Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Parametry ovlivňující účinnost brzd osobních automobilů Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc. Vypracoval: Bc. Mikulášek Václav Brno 2010
Mendelova univerzita v Brně Ústav techniky a automobilové dopravy Agronomická fakulta 2009/2010 Autor práce: Studijní program: Obor: Název tématu: Rozsah práce: Zásady pro vypracování: ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Bc. Václav Mikulášek Zemědělská specializace Automobilová doprava Parametry ovlivňující účinnost brzd osobních automobilů 40-50 stran 1. Uveďte současný stav řešené problematiky. 2. Navrhněte metodiku měření brzdových systémů osobních vozidel. 3. Podle navržené metodiky proveďte měření vozidel na válcovém dynamometru. 4. Vyhodnoťte údaje získané z měření. 5. Proveďte celkovou analýzu výsledků a navrhněte doporučení pro provoz vozidel. Seznam odborné literatury: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. VLK, F. Elektronické systémy motorových vozidel 2. Brno: Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, 2002. 592 s. ISBN 80-238-7282-6. ANDRLÍK, V. -- POSPÍCHAL, J. -- STACH, E. Základní konstrukční prvky : Brzdy, spojky. Sešit 5. 1. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1995. 40 s. ISBN 80-01-01246-8. VLK, F. Podvozky motorových vozidel. 2. vyd. Brno: František Vlk, 2003. 392 s. ISBN 80-239- 0026-9. VLK, F. Podvozky motorových vozidel : Pneumatiky a kola. Zavěšení kol, nápravy. Odpružení. Řídící ústrojí. Brzdové soustavy. 1. vyd. Brno: Nakl. Vlk, 2000. 392 s. ISBN 80-238-5274-4. JAN, Z. -- ŽĎÁNSKÝ, B. -- ČUPERA, J. Automobily I Podvozky. Brno: Avid spol. s r.o. Brno, 2008. 228 s. ISBN 978-80-87143-03-2. VLK, F. Dynamika motorových vozidel : Jízdní odpory, Hnací charakteristika, Brzdění, Odpružení, Řízení, Ovladatelnost, Stabilita. 1. vyd. Brno: Nakl.Vlk, 2000. 434 s. ISBN 80-238- 5273-6. VLK, F. Úlohy z dynamiky motorových vozidel : Jízdní odpory, hnací charakteristika, brzdění, odpružení, řízení, ovladatelnost, stabilita. 1. vyd. Brno: Nakladatelství a vydavatelství VLK, 2001. 221 s. ISBN 80-238-6574-9. VLK, F. Zkoušení a diagnostika motorových vozidel : výkon vozidla, brzdné vlastnosti, převodová ústrojí, řízení, geometrie kol, tlumiče a pružiny, řiditelnost a ovladatelnost, životní zkoušky, motor, zapalování, elektronické systémy. 2. vyd. Brno: František Vlk, 2005. 576 s. ISBN 80-239- 3717-0. Jan Z., Vémola A., Žďárský B.: Automobily, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Brno, 2003, 266 s. 10. Sborníky z konferencí, odborné časopisy a publikace 11. Zbývající literaturu je nutno vyhledat jako součást řešení BP. Datum zadání diplomové práce: říjen 2008 Termín odevzdání diplomové práce: květen 2010 Bc. Václav Mikulášek Autor práce doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Vedoucí ústavu doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc. Vedoucí práce prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. Děkan AF MENDELU
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma PARAMETRY OVLIVŇUJÍCÍ ÚČINNOST BRZD OSOBNÍCH AUTOMOBILŮ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MENDELU v Brně. dne.. podpis....
PODĚKOVÁNÍ Dovoluji si tímto poděkovat panu doc. Ing. Pavlu Sedlákovi, CSc. za odborné vedení, cenné rady a připomínky, které mi během zpracování této diplomové práce vždy ochotně poskytoval, dále děkuji Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za pokyny a pomoc při praktickém měření a v neposlední míře rodičům za podporu při studiu na MENDELU.
ABSTRAKT Obsahem mé diplomové práce jsou parametry, které ovlivňují účinnost brzd automobilu a seznámení s některými zákonnými požadavky na brzdění. Dále jsou v práci zahrnuty jednotlivé druhy brzd s podrobnějším zaměřením na třecí brzdy a elektronické brzdné systémy, jako je zejména protiblokovací systém ABS. Také jsou zde popsány metodiky měření brzdných systémů automobilů s bližším popsáním činnosti rychloběžné válcové zkušebny. Hlavním cílem bylo změřit brzdný systém a to jak při vypnutém i zapnutém systému ABS za určitých rychlostí. K měření bylo použito vozidlo Volkswagen Golf, který byl tímto systémem vybaven. Měření proběhlo na válcovém dynamometru ve zkušebně MENDELU Brno. Výsledky měření obsahují porovnání v účinnosti brzdění při různých rychlostech v závislosti na čase, doplňkovým údajem pak bylo provedení změření posunu kola na nápravě vůči karosérii vozidla při brzdění s aktivním i pasivním systémem ABS. Klíčová slova: automobil, ABS, bezpečnost, brzdy, brzdění, kola, účinnost, vozidlo ANNOTATION The content of my diploma work are parameters, which influence car braking efficiency and familiarization with some legal requirements as far as brakes are concerned. Furthermore, particular brake types are covered with more detailed focus on the frictional brakes and electronic braking systems, such as antiblock system ABS. There are also described measurement methodics of the car braking systems with further function description of the high-speed cylindrical test room. The main goal was to measure the braking system, namely as on the switched-off and on the switched-on ABS system under certain speeds. Volkswagen Golf vehicle, equipped with such a system, was used for measurement. The measurement was done on the cylindrical dynamometer in the test room of MENDELU Brno. The results of measurement contail comparison of braking efficiency under certain speeds, depending on time. Supplemental data were acquired from the measurement of the wheel shift on the axle toward the vehicle body at braking with active and passive ABS system. Key words: car, ABS, safety, brakes, braking, wheels, efficiency, vehicle
OBSAH: 1 ÚVOD... 8 2 CÍL PRÁCE... 9 3 CELKOVÁ USPOŘÁDÁNÍ, ZÁKONNÉ POŽADAVKY... 10 4 BRZDOVÁ ZAŘÍZENÍ... 12 4.1 Třecí brzdy... 13 4.1.1 Bubnové brzdy... 13 4.1.1.1 Druhy bubnových brzd... 14 4.1.1.2 Vlastnosti bubnových brzd... 14 4.1.2 Kotoučové brzdy... 14 4.1.2.1 Druhy kotoučových brzd... 14 4.2 Elektronické brzdové soustavy... 16 4.2.1 Elektrohydraulická brzda (EHB)... 17 4.2.2 Elektromechanická brzda (EMB)... 17 4.3 Protiblokovací systém ABS... 18 4.3.1 Konstrukce a vývoj... 19 5 SOUČASNÝ STAV VYBRANÝCH SOUČÁSTÍ BRZD... 20 5.1 Kotouče - záběh a kvalita... 20 5.2 Podtlakový posilovač brzd... 22 5.3 Brzdové hadice... 23 5.4 Brzdová kapalina... 23 6 METODIKY MĚŘENÍ BRZDNÝCH SYSTÉMŮ OSOBNÍCH VOZIDEL... 24 6.1 Zkoušení brzd... 24 6.1.1 Předpisy o účinnosti a nesouměrnosti působení brzd... 25 6.2 Druhy zkoušek brzd... 26 6.2.1 Jízdní zkoušky... 26 6.2.2 Zkoušky na zkušebních zařízeních... 28
6.2.2.1 Plošinová zkušebna brzd... 28 6.2.2.2 Pomaloběžná válcová zkušebna brzd... 29 6.2.2.3 Rychloběžná válcová zkušebna brzd (válcový dynamometr)... 29 7 VLASTNÍ PRÁCE... 30 7.1 Cíl měření... 30 7.2 Měřené vozidlo a jeho popis... 30 7.2.1 Jednotlivé komponenty ABS v měřeném vozidle a jejich popis... 35 7.3 Popis vozidlové zkušebny... 41 7.4 Metodika měření... 43 8 VÝSLEDKY MĚŘENÍ... 47 8.1 Statická metoda... 47 8.1.1 Tabulkové zpracování výsledků... 47 8.1.2 Grafické zpracování výsledků... 48 8.2 Dynamická metoda... 51 8.2.1 Tabulkové zpracování výsledků... 51 8.2.2 Grafické zpracování výsledků... 52 8.3 Posun kola vůči karosérii vozidla při brzdění... 55 8.3.1 Tabulkové zpracování výsledků... 56 8.3.2 Grafické zpracování výsledků... 57 9 ZÁVĚR... 59 10 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 60 11 SEZNAM OBRÁZKŮ... 61 12 SEZNAM TABULEK... 63 13 PŘÍLOHY... 64
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 protiblokovací systém ABS (Antiblock Braking System). Ten reguluje blokování kol a tím i ztrátu kontaktu pneumatiky s vozovkou při brzdění za kritických podmínek. Problematika brzdných systémů je v účinnosti některého druhu brzdného zařízení při určité hmotnosti vozidla, počtu kol a náprav, velikosti třecí síly společně s odstředivou silou při zatáčení a ostatních přídavných systémů zvyšujících brzdný účinek. Současná celosvětová hospodářská krize negativně ovlivnila automobilový průmysl a tím i vývoj nových technologií. 8
2 CÍL PRÁCE Cílem této práce je zhodnocení parametrů, které ovlivňují účinnost brzd u osobních automobilů. Pro měření bylo použito vozidlo Volkswagen Golf Variant 1.9 TDI, který je vybaven systémem ABS. Úkolem je navrhnout metodiku měření, odměřit požadované parametry na daném automobilu a vyhodnotit výsledky měření. Celé měření proběhlo na válcovém dynamometru ve zkušebně MENDELU Brno. 9
3 CELKOVÁ USPOŘÁDÁNÍ, ZÁKONNÉ POŽADAVKY Rozeznáváme tyto brzdové soustavy (ČSN 30 0035): a) Podle způsobu použití: Soustava pro provozní brzdění (provozní brzda): soubor prvků umožňující řidiči, aby snížil přímo nebo nepřímo rychlost vozidla v průběhu normální jízdy nebo je zastavil. Účinek soustavy pro provozní brzdění musí být odstupňovatelný. Soustava pro nouzové brzdění (nouzová brzda): soubor prvků umožňující řidiči, aby snížil přímo nebo nepřímo rychlost vozidla nebo je zastavil v případě selhání soustavy pro provozní brzdění. Účinek soustavy pro nouzové brzdění musí být odstupňovatelný. Soustava pro parkovací brzdění (parkovací brzda): soubor prvků umožňující řidiči udržet stojící vozidlo mechanickými prostředky i na svahu a zejména v nepřítomnosti řidiče. Soustava pro odlehčovací brzdění (odlehčovací brzda): soubor prvků umožňující řidiči přímo nebo nepřímo ustálit nebo snížit rychlost vozidla, zejména na dlouhém svahu. Soustava pro samočinné brzdění: soubor prvků, které samočinně brzdí přípojné vozidlo při jeho úmyslném nebo náhodném odpojení od tažného vozidla. Pro plynulou dopravu musí mít vozidla schopnost rychlé akcelerace a rychlého zpomalení. Zvlášť důležité je brzdění, tedy zmenšení rychlosti. Proto jsou požadavky na brzdové zařízení stanoveny zákonem, v ČR vyhláška č. 102/1995 Sb. a vyhláška č. 176/1960 Sb. Tyto požadavky jsou v souladu s homologačními předpisy EHK č. 13, 78, 90. Stručný výpis nejdůležitějších požadavků vyhl.č. 102/1995 Sb. Každé vozidlo musí být vybaveno nejméně dvěma na sobě nezávislými brzdovými zařízeními. Brzdová zařízení na vozidlech kategorie M a N musí být taková, aby v případě poruchy soustavy pro provozní brzdění umožňovala zastavit vozidlo nouzovým brzděním. 10
Soustava provozního brzdění musí umožnit ovládání pohybu vozidla a jeho spolehlivé, rychlé a účinné zastavení při jakékoli rychlosti a při každé hmotnosti a všech svazích (ve stoupání i klesání). Nouzové brzdění musí umožnit zastavit vozidlo při poruše provozního brzdění. Musí být odstupňovatelné a musí působit nejméně na jedno kolo z každé strany vozidla podél jeho podélné střední roviny. Parkovací brzdění musí umožnit udržení stojícího vozidla, soupravy nebo přípojného vozidla na svahu i za nepřítomnosti řidiče. V rozsahu od pohotovostní do celkové hmotnosti vozidla musí být brzdy vždy schopny zastavit vozidlo nejméně na vzdálenost s která je uvedená v tabulce 1. Hodnoty t 1 jsou vypočteny, ostatní hodnoty jsou podle EHK č. 13 vyhlášky č. 102/1995 Sb. (Vlk, 2003) Tab. 1 Požadavky na brzdný účinek podle EHK č.13 (Vlk, 2003) Kategorie vozidel podle EHK- 13 Osobní automobily M1 Počáteční rychlost v o Max. brzdná dráha s Max. nožní síla F a Max. prodleva t 1 80 km/h s= 50,7 m 500 N 0,36 s Provozní brzdění Zpomalení α 5,8 m/s 2 Max. brzdná dráha s s= 93,4 Max. ruční síla F r 400 N Nouzové brzdění b) Podle způsobu přenášení ovládací síly: Mechanické Hydraulické (kapalinové) Vzduchotlaké Smíšené kombinované Zpomalovací (motorové, výfukové, elektromagnetické vířivé, hydrodynamické) 11
Práce se dále bude podrobněji zabývat hydraulickým brzdovým systémem, třecími brzdami (bubnové, kotoučové), elektronicky brzdným systémem a protiblokovacím systémem (ABS). 4 BRZDOVÁ ZAŘÍZENÍ Brzdové zařízení tvoří všechny brzdové soustavy montované na vozidla, jejichž funkcí je snížení rychlosti pohybujícího se vozidla nebo jeho zastavení nebo zajištění již stojícího vozidla. Brzdění vozidla se dosahuje zpravidla záměrně vyvolaným třením mezi rotujícími a pevnými částmi motorového vozidla, např. mezi brzdovým kotoučem a brzdovými deskami. Tím se pohybová energie mění ve třecích částech v energii tepelnou, kterou je nutno odvádět do ovzduší, aby nedošlo k poškození brzd. Na obr. 1 je znázorněno hydraulické brzdové zařízení pro osobní automobily. Ovládáním brzdového pedálu (1) vznikne v hlavním válci (3) tlak, který je posílen posilovačem brzd (2). Brzdová kapalina pak proudí z nádrže (4) vedením do brzdových válečků, které přitlačují brzdové čelisti na brzdové kotouče (5) resp. na brzdové bubny (7). Ke zlepšení jízdních vlastností brzděného vozidla slouží regulátor brzdné síly (6). Obr. 1 Hydraulické brzdové zařízení pro osobní automobily (Vlk, 2003) 12
4.1 Třecí brzdy U silničních motorových vozidel se používají třecí brzdy, ve kterých vzniká brzdný moment třením mezi otáčející se částí a pevnou částí, čímž se pohybová energie vozidla mění na teplo. Brzda je nejčastěji umístěna přímo v kole a otáčející se část brzdy je spojena s nábojem kola, toto provedení slouží ke snížení hmotnosti neodpružených částí. K brzdění osobních vozidel se používají zejména dva typy třecích brzd: bubnové a kotoučové. 4.1.1 Bubnové brzdy Otáčející se částí je buben, jehož vnitřní válcový povrch tvoří třecí plochu. Při brzdění jsou na tuto plochu přitlačovány brzdové čelisti s třecím obložením, které jsou umístěny ve vnitřním prostoru bubnu. Obr. 2 Schéma bubnové brzdy (Vlk, 2003) Podle smyslu momentu obvodové třecí síly vzhledem k uložení rozlišujeme čelist: náběžnou, u které moment třecí síly zvyšuje její přítlak na třecí plochu bubnu úběžnou, u které tento moment zmenšuje její přítlak na třecí plochu Zpětný pohyb čelistí do základní polohy v odbrzděném stavu zabezpečují vratné pružiny. Čelisti brzdy s ovládacím zařízením jsou uloženy na štítu brzdy a tento celek tvoří její pevnou část. 13
4.1.1.1 Druhy bubnových brzd Podle způsobu uložení a ovládání čelistí rozeznáváme tři základní typy bubnových brzd: jednoduchá brzda (simplex) - má jednu náběžnou a jednu úběžnou čelist dvojnáběžná brzda (duplex) - má obě čelisti náběžné (při jízdě dopředu) brzda se spřaženými čelistmi (servo) Ovládací zařízení bubnových brzd, které přitlačuje čelisti na vnitřní plochu bubnu, je u osobních vozidel tvořeno kapalinovým válcem, tzv. kolový válec. Do jeho pracovního prostoru je přiváděna brzdová kapalina, která působí na píst, čímž vznikne ovládací síla. Tato síla se přenáší tlačným čepem na brzdovou čelist. (Vlk, 2003) 4.1.1.2 Vlastnosti bubnových brzd samoposilující účinek (náběžná čelist) mechanismus brzdy je umístěn uvnitř bubnu a chráněn proti nečistotám menší opotřebení jednoduchá konstrukce parkovací brzdy při dlouhodobém brzdění možnost kolapsu brzdového účinku (přehřátí) 4.1.2 Kotoučové brzdy Brzděným prvkem je ocelový kotouč spojený s kolem, který je svírán dvěma deskami s třecím obložením. Desky jsou ovládány písty hydraulických válců uložených v tělese třmenu brzdy spojeného s nápravou. 4.1.2.1 Druhy kotoučových brzd Podle způsobu ovládání rozlišujeme dva druhy kotoučových brzd: kotoučová brzda s pevným třmenem kotoučová brzda s volným (plovoucím) třmenem 14
Obr. 3 Dvoupístková kotoučová brzda s pevným třmenem (Jan, Ždánský, 2000) U kotoučové brzdy s pevným třmenem jsou hydraulické válce uspořádány proti sobě po obou stranách kotouče a těleso třmene je nepohyblivé, počet válců bývá 2 (stejného průměru se společnou osou), 4 (stejného průměru, každá dvojice má společnou osu), nebo 3 (jeden válec většího průměru na jedné straně a dva válce menšího průměru na druhé straně, přičemž součet ploch pístu na každé straně kotouče je stejný). Obr. 4 Kotoučová brzda s plovoucím třmenem (Jan, Ždánský, 2000) 15
Kotoučová brzda s volným třmenem má hydraulický válec jen na jedné straně kotouče a těleso třmene je pohyblivé ve směru jeho osy. Existuje několik konstrukcí. Oproti kotoučovým brzdám s pevným třmenem mají menší rozměry a hmotnost. U tzv. plovoucího třmene je nebezpečí zadření posuvné části třmene v držáku a v jeho důsledku snížení brzdného účinku! Kotoučové brzdy jsou vybaveny zařízením na automatické nastavení vůle mezi obložením a kotoučem, která se následkem vyšších měrných tlaků zvětšuje rychleji v porovnání s bubnovými brzdami. Toto automatické nastavení vůle se provádí třecím kroužkem. Výhody kotoučových brzd v porovnání s bubnovými: malá citlivost na změnu součinitele tření (tzv. stabilita brzdného účinku) následkem malého vnitřního převodu a lineární charakteristiky malé slábnutí brzdného účinku při dlouhém nebo opakovaném brzdění, což je způsobeno dobrým odvodem tepla z kotouče a jeho tvarovou stálostí snadná a rychlá výměna obložení menší hmotnost (až o 20%) zmenšuje se hmotnost neodpružených částí nápravy Nevýhody kotoučových brzd: vlivem malého vnitřního převodu je zapotřebí značně velká ovládací síla (velmi často je nutno používat posilovač brzd) větší místní ohřátí kotouče až cca 500 C (u bubnových brzd cca 350 C) obtížnější a nákladnější řešení mechanického ovládání parkovací brzdy (Jan, Ždánský, 2000) 4.2 Elektronické brzdové soustavy Brzdové soustavy osobních automobilů přenášejí impulz od brzdového pedálu řidiče k brzdám hydraulicky prostřednictvím brzdové kapaliny. Používá se posilovač brzd. Až do určitého okamžiku je brzdná síla tím větší, čím větší je síla působící na 16
pedál. Systém brzdy s názvem Brake by Wire (brzdění po drátě) obsahuje dva odlišné brzdové systémy elektrohydraulický (EHB) a elektromechanický (EMB). 4.2.1 Elektrohydraulická brzda (EHB) Tento systém zachovává hydraulické brzdy kol, které však nejsou přímo při standardním režimu provozu hydraulicko-mechanicky propojeny s brzdovým pedálem. Řídící jednotka vyhodnocuje sílu působící na brzdový pedál, což znamená pokyn řidiče k brzdění, a pro každé jednotlivé kolo vypočítá potřebný brzdný tlak. Do tohoto výpočtu jsou zahrnuty charakteristické údaje o chování vozidla, o skluzu a o jízdních veličinách. Obr. 5 Elektronické brzdové systémy Brake by Wire (Bosch): PN - přední náprava, ZN - zadní náprava (Vlk, 2003) 4.2.2 Elektromechanická brzda (EMB) U systému EMB zcela odpadá celý hydraulicko-pneumatický okruh a 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. Systém EMB sestává ze 4 brzdových aktuátoru umístěných přímo na disku kotoučové brzdy (jako běžné třmeny), které převádějí impulzy do elektromotoru 17
integrovaného ve stejném konstrukčním celku. Každý z těchto motorů je řízen samostatnou elektronickou jednotkou a přímo vyvolává brzdnou sílu. Systém je vybaven dvěma proudovými okruhy, v případě výpadku jednoho z okruhů. K přednostem tohoto systému patří přesně definovaný přenos brzdných sil odpovídající okamžité potřebě. K tomu přistupuje bezproblémové připojení pomocí rozhraní k systému ABS a k systémům regulace jízdní dynamiky. (Vlk, 2003) 4.3 Protiblokovací systém ABS U konvenčních brzdových soustav řidič určuje svoji 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 (zejména na kluzké vozovce). Tím dochází ke ztrátě směrové stability. Použitím elektronických protiblokovacích systémů lze zabránit nebezpečným jízdním situacím, tzn. podstatně zvýšit aktivní bezpečnost motorových vozidel. Již na začátku 20. století se objevovaly úvahy o tom, jak by bylo možné zabránit blokování kol u automobilů. I Bosch ohlásil již roku 1936 patent na Zařízení k zabránění silného brzdění kol motorového vozidla. Všem dřívějším projektům je společná jejich přílišná nákladnost a malá odolnost, kromě toho pracovala regulace příliš pomalu. Teprve v 70 letech bylo možné konečně uvést na trh protiblokovací brzdový systém ABS použitelný pro motorová vozidla. Dceřiná firma firmy Bosch - Teldix - začala rozvíjet své aktivity v roce 1964 - a již o dva roky později dosáhli inženýři prvními zkušebními automobily se zabudovaným systémem ABS kratších brzdných drah. Zůstala přitom zachována řiditelnost a jízdní stabilita v zatáčkách. Na tomto základě vyvinuli technici systém, u kterého regulační funkci poprvé kompletně řídila elektronika. Tuto základní konstrukci nového konceptu, pojmenovaného ABS 1, lze ještě dnes nalézt téměř ve všech systémech ABS. Pro sériové využití nebyla však ještě odolnost elektronického řídícího přístroje s jeho 1000 analogovými konstrukčními prvky a použitými bezpečnostními obvody dostatečná - obojí se muselo dále vylepšovat. Pomocí digitální techniky a integrovaných obvodů bylo možné zredukovat nakonec počet elektronických konstrukčních prvků na celkem 18
140 kusů. Po 14 dlouhých letech vývoje byla situace v roce 1978 konečně v cíli: systém firmy Bosch pojmenovaný ABS 2 se začal vyrábět sériově, nejprve jako zvláštní výbava vozu Mercedes-Benz třídy S a krátce nato také u BMW řady 7. (BOSCH.CZ, 2003) 4.3.1 Konstrukce a vývoj Tehdy byl stejně jako dnes centrální složkou systému ABS hydraulický agregát. Každé kolo je osazeno snímačem otáček kol, který dává signál řídící jednotce. Tuto informaci zpracovává řídící jednotka, aby mohla správně řídit elektromagnetické ventily. Hrozí-li zablokování kola při silném brzdění, pak zredukuje systém brzdící tlak sám na tomto kole natolik, až se tendence k zablokování zastaví. Odvaluje-li se kolo opět volně, brzdný tlak se opět zvýší. Toto zvýšení a snížení pokračuje tak dlouho, až řidič buď odlehčí brzdový pedál, nebo se změní povrch vozovky, protože se například podklad stane drsnějším a neklouzavějším. (BOSCH. CZ, 2003) Obr. 6 Umístění jednotlivých částí systému ABS v automobilu (SKODA-AUTO.CZ, 2007) 1) Hydraulický agregát s řídící jednotkou 2) Snímač otáček kol Požadavky na ABS: musí pracovat při jakékoliv rychlosti (v praxi od 5km/h) 19
regulace brzdné síly musí okamžitě reagovat na změny nesmí vyvolávat natáčení vozidla systém musí být stále pod kontrolou a při poruše musí signál upozornit řidiče 5 SOUČASNÝ STAV VYBRANÝCH SOUČÁSTÍ BRZD Brzdný systém a jeho správná funkce zásadním způsobem ovlivňuje bezpečnost jízdy. Proto je třeba věnovat maximální pozornost pravidelnému servisu celého brzdového systému. Jeho opravy přitom patří k nejkomplikovanějším a často přinášejí i nejrůznější záludnosti. Na vině jsou nejen neustále se zvyšující nároky na výkon brzdové soustavy, ale také snaha o minimalizaci výrobních nákladů. Navíc z praxe vyplývá, že je vhodné ke každé opravě brzd přistupovat z pohledu komplexní revize celé podvozkové soustavy. Důkazem je například odstranění nežádoucích vibrací volantu a brzdového pedálu při brzdění. Obvykle výměnou brzdových kotoučů se totiž ne vždy tento problém odstraní a na vině nemusí být jen špatná kvalita kotoučů. Zkušenosti totiž ukazují, že dalších příčin zmíněných vibrací může být celá řada. Např. pneumatiky, přesněji jejich výrobní rozměrové či hmotnostní tolerance, které mohou způsobit rozměrovou nebo strukturální nestejnoměrnost. Jedná se o dost rafinovanou záležitost a její řešení vyžaduje trpělivost. (AUTOPROFITEAM.CZ, 2009) 5.1 Kotouče - záběh a kvalita Základní součástí celé brzdové soustavy jsou samotné brzdící elementy (např. kotouče a destičky), s jejichž pomocí se pohybová energie vozidla mění v teplo. Při jednom zastavení vozu o hmotnosti 1500kg z rychlosti 90km/h by zmařená energie dokázala přivést k varu téměř celý litr vody. Proto také po celém světě probíhá výzkum, jak tuto zmařenou energii využít. A do praxe tyto nové technologie uvádí některé vozy formule 1. 20
Brzdové kotouče i destičky jsou v automobilu spotřebním materiálem. Používáním, jehož základním principem je vzájemné tření, se postupně opotřebovávají a vyžadují tak víceméně pravidelnou výměnu. Jejich životnost kromě kvality přitom může ovlivnit i několik dalších věcí. Vedle správně fungující brzdové soustavy to je tzv. záběh nových brzdových komponentů. V této souvislosti je potřeba majitele vozu správně poučit, že během prvních 200 až 300 kilometrů, tedy během doporučovaného intervalu záběhu, je třeba se vyvarovat zbytečně razantnímu brzdění. Během záběhu kotoučů a destiček je vhodné brzdit pouze lehce a krátce, aby se plochy brzdového obložení vhodně přizpůsobily kotouči. Důležitá je samozřejmě také kvalita brzdového kotouče, kterou určuje jak rozměrová přesnost, tak materiálové složení. Zatímco rozměry kotouče včetně jeho házivosti lze poměrně snadno překontrolovat, k dobrému rozboru materiálu, tedy šedé litiny s řadou různých legujících prvků, je potřeba nejen speciální vybavení, ale také značné odborné znalosti a zkušenosti. Přitom právě materiálové rozbory hrají v automobilovém průmyslu velmi důležitou roli jak z ekonomického hlediska, tak z pohledu kvality. Dlouhodobější výzkum materiálové kvality brzdových kotoučů, který nechala společnost APM Automotive provádět u nezávislé zkušební laboratoře, prokázal značnou rozdílnost ve složení materiálu u většiny značek. Přesto je vizuální kontrola nových kotoučů před montáží jedním z důležitých kroků mechanika, který na základě svých zkušeností může odhalit některé tvarové a rozměrové nepřesnosti či případnou špatnou povrchovou úpravu. (AUTOPROFIREAM.CZ, 2009) Obr. 7 Brzdový kotouč s destičkami (ALU-PNEU.CZ, 2009) 21
5.2 Podtlakový posilovač brzd U zážehových motorů se podtlak získává připojením k sacímu potrubí. U vznětových motorů je podtlak získáván vakuovým čerpadlem. Občasným problémem v servisech bývá nižší účinnost brzdového systému. Buď si sám zákazník stěžuje, že automobil méně brzdí, případně mechanik při zkušební jízdě zjistí malý účinek brzdového systému. V tomto případě si zákazník problém často ani neuvědomuje, protože ke zhoršování dochází postupně a řidič si na nižší účinnost zvykne. Nízký účinek brzdového systému může mít mnoho příčin. Jednou z nich může být na první pohled neviditelně poškozený posilovač brzd. V tomto případě by měli být mechanici obzvlášť na pozoru, neboť pouhá výměna posilovače obvykle odstraní pouze následek a neřeší skutečnou příčinu problému. Skutečný problém zpravidla bývá jinde a poškození posilovače může být pouze následkem nefunkčního zpětného ventilu umístěného před ním. Úlohou ventilu je zabránit proniknutí výparů obsahující ropné látky ze sacího potrubí nebo z podtlakové pumpy do posilovače. Ropné látky totiž v posilovači způsobují naleptání membrány, která tak ztratí své elastické vlastnosti. To vede k výraznému snížení účinku a následně až k úplnému selhání posilovače. (AUTOPROFITEAM.CZ, 2009) Obr. 8 Podtlakový posilovač brzd (VAPOL.CZ, 2008) 22
5.3 Brzdové hadice Nedílnou součástí hydraulického brzdového systému automobilu jsou také brzdové hadice. Během dlouholetého vývoje se zvýšila jejich životnost a odolnost vůči okolnímu prostředí, působení různých látek, ale i vůči brzdovým kapalinám. Běžné brzdové hadice jsou pryžové, ale pro sportovní účely se používají hadice, které jsou opletené vláknem z nerezové oceli v teflonovém obalu. (AUTOPROFITEAM.CZ, 2009) Obr. 9 Brzdové hadice (VAPOL.CZ, 2008) 5.4 Brzdová kapalina Brzdová kapalina přenáší hydraulický tlak v brzdové soustavě. Přenos tlaku by měl být zcela bezeztrátový. Skutečnost je však jiná. Vlivem vnitřního tření v kapalině dochází ke ztrátám, a protože kapalina není ani ideálně nestlačitelná, dochází i k určitému časovému zpoždění přenosu tlaku. Tyto jevy jsou označovány jako prodleva brzd a náběh brzd. Od zavedení elektronických soustav jako je ABS či ESP připadá brzdové kapalině ještě větší význam. Hydraulické agregáty těchto soustav mají velké množství drobných vývrtů a kanálků, jejichž průměr je menší než tloušťka lidského vlasu. Do všech těchto kanálků musí kapalina ve zlomcích vteřiny přenést potřebný tlak a navíc i zabrzdit jednotlivá kola a tím stabilizovat vůz v kritických jízdních situacích. To ale vyžaduje mnohem řidší kapalinu než doposud, proto mají moderní brzdové kapaliny určené speciálně pro vozy s elektronickými prvky brzdové soustavy výrazně nižší viskozitu, která umožňuje rychlejší reakce ESP. 23
Druhy brzdových kapalin V současné době existují tři základní druhy kapalin používané v brzdových systémech k přenosu tlaku. Jsou to kapaliny na bázi: silikonu minerálních olejů glykolu Silikonové brzdové kapaliny se používají většinou u vojenské techniky, minerální oleje mají své místo tam, kde je hydraulický okruh brzd propojen s jiným hydraulickým systémem vozidla. U běžných automobilů je nejpoužívanější brzdová kapalina na bázi glykolu. (AUTOPROFITEAM.CZ, 2009) 6 METODIKY MĚŘENÍ BRZDNÝCH SYSTÉMŮ OSOBNÍCH VOZIDEL 6.1 Zkoušení brzd Pro bezpečnost silničního provozu jsou brzdy nejdůležitějším ústrojím vozidla, jehož funkci a technickému stavu je nutno věnovat zvláštní pozornost. Účinek brzdové soustavy se důsledně zkouší. Pro zkoušky brzdných vlastností a jejich hodnocení platí Předpis R 13 Evropské hospodářské komise (EHK) OSN, vyhláška č. 102/1995 Sb. o schvalování technické způsobilosti a technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích. Předmětem zkoušek brzdové soustavy je: její účinek, tj. schopnost snížit rychlost vozidla případně až do zastavení, nebo udržet vozidlo na svahu souměrné působení brzd, tj. dosažení pokud možno stejných brzdných sil na protilehlých kolech téže nápravy 24
Měřítkem účinku brzdové soustavy: je během jízdy brzdná dráha, brzdné zpomalení a ovládací síla na brzdovém pedálu (provozní brzdění) při stání tzv. brzdný sklon - sklon svahu, na kterém lze vozidlo udržet parkovacím brzděním (Vémola, 2000) 6.1.1 Předpisy o účinnosti a nesouměrnosti působení brzd Účinek brzd vozidel, kategorie M, N je předepsán v 30 Účinek brzd vyhlášky č. 102/1995 Sb. Dále jsou zde uvedeny typy zkoušek, kterými se tyto účinky brzd zkoušejí. Zkouška typu 0 Je základní zkouškou, kterou se zjišťují dále předepsané brzdné účinky, pokud u nich není stanoveno jinak. Na začátku této zkoušky, musí být brzdy studené, tj. teplota měřená na kotouči nebo bubnu nižší než 100 C. Zkouška typu І Je zkouškou slábnutí brzdného účinku. Zkouška typu ІІ Je zkouškou chování vozidla na dlouhých klesáních. Zkouška typu ІІA Je zkouškou brzdných vlastností při sjíždění dlouhého svahu bez užití brzdění provozního, nouzového a parkovacího. Účinek provozní brzdy je prakticky stanoven největší přípustnou brzdnou dráhou, na které musí vozidlo zastavit z určité stanovené počáteční rychlosti. 25
6.2 Druhy zkoušek brzd Předepsaný účinek brzd vozidel lze v provozu ověřit: a) jízdními zkouškami na silnici b) na zkušebních zařízeních např. na válcových nebo plošinových zkušebnách brzd 6.2.1 Jízdní zkoušky Jízdní zkouška brzdění v přímém směru se provádí jednak ke kontrole předpisem stanovených brzdných drah, k ověření funkce omezovačů brzdného účinku, posilovačů brzdové soustavy, protiblokovacího zařízení atd. Zvláštní zkoušky se provádí také pro zjišťování směrové stability, např. při nesouměrném účinku brzd na levé a pravé straně nápravy. Při brzdných zkouškách se měří zejména zpomalení vozidla, brzdná dráha, ovládací tlak v soustavě, ovládací síla na brzdovém pedálu a ohřátí brzd. (Vémola, 2000) Přímé měření brzdné dráhy Zkoušky přímým měřením brzdné dráhy spočívají v měření brzdné dráhy, případně doby brzdění z určité rychlosti a hodnota zpomalení se vypočte. Podstatou tohoto způsobu měření je vystřelování barevných značek na vozovku, měření času a vzdálenosti mezi značkami. Zařízení se skládá z odpalovacího mechanismu, pedálového snímače, elektricky ovládaných stopek a dalších prvků. Odpalovací zařízení se upevňuje na vhodnou vnější část vozidla, ostatní prvky jsou umístěny ve vozidle. Měření brzdné dráhy pomocí dostupných pomůcek stopky pásmo Na zkušební dráze se vyznačí úsek A-B, o délce asi 20 m, pomocí vytyček, stromů, sloupů veřejného osvětlení atd. Při zkoušce je nutná spolupráce řidiče se spolujezdcem, 26
který měření provádí. Vozidlo projíždí měřenou dráhu a v úseku A-B řidič dodržuje konstantní rychlost podle tachometru a u značky B začne brzdit. Spolujezdec měří na stopkách dobu průjezdu úsekem A-B a dobu brzdění, po zastavení vozidla se odměří brzdná dráha. Měření doby průjezdu je možno provádět i mimo vozidlo, okamžik začátku a konce měření je nutno vztahovat k určitému místu na vozidle. vlečené kolo Vlečené páté kolo je víceúčelové zařízení, které slouží k dynamickým jízdním zkouškám, tedy i k měření brzdné vzdálenosti vozidel. Vlečené kolo je tvořeno lehkým upraveným jízdním kolem o rozměru 28, u kterého se jeho dynamický poloměr v závislosti na rychlosti jízdy prakticky nemění. Kolo je kardanovým závěsem připevněno nejčastěji k zadnímu nárazníku, nebo k pomocné konstrukci. Elektronický snímač impulsů může být připevněn přímo v ose otáčení kola, nebo je umístěn na kardanovém závěsu a rotační část snímače je poháněna ohebným hřídelem. (Vémola, 2000) Obr. 10 Vlečené kolo (Vémola, 2000) 1-kolo, 2-ohebný hřídel, 3-snímač impulsů, 4-el. kabel, 5-kardanový závěs, 6-přítlačná pružina, 7- upevnění k vozidlu. 27
6.2.2 Zkoušky na zkušebních zařízeních Ke zkoušení účinku brzd na zkušebně se používají: plošinové zkušebny válcové zkušebny pomaloběžné (do 10 km/h) válcové zkušebny rychloběžné (až 200 km/h) 6.2.2.1 Plošinová zkušebna brzd Plošinová zkušebna brzd se používá pro zkoušení brzd nákladních i osobních automobilů. Zkoušené vozidlo najíždí na měřící plošiny asi 10 km/h. Větší rychlost je přípustná např. při zkoušení ABS. Na plošinách řidič vozidlo prudce zabrzdí. Z plošin jsou brzdné síly jednotlivých kol přeneseny pomocí snímačů a přenosového zařízení do vyhodnocovací elektronické jednotky. Výhodou zkušebny je, že měří za podmínek blízkých provozu z hlediska dynamických účinků na vozidlo. Při zkoušce mohou být v činnosti omezovací a zátěžové ventily, ABS a 4WD-systémy podobně jako na silnici. (Vémola, 2000) Obr. 11 Plošinová zkušebna brzd (Vémola, 2000) 28
6.2.2.2 Pomaloběžná válcová zkušebna brzd Při zkouškách brzdové soustavy na válcových pomaloběžných stanicích se účinek brzdění hodnotí podle poměrného zpomalení, tzv. zbrzdění Z, které je dáno vztahem: Z = Σ F B * 100 = Σ F B * 100 [%] G m*g kde: ΣF B - je součet brzdných sil F B na obvodech jednotlivých kol vozidla, při stejné velikosti ovládací síly, respektive ovládacího tlaku [N] G = m * g- celková tíha vozidla [N] Podle velikosti změřených sil F B, lze rychle a snadno ověřit funkci brzd, zjistit rozdělení celkové brzdné síly na nápravy a posoudit souměrnost brzdění (rozdíl brzdných sil na levé a pravé straně nápravy). Proto se tato zařízení používají v opravnách a ve stanicích technické kontroly. Válcovou stanici pro měření brzdných sil tvoří dva páry hnacích válců uložených v základové konstrukci, která je zabudována zpravidla pod úrovní podlahy. Při zkoušení brzdného účinku najede vozidlo postupně koly přední a zadní nápravy na měřící válce tak, že vždy na každém páru stojí jedno kolo. Během měření je motor vozidla zastaven, kola vozidla se roztočí na určitou stálou rychlost měřícími válci poháněnými elektromotory. Tato počáteční tzv. zkušební rychlost se nemění ani během brzdění. Brzdná síla, působící na obvodu brzděného kola vyvolá reakční moment, který působí proti smyslu otáčení měřícího válce a který je úměrný velikosti brzdné síle kola. 6.2.2.3 Rychloběžná válcová zkušebna brzd (válcový dynamometr) Slouží pro měření brzdné dráhy, přibližuje zkušební podmínky na válcích skutečným podmínkám na silnici. Zařízení pracuje na principu zpomalování až zastavení dvou litinových válců, roztočených elektromotorem včetně kol nápravy, na které jsou brzdy zkoušeny. Energie akumulovaná v setrvačné hmotě válců je mařena brzdami. Moment setrvačnosti je známý. Po našlápnutí na pedometr se samočinně přeruší pohon válců a počítadlo otáček zaznamená počet otáček do zabrzdění. Z tohoto počtu otáček se stanoví brzdný účinek. Zjištěná hodnota se přibližuje hodnotám při 29
jízdních zkouškách. Zcela srovnatelná s jízdní zkouškou není, neboť nelze napodobit účinek klopného momentu, odskakování kol při brzdění atd. Válcový dynamometr, který je na MENDELU v Brně a jeho podrobný popis je uveden ve vlastním měření této diplomové práce. (Vémola, 2000) 7 VLASTNÍ PRÁCE 7.1 Cíl měření Cílem měření diplomové práce bylo provedení praktického měření funkčnosti systému ABS na vybraném vozidle. Měření bylo provedeno statickou i dynamickou metodou s pasivním a aktivním systémem ABS na válcové zkušebně. Dále byl změřen pohyb kola vzhledem ke karoserii vozidla při vypnutém i zapnutém systému ABS. Pro vypínání systému ABS byla použita palubní diagnostika OBD. 7.2 Měřené vozidlo a jeho popis Měření probíhalo na vozidle Volkswagen Golf Variant 1.9 TDI (základní technické údaje o vozidle jsou v tab. 2). Vozidlo je vybaveno systémem ABS CONTINENTAL TEVES MK 60, který také používají automobily, jako jsou Škoda Octavia, Audi A3, Audi TT, New Beetle, Seat Toledo. 30
Obr. 12 Schéma brzdové soustavy ABS v měřeném vozidle (BRAVA.CZ, 2009) Hydraulický okruh brzd pravého předního a levého zadního kola Hydraulický okruh brzd levého předního a pravého zadního kola 1 - elektrohydraulický modulátor, 2 - hlavní brzdový válec, 3 - posilovač brzd, 4 - nádržka brzdové kapaliny, 5 - snímače otáček předních kol, 6 - přední kotoučové brzdy, 7 - kontrolka, 8 - spínač brzdových světel, 9 - páka parkovací brzdy, 10 - zátěžový ventil brzd, 11 - snímače otáček zadních kol, 12 - zadní kotoučové brzdy (BRAVA.CZ, 2009) Obr. 13 Prvky systému ABS, typ TEVES MK 60 (BRAVA.CZ, 2009) 31
Tento systém ABS má následující hlavní prvky: elektrohydraulickou skupinu (1) viz obr. 12, která se skládá z elektronické řídící jednotky (A) viz obr. 13, elektrohydraulického modulátoru (B) viz obr. 13, který moduluje brzdný tlak, působící v brzdných třmenech prostřednictvím elektromagnetických ventilů (dva na každé kolo) a dvouokruhového čerpadla (C) viz obr. 13 čtyři snímače otáček kol, jeden (5) pro každé přední kolo a jeden (11) pro každé zadní kolo viz obr. 12 spínač na pedálu brzdy (8) viz obr. 12 kontrolku na přístrojové desce (7) viz obr. 12 k indikaci bezporuchového stavu systému ABS (pokud po proběhnutí diagnostiky zhasne) nebo poruchy systému (pokud zůstane rozsvícená) Systém taktéž zahrnuje hydraulické trubky, kabeláž a konektor diagnostiky pro připojení testeru. Systém ABS se v případě poruchy okamžitě vypne. Veškeré poruchy mohou být zjištěny připojením testeru nebo počítačem řízené diagnostické stanice ke konektoru diagnostiky. Princip činnosti Během jízdy měří snímače na všech kolech a pastorku stálého převodu otáčky kol. Rozezná-li řídící jednotka z přijímaných signálů snímačů nebezpečí zablokování, aktivuje v hydraulické jednotce elektromagnetické ventily příslušného kola. Každé přední kolo je pomocí jemu příslušného elektromagnetického ventilu ovlivňováno tak, že přenáší největší možný brzdný účinek nezávisle na ostatních kolech. Na zadní nápravě určuje kolo s nižším součinitelem adheze společný tlak v obou brzdách zadní nápravy. U dvouokruhových brzdových soustav při diagonálním uspořádání brzdových okruhů přebírají regulaci zadních kol dva elektromagnetické ventily. Řídící jednotka spíná elektromagnetické ventily do tří různých poloh: zvýšení tlaku - elektromagnetický ventil (3a) obr. 14 je bez proudu a spojuje hlavní brzdový válec (4) s kolovým brzdovým válečkem (2), tlak v brzdě kola může vzrůstat 32
udržení tlaku - vinutím elektromagnetického ventilu (3a) prochází polovina maximálního proudu, ventil odděluje brzdu kola (2) od hlavního brzdového válce (4), tlak v brzdě kola zůstává konstantní snížení tlaku - vinutím elektromagnetického ventilu (3a) prochází maximální proud, ventil odděluje hlavní brzdový válec (4) a spojuje kolový brzdový váleček (2) se zpětným tokem. Tím dochází ke snížení brzdného tlaku příslušného kola. Kapalina je nejprve přijata zásobníkem tlaku (3b) a pak je čerpadlem (3c) přečerpána přes zpětné ventily zpátky do příslušného brzdového okruhu. V této poloze je elektromagnetický ventil tak dlouho, dokud se kolo nezačne pohybovat s určitým zrychlením. Pak se elektromagnetický ventil přepne do polohy udržení tlaku, tlak v brzdě vzroste a celý cyklus se opakuje. Současně může být tímto způsobem snižován nebo zvyšován brzdný tlak nejenom kontinuálně, nýbrž také stupňovitě taktovacím řízením. V závislosti na součiniteli adheze vozovky dochází ke 4 až 10 regulačním cyklům za sekundu. (Vlk, 2003) Obr. 14 Modulace zvýšení brzdného tlaku (VLK, 2003) 33
Obr. 15 Modulace udržení brzdného tlaku (VLK, 2003) Obr. 16 Modulace snížení brzdného tlaku (VLK, 2003) 1 - snímač otáček, 2 - kotoučová brzda, 3 - hydraulická jednotka, 3a - elektromagnetický ventil, 3b - zásobník tlaku, 3c - čerpadlo, 4 - hlavní brzdový válec, 5 - elektronická řídící jednotka 34
Tab. 2 Základní technické údaje měřeného vozidla Vozidlo Volkswagen Golf Variant 1.9 TDI Druh vozidla osobní Stav tachometru 170 955 km Provozní hmotnost 1397 kg Největší technicky přípustná hmotnost 1890 kg Zatížení nápravy přední x zadní 950 kg x 1010 kg Celková délka 4397 mm Rozvor 2502 mm Šířka 1735 mm Výška 1485 mm Pneumatiky 195/65 R 15 91 T Brzdy provozní ano ABS ano Brzdy parkovací ano Motor zdvihový čtyřválec, palivo Nafta Zdvihový objem 1896 cm 3 Max. výkon motoru při ot/min. 66 KW/3750 ot/min. Vrtání x zdvih 79.5 mm x 95.5 mm Max. točivý moment při ot/min. 210 Nm/1900 ot/min. Kompresní poměr 19.5 : 1 Max. rychlost 180 km/h Zrychlení 0-100 km/h 12, 6 s Hnaná náprava přední Převodovka manuální, pětistupňová 7.2.1 Jednotlivé komponenty ABS v měřeném vozidle a jejich popis Řídící jednotka ABS Řídící jednotka ABS tvoří s hydraulickou jednotkou jednu konstrukční skupinu. Řídící jednotka ABS je napájena přímo z pojistkového boxu na akumulátoru. Je spojena s datovou směrnicí CAN-BUS. Jádrem řídící jednotky jsou dva mikropočítače (MC), které zpracovávají data nezávisle na sobě podle stejného programu a vzájemně se kontrolují. Je-li rozpoznána závada, je informace o ní vložena do paměti závad (EEPROM). ABS je poté vypnuto a rozsvítí se kontrolka. Jeden z obou mikropočítačů 35
má paměť EEPROM, jejíž obsah zůstane uložen i při odpojení akumulátoru. Je využívána k uložení kódu závad, které je možno vyčíst při servisní prohlídce. (Jan, Ždánský, 2000) Obr. 17 Řídící jednotka ABS (ND-SKODA-VOLKSWAGEN.CZ, 2008) Hydraulická jednotka Hydraulická jednotka na základě signálů z řídící jednotky řídí nezávisle na řidiči prostřednictvím elektromagnetických ventilů brzdné tlaky v kolových brzdách. Vytváří hydraulické propojení mezi hlavním brzdovým válcem a kolovými brzdovými válečky. Hydraulická jednotka je umístěna v motorovém prostoru tak, aby byla hydraulická vedení k hlavnímu brzdovému válci a brzdovým válečkům co možná nejkratší. Hydraulická jednotka v případě poruchy nesmí být opravována. (Jan, Ždánský, 2000) Obr. 18 Hydraulická a řídící jednotka ABS (BRAVA.CZ, 2009) 36
Hlavní brzdový válec Hlavní brzdový válec je hydraulický válec, který je ovládán silou řidiče. Je zdrojem přetlaku a je určen pro montáž ve vodorovné poloze na podtlakový posilovač brzdného účinku. Účelem je vytvořit tlak v každém brzdovém okruhu a umožňuje rychlé snížení tlaku v systému při rychlém uvolnění brzdového pedálu. (Jan, Ždánský, 2000) Obr. 19 Hlavní brzdový válec (AUTODOPLNKYFRO.CZ, 2006) Podtlakový posilovač brzd Používá se pro snížení ovládací síly na brzdový pedál. Zdrojem energie je podtlak, jenž působí pomocí podtlakového posilovače, zařazeného mezi brzdový pedál a hlavní brzdový válec. Podtlak vytváří u vznětových motorů vakuové čerpadlo a u zážehových sací potrubí. Dochází k rychlejšímu nárůstu tlaku v brzdné soustavě, což umožňuje dosažení kratší brzdné dráhy. Při poruše podtlakové části, nebo vypnutí motoru (jízda z kopce) zůstává ovládání hlavního brzdového válce bez posílení (je nutno výrazně zvýšit nožní sílu na brzdový pedál). (Vlk, 2003) Obr. 20 Podtlakový posilovač brzd (AUTODOPLNKYFRO.CZ, 2006) 37
Snímač tlaku brzdové kapaliny Snímač je umístěn na hlavním brzdovém válci. Úkolem je poskytovat údaje pro výpočet brzdných sil a pro regulaci předplňování. Snímá změny aktuálního tlaku v brzdovém systému. Obr. 21 Snímač tlaku brzdové kapaliny Brzdové trubky a hadice Rozvod tlakové brzdové kapaliny od hlavního tandemového válce k válcům pracovním je řešen vysokotlakými pryžovými hadicemi a ocelovými trubkami. Brzdové trubky jsou pozinkované a další ochrannou vrstvou z plastické hmoty. Trubky jsou odolné proti korozi a abrazi. Spoje trubek s hadicemi a spoje s tlakovými válci jsou konstrukčně řešeny kuželovými dosedacími plochami a speciálními převlečnými maticemi. Brzdové trubky jsou po trase upevněny ve tvarových plastových držácích, aby nedošlo k jejich poškození stykem s jinými součástkami. (Vlk, 2003) Obr. 22 Brzdová trubka zadní (ND-SKODA-VOLKSWAGEN.CZ, 2008) 38
Nádržka brzdové kapaliny Je z průsvitné plastické hmoty a na plášti jsou výřezy pro kontrolu množství brzdové kapaliny. Jednou z podmínek dokonalé činnosti brzd je, že v brzdovém systému nesmí být vzduch. Lze tomu zabránit trvale dostatečným množstvím brzdové kapaliny v nádržce brzdy, který brání nasátí vzduchu z prostoru nádržky do hlavního brzdového válce a přetlačení do brzdového potrubí. Obr. 23 Nádržka brzdové kapaliny Snímač otáček Ze signálů snímačů otáček kol určuje řídící jednotka rychlosti kol. Pólový kolík (nástavec) umístěný před vinutím snímače otáček se nachází v těsné blízkosti impulsního ozubeného kola, pevně spojeného s nábojem kola vozidla. Pólový kolík je spojen s trvalým magnetem, jehož magnetické pole zasahuje do impulsního kola. Při otáčení kola se proti kolíku střídavě nastavuje zub a zubová mezera. Tím se neustále mění magnetické pole, touto změnou se ve vinutí snímače indukuje střídavé napětí, které je přiváděno do řídící jednotky. Frekvence průběhu napětí je přímým měřítkem pro okamžité otáčky kola. (Jan, Ždánský, 2000) Obr. 24 Snímač otáček (ND-SKODA-VOLKSWAGEN.CZ, 2008) 39
Brzdový kotouč s brzdovými deskami Brzdové kotouče obr. 25 se vyrábí obvykle z legované šedé litiny nebo z ocelolitiny. Jakost povrchu kotouče má značný vliv na opotřebení třecího obložení, a proto jsou třecí plochy kotouče broušeny. Brzdový kotouč je přírubou uchycen k náboji kola pomocí šroubů. Brzdové desky jsou vyrobeny z organických materiálů, používají se práškové nebo vláknité třecí materiály, které jsou vázány organickými pojivy (např. syntetická pryskyřice, kaučuk). Brzdové destičky mají součinitel tření větší než 0,4 a jsou odolné do teploty asi 800 C. V měřeném vozidle jsou brzdové destičky se signalizací opotřebení. (Jan, Ždánský, 2000) Obr. 25 Brzdový kotouč a brzdové destičky (ND-SKODA-VOLKSWAGEN.CZ, 2008) Kontrolka funkce ABS Při otočení klíče ve spínací skříňce spustí řídící jednotka cyklus statické kontroly, která trvá asi 2 sekundy a během této doby se kontrolka funkce ABS rozsvítí. Pokud je systém v pořádku, kontrolka zhasne. (BRAVA.CZ, 2009) Obr. 26 Kontrolka funkce ABS (BRAVA.CZ, 2009) 40
7.3 Popis vozidlové zkušebny Vozidlová zkušebna je sestavena z dynamometru pro osobní automobily 4VDM- E120D, traktorového dynamometru VDU-E207T-E150T a emisní systémové analýzy Bosch ESA 3.250. Emisní systémová analýza Bosch ESA 3.250 Přístroj Bosch ESA (Emisní Systémová Analýza) je zařízení vyvinuté zejména pro pracoviště zabývající se měřením emisí. V našem případě při zkoušení brzd tato emisní systémová analýza nebyla potřebná. Vozidlový dynamometr 4VDM E120-D Konstrukční řešení vychází ze základních tuhých rámů, na kterých jsou umístěny ložiska válců o průměru 1,2 m, stojny a základní rámy s elektrickými dynamometry. Blok přední osy je umístěn pevně, zadní blok osy posuvně v rozmezí požadovaného rozvoru, společně s přední osou vozidlového dynamometru VDU E 120 - T. Spojení levého a pravého válce zajišťuje elektricky ovládaná frikční spojka. Rozpojení pravého a levého válce umožňuje dynamické měření brzdných sil z vysokých rychlostí. Propojení válcových jednotek s el. dynamometry typu SDS 225 5604 je provedeno pomocí ozubených řemenů. Každý válec je vybaven pneumaticky ovládanými brzdami pro umožnění najetí vozidla a bezpečnostní zabrzdění. Dále je každá válcová jednotka vybavena pneumaticky ovládaným nájezdovým a středícím zařízením a měřícími rolnami s posuvným krytem. Obě osy jsou umístěny na konstrukci z ocelových profilů a upevněné na základním rámu, který je zalit betonem na dvě montážní jámy. Na základním rámu jsou rovněž uchyceny podpěry pevného a posuvného krytí vozidlového dynamometru. V podlaze okolo montážní jámy jsou zality kotvící drážky pro upevnění úvazků vozidla. Celá plocha okolo vozidlového dynamometru je v rovině podlahy překryta ocelovými krycími plechy. Přívod chladícího vzduchu do montážní jámy je vyústěn pod jednotlivými osami uprostřed (v zapuštěném kanálu). Před zkoušeným vozidlem je umístěn ventilátor náporového chlazení s usměrňovací hubicí, připojený pohyblivým přívodem do zásuvky spínané přes ovládací klávesnici z kabiny vozidla. (MENDELU Brno, 2003) 41
Obr. 27 Schéma kompletní zkušebny 4VDM E120 D a VDU E270T E150T (MENDELU Brno, 2003) Velmi důležitou součástí zkušebny je také vzduchotechnika. Podtlak v místnosti lze regulovat od 5 do 300 Pa, přičemž vyměněné množství vzduchu činí až 25 000 m 3 /h. U výfukových plynů lze regulovat množství ručně či v závislosti na odebíraném výkonu motoru a to až do 24 000 m 3 /h. Tab. 3 Základní vlastnosti dynamometru MEZ 4VDM E120-D (MENDELU Brno, 2003) PARAMETR HODNOTA Max. zkušební rychlost [km.h -1 ] 200 Max. výkon na nápravu [kw] 240 Max. hmotnost na nápravu [kg] 2000 Průměr válců [m] 1,2 Šířka válců [mm] 600 Mezera mezi válci [mm] 900 Povrch válců zdrsnění RAA 1,6 Setrvačná hmotnost válců (každá náprava) [kg] 1130 Min. rozvor [mm] 2000 Max. rozvor [mm] 3500 Tlakový vzduch [bar] min. 4 Rozsah měření rychlosti [km.h -1 ] 0-200 Rozsah měření sil [kn] 4x ±5 Přesnost měření rychlosti [km.h -1 ] ± 0,01 Přesnost měření sil [%] ± 0,25 Přesnost regulace rychlosti [%] ± 0,1 Přesnost regulace síly [%] ± 0,5 42