ELEMENTE DE PROIECTARE A UNUI SISTEM DE FRÂNARE DESTINAT ECHIPĂRII UNUI VEHICUL DE COMPETIȚIE [304355]

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI

FACULTATEA DE MECANICĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

ELEMENTE DE PROIECTARE A UNUI SISTEM DE FRÂNARE DESTINAT ECHIPĂRII UNUI VEHICUL DE COMPETIȚIE

Profesor coordonator:

Conf. dr. ing. Sachelarie Adrian

Absolvent: [anonimizat] 2017

[anonimizat], [anonimizat], ampatament, ecartament si date legate de roțile autovehiculului.

In vederea efectuării calculelor necesare determinarii parametrilor optimi de frănare se vor respecta următoarele capitole si subcapitole:

Calculul sistemului de frânare

Alegerea tipului constructiv si a schemei de organizare

Sistemul principal de franare

Calculul frânei cu disc

Verificarea la uzură a frânelor

Calculul termic al frânelor

Calculul si construcția mecanismului de acționare a sistemului de frânare

Memoriu justificativ

Frânarea este procesul prin care se reduce parțial sau total viteza de deplasare a automobilului. Capacitatea de frânare prezintă o importanță deosebită ce determină direct necesitatea activă a automobilului și posibilitatea de monitorizare integrală a vitezei și accelerației acestuia in timpul exploatării. Ȋn timpul frănarii o [anonimizat] o parte se consumă pentru invingerea rezistentelor la rulare si a aerului care se opune miscării.

[anonimizat]: determinarea prin calcul, a [anonimizat] a frănelor, prin alegerea unei solutii constructive căt mai bună.

[anonimizat], principiului de functionare si a metodicii de reglare a mecanismelor de frănare. S-a micsorat spatiul de frănare prin reprezentarea fortelor de frănare proportionale cu sarcina statică si dinamică a puntii, s-au inbunătătit stabilitatea mișcării și reversabilitatea automobilului in timpul procesului de frănare.

Rezumat 2

Memoriu justificativ 3

Capitolul 1 5

Noțiuni generale 5

1.1 Alcătuirea sistemului de frânare. 6

Capitolul 2 8

Calculul sistemului de frânare 8

2.1 Alegerea tipului constructiv și a schemei de organizare 8

2.2 Sistemul principal de frânare. 10

2.3 Calculul frânelor cu disc. 19

2.4 Verificarea la uzură a frânelor. 22

2.5 Calculul termic al frânelor. 25

2.6 Calculul și construcția mecanismului de acționare a sistemului de frânare. 27

Capitolul 3 34

[anonimizat] 34

3.1 Componența sistemului A.B.S. 35

Capitolul 4 40

Programul de stabilitate electronic ESP 40

4.1 Conceptul ESP 42

Capitolul 5 42

Tipuri constructive de frâne cu disc 42

5.1 Frâna cu disc deschisă 42

5.2 Frâna cu disc ȋnchisă 44

Capitolul 6 45

Acționarea hidraulică a frânelor 45

Capitolul 7 49

Modificarea stării tehnice a sistemului de frânare si stabilirea parametrilor de diagnosticare 49

7.1 Defecțiuni produse la instalația de frânare 49

7.2 Metode de diagnosticare a sistemului de frânare 52

Capitolul 8 56

Stabilirea parametrilor de diagnosticare 56

8.1 Cauzele defectării sistemelor de frânare 56

8.2 Tehnologia de diagnosticare 57

Concluzii 63

Partea aplicativă 64

Bibliografie 77

Capitolul 1

Noțiuni generale

Sistemul de franare al automobilelor trebuie să realizeze:

-reducerea vitezei de deplasare pană la o valoare dorita, inclusiv pana la oprirea lui, cu o acceleratie cât mai mare si fara deviere primejdioasa de la traiectoria de mers;

-mentinerea constanta a vitezei a atovehicolului in cazul coborarârii unei pante lungi;

-mentinerea autovehicolului in stare de stationare pe teren orizontal sau pe panta;

-sa fie capabil de anumite acceleratii impuse, să asigure stabilitatea autovehicolului in timpul franari, fară să fie progresivă, fară șocuri, distributia corectă a efortului de frânare pe punti să nu necesite din partea conducatorului un efort prea mare pentru acționarea sistemului;

– conservarea calitatilor de franare ale autovehicolelor in toate condițiile de drum intalnite in exploatare; să asigure evacuarea caldurii in timpul fanarii; să aibă fiabilitate ridicată; să prezinte siguranta în functionare în toate conditiile de lucru; reglarea șocurilor să se faca cît mai rar și comod sau chiar in mod automat; să intre rapid în funcționare; frânarea să nu fie influentă de denivelarile drumului(datorita deplasarii pe verticala a rotilor) și blocarea rotilor de directie; să permita imobilizarea autovehicolului în pantă în cazul unei staționari de lungă durată.

Să nu permita uleiului, impurităților să intre la suprafața de frecare; forța de frânare să acționeze în ambele sensuri de miscare al autovehicolului; frânarea să nu se faca decat la iterventia conducatorului autovehicolului; să fie conceput, construit si montat astfel încât să reziste fenomenelor de coroziune si îmbatranire la care este supus autovehicolul; să nu fie posibila actionarea concomitenta a pedalei de frana si apedalei de acceleratie; sa aiba o functionare silentioasa sa aiba constructie simpla si ieftina.

Cresterea continua a calitatii dinamice ale automobilelor si a traficului au accentuat importanta sistemului de franare in asigurarea recursivitatii circulatiei.

Eficacitatea sistemului de franare asigura punerea in valoare a performantelor de viteza ale automobilului, deoarece de el depinde siguranta circulatiei cu viteze mari. Cu cat sistemul de franare este mai eficace cu atat vitezele medii de deplasare cresc, iar indicii de exploatare ai automobilului au valori mai ridicate.

In procesul franarii automobilului are loc o miscare intarziata, datorita in primul rand actiunii fortelor de frecare asupra unor tambure sau discuri solidare cu rotile automobilului.

Un sistem de franare trebuie sa aiba urmatoarela calitati:

-eficacitate – care ne precizeaza prin decelerația obtinuta, fiind limitata de valoarea aderentei dintre pneu si cale si de factorii si biologici, omenesti (receptivitatea la acceleratii foarte mari);

-stabilitate – care constitue calitatea automobilului de mentinere a traiectoriei in procesul franarii, depinzand de tipul franelor, natura si starea caii, performantele impuse etc, fiind foarte importanta din punct de vedere a circulatiei rutiere;

-fidelitatea – calitatea franei de a obtine acceleratii identice la toate rotile, pt un efort de actionare determinat, in toate conditiile de drum si de incarcatura. Asupra acestei calitati o influenta deosebita o au agentii externi (umiditatea, temperatura), conditiile tehnice de lucru ale franelor si mai ales stabilitatea coeficientului de frecare al garniturilor;

-confort – calitatea care contribuie la cresterea securitatii circulatiei rutiere, deoarece un inalt grad de confort (progesivitatea franarii, eforturi reduse la pedala pt o cursa judicios aleasa, absenta zgomotelor si vibratiilor) nu solicita peste masura atentia conducatorului, micsorand deci oboseala acestuia.

Stabilitatea automobilului la franare depinde de uniformitatea distributiei fortelor de franare la rotile din stanga si din dreapta, de stabilitatea fortelor momentului de franare in cazul unor variatii posibile ale coeficientului de frecare (de obicei intre 0,28-0,30) si de tendinta franelor spre autoblocare. Daca momentul de franare nu se abate de la valoarea de calcul mai mult de 10-15% atunci stabilitatea sistemului de franare poate fi mentinuta usor cu ajutorul volanului.

Clasificarea sistemelor de franare se face in primul rind dupa utilizare in:

sistemul principal de franare il intilnim si sub denumirea de frana principala sau de serviciu. Frana principala in mod uzual in exploatare poarta numele de frana de picior datorita modului de actionare. Acest sistem de franare trebuie sa permita reducerea vitezei automobiluilui pana la valoarea dorita, inclusiv pana la oprirea lui, indiferent de viteza si de starea lui de icarcare. Frana principala trebuie sa actionez asupra tuturor rotilor automobiluilui;

sistemul de siguranta de franare, intilnit si sub denumirea de frana de avarii sau frana de urgenta are rolul de a suplima frana principala in cazul defectarii acesteia. Frana de siguranta trebuie sa fie actionata de conducator fara a lua ambele maini de pe volan. Siguranta circulatiei impune existenta la automobil a franei de sigiranta fara de care nu este acceptat in circulatia rutiera;

sistemul stationar de franare sau frana de stationare are rolul de a mentine automobilul imobilizat pe o panta in absenta conducatorului un timp nelimitat. Datorita actionarii manuale a franei de stationare i sa dat denumirea de frana de mana. In limbajul curent frana de stotinare este intilnita si sub denumirea de frana de parcare sau ajutor. Frana de stationare trebuie sa aiba o comanda proprie, independenta de cea a franei principale. In foarte multe cazuri frana de stationare preia si rolul franei de siguranta;

sistemul auxiliar de franare este o frana suplimentara avand acelasi rol ca si frana principala, utilizindu-se in caz de necesitate cad efectul ei se adauga franei de siguranta;

sistemul suplimentar de franare sau dispozitivul de incetinire are rolul de a mentine constant viteza automobilului, la coborirea unor pante lungi fara utilizarea indelungata a franei. Acest sistem de franare se utilizeaza in cazul automobilelor cu mase mari sau destinate special sa fie utilizate in regiuni muntoase sau cu relief accidentat. Sistemul suplimentar de franare contribuie la micsorarea uzurii franei principale si la sporirea securitatii circulatiei.

1.1 Alcătuirea sistemului de frânare.

Sistemul de franare este compus din:

mecanismul de franare propriu-zis;

mecanismul de actionare a franei.

Dupa locul unde este aplicat momentul de franare (de punere a franei propriu-zise) se deosebesc:

frane cu roti;

frane cu transmisii.

In primul caz mecanismul de franare propriu-zis actioneaza direct asupra butucului rotii (prin intermediul piesei care se roteste cu el), iar in al doielea caz actioneaza asupra unui arbore a transmisiei automobilului.

Dupa forma piesei care se roteste mecanismele de franare propriu-zise se impart in:

– frana cu tambur;

– frana cu disc;

– frana combinata.

Dupa forma pieselor care produc franarea se deosebesc:

franare cu saboti;

franare cu banda;

franare cu discuri;

franare combinata (cu saboti si benzi, cu saboti si cu discuri).

Piesele care produc franarea pot fi depuse in interiorul sau exteriorul pieselor rotoare.

In prezenta in care constructia de automobile care mai utilizeaza tipuri de sisteme de franare propriu zise sunt:

frana cu tambur cu doi saboti interiori (mai ales ca frana de serviciu si uneori ca frana de stationare pe transmisii);

frana cu disc de tip deschis (folosita preponderenta ca frana de serviciu la autoturisme si uneori ca frana de stationare pe transmisie);

frana cu tamburul si scanda exterioara (utilizeaza exclusiv frana de stationare pe transmisie).

Dupa tipul mecanismului de actionare sistemele de franare se inpart in:

cu actionare directa la care forta de franare se datoreaza exclusiv efortului conducatorului;

cu servoactionarea la care pentru franare se foloseste energia unui agent exterior, iar conducatorul regleaza doar intensitatea franei;

cu actionarea mixta la care forta de franare se datoreste atat conducatorului cat si forta unui servomecanism.

Actionarea directa utilizata la autoturisme si la autocamioane cu sarcina utila mica, poate fi mecanica sau hidraulica. Actionarea hidraulica este foarte raspandita in prezent.

Actionarea mixta cea mai raspandita este actionarea hidraulica cu servomecanism neautomatic. Aceasta actionare se intalneste la autoturismele de clasa superioara precum si la autobuzele si autocar de capacitate mijlocie.

Servoactionarea poate fi: pneumatica (cu presiune sau depresiune), electrica electropneumatica etc. Se utilizeaza la autocamioanele cu sarcina utila mare si la autobuze.

Dupa numarul de circuite prin care efortul executat de sursa de energie se transmite catre franele propriu-zise se deosebeste:

frane cu un singur circuit

frane cu mai multe circuite.

In cazul solutiei cu mai multe circuite franele (s-au elementele lor) se grupeaza in diferite modurii. In mod frecvent se leaga de la un circuit franele unei punti (sau grupuri de punti) existand insa si scheme in care la un circuit sunt legate franele aflate pe aceasi punte a autovehicolului sau in pozitii diafragme opuse.

Sistemele de franare cu circuite multiple sporesc sensibilitatea, fiabilitatea acestora in securitatea circulatiei, fapt pentru care in unele tari este prevazut obligativitatea circuitelor la anumite tipuri de automobile.

Capitolul 2

Calculul sistemului de frânare

2.1 Alegerea tipului constructiv și a schemei de organizare

Sistemul de frânare este sistemul de bază în ceea ce privește siguranța traficului rutier, de aceea eforturile din ultima perioadă s-au concentrat asupra lui.

În ansamblul unui autovehicul rolul sistemului de frânare este de:

-reducere a vitezei autovehiculului până la o valoare dorită, sau chiar oprirea lui.

-imobilizare a autovehiculului în staționare, pe un drum orizontal, precum și pante.

-menținerea vitezei constantă în cazul coborârii unor pante lungi;

Dintre calitățile sistemului de frânare enumerăm:

-eficacitatea;

-stabilitatea;

-fidelitatea;

-confort etc.

Eficacitatea sistemului de frânare asigură punerea în valoare a performanțelor de viteză ale automobilului, deoarece de el depinde siguranța circulației la viteze mari.

Stabilitatea care constituie calitatea automobilului de menținere a traiectoriei în procesul frânării, depinde de tipul frânelor, natura și starea căii de rulare, performanțele impuse.

Fidelitateaeste calitatea frânelor de a obține decelerații identice la toate roțile, pentru un efort de acționare determinat.

Confortuleste calitatea care contribuie la creșterea securității circulației rutiere (progresivitatea fânării, eforturi reduse la pedală, absența zgomotelor și vibrațiilor).

Evoluția sistemului de frânare a dus în ultimii ani la studiul rolului pe care acesta îl are în cadrul siguranței active a autoturismului.

În acest sens s-a redus spațiul de frânare prin repartizarea forțelor de frânare proporțional cu sarcina statică și dinamică pe punți s-au îmbunătățit stabilitatea mișcării și manevrarea autoturismului în timpul procesului de frânare prin introducerea dispozitivelor de antiblocare cu comandă electronică, au fost sporite fiabilitatea și siguranța în funcționare datorită creării unor materiale cu calități funcționale superioare prin mărirea numărului de circuite de acționare și proliferării frânelor suplimentare pentru încetinire. Pentru calculul sistemelor de frânare s-au stabilit parametri și norme atât la nivel național cât și internațional.

Conform legii circulației pe drumurile publice, autoturismele trebuiesc echipate cu două sisteme de frânare independente:

-sistemul de frânare de serviciu, care trebuie să acționeze pe toate roțile;

-sistemul de frânare de staționare, care trebuie să asigure frânarea sigură a automobilului staționat pe panta maximă

Fig.1. Schema de organizare a sistemelor de frânare

Fig.2.1 Sistem de frânare

Notațiile din fig sunt următoarele:

1 : pedală 6 : frâne spate

2 : pompă 7 : manetă

3 : conducte 8 : cabluri

4 : frâne față 9 : dispozitiv de fixare cu clichet

5 : dispozitiv de corectare a forței de frânare

Diagrama franarii automobilului.

Timpul t1este timpul de reacție al conducătorului din momentul sesizării necesității de frînare și pînă la începerea cursei utile a pedalei.

în decursul timpului t1 se produce perceperea semnalului exterior de către conducător și efectuarea operațiilor: mutarea piciorului pe pedala de frînă și înlăturarea jocurilor din sistemul de comandă a frînei. Acest timp este cuprins între t1=0,4 . . .1 ,5 s și depinde de factorii fiziologici și de îndemînarea conducătorului. în cazul în care conducătorii au fost preveniți asupra scopului încercărilor timpul t1=0,4 . . . 0,6 s.

Timpul t2este timpul din momentul începerii cursei active a pedalei de frînă pînă la începerea acțiunii de frînare (timpul de întîrziere al mecanismului de acționare a frînei). Timpul t2 depinde de tipul mecanismului de acționare a frînei și se datorează jocurilor din articulații și deformațiilor elastice ale pîrghiilor și tijelor în cazul acționării mecanice, și rezistențelor la scurgere ale fluidului în conducte și deformațiilor elastice ale conductelor, în cazul frînelor cu acționare hidraulică sau pneumatică. în cazul acționării hidraulice t2=0,02 . . . 0,05 s iar în cazul acționării pneumatice f2=0,20 . . . 0,50 s.

Timpul t3este timpul din momentul începerii acțiunii forței de frînare pînă la atingerea valorii sale constante. La frînele cu acționare hidraulică t3=0,1 … 0,2 s iar la cele cu acționare pneumatică t3=0,5 … 1,0 s. în cazul autotrenurilor cu acționare pneumatică, din cauza lungimii mari a conductelor, timpul t3 poate atinge 1,5 s.

în unele lucrări de specialitate suma t'=t2+t3 se întîlnește sub denumirea de timpul de declanșare a sistemului de frînare (timpul din momentul începerii cursei active a pedalei de frînă pînă la atingerea valorii constante a forței de frînare).

Timpul t4 este timpul de frînare propriu-zisă, avînd loc o frînare intensivă în care forța de frînare Ff se menține la o valoare constantă corespunzătoare forței dezvoltate asupra pedalei de frînă.

în cazul în care forța de frînare are valoarea maximă se obține spațiul de frînare minim.

Timpul t5este timpul de la slăbirea pedalei de frînă și pînă la anularea forței de frînare.

Acest timp este cuprins intre 0,2 . . . 0,3 s

la frînele cu actionare hidraulica si 1,5…2,0 s la

franelepneumatic (limita superioarapentru

autotrenuri).

Se mentioneaza ca acest timp nu influenteaza spatiul de franare.

2.2 Sistemul principal de frânare.

Date initiale:

Tip auto: Golf 2 Anvelopa: 195/50 R16

Pmax=135 [kW]; B=195 [mm];

Mmax=235[Nm]; H/B=0.5 [-];

np=5500[rpm]; H=97.5 [mm];

nm=1950[rpm]; rr=278 [mm];

A=2475 [mm]; λ=(0,93…0,935),adopt 0.932

Pf=1408 [mm]; φjanta=16

Ps=1408 [mm];

L=3985 [mm];

l=1665 [mm];

H=1415 [mm];

Ma=1225 [kg];

vmax=223 [km/h];

φ=(0,7…0,8), adopt 0,75;

α=18[];

Determinarea momentelor de frânare necesare la punțile autoturismului

Sistemul principal de frânare sau frâna de serviciu este sistemul care acționează pe toate roțile autoturismului.

Reacțiunile dinamice Z1, Z2 sunt obținute la calculul dinamic și au valorile următoare:

Ff=Ma·φ·g=9003,75 [N] (2.1)

(2.2)

(2.3)

unde:

-a=1.41 [m] : coordonatele centrului de masă al autoturismului

-b=1.06 [m] funcție de ampatament;

-g=9,81 [m/s2] : accelerația gravitațională;

-hg=0,61 [m] : înălțimea centrului de greutate al autoturismului.

Impunem decelerația maximă afmax=7.357.

Ff1=G1·φ=5541,59 [N]; (2.4)

Ff2=G2·φ=3471,34 [N]; (2.5)

Ff1/Ff2=1.5963 [-]; (2.6)

Momentul de franare total al automobilului:

Mf=Mf1+Mf2=φ·Ga·rr; (2.7)

Momentele de frânare ale puntilor se calculează cu relațiile:

(2.8)

(2.9)

-unde:

-φ=0,75

-rr=0,278 m;

Ff(stationare)=Ma·g·φ·cos α=9012.93[N]; (2.10)

Fig.2.3 Spatiul minim de franare

Din analiza figurii rezultă că nu se poate asigura în toate cazurile spațiul minim de frînare, iar abaterea maximă a spațiului de frînare de la valoarea minimă se

întîlnește la autocamioane. Aceasta este una din cauzele care explică de ce spațiul

de frînare al autocamioanelor este întotdeauna mai mare decît al autoturismelor.

Momentele de frânare repartizate pe roți se calculează cu relațiile

-pentru roțile față: (2.11)

-pentru roțile spate: (2.12)

Fig.2.4 Determinarea reacțiunilor și a momentelor de frânare

Aleg spre proiectare pentru roțile punții față si puntii spate, frână cu disc de tip deschis.

Răspândirea largă a frânelor cu discuri în construcția de autoturisme este relativ recentă. Această întârziere se datorează valorii mici pe care o are caracteristica „C„(raportul de transmitere interior al frânei) în raport cu a frânelor cu saboți. În schimb frânele cu discuri se bucură și de avantaje nete în ceea ce privește sensibilitatea la variația coeficientului de frecare , greutatea fiind mică, iar întreținerea ușoară.

Referitor la sistemul de acționare se specifică că în toate cazurile, frânele punții din față, respectiv spate se acționează cu circuite separate.

Sistemul de transmisie este hidraulic, iar sistemul de acționare de tip mecanic cu pedală de frână.

Se preferă montarea discului pe circumferința exterioară a butucului roții datorită posibilității de deformare a discului datorat fluxului termic ce este redus și datorită discului de frână ce acționează ca un ventilator și creează un curent de aer ce favorizează răcirea rapidă a discului .

La frânele cu disc pentru a realiza același moment de frânare ca o frână cu tamburi presiunea în conducte va trebui să fie de două ori mai mare, diametrele cilindrilor de acționare trebuie să fie de 2-2.5 ori mai mare decât valorile corespunzătoare frânei cu tambur.

În general discul de frână nu este protejat, fiind expus prafului ,noroiului și apei ceea ce constituie unul din dezavantajele principale ale acestui tip de frână și de aceea trebuie ca pistonașele cilindrilor de lucru să aibă o greutate minimă. La acest tip de frână piesele ce se rotesc au greutate minimă și condițiile de răcire sunt optime, fixarea garniturilor de frecare pe bacuri se face prin lipire .

Parametrii Capacitatii de franare.

Calitățile de frînare ale automobilului se apreciază cu unul din parametrii:

spațiul de frînare Sf;

decelerația maximă af max, corespunzătoare timpului f4;

decelerația medie af med, corespunzătoare timpilor t2+t3+t4

în continuare se vor determina expresiile parametrilor de apreciere a calităților de frînare considerînd că reducerea vitezei automobilului se realizează numai datorită acțiunii forței de frînare (se neglijează rezistențele la înaintare).

t1=0,9[s];

t2=0,03[s];

t3=0,1[s];

Suprafata uscata φ=0,6;

Suprata umeda φ=0,3;

Suprafata alunecoasa φ=0,1;

Spațiul de frînare Sf se compune din patru componente care corespund celor patru porțiuni ale diagramei frînării și anume:

Sf = Sf1 + Sf2 + Sf3 + Sf4. (2.13)

Spațiul de frînare Sf1, corespunzător timpului t1 și spațiul de frînare Sf2, corespunzător timpului t2 (în m) se determină cu relațiile:

Sf1= ; Sf2= ; (2.14)

în care vai este viteza inițială a automobilului în km/h și timpii t1 și t2 în s.

Spațiul de frînare Sf3, corespunzător timpului t3, se determină prin integrarea ecuației de mișcare a automobilului în ipoteza că decelerația variază linear de la 0 la af max. Din figura 3 rezultă legea de variație a decelerației în timpul t3:

af= afmax ·· (2.15)

Spațiul de frînare Sf3 va fi dat de relația:

Sf3=𝑓max·; (2.16)

In timpul parcurgerii spațiului Sfa viteza automobilului vai se reduce puțin, așa încît, după trecerea timpului t3, viteza acestuia va1 la începutul frînării intensive este dată de relația:

vₐᵢ₁= vₐᵢ-𝑓max·; (2.17)

Spațiul de frînare Sf4, corespunzător timpului f4 la decelerație constantă și egală cu afmax, este dat de relația:

Sf4=; (2.18)

in care γf este forta specifica de franare ().

Dacă se ține seama că la un automobil cu frînare integrală γfmaz=φ, spațiul minim de frînare, corespunzător timpului t4, este dat de relația:

Sf4min=; (2.19)

unde φ este coeficientul de aderenta.

Spațiul de frînare pînă la oprirea automobilului se calculează cu relația:

Sfmin=)+ – ; (2.20)

Decelerația maximă af max corespunzătoare timpului f4, în cazul unui automobil în panta p, franat pe toate roțile, se determină cu relația:

af max=(φ·cos α±p)·g; (2.21)

sau pe un drum orizontal

af max=γ·g; (2.22)

Decelerația medie afmed, corespunzătoare spațiului de frînare S΄f (S΄f= Sf2 + Sf3 + Sf4) ce depinde de parametrii automobilului și calitatea drumului, este dată de relația:

af med =; (2.23)

Frânarea cu motorul nedecuplat este mai eficace decât cea cu motorul decuplat.

De aici rezultă că totdeauna este rațional să se frâneze cu motorul nedecuplat, ci de la caz la caz, de la o anumită viteză.

În practica conducerii autoturismelor este indicat să se folosească întotdeauna frânarea cu motorul nedecuplat deoarece inerția volantului și a celorlalte piese acționează ca un regulator al forței de frânare dezvoltate la roți și menține stabilitatea autoturismului în procesul frânării.

Pentru panta α=0

Pentru panta α=18

Pentru panta α= -18

2.3 Calculul frânelor cu disc.

Calculul frânei cu disc deschisa.

Fig.2.6 Schema de calcul a frânei disc

a.Momentul de franare.

In cazul unei portiuni din sectorul circular distanta ρf este:

ρf==0,41*34,75=14,23 [mm] (2.24)

Raza medie:

rm= =34,75 (2.25)

Momentul de franare dezvoltat de frana disc:

(FD)Mf=μ·N·ρf ·nf=770,68 [Nm]; (2.26)

N-reactiunea normala a discului asupra garniturilor de frictiune;

nf –numarul perechilor de suprafete de frecare;

μ=0,32;

De=280[mm];

Di=141[mm];

Di/De=0,50;

re=140[mm];

ri=70.5[mm];

μ᾿=0,08;

g=12;

dp=55[mm];

α=55[];

Presiunea de contact dintre plăcuța de fricțiune și disc este:

(2.27)

-unde:

-re-raza exterioară.

-ri=k*re -raza interioară.

-ri=(0.6—0.75)re

adopt: re=140 mm

ri = mm

–unghiul la centru exprimat în radiani.

-=45—500

adopt: =500

-nf- numărul suprafețelor de frecare .

adopt: nf=2.

–coeficient de frecare.

adopt: =0.3

(2.28)

Pentru calculul forței de apăsare aleg frână disc servo prezentată în figura de mai jos:

Fig.2.7 Calculul forței de apăsare

Reacțiunea N se calculează cu relația:

(2.29)

Echilibrul forțelor pentru montajul servo este:

(2.30)

Se obține:

(2.31)

-unde:

–coeficient de frecare dintre plăcuță și cilindru.

adopt =0.1 și =0.3.

Se adoptă forța de apăsare S a cilindrului:

S=40887,14 N

ρf=14,23 [mm];

N=39696,26 [N];

S=40887,14 [N]

p=9.102028 [MPa];

E=0.515374 [-];

b.Coeficientul de eficacitate.

E==1.34 [-]. (2.32)

2.4 Verificarea la uzură a frânelor.

Presiunea specifică pe suprafetele garniturilor de frecare

La frînele cu disc se admite că presiunea pe disc este uniformă și se consideră o presiune medie care se calculează cu relația:

Presiunea specifică

p0=· (2.33)

în cazul frînelor cu tambur presiunea specifică este :

p0= (2.34)

Pe suprafața garniturilor de frecare, la frânare, la frânele disc se admite că presiunea pe disc este uniformă și se consideră o presiune medie ce se calculează cu relația:

=9,10 [MPa]; (2.35)

-unde:

= 0,8726 radiani

-re=140 mm

-ri=98 mm

Presiunea medie, admisibilă este ;

Pmed (2.36)

Lucrul mecanic specific de frânare

Date:

va1=30[km/h];

Ag= 67475.52

Va2=223[km/h];

Durabilitatea garniturilor de frecare se apreciază cu ajutorul lucrului mecanic specific de frânare dat de relația:

=1,28 [Nm//mm2] (2.37)

[Nm/mm2]; (2.38)

unde:

-Lf – lucrul mecanic al forțelor de frânare

-A suprafața garniturilor de frecare de la toate frânele

Lucrul mecanic al forțelor de frânare se determină cu relația:

=327,1901 [Nm/mm2] (2.39)

-unde:

-V- viteza automobilului la începutul frânării.

Se obține relația pentru calculul lucrului mecanic specific de frânare;

=18078,71 [Nm/mm2]; (2.40)

Puterea specifică de frânare pe garnitura de frictiune

ma=1225 [kg];

vmax=61,94 [m/s];

φ=1430 [-];

afmax=5.886[m/s2];

Ag(t)=0.049 [m2];

Ag(d)=0.0184 [m2];

Puterea de frânare necesară la frânarea unui autovehicul de masă ma= de la viteza Vmax m/s până la oprire cu decelerația af max este dată de relația:

= 180 CP; (2.41)

Iar puterea specifică de frânare este :

=140,62 (2.42)

Verificarea se face pe fiecare punte având în vedere distribuirea forței de frânare exprimată prin coeficienți cu relațiile:

(2.43)

-unde:

-A1,A2 reprezintă suprafețele garniturilor de fricțiune ale punții față și respectiv spate:

-ν1,ν2 coeficienții de repartiție a forțelor de fânare pe punți.

(2.44)

(2.45)

Incarcarea specifica a garniturii de frictiune:

qs==0.059 [MPa]; (2.46)

Limitele uzuale pentru încărcarea specifică a frînelor cu tambur sînt:

qs:0.12…0. 25 MPa pentru autoturisme;

qs 0.20 . . . 0.35 MPa pentru autocamioane ușoare și mijlocii;

qs0.4 . . .0. 5MPa pentru autocamioane grele și foarte grele;

qs<0.3MPa la autobuze.

Pentru frînele cu disc qs35 . . . 1,0 MPa

2.5 Calculul termic al frânelor.

Calculul termic al frânelor unui automobil se poate face numai pe baza unor date experimentale referitoare la condițiile reale de răcire a frânelor în timpul frânării.

Calculele termice efectuate pe baza acestor date chiar dacă nu reflectă în mod fidel solicitarea termică a frânelor autovehiculului proiectat, constituie un mijloc de evitare a unor neconcordanțe mari între dimensionare și cerințele de exploatare.

Procesul de frînare îndeosebi al frînării intensive, presupune transformarea în scurt timp a unei mari cantități de energie mecanică în energie termică.

în cazul frînării cu decelerația af, puterea care este absorbită de către frîne este aproximativ egală cu:

Pf==5955,21 [W]; (2.47)

Accelerațiile la demarare nu sunt mari, astfel pentru autoturisme rareori ating

1m/sec2. In schimb decelerațiile la frînare pot ajunge la 6 … 8 m/sec2. Se poate arăta că puterea care trebuie să fie absorbită de frîne depășește adesea puterea motorului de 4 … 5 ori, iar uneori de 9 … 10 ori.

Cantitatea mare de căldură care se degajă în timpul frînării contribuie la înrăutățirea calităților de frînare ale automobilului și grăbește uzura garniturilor de fricțiune.

La încălzirea frînelor adesea se observă o diminuare a eficacității acestora datorită așa-numitului fenomen „fading". Acesta se explică în parte prin micșorarea coeficientului de frecare a unor materiale ale garniturilor de fricțiune în urma evaporării, la încălzire, a substanței liante și a formării pe suprafața garniturii a unui strat unsuros. In cursul franării se mai modifică de asemenea și dimensiunile pieselor componente ale frînelor din cauza încălzirii lor. Căldura care se degajă la suprafața de contact dintre garnitură și tambur, produce o încălzire mai puternică a tamburului și o mărire a razei lui. Datorită acestui fapt momentul de frînare se reduce deoarece sabotul începe să apese asupra tamburului numai cu partea sa centrală. în afară de aceasta, în urma deformației tamburului crește cursa pedalei (în cazul acționării hidraulice la o temperatură a frînei de 300°C această creștere este de 15 … 18%).

Cand frana se răcește, raza inițială a tamburului se restabilește, dar ea poate fi mai mică decît raza garniturii de fricțiune și atunci se va mări uzura la extremitățile acesteia. Rezultă deci că variația razei tamburului datorită încălzirii nu numai că înrăutățește proprietățile de frînare dar accelerează și uzura garniturilor de fricțiune.

Uzura garniturilor de fricțiune crește repede cu creșterea temperaturii. Numeroase încercări cu diferite tipuri de garnituri au stabilit că uzura garniturii se mărește de 2 … 5 ori în cazul ridicării temperaturii de la 100 pînă la 300°C. Garniturile de fricțiune moderne pot suporta timp îndelungat o temperatură de 350—450°C. Temperatura admisibilă pentru garniturile de etanșare ale cilindrilor receptori se află cuprinsă între limitele 170—190°C. Temperatura anvelopelor, în locul de contact cu janta, nu trebuie să depășească 90 . .. 95°C.

Cantitatea de căldură degajată la frînare într-o secundă se determină cu relația:

=2960.004 [kcal/s] (2.48)

=966.591[kcal/s] (2.49)

(F) va=·= 31.18 [m/s]; (2.50)

(S) va=·=25,16 [m/s]; (2.51)

Ff — forța de frînare (Ff=);

A' — proiecția suprafețelor garniturilor de fricțiune;

p0 — presiune specifică medie.

încărcarea specifică termică q va fi:

q===0.0208[kcal/mm]; pentru 30 [km/h] (2.52)

q===0.1547 [kcal/mm2]; pentru viteza maxima (2.53)

Calculul termic al frânelor la frânarea intensivă

În cazul frânării intensive, izolate de scurtă durată se neglijează schimbul de căldură cu exteriorul, considerându-se că întreaga cantitate de căldură care se degajă contribuie la ridicarea temperaturii frânei propriu-zise. Datorită conductibilității termice foarte reduse a garniturilor de fricțiune, aproape întreaga cantitate de căldură este preluată de discul de frână .

Creșterea de temperatură a discului la o frânare intensivă, izolată de la viteza V până la oprire este:

=0.031 pentru 30 [km/h] (2.54)

=1.757 pentru viteza maxima. (2.55)

vaf=·= 31.18[m/s]; (2.56)

– coeficient ce reprezintă fracțiunea de căldură preluată de disc

= 99 %

-c – căldura masică

-Gd – greutatea discului=5.9 [kg]

-nf – numărul roților frânate=4

oțel- densitate oțel

oțel = 7800 [Kg/m3]

-c = 200 [kJ/Kg*K]

Creșterea de temperatură la frânarea intensivă de la 30 [Km/h] trebuie să fie mai mică de 150, iar de la viteza maximă să nu depășească 3000C.

2.6 Calculul și construcția mecanismului de acționare a sistemului de frânare.

Dispozitivele de frânare cu frânare hidraulică sunt în prezent cele mai răspândite la automobile.

Avantajele principale ale dispozitivelor de frânare cu transmisie hidraulică sunt următoarele:

– frânare concomitentă a tuturor roților;

– repartizarea dorită a raportului de frânare între punți și între saboți se realizează mult mai ușor;

– randament ridicat datorită faptului că lichidul din circuitul hidraulic este incompresibil (cursa reală a pedalei de frână nu depășește cursa teoretică cu mai mult de 4 – 7 % chiar la o frânare intensivă);

– posibilitatea tipizării dispozitivelor de frânare pentru automobile cu diferiți parametri;

– masă redusă și construcție simplă;

– timp redus la intrarea în acțiune;

– cost redus și întreținere ușoară;

Dintre dezavantajele acționării hidraulice se pot enumera:

– imposibilitatea realizării unui raport de transmitere ridicat;

– scoaterea din funcțiune a întregului sistem de frânare în cazul spargerii unei conducte (la dispozitivul cu un singur circuit);

– scăderea randamentului la temperaturi joase (sub -30 0C);

– pătrunderea aerului în circuit duce la mărirea cursei pedalei și reduce foarte mult eficiența frânării.

În cazul transmisiei hidraulice, efortul de la pedală la frâne se transmite printr-o coloană de lichid, conținută în conducte, care este practic incompresibil.

Fig.2.8 Schema de calcul a transmisiei hidraulice

Notațiile din figură au semnificația următoare:

1-cilindru principal.

2-cilindrii de lucru ai frânelor din față.

3-cilindrii de lucru ai frânelor din spate.

4-conducte de legătură.

Sistemele frânei

Sistemele frânei includ sistemele frânei de staționare și sistemul frânei de avarie. Aceste două sisteme sunt deservite de același sistem mecanic ce include și un mecanism cu clichet pentru blocarea manetei de acționare într-o anumită poziție dorită de conducătorul auto.

Spre proiectare aleg sistemul frânei de mână prezentat în figura de mai jos:

Fig.2.9 Transmisia mecanică a frânei de staționare

Componentele acestui sistem de frână de mână de mână sunt:

1 – furca de acționare

2 – suport

3 – cămașă cablu

4 – cablu de comandă

5 – rolă

6 – bolă

7 – furcă

8 – tijă reglabilă

9 – sector dințat

10 – clichet

11 – tijă de acționare a clichetului

12 – manetă de acționare

13 – ax

14 – șurubul de fixare a sectorului dințat 9

15 – furcă tijă

16 – pârghie

17 – bolț

Sistemul de frânare convențional

Conform cu dispozițiile legale, funcționarea echipamentului de frânare pe un autovehicul este repartizată în două dispozitive:

-dispozitivul de frânare principal,

-dispozitivul de frânare de securitate.

Aceste două dispozitive comportă comenzi în întregime independente și ușor accesibile. Ele sunt completate de un sistem de frânare în staționare.

Elemente

Fig.2.10 Sistemul de franare convetional

4: Rezervorul de lichid de frână : Stochează lichidul de frână.

5: Frâna cu disc (față): Transformă energia cinetică în energie calorică.

6: Repartitorul forței de frânare: Evită blocarea roților spate modificând presiunea din cilindrii receptori.

7: Frâna cu tambur (spate): Transformă energia cinetică în energie calorică.

Conductele și lichidul de frână: Transmit presiunea (forța) din cilindrul principal în cilindrii receptori.

Principiul de bază

Principiul de bază îl constituie crearea unei forțe care se opune avansării vehiculului, ținând cont de 3 factori: factorul mecanic, factorul fiziologic, factorul fizic.

Factorul mecanic

Oprirea roților este obținută prin frecarea unui element fix al șasiului de un element solidar cu roata în mișcare de rotație. Aceasta va duce la degajare de căldură. Frânarea transformă energia cinetică în energie calorică. De unde apar alte două calități indispensabile ale sistemului de frânare:

-O bună eficiență la temperaturi înalte,

-Un timp de recuperare minim.

Factorul fiziologic

Timpul de reacție : este timpul care se scurge între perceperea obstacolului si începutul efectiv de frânare. Acest timp, variabil după fiecare individ și după starea lui generala, este în medie de 0,75 s.

Distanța de oprire : este distanța parcursă în timpul de reacție, plus distanța de frânare.

Distanța de frânare optimă este funcție de: viteza vehiculului, coeficientul de frecare, decelerația posibilă (caracteristică frânarii vehiculului).

Diagrama : Reprezentarea distanței de oprire în funcție de viteză (pe un sol dur și uscat cu o decelerație medie de 6 m/s2 = 0,59g):

Fig.2.11. Distanta de oprire

Factorul fizic – aderența.

Dacă roata este oprită brutal, ea se blochează și alunecă fără să se învârtă, vehiculul continuând să înainteze: se spune atunci că roata nu mai are aderență.

Fig.2.12 Factorul fizic

Forța de aderență Fa se opune deplasării unui corp în raport cu suprafața pe care este așezat în repaus.

Ea este influențată de: forța verticală produsă de greutatea corpului Fz, coeficientul de aderență µ.

Coeficientul de aderență este funcție de:

-natura materialelor,

-starea suprafețelor,

-ungerea dintre suprafețe.

Fig.2.13. Forța de aderență în funcție de alunecare

Dacă alunecarea crește peste o anumită valoare, forța de aderență scade. Blocajul unei roți este de asemenea obținut cu o alunecare de 100 %. Alunecarea si forța de aderență sunt strâns legate, deci pentru a obține cea mai bună forță de aderență între anvelopă si șosea este necesar să se atingă o anumită valoare de alunecare.

Această alunecare provoacă o uzură a anvelopelor. Se remarcă pe curbe că o creștere importantă a alunecării până la blocajul roții, provoacă o diminuare a forței de aderență longitudinală. Pe de alta parte, provoacă în egală măsură o scădere foarte importantă a forței de aderență transversală și deci posibilitatea derapării laterale crește.

De asemenea, dacă se privește vehiculul în totalitate, blocajul roților din față provoacă o pierdere a « dirijabilității » vehiculului, iar blocajul roților spate produce o pierdere a stabilității acestui vehicul (risc de „tête à queue” – de răsucire). Constatăm că o alunecare situată în jurul a 20 %, dă un bun compromis între stabilitatea și maniabilitatea direcționala a forței de frânare.

Dacă automobilul dotat cu ABS se află în curbă și se produce o frânare de urgență, vehiculul rămâne pe traiectoria impusă de conducător în 85% din situații. În absența ABS-ului numai 38% din vehicule rămân pe traiectoria impusă.

Situațiile de derivă în frânare

Observăm un vehicul lansat în linie dreaptă :

Fig.2.14. Toate cele 4 roți blocate

Dacă se efectuează o frânare de urgență, vehiculul are tendința de a se așeza transversal pe drum: acest fenomen își găsește originea în diferența de aderență a solului, între roti, înainte de blocarea lor. Blocajul astfel obținut, vehiculul urmează atunci traiectoria sa învârtindu-se în jurul sau. Dacă nu vom mai apăsa pedala de frână, vehiculul se va stabiliza pe o nouă traiectorie rectilinie, diferită de prima și suprapusă cu axa sa longitudinală.

Fig.2.15. Cele 2 roți față blocate

Se constată că, dacă roțile față sunt blocate, direcția devine inoperantă.

Concluzie :

Mașina este instabilă cu roțile blocate.

Mașina își revine când relaxăm pedala.

Capitolul 3

Caracteristicile ABS-ului

Scop : Să păstreze controlul vehiculului în frânarea de urgență.

Rol : Să evite blocarea roților.

Caracteristicile sistemelor ABS : ABS-ul trebuie să se adapteze foarte rapid condițiilor de aderență aleatoare.

ABS-ul trebuie să răspundă următoarelor cerințe :

Dirijabilitate (împiedicarea roților față să de blocheze).

Decelerație maximă (utilizarea maximă a aderenței).

Stabilitate direcțională (împiedicarea roților spate să se blocheze); reglarea presiunii de frânare spate.

Gestionarea cuplului de forțe diferite care apare în timpul frânării pe o șosea cu aderență diferită la roți.

Să pună la dispoziție informația de viteză.

Observație : Un câștig de distanță de oprire poate fi efectiv adus doar în anumite condiții.

Fig.3.1 Amplasarea elementelor pe vehicul

3.1 Componența sistemului A.B.S.

Sistemul adițional

Sistemul se compune dintr-un bloc hidraulic adițional care vine în completarea sistemului de frânare convențional (cilindrul principal și servofrâna).

Fig.3.2 Actionarea hidraulica

În regularizare, un volum de lichid este prelevat din roata care are tendința de blocare și "reinjectat" în intrarea în cilindrul principal (circuit închis).

SyP- sinteză vocală

Fig.3.3. Schema A.B.S.-ului

Captorii: Captorii roții- măsoară viteza roții

Captorul pasiv (inductiv).

Captorul pasiv nu este alimentat. El funcționează după principiul inducției. În capătul captorului se găsesc doi magneți permanenți și o bobină. Fluxul magnetic se modifică datorită trecerii dinților coroanei dințate. Variația câmpului magnetic care traversează bobina generează o tensiune alternativă sinusoidală a cărei frecvență este proporțională cu viteza roții.

Avem nevoie de o anumită viteză de defilare a dinților ( viteză roată ) pentru a se obține un semnal de formă cvasisinusoidală la bornele traductorului (în general o viteză de 5 – 10 km/h). Frecvența și amplitudinea semnalului sunt variabile cu viteza de rotație! Numai amplitudinea semnalului se modifică odată cu întrefierul!

Captorii activi

Captorii activi sunt alimentați. Ei funcționează după principiul măsurării unui câmp magnetic. În capăt se găsește un element sensibil electronic. Fluxul magnetic este modificat prin defilarea dinților coroanei dințate. Variația câmpului magnetic care traversează partea activă a captorului generează un semnal de ieșire rectangular (pătrat) a cărui frecvență este proporționala cu viteza roți. Amplitudinea semnalului este constantă oricare ar fi valoarea de întrefier până la o valoare de întrefier maximă. La aceasta valoare de întrefier maximă, semnalul corespunde unei viteze a roții egală cu zero.

Captorul magneto-rezistiv

Fig.3.5 Captorul magneto-rezistiv

1. Rulment cu coroana magnetica

2. Captor

Avantajele ABS:

Împiedică blocarea roților, folosind astfel la maxim aderența la sol

Utilizarea maximă a aderenței între roți și carosabil și astfel scurtarea distanța de frânare

Crește stabilitatea vehiculului, acesta rămânând manevrabil și putând vira chiar și la o frânare totală

mai bună distribuție a forței de frânare între axele față-spate

Auto-verificare și monitorizare chiar când sistemul nu este activ

Sistem fără întreținere și fără componente de uzură, fiabilitate deosebită garantată de milioanele de sisteme Bosch instalate pe autovehicule

Funcționare independentă față de celelalte componente ale autoturismului și de starea acestora

Exemple

Prezentarea a două exemple în care funcționarea sistemului Anti-Blocare ABS are ca urmare evitarea unui accident sau a unui eveniment nedorit pe carosabil (pierderea stabilității, intrarea în derapaj, etc.)

Frână și evitarea unui obstacol:

Fără ABS:
1.Șoferul recunoaște pericolul și franeaza
2.Șoferul încearcă să vireze pentru a evita mașina care staționează
3.Mașina nu reacționează la rotirea volanului și rămâne pe traiectoria inițială

Fig.3.6

CuABS:
1. Șoferul recunoaște pericolul și frânează
2. Șoferul încearcă să vireze pentru a evita mașina care staționează
3. Mașina virează și reușește să oprească, evitând accidentul

Fig.3.7

Frână pe carosabil parțial acoperit cu gheață, zăpadă, apă, ulei sau frunze uscate:

Fără ABS:
1. Șoferul frânează și roțile de pe partea dreaptă se blochează
2. Șoferul încearcă să evite deraparea
3. Mașina nu reacționează la rotirea volanului și derapează

Fig.3.8

Cu ABS:
1. Șoferul frânează și ABS-ul recunoaște tendința roților din dreapta de a se bloca
2. ABS-ul împiedică blocarea roților
3. Mașina rămâne pe bandă și oprește în siguranță

Fig.3.9

Ce trebuie să știm despre ABS:

Pentru cel mai bun randament de frânare pedala trebuie ținută apăsată constant

Pulsațiile pedalei sunt un lucru normal ce arată că sistemul funcționează

ABS-ul asigură forța maxim posibilă pentru frînare și deci cea mai scurtă distanță de frânare

Autoturismul rămâne manevrabil în timpul frânării

ABS-ul nu poate modifica legile fizicii. Prudența, anticiparea reacțiilor celorlalți șoferi, păstrarea unei distanțe de siguranță față de vehicolul din față precum și adaptarea vitezei la condițiile de drum sunt cele mai bune măsuri de siguranță!

Capitolul 4

Programul de stabilitate electronic ESP

Limite

ESP este un sistem bazat pe sistemul de frânare al autovehiculului ca un instrument de conducere al autovehiculului. Atunci când funcția de control a stabilității este activată comută prioritățiile care guvernează sistemul de frânare. Funcția de bază a frânei roții este decelrarea sau oprirea autovehiculului și devine secundară atunci când ESP este activ pentru a menține rularea stabilă pe traiectorie, indiferent de condiții.

Fig.4.1 Forțele care acționează asupra autovehiculelor

Funcții specifice de frânare sunt dirijate individual la roți (de exemplu roata stângă pentru a contracara subvirarea sau roata față dreapta pentru a compensa supravirarea așa cum se arată în figura 4.2. Pentru implemetare optimă a obiectivelor de stabilitate ESP nu intervine numai asupra funcției de frânare ci și de partea motorului pentru a accelera roțile motoare.

Fig.4.2. Modul de acțiune al ESP în cazul subvirării și supravirării

Deoarece acest concept “discriminator” de control se bazează pe două strategii idividuale de inetrvenție, sistemul are două opțuni pentru “virarea” autovehiculului: poate frâna individual roțile(frânarea selectivă) sau accelera forțele motoare. În cadrul limitelor impuse de legile fizicii ESP menține autovehiculul pe șosea și reduce riscul de accidente și momentul girator al autovehiculului. Se prezintă patru exemple comparative pentru vehicule cu și fără ESP în timpul rulării la limită. Toate manevrele de conducere analizate reflectă condițiide operare actuale se bazează pe programe de simulare actuale care folosesc date experimentale . rezultatele au fost confirmate în teste pe traseu repetate.

Acțiunea de virare a generat rapid forțe laterale semnificative la roțile frontale, fiind o întârziere față de momentul când roțile spate sunt supuse acelorași forțe. Autovehiculul reacționează cu o deplasare în sens orar în jurul axei verticale. Etapa următoare este faza 3 cu a doua intervenție asupra direcției. Autovehiculul fără ESP nu răspunde la solictarea conducătorului de a contravira devenind incontrolabil. Forța de girație și alunecarea laterală cresc radical (faza 4).

4.1 Conceptul ESP

Aplicarea controlului stabilității în buclă închisă pentru situațiile limită definite de dinamica autovehiculului are ca scop controlul:

-vitezei longitudinale

-vitezei laterale

-gradul de girație definit ca unghiul de rotație în jurul axei verticale

-care depășesc limitele de stabilitate.

Presupunând semnale de intrare ale conducătorului, acestea sunt transpuse în răspuns dinamic al autovehiculului adaptat la caracteristicile căii de rulare într-un proces menit să asigure maximum de siguranță. După cum se arată în figură primul pas este determinarea modului de răspuns la solictarea conducătorului în timpul funcționării în limitele de siguranță (răspuns ideal) și cum răsounde în mod real. Sunt prevăzute elemente de execuție pentru a minimiza diferența dintre răspunsul ideal și cel efectiv prin influențarea indirectă a forțelor care acționează pe pneuri.

Capitolul 5

Tipuri constructive de frâne cu disc

Franele cu disc pot fi de tip deschis sau inchis. Cele de tip deschis se utilizeaza mai des la autoturisme, pe cand cele de tip inchis in special la autocamioane si autobuze.

5.1 Frâna cu disc deschisă

In fig 5.1, se prezinta frana cu disc deschisa, compusa din discul 2 montat pe butucul roti 3 precum si din cadrul (suportul) 5, in care se gasesc pistoanele 4 prevazute cu garniturile de frecare 1 cadrul monobloc se monteaza flotant sau fix de talerul franei.

Fig.5.1. Frana cu disc deschisa cu pistoane de actionare pe ambele fete ale discului.

La solutiile la care cadrul 1 se monteaza flotant, pe punte exista un singur cilindru de actionare, dispus numai pe una din fetele discului. In acest caz cursa pistonului de actionare 14 este dubla fata de aceia de la franele cu cadru fix.

Discul poate fi montat pe butucul roti fix pe circumferinta interioara fie pe circumferinta exterioara.

Sunt frane cu disc prevazute cu 3 sau chiar 4 perechi de cilindri de actionare.

Fig.5.2. Frana cu disc deschisa cu un singur cilindru de actionare.

1 cadru, 2 garnituri de protectie piston, 3 garnitura de transare piston, 4 garnitura de etansare ax 8, 5 rondela, 6 capac levier de comanda a franei de mana, 7 arc disc, 8 ax, 9 levier de comanda a franei de mana, 10 saiba, 11 rulment mare, 12 manson, 13 arc, 14 piston.

Datorita faptului ca fortele de actionare trebuie sa fie sensibil mai mari fata de franele cu tambur, in multe cazuri se utilizeaza servomecanisme in sistemul de actionare.

Fixarea garniturilor de frictiune pe placheti se face exclusiv prin lipire.

Utilizarea franei cu disc ca frana de stationare Fig.5.2. sau de siguranta cu o eficacitate suficienta este o problema dificila datorita coeficientului de eficacitate redus al acestuia. Pentru a asigura o eficacitate suficienta sunt necesare forte foarte mari la maneta de frana sau cursa de asemenea necorespunzatoare a acesteia.

Fig.5.3 Utilizarea franei disc ca frana de stationare.

In fig 5.3.a se prezinta la care pentru frana de mana se utilizeaza saboti servo 1 si 2 dispusi in interiorul tamburului 3 de diametru redus. Frana de serviciu este o frana cu discul 4 modificat in asa fel ca la partea lui centrala sa aiba forma de tambur.

In fig 5.3.b se prezinta utilizarea franei disc ca frana de stationare acelor de ceasornic. Capatul interior al parghiei va actiona asupra garniturii 7, apasand-o pe discul 1. Jocul dintre capatul interior al parghiei si garnitura se regleaza cu ajutorul suportului filetat 4. Contrapiulita 5 asigura suportul in pozitia corespunzatoare jocului j.

5.2 Frâna cu disc ȋnchisă

Fata de frana cu disc închisă prezintă avantajul unei bune protejari impotriva patrunderii apei si murdariei, putind fi usor ermetizată. Aceste frane pot fi cu sau fara efect servo.

In fig.5.4 se prezinta frana cu disc inchisa, cu servoefect, realizata de firma Chrysler. Ea se compune din carcasa 5, fixat de butucul rotii, discurile 1 si 2, bilele 3 si cilindru de actionare 4.

Fig.5.4. Frana cu disc ȋnchisa a franei Chrysler.

parti componente; b- dispozitive de actionare.

Discul de frictiune 1 si 2 in timpul franarii sunt apasate pe carcasa rotilor 5. Capul 4 al cilindrului de lucru este fixat pe discul 2, in tija pistonului se reazama pe discul 1. La franare cand discul 1 se deplaseaza in raport cu discul 2 bilele 3 se deplaseaza pe planurile inclinate in partea mai ingusta a șănțuletelor, distantind discurile si obligindu-le sa apese cu garnitura de frecare pe carcasa rotitoare.

Franele cu disc inchise, avand suprafete de frictiune foarte mari prezinta avantajul unei uzuri mai reduse, datorita lucrului mecanic specific de frecare foarte mic. De asemenea regimul termic este mai scazut decit la o frana cu saboti echivalenta din punct de vedere al performantelor.

Capitolul 6

Acționarea hidraulică a frânelor

Actionarea hidraulica a franelor este in prezent cea mai raspindita la automobile.

Avantajele principale ale actionarii hidraulice a franelor sunt:

franarea concomitenta a tuturor rotilor;

repartizarea dorita a eforturilor de franare intre punti cat si intre saboti se realizeaza foarte usor;

randament ridicat datorita in special rigiditatii mari a mecanismului de actionare;

timp redus la intrare in actiune;

constructia simpla si intretinere usoara.

Dintre dezavantajele actionarii hidraulice se pot enumera:

imposibilitatea realizarii unui raport de tensiune ridicat;

scoaterea din functiune a integului sistem de franare in cazul spargerii unei conducte (la sistemul cu un singur circuit)

patrunderea aerului (care este comprimat) in instalatie duce la marirea cursei pedalei si reduce foarte mult eficienta franarii;

La actionarea hidraulica efortul de la pedala la frane se transmite printr-o coloana de lichid, aflat in conducte care este practic imposibil.

In fig 6.1 se prezinta schemele actionarii hidraulice la care folosim un singur circuit pentru ambele punti (fig 6.1.a) si in cazul a doua citrcuite (fig.6.1 b).

Fig 6.1. Schemele de principiu ale actionari hidraulice cu unul sau doua circuite de franare.

Actionarea hidraulica cuprinde urmatoarele elementa principale: pompa centrala 1 actionata cu pedala 2, pompele receptoare 5 si 6 si conductele de legatura 3 si 4.

La apasarea pedalei de frana se transmite o presiune egala la toate pompele receptoare, efortul de actionare a franelor va depinde de diametrul pistoanelor.

In continuare vom analiza partile componente ale actionarii hidraulice.

Pompa centrala sau cilindru principal constitue elementul de comanda al actionarii hidraulice.

Pompa centrala trebuie sa satisfaca urmatoarele cerinte: intrarea rapida in functiune a sistemului de franare; de franarea rapida excluderea posibilitatilor de patrundere a cercului in instalatie si prevenire, pierderilor de lichid.

Pompa centrala, destinata sistemului de franare cu un singur circuit se compune din doua parti principale: principiul propriu zis si reversul de lichid.

In cazul sistemelor de franare cu doua circuite independente se utilizeaza fie doua pompe centrale dispuse alaturi si actionate de catre o singura pedala de frana, fie doua pompe centrale cu dispunere axiala cuprinse intr-un singur corp comun. Pompele centrale in tandem se folosesc pe o scara mult mai mare decit cele dispuse alaturi.

In fig. 6.2 este reprezentată o pompă centrală in tandem cu două pistoane, pistonul 2

deservind circuitul franelor roților din fată, iar pistonul 5 circuitul franelor rotilor din spate.

Cele doua pistoane se deplaseaza in cilindrul principal 1.

Fig.6.2. Pompa centrală în tandem utilizată la acționarea cu dublu circuit. 1 – corp;

2 – piston primar; 3 – resort pentru pistonul primar; 4 – racorduri circuit față;

5 – piston secundar; 6 – resort pentru pistonul secundar; 7 – racord circuit spate;

8 – supapă dubla (refulare și reținere); 9 – supapă de purjare; 10 – racorduri de comunicare

cu rezervorul de lichid frână; 11 – știfturi.

Pompele receptoare.

Pot fi de tipul cu doua pistoane (fig 6.3.a) sau cu un singur piston (fig 6.3.b). In unele cazuri cilindrul de lucru poate fi in trepte, adica pistoanele sunt cu diametre diferite, pentru a obtine presiuni specifice, intre garniturile de frictiune si tambur, egal pentru cei doi saboti. Dupa locul de dispunere pompele receptoare pot fi interioare (in roata) si exterioare. Ultima solutie se utilizeaza cind sunt necesare forte mai mari de actionare, iar pompa receptoare nu se poate amplasa in interiorul rotii datorita spatiului limitat.

Fig.6.3 Tipuri constructive de pompe receptoare.

1 – garnitura din caciuc; 2- arc; 3- corp pompa; 4- pastile; 5- pistoane; 6,7- racord;

8- capac.

In general, la autoturisme diametrele cilindrilor receptori la franele rotilor din fata sunt cu 30-40 % mai mari, decat la franele rotilor din spate pentru a tine seama de incarcarile dinamice ale puntilor in timpul franarii.

Conductele de legatura

Se deosebesc doua tipuri de conducte de legatura: – rigide si elastice.

Conductele rigide sunt confectionate din otel, alama sau cupru. Cele mai utilizate sunt conductele din hotel, mai usoare si mai rezistente, la care suprafata interioara este acoperita cu cupru, iar suprafata exterioara are o acoperire anticoroziva. Conductele rigide alcatuiesc partea principala a circuitului de franare.

Conductele elastice se utilizeaza la asamblarea cu conductele rigide a pieselor care se deplaseaza in raport cu cadrul. Ele se compun dintr-o parte interioara din cauciuc, su forma tubulara invelita cu doua straturi de panza din bumbac impregnata cu cauciuc si cu un strat exterior protector din cauciuc.

Lichidul de frana.

Lichidul de frana utilizat trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

sa aiba o vascozitate mica;

sa nu produca coroziune pieselor;

sa aiba proprietati de curgere;

sa aiba punctul de fierber cat mai ridicat.

Pentru satisfacerea acestor cerinte lichidele de frana sunt amestucuri formale dintr-un solvent, putin vascos si relativ volatil si o substanta onctoasă.

Actionarea hidraulica cu servo mecanism

In functie de masa de energie utilizata se deosebesc urmatoarele tipuri de mecanisme:

servomecanism cu depresiuni care utilizeaza energia dependenta creata in colectorul de admisie al motorului cu aprinder prin scanteie sau de o pompa de vacuum antrenata de volumul atmosferic a autoturismului;

servomecanismul pneumatic care utilizeaza energia aerului comprimat debitat de un compresor antrenat de motorul automobilului.

servomecanismul hidraulic care utilizeaza energia hidraulica generat de o pompa antrenata de motorul autovehiculului.

Actionarea hidraulica cu servomecanism vacuumatic

In fig.6.4 se prezinta diverse solutii de mecanisme de actionare hidraulice cu separativ vacuumatic. Se deosebesc servomecanismele cu actionare directa de la pedala, servomecanismul formeaza cu pompa centrala un ansamblu comun (Fig. 6.4.b si c) si servomecanisme cu actionare indirecta prin pornirea deschisa de pompa centrala care este separata.

Fig.6.4 Mecanisme de actionare hidraulica

Capitolul 7

Modificarea stării tehnice a sistemului de frânare si stabilirea parametrilor de diagnosticare

7.1 Defecțiuni produse la instalația de frânare

Simptomatica defectiunilor produse la instalatia de franare este diferita in functie de organul care o determina si se concretizeaza prin felul cum se produce franarea, astfel:

— frana nu este eficienta, este „slaba" sau nu actioneaza mecanismele de franare;

— frana functioneaza cu frecare, desi pedala de frana este in repaus;

— la franare, automobilul se deplaseaza intr-o parte;

— pe timpul deplasarii se blocheaza una sau toate rotile;

franarea se intrerupe (trepideaza) si automobilul smuceste; franarea este insotita de zgomote.

O buna parte din defectiuni sunt comune pentru toate tipurile de instalatii (cu comanda hidraulica sau pneumatica). De aceea, in cuprinsul acestui subcapitol se vor trata in primul rand defectiunile asemanatoare, apoi cele particulare fiecarui sistem de comanda.

Frana nu este eficienta, este slaba sau nu functioneaza

Defectiunea se poate constata cu usurinta prin verificarea practica a franei dupa plecarea de pe loc (in primii 10—20 m). De altfel aceasta verificare este indicat sa se faca intotdeuna inainte de plecarea in cursa. Pana este efectul unor defectiuni multiple care se refera la:

– reglajul incorect al franelor,

– la deteriorarea, uzarea sau desfacerea unor organe,

– la pierderile de lichid sau de aer, in cazul instalatiilor hidraulice si, respectiv, pneumatice.

Reglarea incorecta a franelor poate insemna:

– cursa libera a pedalei prea mare;

– joc marit intre saboti si tambur,

– slabirea piulitelor de reglare sau a arcurilor, la franele cu reglare automata (la franele cu discuri);

– strangerea excesiva a piulitelor de reglare, care impiedica apropierea sabotilor de tambur;

– prinderea si reglarea incorecta a sabotilor la buloanele de pivotare.

Placutele de la discuri uzate se constata prin faptul ca la apasarea pedalei nu se mai realizeaza franarea automobilului.

Remedierea: cea mai frecventa interventie este inlocuirea placutelor uzate, operatiune ce trebuie efectuata in momentul cand grosimea totala a placutelor (inclusiv suportul metalic pe care este lipit materialul antifrictiune) a ajuns sub 6 mm. Nu se va admite folosirea unor placute de fabricatie diferita sau schimbarea numai la o singura roata (schimbarea lor se va face odata la ambele roti ale aceleiasi punti).

Operatiunea de schimbare a placutelor este indicata a se efectua la statia de intretinere.

Deteriorarea sau uzarea garniturilor pistoanelor de la pompa centrala de frana sau de la cilindrul mecanismului de franare poate avea loc si datorita folosirii unui lichid necorespunzator sau in care a patruns benzina, petrol sau uleiuri minerale. Ca urmare, la apasarea pedalei de frana, lichidul in loc sa fie trimis spre cilindrii rotilor sau sa impinga pistonasele cilindrului de la roata, scapa pe linga garnituri, astfel ca frinarea nu se mai realizeaza.

Remedierea: nu se poate face decit la statia de intretinere prin demontarea cilindrilor sau a pompei centrale, prin curatirea asperitatilor aflate in cilindri si prin inlocuirea garniturilor, prin spalarea instalatiei si prin introducerea unui lichid de frina nou.

Aerul sau vaporii din conducte ori pierderile de lichid din instalatii se datoreaza:

– lipsei de lichid din instalatie;

– folosirii exagerate si indelungate a franelor, din care datorita incalzirii, alcoolul etilic sau metilic se evapora si formeaza dopuri;

– desfacerii, fisurarii sau deteriorarii racordurilor, garniturilor cilindrilor sau conductelor metalice.

Remedierea: unele defectiuni se pot inlatura pe parcurs prin completarea lichidului si prin evacuarea aerului sau a vaporilor din conducte. In cazul in care racordurile sau conductele sunt fisurate sau deteriorate, remedierea se face la prima statie de intretinere.

Pentru inlaturarea aerului din instalatie se incepe, de regula, cu roata cea mai departata de pompa centrala de frana.

Evacuarea aerului se face cu aparate speciale; in lipsa lor se va procea astfel:

– se desface dopul rezervorului pompei centrale de frana (rezervorul de compensatie) si se umple cu lichid (nivelul normal al acestuia nu trebuie fie mai jos de orificiul de umplere);

– la cilindrul de frana de la roata cu care incepe evacuarea aerului se introduce in locul surubului-dop stutul unui furtun de cauciuc lung de 350- 400 mm, al carui capat se pune intr-un vas de sticla cu capacitatea de 0.5 l, plin pana la jumatate cu lichid de frana; se desface ventilul (supapa) de evacuare a aerului cu 1/2—3/4 rotatii si se apasa repede pedala de frana, dupa care se lasa sa revina lent; in acest timp vasul de lichid se ridica la o inaltime mai mare decat cea a ventilului de evacuare; operatia se repeta de cateva ori, pana cand se constata ca in vas nu mai apar bule de aer;

– se apasa pedala de frana la refuz si se monteaza la loc surubul dop al cilindrului de frana de la roata verificata, dupa care se continua scoaterea aerului la celelalte roti, in mod asemanator, fara a permite ca in rezervorul pompei centrale lichidul sa scada sub nivel (la nevoie se completeaza).

Inlaturarea vaporilor de alcool formati se face prin racirea instalatiei mecanismului de franare, dupa care se verifica nivelul lichidului de frana in rezervorul pompei centrale si, la nevoie, se adauga lichid. Daca nu se realizeaza franarea corespunzatoare, se procedeaza ca la evacuarea aerului din instalatie. Pierderile de lichid pot fi inlaturate pe parcurs doar partial, intrucat ele se datoreaza deteriorarii unor organe care nu pot fi inlocuite decat la statia de intretinere. In primul rand se cauta locul unde se produce scurgerea de lichid, prin observarea tuturor rotilor sau a cilindrului principal in timp ce o alta persoana apasa pe pedala de frana (cu conditia ca in rezervorul pompei centrale sa se gaseasca lichid).

Frana functioneaza cu frecare, desi pedala de frana este in repaus.

Cauzele acestei defectiuni sunt:

cursa de intoarcere a pistoanelor cilindrului principal blocata;

furtunuri sau conducte frana blocate;

reglaj frana de parcare necorespunzator;

cablu frana de parcare defect;

cilindrul roata sau pistonul de la etrier blocate.

Remedierea: unele defectiuni se pot inlatura partial pe traseu (reglarea franei de parcare). Restul defectiunilor se vor remedia la statia de intretinere.

La franare, automobilul se deplaseaza intr-o parte

Fenomenul se datoreaza, in general, dereglarii mecanismului de franare, precum si unor defectiuni ale instalatiei de franare, cum ar fi:

montarea unor garnituri necorespunzatoare sau diferite;

garniturile de frictiune de la placutele de frana fata sunt dezlipite sau rupte din suport, astfel ca placutele sunt blocate in suporti;

unul dintre pistoanele de la etrierele din fata este flocat;

infundarea, deformarea sau fisurarea racordului flexibil al conductei, intepenirea unui piston al unui cilindru de frana, scurgerea de lichid de la o roata;

patrunderea unsorii sau a petrolului la garniturile de ferodou ale unei roti (defectiune care se poate remedia si prin spalarea garniturii cu benzina);

spargerea membranei sau intepenirea pistonului cilindrului de franare al unei roti;

presiunea in anvelope diferita (remediata prin verificarea si prin aducerea aerului din anvelope la presiunea corespunzatoare).

Remedierea: majoritatea acestor defectiuni sunt remediate la statia de intretinere.

Franarea se intrerupe (trepideaza) si automobilul smunceste.

Pana face incomoda calatoria si se datoreaza faptului ca garniturile de ferodou sunt unse, sunt prea lungi sau prea dure, iar capetele lor nu au fost pilite. Efecte asemanatoare se produc si din urmatoarele cauze:

rulmentii roata defecti sau slabiti;

strangerea excesiva si inegala a piulitelor rotilor;

fuzeta defecta;

bataie laterala disc frana;

jocul excesiv al arcurilor suspensiei.

Remedierea: toate aceste defectiuni se elimina numai la atelier; continuarea deplasarii se face cu atentie, folosind mai mult frina de motor.

Franarea este insotita de zgomote

Desi se realizeaza franarea automobilului, totusi zgomotele care o insotesc deranjeaza pe calatori, micsorand confortul. De obicei zgomotele sunt asemanatoare unor „scartaituri" ascutite si puternice, uneori fiind intovarasite de vibratii.

Pana este efectul mai multor cauze, printre care se enumera:

intrebuintarea unor discuri de frana prea elastice sau insuficient stranse in suruburile de fixare;

negresarea articulatiilor;

fisurarea discului de frana sau deteriorarea acestuia;

existenta unei presiuni insuficiente la frana datorita utilizarii unui lichid prea vascos.

7.2 Metode de diagnosticare a sistemului de frânare

In prezent sunt folosite o multitudine de moduri de diagnosticare care ofera grade diferite de acuratete. In continuare se vor prezenta principalele avantaje ale urmatoarelor moduri de diagnosticare: testul pe drum, inspectie vizuala, standul cu placi si standul cu rulouri.

Testul de drum

Testul pe drum este cea mai raspandita metoda pentru a verifica starea sistemului de franare. In timpul diagnosticarii tehnicianul conduce autovehiculul, apasa pedala de frana si vede rezultatul. Acest test poate fi efectuat pe drumurile publice sau in curtea unui atelier de reparatii.

Testul pe drum, desi este cel mai raspandit test pentru frana este unul dintre cele mai imprecise teste si se bazeaza pe experienta conducatorului si pe aprecierile acestuia.

Pentru a imbunatati rezultatele testului, cele mai sofisticate teste pe drum sunt efectuate pe suprafete masurate, pe drumuri nefolosite. Recomandarile constructorilor spun ca aceste teste sa se efectueze la o viteza de aproximativ 30 km/h. Conducatorul observa comportamentul autovehiculului: vibratii, zgomote si va masura distanta de franare.

Avantajele acestei metode de diagnosticare:

fiind un test dinamic tehnicianul observa exact ce se intampla cu autovehiculul;

daca este masurata distanta de franare se pot interpreta exact rezultatele;

nu implica costurile unui service auto.

Dezavantajele testului pe drum sunt:

se bazeaza mult pe aprecierea, experienta si indemanarea conducatorului;

viteza, forta la pedala, momentul franarii variaza de la o incercare la alta;

diagnosticarea pe drum depinde foarte mult de conditiile de drum si vreme.

Inspectia vizuala

Este cea mai comuna metoda de verificare a sistemului de franare, efectuandu-se rapid si constand in verificarea tuturor rotilor.

Avantaje:

– tehnicianul observa si monitorizeaza sistemul de franare, aceasta metoda fiind singura in care se poate observa grosimea discurilor si a placutelor. Chiar si in cazul vehiculelor cu indicatori de uzura, o inspectie vizuala reprezinta o metoda sigura de verificare a sistemului de franare;

– in timpul inspectiei vizuale, tehnicianul poate observa defecte ale discului, placutelor de frana, scurgeri de lichid de frana (datorita unor ruperi sau deteriorari ale furtunelor si conductelor de frana);

– tehnicianul poate compara uzura stanga – dreapta, fata – spate.

Inspectia vizuala este adesea asociata cu testul de drum, ceea ce permite tehnicianului sa examineze actualul sistem de franare in functie de indicatorii de uzura.

Dezavantaje:

– in afara de masurarea indicatorilor de uzura, rezultatele inspectiei vizuale sunt adesea subiective; daca nu se stabilesc standarde pentru acesti indicatori este dificil a stabili o uzura acceptabila;

– nu se poate realiza verificarea functionarii sistemului de franare in cadrul inspectiei vizuale, de aceea sistemul de verificare vizuala este insotit de cele mai multe ori de un test rapid de drum.

Fig.7.1 Inspectie vizuala

Standul cu placi

Fig.7.2 Standul cu placi

Standul de diagnosticare cu placi este fomat din 2 sau 4 placi din otel echipate cu senzori de forta, montate in podeaua atelierului, avand atasat o unitate electronica pentru procesarea datelor. de obicei, standul este prevazut si cu un senzor pentru a inregistra forta la pedala. In timpul testarii un tehnician conduce autovehiculul cu o viteza cuprinsa intre 8 – 12 km/h (viteza recomandata de constructor) si apoi actioneaza frana. Senzorii de forta furnizeaza informatii cu privire la forta de franare, catre calculator. Acesta interpreteaza informatiile si le expune pe monitor. Unele sisteme pot inregistra grafice individuale in legatura cu fortele de franare pentru fiecare roata.

Aceste grafice sunt interpretate, furnizand informatii cu privire la performantele de franare. De asemenea standul dispune si de o inprimanta ce are menirea de a furniza informatia scrisa.

Astfel, utilizand un calculator si un sistem cu placi se poate simula mersul pe drum observand dezechillibrul fortelor de franare la roti.

Avantaje:

– principalul avantaj al acestui mod de diagnosticare este acela ca poate oferi rezultate exacte si imediate asupra fortelor de franare fata-spate si laterale. Graficele indica operatorului cum se comporta fiecare roata in timpul franarii, astfel acesta putand sa identifice mai usor problemele;

– prin aceasta metoda de diagnosticare tehnicianul poate testa dezechilibrul, eficacitatea, decelerarea in mai putin de 30 de secunde, facandu-l astfel cel mai eficient sistem de diagnosticare disponibil.

Dezavantaje:

– simuland conditiile de drum in interiorul atelierului, tester-ul cu platouri ofera cele mai rapide si concludente rezultate cat si cele mai reale date cu privire la dezechilibru; totusi nu exista substitut pentru inspectia vizuala, nu pot fi detectate scurgeri de lichid de frana, uzura garniturilor sau nivelul lichidului de frana; de asemenea alte defecte ocazionale cum ar fi ovalitatea discurilor sau ineficacitatea sistemului de franare in urma supraincalzirii vor trebui testate cu ajutorul altor sisteme de diagnosticare, nu cu acest stand.

Standul cu rulouri

Fig.7.3 Standul cu role

Cunoscut si sub numele de tester dinamic, standul cu role este un dispozitiv foarte folosit in atelierele de diagnosticare. Acesta este format din doua role comandate de motoare electrice in podeaua atelierului. Sistemul testeaza forta de franare a fiecarei axe de incarcare in parte.

Sunt si standuri cu patri role, fiind capabile sa testeze axele fata-spate simultan. De obicei ruloul din fata este fix, iar cel din spate este mobil pentru a putea fi reglat in functie de ampatamentul autovehiculului.

In timpul testarii, vehiculul este asezat pe rulouri la o viteaza de 3-6 km/h (viteza recomandata de constructor), rotile autovehiculului sunt invartite cu ajutorul standului, se actioneaza frana, iar standul cu rulouri masoara forta de franare pentru fiecare roata. Rezultatele sunt afisate pe un monitor ce echipeaza standul de franare. Unele standuri, ofera grafice care furnizeaza informatii despre forta de franare pentru fiecare roata in functie de timp si forta de apasare la pedala.

Pe acest tip de stand se poate testa si frana de stationare.

Avantaje:

– furnizeaza informatii precise in urma masuratorilor;

– tehnicianul poate mentine constanta forta de apasare a pedalei de frana atata timp cat este necesar pentru a verifica sistemul de franare;

– aceasta metoda faciliteaza depistarea problemelor ce tin de ovalitatea discurilor;

– avand in vedere faptul ca sistemul de franare se incalzeste este posibil sa se identifice si probleme legate de eficacitate si supraincalzire.

Dezavantaje:

– principalul dezavantaj il constituie imposibilitatea de a tine cont de incarcarea pe axe; in consecinta nu poate masura dezechilibrul real fata-spate;

– sistemul nu poate verifica cu acuratete performantele tuturor componentelor active in timpul procesului de franare;

– deoarece testarea se realizeaza la viteze mici nu se pot diagnostica sistemele auxiliare ale sistemului de franare (exemplu: ABS);

– nu pot fi testate autovehiculele cu tractiune integrala;

– deoarece sistemul este incastrat in podea, este dificil de reamplasat datorita costurilor ridicate.

Capitolul 8

Stabilirea parametrilor de diagnosticare

8.1 Cauzele defectării sistemelor de frânare

Principalele elemente ce caracterizeaza franarea sunt: deceleratia realizata in timpul franarii d [m/s2]; distanta de franare S[m] si forta de franare Ff [N]. Masurarea unuia dintre acesti parametri poate da informatii mai mult sau mai putin complete asupra starii instalatiei de franare.

Principalele simptome si cauze probabile ale defectarii sistemelor de franare sunt prezentate in tabelul 8.1.

Dupa cum rezulta din analiza acestui tabel, parametrii de stare tehnica ai sistemului de franare cu actionare hidraulica sunt: starea garniturilor de frecare si a discurilor, jocul dintre aceste piese, starea cilindrilor, pistonaselor si garniturilor pompei centrale si cilindrilor receptori, starea conductelor si imbinarilor, calitatea si cantitatea lichidului de frana, existenta aerului in sistem etc.

Diagnosticarea sistemului de franare se poate realiza fie in conditii de deplasare a automobilului pe drum, fie in atelier, cu ajutorul standurilor specializate.

Tabelul 8.1 Simptomele si cauzele defectarii sistemelor de franare

Cele mai simple determinari de acest tip sunt cele ce urmaresc masurarea deceleratiei maxime, cu ajutorul decelerometrelor. Acestea sunt aparate simple, de tip inertial cu masa lichida sau solida, care se fixeaza pe podeaua automobilului, pe parbriz sau in alt loc vizibil. Unele decelerometre, cu constructie mai evoluata, permit inregistrarea variatiei deceleratiei in timp.

In lipsa altor prevederi, se poate considera ca frana de serviciu este eficace daca deceleratia inregistrata are cel putin urmatoarele valori:

♦ autoturisme – 5,0 m/s2;

♦ autovehicule cu masa maxima pana la 3.500 kg. – 4,5 m/s2;

♦ autovehicule cu masa maxima peste 3.500 kg. – 4,0 m/s2.

Frana de stationare se considera in buna stare daca la actionarea acesteia deceleratia automobilului este de cel putin 2 m/s2.

Un alt parametru de diagnosticare a starii tehnice generale a sistemului de franare il constituie spatiul minim de franare. Determinarea acestuia se face cu ajutorul dispozitivului tip "roata a 5-a". Este de remarcat faptul ca, prin cronometrarea duratei procesului de franare, la utilizarea rotii a 5-a devine posibila si determinarea deceleratiei medii.

8.2 Tehnologia de diagnosticare

Fig.8.1 Stand cu role

Aparatura utilizata

Pentru efectuarea diagnosticarii sistemului de franare al unui automobil se va utiliza un stand de tip CARTEC, model BDE 2004 K. In componenta acestuia intra: cele doua module dinamometrice (subansamblul electromotor – reductor – rulouri), panoul de afisare a rezultatelor (Fig. 8.2), telecomanda in infrarosu (Fig. 8.3) si pedometrul.

Standul detine un microprocesor cu ajutorul caruia pot efectua calculele de determinare a dezechilibrului, eficacitatii, ovalizarii siamplificarii fortei de actionare a pedalei. De asemenea, el este prevazut cu un dispozitiv pentru masurarea greutatii repartizate pe puntile automobilului.

Optional, standul poate fi dezvoltat, permitand suplimentar efectuarea unor operatiuni pentru diagnosticarea suspensiei si sistemului de directie. Telecomanda este prevazuta cu taste care sa permita efectuarea comenzilor si pentru aceste functii suplimentare.

Fig.8.2. Blocul de afisaj si comanda

Reperele din figura 4.8 sunt urmatoarele:

lampa indicatoare a blocarii rotilor din stanga;

pornirea antrenarii rotilor din stanga;

pornirea antrenarii rotilor din dreapta;

lampa indicator a punerii sub tensiune a standului;

priza pentru conectarea pedometrului;

priza pentru conectarea imprimantei;

mod de lucru automat;

stop;

mod de lucru semi-automat;

verificarea calibrarii;

afisaj analogic;

lampa indicatoare a blocarii rotii din stanga;

lampa indicator a blocarii rotilor.

Fig.8.3. Telecomanda cu infrarosu

Functiile indeplinite de tastele telecomenzii in infrarosu din figura 8.3 sunt urmatoarele:

memorarea valorilor masurate la puntea fata;

memorarea valorilor masurate la puntea spate;

memorarea convergentei rotilor din fata;

testarea suspensiei fata;

testarea suspensiei spate;

functia “shift” a tastelor;

STOP;

apelarea datelor in modul de testare a geometriei rotilor de directie;

comanda modului de testare doar a rotii din stanga;

tasta de confirmare;

comanda modului de testare doar a rotii din dreapta;

elibereaza si blocheaza platourile pentru diagnosticarea geometriei rotilor de directie;

STOP;

mod de operare automat;

verificarea ovalizarii;

pornirea imprimantei;

pornirea masuratorilor rotilor de directie;

memorarea convergentei rotilor din spate;

stergerea tuturor datelor dupa actionarea tastei “shift”;

memorarea fortei la actionarea franei de mana;

masurarea greutatii pe punte dupa actionarea tastei “shift”.

Operatiuni pregatitoare

Inaintea efectuarii probelor propriu-zise se vor intreprinde o serie de operatiuni pregatitoare, menite sa evite afectarea rezultatelor de factori de influenta paraziti:

> se controleaza ca anvelopele sa nu fie murdare sau ude si se verifica adancimea profilului lor;

> se verifica si, daca este necesar, se reface presiunea din pneuri, cu o abatere maxima admisa fata de valorile recomandate de constructor de ± 0,01 MPa;

> se verifica si, eventual, se regleaza cursa libera a pedalei de frana, aducand-o la valoarea nominala prescrisa de fabricant (in lipsa acestei valori, se poate considera orientativ o cursa libera de 10 -20 mm);

> se verifica si, la nevoie, se regleaza cursa libera a dispozitivului de comanda a franei de stationare;

> se controleaza etanseitatea sistemului de franare si, daca este necesar, se inlatura defectiunile (controlul se face apasand energic de cateva ori pedala de frana complet – daca de la o apasare la alta cursa totala a pedalei creste, aceasta constituie indiciul existentei neetanseitatilor);

> se aduce automobilul cu puntea din fata pe standul cu rulouri, cu axa sa longitudinala incadrata cat mai simetric cu putinta fata de cele doua module ale standului si perpendiculara pe axele rulourilor (rotile nu trebuie sa vina in contact cu partile laterale ale cadrului rulourilor);

> se aduce schimbatorul de viteze in punctul mort;

> se monteaza senzorul pedometrului pe pedala se frana;

> se pun in miscare rulourile standului si se apasa de cateva ori pedala de frana pentru a verifica stabilitatea automobilului pe stand si pentru a incalzi putin franele. Daca in timpul acestor manevre automobilul aluneca lateral fara a putea fi stabilizat cu ajutorul volanului, aceasta inseamna ca sistemul de directie este dereglat si diagnosticarea franelor se intrerupe, reluandu-se numai dupa ce au fost inlaturate eventualele jocuri din mecanism si a fost restabilita geometria rotilor de directie si a pivotilor lor.

Diagnosticarea propriu-zisa

Standul ofera doua moduri de operare: semiautomat, respectiv automat

Testare in regim semiautomat

a) Verificarea globala a sistemului de franare

O prima operatie consta in stergerea din memoria microprocesorului a datelor inregistrate in verificarile anterioare. Pentru aceasta se actioneaza succesiv tastele 6 si 19 ale telecomenzii.

Se monteaza pedometrul pe pedala de frana sau pe talpa pantofului celui care se va afla la comenzile automobilului pe perioada diagnosticarii.

Cu automobilul asezat cu rotile puntii din fata pe rulourile standului, se apasa tasta 15 pentru a pune in miscare rulourile. Lampile laterale 1 si 12 de pe panoul de afisaj si comanda se aprind intermitent. In aceasta etapa, standul inregistreaza rezistentele la rularea libera a rotilor, datorate frecarilor din lagarele rotilor sau blocarii partiale a mecanismelor de franare de la rotile respective. Dupa ce lampile raman aprinse continuu, se incepe apasarea progresiva a pedalei de frana. Daca, pe durata procesului de franare, apar dezechilibre intre fortele de franare ale celor doua roti mai mari de 20%, lampa rosie 13 de pe panoul central se aprinde dupa cum urmeaza: intermitent daca dezechilibrul este de 20 – 30%; continuu daca dezechilibrul este mai mare de 30%.

Daca se doreste masurarea neuniformitatii fortelor de franare datorate deformarii suprafetelor de frecare, dupa pornirea rulourilor se apasa inca o data tasta 15 a telecomenzii. Cele doua lampi albe laterale 1 si 12 de pe panou se aprind continuu. Se apasa progresiv pedala de frana pana la aproximativ 2/3 din forta maxima de franare si se mentine pedala in aceasta pozitie timp de aproximativ 7 secunde, pana cand cele doua lampi se sting.

In continuare, se mareste progresiv forta de apasare pe pedala de frana pana cand se blocheaza roata sau pana cand forta de franare nu mai creste. Aprinderea intermitenta a uneia din cele doua lampi va indica roata care s-a blocat sau a atins limita de patinare prima. Standul va determina cate doua valori ale asa-numitei ovalitati: cea minima si cea maxima inregistrate pe parcursul procesului de franare. In cazul blocarii rotilor, rulourile standului se opresc automat, iar in situatia in care rotile continua sa se invarta, dar s-a atins valoarea maxima a fortei de franare, pentru oprirea rulourilor si incheierea testului este necesara actionarea uneia din cele doua taste STOP de pe telecomanda.

Masurarea greutatii repartizate puntii fata se face apasand, intr-un interval de maximum trei secunde, tasta 6 „shift”, tasta 21 de comanda a cantaririi si tasta 10 de confirmare a masurarii.

Pentru memorarea tuturor valorilor masurate se va apasa tasta 1 a telecomenzii.

Se trece apoi la verificarea franelor de la puntea spate a automobilului. Pentru aceasta, automobilul este asezat cu rotile respective pe rulourile standului si se porneste secventa de testare prin apasarea tastei 15, aceasta decurgand in mod similar procedurii utilizate la puntea fata, inclusiv pentru determinarea ovalitatii si a greutatii repartizate puntii spate. Pentru memorarea datelor se va apasa tasta 2 a telecomenzii.

Verificarea franei de stationare se face dupa aceeasi tehnologie, pentru memorarea datelor respective utilizandu-se tasta 20.

La finalul operatiunilor de diagnosticare, se poate solicita tiparirea la imprimanta, prin actionarea tastei 16, a valorilor masurate precum si a celor pe care microprocesorul standului le calculeaza. Din aceasta ultima categorie fac parte: dezechilibrele maxime inregistrate pe parcursul franarii, respectiv cele corespunzatoare regimului la care se dezvolta fortele de franare maxime; eficienta la cele doua punti si pe ansamblul automobilului; „ovalitatile" minima si maxima pentru fiecare roata; coeficientul de amplificare al mecanismului de franare, daca standul este prevazut cu un pedometru ce poate fi cuplat la sistemul sau electronic.

b) Diagnosticarea repartitorului limitator al fortei de franare la puntea spate

Se procedeaza la efectuarea a doua seturi de verificari: o determinare cu autoturismul descarcat, avand doar soferul la volan, si o a doua determinare comprimand suspensia puntii spate, fie cu un dispozitiv special, fie prin incarcarea cu persoane pe bancheta din spate si greutati in portbagaj. Se va urmari cresterea fortei de franare in raport cu sageata suspensiei si se vor compara rezultatele cu valorile indicate de constructor.

c) Diagnosticarea servomecanismului vacuumatic

Si in acest caz se vor efectua doua seturi de masuratori: primul cu motorul in functiune, iar celalalt cu motorul oprit, dupa 4-5 actionari ale pedalei de frana in scopul descarcarii pneumatice a servomecanismului.

Se va determina cu cat trebuie sa creasca forta de apasare pe pedala pentru a se obtine aceeasi forta maxima de franare.

Rezultatul se va compara cu valorile precizate de constructor.

Testare in regim automat

Succesiunea operatiunilor de testare este aceeasi ca in cazul modului de lucru semiautomat, dar nu mai este posibila memorarea datelor.

Pentru intrarea in regim automat de lucru, se apasa tasta 15 inainte ca automobilul sa fie adus pe rulourile standului. Pornirea rotirii rulourilor se face automat, imediat dupa ce rotile automobilului au ajuns pe rulouri. Trecerea la verificarile celei de a doua punti a automobilului este posibila numai dupa ce lampile albe laterale 1 si 12 nu se mai aprind intermitent.

Iesirea din modul automat de lucru se face prin apasarea uneia din tastele STOP

Interpretarea datelor masurate

La incheierea operatiunilor de diagnosticare, rezultatele sunt tiparite pe o fisa de diagnosticare care are trei domenii ce cuprind:

> identificarea statiei service si a automobilului testat;

> valorile masurate ale parametrilor de diagnosticare;

> valorile limita prevazute de regulamente pentru unii dintre parametrii respectivi, precum si greutatea masurata a automobilului si eficacitatea globala a franei de serviciu si a celei de stationare.

In privinta fortei rezistente la rularea libera a rotilor, in lipsa unor specificatii ale constructorului, se pot considera urmatoarele valori limita pentru autoturisme:

• la rotile motoare, 200 N;

• la celelalte roti, 100 N.

Pentru dezechilibru, normativele in vigoare in prezent in tara noastra prevad limite numai pentru valorile obtinute la atingerea fortei maxime de franare. Valoarea admisa a dezechilibrului la actionarea franei de serviciu este, in aceste conditii, de 20%, indiferent de puntea la care este el determinat. Pentru frana de stationare, limita maxima a dezechilibrului este de 30%, indiferent de tipul automobilului si de puntea asupra careia actioneaza ea.

Eficacitatea franei de serviciu trebuie sa fie de minim 50%, iar pentru frana de stationare de cel putin 20%. In cazul in care aceasta din urma este actionata manual, cu o parghie cu clichet, blocarea rotilor trebuie sa se produca, dupa parcurgerea a 6-7 dinti.

Variatia maxima a fortei de franare (ovalitatea) la mentinerea constanta a apasarii pedalei este de 20%.

Concluzii

In urma calculelor efectuate am ajuns la concluzia ca sistemul de franare cu discuri pe ambele punti ale autovehiculului este optim pentru echiparea vehiculelor de competitie, datorita unei capacitati de franare marite, micsorandu-se astfel spatiul de franare prin reprezentarea fortelor de franare proportionale cu sarcina statica si dinamica a puntii si inbunatatindu-se stabilitatea mișcarii și reversabilitatea automobilului in timpul procesului de franare.

Partea aplicativă

Bibliografie

Lucrari consultate:

https://e-automobile.ro.

http://www.zelek.com/diagram_charts/diagramlist.htm

https://www.ultimatespecs.com/car-specs/Volkswagen/3127/Volkswagen-Golf-4-18T-150.html

http://automobilio.info/en/Volkswagen/Golf/Golf-IV-Variant/1.8T-(150Hp)/14393

http://automobilio.info/en/Volkswagen/Golf/Golf-II/1.8L-(90Hp)/14435

http://www.autokarma.ro

Untaru, M.ș.a. Calculul și construcția automobilelor. E.D.P., București, 1982

Spiridon Cretu, Gheorghe Prisacaru, Ioan Damian: Calculul si constructia autovehiculelor rutiere-Indrumar de laborator, Iasi 1997

M. Gafițanu, I. Bostan, Organe de mașini, vol.1, Editura Tehnica, București, 1999