáním válečků, nelze ji použít jako brzdu parkovací. U výkonnějších vozidel a vozidel s některými elektronickými systémy se kotoučové brzdy používají také na zadní nápravě. [8] Mezi výhody kotoučových brzd patří: - dobrý odvod tepla (oproti bubnovým brzdám), - malá citlivost na změnu součinitele tření (znečištění, zahřátí), - stabilita brzdného účinku při dlouhodobém používání, - snadná údržba, - neseřizuje se žádná vůle, - menší hmotnost, - nemění se funkce při opotřebení obložení Brzdná dráha Brzdná dráha je vzdálenost, na které se vozidlo jedoucí nějakou počáteční rychlostí úplně zastaví. Je tvořena dvěma faktory reakční dráhou a vlastní brzdnou dráhou. Reakční dráha je dráha, kterou řidič ujede od okamžiku, kdy rozpozná kritickou situaci, zpracuje ji a začne brzdit. To trvá asi jednu vteřinu, v závislosti na rychlosti řidičovy reakce. V tomto čase se však vozidlo dále pohybuje s nezměněnou rychlostí. Při 50 km/h je reakční dráha 14 m dlouhá. Teprve potom jsou zapojeny brzdy. Brzdná dráha závisí na počáteční rychlosti a mnoha dalších faktorech. [10] Tab. 1 Reakční a brzdná dráha při daných podmínkách Rychlost vozu Reakční dráha Brzdná dráha Dráha zastavení suchá silnice 50 km/h 14 m 14 m 28 m 60 km/h 17 m 20 m 37 m 80 km/h 22 m 35 m 57 m mokrá silnice 50 km/h 14 m 19 m 33 m 60 km/h 17 m 28 m 45 m 80 km/h 22 m 49 m 71 m náledí 50 km/h 14 m 64 m 78 m 60 km/h 17 m 93 m 110 m 80 km/h 22 m 165 m 187 m 13

14 Průběh brzdění Proces brzdění má zhruba následující průběh. Od zpozorování překážky do okamžiku vzniku brzdné síly na kole uplyne čas t r. To je reakční čas řidiče a čas, ve kterém řidič přesune nohu na brzdový pedál. Další časový úsek označme t p, je to čas tzv. prodlevy brzdy. V tomto čase se vymezí a překoná vůle v kloubech a ložiskách, brzdové obložení dosedne na třecí plochy brzd. Až potud jede při zanedbání jízdních odporů automobil nesníženou rychlostí. Další úsek se nazývá doba náběhu brzdy t n, což je čas, ve kterém účinek brzd dosáhne svého maxima. V dalším časovém úseku t u, tj. během doby plného brzdění, předpokládáme konstantní zpomalení až do úplného zastavení. Průběh velikosti brzdné síly je znázorněn na následujícím grafu. [10] Obr. 3 Průběh brzdění v závislosti na čase Síly brzdící pohyb vozidla pohybu. Během jízdy je vozidlo brzděno všemi silami, které na něho působí proti směru Jsou to především: - odpor valení Ff - odpor vzduchu Fv - odpor do stoupání Fs Při přerušení hnacího momentu přivedeného na vozidlová kola, začne vlivem těchto odporů vozidlo zpomalovat. 14

15 Brzdná síla je: FBC1 = Ff + Fv + Fs [N] Velikost zpomalení je dána, při tomto způsobu brzdění, velikostí jízdních odporů, které nemůže řidič přímo ovlivnit. Tento způsob je z hlediska bezpečnosti provozu zcela nepřijatelný. Provoz vozidel s okamžitými změnami dopravních situací vyžaduje, aby velikost zpomalení vozidla byla ovlivněna řidičem, a aby zpomalení bylo výrazně větší, než jaké jsou schopny vyvolat jízdní odpory. Proto je k nim třeba přidat další sílu zpomalující vozidlo tzv. brzdnou sílu FB. Velikost brzdné síly je omezena adhezní silou. [5] Při použití zjednodušujících předpokladů: vozidlo jede bez přípojného vozidla součinitel adheze je stejný na všech kolech zanedbáme vliv setrvačných hmot Brzdná síla: FB = FBP FBZ [N] kde: FBP je brzdná síla na přední nápravě [N], FBZ je brzdná síla na zadní nápravě [N], Celková brzdná síla: FBC = Ff + Fv + Fs + FB [N] 15

16 2. PROTIBLOKOVACÍ A PROTIPROKLUZOVÉ SYSTÉMY 2.1 Protiblokovací systém ABS Tzv. zátěžová regulace zajišťuje jen správný poměr brzdných sil jednotlivých náprav vozidla, odpovídající poměru jejich okamžitých svislých zatížení. Velikost celkové brzdné síly je však závislá výlučně na síle, kterou řidič působí na brzdový pedál. Zátěžová regulace tedy nemůže odstranit nebezpečí blokování kol. U konvenčních brzdných soustav řidič určuje svojí nožní silou velikost brzdného tlaku a tím také velikost brzdných momentů na kolech vozidla. V kritických situacích, kdy musí často řidič prudce brzdit může dojít k zablokování kol. Použitím elektronických protiblokovacích systémů lze zabránit nebezpečným jízdním situacím, tzn. podstatně zvýšit aktivní bezpečnost motorových vozidel. [7] Historie Systém ABS (Antiblock Braking System) byl vyvinut firmou BOSCH v roce Historie však sahá ještě dál. Již na počátku 20. století se objevovaly úvahy o tom, jak by bylo možné zabránit blokování kol při prudkém brzdění. Firma Bosch ohlásila již roku 1936 patent na Zařízení k zabránění silného brzdění kol motorového vozidla. Avšak teprve s příchodem elektronického řízení mohli inženýři vyvinout protiblokovací brzdový systém, který byl dostatečně rychlý a robustní pro použití v motorových vozidlech. První komerční uplatnění nalezl systém jako zvláštní výbava vozu Mercedes-Benz třídy S a krátce na to také u BMW řady 7. [10] Každý systém ABS se skládá z těchto základních částí: - snímače otáček jednotlivých kol, - popřípadě snímače kol hnací nápravy, - hydraulické jednotky, - elektronické řídící jednotky, - kontrola opotřebení obložení brzdového segmentu a jeho signalizace řidiči. 16

17 2.1.1 Regulační obvod ABS Regulační okruhy ABS se skládají z těchto prvků: - regulační dráha vozidlo s brzdou, kolo a třecí část tj. pneumatika vozovka - rušivé veličiny jízdní poměry, stav brzd, zatížení vozidla, stav pneumatik - regulátor snímače otáček a řídící jednotka - regulační veličiny otáčky a z nich odvozené odvodové zpoždění a zrychlení zároveň se skluzem - řídící veličina tlak na brzdový pedál, řidičem určený brzdný tlak - nastavovací veličina velikost brzdného tlaku Obr. 4 Ukázka regulačního obvodu sytému ABS Cykly regulace: - regulace brzdění na povrchu vozovky s vysokým stupněm adheze - regulace brzdění na povrchu vozovky s nízkým stupněm adheze 17

18 Obr. 5 Kontrolní cyklus ABS (nízký součinitel tření) [12] 1. první fáze je náběh brzdění, kdy ABS ještě není uveden v činnost, 2. rychlost kola překročí hranici vypočtenou z referenční rychlosti vozidla a udržovaného konstantního brzdného tlaku, 3. během této fáze je krátký čas brzdění následován snížením brzdného tlaku. Rychlost kola je porovnávána s tlakem a jednotka se snaží najít tlak, který je nižší než mez proklouznutí kola, tak je brzdný tlak opět snižován a je následován krátkým okamžikem brzdění, 4. stálý brzdný tlak umožňuje snížení rychlosti, 5. zde se zavádí postupné zvyšování brzdného tlaku v krocích, dokud kolo opět neproklouzne, 6. brzdný tlak je snížen, což umožňuje zvýšení rychlosti kola, 7. tlak je udržován konstantní, dokud není dosažena vypočtená mez prokluzu, 8. zde dochází ke skokovému zvyšování tlaku vedoucímu k udržení minima okamžiků, kdy dochází k prokluzu kola. To zajišťuje maximální stabilitu. [12] 18

19 Požadavky na ABS Systém ABS, který má zamezit blokování kol je složen z několika částí vzájemně se ovlivňujících a doplňujících. Celkově musí splňovat, mimo jiné, tyto požadavky: regulace brzdění musí zajistit stabilitu jízdy vozidla a jeho ovladatelnost na všech druzích povrchu, od mokré vozovky až po náledí, ABS musí maximálně využívat součinitele tření (adheze a boční síly) mezi vozovkou a koly vozidla. Stabilita jízdy a řiditelnost má přednost před zkrácením brzdné dráhy. Síla, kterou působí řidič na brzdový pedál a rychlost jeho reakce jsou hodnoty, které neovlivní výsledný tlak působící na brzdové čelisti kol. regulace brzdění musí probíhat v celé rychlostní oblasti vozidla až do minimální rychlosti (obvykle 6 8 km/h), regulace se musí rychle přizpůsobit změnám přilnavosti (adheze) na co nejkratší časový úsek reakce tak, aby neovlivnila řiditelnost a stabilitu jízdy vozidla. Na suché vozovce musí umožnit maximální možné hodnoty ovládací síly brzd. při brzdění na vozovce s nestejnou přilnavostí kol na pravé a levé straně vozidla má vůz tendenci se vychylovat příčně ke směru jízdy (tzv. gyroskopické momenty), při brzdění v zatáčce musí zůstat vozidlo stabilní a řiditelné s nejkratší brzdnou dráhou. Totéž platí i pro vozovky s nerovným povrchem. regulace brzdění musí rozeznat aquaplaning a vhodně na něj zareagovat. Musí zachovat přímou jízdní stabilitu. brzdění po uvolnění pedálu brzdy (hystereze) a vliv brzdění motorem se musí projevit na ovlivnění brzdění co nejméně bezpečnostní obvody musí neustále kontrolovat bezchybnou funkci systému ABS. Jestliže kontrolní systém zjistí závadu, která by mohla mít vliv na průběh brzdění, systém ABS je vypnut. Řidič je informován rozsvícením kontrolky (ABS) o vyskytující se závadě na systému, tedy že má k dispozici jen základní brzdovou soustavu bez ABS. [3] 19

20 2.1.2 Vývojové verze systému ABS 1. ABS 2S Systém ABS 2S se jako první protiblokovací systém začal sériově vyrábět v roce 1978 (Mercedes-Benz 500SEL). Tento velmi pružný systém umožňuje integraci bez změn základního brzdového systému. U tohoto provedení jsou hydraulický agregát a řídící jednotka konstrukčně odděleny. Tříkanálový hydraulický agregát pro rozdělení na přední a zadní nápravu obsahuje čerpadlo pro zpětnou dodávku a tři 3/3 (označení 3/3 znamená tři hydraulické přípojky a 3 polohy přepínání) elektromagnetické ventily, u kterých kromě bezproudého stavu zvýšení tlaku se dvěma proudovými hodnotami dosahují stavy zachování a snížení tlaku. Při rozdělení na přední a zadní nápravu přebírá jeden jediný elektromagnetický ventil regulaci zadních kol, při diagonálním rozdělení jsou k tomu potřebné dva elektromagnetické ventily, protože každé kolo je přiřazeno jednomu brzdovému okruhu. 2. ABS 5.0 Provedení ABS 5.0 je dalším vývojovým krokem systému ABS 2S. Zatím co ten pracuje s elektromagnetickými ventily 3/3, je systém ABS 5.0 vybaven elektromagnetickými ventily 2/2. Při rozdělení brzdového okruhu jsou oba tyto systémy identické. Protiblokovací systém ABS 5.0 je charakteristický těmito znaky: stavebnicovým systémem pro různá použití, principem zpětné dodávky s uzavřeným brzdovým okruhem, principem dvou mikrospínačů s rozsáhlým kontrolním software. 3. ABS 5.3 Systém Bosch ABS 5.3 byl vyvinut pro osobní automobily nižších tříd. Při stejném rozsahu funkcí jako ABS 5.0 má mnohem menší zástavbové rozměry. Elektromagnetické ventily jsou umístěny odděleně, přičemž hydraulické části jsou integrovány v hydraulické jednotce. Elektrické části jsou zase umístěny na tělese řídící jednotky. Elektronická jednotka může být umístěna buď přímo na hydraulické jednotce nebo odděleně a propojena kabelovým svazkem. [1] 4. ABS 8 Tento nejmodernější systém je modulární koncepce a zahrnuje v sobě další systémy jako ASR, ESP. 20

21 2.1.3 Snímače otáček kola Snímač otáček kola je umístěn na otočném čepu a impulsním kotouč se otáčí s vozidlovým kolem. Podle montážních poměrů a provedení kotouče je snímač otáček umístěn radiálně nebo axiálně. Pasivní snímač Tento snímač se skládá z permanentního magnetu, který je ovinut cívkou. Zuby impulsního kotouče z feromagnetického materiálu ovlivňují magnetický tok magnetickou indukcí. Tím vzniká střídavé napětí, jehož frekvence je přímo úměrná rychlosti otáčení kola. Elektromagnetický regulátor toto napětí vyhodnocuje, přičemž k zajištění příslušného rozsahu napětí je nutno dodržovat v úzkých mezích předepsanou vůli. [7] Obr. 6 Indukční (pasivní) snímač otáček kol Aktivní snímač V poslední době se ve větší míře používají tzv. aktivní snímače otáček kol. Předností oproti indukčně pracujícím snímačům je, že mají schopnost snímat otáčky od klidového stavu. Toto má např. význam u protiprokluzových regulačních systémů v okamžiku rozjezdu (ASR). [4] 21

22 Obr. 7 Magnetoresitenční (aktivní) snímač otáček 2.2 Protiprokluzová regulace ASR Systém regulace prokluzu ASR (Anti Skid Regulation) má jako rozšíření ABS především za úlohu zajistit stabilitu a řiditelnost vozidla při akceleraci. Regulace prokluzu musí zabránit protáčení kol při rozjezdu nebo zrychlení. Z rozdílu prokluzu na hnacích kolech může ASR rozlišit mezi průjezdem zatáčkou a prokluzem kola. ASR samočinně řídí výkon motoru tak, aby kola neprokluzovala. Při akceleraci se zvyšuje točivý moment a tím i hnací moment na kolech vozidla, při překročení fyzikálně max. přenositelného hnacího momentu dojde k prokluzu hnacího kola. Nastupující nestabilitě zabrání právě systém ASR. Systém ASR musí v těchto situacích zamezit prokluzu kol při rozjezdu nebo zrychlení: - na vozovce s náledím na jedné nebo obou stranách, - při vyjíždění z namrzlých parkovišť, - při zrychlení v zatáčce, - při jízdě do kopce - za použití předního pohonu, - při použití regulace brzdného tlaku u protáčejícího se kola. 22

23 Historie Protiprokluzové systémy známe pod zkratkou ASR začala používat firma Mercedes- Benz v polovině osmdesátých let. Historické prvenství v zavedení takového zařízení do konstrukce sériově vyráběného automobilu patří automobilce Volvo, která v roce 1982 na voze Volvo 760 představila zařízení ETC (Electronic Traction Control), tedy elektronickou regulaci hnací síly. [1] Regulace ASR je možná několika způsoby nebo jejich kombinací: Motorová regulace (snížení hnacího moment) Brzdová regulace (přibrzďování hnacích kol) Regulace uzavírání diferenciálu Zásah do spojení motoru s hnacími koly Regulace brzdného momentu motoru MSR Systém ASR je možno přídavně doplnit o regulaci brzdného momentu MSR. Při řazení nižšího rychlostního stupně nebo při prudkém uvolnění pedálu akcelerátoru na kluzké vozovce může dojít vlivem brzdného účinku motoru k vysokému brzdnému skluzu. MSR musí lehkou akcelerací nepatrně zvýšit točivý moment tak, aby se brzdění kol snížilo na hodnotu zaručující jízdní stabilitu. [4] Elektronické řízení výkonu motoru EMS Pro zajištění nezávislé funkce ASR na tom jak je řidičem ovládán pedál akcelerátoru, musí být systém vybaven místo mechanického propojení pedálů a škrtící klapky (regulační tyče vstřikovacího čerpadla u vznětových motorů) elektronickým řízení výkonu motoru. Ten je nazýván také jako elektronický plyn nebo EGas. EMS dostává signály od ASR a podle nich nastavuje úhel škrtící klapky (posunutí hřebenové tyče), tak jak požaduje nastavení řidič. Poloha pedálu je převedena na elektrický signál, který převede řídící jednotka EMS s ohledem na naprogramované veličiny a signály jiných snímačů na řídící napětí pro nastavovací motor. Ten pak nastavuje polohu škrtící klapky nebo regulační tyče čerpadla a hlásí její polohu zpět do řídící jednotky. [3] 23

24 Řízení momentu motoru u vozidel se zážehovým motorem: nastavení škrtící klapky zapalování, změna okamžiku zážehu, potlačení jednotlivého zapalovacího impulsu vstřikování, potlačení vstřikovacího impulsu U vozidel se vznětovým motorem: regulační tyč vstřikovacího čerpadla, regulací dodávaného množství paliva Obr. 8 Elektronické řízení výkonu motoru EMS pro ASR [4] Popis: 1- elektronická řídící jednotka pro ABS/ASR, 2- elektronická řídící jednotka pro EMS, 3- pedál akcelerátoru, 4- elektromotor nastavovače, 5- škrtící klapka, 6- vstřikovací čerpadlo 24

25 2.3 Elektronické rozdělování brzdné síly EBD Systém ABS s elektronickým rozdělováním brzdné síly EBD (Electronic Brakeforce Distribution) zahrnuje vliv změny zatížení náprav při brzdění a reguluje brzdný tlak na nápravách. Systém EBD (EBV) tedy nahrazuje omezovací ventily brzdného tlaku a tzv. automatickou zátěžovou regulaci AZR. Funkce EBD je dodatečný software k původnímu programu ABS a umožňuje jemnější regulaci brzdného tlaku u zadních kol. Může působit i u normálního brzdění (tedy nejen při prudkém/panickém brzdění), a to v závislosti na stavu zatížení vozidla a přilnavosti vozovky. Na rozdíl od ventilu omezujícího brzdný tlak na zadních kolech nebo AZR není regulace EBD určována brzdným tlakem, ale skluzem pneumatik. V závislosti na skluzu umožňuje elektronické rozdělování brzdných sil EBD snížení brzdného tlaku na zadních brzdách, čímž se zvyšuje jízdní stabilita v porovnání s konvenčními systémy. Obr. 9 Nástup EBV a ABS během brzdění Snížení brzdného tlaku na zadních kolech probíhá v určitých fázích udržování tlaku. Pomocí speciálně upraveného softwaru je zamezeno blokování zadních kol. Motor čerpadla během regulace EBD neběží. Pokud přesto začne některé kolo blokovat, začne působit regulace ABS. U EBD je ovládání obou zadních brzdových okruhů společné. Pokud vznikne v systému porucha, rozsvítí se kontrolka na palubní desce. Výpadek systému ABS neznamená nutně nefunkčnost EBD. [4] 25

26 2.4 Elektronické brzdové soustavy EBS Brzdové soustavy os. automobilů přenášejí impulz od brzdného pedálu řidiče k brzdám hydraulicky prostřednictvím brzdové kapaliny. Také se využívá posilovače brzd. Až do určitého okamžiku je brzdná síla tím větší, čím větší je síla působící na pedál. Elektronické ovládání brzd Brake by Wire využívají tyto brzdové systémy firmy Bosch: - Elektrohydraulický systém brzd EHB - Elektromechanický systém brzd EMB Elektrohydraulická brzdová soustava EHB Tato soustava zachovává hydraulické brzdy kol, které však nejsou přímo hydraulickomechanicky propojeny s brzdovým pedálem. Řídící jednotka zjišťuje sílu působící na brzdový pedál a pro každé jednotlivé kolo vypočítavá potřebný brzdný tlak. Do tohoto výpočtu jsou zahrnuty charakteristické údaje o chování vozidla, o prokluzu a jízdních veličinách. Čerpadlo poháněné elektromotorem vyvíjí tlak pro hydraulický tlakový zásobník, z něhož je tlaková kapalina přes regulační prvky přivedena do samostatných hydraulických okruhů jednotlivých kol. V případě výpadku systému EHB je síla, kterou řidič působí na brzdový pedál přenášena klasickým způsobem přes hydraulický válec na brzdy kol. [1] - EHB má v oblasti ABS ve srovnání s konvenční brzdou lepší charakteristiky co se týče hlučnosti a vibrací, - přináší nižší hmotnost a zjednodušení instalace, - z hlediska bezpečnosti slibuje EHB v závislosti na kombinaci vlastností pneumatik a vozovky zkrácení brzdné dráhy až o 5%, - firma Bosch začala v roce 2001 dodávat svůj typ EHB pod názvem Sensotronic pro nový Mercedes-Benz SL (používá se také označení SBC - společný vývoj firem Bosch a Daimler Chrysler AG.), - svůj vlastní sytém EHB vydala i společnost Continental Teves v roce

27 2.4.2 Elektromechanická brzdová soustava EMB U systému EMB zcela odpadá celý hydraulicko-pneumatický okruh, impulzy z pohybu brzdového pedálu jsou elektrickým okruhem přenášeny přímo do výkonové jednotky na každém kole tzv. aktuátoru. Elektromotory, vestavěné do kol, vyvíjejí brzdnou sílu přímo tam, kde je zapotřebí. Největším problémem systému EMB je, že na rozdíl od EHB zde neexistuje možnost hydraulického přenosu sil při případném výpadku systému. Z tohoto důvodu jsou vyžadovány dva nezávislé elektronické brzdové okruhy. Elektromotory musí být lehké a kompaktní, aby je bylo možno umístit do směstnaných prostor uvnitř ráfku. Systém EMB sestává ze 4 brzdových aktuátorů umístěných přímo na disku kotoučové brzdy, které předávají impulzy do elektromotoru integrovaného ve stejném konstrukčním celku. Každý z těchto motorů je řízen samostatnou elektronickou jednotkou a přímo vyvolává brzdnou sílu.[1] Systém EMB je vybaven dvěma proudovými okruhy, aby byly splněny bezpečnostní požadavky. Při výpadku jednoho z okruhů je brzda na každém kole stále funkční. K rozhodujícím přednostem patří přesně definovaný přenos brzdných sil odpovídající okamžité potřebě. Obr. 10 Schéma elektronického brzdového sytému EMB [4] 27

28 3. SYSTÉMY JÍZDNÍ STABILITY 3.1 Elektronický stabilizační program ESP Při jízdě vozidla existují určité hraniční oblasti, kde je vozidlo již velmi těžce ovladatelné. Často jsou tyto kritické situace zkušenými řidiči nesprávně odhadnuty, a dochází tak například díky silným pohybům volantu ke smyku vozidla. Zvládnout tuto situaci pomáhají systémy regulace jízdy. My se budeme zabývat nejznámějším systémem stabilizace jízdy ESP (Electronic Stability Program) od firmy Bosch. Ten doplňuje známé funkce protiblokovacího brzdového systému ABS, regulace prokluzu ASR, elektronického rozdělení brzdné síly EBV, regulace brzdného momentu motoru MSR nebo regulace stáčivého momentu GMR. Tab. 2 Přehled používaných systémů stability podle výrobců Označení Výrobce AHS (Active Handling System) Chevrolet DSC (Dynamic Stability Control) BMW DSM (Dynamic Stability Control) Jaguar DTSC (Dynamic Stability Traction Control) Volvo ESP (Electronic Stability Program) Audi, VW, Škoda, Mercedes-Benz PSM (Porsche Stability Management) Porsche VDC (Vehicle Dynamics Control) Subaru, Nissan VSC (Vehicle Skid Control) Lexus, Toyota Historie 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 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. [10] 28

29 Obr. 11 Mercedes-Benz během tzv. losího testu Systém ESP umožňuje využití jízdních vlastností až na samou hranici fyzikálních zákonů a tím zvyšuje aktivní bezpečnost. Stabilizace jízdy vozidla je dosaženo samočinnými zásahy do brzd jednotlivých kol a hnacího momentu motoru bez zásahu řidiče. Zjistí-li systém prostřednictvím snímačů příčně dynamický kritický stav vozidla, dochází k přibrzdění příslušných kol. Tím se vytvoří točivý moment kolem svislé osy vozidla, který kompenzuje nežádoucí nedotáčivý popř. přetáčivý pohyb. Současně se sníží točivý moment motoru na hodnotu odpovídající dané situaci. Tímto způsobem dosažené zpomalování vozu má stabilizační účinek. Regulací jízdní dynamiky ESP se zvyšuje dodatečná stabilita jízdy v kritických situacích v příčném směru vozidla a tím se výrazně redukuje riziko smyku. Zajistí se tak stabilita vozidla při nebrzděné, zpomalované a zrychlené jízdě přímým směrem nebo v zatáčce, také v mezních jízdních stavech. Kompletní regulační technika systému ESP vyžaduje velmi výkonnou elektroniku a snímače. [4] 29

30 Obr. 12 Schématické rozložení prvků soustavy ESP [4] Popis: 1- snímač stáčivé rychlosti se snímačem bočního zrychlení, 2- snímač úhlu natočení volantu, 3- snímač neregulovaného brzdného tlaku, 4- snímače otáček, 5- řídící jednotka ESP, 6- hydraulická jednotka, 7- brzdy, 8- řídící jednotka motoru, 9- úhel zážehu, 10- vstřikování paliva, 11- škrtící klapka Základ ESP tvoří řídící jednotka, která je společná pro ABS a další elektronické systémy. Řídicí jednotka zpracovává data 143 krát za sekundu, to je každých 7 milisekund, a téměř 30 krát rychleji než člověk. Jejím úkolem je porovnávat během jízdy skutečné hodnoty ze snímačů s hodnotami vypočtenými. Požadovaný směr je zjišťován z úhlu natočení volantu a z otáček kol. Přitom se zohledňují také specifické vlastnosti dynamiky vozidla a zvláštní situace, jako příčný sklon vozovky nebo µ split (např. drsný povrch pod levými koly, kluzný povrch pod pravými koly). Do výpočtu požadovaného chování vozidla navíc vstupují hodnoty součinitele přilnavosti a rychlosti vozidla, které se odhadují ze signálu snímačů (otáček kol, bočního zrychlení, brzdných tlaků a stáčivé rychlosti). Následně zpracuje signály těchto snímačů dodatečně k signálům ABS a ASR. [4] 30

31 Obr. 13 Regulační systém ESP (Bosch) [1] Popis: 1- brzdy, 2- snímače otáček, 3- řídící jednotka, 4- nastavovač škrtící klapky, 5- předřazené čerpadlo se snímačem neregulovaného brzdného tlaku, 6- snímač úhlu natočení volantu, 7- posilovač brzdného účinku s hlavním válcem, 8- hydraulická jednotka ABS, 9- snímač stáčivé rychlosti se snímačem bočního zrychlení Vstupní signály pro řídící jednotku ESP tvoří následující data: - poloha spínací skříňky zapalování - úhel natočení volantu - otáčky každého kola - stáčivá rychlost - příčné zrychlení - brzdný tlak - poloha brzdového pedálu a parkovací brzdy 31

32 Součástí systému ESP je přídavné zařízení pro vytvoření tlaku v brzdové soustavě, které vyvíjí tlak v případě, kdy řidič nebrzdí. Hydraulický agregát zajišťuje rozdělení brzdného tlaku ke kolům, která mají být brzděna. Spínač brzdový světel má za úkol rozsvítit brzdová světla, pokud při aktivaci ESP řidič nebrzdí. ESP lze vypnout tlačítkem na přístrojové desce, což je výhodné například při jízdě se sněhovými řetězy. Skutečný jízdní stav je vypočítáván z příčného zrychlení a stáčení vozu okolo jeho svislé osy. Je-li zjištěna odchylka od vypočtených hodnot, dojde k aktivaci stabilizačního procesu. Činností ESP dojde k úpravě točivého momentu motoru a k zásahu do brzdového systému jednoho nebo více kol, čímž se odstraní nežádoucí pohyb vozidla. ESP je schopné korigovat nedotáčivost a přetáčivost vozu při jízdě v zatáčkách. Nedotáčivý pohyb vozidla je korigován přibrzděním zadního vnitřního kola. Přetáčivý pohyb se koriguje přibrzdění předního vnějšího kola. Při přibrzdění daného kola vznikají na tomto kole při stabilizaci brzdné síly. Na základě jednoduchého fyzikálního zákona vytváří tyto brzdné síly točivý moment kolem svislé osy vozidla. Vzniklý moment vždy působí proti nežádoucímu pohybu a při přetáčení tak vrací vozidlo do požadovaného směru. Stejně tak do požadovaného směru natáčí vozidlo při nedotáčení. [8] ESP zlepšuje bezpečnost jízdy za následujících okolností: - aktivní podpora řidiče při řízení také v kritických situacích, kdy na vozidlo působí boční síly, - zvýšená jízdní stabilita, jízdní stopa a směr jízdy jsou udržovány ve všech jízdních stavech, - maximální brzdění, částečné brzdění, volné pojíždění, brzdění motorem a uvolnění akceleračního pedálu, - zvýšená jízdní stabilita také v mezní oblasti, např. při extrémních jízdních manévrech a tím zmenšení nebezpečí smyku, - v různých situacích je ještě lepší využívání součinitele při činnosti ABS/ASR, činnosti MSR ( regulace brzdného momentu motoru), což zmenšuje brzdnou dráhu a zlepšuje trakci vozidla. 32

33 3.2 ESP druhé generace U původního systému ESP docházelo k tomu, že i když byla regulace v kritickém okamžiku dostatečná a nevyžadovala korekci řízení, řidič svojí aktivitou přesto reagoval změnou v řízení, čímž vytvářel riziko smyku. Muselo tedy dojít k dalšímu rozšíření a zdokonalení systému podpořením novými třemi integrovanými celky: zásah do řízení vozidla, změna útlumové charakteristiky v odpružení, další korekce pro stabilitu vozidla, Pro takto označovaný systém ESP druhé generace existuje celá řada interních označení jednotlivých výrobců. My budeme používat smluvní značení ESP II. Obr. 14 Systém ESC II (ESP II) společnosti Continental Teves 33

34 Zcela zásadní změnou oproti staršímu systému je to, že jsou zde použity elektricky ovládané aktuátory (na rozdíl od hydraulického ovládání u ESP) s velmi nízkou dobou reakce a s precizní synchronizací všech systémů. Funkce tohoto systému je umožněna díky pokročilé mikroprocesorové technice, přenosem dat a vzájemnou komunikací se senzory. Hlavní roli přenosu informací v automobilech zastává sběrnice CAN, avšak u ESP II je použita nová sběrnice FlexRay s až desetinásobnou datovou propustností oproti CAN. ESP II provede nezávisle na řidiči automatickou korekci protiřízením. Sám dokáže modulovat úhel řízení i momentové účinky v řízení, dokáže také účinně potlačit nedotáčivost/přetáčivost vozidla. Adaptivní tempomat ACC Systém ACC (Adaptive Cruise Control) je vylepšením klasického tempomatu. Klasický tempomat je zařízení pomáhající udržovat konstantní rychlost při dlouhých cestách po dálnici. Adaptivní tempomat však zároveň sleduje situaci před vozidlem a umožňuje automatickou korekci rychlosti. Pomocí mikrovlnného nebo laserového radaru systém vyhodnocuje rychlost blížící se překážky, např. automobilu jedoucímu pomaleji. Na základě těchto údajů je ACC schopen automaticky snížit rychlost bez jakéhokoliv zásahu od řidiče. Když pak pomalejší automobil opět zvýší svoji rychlost nebo odbočí, adaptivní tempomat znovu zrychlí na původně nastavenou rychlost. Pokud systém vyhodnotí, že se překážka přibližuje příliš rychle a může dojít ke střetu vozidel, systém upozorní řidiče, připraví brzdy na prudké brzdění, přitáhne hlavové opěrky a sám začne snižovat rychlost. [10] Obr. 15 Radarový snímač systému ACC od firmy Bosch [9] 34

35 4. BRZDOVÉ ASISTENTY Asistenční systém BAS (Brake Asisst System) resp. BA (Brake Asisst) rozpozná, kdy řidič v nouzi brzdí a nárazově dojde ke zvýšení brzdného tlaku čili účinku brzdění. To se děje během milisekund, tzn. rychleji než by to mohl provést samotný řidič. V kritické situaci méně zkušení řidiči sešlapují brzdový pedál buď pomalu a velkou silou, nebo rychle a malou silou. Právě v této situaci se sepne brzdový asistent. Podle jízdního chování řidiče se brzdovým asistentem zkrátí brzdná dráha o 15% u zkušenějších a o až 40% u průměrných řidičů. Protože asistent zpomaluje vozidlo až na meze blokování kol, používá se výhradně u vozidel se systémem ABS. [1] 4.1 Rozdělení dle principu činnosti V současné době se používá elektronický, hydraulický nebo mechanický brzdový asistent. Rozdíl ve funkčnosti je minimální, liší se pouze způsobem snímání veličin potřebných pro činnost a způsobem řízení vlastní činnosti zařízení. Obr. 16 Elektronický brzdový asistent Elektronický brzdový asistent BA Vakuový posilovač brzd s funkcí elektronického brzdového asistenta a standardního ABS-TMc rozhraní. Tento typ aktivního posilovače se často používá ke zvýšení dynamické odezvy ESP systému a k realizaci komfortního elektronicky kontrolovaného brzdění systémem ACC. Mechanický brzdový asistent MBA MBA nahrazuje čidlo požadované v elektronicky ovládaném systému pro detekci pedálové rychlosti využitím setrvačného účinku inteligentního mechanismu. Obr. 17 Mechanický brzdový asistent 35

36 Hydraulický brzdový asistent HBA Toto nejnovější řešení je založeno na stávajících komponentech elektronické kontroly stability (ESC). Funkce brzdového asistenta je spouštěna prostřednictvím rozšířeného softwaru ESC systému a vyžaduje vstupy jako např. od čidla tlaku hlavního válce. Obr. 18 Hydraulický BA Brzdový asistent pracuje čistě mechanicky a je zabudován do posilovače brzdného účinku. Pod brzdovým pedálem je umístěn snímač, který snímá dynamické veličiny, jimiž jsou rychlost a síla stlačení pedálu. Impulsem pro sepnutí BAS je mezní hodnota výkonu, kterou získáme jako součin síly a rychlosti. Mezní hodnota pro aktivaci je stanovena na základě zkušeností z provozu tak, aby nedocházelo k nežádoucímu účinku brzdného systému v situacích, kdy to není žádoucí (pomalé přibrzďování při pohybu v koloně). Při dosažení mezní hodnoty dojde k aktivaci brzdového asistenta, který urychlí náběh brzdění a zkrátí dobu dosažení maximálního brzdného účinku. Poté udržuje asistent účinek na maximální hodnotě a v okamžiku uvolnění pedálu se automaticky vypne. Obr. 19 Princip konstrukce brzdového asistenta [1] Popis: 1- objímka s kuličkami, 2- řídící skříň, 3- ventilový píst, 4- kuličky, 5- blokovací objímka, 6- klec kuliček 36

37 Aspekty ovlivňující účinek BAS: stav pneumatik (předpisový desén, provozní podmínky, správné nahuštění) povrch vozovky (mokrá vozovka prodlužuje brzdnou dráhu 2-3 krát, zledovatělá 10x) reakční doba řidiče (odlišná pro různé řidiče) Průběh brzdění lze rozdělit do čtyř základních fází: 1. Fáze- je doba mezi spatřením překážky a přiložením nohy na brzdový pedál, který není zatím sešlápnut, tzv. reakční doba řidiče, která se pohybuje v rozmezí 0,5-0,7 sekundy. Tento časový interval představuje dráhu 7-10 metrů při rychlosti 50 km/h, 12,5-17,5 metrů při 90 km/h a při 130 km/h dokonce 18-25,3 metrů. 2. Fáze- doba prodlevy brzdění, což je doba mezi začátkem působení na pedál a okamžikem, kdy se začne projevovat brzdný účinek. U současných automobilů je to 0,05-0,15 s. 3. Fáze- je náběh brzdění, což je časový interval mezi začátkem projevu brzdného účinku a dosažení maximálního brzdného účinku 4. Fáze- plné brzdění, kdy se je již brzdný účinek projevuje maximálně a trvá až do zastavení vozidla nebo uvolnění brzdového pedálu Obr. 20 Brzdná dráha při rychlosti 50 a 100 km/h 37

38 4.2 Varianty jednotlivých výrobců Brzdový asistent Dual Rate (VW, Škoda Auto) Mechanický brzdový asistent plně integrovaný do těla posilovače brzd. Funkčně se jedná o dvoustupňový posilovač brzdného účinku, který se při relativně malé síle působící na brzdový pedál chová jako standardní brzdová soustava. V kritických situacích tento systém zajistí dřívější dosažení maximálního brzdného tlaku a tím i maximálního brzdného účinku. Obr. 21 Detail z posilovače brzdného účinku Dual Rate [4] Popis: (TRW Automotive Chassis Systems) 1- řídící skříň, 2- pryžová reakční podložka, 3- pružina, 4- podložka, 5- prstencový píst, 6- ventilový píst Brzdový asistent Nissan NBA Jde o mechanický dvoustupňový podtlakový posilovač brzd, vyvinutý ve spolupráci s firmou Bosch. Všem řidičům, bez ohledu na jejich zkušenosti, zaručuje v kritických situacích maximální využitelnost protiblokovacího systému ABS, tedy maximální zpomalení při plné ovladatelnosti vozidla. NBA v případě panického brzdění snižuje sílu, kterou je potřeba vynaložit k aktivaci ABS přibližně o třetinu. [2] 38

39 Systém EVA Electronic Valve Assistance (Citroën) Mechanika vestavěná do podtlakového posilovače brzdného účinku snímá brzdný požadavek řidiče. U normálního ovládání brzdového pedálu vzniká obvyklé posílení brzdné síly. Když řidič ovládá brzdový pedál rychle, tak přepíná tato mechanika normální posílení na vyšší posílení. Brzdový asistent je systém, který může vytvořit přídavnou, řidiče podporující brzdnou sílu. Pro zabrzdění vozidla však řidič stále musí ovládat brzdový pedál. Některé nové asistenční systémy mohou vozidlo automaticky zabrzdit bez vlivu řidiče (ACC). [1] 39

40 5. ZKOUŠKY A MĚŘENÍ Válcové dynamometry jsou zařízení primárně určeny ke stanovení výkonových parametrů motoru, aniž by bylo nutné motor demontovat na zkušební stav. Vývoj válcových dynamometrů dospěl téměř ke stejným kvalitativním znakům, kterými se donedávna pyšnily pouze motorové zkušebny. Původní konstrukce retardérů byly nahrazeny aktivními pohony s digitálním řízením v jednotlivých kvadrantech regulace. S vysokou přesností jsou zjišťovány pasivní ztráty vozidla statickým měřením, které poskytuje výrazně vyšší přesnost jejich stanovení než tomu bylo určení z doběhu, kde je nutné eliminovat citlivost provedení derivace rychlosti. Integrace aktivních pohonů je spektrum testů na válcovém dynamometru rozšířeno mimo jiné také o zkoušky brzdového ústrojí. Na válcovém dynamometru MZLU v Brně lze provést následující zkoušky brzdového ústrojí: - Statické zkoušky - pomaluběžné (obdoba metodiky STK) - rychloběžné (z rychlosti až 200 km/h) - Dynamické zkoušky - Speciální testy - ABS Ukázky výsledků zkoušek brzdového ústrojí: Testovacím vozidlem se stala Škoda Octavia 2.0 první generace s benzínovým motorem o výkonu 85kW. Octavia používá dvoukruhový hydraulický brzdový systém s diagonálním zapojením a systémem proti blokování kol TEVES Mk60 se systémem jízdní stability ESP. Rozložení hmotnosti na jednotlivá kola: LP 436 kg, PP 413 kg, LZ 272 kg, PZ 289 kg. Obr. 22 Škoda Octavia na válcovém dynamometru 40

41 5.1 Statické zkoušky Statické zkoušky brzdového systému využívají motorického chodu pohonů a vytvářejí moment s opačným smyslem k brzdnému momentu na kole vozidla. Moment generovaný zkušebnou je vytvářen individuálně pro každé kolo zvlášť na obou nápravách, přičemž se rolnami měří taktéž skluz kola oproti zkušebnímu válci. Rozdíl mezi pomaluběžnou a rychloběžnou statickou zkouškou je pouze v rychlosti, kdy je zahájeno měření. Postup úkonů statické zkoušky se skládá se zrychlení zkušebních válců na definovanou rychlost, ustálení rychlosti a následnému vyvolání brzdné síly jezdcem ve vozidle, přičemž regulátor udržuje konstantní rychlost zkušebních válců a výše skluzu je indikována na monitoru jezdce. Sestupnou hranou brzdné síly je pak zkouška ukončena a dojde k zastavení válců a vlastnímu vyhodnocení. Brzdná síla (kn) 4,50 4,25 4,00 3,75 3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 LP kolo PP kolo LZ kolo PZ kolo 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Čas (s) Obr. 23 Statická brzdová zkouška - pomaluběžná 41

42 5.2 Dynamické zkoušky Dynamické zkoušení brzdové soustavy je podoben jízdnímu manévru, kdy je řidič nucen zastavit v nejkratším možném čase. Tedy po dosažení startovací rychlosti zkušebních válců se brzdí až do zastavení. Vzhledem k odstranění všech mechanických vazeb mezi přední a zadní osou válců dochází k nárůstu doby brzdění zadních válců kvůli konstrukčním vlastnostem brzdové soustavy, resp. rozdělení brzdných sil mezi nápravy. Ovšem nevětší úskalí této metody je v poměru hmotnosti vozidla a zkušebních válců. Ve většině případů zkoušených vozidel hmotnost válců převyšuje okamžitou hmotnost vozidla, tedy spíše rozdělení hmotnosti na jednotlivá kola. Cesta nápravy disproporce hmotnosti existuje v elektrické simulaci, ale dnes je to stále ještě poměrně náročná úloha z pohledu regulace a bude zahrnuta teprve v další etapě vývoje zkušebny MZLU. Brzdná síla (kn) 4,5 4,25 4 3,75 3,5 3,25 3 2,75 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 0 LP kolo PP kolo LZ kolo PZ kolo Tlak v brzdovém systému (MPa) Čas (s) 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Systémový tlak v brzdovém ústrojí (MPa) Obr. 24 Brzdová zkouška dynamická 42

43 5.3 Speciální zkoušky - ABS Soudobá vozidla jsou ve valné většině případů vybavena systémem ABS, jehož činnost se dá taktéž, byť s omezeními, monitorovat. Logickou funkcí ABS je zabránit nadlimitnímu skluzu kol s tendencí k blokování a využít tedy maximálního součinitele adheze. Ani v tomto případě zkušebna nedokáže plně nahradit jízdní situaci s modulací tlaku systémem ABS, neboť neexistuje vazba mezi nápravami a sleduje se spíše regulace brzdné síly, integrální diference brzdných sil a časové souvislosti odezvy modulace brzdného tlaku, resp. síly. Brzdná síla (kn) 4,50 4,25 4,00 3,75 3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 LP kolo LZ kolo Rychlost kola LP Rychlost kola LZ PP kolo PZ kolo Rychlost kola PP Rychlost kola PZ Čas (s) Obvodová rychlost válce (km.h -1 ) Obr. 25 Zkouška ABS při brzdění v rychlosti 80 km.h -1 43

44 Brzdná síla (kn) 4,5 4,25 4 3,75 3,5 3,25 3 2,75 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 0 LP kolo LZ kolo Rychlost kola LP Rychlost kola LZ PP kolo PZ kolo Rychlost kola PP Rychlost kola PZ Čas (s) Obvodová rychlost válce (km.h -1 ) Obr. 26 Zkouška ABS při brzdění v rychlosti 160 km.h -1 Válcový dynamometr najde uplatnění nejen při zkoušení vlastností pohonu, ale také nadmíru výtečným nástrojem hodnocení brzdových ústrojí a jejich případných elektronických systémů. Na zkušební zařízení tohoto typu ovšem nelze klást nároky s očekáváním plné kompatibility metodiky zkoušek s normativy. Tento neduh vystupuje v popředí zejména v dynamických brzdových zkouškách a dále při zkoušení ABS, kdy je nutné respektovat prozatimní regulaci, která snad v blízké budoucnosti bude nahrazena plně elektrickou simulací dynamických účinků. Na obrázku 24 je navíc v grafu vynesena křivka tlaku v hydraulickém okruhu před rozdělením do větví ke kolům, která byla snímána z palubní diagnostiky vozu, což je vhodný nástroj k rozšíření parametrů k analýze výsledků zkoušky. Z charakteristiky si lze také všimnout, že při této zkoušce nebyla funkce ABS aktivní, čehož lze záměrně docílit rozjezdem proti volným válcům zkušebny, kdy zadní kola stojí a tedy řídicí jednotka ABS nemá signál ze snímačů a modulace tlaku hydraulickou jednotkou ABS se tedy odpojí. 44