ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

Transkript

1 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

2 Obsah 1. Funkce a úkol Brzd Brzdová soustava Brzdná dráha ABS ABS musí zajistit Součásti ABS Funkce ABS Jak poznáte činnost systému ABS Nástavbové funkce ABS EDS ASR ESP EBV Závěr...12 Použitá literatura...13

3 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 = 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.

4 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.

5 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

6 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 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

7 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

8 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.

9 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

10 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.

11 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 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 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

12 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 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.

13 POUŽITÁ LITERATURA Doc. Ing. Šťastný J. CSc a Ing. Remek B. CSc Autoelektrika a autoelekronika vydalo nakladatelství T. Malina 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 &ved=0ccaq7gewadgk&prev=/search%3fq%3dabs%26start%3d10%26hl%3dcs%26sa %3DN%26prmd%3Div imgurl= 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 /